JP2019522215A - バッテリーの充電状態をキャリブレーションするためのバッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

バッテリーの充電状態をキャリブレーションするためのバッテリー管理装置及び方法 Download PDF

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Abstract

リチウムリン酸鉄バッテリーのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）をキャリブレーションするためのバッテリー管理装置及び方法を開示する。本発明の一実施例によるバッテリー管理装置は、キャリブレーションモードに進入するとき、所定時間の間に電圧測定部から受信した複数の電圧値に対する平均電圧値を算出し、前記所定時間の間に電流測定部から受信した複数の電流値に対する平均電流値を算出し、前記平均電圧値及び前記平均電流値に基づいて前記所定時間の間の前記リチウムリン酸鉄バッテリーの平均内部抵抗値を算出し、前記平均内部抵抗値が予め決められた基準抵抗値以上であるか否かを判定し、前記平均内部抵抗値が前記基準抵抗値以上である場合、現在のＳＯＣを予め決められた基準ＳＯＣにキャリブレーションする。【選択図】 図２

Description

本発明は、バッテリー管理装置に関し、より詳しくは、リチウムリン酸鉄バッテリーのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）をキャリブレーション（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）するための装置及び方法に関する。
本出願は、２０１７年１月２日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００００３５９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
バッテリーは、充電及び放電を繰り返すことができるため、多様な分野で電力源として使用されている。例えば、リチウムイオンバッテリーなどは、携帯電話、ラップトップパソコン、デジカメ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのように持ち運び可能な装置はもちろん、電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気船、電気飛行機などのような各種の電気駆動動力装置で使用されている。
バッテリーからエネルギーの供給を受ける各種の装置やシステムを安定的に使用するためには、バッテリーの充電状態（ＳＯＣ）に対する正確な情報が必須である。特に、ＳＯＣは、バッテリーをこれからどれくらい安定的に使用可能であるかを見積る尺度になる。例えば、ノートパソコンや携帯電話、自動車などバッテリーを使用する装置はＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣを使用可能時間などに換算した情報をユーザに提供する。
バッテリーのＳＯＣは、一般に、出庫当時の設計容量に対する現在の残存容量を百分率で表すが、ＳＯＣの決定には電流積算方式（ａｍｐｅｒｅ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）が広く活用されている。
電流積算方式は、バッテリーを通じて流れる充放電電流の測定値を時間に対して周期的に積算することでバッテリーに残っている容量を推定する方式を称し、バッテリーの温度を選択的に考慮することもある。
しかし、このような電流積算方式は、電流センサーの測定誤差によってその正確度が経時的に徐々に低くなるという短所がある。換言すれば、電流積算方式は、電流センサーからの電流測定値に基づくが、電流センサーから出力された電流測定値とバッテリーを通じて流れる実際電流との間には差が存在するしかない。このような差は、非常に短い時間では無視できるほど小さいが、それを時間に対して累積する過程が繰り返されれば、無視できない程度の誤差が累積される。
このような電流積算方式の問題点を解消するための従来技術として、特許文献１（韓国特許第１０−１６５１８２９号公報）が挙げられる。特許文献１は、バッテリーのＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いてバッテリーのＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）からＳＯＣを推定する技術を提供する。このようにＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いてＳＯＣを推定するためには、バッテリーのＳＯＣの変化に応じたＯＣＶの変化が明確に現れねばならないという前提条件が要求される。
リチウムリン酸鉄バッテリー（以下、「ＬＦＰバッテリー」とする）とは、正極活物質としてリチウムリン酸鉄（ＬｉXＦｅＰＯ4）が用いられるバッテリーである。ＬＦＰバッテリーは長寿命などの長所を有している。しかし、図１から確認できるように、リチウムリン酸鉄バッテリーの場合、他の種類のバッテリーに比べて適正使用区間（例えば、ＳＯＣ３０％〜９５％）でのＯＣＶの変化が相対的に小さい特性を有する。具体的に、図１は、所定の温度を一定に維持しながら行われた事前実験で現れたリチウムイオンバッテリー及びＬＦＰバッテリーの充電プロファイルを概略的に示したグラフである。図１において、実線は正極にＬｉＣｏＯ2を使用するリチウムイオンバッテリーのＯＣＶ−ＳＯＣカーブを示し、点線は正極にＬｉＦｅＰＯ4を使用するＬＦＰバッテリーのＯＣＶ−ＳＯＣカーブを示しているが、ＬＦＰバッテリーでは充電末期と放電末期を除いたＳＯＣ区間でＯＣＶの変化が殆ど生じない。したがって、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いたＳＯＣの推定やキャリブレーション方式はＬＦＰバッテリーへの適用に適していない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＬＦＰバッテリーのＳＯＣによるＯＣＶと内部抵抗の変化特性を考慮して、ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを正確にキャリブレーションすることができるバッテリー管理装置及びそれを用いたＳＯＣキャリブレーション方法を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、ＬＦＰバッテリーのＳＯＣをキャリブレーションするように構成される。前記装置は、前記ＬＦＰバッテリーの電圧を測定し、測定された電圧を示す電圧値を出力する電圧測定部；前記ＬＦＰバッテリーの電流を測定し、測定された電流を示す電流値を出力する電流測定部；及び前記電圧値と前記電流値とを個別に受信し、前記電流値を時間に対して積算した結果に基づいて前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを決定する制御部を含む。前記制御部は、キャリブレーションモードに進入するとき、所定時間の間に前記電圧測定部から受信した複数の電圧値に対する平均電圧値を算出し、前記所定時間の間に前記電流測定部から受信した複数の電流値に対する平均電流値を算出し、前記平均電圧値及び前記平均電流値に基づいて前記所定時間の間の前記ＬＦＰバッテリーの平均内部抵抗値を算出し、前記平均内部抵抗値が予め決められた基準抵抗値以上であるか否かを判定し、前記平均内部抵抗値が前記基準抵抗値以上である場合、前記決定されたＳＯＣを予め決められた基準ＳＯＣにキャリブレーションする。
場合によって、前記ＬＦＰバッテリーの温度を測定し、測定された温度を示す温度値を出力する温度測定部をさらに含むことができる。この場合、前記制御部は、前記温度測定部によって出力された温度値にさらに基づいて、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを決定することができる。
また、予め決められた複数の基準温度値と複数の基準抵抗値との間の対応関係を定義するルックアップテーブルを保存するメモリ部をさらに含むことができる。望ましくは、前記ルックアップテーブルは、第１基準温度値及び前記第１基準温度値に関連する第１基準抵抗値が記録された第１保存領域；及び第１基準温度値より大きい第２基準温度値及び前記第２基準温度値に関連する第２基準抵抗値が記録された第２保存領域を含むが、前記第１基準抵抗値は前記第２基準抵抗値より大きくなり得る。
また、前記制御部は、前記所定時間の間に前記温度測定部から受信した温度値に基づいて前記ルックアップテーブルに記録されたある１つの基準温度値を選択し、前記ルックアップテーブルから前記選択された基準温度値に対応する基準抵抗値を選択し、前記平均内部抵抗値が前記選択された基準抵抗値以上である場合、前記決定されたＳＯＣを前記基準ＳＯＣにキャリブレーションすることができる。このとき、前記基準抵抗値は、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣが前記基準ＳＯＣであるときの内部抵抗の抵抗値を示す値であり得る。
望ましくは、前記制御部は、下記数式１を用いて前記平均内部抵抗値を算出するが、
数式１において、Ｖaveは前記平均電圧値であり、Ｉaveは前記平均電流値であり、ＯＣＶrefは予め決められた基準開放電圧値であり、Ｒaveは前記平均内部抵抗値である。このとき、前記基準開放電圧値は、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣが前記基準ＳＯＣであるときの前記ＬＦＰバッテリーの開放電圧を示す値であり得る。
選択的に、前記所定時間は、１秒以上２秒以下の特定値であり得、前記基準ＳＯＣは、前記ＬＦＰバッテリーの残存容量が設計容量の９９％であることを示す値であり得る。
本発明の他の態様によるバッテリーパックは、前記バッテリー管理装置を含む。
本発明のさらに他の態様によるＬＦＰバッテリーのＳＯＣをキャリブレーションする方法は、前記バッテリー管理装置によって行われ、前記ＬＦＰバッテリーの電圧を示す電圧値を受信する段階；前記ＬＦＰバッテリーの電流を示す電流値を受信する段階；前記電流値を時間に対して積算した結果に基づいて、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを決定する段階；及びキャリブレーションモードに進入して前記決定されたＳＯＣをキャリブレーションする段階を含む。この場合、前記決定されたＳＯＣをキャリブレーションする段階は、所定時間の間に受信した複数の電圧値に対する平均電圧値を算出する段階；前記所定時間の間に受信した複数の電流値に対する平均電流値を算出する段階；前記平均電圧値及び前記平均電流値に基づいて前記所定時間の間の前記ＬＦＰバッテリーの平均内部抵抗値を算出する段階；前記平均内部抵抗値が予め決められた基準抵抗値以上であるか否かを判定する段階；及び前記平均内部抵抗値が前記基準抵抗値以上である場合、前記決定されたＳＯＣを予め決められた基準ＳＯＣにキャリブレーションする段階を含む。
本発明の実施例のうち少なくとも１つによれば、ＬＦＰバッテリーのＳＯＣによるＯＣＶと内部抵抗の変化特性を考慮して、ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを正確にキャリブレーションすることができる。
また、従来のアンペアカウンティング法（ａｍｐｅｒｅ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）における、電流センサーの測定誤差が時間の経過とともに持続的に累積されて誤ったＳＯＣがユーザなどに通知される問題を低減させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
ＬＦＰバッテリー及び一般的なリチウムイオンバッテリーのＯＣＶ−ＳＯＣカーブを概略的に示したグラフである。 本発明の実施例による電源システムのブロック図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置によって行われるプロセスに含まれた複数の段階を示したフロー図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置によって行われるプロセスに含まれた複数の段階を示したフロー図である。 ＬＦＰバッテリーの温度に応じた内部抵抗カーブを示したグラフである。 ＬＦＰバッテリーの内部抵抗の抵抗値を算出するとき、基準開放電圧値を用いた場合とそうでない場合との差を説明するためのグラフである。 ＬＦＰバッテリーの内部抵抗の抵抗値を算出するとき、基準開放電圧値を用いた場合とそうでない場合との差を説明するためのグラフである。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
後述する実施例において、ＬＦＰバッテリーとは、１つの包装材内に正極／分離膜／負極の組立体及び電解質が含まれた単一の単位セルを含めて、複数の単位セルが直列または並列で連結されたアセンブリーなどを称し得る。ＬＦＰバッテリーは、後述するバッテリー管理装置１００とともにバッテリーパックに含まれる構成であり得る。
図２は、本発明の一実施例による電源システムのブロック図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施例による電源システムは、バッテリー管理装置１００及び負荷装置２００を含む。
バッテリー管理装置１００は、電圧測定部１１０、電流測定部１２０及び制御部１４０を含み、選択的に温度測定部１３０をさらに含むことができる。
装置１００は、予め決められた条件が満たされる場合、ＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣを予め決められた特定値にキャリブレーションすることができるように構成される。ここで、ＬＦＰバッテリーＢとは、１つのＬＦＰセルまたは直列連結された２つ以上のＬＦＰセルを含むバッテリーを意味する。
ＬＦＰバッテリーＢは、高電位端子ＰＡＣＫ＋及び低電位端子ＰＡＣＫ−を通じて負荷装置２００と電気的に連結される。負荷装置２００は、ＬＦＰバッテリーＢから出力される電力によって動作するか、または、ＬＦＰバッテリーＢを求められる電圧まで充電させるように動作する装置を称する。
負荷装置２００は、制御システム２１０、電力変換部２２０及び負荷２３０を含む。負荷装置２００は、選択的に、充電器２４０をさらに含むことができる。充電器２４０は、ＬＦＰバッテリーＢを充電可能な充電電流を電力変換部２２０を通じてＬＦＰバッテリーＢ側に提供することができる。充電器２４０は自体的に充電電流を生成してもよく、商用電源から電力の印加を受けて充電電流を生成してもよい。
望ましい例において、負荷２３０は電気自動車やハイブリッド自動車に含まれたモーターであり得、電力変換部２２０は双方向電力変換が可能なインバータであり得る。
制御システム２１０は、負荷装置２００の全般的な動作を制御するコンピュータシステムである。特に、制御システム２１０は、制御部１４０が提供するＬＦＰバッテリーＢの出力パラメータを用いてＬＦＰバッテリーＢの充放電を制御することができる。
電力変換部２２０は、ＬＦＰバッテリーＢの放電出力を負荷２３０側に伝達する。このとき、電力変換部２２０は、制御システム２１０の統制の下、出力パラメータの範囲内でＬＦＰバッテリーＢが放電できるように電力変換の程度を調節することができる。
逆に、電力変換部２２０は、充電器２４０から供給される充電出力をＬＦＰバッテリーＢ側に伝達することができる。このとき、電力変換部２２０は、制御システム２１０の統制の下、出力パラメータの範囲内でＬＦＰバッテリーＢが充電できるように電力変換の程度を調節することができる。
本発明による装置１００は、メモリ部１５０をさらに含むことができる。メモリ部１５０は、情報を記録して消去可能な記憶媒体であれば、その種類に特に制限がない。一例として、メモリ部１５０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。
また、メモリ部１５０は、制御部１４０によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを通じて制御部１４０と電気的に連結できる。
また、メモリ部１５０は、制御部１４０が行う各種の制御ロジッグを含むプログラム、及び／または制御ロジッグが行われるときに発生するデータを保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。
メモリ部１５０は論理的に２つ以上に分割可能であり、制御部１４０内に含まれることを制限しない。
電圧測定部１１０は、電気的信号を送受信できるように制御部１４０と電気的に結合される。電圧測定部１１０は、制御部１４０の統制の下に、時間間隔を置いてＬＦＰバッテリーＢの正極と負極との間に印加される電圧を測定し、測定された電圧を示す電圧値を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、電圧測定部１１０から出力される電圧値をメモリ部１５０に保存する。例えば、電圧測定部１１０は当業界で一般に使用される電圧センサーから構成され得る。
電流測定部１２０は、電気的信号を送受信できるように制御部１４０と電気的に結合される。電流測定部１２０は、制御部１４０の統制の下、時間間隔を置いてＬＦＰバッテリーＢを通じて流れる電流を測定し、測定された電流を示す電流値を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、電流測定部１２０から出力される電流値をメモリ部１５０に保存する。例えば、電流測定部１２０は当業界で一般に使用されるホールセンサーまたはセンス抵抗を含み得る。
温度測定部１３０は、電気的信号を送受信できるように制御部１４０と電気的に結合される。温度測定部１３０は、時間間隔を置いてＬＦＰバッテリーＢの温度を測定し、測定された温度を示す温度値を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、温度測定部１３０から出力される温度値をメモリ部１５０に保存する。例えば、温度測定部１３０は当業界で一般に使用される熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）から構成され得る。
電圧測定部１１０、電流測定部１２０及び温度測定部１３０のうち少なくとも１つは、ＡＤＣを含む形態で具現可能である。ここで、ＡＤＣとは、公知のアナログデジタルコンバータを称する。
本発明による装置１００は、通信インターフェース１６０をさらに含むことができる。通信インターフェース１６０は、制御部１４０が負荷装置２００に含まれた制御システム２１０と通信を行うために必要な構成要素である。
通信インターフェース１６０としては、相異なる２つのシステムが通信できるように支援する公知の通信インターフェースであれば如何なるものであっても使用可能である。通信インターフェースは有線または無線通信を支援することができる。望ましくは、通信インターフェースはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信またはデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）通信を支援するものであり得る。
制御部１４０は、電圧測定部１１０によって出力されたＬＦＰバッテリーＢの電圧値及び電流測定部１２０によって出力されたＬＦＰバッテリーＢの電流値の少なくとも１つと温度測定部１３０によって出力されたＬＦＰバッテリーＢの温度値とを選択的に活用してＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣを決定することができる。
例えば、ＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣは、アンペアカウンティング方式を用いて決定される値であり得る。換言すれば、制御部１４０は、電流測定部１２０を通じて周期的に測定される電流値を時間に対して積算した結果に基づいて、ＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣを持続的にモニタリングすることはもちろん、最近決定されたＳＯＣを現時点で決定されたＳＯＣで更新することができる。アンペアカウンティング方式を用いる場合、ＬＦＰバッテリーＢの温度値は電流積算量の補正に用いることができる。
制御部１４０は、電圧測定部１１０によって順次出力される電圧値及び電流測定部１２０によって順次出力される電流値をモニタリングする。このとき、電圧測定部１１０による電圧測定の時点と電流測定部１２０による電流測定の時点とは相互同期化され得る。選択的に、温度測定部１３０による温度測定の時点も電圧測定部１１０による電圧測定の時点または電流測定部１２０による電流測定の時点に同期化され得る。また、制御部１４０は、現在から過去所定期間の間に電圧測定部１１０と電流測定部１２０のそれぞれから出力された所定個数の電圧値と所定個数の電流値をメモリ部１５０に保存可能である。
制御部１４０は、少なくとも一般モードとキャリブレーションモードで動作することができる。一般モードとは、上述したアンペアカウンティング法などを通じてＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣを決定する動作が行われるモードを称する。これに対し、キャリブレーションモードとは、一般モードで決定されたＳＯＣをキャリブレーションする動作が行われるモードを称する。すなわち、制御部１４０は、一般モードで動作している途中に所定の条件が満たされればキャリブレーションモードに切り換えるか、または、キャリブレーションモードで動作している途中に所定の条件が満たされれば一般モードに切り換えることができる。このとき、一般モードからキャリブレーションモードへの切換に要求される条件と、キャリブレーションモードから一般モードへの切換に要求される条件とが相異なり得ることは当業者に自明である。
図３及び図４は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００によって行われるＳＯＣキャリブレーション方法を示したフロー図であり、図５はＬＦＰバッテリーの温度に応じた内部抵抗カーブを示したグラフである。また、図３に示された段階と図４に示された段階は、予め決められたサイクル毎に少なくとも１回ずつ実行可能である。また、図５に示された３つの異なる内部抵抗カーブは、ＬＦＰバッテリーＢの温度をそれぞれ０℃、２５℃及び４５℃に維持しながら、所定のレベルの定電流でＬＦＰバッテリーＢをＳＯＣが０の時点から１の時点まで充電する事前実験を通じて得たものである。
まず、図３は一般モードでのプロセスと関連する段階を示している。
図３を参照すれば、段階Ｓ３１０において、制御部１４０は一般モードに進入して、カウンティングインデックスｋを初期化する。例えば、制御部１４０は、カウンティングインデックスｋに１を割り当てることで、カウンティングインデックスを初期化し得る。このとき、カウンティングインデックスは、制御部１４０が電圧測定部１１０、電流測定部１２０及び温度測定部１３０のうち少なくとも１つからの測定値を受信した回数をカウントするためのファクターである。
段階Ｓ３２０において、電圧測定部１１０は、制御部１４０の要請に応じて、ＬＦＰバッテリーＢの電圧を測定し、測定された電圧を示す電圧値を制御部１４０に出力する。すなわち、制御部１４０は電圧測定部１１０から電圧値を受信する。
段階Ｓ３３０において、電流測定部１２０は、制御部１４０の要請に応じて、ＬＦＰバッテリーＢの電流を測定し、測定された電流を示す電流値を制御部１４０に出力する。すなわち、制御部１４０は電流測定部１２０から電流値を受信する。
段階Ｓ３４０において、温度測定部１３０は、制御部１４０の要請に応じて、ＬＦＰバッテリーＢの温度を測定し、測定された温度を示す温度値を制御部１４０に出力する。すなわち、制御部１４０は温度測定部１３０から温度値を受信する。
図３には段階Ｓ３２０、段階Ｓ３３０及び段階Ｓ３４０の順に行われることが示されているが、これら段階の順番は図３に示された順に制限されず、望ましくは段階Ｓ３２０、段階Ｓ３３０及び段階Ｓ３４０は同時に行われても良い。すなわち、電圧測定部１１０による電圧測定の時点と電流測定部１２０による電流測定の時点と温度測定部１３０による温度測定の時点とは相互同期化され得る。
段階Ｓ３２０、段階Ｓ３３０及び段階Ｓ３４０を通じて、制御部１４０はＬＦＰバッテリーＢの電圧値、電流値及び温度値を同時にまたは順次受信した後、メモリ部１５０に個別的に保存することができる。
段階Ｓ３５０において、制御部１４０は、ＬＦＰバッテリーＢの電圧値及び電流値の少なくとも１つに基づいてＬＦＰバッテリーＢの現在ＳＯＣを決定することができる。このとき、ＬＦＰバッテリーＢの現在ＳＯＣの決定にはＬＦＰバッテリーＢの温度値を選択的に考慮することができる。望ましくは、制御部１４０は、段階Ｓ３３０を通じて受信したＬＦＰバッテリーＢの電流値に基づいて、電流積算法を用いて最後に決定されたＳＯＣを更新することができる。制御部１４０は、段階Ｓ３５０を通じて決定された現在ＳＯＣを通知する信号をインターフェース部１６０を通じて負荷装置２００に伝送することができる。
段階Ｓ３６０において、制御部１４０はカウンティングインデックスｋを増加させる。すなわち、制御部１４０は、カウンティングインデックスｋを所定値（例えば、１）ほど増加させる。図３には段階Ｓ３５０が段階Ｓ３６０に先行して示されているが、段階Ｓ３６０が段階Ｓ３５０に先行するか又は同時に行われても良い。
段階Ｓ３７０において、制御部１４０は、カウンティングインデックスｋが予め決められた回数ｋref（例えば、３）と同一であるか否かを判定する。段階Ｓ３７０の判定結果が「はい」であれば、プロセスは段階Ｓ３８０に進む。もし、段階Ｓ３７０の判定結果が「いいえ」であれば、プロセスは段階Ｓ３２０または段階Ｓ３３０に進む。
段階Ｓ３８０において、制御部１４０は予め決められた第１切換条件を満たすか否かを判定することができる。ここで、第１切換条件は、一般モードからキャリブレーションモードに切り換えるために予め決められた条件であり得る。一具現例によれば、第１切換条件は、段階Ｓ３５０を通じて決定されたＳＯＣが予め決められた臨界ＳＯＣに到達することである。すなわち、制御部１４０は、段階Ｓ３５０を通じて決定されたＳＯＣを臨界ＳＯＣと比べて、一般モードでの動作を維持するかそれとも一般モードからキャリブレーションモードに切り換えるかを決定することができる。このとき、臨界ＳＯＣを指定する値はメモリ部１５０に予め保存され得る。
段階Ｓ３８０の判定結果が「いいえ」であれば、制御部１４０は段階Ｓ３９０に進む。もし、段階Ｓ３８０の判定結果が「はい」であれば、制御部１４０は段階Ｓ４１０に進む。
段階Ｓ３９０において、制御部１４０はＬＦＰバッテリーＢの動作状態がキーオフ（ｋｅｙ−ｏｆｆ）状態であるか否かを判定する。ここで、キーオフ状態とは、ＬＦＰバッテリーＢの充電又は放電が中断された場合を言う。制御部１４０は、ＬＦＰバッテリーＢと負荷装置２００との間の連結を制御するスイッチ部品の連結状態に基づいて、ＬＦＰバッテリーＢが現在キーオフ状態であるか否かを判定することができる。
段階Ｓ３９０の判定結果が「いいえ」であれば、制御部１４０は段階Ｓ３２０に戻る。もし、段階Ｓ３９０の判定結果が「はい」であれば、制御部１４０はプロセスを終了する。
図４を参照すれば、段階Ｓ４１０において、制御部１４０は平均電圧値を算出する。このとき、平均電圧値は、所定の第１時間（例えば、１秒以上２秒以下の特定値）の間に電圧測定部１１０から受信した複数の電圧値の平均であり得る。
段階Ｓ４２０において、制御部１４０は平均電流値を算出する。このとき、平均電流値は、前記第１時間の間に電流測定部１２０から受信した複数の電流値の平均であり得る。図４には段階Ｓ４１０が段階Ｓ４２０に先行して示されているが、段階Ｓ４２０が段階Ｓ４１０に先行しても良い。
このとき、平均電圧値と平均電流値の算出に考慮される電圧値と電流値のそれぞれの個数は、段階Ｓ３７０における所定回数ｋref以上であり得る。また、前記第１時間は、ＬＦＰバッテリーＢの電圧と電流の瞬間的な変動のようなノイズをフィルタリングするために予め決められた値である。
段階Ｓ４３０において、制御部１４０は、段階Ｓ４１０を通じて算出された平均電圧値及び段階Ｓ４２０を通じて算出された平均電流値に基づいて、ＬＦＰバッテリーＢの平均内部抵抗値を算出することができる。このとき、平均内部抵抗値は、前記第１時間の間に現れるＬＦＰバッテリーＢの内部抵抗の抵抗値を代表するものであり得る。
望ましくは、制御部１４０は、下記数式１を用いて、ＬＦＰバッテリーＢの平均内部抵抗値を算出することができる。
数式１において、Ｖaveは平均電圧値であり、Ｉaveは平均電流値であり、ＯＣＶrefは予め決められた基準開放電圧値であり、Ｒaveは平均内部抵抗値を意味する。このとき、数式１の基準開放電圧値ＯＣＶrefは、ＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣが基準ＳＯＣであるときのＬＦＰバッテリーＢの開放電圧を示す値である。また、基準ＳＯＣは、ＬＦＰバッテリーＢの設計容量に対する所定比率（例えば、９９％）の残存容量を示す値である。このとき、基準ＳＯＣは１００％より小さく決定されることが望ましい。上述した臨界ＳＯＣは基準ＳＯＣより低く予め決められた値であり得る。基準開放電圧値は、事前実験を通じて予め決められてメモリ部１５０に保存されるものであり得る。
場合によって、制御部１４０は、数式１を用いて算出された平均内部抵抗値Ｒaveが正数である場合に限って、後述する段階Ｓ４４０以後のプロセスを行い、数式１を用いて算出された平均内部抵抗値Ｒaveが０または負数の場合は、段階Ｓ４４０以後のプロセスの進行を保留することができる。
段階Ｓ４４０において、制御部１４０は、ＬＦＰバッテリーＢの現在温度に対応する基準抵抗値を選択することができる。これと関連して、メモリ部１５０には下記表１のような形態のルックアップテーブルが予め保存された状態であり得る。
図５とともに表１を参照すれば、ルックアップテーブルはそれぞれ１つの基準温度値と基準抵抗値とが相互関連付けられている２つ以上の保存領域を含むことができる。例えば、ルックアップテーブルは第１保存領域及び第２保存領域を含むことができる。第１保存領域には第１基準温度値及び第１基準温度値に関連する第１基準抵抗値が記録され、第２保存領域には第２基準温度値及び第２基準温度値に関連する第２基準抵抗値が記録される。もし、第２基準温度値が第１基準温度値より大きい場合、第１基準抵抗値は第２基準抵抗値より大きくなり得る。これは、図５に示されたように、ＳＯＣが同じであっても、ＬＦＰバッテリーＢの温度が高くなるほど内部抵抗の抵抗値は次第に減少する実験結果を反映したためである。
表１のようなルックアップテーブルから基準抵抗値を決定する一例を挙げれば、段階Ｓ３４０を通じて測定されたＬＦＰバッテリーＢの温度が１℃である場合、制御部１４０はルックアップテーブルに記録された複数の温度値のうち、温度測定部１３０によって測定された温図１℃と最も近い０℃を選択して、選択された０℃に関連する基準抵抗値０．００２８Ωを選択することができる。
一方、表１のルックアップテーブルでは、４つの温度値が異なる４つの基準抵抗値にそれぞれ関連付けられて異なる保存領域に記録されているが、ルックアップテーブルはより少ないかそれともより多くの保存領域に区画され得る。
また、制御部１４０は、ＬＦＰバッテリーＢの現在温度に対応する温度値がルックアップテーブルに記録されていない場合、多様な方式を通じてＬＦＰバッテリーＢの現在温度に対応する基準抵抗値を算出することもできる。例えば、制御部１４０は補間法を通じて、ルックアップテーブルに記録された異なる２つの温度値からルックアップテーブルに記録されていない温度値を決定し得る。同様に、制御部１４０は補間法を通じて、ルックアップテーブルに記録された異なる２つの基準抵抗値からルックアップテーブルに記録されていない基準抵抗値を決定し得る。
段階Ｓ４５０において、制御部１４０は、段階Ｓ４３０を通じて算出された平均内部抵抗値と段階Ｓ４４０を通じて選択された基準抵抗値とを比べて、平均内部抵抗値が基準抵抗値に到達したか否かを判定する。換言すれば、制御部１４０は、平均内部抵抗値が基準抵抗値以上であるか否かを判定する。
段階Ｓ４５０の判定結果が「はい」であれば、制御部１４０は段階Ｓ４６０に進む。もし、段階Ｓ４５０の判定結果が「いいえ」であれば、制御部１４０は段階Ｓ４７０に進む。
段階Ｓ４６０において、制御部１４０は、基準ＳＯＣを用いて現在ＳＯＣをキャリブレーションする。すなわち、制御部１４０は、基準ＳＯＣと同じ値を有するように現在のＳＯＣを更新する。これを通じて、電流積算方式で不可避に発生する電流測定誤差の累積分を除去することができる。
段階Ｓ４７０において、制御部１４０は、予め決められた第２切換条件を満たすか否かを判定することができる。ここで、第２切換条件は、キャリブレーションモードから一般モードに切り換えるために予め決められた条件であり得る。一具現例よれば、第２切換条件は、ＬＦＰバッテリーＢに対する充電が終わること、及び／または、段階Ｓ４６０が終了した時点から所定の第２時間（例えば、６０秒）が経過することなどであり得る。
段階Ｓ４７０の判定結果が「いいえ」であれば、制御部１４０は段階Ｓ４１０に進む。もし、段階Ｓ４７０の判定結果が「はい」であれば、制御部１４０はキャリブレーションモードを解除して段階Ｓ３９０に進む。
一方、制御部１４０は、段階Ｓ３５０を通じて決定された現在ＳＯＣと基準ＳＯＣとの間の差が予め決められた基準差異値より大きい場合、誤動作信号を出力することができる。具体的に、基準ＳＯＣから現在ＳＯＣを引いた値が基準差異値より大きければ、制御部１４０は、電流測定部１２０に故障が発生したと判定し、電流測定部１２０の交替が必要であることを知らせる誤動作信号を出力することができる。制御部１４０から出力された誤動作信号は、インターフェース部１６０を通じて負荷装置２００に伝送され得る。
図６及び図７は、ＬＦＰバッテリーの内部抵抗の抵抗値を算出するとき、基準開放電圧値を用いた場合とそうでない場合との差を説明するためのグラフである。図６及び図７に示されたグラフはいずれもＬＦＰバッテリーＢの温度を２５℃に維持した状態で行われた事前実験を通じて得られたものであり、基準ＳＯＣは９９％に設定した。具体的に、図６の（ａ）は、時間に応じたＬＦＰバッテリーＢの電圧カーブを示したグラフであり、図６の（ｂ）は、時間に応じたＬＦＰバッテリーＢの電流カーブを示したグラフである。また、図７の（ａ）は、ＬＦＰバッテリーＢの電圧と電流が図６に示された電圧カーブと電流カーブに従う間に装置１００によって算出されるＲaveに応じた第１内部抵抗カーブを示したグラフであり、図７の（ｂ）は、ＬＦＰバッテリーＢの電圧と電流が図６に示された電圧カーブと電流カーブに従う間に装置１００によって算出されるＲaveに応じた第２内部抵抗カーブを示したグラフである。ここで、図７の（ａ）の第１内部抵抗カーブは、数式１のＯＣＶrefに基準開放電圧値を割り当てた場合に該当し、図７の（ｂ）の第２内部抵抗カーブは、数式１のＯＣＶrefに基準開放電圧値の代わりに０を割り当てた場合に該当する。
まず、図７の（ａ）に示されたグラフを確認すれば、第１内部抵抗カーブは殆どの時間で０Ω以下の抵抗値を有してから、６２００秒付近で急激に上昇し、６２１７秒で２５℃に対応する基準抵抗値である０．００１４Ωに到達する。これによって、制御部１４０は、図７の（ａ）のグラフの６２１７秒に対応する時点ＰcaliでＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣを９９％にキャリブレーションできる。
次に、図７の（ｂ）に示されたグラフの第２内部抵抗カーブは、第１内部抵抗カーブと違い、６２００秒付近で急激な上昇を見せない。これは、数式１のＯＣＶrefが一種のノイズフィルターのような役割を果たすためである。すなわち、Ｉaveが正数であれば、数式１で基準開放電圧値が割り当てられたＯＣＶrefが存在することにより、ＯＣＶref以下のＶaveが数式１に入力される場合はＲaveが０または負数になり、それ以外の場合はＲaveが正数になる。したがって、制御部１４０は、数式１のＲaveが正数として算出される期間中にＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣをキャリブレーションすることが可能である。一方、Ｉaveが正数であるとの仮定の下、数式１のＯＣＶrefに０が割り当てられる場合は、Ｒaveの符号は専らＶaveに依存するようになるため、ＬＦＰバッテリーＢのＳＯＣに対するキャリブレーションを行うポイントを正確に選定することができない。
本発明の多様な実施様態の説明において、「〜部」と称した構成要素は物理的に区分される要素ではなく、機能的に区分される要素であると理解せねばならない。したがって、それぞれの構成要素は他の構成要素と選択的に統合されるか、又は、それぞれの構成要素が制御ロジッグの効率的な実行のためにサブ構成要素に分割され得る。しかし、構成要素が統合または分割されても機能の同一性が認められれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内に属すると解釈されねばならないことは当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (10)

  1. ＬＦＰバッテリーのＳＯＣをキャリブレーションするバッテリー管理装置において、
    前記ＬＦＰバッテリーの電圧を測定し、測定された電圧を示す電圧値を出力する電圧測定部；
    前記ＬＦＰバッテリーの電流を測定し、測定された電流を示す電流値を出力する電流測定部；及び
    前記電圧値と前記電流値とを個別に受信し、前記電流値を時間に対して積算した結果に基づいて前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを決定する制御部；を備え、
    前記制御部は、キャリブレーションモードに進入するとき、
    所定時間の間に前記電圧測定部から受信した複数の電圧値に対する平均電圧値を算出し、
    前記所定時間の間に前記電流測定部から受信した複数の電流値に対する平均電流値を算出し、
    前記平均電圧値及び前記平均電流値に基づいて前記所定時間の間の前記ＬＦＰバッテリーの平均内部抵抗値を算出し、
    前記平均内部抵抗値が予め決められた基準抵抗値以上であるか否かを判定し、
    前記平均内部抵抗値が前記基準抵抗値以上である場合、前記決定されたＳＯＣを予め決められた基準ＳＯＣにキャリブレーションする、バッテリー管理装置。
  2. 前記ＬＦＰバッテリーの温度を測定し、測定された温度を示す温度値を出力する温度測定部をさらに含み、
    前記制御部は、前記温度測定部によって出力された温度値にさらに基づいて、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを決定する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 予め決められた複数の基準温度値と複数の基準抵抗値との間の対応関係を定義するルックアップテーブルを保存するメモリ部をさらに備えてなる、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記ルックアップテーブルは、
    第１基準温度値及び前記第１基準温度値に関連する第１基準抵抗値が記録された第１保存領域；及び
    第１基準温度値より大きい第２基準温度値及び前記第２基準温度値に関連する第２基準抵抗値が記録された第２保存領域；を備え、
    前記第１基準抵抗値は前記第２基準抵抗値より大きい、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記所定時間の間に前記温度測定部から受信した温度値に基づいて前記ルックアップテーブルに記録されたある１つの基準温度値を選択し、
    前記ルックアップテーブルから前記選択された基準温度値に対応する基準抵抗値を選択し、
    前記平均内部抵抗値が前記選択された基準抵抗値以上である場合、前記決定されたＳＯＣを前記基準ＳＯＣにキャリブレーションする、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記基準抵抗値は、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣが前記基準ＳＯＣであるときの内部抵抗の抵抗値を示す値である、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記制御部は、下記数式１を用いて前記平均内部抵抗値を算出する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
    〔上記数式１において、
    Ｖaveは前記平均電圧値であり、
    Ｉaveは前記平均電流値であり、
    ＯＣＶrefは予め決められた基準開放電圧値であり、
    Ｒaveは前記平均内部抵抗値であり、
    前記基準開放電圧値は、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣが前記基準ＳＯＣであるときの前記ＬＦＰバッテリーの開放電圧を示す値である。〕
  8. 前記所定時間は、１秒以上２秒以下の特定値であり、
    前記基準ＳＯＣは、前記ＬＦＰバッテリーの残存容量が設計容量の９９％であることを示す値である、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のバッテリー管理装置を備えてなる、バッテリーパック。
  10. ＬＦＰバッテリーのＳＯＣをキャリブレーションする方法において、
    前記ＬＦＰバッテリーの電圧を示す電圧値を受信する段階；
    前記ＬＦＰバッテリーの電流を示す電流値を受信する段階；
    前記電流値を時間に対して積算した結果に基づいて、前記ＬＦＰバッテリーのＳＯＣを決定する段階；及び
    キャリブレーションモードに進入して前記決定されたＳＯＣをキャリブレーションする段階；を含み、
    前記決定されたＳＯＣをキャリブレーションする段階は、
    所定時間の間に受信した複数の電圧値に対する平均電圧値を算出する段階；
    前記所定時間の間に受信した複数の電流値に対する平均電流値を算出する段階；
    前記平均電圧値及び前記平均電流値に基づいて前記所定時間の間の前記ＬＦＰバッテリーの平均内部抵抗値を算出する段階；
    前記平均内部抵抗値が予め決められた基準抵抗値以上であるか否かを判定する段階；及び
    前記平均内部抵抗値が前記基準抵抗値以上である場合、前記決定されたＳＯＣを予め決められた基準ＳＯＣにキャリブレーションする段階；を含む、ＳＯＣキャリブレーション方法。
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