JP2018082618A - バッテリ充電方法、バッテリ充電情報生成方法、及びバッテリ充電装置 - Google Patents

バッテリ充電方法、バッテリ充電情報生成方法、及びバッテリ充電装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 バッテリ充電方法、バッテリ充電情報生成方法、及びバッテリ充電装置を提供すること。
【解決手段】 一実施形態に係るバッテリ充電装置は、バッテリの温度を測定し、バッテリのSOC(State Of Charge)及びSOH(State Of Health)を推定する。バッテリ充電装置は、測定された温度及び推定されたSOHで、複数のF値(F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率)を複数のC−rate及び複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を取得する。バッテリ充電装置は、推定されたSOC及びFマッピングの関係に基づいて、バッテリを充電させるためのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、バッテリ充電技術に関する。
バッテリは、モバイル機器及び電気自動車などの電力源として使用されるが、バッテリを充電するための様々な方式が提案されている。特定の電圧まで定電流で充電した後、予め設定された低い電流に達するまで定電圧で充電するCC−CV(Constant Current−Constant Volatage)充電方式は普遍的に利用されている。その他に、高い電流から低い電流へ様々なステップのCC(Constant Current)で充電する方式であるマルチ−ステップ(muilt−step)充電方式、および、短い時間単位でパルス電流を繰り返し印加するパルス充電方式がある。
CC−CV充電方式は、CV条件で長い時間が求められるため、急速充電には適しない。マルチ−ステップ充電方式及びパルス充電方式は、急速充電によるバッテリの劣化を伴う。バッテリが搭載された電気自動車又はモバイル機器のユーザが増加するにつれて急速充電の要求が大きくなっている。そのため、急速充電を提供しながらも寿命特性の優れたバッテリ充電技術の開発が求められている。
本発明の目的は、バッテリ充電技術を提供することにある。
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、バッテリの温度を測定するステップと、前記バッテリのSOC(State Of Charge)及びSOH(State Of Health)を推定するステップと、前記温度及び前記SOHから、複数のF値(前記F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率である)を複数のC−rate及び複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を取得するステップと、前記推定されたSOC及び前記Fマッピングの関係に基づいて、前記バッテリを充電させるためのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成するステップと、を含む。
一実施形態によると、前記充電プロファイルを生成するステップは、前記Fマッピングの関係から前記推定されたSOCに対応する複数のF値を抽出するステップと、前記推定されたSOCに対応する複数のF値に基づいて、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、前記Fマッピングの関係から前記推定されたSOCの次の順序のSOCに対応する複数のF値を抽出するステップと、前記次の順序のSOCに対応する複数のF値に基づいて前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、を含み得る。
一実施形態によると、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定するステップは、前記Fマッピングの関係から、前記推定されたSOCに対応するF値のうち最も大きいF値に対応するC−rateに前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定するステップを含み得る。
一実施形態によると、前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップは、前記Fマッピングの関係から、前記次の順序のSOCに対応する複数のC−rateを抽出するステップと、前記抽出されたC−rateのうち、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateよりも予め定義された範囲以内で大きい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定するステップと、前記複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち、最も大きいF値に対応するC−rateに前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、を含み得る。
一実施形態によると、前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップは、前記Fマッピングの関係から前記次の順序のSOCに対応する複数のC−rateを抽出するステップと、前記抽出されたC−rateのうち、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateよりも小さい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定するステップと、前記複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち、最も大きいF値に対応するC−rateに前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、を含み得る。
一実施形態によると、前記充電プロファイルを生成するステップは、前記Fマッピングの関係から、最適化関数の値を最小化する前記SOCごとの複数の充電C−rateを遺伝的アルゴリズムを用いて導き出すステップを含み、前記最適化関数は、前記Fマッピングの関係によってマッピングされた前記複数のF値、前記複数のC−rate、及び前記複数のSOCのうち少なくとも1つが入力されるように設計され得る。
一実施形態によると、前記最適化関数は、前記最適化関数に入力されるSOCが大きくなるほど、前記入力されるSOCに対応するC−rateが前記最適化関数に小さく入力されるように設計され得る。
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、ユーザの所望する充電時間である要求充電時間を受信するステップをさらに含み、前記充電プロファイルを生成するステップは、前記推定されたSOC及び前記要求充電時間に基づいて、前記要求充電時間内に前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定するステップと、前記バッテリの充電が可能な場合、前記要求充電時間内に前記バッテリを充電させる充電プロファイルを生成するステップと、を含む。
一実施形態によると、前記充電プロファイルを生成するステップは、前記バッテリの充電が可能な場合、前記Fマッピングの関係から前記要求充電時間に対応する複数の充電プロファイルを生成するステップと、前記生成された充電プロファイルのうちEOL(End Of Life)が最も大きい充電プロファイルに前記充電プロファイルを生成するステップと、を含み得る。
一実施形態によると、前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定するステップは、前記推定されたSOCに対応する閾値時間と前記要求充電時間とを比較したり、又は前記複数のF値に基づいて前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定するステップを含み得る。
一実施形態によると、前記充電プロファイルを生成するステップは、前記充電C−rateの間に少なくとも1つの休憩期間を挿入するステップを含み得る。
一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法は、C−rateごとの複数のF値(前記F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率である)を複数のSOCにマッピングさせ、特定温度及び特定SOHに対応するバッテリのFマッピングの関係を生成するステップと、前記Fマッピングの関係に基づいて前記特定温度を含む複数の温度及び前記特定SOHを含む複数のSOHに対応する複数のFマッピングの関係を生成するステップとを含み、前記Fマッピングの関係を生成するステップは、前記特定温度及び前記特定SOHの前記バッテリを特定C−rateに基づいて充電することにより大きくなる複数のSOCに対応する複数のF値を測定するステップと、前記測定された複数のF値を前記特定C−rate及び前記大きくなる複数のSOCにマッピングさせるステップと、を含む。
一実施形態によると、前記複数のF値を測定するステップは、前記特定C−rateのCC/CV(Constant Current/Constant Voltage)充電方式で前記バッテリを充電するステップと、前記特定C−rateを含むステップ充電方式で前記バッテリを充電するステップとのうち少なくとも1つを含み得る。
一実施形態によると、前記複数のF値を測定するステップは、前記CC/CV充電方式で充電するとき測定される複数のF値及び前記ステップ充電方式で充電するとき測定される複数のF値に基づいて、前記大きくなるS複数のOCに対応する前記複数のF値を測定するステップを含み得る。
一実施形態に係るバッテリ充電装置は、バッテリの温度を取得し、前記バッテリのSOC及びSOHを推定し、前記温度及び前記SOHから、複数のF値(前記F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率である)を複数のC−rate及び複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を取得し、前記推定されたSOC及び前記Fマッピングの関係に基づいて、前記バッテリを充電させるためのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成するプロセッサを含む。
本発明によって、バッテリ充電技術を提供することができる。
一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。 一実施形態に係るFマッピングの関係を説明するためのグラフである。 一実施形態に係る充電プロファイルである。 一実施形態に係る遺伝的アルゴリズムを説明するための図である。 一実施形態に係る充電プロファイルである。 一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するフローチャートである。 一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法を説明するためのフローチャートである。 一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法を説明するための図である。 一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法を説明するための図である。 一実施形態に係るバッテリ充電装置の構成の例示図である。
本明細書で開示されている特定の構造的又は機能的説明は単に実施形態を説明することを目的として例示されたものであり、実施形態は様々な異なる形態で実施され、本明細書に説明された実施形態に限定されることはない。
第1又は第2などの用語を複数の構成要素を説明するために用いることができるが、このような用語は1つの構成要素を他の構成要素から区別することだけを目的とすると解釈されなければならない。例えば、第1構成要素は第2構成要素と命名することができ、同様に第2構成要素は第1構成要素にも命名することができる。
いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結されて」いると言及された場合、その次の構成要素に直接的に連結されてもよく、又は、中間に他の構成要素が存在することもあり得ると理解されなければならない。一方、いずれかの構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか「直接接続されて」いると言及される場合には、中間に他の構成要素が存在しないものとして理解されなければならない。構成要素間の関係を説明する表現、例えば「〜間に」と「すぐ〜の間に」、又は「〜に隣接する」と「〜に直接に隣接する」などのように解釈されなければならない。
異なるように定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
以下、実施形態を例示的である図面によって詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加する際に、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されたとしても、可能な限り同一の符号を付加したことに留意しなければならない。
図1は、一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。
図1を参照すると、バッテリ充電装置はバッテリの温度を測定する(S101)。ここで、バッテリの温度を測定することは、充電のターゲットであるバッテリの温度を直接測定したり、別の装置によって測定された温度を取得する概念を含む。バッテリは、充電によって電力を格納する蓄電器又は2次電池を含み、バッテリを採用した装置には、バッテリから負荷として電力を供給する。負荷は、電力を消費する主体であり、外部から供給される電力を消耗し、例えば、特定電圧で電流が流れている回路を用いて電力を消費する電熱器、電灯、電気自動車のモータなどを含む。
バッテリ充電装置は、バッテリを充電する装置として、ソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール、又はその組合せで実現できる。例えば、バッテリ充電装置は、BMS(Battery Management System)によって実現される。BMSはバッテリを管理するシステムとして、例えば、バッテリの状態をモニタリングしてバッテリが動作する最適化された条件を保持し、バッテリの交換時期を予測してバッテリの問題を発見し、バッテリに関する制御又は命令信号を生成してバッテリの状態又は動作を制御する。
バッテリ充電装置は、バッテリのSOC(State Of Charge)及びSOH(State Of Health)を推定する(S102)。SOCは、バッテリの充電状態を示すパラメータである。SOCは、バッテリに格納されたエネルギーがどの程度であるかを示すため、パーセント(%)単位を用いて0〜100%にその量を表示し得る。例えば、0%が完全放電状態であり、100%が完全充電状態を意味するが、このような表現方式は設計意図や実施形態により多様に変形して定義される。
SOHは老化(劣化現象)よるバッテリの寿命特性変化を定量的に示すパラメータであって、バッテリの寿命又は容量がどの程度劣化したかを示す。バッテリ充電装置がSOC及びSOHを推定する方式には様々な方式が採用されている。
バッテリ充電装置は、測定された温度と推定されたSOHから複数のF値を複数のC−rate及び複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を取得する(S103)。ここで、F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率として数式(1)のように表現される。
Figure 2018082618
バッテリを充電する場合、バッテリの電圧が大きくなるにつれてバッテリのSOCも大きくなるが、ここで、F値はバッテリのSOCの変化量をバッテリの電圧の変化量に割った値として算出される。
C−rateは、バッテリ容量による電流の充放電率を示すバッテリ関連電流特性を意味し、[C]の単位が用いられる。例えば、バッテリの容量(1時間に使用できる電流量)が1000mAhであり、充放電電流が1Aである場合、C−rateは1C=1A/1000mAhとなる。
Fマッピングの関係は特定温度と特定SOHで、複数のF値を複数のC−rateと複数のSOCにマッピングさせた関係を意味するが、バッテリ充電装置は、測定された温度と推定されたSOHに対応するFマッピングの関係を予め構築されたデータベースから取得する。データベースは、バッテリ充電装置に含まれたメモリにおいて具現化されたり、バッテリ充電装置と有線、無線、又はネットワークなどに接続可能なサーバなどの外部装置(図示せず)において具現化される。
図2は、一実施形態に係るFマッピングの関係を説明するためのグラフである。
図2に示されたグラフはバッテリの温度が25℃であり、バッテリのSOHが95%である条件で、複数のF値を複数のC−rateと複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を表現する。図2を参照すると、バッテリの特定温度及び特定SOHに対応するFマッピングの関係は、特定C−rate及び特定SOCに対応するF値を示すために3次元に表現され得る。
例えば、バッテリの測定された温度及び推定されたSOHがそれぞれ25℃及び95%である場合、バッテリ充電装置は、複数のSOH及び複数の温度に対応する複数のFマッピングの関係のうち、図2に示すようなFマッピングの関係をデータベースから取得する。図2に示された複数のC−rate、複数のSOC、
及び複数のF値は、離散的な区間ごとに区分されるものとして表示されているが、これに制限されることなく、一実施形態に係るFマッピングの関係は連続的な値によって表現される。
再び図1を参照すると、バッテリ充電装置は、推定されたSOC及びFマッピングの関係に基づいて、バッテリを充電させるためのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成する(S104)。充電プロファイルは、充電のために電流を供給するポリシを意味するが、充電のための複数のC−rateのシーケンスに定義される。ここで、充電のための充電プロファイルを定義するC−rateを充電C−rateに称する。
バッテリを充電する場合SOCが大きくなるが、充電に応じて大きくなるSOCごとに複数の充電C−rateが充電ポリシによって設定される。したがって、バッテリ充電装置は、バッテリの推定されたSOCから充電完了した時点のSOCまでSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成する。バッテリ充電装置は、SOCごとの複数の充電C−rateを設定するためにバッテリの測定された温度及び推定されたSOHに対応するFマッピングの関係を用いることができる。例えば、バッテリの測定された温度、推定されたSOH、及び推定されたSOCがそれぞれ25℃、95%及び10%である場合、バッテリ充電装置は、図2に示されたFマッピングの関係の複数のF値に基づいて、10%であるSOCに対応する充電C−rateから100%であるSOCに対応する充電C−rateまで、区間ごとに複数の充電C−rateを決定し得る。
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリの温度及びSOHに対応する複数のFマッピングの関係からバッテリの推定されたSOCに対応する複数のF値を抽出する。バッテリ充電装置は、バッテリの推定されたSOCに対応する複数のF値に基づいて推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定する。図2を参照すると、バッテリ充電装置はバッテリの推定されたSOCが10%である場合、10%であるSOCに対応する複数のF値のいずれか1つを抽出し、抽出されたF値に対応するC−rateに10%であるSOCに対応する充電C−rateを決定する。
バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係から推定されたSOCの次の順序のSOCに対応する複数のF値を抽出する。バッテリ充電装置は、次の順序のSOCに対応する複数のF値に基づいて、次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定する。図2を参照すると、バッテリ充電装置は、推定されたSOCの次の順序のSOCが15%である場合、15%であるSOCに対応する複数のF値のいずれか1つを抽出し、抽出されたF値に対応するC−rateで15%のSOCに対応する充電C−rateを決定する。バッテリ充電装置は、このような方式によって各SOCに対応する複数の充電C−rateを決定し、SOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成し得る。
図3は、一実施形態に係る充電プロファイルである。
Fマッピングの関係から充電プロファイルを導き出すためのアルゴリズムは様々な方式で応用する。例えば、以下のアルゴリズム#1ないし#4が採用される。
<アルゴリズム#1ないし#4>
アルゴリズム#1:F値が最も大きいC−rateで充電
アルゴリズム#2:Ii+1−I≦0.4Cの条件下でアルゴリズム#1を適用
アルゴリズム#3:Ii+1−I≦0.2Cの条件下でアルゴリズム#1を適用
アルゴリズム#4:Ii+1<Iの条件下でアルゴリズム#1を適用
ここで、IとIi+1は、充電プロファイルに属する複数の充電C−rateのシーケンスのうち、各i番目及びi+1番目の充電C−rateを意味する。
アルゴリズム#1によれば、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係から特定SOCに対応するF値のうち最も大きいF値を抽出し、抽出されたF値に対応するC−rateで特定SOCに対応する充電C−rateを決定する。
アルゴリズム#2によれば、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係からi+1番目のSOCに対応する複数のC−rateを抽出し、抽出されたC−rateのうちIよりも、予め定義された範囲(0.4C)内で大きい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定する。バッテリ充電装置は、複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち最も大きいF値に対応するC−rateにIi+1を決定する。
アルゴリズム#3によれば、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係からi+1番目のSOCに対応する複数のC−rateを抽出し、抽出されたC−rateのうちIよりも、予め定義された範囲(0.2C)内で大きい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定する。バッテリ充電装置は、複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち最も大きいF値に対応するC−rateでIi+1を決定する。
アルゴリズム#4によれば、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係からi+1番目のSOCに対応する複数のC−rateを抽出し、抽出された複数のC−rateのうちIよりも小さい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定する。バッテリ充電装置は、複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち最も大きいF値に対応するC−rateでIi+1を決定する。
例えば、バッテリ充電装置は、アルゴリズム#1ないし#4を用いて図2に示されたマッピングの関係から充電プロファイルを生成し得る。図3に示されたグラフA#1ないしA#4は、図2に示されたマッピングの関係からアルゴリズム#1ないし#4によってそれぞれ導き出された充電プロファイルを示す。
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、充電C−rateの間に少なくとも1つの休憩期間(rest time)を挿入して充電プロファイルを生成する。休憩期間が挿入された充電プロファイルは、バッテリの寿命特性を改善することができる。上記のアルゴリズム#1ないし#4は、Fマッピングの関係から充電プロファイルを導き出すための例示に過ぎず、バッテリ充電装置は、上記のアルゴリズムに制限されることなく、バッテリの条件に該当するFマッピングの関係から充電プロファイルを様々な方式で導き出すことができる。
図4Aは、一実施形態に遺伝的アルゴリズムを説明するための図である。
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係から充電プロファイルを導き出すために遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm)を採用する。遺伝的アルゴリズムは、自然界の遺伝方式を模写して最適化に関する問題を解決する方式であるが、例えば、最適化関数(Fitness Function)の解を探すために用いられる。
バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係から複数の充電C−rateのシーケンスと設定された複数の充電プロファイルのうち、最適化関数を最小化する充電プロファイルを遺伝的アルゴリズムを用いて導き出す。図4を参照すると、バッテリ充電装置は、第1世代(1stgeneration)の充電プロファイル(充電プロファイル#1ないし#N)をランダムに設定する。バッテリ充電装置は、第1世代の充電プロファイルから遺伝的アルゴリズムの演算(例えば、選択、交差、変移など)を用いて新しい充電プロファイルを導き出し、導き出された充電プロファイルを最適化関数に適用する。バッテリ充電装置は、最適化関数の複数の値に基づいて新しく導き出されたプロファイルのうち第2世代の複数の充電プロファイルを選択する。例えば、バッテリ充電装置は、最適化関数の値を閾値と比較したり、最適化関数の値の間に大小関係を用いて第2世代の充電プロファイルを導き出すことができる。
一実施形態によれば、最適化関数は、Fマッピングの関係によってマッピングされた複数のF値、複数のC−rate、及び複数のSOCのうち少なくとも1つが入力されるように設計され、ここで、Fマッピングの関係はバッテリの特定温度及び特定SOHに対応する。例えば、最適化関数は数式(2)のように定義される。
Figure 2018082618
ここで、w1及びw2は加重値であり、Crateは充電プロファイルの充電C−rateであり、SOCは充電プロファイルの充電C−rateに対応するSOCであり、FはFマッピングの関係によってCrate及びSOCに対応するF値であり、nはSOCの指数である。例えば、バッテリ充電装置は、数式(2)の最適化関数の値を最小化する解として充電プロファイルを導き出すことができる。ここで、導き出された充電プロファイルは、SOC=6%からSOC=86%までのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである。
数式(2)を参照すると、SOCが大きくなるにつれてCrateの係数は指数的に大きくなることが確認される。したがって、数式(2)の最適化関数によれば、SOCが大きくなるにつれて小さいCrateに大きい加重値が付与される。充電プロファイルの設計において、SOCが大きくなるほど小さいC−rateを割り当てることが、バッテリ寿命特性を改善できるという点が数式(2)に考慮されている。一実施形態に係る最適化関数は、最適化関数に入力されるSOCが大きくなるほど、入力されるSOCに対応するC−rateが最適化関数に小さく入力されるように設計される。
図4を参照すると、バッテリ充電装置は、第2世代の複数の充電プロファイルから次世代の複数の充電プロファイルを生成し、このような方式を繰り返して最終的な充電プロファイル401を導き出すことができる。次世代の充電プロファイルを導き出す動作の反復回数は予め定義されたり、最適化関数の値と閾値を比較する方式、又は最適化関数の値の変化量を閾値と比較する方式などによって定義されるが、ここで説明された実施形態に制限されることなく、様々な方式が応用されて適用され得る。
一実施形態によれば、バッテリ充電装置はユーザの所望する充電時間である要求充電時間を受信し、受信された要求充電時間を用いて充電プロファイルを導き出すことができる。例えば、バッテリ充電装置は、要求充電時間内の条件で最適化関数の値を最小化する充電プロファイルを遺伝的アルゴリズムを用いて生成する。バッテリ充電装置は、遺伝的アルゴリズムによって導き出された充電プロファイルのうち、要求充電時間内に充電可能な充電プロファイルのみを抽出し、抽出された充電プロファイルのうち遺伝的アルゴリズムを用いて最適化された充電プロファイルを生成し得る。
図4Bは、一実施形態に係る充電プロファイルである。
図4Aを参照して説明したように、バッテリ充電装置は、特定温度及びSOHに対応するFマッピングの関係から遺伝的アルゴリズムを用いて充電プロファイルを生成する。図4Bに示されたグラフGA#1ないしGA#4は、バッテリのSOH及び温度がそれぞれ100%及び45℃の条件に対応するFマッピングの関係及び数式(2)の最適化関数から遺伝的アルゴリズムを用いて導き出された充電プロファイルを示す。
図5は、一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。
図5を参照すると、バッテリ充電装置は、ユーザの望む充電時間である要求充電時間を受信する(S501)。要求充電時間は、バッテリが搭載された電子装置のユーザによって入力される。バッテリ充電装置は、要求充電時間を受信していない場合、バッテリの緩速充電を行う(S502)。
バッテリ充電装置は、要求充電時間内にバッテリの充電が可能であるか否かを決定する(S503)。バッテリ充電装置は、推定されたSOC及び要求充電時間に基づいて、要求充電時間内にバッテリの充電が可能であるか否かを決定する。例えば、バッテリの温度、SOH及びSOCのうち少なくとも1つに対応する閾値時間がデータベースに予め記録され、バッテリ充電装置は予め記録された閾値時間と要求充電時間とを比較してバッテリの充電が可能であるか否かを決定する。又は、バッテリ充電装置は、バッテリの温度及びSOHに対応するFマッピングの関係の複数のF値に基づいてバッテリの充電が可能であるか否かを決定する。
要求充電時間内にバッテリの充電が可能な場合、バッテリ充電装置は、バッテリを充電させるための充電プロファイルを生成する(S504)。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係から要求充電時間を満たす充電プロファイルを生成し、生成された充電プロファイルのうちEOL(End Of Life)が最も大きい充電プロファイルを選択する。
図6は、一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法を説明するためのフローチャートである。
上述したように、バッテリ充電装置は複数のFマッピングの関係のうちバッテリの温度及びSOHに対応するFマッピングの関係を取得し、取得されたFマッピングの関係の複数のF値に基づいて充電プロファイルを生成する。ここで、複数のFマッピングの関係はデータベースに予め記録されているが、図6ないし図8を参照して複数のFマッピングの関係を含むバッテリ充電情報を生成する方法を説明する。図6〜図8を参照して説明されるバッテリ充電情報生成方法は、バッテリ充電装置によって実行されるが、ここで、バッテリ充電情報生成方法を行うバッテリ充電装置は上述した充電プロファイルの生成主体と同一であってもよい。また、独立した別個の主体であってもよく、ソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール又はこれらの組合せで実現できる。
図6を参照すると、バッテリ充電装置は、C−rateごとの複数のF値を複数のSOCにマッピングさせ、特定温度及び特定SOHに対応するバッテリのFマッピングの関係を生成する(S601)。バッテリ充電装置は、特定温度及び特定SOHのバッテリを特定C−rateに基づいて充電することによって大きくなる複数のSOCに対応する複数のF値を測定する。バッテリ充電装置は、測定された複数のF値を特定C−rate及び大きくなる複数のSOCにマッピングさせ得る。図7を参照して、特定温度及び特定SOHに対応するバッテリのFマッピングの関係を生成する過程を説明する。
図7は、一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法を説明するための図である。
バッテリ充電装置は、複数のF値を測定するために特定C−rateのCC/CV充電方式又は特定C−rateを含むステップ(step)充電方式でバッテリを充電する。図7を参照すると、バッテリ充電装置は、温度及びSOHがそれぞれ25℃及び100%であるバッテリを、C−rateが0.5CであるCC/CV充電方式701に基づいて充電する。バッテリ充電装置は、0.5CであるCC/CV充電方式701により充電するとき測定される複数のF値705を、0.5Cと大きくなる複数のSOCにマッピングさせることができる。これと同様に、バッテリ充電装置は0.6CのCC/CV充電方式702でバッテリを充電するとき測定される複数のF値706を、0.6Cと大きくなる複数のSOCにマッピングさせることができる。
バッテリ充電装置は、様々なC−rateのCC/CV充電方式701ないし703によりバッテリを充電するとき測定される複数のF値705〜707を各C−rateと各SOCにマッピングさせる。また、バッテリ充電装置は、ステップ充電方式704によりバッテリを充電するとき測定される複数のF値708を各C−rateと各SOCにマッピングさせる。
バッテリ充電装置は、様々なC−rateのCC/CV充電方式によって測定された複数のF値と、ステップ充電方式によって複数のF値に基づいてバッテリの温度及びSOHがそれぞれ25℃及び100%に対応するFマッピングの関係709を生成する。一実施形態によれば、CC/CV充電方式によって測定された複数のF値とステップ充電方式によって複数のF値が重なる場合、平均又は加重値の演算を介して当該のC−rate及びSOCに対応するF値を決定する。図7を参照すると、ステップ充電方式704によって測定された複数のF値708とCC/CV充電方式701ないし703によって測定されたF値705〜707が重なるため、当該C−rate及びSOCに対応するF値は、重なる複数のF値の組合せによって決定され得る。
再び図6を参照すると、バッテリ充電装置は、Fマッピングの関係に基づいて特定温度を含む複数の温度及び特定SOHを含む複数のSOHに対応するFマッピングの関係を生成する(S602)。バッテリ充電装置は、図7を参照して説明されたFマッピングの関係を様々な温度及びSOHの条件で繰り返し生成し、複数の温度及び複数のSOHに対応するFマッピングの関係を生成する。
図8は、一実施形態に係るバッテリ充電情報生成方法を説明するための図である。
図8を参照すると、バッテリの温度が25℃である場合、互いに異なるSOHに対応するFマッピングの関係が図示されている。このように、バッテリ充電装置は複数の温度及び複数のSOHに対応する複数のFマッピングの関係を生成してデータベースに記録し、記録されたFマッピングの関係はバッテリの充電プロファイルを導き出すために活用される。
図9は、一実施形態に係るバッテリ充電装置の構成の例示図である。
図9を参照すると、バッテリ充電装置901は、プロセッサ902及びメモリ903を含む。プロセッサ902は、図1〜図8を参照して上述した少なくとも1つの装置を含んだり、図1ないし図8を参照して上述した少なくとも1つの方法を行う。メモリ903は、複数のFマッピングの関係を格納したり、バッテリ充電方法及びバッテリ充電情報生成方法が具現化されたプログラムを格納する。メモリ903は、揮発性メモリ又は不揮発性メモリであってもよい。
プロセッサ902はプログラムを実行し、バッテリ充電装置901を制御する。プロセッサ902によって実行されるプログラムのコードはメモリ903に格納される。バッテリ充電装置901は、入出力装置(図示せず)によって外部装置(例えば、パーソナルコンピュータ又はネットワーク)に接続され、データを交換する。
バッテリ充電時に上述した実施形態により生成された充電プロファイルを用いる場合、ユーザの所望する充電時間に合わせてバッテリが充電され得る。また、上述した充電プロファイルでバッテリを充電する場合、バッテリの急速充電によるバッテリの劣化を防止して、バッテリの寿命特性を向上せることができる。
上述した実施形態は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合せで具現化される。例えば、実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ALU(arithmetic logic unit)、デジタル信号プロセッサ(digital signal processor)、マイクロコンピュータ、FPA(field programmable array)、PLU(programmable logic unit)、マイクロプロセッサー、又は命令(instruction)を実行して応答する異なる装置のように、1つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現化される。処理装置は、オペレーティングシステム(OS)及びオペレーティングシステム上で実行される1つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は1つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当該技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素(processing element)及び/又は複数類型の処理要素を含むことが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は1つのプロセッサ及び1つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ(parallel processor)のような、他の処理構成も可能である。
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこれらのうちの1つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成し、独立的又は結合的に処理装置に命令する。ソフトウェア及び/又はデータは、処理装置によって解釈され、処理装置に命令又はデータを提供するためのあらゆる類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、或いは送信される信号波を介して永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは1つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。
本実施形態による方法は、多様なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現化され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、CD−ROM、DVDのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明の動作を実行するために1つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
上述したように、実施形態をたとえ限定された図面によって説明されても、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されたり、かつ/あるいは、説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組合せられたり、他の構成要素又は均等物によって置き換えたり置換されても適切な結果を達成することができる。
したがって、他の具現化、他の実施形態、及び請求範囲と均等なものも後述する請求範囲の範囲に属する。
401 充電プロファイル
701 CC/CV充電方式
705 F値
709 Fマッピングの関係
901 バッテリ充電装置
902 プロセッサ
903 メモリ

Claims (20)

  1. バッテリの温度を測定するステップと、
    前記バッテリのSOC(State Of Charge)及びSOH(State Of Health)を推定するステップと、
    前記温度及び前記SOHから、複数のF値(前記F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率である)を複数のC−rate及び複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を取得するステップと、
    前記推定されたSOC及び前記Fマッピングの関係に基づいて、前記バッテリを充電させるためのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成するステップと、
    を含むバッテリ充電方法。
  2. 前記充電プロファイルを生成するステップは、
    前記Fマッピングの関係から前記推定されたSOCに対応する複数のF値を抽出するステップと、
    前記推定されたSOCに対応する複数のF値に基づいて、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、
    前記Fマッピングの関係から前記推定されたSOCの次の順序のSOCに対応する複数のF値を抽出するステップと、
    前記次の順序のSOCに対応する複数のF値に基づいて前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、
    を含む、
    請求項1に記載のバッテリ充電方法。
  3. 前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定するステップは、前記Fマッピングの関係から、前記推定されたSOCに対応するF値のうち最も大きいF値に対応するC−rateに前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定するステップを含む、
    請求項2に記載のバッテリ充電方法。
  4. 前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップは、
    前記Fマッピングの関係から、前記次の順序のSOCに対応する複数のC−rateを抽出するステップと、
    前記抽出されたC−rateのうち、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateよりも予め定義された範囲以内で大きい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定するステップと、
    前記複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち、最も大きいF値に対応するC−rateに前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、
    を含む、
    請求項2に記載のバッテリ充電方法。
  5. 前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップは、
    前記Fマッピングの関係から前記次の順序のSOCに対応する複数のC−rateを抽出するステップと、
    前記抽出されたC−rateのうち、前記推定されたSOCに対応する充電C−rateよりも小さい複数のC−rateを複数の候補C−rateとして決定するステップと、
    前記複数の候補C−rateに対応する複数のF値のうち、最も大きいF値に対応するC−rateに前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定するステップと、
    を含む、
    請求項2に記載のバッテリ充電方法。
  6. 前記充電プロファイルを生成するステップは、前記Fマッピングの関係から、最適化関数の値を最小化する前記SOCごとの複数の充電C−rateを遺伝的アルゴリズムを用いて導き出すステップを含み、
    前記最適化関数は、前記Fマッピングの関係によってマッピングされた前記複数のF値、前記複数のC−rate、及び前記複数のSOCのうち少なくとも1つが入力されるように設計される、
    請求項1ないし5のいずれか一項に記載のバッテリ充電方法。
  7. 前記最適化関数は、前記最適化関数に入力されるSOCが大きくなるほど、前記入力されるSOCに対応するC−rateが前記最適化関数に小さく入力されるように設計される、
    請求項6に記載のバッテリ充電方法。
  8. ユーザの所望する充電時間である要求充電時間を受信するステップをさらに含み、
    前記充電プロファイルを生成するステップは、
    前記推定されたSOC及び前記要求充電時間に基づいて、前記要求充電時間内に前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定するステップと、
    前記バッテリの充電が可能な場合、前記要求充電時間内に前記バッテリを充電させる充電プロファイルを生成するステップと、
    を含む、
    請求項1ないし7のいずれか一項に記載のバッテリ充電方法。
  9. 前記充電プロファイルを生成するステップは、
    前記バッテリの充電が可能な場合、前記Fマッピングの関係から前記要求充電時間に対応する複数の充電プロファイルを生成するステップと、
    前記生成された充電プロファイルのうちEOL(End Of Life)が最も大きい充電プロファイルに前記充電プロファイルを生成するステップと、
    を含む、
    請求項8に記載のバッテリ充電方法。
  10. 前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定するステップは、前記推定されたSOCに対応する閾値時間と前記要求充電時間とを比較したり、又は前記複数のF値に基づいて前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定するステップを含む、
    請求項8に記載のバッテリ充電方法。
  11. 前記充電プロファイルを生成するステップは、前記充電C−rateの間に少なくとも1つの休憩期間を挿入するステップを含む、
    請求項8に記載のバッテリ充電方法。
  12. C−rateごとの複数のF値(前記F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率である)を複数のSOCにマッピングさせ、特定温度及び特定SOHに対応するバッテリのFマッピングの関係を生成するステップと、
    前記Fマッピングの関係に基づいて前記特定温度を含む複数の温度及び前記特定SOHを含む複数のSOHに対応する複数のFマッピングの関係を生成するステップと、
    を含み、
    前記Fマッピングの関係を生成するステップは、
    前記特定温度及び前記特定SOHの前記バッテリを特定C−rateに基づいて充電することにより大きくなる複数のSOCに対応する複数のF値を測定するステップと、
    前記測定された複数のF値を前記特定C−rate及び前記大きくなる複数のSOCにマッピングさせるステップと、
    を含む、バッテリ充電情報生成方法。
  13. 前記複数のF値を測定するステップは、
    前記特定C−rateのCC/CV(Constant Current/Constant Voltage)充電方式で前記バッテリを充電するステップと、
    前記特定C−rateを含むステップ充電方式で前記バッテリを充電するステップと、
    のうち少なくとも1つを含む、
    請求項12に記載のバッテリ充電情報生成方法。
  14. 前記複数のF値を測定するステップは、前記CC/CV充電方式で充電するとき測定される複数のF値及び前記ステップ充電方式で充電するとき測定される複数のF値に基づいて、前記大きくなるS複数のOCに対応する前記複数のF値を測定するステップを含む、
    請求項13に記載のバッテリ充電情報生成方法。
  15. ハードウェアと結合して請求項1ないし14のいずれか一項に記載の方法を実行させるために媒体に格納されたコンピュータプログラム。
  16. バッテリの温度を取得し、前記バッテリのSOC及びSOHを推定し、
    前記温度及び前記SOHから、複数のF値(前記F値は、電圧の変化量によるSOCの変化量の比率である)を複数のC−rate及び複数のSOCにマッピングさせたFマッピングの関係を取得し、
    前記推定されたSOC及び前記Fマッピングの関係に基づいて、前記バッテリを充電させるためのSOCごとの複数の充電C−rateのシーケンスである充電プロファイルを生成するプロセッサ、を含む、
    バッテリ充電装置。
  17. 前記プロセッサは、
    前記Fマッピングの関係から前記推定されたSOCに対応する複数のF値を抽出し、前記推定されたSOCに対応する複数のF値に基づいて前記推定されたSOCに対応する充電C−rateを決定し、
    前記Fマッピングの関係から前記推定されたSOCの次の順序のSOCに対応する複数のF値を抽出し、
    前記次の順序のSOCに対応する複数のF値に基づいて前記次の順序のSOCに対応する充電C−rateを決定する、
    請求項16に記載のバッテリ充電装置。
  18. 前記プロセッサは、
    前記Fマッピングの関係から、最適化関数の値を最小化する前記SOCごとの複数の充電C−rateを遺伝的アルゴリズムを用いて導き出し、
    前記最適化関数は、前記Fマッピングの関係によってマッピングされた前記複数のF値、前記複数のC−rate、及び前記複数のSOCのうち少なくとも1つが入力されるように設計される、
    請求項16に記載のバッテリ充電装置。
  19. 前記プロセッサは、
    ユーザの所望する充電時間である要求充電時間を受信し、
    前記推定されたSOC及び前記要求充電時間に基づいて、前記要求充電時間内に前記バッテリの充電が可能であるか否かを決定し、
    前記バッテリの充電が可能な場合、前記要求充電時間内に前記バッテリを充電させる充電プロファイルを生成する、
    請求項16に記載のバッテリ充電装置。
  20. 前記プロセッサは、
    前記バッテリの充電が可能な場合、前記Fマッピングの関係から前記要求充電時間に対応する複数の充電プロファイルを生成し、
    前記生成された充電プロファイルのうち、EOL(End Of Life)が最も大きい充電プロファイルに前記充電プロファイルを生成する、
    請求項19に記載のバッテリ充電装置。
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