JP2020520624A - バッテリーの内部抵抗を最適化するためのバッテリー管理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、バッテリーの内部抵抗を最適化するためのバッテリー管理システム及び方法に関する。本発明の一実施形態による前記バッテリー管理システムは、前記バッテリーの充電電流を測定するように構成された電流測定部と、複数の電圧−電流特性プロファイルを保存するように構成されたメモリと、前記電流測定部及び前記メモリに動作可能に結合され、前記バッテリーの充電状態及び温度に基づいて前記複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定するように構成された制御部とを含む。前記基準プロファイルは、出発点、終了点及び前記出発点と前記終了点との間に位置する複数の中間点を含む。前記制御部は、前記出発点及び前記終了点に基づいて前記バッテリーの内部抵抗を決定し、前記複数の中間点のうちいずれか一つを基準点として設定し、前記基準点及び前記終了点に基づいて前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定し、前記充電電流、前記内部抵抗、前記基準抵抗及び所定の充電上限電流に基づいて前記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定する。

Description

本発明は、バッテリーの充電時にバッテリーの内部抵抗を最適化するためのバッテリー管理システム及び方法に関する。

本出願は、２０１８年１月３日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００００８７８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、すべて本出願に組み込まれる。

近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。

現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムバッテリーなどの電池が商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系列のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

バッテリーが過充電されると寿命が短縮するため、バッテリーを充電する間は、バッテリーの状態に応じてバッテリーの出力電力を適応的に調節する必要がある。バッテリーの出力電力を調節するためには、バッテリーの内部抵抗を決定する過程が先行しなければならない。そのため、特許文献１のような従来技術では、事前実験を通じて特定充電状態と特定温度におけるバッテリーの電圧−電流特性を示す電圧データ及び電流データを記録し、最小自乗法のようなデータフィッティングアルゴリズムを用いて前記電圧−電流特性を直線化することで、特定充電状態と特定温度に対応する内部抵抗を算出する。

しかし、バッテリーの充電状態及び温度が一定した状況であっても、充電電流の大きさによってバッテリーの内部抵抗は変わり得る。したがって、特許文献１などに開示された技術ではバッテリーの過充電を効果的に防止し難い。

韓国特許公開第１０−２００６−００５２２７３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、特定充電状態及び特定温度に対応する電圧−電流特性プロファイルによって定義されるバッテリーの内部抵抗をバッテリーの充電電流に基づいて最適化するバッテリー管理システム及び方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

上記の目的を達成するための本発明の多様な実施形態は次のようである。

本発明の一実施形態によるバッテリーの内部抵抗を最適化するためのバッテリー管理システムは、前記バッテリーの充電電流を測定するように構成された電流測定部と、複数の電圧−電流特性プロファイルを保存するように構成されたメモリと、前記電流測定部及び前記メモリに動作可能に結合され、前記バッテリーの充電状態及び温度に基づいて前記複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定するように構成される制御部であって、前記基準プロファイルが出発点、終了点及び前記出発点と前記終了点との間に位置する複数の中間点を含む、制御部とを含む。前記制御部は、前記出発点及び前記終了点に基づいて前記バッテリーの内部抵抗を決定する。前記制御部は、前記複数の中間点のうちいずれか一つを基準点として設定する。前記制御部は、前記基準点及び前記終了点に基づいて前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定する。前記制御部は、前記充電電流、前記内部抵抗、前記基準抵抗及び所定の充電上限電流に基づいて前記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定する。

前記制御部は、前記出発点の電圧と前記終了点の電圧との差を前記終了点の電流で除して前記内部抵抗を決定することができる。前記出発点の電圧は、前記バッテリーの充電状態及び温度に対応する前記バッテリーの開放電圧を示すものであり得る。

前記終了点の電流は、前記充電上限電流と同一であり得る。

前記制御部は、前記基準点の電圧、前記基準点の電流、前記終了点の電圧及び前記終了点の電流に基づいて前記基準抵抗を決定することができる。

前記制御部は、下記の数式１を用いて、前記基準抵抗を決定することができる。
数式１において、Ｉ_ｒｅｆは前記基準点の電流、Ｖ_ｒｅｆは前記基準点の電圧、Ｉ_ｅｎｄは前記終了点の電流、Ｖ_ｅｎｄは前記終了点の電圧、Ｒ_ｒｅｆは前記基準抵抗である。

前記制御部は、下記の数式２を用いて、前記最適抵抗を決定することができる。
数式２において、Ｒ_ｉｎｔは前記内部抵抗、Ｉ_ｃｈｒは前記充電電流、Ｒ_ｏｐｔは前記最適抵抗である。

前記制御部は、前記複数の中間点のうち前記終了点に最も近い中間点を前記基準点として決定することができる。

本発明の他の実施形態によるバッテリーパックは、前記バッテリー管理システムを含む。

本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーの内部抵抗を最適化するための方法は、前記バッテリーの充電状態及び温度に基づいて複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定する段階であって、前記基準プロファイルが出発点、終了点及び前記出発点と前記終了点との間に位置する複数の中間点を含む、段階と、前記出発点及び前記終了点に基づいて前記バッテリーの内部抵抗を決定する段階と、前記複数の中間点のうちいずれか一つを基準点として設定する段階と、前記基準点及び前記終了点に基づいて前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定する段階と、前記バッテリーの充電電流、前記内部抵抗、前記基準抵抗及び所定の充電上限電流に基づいて前記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定する段階とを含む。

本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、特定充電状態及び特定温度に対応する電圧−電流特性プロファイルによって定義されるバッテリーの内部抵抗をバッテリーの充電電流に基づいて最適化することができる。

本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、最適化された内部抵抗をバッテリーの出力電力の調節に用いることで、従来の技術よりバッテリーの過充電を効果的に防止することができる。

本発明の効果は、上述した効果に制限されることなく、その他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

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形態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。

本発明の一実施形態によるバッテリーパックの機能的構成を示した図である。

本発明の他の実施形態によるバッテリーの内部抵抗を最適化する方法を示したフロー図である。

図２に示された方法の説明に参照される例示的な電圧−電流特性プロファイルを示したグラフである。

図２及び図３を参照して上述した前記内部抵抗に基づいて決定される充電制限電流と、前記最適抵抗に基づいて決定される充電制限電流との差を説明するために参照されるグラフである。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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。

また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「制御ユニット」のような用語は少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。

さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されるとするとき、これは「直接的な連結」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結」も含む。

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１の機能的構成を示した図である。

図１を参照すれば、バッテリーパック１は、バッテリー１０、開閉器２０及びバッテリー管理システム１００を含む。前記開閉器２０は、前記バッテリー管理システム１００からのスイッチング信号（例えば、パルス幅変調信号）に答えて、前記バッテリー１０の充電電流及び／または放電電流の大きさを調節するように構成される。以下、放電電流は正の値で測定され、充電電流は負の値で測定されると仮定する。

前記バッテリー管理システム１００は、前記バッテリー１０に電気的に結合されて前記バッテリー１０の状態をモニタリング及び制御するように構成される。前記バッテリー管理システム１００は、センシング部１１０、メモリ１２０、制御部１３０及び通信インタフェース１４０を含む。

センシング部１１０は、電流測定部１１１を含む。電流測定部１１１は、所定の周期毎に前記バッテリー１０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信号を制御部１３０に伝送する。前記バッテリー１０の放電時の電流を「放電電流」と称し、前記バッテリー１０の充電時の電流を「充電電流」と称する。制御部１３０は、電流測定部１１１から伝送されたアナログ形態の電流信号をデジタル形態の電流データに変換することができる。

センシング部１１０は、電圧測定部１１２をさらに含むことができる。電圧測定部１１２は、所定の周期毎に前記バッテリー１０の端子電圧を測定し、測定された端子電圧を示す電圧信号を制御部１３０に伝送する。制御部１３０は、電圧測定部１１２から伝送されたアナログ形態の電圧信号をデジタル形態の電圧データに変換することができる。

センシング部１１０は、温度測定部１１３をさらに含むことができる。温度測定部１１３は、所定の周期毎に前記バッテリー１０の温度を測定し、測定された温度を示す温度信号を制御部１３０に伝送する。制御部１３０は、温度測定部１１３から伝送されたアナログ形態の温度信号をデジタル形態の温度データに変換することができる。電流測定部１１１、電圧測定部１１２及び温度測定部１１３は、互いに時間同期化されて動作し得る。

メモリ１２０は、複数の電圧−電流特性プロファイルを保存するように構成される。それぞれの電圧−電流特性プロファイルは、出発点、終了点及び複数の中間点を含む。出発点は、充電電流が０Ａであるときに測定される開放電圧（ＯＣＶ：ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を示す。終了点は、予め決められた充電上限電流と同じ定電流によるパルス充電時に測定された電圧を示す。それぞれの中間点は、０Ａより大きく前記充電上限電流より小さい定電流で前記バッテリー１０をパルス充電させたときに測定された前記バッテリー１０の電圧を示す。

それぞれの電圧−電流特性プロファイルは、特定充電状態及び特定温度に関連付けられたものであり得る。例えば、複数の電圧−電流特性プロファイルのうちいずれか一つは、充電状態８０％及び温度−２０℃に関連し、他の一つは充電状態８０％及び温度２５℃に関連し得る。もちろん、他の充電状態及び温度に関連した多様な電圧−電流特性プロファイルがメモリ１２０に保存され得ることは当業者に自明である。

メモリ１２０は、前記バッテリー管理システム１００の全般的な動作に求められるデータ、命令語及びソフトウェアをさらに保存することができる。メモリ１２０は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｉｓｋ）、ＳＤＤ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、マルチメディアマイクロカード、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）のうち少なくとも一つの形態の保存媒体を含み得る。

制御部１３０は、センシング部１１０、メモリ１２０及び通信インタフェース１４０に動作可能に結合される。制御部１３０は、センシング部１１０から伝送された電流信号、電圧信号及び／または温度信号に基づいて前記バッテリー１０の充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を推定することができる。制御部１３０は、アンペアカウンティングを用いて、電流信号に基づいて前記バッテリー１０の充電状態を所定の周期毎に更新することができる。または、制御部１３０は、アンペアカウンティングの外に、拡張カルマンフィルタのような当業界で周知された公知の方法を用いて、前記バッテリー１０の充電状態を所定の周期毎に更新することもできる。

制御部１３０は、センシング部１１０から伝送された温度信号に基づいて前記バッテリー１０の温度を決定した後、推定された充電状態及び決定された温度に基づいて複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定することができる。基準プロファイルは、複数の電圧−電流特性プロファイルのうち推定された充電状態及び決定された温度に対応するいずれか一つの電圧−電流特性プロファイルであり得る。

制御部１３０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサ、その他の機能を実行するための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現され得る。

通信インタフェース１４０は、電気自動車のＥＣＵのような外部装置２と通信可能に結合される。通信インタフェース１４０は、外部装置２からの命令メッセージを受信し、受信された命令メッセージを制御部１３０に提供することができる。前記命令メッセージは、前記装置の特定機能の活性化を求めるメッセージであり得る。通信インタフェース１４０は、制御部１３０からの通知メッセージを外部装置２に伝達することができる。前記通知メッセージは、制御部１３０によって実行された機能の結果を外部装置２に知らせるためのメッセージであり得る。

図２は本発明の他の実施形態によるバッテリー１０の内部抵抗を最適化する方法を示したフロー図であり、図３は図２に示された方法の説明に参照される例示的な電圧−電流特性プロファイルを示したグラフである。

図２を参照すれば、段階Ｓ２００において、制御部１３０は、センシング部１１０を用いて前記バッテリー１０の充電電流Ｉ_ｃｈｒ及び温度を測定する。

段階Ｓ２１０において、制御部１３０は、前記バッテリー１０の充電状態（例えば、ＳＯＣ８０％）及び測定された温度（例えば、２５℃）に基づいて、メモリ１２０に保存された複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定する。換言すれば、段階Ｓ２１０で決定される前記基準プロファイルは、前記複数の電圧−電流特性プロファイルのうち前記バッテリー１０の充電状態（例えば、ＳＯＣ８０％）及び温度（例えば、２５℃）に対応するいずれか一つの電圧−電流特性プロファイルである。前記基準プロファイルを決定するため、制御部１３０は段階Ｓ２１０の実行に先立って、センシング部１１０からの電流信号、電圧信号及び／または温度信号に基づいて前記バッテリー１０の充電状態及び温度をそれぞれ最新の値に更新することができる。

図３に示された電圧−電流特性プロファイル３００は、段階Ｓ２１０によって決定された基準プロファイルを例示的に示したものであり、メモリ１２０に保存された複数の電圧−電流特性プロファイル３００のうちＳＯＣ８０％及び温度２５℃に関連するものであり得る。

電圧−電流特性プロファイル３００は、合計５つの点、すなわち、出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}、複数の中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}及び終了点Ｐ_ｅｎｄを含むと仮定する。３つの中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}は、上述したように、出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と終了点Ｐ_ｅｎｄとの間に位置する。

電圧−電流特性プロファイル３００は、前記バッテリー１０と同じ電気化学的特性を有するように製作された他のバッテリーの充電状態及び温度がそれぞれが特定値に一定に維持される条件で、前記他のバッテリーを相異なる大きさの定電流Ｉ_{ｓｔａｒｔ}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿３}、Ｉ_ｅｎｄで所定時間（例えば、１０秒）繰り返してパルス充電させた時点で測定された前記他のバッテリーの端子電圧Ｖ_{ｓｔａｒｔ}、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}、Ｖ_ｅｎｄによって定義することができる。例えば、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿１}は前記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び温度２５℃の条件で前記他のバッテリーをＩ_{ｉｎｔｅｒ＿１}で１０秒間充電させたときに測定された電圧であり、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}は前記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び温度２５℃の条件で前記他のバッテリーをＩ_{ｉｎｔｅｒ＿２}で１０秒間充電させたときに測定された電圧であり、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}は前記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び温度２５℃の条件で前記他のバッテリーをＩ_{ｉｎｔｅｒ＿３}で１０秒間充電させたときに測定された電圧であり、Ｖ_ｅｎｄは前記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び温度２５℃の条件で前記他のバッテリーをＩ_ｅｎｄで１０秒間充電させたときに測定された電圧である。

勿論、電圧−電流特性プロファイル３００は、図３の図示と異なって、１つ又は２つの中間点のみを含むか、それとも、４つ以上の中間点を含んでも良い。

電圧−電流特性プロファイル３００を定義するそれぞれの点は、単一電圧と単一電流との対で表される。具体的に、出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}＝（Ｖ_{ｓｔａｒｔ}、Ｉ_{ｓｔａｒｔ}）、終了点Ｐ_ｅｎｄ＝（Ｖ_ｅｎｄ、Ｉ_ｅｎｄ）、中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}＝（Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿１}）、中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}＝（Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿２}）、中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}＝（Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿３}）で表され得る。Ｖ_{ｓｔａｒｔ}は充電電流がＩ_{ｓｔａｒｔ}のときに検出された電圧、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿１}は充電電流がＩ_{ｉｎｔｅｒ＿１}のときに検出された端子電圧、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}は充電電流がＩ_{ｉｎｔｅｒ＿２}のときに検出された端子電圧、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}は充電電流がＩ_{ｉｎｔｅｒ＿３}のときに検出された端子電圧、Ｖ_ｅｎｄは充電電流がＩ_ｅｎｄのときに検出された端子電圧である。

Ｖ_ｏｃｖ＝Ｖ_{ｓｔａｒｔ}＜Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿１}＜Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}＜Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}＜Ｖ_ｅｎｄであり、Ｉ_{ｓｔａｒｔ}＜Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿１}＜Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿２}＜Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿３}＜Ｉ_ｅｎｄ＝Ｉ_ｍａｘである。Ｖ_ｏｃｖは、ＳＯＣ８０％及び温度２５℃におけるバッテリー１０の開放電圧を示す。Ｉ_ｍａｘは、前記充電上限電流を示し、過電流によるバッテリー１０の損傷を防止するために与えられた値であり得る。Ｖ_ｅｎｄは、予め決められた充電上限電圧Ｖ_ｍａｘと同一であり得る。制御部１３０は、充電上限電流Ｉ_ｍａｘを超過する電流がバッテリー１０を通じて流れないように、バッテリー１０の充電電流を制御することができる。

段階Ｓ２２０において、制御部１３０は、前記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}及び前記終了点Ｐ_ｅｎｄに基づいて、バッテリー１０の内部抵抗Ｒ_ｉｎｔを決定する。具体的に、前記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と前記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線は下記の数式３のように表すことができる。

前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔは、数式３のＶとＩに前記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と前記終了点Ｐ_ｅｎｄのそれぞれの電圧と電流を代入した連立方程式の解であって、制御部１３０は下記の数式４を用いて前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔを決定することができる。
代案的に、前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔは前記電圧−電流特性プロファイル３００のためにメモリ１２０に予め保存された値であり得、この場合、制御部１３０は、段階Ｓ２２０を実行する代わりに、前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔをメモリ１２０から読み出すことができる。

段階Ｓ２３０において、制御部１３０は、基準プロファイル３００から基準点Ｐ_ｒｅｆを決定する。前記基準点Ｐ_ｒｅｆは、前記電圧−電流特性プロファイル３００に含まれた複数の中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}のうちいずれか一つである。ｋ＝１、２、３であるとき、制御部１３０は、下記の数式５を用いて中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿ｋ}と終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線の傾きＧ_ｋを算出することができる。

制御部１３０は、算出された直線の傾きが最も小さくなる一つの中間点を前記基準点として設定することができる。例えば、図３の電圧−電流特性プロファイル３００のように、Ｇ_１＞Ｇ_２＞Ｇ_３の場合、制御部１３０はＰ_{ｉｎｔｅｒ＿３}を前記基準点Ｐ_ｒｅｆとして設定することができる。

代案的に、制御部１３０は、複数の中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}のうち終了点Ｐ_ｅｎｄと最も近い中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}を前記基準点Ｐ_ｒｅｆとして設定しても良い。

段階Ｓ２４０において、制御部１３０は、基準点Ｐ_ｒｅｆ及び終了点Ｐ_ｅｎｄに基づいて、前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔよりも小さい基準抵抗Ｒ_ｒｅｆを決定する。

具体的に、前記基準点Ｐ_ｒｅｆと前記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線は下記の数式６のように表すことができる。

数式６において、Ｖ_ｎｅｗは、図３に示されたように、傾きがＲ_ｒｅｆと同一であって、前記基準点Ｐ_ｒｅｆを通る直線がＶ軸に交わる点の電圧である。

前記Ｖ_ｎｅｗ及び前記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆは、数式６のＶとＩに前記基準点Ｐ_ｒｅｆと前記終了点Ｐ_ｅｎｄのそれぞれの電圧と電流を代入した連立方程式の２つの解であって、制御部１３０は下記の数式７を用いて前記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆを決定することができる。

上述した例のように、前記基準点Ｐ_ｒｅｆが前記中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}である場合、数式７においてＶ_ｒｅｆ＝Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}であって、Ｉ_ｒｅｆ＝Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿３}である。

代案的に、前記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆは、前記電圧−電流特性プロファイル３００のためにメモリ１２０に予め保存された値であり得、この場合、制御部１３０は、段階Ｓ２３０及びＳ２４０を実行する代わりに、前記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆをメモリ１２０から読み出すことができる。

図３を参照すれば、中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}は前記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と前記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線の上側に位置しているため、基準抵抗Ｒ_ｒｅｆが内部抵抗Ｒ_ｉｎｔよりも小さいことを当業者であれば容易に理解することができる。

段階Ｓ２５０において、制御部１３０は、測定された前記充電電流Ｉ_ｃｈｒ、前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔ、前記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆ及び前記充電上限電流Ｉ_ｍａｘに基づいて、最適抵抗Ｒ_ｏｐｔを決定する。このとき、前記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔは前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔよりも大きい。もし、段階Ｓ２５０によって決定された前記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔが前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔと同じであるか又は小さい場合、制御部１３０は段階Ｓ２００〜Ｓ２５０のうち少なくとも一つの実行中に誤謬が発生したと判断して、段階Ｓ２１０に戻ることもできる。

数式３のＶとＩに前記終了点Ｐ_ｅｎｄの電圧Ｖ_ｅｎｄと電流Ｉ_ｅｎｄをそれぞれ代入すれば、下記の数式８のように表すことができる。

数式６のＶとＩに前記終了点Ｐ_ｅｎｄの電圧Ｖ_ｅｎｄと電流Ｉ_ｅｎｄをそれぞれ代入すれば、下記の数式９のように表すことができる。

数式９をＶ_ｎｅｗに対して整理すれば、下記の数式１０のように表すことができる。

数式１０のＶ_ｅｎｄに数式８の右辺であるＶ_ｏｃｖ＋Ｉ_ｅｎｄＲ_ｉｎｔを代入すれば、下記の数式１１のように表すことができる。

図３において、Ｐ_ｃｈｒは前記基準点Ｐ_ｒｅｆと前記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線上に位置する充電点である。前記充電点Ｐ_ｃｈｒの電流は前記充電電流Ｉ_ｃｈｒである。したがって、前記充電点Ｐ_ｃｈｒの電圧Ｖ_ｃｈｒは、数式６から下記の数式１２のように表すことができる。

数式１２のＶ_ｎｅｗに数式１１の右辺であるＶ_ｏｃｖ＋（Ｒ_ｉｎｔ−Ｒ_ｒｅｆ）Ｉ_ｅｎｄを代入すれば、下記の数式１３のように表すことができる。

前記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と前記充電点Ｐ_ｃｈｒとを通る直線は下記の数式１４のように表すことができる。

前記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔは、前記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と前記充電点Ｐ_ｃｈｒとを通る直線の傾きを示す。数式１４のＶとＩに前記充電点Ｐ_ｃｈｒの電圧Ｖ_ｃｈｒと電流Ｉ_ｃｈｒを代入すれば、数式１５のように表すことができる。

数式１５のＶ_ｃｈｒに数式１３の右辺であるＶ_ｏｃｖ＋（Ｒ_ｉｎｔ−Ｒ_ｒｅｆ）Ｉ_ｅｎｄ＋Ｒ_ｒｅｆＩ_ｃｈｒを代入すれば、下記の数式１６のように表すことができる。

制御部１３０は、数式１６を用いて前記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔを決定することができる。すなわち、制御部１３０は、段階Ｓ２１０〜段階Ｓ２４０を通じて得られたＲ_ｉｎｔ、Ｒ_ｒｅｆ、Ｉ_ｃｈｒ及びＩ_ｅｎｄを数式１６に代入することで、前記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔを決定することができる。

上述したように、Ｒ_ｉｎｔはＲ_ｒｅｆよりも大きいため、Ｒ_ｏｐｔがＲ_ｉｎｔよりも大きい。したがって、Ｒ_ｏｐｔを用いて前記バッテリー１０の充電時に出力電力を制御する場合、Ｒ_ｉｎｔを用いて前記バッテリー１０の充電時に出力電力を制御する方式に比べて、前記バッテリー１０の過充電を効果的に防止することができる。

図４は、図２及び図３を参照して上述した前記内部抵抗に基づいて決定される充電制限電流と、前記最適抵抗に基づいて決定される充電制限電流との差を説明するために参照されるグラフである。

図４を参照すれば、前記バッテリー１０は、その使用状態によって、前記充電電流Ｉ_ｃｈｒが測定された時点で分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａが発生し得る。例えば、分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａは、０Ｖより大きいものであり得る。制御部１３０は、最小自乗アルゴリズムなどのような公知のデータフィッティング法を用いて、前記バッテリー１０の端子電圧に反映されている前記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａを決定することができる。

前記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａが発生した場合、図３に示された前記電圧−電流特性プロファイル３００は、図４のように、Ｖ軸に沿ってΔＶ_ｐｏｌａだけシフトして修正される。それによって、出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}はＰ_{ｓｔａｒｔ＿ｐｏｌａ}にシフトし、終了点Ｐ_ｅｎｄはＰ_{ｅｎｄ＿ｐｏｌａ}にシフトする。このとき、Ｐ_{ｓｔａｒｔ＿ｐｏｌａ}＝（Ｖ_ＯＣＶ＋ΔＶ_ｐｏｌａ，０）であり、Ｐ_{ｅｎｄ＿ｐｏｌａ}＝（Ｖ_ｅｎｄ＋ΔＶ_ｐｏｌａ，Ｉ_ｍａｘ）である。図示していないが、図３の中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿１}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}もＶ軸に沿ってΔＶ_ｐｏｌａだけシフトする。

前記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａを反映するため、数式３は下記の数式１７に、数式１４は下記の数式１８にそれぞれ変更することができる。

前記バッテリー１０の過充電を防止するためには、前記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａを考慮して前記バッテリー１０のための充電制限電流を決定することが良い。

前記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔに基づく充電制限電流Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}は、数式１７に関連する下記の数式１９を用いて決定することができる。

一方、制御部１３０は、数式１８に関連する下記の数式２０を用いて、前記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔに基づく充電制限電流Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}を決定することができる。

Ｒ_ｏｐｔはＲ_ｉｎｔよりも大きいため、Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}はＩ_{ｌｉｍｉｔ＿１}よりも小さい。それによって、Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}の代わりにＩ_{ｌｉｍｉｔ＿２}を前記バッテリー１０の充電制限電流として決定する場合、前記バッテリー１０の端子電圧の増加量が（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}−Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}）に対応する大きさだけ減少するため、前記バッテリー１０の過充電を効果的に防止することができる。

制御部１３０は、決定された充電制限電流Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}を超過する充電電流が流れないように、前記開閉器２０に出力する前記スイッチング信号のデューティーサイクルを調節することができる。

上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。

以上のように、本発明を限定された実施形態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。

また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。

１：バッテリーパック
１０：バッテリー
２０：開閉器
１００：バッテリー管理システム
１１０：センシング部
１２０：メモリ
１３０：制御部
１４０：通信インタフェース

Claims (9)

1. バッテリーの内部抵抗を最適化するためのバッテリー管理システムであって、
   前記バッテリーの充電電流を測定するように構成された電流測定部と、
   複数の電圧−電流特性プロファイルを保存するように構成されたメモリと、
   前記電流測定部及び前記メモリに動作可能に結合され、前記バッテリーの充電状態及び温度に基づいて前記複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定するように構成される制御部であって、前記基準プロファイルが出発点、終了点及び前記出発点と前記終了点との間に位置する複数の中間点を含む、制御部とを含み、
   前記制御部は、
   前記出発点及び前記終了点に基づいて前記バッテリーの内部抵抗を決定し、
   前記複数の中間点のうちいずれか一つを基準点として設定し、
   前記基準点及び前記終了点に基づいて前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定し、
   前記充電電流、前記内部抵抗、前記基準抵抗及び所定の充電上限電流に基づいて前記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定するように構成される、バッテリー管理システム。
2. 前記制御部は、前記出発点の電圧と前記終了点の電圧との差を前記終了点の電流で除して前記内部抵抗を決定するように構成され、
   前記出発点の電圧は、前記バッテリーの充電状態及び温度に対応する前記バッテリーの開放電圧を示す、請求項１に記載のバッテリー管理システム。
3. 前記終了点の電流は、前記充電上限電流と同一である、請求項２に記載のバッテリー管理システム。
4. 前記制御部は、前記基準点の電圧、前記基準点の電流、前記終了点の電圧及び前記終了点の電流に基づいて前記基準抵抗を決定するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
5. 前記制御部は、下記の数式１を用いて前記基準抵抗を決定するように構成される、請求項４に記載のバッテリー管理システム。
   （ここで、Ｉ_ｒｅｆは前記基準点の電流、Ｖ_ｒｅｆは前記基準点の電圧、Ｉ_ｅｎｄは前記終了点の電流、Ｖ_ｅｎｄは前記終了点の電圧、Ｒ_ｒｅｆは前記基準抵抗である。）
6. 前記制御部は、下記の数式２を用いて前記最適抵抗を決定するように構成される、請求項５に記載のバッテリー管理システム。
   （ここで、Ｒ_ｉｎｔは前記内部抵抗、Ｉ_ｃｈｒは前記充電電流、Ｒ_ｏｐｔは前記最適抵抗である。）
7. 前記制御部は、前記複数の中間点のうち前記終了点に最も近い中間点を前記基準点として決定するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
8. 請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載のバッテリー管理システムを含む、バッテリーパック。
9. バッテリーの内部抵抗を最適化するための方法であって、
   前記バッテリーの充電状態及び温度に基づいて複数の電圧−電流特性プロファイルから基準プロファイルを決定する段階であって、前記基準プロファイルが出発点、終了点及び前記出発点と前記終了点との間に位置する複数の中間点を含む、段階と、
   前記出発点及び前記終了点に基づいて前記バッテリーの内部抵抗を決定する段階と、
   前記複数の中間点のうちいずれか一つを基準点として設定する段階と、
   前記基準点及び前記終了点に基づいて前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定する段階と、
   前記バッテリーの充電電流、前記内部抵抗、前記基準抵抗及び所定の充電上限電流に基づいて前記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定する段階とを含む、方法。