JP2014006251A - バッテリーパック及びバッテリーパックに適用されるｓｏｃアルゴリズム - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーパック及びバッテリーパックに適用されるＳＯＣアルゴリズムを提供する。
【解決手段】充電可能なバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールの充電及び／または放電を制御するバッテリー管理システムと、を含み、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの充電及び放電サイクルの少なくとも一部内に、線形充放電電圧−時間プロファイルを含み、バッテリー管理システムは、バッテリーモジュールの線形充電及び／または放電特性を利用して、バッテリーモジュールの充電状態を演算するバッテリーパックである。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーパック及びバッテリーパックに適用されるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ
Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）アルゴリズムに関する。
通常、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。二次電池は、適用される外部機器の種類によって、単一電池の形態で使われてもよく、多数の電池を連結して一つの単位で結合した電池モジュールの形態で使われてもよい。
従来、エンジン始動のための電源供給装置として、鉛蓄電池を使用している。最近、燃費改善のために、ＩＳＧ(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆ Ｇｏ)システムが適用されており、次第に拡散されている。空回転制限装置であるＩＳＧシステムを支援する電源供給装置は、エンジン始動のための高出力を出せる出力特性、及び頻繁な始動にも拘わらず、充放電特性がしっかり維持され、長寿命が保証されなければならない。ところで、既存の鉛蓄電池においては、ＩＳＧシステム下で頻繁にエンジンの停止及び再始動が反復することによって、充放電特性が劣化し、長時間使用できないという問題がある。したがって、ＩＳＧシステム上で必要なバッテリーのリチウムイオン二次電池の使用が増加しており、高出力の可能なリチウムイオン二次電池の使用が増加している。
特開２０１０−２０６０１８号公報
本発明が解決しようとする課題は、ＩＳＧシステムに適しており、簡単な演算でバッテリーモジュールのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ
Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）状態を予測できるバッテリーパックを提供することにある。
前記課題を達成するために、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、充電可能なバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールの充電及び／または放電を制御するバッテリー管理システムと、を含む。前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールの充電及び放電サイクルの少なくとも一部内に、事実上線形充放電電圧−時間プロファイルを含み、前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの線形充電及び／または放電特性を利用して、前記バッテリーモジュールの充電状態を演算する。
前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの第１充電状態を決定し、前記バッテリーモジュールの線形充電及び／または放電特性を利用して、充電または放電時間経過後、前記バッテリーモジュールの第２充電状態を演算する。
前記第１充電状態は、前記バッテリーモジュールの現在充電状態であり、前記第２充電状態は、前記バッテリーモジュールの予測された充電状態であるか、または前記第１充電状態は、前記バッテリーモジュールの以前充電状態であり、前記第２充電状態は、前記バッテリーモジュールの現在充電状態である。
前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの出力電圧を測定して、前記バッテリーモジュールの第１充電状態を決定する。
前記バッテリー管理システムは、事実上線形充放電電圧−時間プロファイルを決定する。
前記バッテリー管理システムは、充電状態の下部範囲(ｓｕｂ−ｒａｎｇｅ)に対する充放電電圧−時間プロファイルを決定し、前記下部範囲に対する充放電電圧−時間プロファイルを利用して、前記充電状態の下部範囲より広い範囲に対する事実上線形電圧−時間プロファイルを決定する。
前記バッテリー管理システムは、前記決定された事実上線形充放電電圧−時間プロファイルを利用して、事実上線形充放電電圧−充電状態(ＳＯＣ)プロファイルを決定する。
前記バッテリーモジュールの充放電電圧−充電状態プロファイルは、７０−９０％の充電状態範囲内で線形である。
前記バッテリーモジュールは、一つ以上のリチウムイオン電池を含む。
前記一つ以上のリチウムイオン電池は、負極活物質を含み、前記負極活物質は、カーボンブラック及びソフトカーボンを含む。
前記負極活物質は、約５４.５−９９.５％のソフトカーボンと約０.５−４５.５％のカーボンブラックとで構成されたソフトカーボン及びカーボンブラックの総量を含む。
前記負極活物質は、約５４.５−９９.５％のソフトカーボンと約０.５−４５.５％のカーボンブラックとを含む。
本発明の一実施形態によるエンジンの始動のための空回転制限(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆ Ｇｏ：ＩＳＧ)システム用電力装置は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックと、前記バッテリーパックを充電する発電モジュールと、前記バッテリーパックの放電によって電力を供給されるスターターモータと、を備える。
前記バッテリー管理システムは、線形充放電電圧−時間プロファイルを決定し、前記決定された線形充放電電圧−時間プロファイルを利用して、線形充放電電圧−充電状態(ＳＯＣ)プロファイルを決定し、前記エンジンを始動する時、前記バッテリー管理システムは、前記決定された線形充放電電圧−時間プロファイルを利用して、経過時間に基づいた前記バッテリーモジュールのエンジン始動電圧値を決定し、前記エンジン始動電圧値と、前記決定された線形充放電電圧−充電状態(ＳＯＣ)プロファイルとを利用して、エンジン始動充電状態値を決定する。
本発明によれば、線形的な充放電電位プロファイル特性を利用して、簡単な演算でバッテリーモジュールのＳＯＣ状態を予測することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの概略的な構成及び外部周辺装置との連結状態が示されている図面である。 既存のリチウムイオン電池の充放電電位プロファイル及び本発明のリチウムイオン電池の充放電電位プロファイルを概略的に示すグラフである。 本発明のＢＭＳがＳＯＣ状態を取得するための内部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池に関する実験データ及びグラフである。 本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池に関する実験データ及びグラフである。 本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池に関する実験データ及びグラフである。 本発明の一実施形態によって、ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）がＳＯＣ状態を得る順序を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によって、ＢＭＳが始動する時、出力プロファイルを利用してＳＯＣを得る順序を示すフローチャートである。
以下、本発明についての詳細な説明は、本発明が実施される特定の実施形態を例示して示す添付図面を参照する。このような実施形態は、当業者が本発明を実施できるように、十分に詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は、それぞれ異なるが、相互排他的である必要はないということが理解されねばならない。例えば、本明細書に記載されている特定形状、構造及び特性は、本発明の精神及び範囲を離脱せず、一実施形態から他の実施形態に変更されて具現される。また、それぞれの実施形態内の個別構成要素の位置または配置も、本発明の精神及び範囲を離脱せずに変更されるということが理解されねばならない。したがって、後述する詳細な説明は、限定的な意味として行われず、本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項が請求する範囲、及びそれと均等なすべての範囲を包括すると理解せねばならない。図面で類似した参照符号は、多様な側面にわたって同一か、または類似した構成要素を表す。
以下、当業者が、本発明を容易に実施することができるように、本発明の多様な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの概略的な構成と、外部周辺装置との連結状態とが示されている。
前記バッテリーパック１００は、第１及び第２端子Ｐ１,Ｐ２と、前記第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間に連結されて充電電力を供給され、放電電力を出力するバッテリーモジュール１１０と、を含む。前記バッテリーパック１００は、発電モジュール２１０及びスターターモータ２２０と電気的に連結され、第１及び第２端子Ｐ１,Ｐ２を通じて発電モジュール２１０及びスターターモータ２２０と並列連結される。また、前記バッテリーパック１００は、図１に示したように、バッテリー管理部１２０(Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ)及びバッテリーモジュール１１０を含む。
前記バッテリーパック１００は、発電モジュール２１０から生成される充電電力を保存し、スターターモータ２２０に放電電力を供給する。例えば、前記発電モジュール２１０は、エンジン(図示せず)と動力連結され、エンジンの駆動軸と連結されて、回転動力を電気的な出力に変換する。この時、発電モジュール２１０から生成された充電電力は、バッテリーパック１００の第１及び第２端子Ｐ１,Ｐ２を通じてバッテリーモジュール１１０に保存される。例えば、前記発電モジュール２１０は、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）発電機(図示せず)またはＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）発電機(図示せず)、及び整流装置(図示せず)を含み、約ＤＣ １５Ｖ、さらに具体的に、ＤＣ １４.６Ｖ〜１４.８Ｖの電圧を供給する。
例えば、前記バッテリーパック１００は、燃費改善のために、ＩＳＧ(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆ Ｇｏ)機能が具現されたＩＳＧシステムのエンジン始動のための電源装置に適用される。ＩＳＧシステムでは、エンジンの停止及び再始動が頻繁に反復されることによって、バッテリーパック１００の充放電が反復される。
従来、ＩＳＧシステムに適用される鉛蓄電池は、充放電動作が頻繁に反復されることによって、耐久寿命が短縮され、充放電特性が低下する問題があり、例えば、充放電の反復によって、充電容量が低下してエンジンの始動性が落ち、鉛蓄電池の交換周期が短縮される問題がある。
例えば、本発明のバッテリーモジュール１１０は、鉛蓄電池に比べて、充放電特性が比較的一定に維持され、経時的な劣化の少ないリチウムイオン電池を含むことによって、エンジンの停止及び再始動が反復されるＩＳＧシステムに好適に適用される。また、同一充電容量の鉛蓄電池に比べて、低重量化が可能であるので、燃費改善効果が期待でき、鉛蓄電池より小さい体積でも、同一充電容量を具現することができるので、搭載空間を節約するという長所がある。但し、本発明のバッテリーモジュール１１０としては、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル−水素電池(ＮｉＭＨ：Ｎｉｃｋｅｌ Ｍｅｔａｌｈｙｄｒｉｄｅ Ｂａｔｔｅｒｙ)が適用されてもよい。
バッテリーモジュール１１０は、直並列に連結された多数のバッテリーセル(図示せず)を含み、直並列連結を組み合わせて、定格充電電圧及び充電容量を調整する。
バッテリーモジュール１１０は、複数のバッテリーサブユニットを備える構造体を通称する名前である。例えば、バッテリーパック１０が複数のバッテリートレーを含むバッテリーラックである場合、前記バッテリーラックをバッテリーモジュール１１０と見なすことができる。同様に、バッテリートレーが複数のバッテリーセルを含む場合、バッテリートレーをバッテリーモジュール１１０と見なすこともできるであろう。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１１０は、正極活物質を備える正極電極板、負極活物質を備える負極電極板及び分離膜を含む電極組立体；及び前記電極組立体を収容するケース；を備えるリチウムイオン電池で構成される。ここで、リチウムイオン電池の正極活物質は、少なくとも複数の正極活物質の組み合わせで形成され、さらに詳細には、正極活物質は、ＬｉｘＷＯ３、ＬｉｘＭｏＯ２、ＬｉｘＴｉＳ２、ＬｉｘＭｏＳ２、ＬｉｘＭｎＯ４、Ｌｉ１−ｘＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１−ｘＮｉＯ２、Ｌｉ１−ｘＣｏＯ２、ＬｉＮｉＶＯ４、ＬｉＦ、ＬｉｘＮｉｙＣｏｚＡｌ１−ｙ−ｚＯ２のうち少なくとも２つ以上の組み合わせで形成される。
また、負極活物質は、カーボンを含む物質で形成される。本発明の一実施形態において、バッテリーモジュール１１０の負極活物質は、ソフトカーボン(Ｓｏｆｔ Ｃａｒｂｏｎ)及びカーボンブラック(Ｃａｒｂｉｎ Ｂｌａｃｋ)を含有する。例えば、バッテリーモジュール１１０の負極活物質のカーボンは、約５４.５−９９.５％のソフトカーボンと約０.５−４５.５％のカーボンブラックとで構成される。
また、分離膜は、正極電極板と負極電極板との間に介在され、高いイオン透過度及び機械的な強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使われる。分離膜の気孔直径は、一般的に０.０１〜１０ｕｍであり、厚さは、一般的に５〜３００ｕｍである。このような分離膜には、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーと、ガラスファイバまたはポリエチレンからなるシートや不織布やクラフトペーパーなどが使われる。現在販売されている代表的な例としては、セルガード（登録商標）系、ポリプロピレン分離膜、ポリエチレン系がある。
特に、本発明の一実施形態において、バッテリーモジュール１１０は、負極活物質としてソフトカーボンを含有したリチウムイオン電池を含む。ソフトカーボンが含まれたバッテリーモジュール１１０は、素材の特性によって、バッテリーモジュール１１０の充電状態(Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ)に線形的に比例する充放電電位プロファイル(Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ)を有する。さらに具体的に、ソフトカーボンを負極に含む本発明のリチウムイオン電池は、車両が主に使用する７０〜９０％のＳＯＣ帯域で線形の充放電電位プロファイルを有することを特徴とする。リチウムイオン電池の特性上、高出力で充放電される場合にも、本発明の一実施形態によるソフトカーボンを含有したバッテリーモジュール１１０は、線形的な充放電プロファイルを有する。
図２は、既存のリチウムイオン電池の充放電電位プロファイル及び本発明のリチウムイオン電池の充放電電位プロファイルを概略的に示したグラフである。
図２（ａ）を参照すれば、既存のリチウムイオン電池の充放電電位プロファイルは、グラフに示したように、曲線の形態を有する。すなわち、グラフに示したように、既存のリチウムイオン電池の充放電プロファイルは、充電や放電の初期に急な傾斜を有するので、線形性を有することができない。
一方、図２（ｂ）は、本発明のソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウムイオン電池の充放電電位プロファイルを示したグラフである。図２（ｂ）に示したように、リチウムイオン電池が負極活物質としてソフトカーボンを含有する場合、全区間で線形である充放電電位プロファイルを有することが分かる。特に、本発明のリチウムイオン電池は、自動車のバッテリーが主に使用される領域であるＳＯＣ
７０〜９０％の領域帯で高出力を維持する場合にも、線形的な充放電電位プロファイルを有する。すなわち、ＩＳＧ車両でバッテリーモジュール１１０が高出力特性を有する場合にも、本発明のソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウムイオン電池は、複雑な電流積算アルゴリズムを使わなくても、線形性を有する充放電電位によって、容易にＳＯＣ状態を把握可能にする。したがって、充放電グラフが線形性を有することによって、ＳＯＣ状態をＯＣＶ(Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ)を通じて簡単に確認することができる。
次いで、ＢＭＳ １２０は、バッテリーの状態をモニタリングし、充放電動作を制御する役割を行う。また、本発明において、ＢＭＳ
１２０は、本発明のソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウムイオン電池の線形的な充放電特性を使って、ＳＯＣ状態及び出力プロファイルを計算する役割を行う。ＢＭＳ
１２０の詳細な役割及び動作については、各外部装置を説明した後に後述する。
次いで、発電モジュール２１０は、車両のオルタネータ(ａｌｔｅｒｎａｔｏｒ)を含む概念である。オルタネータは、バッテリーパック１００に充電電力を供給するだけでなく、エンジンが、稼動中に後述する電気負荷２３０に電力を供給する。
次いで、スターターモータ２２０は、車両の始動時に稼動し、エンジンの駆動軸を回転させる初期回転動力を提供する。例えば、前記スターターモータ２２０は、バッテリーパック１００の第１及び第２端子Ｐ１,Ｐ２を通じて保存された電力を供給されて、エンジンの始動時またはアイドルストップ（Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ)以後、エンジンの再始動時に駆動軸を回転させて、エンジンを再稼働する。さらに詳細には、前記スターターモータ２２０は、ユーザが車両を始動する場合またはアイドルゴー(Ｉｄｌｅ Ｇｏ)瞬間に、エンジンの初期回転動力を提供する。
一方、前記バッテリーパック１００には、発電モジュール２１０及びスターターモータ２２０と共に、電気負荷２３０が連結される。前記電気負荷２３０は、バッテリーパック１００に保存された電力を消費するものであって、第１及び第２端子Ｐ１,Ｐ２を通じて保存された放電電力を供給され、各種の電装品を含む。
電気負荷２３０の種類には、車両エアコン、ラジオ、リモコン受信端子があり、必ずしも述べられた事項に限定されず、発電モジュール２１０またはバッテリーモジュール１１０から電力を供給されて動作する負荷の種類を通称する。図２のような充放電電位プロファイルグラフにおいて、使われる電気負荷２３０が多いほど、グラフの放電傾斜は、急になる。
以下では、ＢＭＳ １２０の一般的な役割、ＳＯＣ状態と充放電電位プロファイルとの関係特性、及び時間によってＢＭＳ
１２０がバッテリーモジュール１１０の線形ＳＯＣ特性を取得し、獲得された特性によってバッテリーモジュール１１０のＳＯＣ状態を複雑に計算せずに提供する方法について述べる。
本発明のＢＭＳ １２０は、バッテリーモジュール１１０に連結され、バッテリーモジュール１１０の充電及び放電の動作を制御する。また、ＢＭＳ
１２０は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング(Ｃｅｌｌ
Ｂａｌａｎｃｉｎｇ)機能を行う。このために、ＢＭＳ １２０は、バッテリーモジュール１１０から、電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、ＳＯＣを測定する測定手段を含み、測定結果に基づいて制御信号を生成して、外部機器、すなわち、本発明で、スターターモータ２２０、発電モジュール２１０を制御する。
ＢＭＳ １２０は、ＳＯＣ状態を判断するために、電圧測定方式、電流積算方式、電流積算及びカルマンフィルタ適用方式のようなＳＯＣ判断方法を使用する。特に、本発明の一実施形態において、ＢＭＳ
１２０は、ソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウムイオン電池が線形的な充放電電位プロファイルを有する特性を利用して、前述した複雑な方式のＳＯＣ判断方法を使用せず、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣ状態を予測することができる。これについて、図３を参照して、さらに具体的に説明する。
図３は、本発明のＢＭＳがＳＯＣ状態を取得するために有する内部構成を示すブロック図である。
図３を参照すれば、ＢＭＳ １２０は、バッテリー特性獲得部１２１、モニタリング部１２２、ＳＯＣ予測部１２３及び出力プロファイル提供部１２４を備える。
まず、バッテリー特性獲得部１２１は、バッテリーモジュール１１０の線形充放電特性を取得する。前述したように、本発明の一実施形態によるソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウム二次電池は、線形的な充放電プロファイルを有する。このような特性を利用して、バッテリー特性獲得部１２１は、線形充放電特性を獲得し、ＳＯＣ予測部１２３は、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣを予測する。バッテリー特性獲得部１２１は、予め入力されたバッテリー特性を示すデータを参照し、直接充放電を反復して、時間に対するＳＯＣを記録したデータを参照する。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池に関する実験データ及びグラフである。
図４Ａは、本発明の一実施形態による線形的な充放電プロファイルを有するリチウムイオン電池の経時的なＳＯＣ及び電圧値を示したデータであり、図４Ｂは、図４ＡのデータをＳＯＣ及び電圧について示したグラフであり、図４Ｃは、図４Ａのデータを時間及びＳＯＣについて示したグラフである。
図４Ａのデータは、ソフトカーボンを負極活物質として含有するバッテリーモジュール１１０を、それぞれ秒当たり０.２Ｃ及び１Ｃで充電したＳＯＣ及び電圧結果である。参考までに、＃１及び＃２は、実験回数を示したものであり、グラフは、＃１と＃２との平均値によって示された。図４Ｂのグラフを参照すれば、バッテリーモジュール１１０の電位プロファイルは、一部区間を除いて、線形性を有することが分かる。特に、自動車が主に使用するＳＯＣ帯域である７０〜９０％の区間で、線形性を有する。
本発明の一実施形態によるソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウムイオン電池は、図４Ｂのような線形的な充放電電位プロファイルを有するので、バッテリー特性獲得部１２１は、一部区間のＳＯＣ−電圧の関係を使用して、全区間のＳＯＣを取得することができる。前述された特性を利用して、一部区間に対する電位値に基づいて、全区間の電位値に対するＳＯＣを取得する。
また、図４Ｃを参照すれば、バッテリーモジュール１１０は、時間に比例する線形的なＳＯＣ特性を有するので、一部区間のＳＯＣ−時間の関係を使用して、時間に比例する線形的なＳＯＣ特性を予測する。
たとえ、図４Ｂ及び図４Ｃのグラフでは、充電電位グラフのみが示されていても、バッテリー特性獲得部１２１は、バッテリーモジュール１１０の放電電位特性も共に取得する。放電電位特性は、バッテリーモジュール１１０が搭載された車両のエンジン効率及び電気負荷の特性によって決定される。ＩＳＧ車両では、車両の始動及び再始動が頻繁に発生するので、本発明の一実施形態では、出力プロファイルを得るために、線形的なＳＯＣ特性を利用して、出力プロファイルを得る。
特に、本発明のリチウムイオン電池は、車両が主に使用する７０〜９０％のＳＯＣ帯域で線形性を有するので、バッテリー特性獲得部１２１は、７０〜９０％帯域のＳＯＣ区間の電位を取得する。
発電機、例えば、オルタネータは、車両に使われるバッテリーモジュール１１０に連結されて、バッテリーモジュール１１０を充電し続けるので、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣは、約７０％以上に維持される。また、バッテリーモジュール１１０は、車両内のスターターモータ２２０及び電気負荷２３０によって放電し続けるので、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣは、約９０％以下に維持される。本発明の実施形態において、車両のバッテリーモジュール１１０が主に使用されるＳＯＣ区間について説明しているが、本発明の実施形態は、前述した範囲に限定されない。
次いで、モニタリング部１２２は、本発明の線形的な充放電電位プロファイルを有するバッテリーモジュール１１０の状態をモニタリングする。このために、モニタリング部１２２は、バッテリーモジュール１１０で使用する出力電圧及び出力電流を持続的にチェックする。また、モニタリング部１２２は、充電または放電時に経過した時間をチェックして、ＳＯＣ予測部１２３及び出力プロファイル提供部１２４が、バッテリー特性獲得部１２１のデータに基づいて、予測値を獲得可能にする。
次いで、ＳＯＣ予測部１２３は、バッテリー特性獲得部１２１のデータに基づいて、バッテリーモジュール１１０の現在ＳＯＣ状態を予測する。前述したように、リチウムイオン電池は、高出力特性を有するが、ＩＳＧ車両の頻繁な出力特性によって、その時ごとに、電流積算アルゴリズムを通じた計算によってＳＯＣを得ることは難しい。したがって、ＳＯＣ状態予測部１２３は、バッテリーモジュール１１０の線形充放電特性を利用して、ＳＯＣを予測する。
さらに詳細には、本発明の一実施形態によるソフトカーボンを含有するリチウムイオン電池は、車両が主に使用する７０〜９０％のＳＯＣ帯域で、充放電電位プロファイルが線形性を維持するので、主に使用される区間で一部充放電電位プロファイルを使用して、時間情報だけでＳＯＣを取得する。
前述したように、本発明のソフトカーボンを含有するリチウムイオン電池は、ＩＳＧ車両で、高出力条件でも電位プロファイルに比例し、かつ時間に比例する線形的なＳＯＣ特性を有する。したがって、ＳＯＣ予測部１２３は、電位プロファイル情報または時間情報を利用して、ＳＯＣを予測する。
また、本発明の一実施形態によるＳＯＣ予測部１２３は、出力プロファイル提供部１２４から供給される充放電電位プロファイルに基づいて、ＳＯＣを取得する。出力プロファイル提供部１２４は、後述する。本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池は、時間に比例する線形的な充放電電位プロファイルを有するので、ＳＯＣ予測部１２３は、時間情報だけで予測された充放電電圧値に対応するＳＯＣを予測する。
出力プロファイル提供部１２４は、経時的に線形性を有する充放電電位プロファイル特性を利用して、ＳＯＣ予測部１２３に出力プロファイルを提供する。本発明のリチウムイオン電池は、線形的な充放電電位プロファイルを有するので、モニタリング部１２２でリアルタイムで電圧をモニタリングせず、バッテリー特性獲得部１２１のデータに基づいて、経時的な充放電出力プロファイルを提供する。例えば、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１１０は、時間に対して線形的な充放電電位特性を有するので、エンジンが停止され、一定時間が経過した後の電圧値は、時間情報だけを利用して予測される。また、出力プロファイル提供部１２４は、バッテリーモジュール１１０が高出力状態で動作する場合にも、線形性を利用して、始動時の出力プロファイルを早く提供する。出力プロファイル提供部１２４によって獲得された出力プロファイルは、ＳＯＣ予測部１２３の充放電電圧に基づいたＳＯＣの予測に使われる。
図５は、本発明の一実施形態によって、ＢＭＳがＳＯＣを得る順序を示したフローチャートである。
図５を参照すれば、ＢＭＳ １２０は、バッテリーモジュール１１０の線形的な充放電特性を取得する(Ｓ１１)。本発明の実施形態によるバッテリーモジュール１１０は、ソフトカーボンを負極活物質として含有するリチウムイオン電池で構成されたバッテリーモジュールであるので、バッテリーモジュール１１０は、線形的な充放電特性を有する。本発明の実施形態は、これに限定されず、線形的な充放電特性を有する他のタイプのバッテリーが使われてもよい。
次いで、時間に比例するバッテリーモジュールのＳＯＣ特性を取得する(Ｓ１２)。
次いで、ＳＯＣを得ようとする時間を入力される(Ｓ１３)。すなわち、新たなＳＯＣを予測しようとする時間を入力される。
最後に、入力された時間に対応するバッテリーモジュール１１０のＳＯＣを、線形的特性を活用した簡単な演算で出力する(Ｓ１４)。したがって、図５に示された方法によって、ＢＭＳ １２０は、簡単な演算方法を利用して、新たなＳＯＣを予測する。
図６は、本発明の一実施形態によって、ＢＭＳが始動時にＳＯＣを得る順序を示したフローチャートである。
図６を参照すれば、まず、バッテリーモジュール１１０の時間に比例する充放電電位プロファイルを取得する(Ｓ２１)。
次いで、前記充放電電位プロファイルに比例するバッテリーモジュール１１０のＳＯＣを取得する(Ｓ２２)。すなわち、電圧に対するＳＯＣのプロファイルが獲得される。
次いで、ユーザが始動する時、Ｓ２１で獲得した情報を利用して、経過した時間に対応するバッテリーモジュール１１０の電圧値を獲得する(Ｓ２３)。
次いで、Ｓ２２で獲得した情報を利用して、バッテリーモジュール１１０の電圧値に対応するＳＯＣを獲得する(Ｓ２４)。
以上、本発明は、具体的な構成要素のような特定事項、限定された実施形態及び図面によって説明されたが、これは、本発明の全般的な理解を助けるために提供されたものであるので、本発明は、前記実施形態に限定されず、当業者ならば、このような記載から多様な修正及び変更が可能である。
したがって、本発明の思想は、前述した実施形態に限定されて決定されず、特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なまたはそれらから等価的に変更されたすべての範囲は、本発明の思想の範疇に属するものである。
本発明は、バッテリー関連の技術分野に好適に適用可能である。
１００ バッテリーパック
１１０ バッテリーモジュール
１２０ ＢＭＳ
１２１ バッテリー特性獲得部
１２２ モニタリング部
１２３ ＳＯＣ状態予測部
１２４ 出力プロファイル提供部
２１０ 発電モジュール
２２０ スターターモータ
２３０ 電気負荷

Claims (14)

  1. 充電可能なバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールの充電及び／または放電を制御するバッテリー管理システムと、
    を含み、
    前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールの充電及び放電サイクルの少なくとも一部内に、線形充放電電圧−時間プロファイルを含み、
    前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの線形充電及び／または放電特性を利用して、前記バッテリーモジュールの充電状態を演算するバッテリーパック。
  2. 前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの第１充電状態を決定し、前記バッテリーモジュールの線形充電及び／または放電特性を利用して、充電または放電時間経過後、前記バッテリーモジュールの第２充電状態を演算することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記第１充電状態は、前記バッテリーモジュールの現在充電状態であり、前記第２充電状態は、前記バッテリーモジュールの予測された充電状態であるか、
    前記第１充電状態は、前記バッテリーモジュールの以前充電状態であり、前記第２充電状態は、前記バッテリーモジュールの現在充電状態であることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの出力電圧を測定して、前記バッテリーモジュールの第１充電状態を決定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  5. 前記バッテリー管理システムは、線形充放電電圧−時間プロファイルを決定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  6. 前記バッテリー管理システムは、充電状態の下部範囲(ｓｕｂ−ｒａｎｇｅ)に対する充放電電圧−時間プロファイルを決定し、前記下部範囲に対する充放電電圧−時間プロファイルを利用して、前記下部範囲より広い範囲に対する線形的な電圧−時間プロファイルを決定することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーパック。
  7. 前記バッテリー管理システムは、前記決定された線形充放電電圧−時間プロファイルを利用して、線形充放電電圧−充電状態(ＳＯＣ)プロファイルを決定することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーパック。
  8. 前記バッテリーモジュールの充放電電圧−充電状態プロファイルは、７０−９０％の充電状態範囲内で線形であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  9. 前記バッテリーモジュールは、一つ以上のリチウムイオン電池を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  10. 前記一つ以上のリチウムイオン電池は、負極活物質を含み、前記負極活物質は、カーボンブラック及びソフトカーボンを含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記負極活物質は、約５４.５−９９.５％のソフトカーボンと、約０.５−４５.５％のカーボンブラックと、で構成されたソフトカーボン及びカーボンブラックの総量を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
  12. 前記負極活物質は、約５４.５−９９.５％のソフトカーボンと約０.５−４５.５％のカーボンブラックとを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
  13. エンジンの始動のための空回転制限(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆
    Ｇｏ、ＩＳＧ)システム用電力装置において、
    充電可能なバッテリーモジュール、及び前記バッテリーモジュールの充電及び／または放電を制御するバッテリー管理システムを含み、前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールの充電及び放電サイクルの少なくとも一部内で線形充放電電圧−時間プロファイルを含み、前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーモジュールの線形充電及び／または放電特性を利用して、前記バッテリーモジュールの充電状態を演算するバッテリーパックと、
    前記バッテリーモジュールを充電する発電モジュールと、
    前記バッテリーモジュールの放電によって電力を供給されるスターターモータと、を備える電力装置。
  14. 前記バッテリー管理システムは、線形充放電電圧−時間プロファイルを決定し、前記決定された線形充放電電圧−時間プロファイルを利用して、線形充放電電圧−充電状態(ＳＯＣ)プロファイルを決定し、
    前記エンジンを始動する時、前記バッテリー管理システムは、前記決定された線形充放電電圧−時間プロファイルを利用して、経過時間に基づいた前記バッテリーモジュールのエンジン始動電圧値を決定し、前記エンジン始動電圧値と、前記決定された線形充放電電圧−充電状態(ＳＯＣ)プロファイルとを利用して、エンジン始動充電状態値を決定することを特徴とする請求項１３に記載の電力装置。

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