초록 ▼

· 본 사업에서는 전지의 상태를 실시간으로 감시하고 최적의 조건으로 운전하게 하는 배터리 운용시스템을 개발하고자 하며 이를 위해 전지의 동작제어, 모니터링 , 진단, 보호, 통신기능을 수반하는 장치를 개발함

· 상기 목적을 달성하기 위한 세부 연구내용으로 새로운 능동 밸런싱 회로의 모듈 적용 연구, SOC/SOH 알고리즘 검증 및 개선 연구, 셀 이상 진단 기술 구현, 센서 고장 진단용 알고리즘을 개발을 위한 전압, 전류, 온도 센싱진단 알고리즘 개발을 수행 하였음

· 부가적으로 셀 밸런싱 기술을 개발하면서

· 본 사업에서는 전지의 상태를 실시간으로 감시하고 최적의 조건으로 운전하게 하는 배터리 운용시스템을 개발하고자 하며 이를 위해 전지의 동작제어, 모니터링 , 진단, 보호, 통신기능을 수반하는 장치를 개발함

· 상기 목적을 달성하기 위한 세부 연구내용으로 새로운 능동 밸런싱 회로의 모듈 적용 연구, SOC/SOH 알고리즘 검증 및 개선 연구, 셀 이상 진단 기술 구현, 센서 고장 진단용 알고리즘을 개발을 위한 전압, 전류, 온도 센싱진단 알고리즘 개발을 수행 하였음

· 부가적으로 셀 밸런싱 기술을 개발하면서 구현한 회로를 보다 단순화시키고 경제적인 모델을 제시하기 위해 구동회로에 소요되는 다수의 구동 IC 를 하나로 원칩화 할 수 있는 기술을 개발하여 설계 제작을 수행함 (12개의 구동 IC들을 one 칩화)

· 최종 리튬이차 전지 배터리를 이용한 4 트레이 기반 모듈 BMS 시작품을 개발하였으며 최종 출력 보호트레이를 구현하고 전지 트레이를 4대 직렬 구성하여 시작품을 완성함
개발 시작품 전지 트레이/모듈을 통해서 개발한 밸런싱 회로의 모듈 적용 연구를 수행하여 차량에 적용되는 보다 가혹한 충방전 프로파일에서도 바라는 셀밸런싱 동작과 SOC 성능이 얻어짐을 검증하였음

· 멀티셀 배터리의 상태이상 (노화 및 내부단락)을 추정 가능한 SOH 추정 알고리즘 적용 연구를 통해 평균 셀 전압 및 모듈 전류 이용 Hybrid Filter를 통한 SOC, SOH, 내부 임피던스 추정을 하고 Outlier-Mining 기반 셀 상태 판별 및 이상 진단을 수행하여 노후 셀과 내부 단락 셀에 대한 진단 알고리즘을 개발 완료함

· 셀에 연계된 센스류의 이상진단 기능을 개발하여 전지 모듈의 BMS 의 자가 진단 기능을 확보함으로써 BMS의 신뢰성 개선을 이룸

(출처 : 보고서 초록 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results of research
1. Technical achievement
Active cell balancing circuit applied to the final prototype
· Verified with 94Ah square-type high capacity battery, applied to prototype manufactured with Kokam large capacity cell
· Direct energy transfer between the selected cells / tray

Ⅳ. Results of research
1. Technical achievement
Active cell balancing circuit applied to the final prototype
· Verified with 94Ah square-type high capacity battery, applied to prototype manufactured with Kokam large capacity cell
· Direct energy transfer between the selected cells / trays → Verification in charge / discharge profile
→ performance to align trays with less than 10mV voltage deviation and less than 5mV cell-cell voltage deviation
→ current rating of balancing : 150mA → 4000mA , Increase of the balancing speed

· Same complexity as passive balancing. Compared to conventional active balancing circuit →
Reduction of PCB area and devices number

The development of SOC/SOH algorithm
· Development of SOC / SOH estimation algorithm capable of low computation, high performance and cell state diagnosis suitable for multi-cell structure

· under maximum error 2.79%, average error 1.58% in the temperature (25℃, 40℃, 10℃) and UDDS current dynamic profile

· Application of SOH estimation algorithm which can estimate the state anomaly (aging and internal short circuit) of multi-cell battery

→ SOC, SOH, internal impedance estimation (normal cell) through Hybrid Filter using average cell voltage and module current
→ SOC, SOH, and internal impedance estimation through Bar-Delta correction (abnormal cell)
→ cell state and fault diagnosis based on outlier-Mining

Battery module status monitoring and protection function technology
- Diagnosis method of voltage sensor: Comparison of OCV calculation value using Hybrid Filter SOC value and OCV measurement value composed of KVL equation by predicting capacitor voltage using SMO method : Robust against parameter fluctuation, It is also possible to diagnose and it is not necessary to calibrate as the current integration method.

- Diagnosis method of current sensor: diagnosis method by amplifying and utilizing OCV difference value of voltage sensor diagnosis.

- Diagnosis method of temperature sensor: diagnosis by using Lumped thermal dynamic equation. Study on improvement of controller platform
· Controller for high power string structure - String BMS simulation
· Multiple module BMS and string BMS are connected via CAN communication
· Design of one-chip IC for driving elements : 12 driver ICs are maded as one chip.

2. Papers and patents

(출처 : SUMMARY 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• S U M M A R Y ... 7
• C O N T E N T S ... 10
• 목차 ... 11
• 제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 12
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 제 1절. 국내·외 기술 및 연구동향 ... 17
• 제 2 절 특허동향 ... 24
• 제 3 절. 산업동향 ... 31
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 34
• 제 1 절. 셀 밸런싱 기술 ... 34
• 제 2 절. SOC / SOH 판별 및 배터리 상태 진단 ... 53
• 제 3 절. BMS 시스템의 센서 진단 ... 81
• 제 4절. 시스템 제작 ... 103
• 제 5 절. 구동회로의 칩화 기술 ... 121
• 제 4 장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 136
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획 ... 138
• 제 6 장. 참고문헌 ... 140
• 끝페이지 ... 141