JP2022550943A - 急速充電用電流パターン更新装置、方法、及びそれを行う格納媒体に格納されたコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

本発明は、急速充電用電流パターン更新装置、方法、及びそれを行う格納媒体に格納されたコンピュータプログラムに関するものであって、バッテリーモジュールの内部抵抗を算出する抵抗算出部；バッテリーモジュールに対する急速充電用電流パターンを格納する格納部；及びバッテリーモジュールの内部抵抗の状態に応じて電流パターンを更新する演算部；を含み、演算部は、抵抗算出部が算出した内部抵抗に基づいて抵抗増加率を算出し、算出した抵抗増加率に基づいて調整係数を算出し、算出した調整係数と電流パターンとを使用して電流パターンを更新することを特徴とする急速充電用電流パターン更新装置を提供することにより、急速充電を行う場合、バッテリーモジュールの寿命に及ぼす影響を最小化する。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１２月１９日に出願された韓国特許出願第１０－２０１９－０１７１２０５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。

本発明は、急速充電用電流パターン更新装置、方法、及びそれを行う格納媒体に格納されたコンピュータプログラムに関する。

最近、スマートフォンなど電子機器の普及と電気自動車の開発に伴い、電力供給源としての二次電池に対する研究も活発に行われている。二次電池は、複数のバッテリーセルが直列及び／又は並列に連結されたバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールの動作を管理するバッテリー管理システム（ＢＭＳ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を含むバッテリーパックの形態で提供される。

バッテリーパックは、必要に応じて急速充電用電流パターンに基づいて急速充電を行うが、急速充電の回数が増加するほどバッテリーパックの容量は急速に減少する恐れが存在した。

本発明は、このような状況を勘案して行われたものであって、バッテリーパックの急速充電を効率的に行ってバッテリーパックの寿命に影響を与えないようにする急速充電用電流パターン更新装置、方法、及びそれを行う格納媒体に格納されたコンピュータプログラムの提供を目的とする。

前記のような技術的課題を解決するために、本発明の実施形態の一側面によれば、バッテリーモジュールの内部抵抗を算出する抵抗算出部；バッテリーモジュールに対する急速充電用電流パターンを格納する格納部；及びバッテリーモジュールの内部抵抗の状態に応じて電流パターンを更新する演算部；を含み、演算部は、抵抗算出部が算出した内部抵抗に基づいて抵抗増加率を算出し、算出した抵抗増加率に基づいて調整係数を算出し、算出した調整係数と電流パターンとを使用して電流パターンを更新することを特徴とする急速充電用電流パターン更新装置を提供する。

前記のような技術的課題を解決するために、本発明の実施形態の他の側面によれば、バッテリーモジュールに対する急速充電用電流パターンを設定する段階；バッテリーモジュールの内部抵抗を算出する段階；バッテリーモジュールの抵抗増加率を算出する段階；抵抗増加率に基づいて調整係数を算出する段階；及び調整係数を使用して電流パターンを調整し、調整電流パターンを生成する段階；を含む急速充電用電流パターン更新方法を提供する。

前記のような技術的課題を解決するために、本発明の実施形態のさらに他の側面によれば、前記のような急速充電用電流パターン更新方法をコンピュータが実行するようにするコンピュータで読み取り可能な格納媒体に格納されたコンピュータプログラムを提供する。

以上のような急速充電用電流パターン更新装置、方法、及びそれを行う格納媒体に格納されたコンピュータプログラムによれば、急速充電を行う場合、バッテリーモジュールの寿命への影響を最小化できるようになる。

バッテリー管理システムを含むバッテリーパックの構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理システムの機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による演算部の細部機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に応じて急速充電用電流パターンを更新する場合、バッテリーモジュールの容量変化を示す試験データである。 本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期を示すグラフである。 本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期に応じて電流パターンを更新した場合、バッテリーモジュールの容量変化を示す試験データである。 本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期を判断する方法を示すフロー図である。 図４の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の変形例を示す図である。 図４の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の他の変形例を示す図である。 図４、図１０及び図１１の急速充電用電流パターン更新方法を用いてバッテリーモジュールの容量変化を測定した実験データである。 本発明の他の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法を示す図である。 図１３の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の変形例を示す図である。 図１３の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の他の変形例を示す図である。 本発明の他の実施形態による演算部の細部機能を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に応じて急速充電用電流パターンを更新する場合、バッテリーモジュールの容量変化を示す試験データである。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの使用中断時点を判断する方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの使用中断時点を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの使用中断時点を説明するためのグラフである。 バッテリー管理システムのハードウェア構成図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の多様な実施形態に対して詳細に説明する。本文書で図面上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を使用し、同一の構成要素に対して重複した説明は省略する。

本文書に開示されている本発明の多様な実施形態に対して、特定の構造的又は機能的説明は、単に本発明の実施形態を説明するための目的として例示されたものであって、本発明の多様な実施形態は、多様な形態で実施可能であり、本文書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはいけない。

多様な実施形態で用いられる「第１」、「第２」、「第一」、又は「第二」などの表現は、多様な構成要素を順序及び／又は重要度に関係なく修飾することができ、当該構成要素を限定しない。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてよく、同様に、第２の構成要素も第１の構成要素に変えて命名されてよい。

本文書で用いられる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、他の実施形態の範囲の限定を意図するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味がない限り、複数の表現を含んでよい。

図１は、バッテリー管理システム２０を含むバッテリーパック１の構成を示す図である。

図１を参照すれば、バッテリーパック１は、一つ以上のバッテリーセルからなり、充放電可能なバッテリーモジュール１０と、バッテリーモジュール１０の＋端子側又は－端子側に直列に連結されてバッテリーモジュール１０の充放電電流の流れを制御するためのスイッチング部３０と、バッテリーセル及び／又はバッテリーモジュール１０の電圧、電流、温度などをモニタリングして、過充電及び過放電などを防止するように制御及び管理するバッテリー管理システム２０（以下、「ＢＭＳ」という）を含む。

バッテリーモジュール１０は、充放電可能な一つ以上のバッテリーセル１１を含む。バッテリーセル１１は、リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）電池、リチウムイオンポリマー（Ｌｉ－ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ－Ｃｄ）電池、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池などであってよく、これに限定されない。

ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するために、スイッチング部３０の動作を制御してよい。また、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０及び／又はバッテリーモジュール１０に含まれた各バッテリーセル１１の電圧、電流、温度などをモニタリングしてよい。そして、ＢＭＳ２０によるモニタリングのために、図示していないセンサや各種測定モジュールがバッテリーモジュール１０や充放電経路、又はバッテリーパック１などの任意の位置にさらに設置されてよい。ＢＭＳ２０は、モニタリングした電圧、電流、温度などの測定値に基づいてバッテリーモジュール１０の状態を示すパラメータ、例えば、ＳＯＣやＳＯＨなどを算出してよい。

ＢＭＳ２０は、バッテリーパック１の全般的な動作を制御及び管理する。このために、ＢＭＳ２０は、プログラムを実行させ、ＢＭＳ２０の全体動作を制御するコントローラとしてのマイコンと、センサや測定手段などの入出力装置、その他の周辺回路など、多様な構成を含んでよい。

また、ＢＭＳ２０は、既設定されたアルゴリズムに従ってバッテリーモジュール１０の急速充電を行ってよい。既設定されたアルゴリズムは、特定の電流パターンに従ってバッテリーモジュール１０を充電するようにすることであってよい。特に、本発明の実施形態によるＢＭＳ２０は、このようなバッテリーモジュール１０の急速充電用電流パターンを更新する方法、更新時期を判断する方法を提供する。そして、さらに本発明の実施形態によるＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の使用中断時点を判断する方法も提供する。このようなＢＭＳ２０の機能に対する具体的な内容は後述する。

スイッチング部３０は、バッテリーモジュール１０の充電又は放電に対する電流の流れを制御するための半導体スイッチング素子であって、例えば、少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴが用いられてよい。スイッチング部３０として半導体スイッチング素子以外にリレーやコンタクターなどが使用されてよいことが通常の技術者に容易に理解され得る。

バッテリーパック１は、外部の上位制御器２とさらに通信可能に連結されてよい。すなわち、バッテリーパック１は、上位制御器２にバッテリーパック１に対する各種データを伝送し、上位制御器２からバッテリーパック１の動作に関する制御信号を受信してよい。上位制御器２は、バッテリーパック１が電気自動車に搭載された場合、車両の運行を制御するための車両制御器であってよい。上位制御器２は、バッテリーパック１がエネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）に用いられる場合、複数のバッテリーモジュールを管理するラックＢＭＳや、ＥＳＳの全体動作を制御するＢＭＳであってもよい。

図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理システム２０の機能を示すブロック図である。

図２を参照すれば、ＢＭＳ２０は、抵抗算出部１１０、格納部１２０、演算部１３０及び通信部１４０を含んでよい。

抵抗算出部１１０は、バッテリーモジュール１０の内部抵抗を算出する。抵抗算出部１１０は、バッテリーモジュール１０の内部抵抗を算出するための各種センサの集合を示すものであってよい。例えば、抵抗算出部１１０は、バッテリーモジュール１０のＯＣＶを測定する電圧測定手段、バッテリーモジュール１０に充放電される電流を測定する電流測定手段、バッテリーモジュール１０の温度を測定する温度測定手段のうちの少なくとも一つを含むものであってよい。抵抗算出部１１０は、前記のような各種測定手段に加えて、各測定手段により測定された値からバッテリーモジュール１０の内部抵抗値を算出するための演算手段を含んでもよい。

格納部１２０は、ＢＭＳ２０の動作に必要な各種プログラム及びデータを格納してよい。格納部１２０は、前述したように、バッテリーモジュール１０を急速充電するためのアルゴリズムを格納していてもよい。また、格納部１２０は、急速充電の際に使用するためのバッテリーモジュール１０に対する急速充電用電流パターンを格納してよい。急速充電するためのアルゴリズムは、急速充電用電流パターンの更新方法、更新時期に対する内容を含んでよい。

演算部１３０は、バッテリーモジュール１０の内部抵抗の状態に応じて電流パターンを更新する。演算部１３０の具体的な動作は、図３を参照して後述する。

通信部１４０は、必要に応じてバッテリーセル１１、バッテリーモジュール１０及び／又はバッテリーパック１に対する各種情報を上位制御器２に送信してよい。また、通信部１４０は、上位制御器２からバッテリーパック１を制御するための制御信号を受信してよい。通信部１４０は、バッテリーモジュール１０の使用を中断しなければならないと判断した場合、その趣旨を上位制御器２に送信してよい。

図３は、本発明の一実施形態による演算部１３０の細部機能を示すブロック図である。

図３を参照すれば、演算部１３０は、抵抗増加率算出部１３１、調整係数算出部１３２、電流パターン算出部１３３、更新要件判断部１３４、電圧測定部１３５などを含んでよい。

抵抗増加率算出部１３１は、抵抗算出部１１０が算出した内部抵抗に基づいて抵抗増加率を算出する。抵抗増加率を次のような式で計算することができる。

［式１］
抵抗増加率（％）＝（退化抵抗／初期抵抗－１）＊１００

抵抗増加率算出部１３１は、所定の期間バッテリーモジュール１０の内部抵抗の変更された割合を算出してよい。所定の期間は、周期的に設定された任意の期間であってよい。あるいは、抵抗増加率算出部１３１は、今回の急速充電が行われる直前に測定された内部抵抗と以前に測定された内部抵抗とに基づいて抵抗増加率を算出してもよい。しかし、このような内部抵抗を算出する時点及び期間に対する内容は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。

調整係数算出部１３２は、抵抗増加率算出部１３１が算出した抵抗増加率に基づいて調整係数を算出する。調整係数算出部１３２は、抵抗増加率が大きいほど調整係数を減少させるように調整係数を算出する。

一例として、抵抗増加率算出部１３１は、次の式２により調整係数を算出してもよい。

［式２］
調整係数＝（１００－α＊（抵抗増加率（％）））／１００

ここで、α値は、バッテリーモジュール１０の種類に応じて決定される値であってよい。すなわち、α値は、バッテリーモジュール１０がリチウムイオン電池であるか、リチウムイオンポリマー電池であるかなど、バッテリーセルを構成する化学成分に応じて決定される値であってよい。このようなα値は、０．５～４の間の値を有してよい。

他の例として、調整係数算出部１３２は、次の式３により調整係数を算出してもよい。

［式３］
調整係数＝１／（α＊（１＋抵抗増加率（％）／１００））

この際のα値も、式２のα値と同一の値である。

すなわち、調整係数算出部１３２は、電流パターンを減少（ｄｅｒａｔｉｎｇ）させるように調整係数を算出する。言い換えれば、本発明の実施形態による急速充電用電流パターンの更新のためのアルゴリズムは、電流パターンの電流の大きさを減少させる方式とする。

電流パターン算出部１３３は、算出した調整係数と格納部１２０に格納されている電流パターンを使用して電流パターンを更新する。具体的には、電流パターン算出部１３３は、既格納されている電流パターンに調整係数算出部１３２が算出した調整係数を掛けた値を更新する新たな急速充電用電流パターンとして算出する。

図４は、一実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法を概略的に示す図である。前述したように、既存の急速充電用電流パターンに調整係数（ａ）を掛けることにより、新たな電流パターン（ｂ）が算出されることを示す。図４の場合、容量制限型方式で充電を行う場合であって、バッテリーモジュール１０の充電状態（ＳＯＣ）に応じて電流が段階的に減少する。図４に図示されたように、電流の大きさを、ＳＯＣがｓ１になるまではｉ１で、ｓ１からｓ２区間ではｉ２で、ｓ２からｓ３区間ではｉ３で、ｓ３から完衝まではｉ４で充電するように電流パターンが設定されている。そして、急速充電用電流パターンを更新しなければならない時点に調整係数を掛けることにより、点線のように電流パターンが変更される。電流がそれぞれｉ１'、ｉ２'、ｉ３'及びｉ４'に変更される。ここで、ｉ１'＝ｉ１＊（調整係数）、ｉ２'＝ｉ２＊（調整係数）、ｉ３'＝ｉ３＊（調整係数）、そして、ｉ４'＝ｉ４＊（調整係数）である。すなわち、電流パターンでの電流の大きさに調整係数を掛けて生成される新たな大きさを有する電流パターンで既存の電流パターンを更新する（電流減少（ｄｅｒａｔｉｎｇ）型更新）。

更新要件判断部１３４は、急速充電用電流パターンを更新する時期を判断する。本実施形態の場合、急速充電用電流パターンは、図４で説明したように、バッテリーモジュール１０が予め設定された充電容量になるまで充電を行う容量制限型方式が適用されている。この場合、更新要件判断部１３４は、急速充電の充電完了時の電圧である充電終了電圧の推移曲線が予め設定された基準を満たすときに、電流パターンを更新しなければならない時期であると判断する。充電終了電圧の推移曲線に対する予め設定された基準は、充電終了電圧の推移曲線に変曲点が発生したものであってよい。変曲点が発生したということは、バッテリーセル１１に異常が発生していることを示す信号であってよい。したがって、このような変曲点の発生をモニタリングすることにより、急速充電用電流パターンの更新時点を把握することができる。

更新要件判断部１３４により電流パターンを更新しなければならない時期であると判断された場合、電流パターン算出部１３３により算出された新たな電流パターンで急速充電用電流パターンが更新される。この場合、更新された電流パターンは、格納部１２０に格納されてよい。

電圧測定部１３５は、バッテリーモジュール１０に対する急速充電を行うたびに、急速充電完了時の電圧である充電終了電圧を測定する。このような電圧測定部１３５は、バッテリーセル１１及び／又はバッテリーモジュール１０の電圧をモニタリングする電圧センサであってよい。また、電圧測定部１３５は、リアルタイムでバッテリーモジュール１０の電圧をモニタリングし、更新要件判断の際に必要な時点の電圧を使用する方式で充電終了電圧を導出してもよい。

本実施形態では、充電終了電圧を用いて更新要件を判断したが、これは例示的なものであって、これに限定されるものではない。例えば、充電終了電圧の特性と相関関係のあるパラメータであれば、当該パラメータを更新要件判断のための因子として使用してよい。例えば、充電終了電圧とＯＣＶ値を用いて算出された抵抗値を用いて更新要件を判断してもよい。

図５は、本発明の一実施形態に応じて急速充電用電流パターンを更新する場合、バッテリーモジュール１０の容量変化を示す試験データである。

図５の「比較例」グラフから確認できるように、急速充電用電流パターンを変更せずに繰り返してバッテリーモジュール１０を急速充電する場合、バッテリーモジュール１０の容量が急速に減少することが確認できる。具体的には、急速充電を約１０回繰り返した場合、バッテリーモジュール１０の容量が急速に減少した。

一方、「実施例」グラフから確認できるように、本発明に従って急速充電用電流パターンを更新してバッテリーモジュール１０を急速充電する場合、バッテリーモジュール１０の容量にはほとんど変化がなかった。すなわち、急速充電回数によるバッテリーモジュール１０の容量変化はほとんど見出されなかった。

バッテリーモジュール１０の急速充電用電流パターンとして予め格納されている電流パターンを変更せずに続いて使用する場合、バッテリーモジュール１０の内部抵抗の変化に起因してバッテリーモジュール１０の容量にも影響を与えるようになる。

しかし、前述したような本発明の実施形態による急速充電用電流パターンの更新方法によれば、バッテリーモジュール１０の内部抵抗の変化を考慮して、電流パターンも変わるようになる。したがって、バッテリーモジュール１０を急速充電しても、バッテリーモジュール１０の容量変化を最小化できるようになる。

図６は、本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期を示すグラフである。

図６を参照すれば、急速充電完了時に測定される充電終了電圧の推移を示している。更新要件判断部１３４は、矢印で示されたように、充電終了電圧の推移曲線での変曲点を検出する。

図７は、本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期に応じて電流パターンを更新した場合、バッテリーモジュールの容量変化を示す試験データである。

図７を参照すれば、「比較例１」グラフは、急速充電用電流パターンの更新アルゴリズムを全く適用しない場合のバッテリーモジュール１０の充電終了電圧の変化を示すグラフである。約２０回の急速充電後に、充電終了電圧が急激に増加することが確認できた。

「比較例２」グラフは、急速充電用電流パターンの更新アルゴリズムを適用したが、更新時点は、変曲点が発生した後に適用された場合のグラフである。比較例１に比べて相当な回数の急速充電の繰り返しにも、充電終了電圧が変化しなかったことが確認できた。しかし、約１００回の急速充電後には、充電終了電圧が急激に増加することが確認できた。

「実施例」グラフは、変曲点が発生した直後に急速充電用電流パターンの更新アルゴリズムを適用した場合のグラフである。グラフから明らかに確認できるように、１００回以上の繰り返し急速充電にもかかわらず、バッテリーモジュール１０の充電終了電圧の増加が相当に抑制されたことが確認できた。

バッテリーモジュール１０の急速充電用電流パターンを更新しない場合だけでなく、更新する場合にも、更新時期が遅延されると、バッテリーモジュール１０の容量減少を抑えることができない。

しかし、前述したような本発明の実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期の判断方法によれば、急速充電用電流パターンを更新しなければならない時点を正確かつ迅速に把握できるようになり、したがって、バッテリーモジュール１０の容量変化を最小化できるようになる。

図８は、本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新方法を示すフロー図である。

図８を参照すれば、ＢＭＳ２０の格納部１２０に急速充電用電流パターンが予め設定される（Ｓ１０）。電流パターンの設定は、製造社によりバッテリーパック１の出荷前に設定されてよい。あるいは、バッテリーパック１の出荷後にも、製造者又は使用者により急速充電用電流パターンが設定されてよい。

その後、バッテリーパック１が車両などに取り付けられて使用される間に、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の内部抵抗をモニタリングする（Ｓ１１）。言い換えれば、バッテリーモジュール１０の内部抵抗を算出する。そして、モニタリングした内部抵抗から内部抵抗の抵抗増加率を算出する（Ｓ１２）。そして、算出した抵抗増加率に基づいて調整係数が算出される（Ｓ１３）。段階Ｓ１２及び段階Ｓ１３の抵抗増加率の算出及び調整係数の算出は、図２及び図３で詳しく説明したので、ここで具体的な説明は省略する。

ＢＭＳ２０は、格納部１２０に格納されている急速充電用電流パターンを呼び出し（Ｓ１４）、電流パターンの更新要件が満たされるか否か判断する（Ｓ１５）。

電流パターンの更新要件を満たす場合（Ｓ１６のＹＥＳ）、電流パターンを更新する。電流パターンの更新は、Ｓ１３段階で算出した調整係数と、Ｓ１４段階で呼び出した電流パターンとを使用して行われてよい。電流パターンの更新要件を満たさない場合（Ｓ１６のＮＯ）、再びＳ１１段階に戻って、電流パターンの更新のためのアルゴリズムを繰り返し行う。

図９は、本発明の一実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期を判断する方法を示すフロー図である。図９は、図８のＳ１５段階の細部段階を示す。

図９を参照すれば、ＢＭＳ２０は、バッテリーパック１が充電を開始するか否かを判断し（Ｓ２０）、充電が開始されたと判断した場合、当該充電が急速充電であるか否かを判断する（Ｓ２１）。充電を開始しなかったか充電が急速充電ではない場合は、本発明の実施形態によるアルゴリズムが適用されないので、Ｓ１１段階に進行する。

一方、急速充電が開始された場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、当該急速充電が終了するまで待機する。そして、急速充電が終了すると、バッテリーモジュール１０の充電終了電圧を測定する（Ｓ２３）。そして、繰り返し測定した充電終了電圧から充電終了電圧の推移を把握する（Ｓ２４）。

急速充電用電流パターンの更新要件として、充電終了電圧の推移曲線に変曲点が検出されると（Ｓ２５のＹＥＳ）、Ｓ１７段階に進行して電流パターンの更新を行う。一方、充電終了電圧の推移曲線に変曲点が検出されないと（Ｓ２５のＮＯ）、まだ既存の電流パターンを使用して急速充電を行ってもよいと判断する。したがって、Ｓ１１段階に進行する。すなわち、Ｓ２５段階は、図８のＳ１６段階に対応する。

段階Ｓ２３～段階Ｓ２５の充電終了電圧の測定、変曲点検出などの動作は、図２及び図３で詳しく説明したので、ここで具体的な説明は省略する。

図１０は、図４の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の変形例を示す図である。図１０では、電流パターンに調整係数を掛けた新たな電流パターンのみが図示されている。本例示でも、容量制限型方式で充電を行い、バッテリーモジュール１０のＳＯＣに応じて電流が段階的に減少する。

ただし、本例示では、電流の大きさを変更する時点として設定されたＳＯＣの値に調整係数を掛けて点線のように電流パターンが変更される。すなわち、電流がｉ１からｉ２に変更される時点がｓ１からｓ１'、電流がｉ２からｉ３に変更される時点がｓ２からｓ２'、電流がｉ３からｉ４に変更される時点がｓ３からｓ３'にそれぞれ変更される。ここで、ｓ１'＝ｓ１＊（調整係数）、ｓ２'＝ｓ２＊（調整係数）、そして、ｓ３'＝ｓ３＊（調整係数）である。すなわち、電流パターンでの電流の大きさを変更する時点として設定されたＳＯＣの値に調整係数を掛けて生成される新たなＳＯＣの値を電流の大きさを変更する時点とする電流パターンで既存の電流パターンを更新する（ＳＯＣ減少型更新）。

調整係数は、次の式４又は式５により算出される値であってよい。すなわち、前記式２及び式３で説明した調整係数とは異なる値であってよい。

［式４］
調整係数＝（１００－β＊（抵抗増加率（％）））／１００

［式５］
調整係数＝１／（β＊（１＋抵抗増加率（％）／１００））

ここで、β値もバッテリーモジュール１０の種類に応じて決定される値であってよい。すなわち、β値は、バッテリーモジュール１０がリチウムイオン電池であるか、リチウムイオンポリマー電池であるかなど、バッテリーセルを構成する化学成分に応じて決定される値であってよい。このようなβ値は、０．５～４の間の値を有してよい。

図１１は、図４の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の他の変形例を示す図である。図１１でも、電流パターンに調整係数を掛けた新たな電流パターンのみが図示されている。本例示でも、容量制限型方式で充電を行い、バッテリーモジュール１０のＳＯＣに応じて電流が段階的に減少する。

本例示では、図４で説明した電流減少型更新方式と、図１０で説明したＳＯＣ減少型更新方式とを全て適用した混合型（ｈｙｂｒｉｄ）更新方式で電流パターンを更新する。したがって、電流の大きさは、図４で説明した調整係数に従って調整し、電流の大きさを調整する時点は、図１０で説明した調整係数に従って調整する。

図１２は、図４、図１０及び図１１の急速充電用電流パターン更新方法を用いてバッテリーモジュールの容量変化を測定した実験データである。図１２の実験で、α値及びβ値は、１に設定された。また、抵抗増加率が１２％である４つのセルを測定対象として実験を行った。４つのセルは、それぞれ電流パターン更新のない場合、電流減少型更新方式、ＳＯＣ減少型更新方式、そして、混合型更新方式が適用されて急速充電が繰り返し行われた。

図１２で示されるように、初期電流パターンで急速充電を継続した場合（ＢＯＬ）には、バッテリーモジュールの容量が急速充電回数の繰り返しにつれて急激に減少し、急激な退化が生じたことが確認できる。一方、電流減少型更新方式とＳＯＣ減少型更新方式の場合、退化程度が同様に改善したことが確認できる。また、混合型更新方式の場合、充電時間が最も長くかかることの代わりに、退化程度が最も少ないことが確認できる。

バッテリーモジュール１０の急速充電用電流パターンを、予め格納されている電流パターンを変更せずに続いて使用する場合、バッテリーモジュール１０の内部抵抗の変化に起因してバッテリーモジュール１０の容量にも影響を与えるようになる。

しかし、前述したような急速充電用電流パターンの多様な更新方法によれば、バッテリーモジュール１０の内部抵抗の変化を考慮して電流パターンも変わるようになる。したがって、バッテリーモジュール１０を急速充電しても、バッテリーモジュール１０の容量変化を最小化できるようになる。

図１３は、本発明の他の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法を示す図である。図１３でも、電流パターンに調整係数を掛けた新たな電流パターンのみが図示されている。

図１３は、電圧制限型方式で充電を行う場合であって、バッテリーモジュール１０の電圧値に応じて電流が段階的に減少する。図１３に図示されたように、電流の大きさを電圧値がｖ１になるまではｉ１で、ｖ１からｖ２区間ではｉ２で、ｖ２からｖ３区間ではｉ３で、ｖ３から完衝まではｉ４で充電するように電流パターンが設定されている。そして、急速充電用電流パターンを更新しなければならない時点に調整係数を掛けることにより、点線のように電流パターンが変更される。電流がそれぞれｉ１'、ｉ２'、ｉ３'及びｉ４'に変更される。ここで、ｉ１'＝ｉ１＊（調整係数）、ｉ２'＝ｉ２＊（調整係数）、ｉ３'＝ｉ３＊（調整係数）、そして、ｉ４'＝ｉ４＊（調整係数）である。すなわち、電流パターンでの電流の大きさに調整係数を掛けて生成される新たな大きさを有する電流パターンで既存の電流パターンを更新する（電流減少（ｄｅｒａｔｉｎｇ）型更新）。

図１４は、図１３の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の変形例を示す図である。図１４でも、電流パターンに調整係数を掛けた新たな電流パターンのみが図示されている。本例示でも、電圧制限型方式で充電を行い、バッテリーモジュール１０の電圧値に応じて電流が段階的に減少する。

ただし、本例示では、電流の大きさを変更する時点として設定された電圧値に調整係数を掛けて点線のように電流パターンが変更される。すなわち、電流がｉ１からｉ２に変更される時点がｖ１からｖ１'、電流がｉ２からｉ３に変更される時点がｖ２からｖ２'、電流がｉ３からｉ４に変更される時点がｖ３からｖ３'にそれぞれ変更される。ここで、ｖ１'＝ｖ１＊（調整係数）、ｖ２'＝ｖ２＊（調整係数）、そして、ｖ３'＝ｖ３＊（調整係数）である。すなわち、電流パターンでの電流の大きさを変更する時点として設定された電圧値に調整係数を掛けて生成される新たな電圧値を電流の大きさを変更する時点とする電流パターンで既存の電流パターンを更新する（電圧減少型更新）。

本例示でも、図１３による調整係数と図１４による調整係数は、図４及び図１０のように別途に計算されてよい。

図１５は、図１３の実施形態による急速充電用電流パターンを更新する方法の他の変形例を示す図である。図１５でも、電流パターンに調整係数を掛けた新たな電流パターンのみが図示されている。本例示でも、電圧制限型方式で充電を行い、バッテリーモジュール１０の電圧値に応じて電流が段階的に減少する。

本例示では、図１３で説明した電流減少型更新方式と、図１４で説明した電圧減少型更新方式とを全て適用した混合型（ｈｙｂｒｉｄ）更新方式で電流パターンを更新する。したがって、電流の大きさは、図１３で説明した調整係数に従って調整し、電流の大きさを調整する時点は、図１４で説明した調整係数に従って調整する。

前記のような電圧制限型方式で急速充電を行う場合にも、電流パターンを電流減少型更新方式、電圧減少型更新方式、又は混合更新方式のいずれか一つの方式で更新して急速充電を行うと、バッテリーモジュール１０の容量変化を最小化できるようになる。

図１６は、本発明の他の実施形態による演算部の細部機能を示すブロック図である。ここでは、図３との違いを中心に説明する。

更新要件判断部１３４は、急速充電用電流パターンを更新する時期を判断する。本実施形態の場合、急速充電用電流パターンは、バッテリーモジュール１０が予め設定された電圧になるまで充電を行う電圧制限型方式が適用されている。この場合、更新要件判断部１３４は、急速充電の充電完了時の容量である充電終了容量の推移曲線が予め設定された基準を満たすときに、電流パターンを更新しなければならない時期であると判断する。充電終了容量の推移曲線に対する予め設定された基準は、充電終了容量の推移曲線に変曲点が発生したものであってよい。

更新要件判断部１３４により電流パターンを更新しなければならない時期であると判断された場合、電流パターン算出部１３３により算出された新たな電流パターンで急速充電用電流パターンが更新される。この場合、更新された電流パターンは、格納部１２０に格納されてよい。

容量算出部１３６は、バッテリーモジュール１０に対する急速充電を行うたびに、急速充電完了時のバッテリーモジュール１０の容量である充電終了容量を算出する。このような容量算出部１３６は、バッテリーセル１１及び／又はバッテリーモジュール１０の電圧、電流などをモニタリングするセンサを使用してよい。また、容量算出部１３６は、センサを使用して測定された値からバッテリーモジュール１０の容量を演算するなどの方法でバッテリーモジュール１０を算出してよい。

図１７は、本発明の他の実施形態に応じて急速充電用電流パターンを更新する場合、バッテリーモジュールの容量変化を示す試験データである。

図１７を参照すれば、「比較例１」グラフは、急速充電用電流パターンの更新アルゴリズムを全く適用しない場合のバッテリーモジュール１０の充電終了容量の変化を示すグラフである。約２０回の急速充電後に充電終了容量が急激に増加することが確認できた。

「比較例２」グラフは、急速充電用電流パターンの更新アルゴリズムを適用したが、更新時点は、変曲点が発生した後に適用された場合のグラフである。比較例１に比べて相当な回数の急速充電の繰り返しにも、充電終了容量が変化しなかったことが確認できた。しかし、約６０回の急速充電後には、充電終了容量が急激に増加することが確認できた。

「実施例」グラフは、変曲点が発生した直後に急速充電用電流パターンの更新アルゴリズムを適用した場合のグラフである。グラフから明らかに確認できるように、１００回以上の繰り返し急速充電にもかかわらず、バッテリーモジュール１０の充電終了容量の増加がほとんどないことが確認できた。

バッテリーモジュール１０の急速充電用電流パターンを更新しない場合だけでなく、更新する場合にも、更新時期が遅延されると、バッテリーモジュール１０の容量減少を抑えることができない。

しかし、前述したような本発明の実施形態による急速充電用電流パターンの更新時期の判断方法によれば、急速充電用電流パターンを更新しなければならない時点を正確かつ迅速に把握できるようになり、したがって、バッテリーモジュール１０の容量変化を最小化できるようになる。

代案として、急速充電用電流パターンを更新する時点を、前述したように充電終了電圧の推移曲線又は充電終了容量の推移曲線の変曲点に基づいて決定すること以外にも、他の方式を使用してもよい。例えば、前記で算出した抵抗の増加率が、予め設定された基準値以上になった場合、電流パターンを更新するように設定してもよい。

図１８は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの使用中断時点を判断する方法を示すフロー図である。

図１８を参照すれば、バッテリーモジュールの使用中断時点を判断するためのアルゴリズムは、急速充電が行われるか否かを判断する（Ｓ３０）。本実施形態では、既に急速充電用電流パターンが本発明の実施形態による更新アルゴリズムが適用されている場合のものを前提とする。急速充電が行われると判断した場合、充電終了電圧又は充電終了容量を検出する（Ｓ３１）。そして、検出した充電終了電圧又は充電終了容量が基準値以上変動したか否かを判断する（Ｓ３２）。基準値以上変動したか否かの判断は、充電終了電圧が基準値以上になったか否かを判断することを含んでよい。また、基準値以上変動したか否かの判断は、充電終了容量が基準値未満になったか否かを判断することを含んでよい。

充電終了電圧又は充電終了容量が基準値以上変動した場合は、バッテリーモジュール１０の使用限界に達したと判断し、バッテリーモジュール１０の使用を中止する（Ｓ３３）。そして、このようなバッテリーモジュール１０の使用中断の趣旨を上位制御器２などに通知してよい。一方、充電終了電圧又は充電終了容量が基準値以上変動しなかった場合は、バッテリーモジュール１０を続けて使用可能であると判断する。

図１９及び図２０は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの使用中断時点を説明するためのグラフである。

図１９及び図２０に示されるように、急速充電を繰り返す際に充電終了電圧又は充電終了容量が急激に変動する場合が発生し、この場合、バッテリーモジュール１０が求められる出力を供給することができなくなる。したがって、バッテリーパック１が取り付けられる車両などでは、深刻な安全上の状況が発生することもある。したがって、このように充電終了電圧又は充電終了容量が基準値以上変動した場合は、バッテリーモジュール１０の使用を中断する。

代案として、バッテリーモジュール１０の使用中断時点の決定は、他の方式を使用してもよい。例えば、前記で検出した充電終了電圧又は充電終了容量の推移曲線で変曲点が発生することを検出した回数が、予め設定された基準回数になった場合、バッテリーモジュール１０の使用を中断するように設定してもよい。

図２１は、バッテリー管理システムのハードウェア構成図である。

図２１を参照すれば、ＢＭＳ２０は、コントローラ（ＭＣＵ）２１０、メモリー２２０、入出力インターフェース２３０、及び通信インターフェース２４０を含んでよい。

ＭＣＵ２１０は、ＢＭＳ２０内の各種動作及び演算の処理と各構成の制御とを行う。

メモリー２２０には、運営体制プログラム及びＢＭＳ２０の機能を行うためのプログラムが記録される。すなわち、メモリー２２０には、本発明の実施形態による急速充電用電流パターンの更新のためのアルゴリズム、電流パターンの更新時期、バッテリーモジュール１０の使用中断時期を判断するアルゴリズムなどが記述されたコンピュータプログラムが格納されてよい。メモリー２２０は、揮発性メモリー及び非揮発性メモリーを含んでよい。例えば、メモリー２２０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー（登録商標）などの半導体メモリー、磁気ディスク、光ディスクなどの各種格納媒体のうちの少なくともいずれか一つが使用されてよい。メモリー２２０は、ＭＣＵ２１０に内蔵されたメモリーであってよく、ＭＣＵ２１０とは別途に設けられた追加的なメモリーであってよい。

入出力インターフェース２３０は、各種入力信号及び出力信号の入出力を行う。例えば、ＢＭＳ２０に含まれたＭＣＵ２１０は、入出力インターフェース２３０を介して各種センサからの信号を受信してよい。

通信インターフェース２４０は、外部と有線及び／又は無線で通信可能な構成である。

ＭＣＵ２１０がメモリー２２０に格納されたプログラムを実行することにより、抵抗算出部１１０、演算部１３０、抵抗増加率算出部１３１、調整係数算出部１３２、電流パターン算出部１３３、更新要件判断部１３４、容量算出部１３６の機能を行うモジュールを具現してよい。メモリー２２０は、格納部１２０としての機能を行ってよい。ＭＣＵ２１０が入出力インターフェース２３０とともに動作して抵抗算出部１１０、電圧測定部１３５としての機能を行ってよい。また、ＭＣＵ２１０が通信インターフェース２４０とともに動作して通信部１４０としての機能を行ってよい。

また、以上に記載された「含む」、「構成する」又は「有する」などの用語は、特に反対の記載がない限り、当該構成要素が内在し得ることを意味するので、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでよいと解釈されなければならない。技術的や科学的な用語を含む全ての用語は、特に定義されない限り、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有すると解釈されてよい。辞典に定義された用語のように一般的に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味と一致すると解釈されなければならず、本発明で明らかに定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解釈されない。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等の範囲内の全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

Claims (16)

1. バッテリーモジュールの内部抵抗を算出する抵抗算出部と、
   前記バッテリーモジュールに対する急速充電用電流パターンを格納する格納部と、
   前記バッテリーモジュールの内部抵抗の状態に応じて前記急速充電用電流パターンを更新する演算部と、を含み、
   前記演算部は、
   前記抵抗算出部が算出した内部抵抗に基づいて抵抗増加率を算出し、
   前記算出した抵抗増加率に基づいて調整係数を算出し、
   前記算出した調整係数と前記急速充電用電流パターンとを使用して前記急速充電用電流パターンを更新する急速充電用電流パターン更新装置。
2. 前記演算部は、前記急速充電用電流パターンに前記調整係数を掛けた値を更新する電流パターンとする、請求項１に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
3. 前記演算部は、前記抵抗増加率が大きいほど前記調整係数を減少させる、請求項１に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
4. 前記バッテリーモジュールに対する急速充電は、予め設定された充電容量になるまで行う容量制限型方式である、請求項１に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
5. 前記演算部は、前記急速充電用電流パターンでの電流の大きさに前記調整係数を掛けて生成される新たな大きさの電流を有する電流パターンで既存の電流パターンを更新する、請求項４に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
6. 前記演算部は、前記急速充電用電流パターンでの電流の大きさを変更する時点として設定されたＳＯＣの値に前記調整係数を掛けて生成される新たなＳＯＣの値を、前記電流の大きさを変更する時点とする電流パターンで既存の電流パターンを更新する、請求項４又は５に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
7. 前記演算部は、前記バッテリーモジュールに対する急速充電を行うたびに、急速充電完了時の電圧である充電終了電圧を測定する電圧測定部と、をさらに含み、
   前記充電終了電圧の推移曲線が予め設定された基準を満たすときに、前記演算部が前記急速充電用電流パターンを更新する、請求項４に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
8. 前記予め設定された基準は、前記充電終了電圧の推移曲線に変曲点が発生したことを検出した場合である、請求項７に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
9. 前記バッテリーモジュールに対する急速充電は、予め設定された電圧になるまで行う電圧制限型方式である、請求項１に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
10. 前記演算部は、前記急速充電用電流パターンでの電流の大きさに前記調整係数を掛けて生成される新たな大きさの電流を有する電流パターンで既存の電流パターンを更新する、請求項９に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
11. 前記演算部は、前記急速充電用電流パターンでの電流の大きさを変更する時点として設定された電圧値に前記調整係数を掛けて生成される新たな電圧値を前記電流の大きさを変更する時点とする電流パターンで既存の電流パターンを更新する、請求項９又は１０に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
12. 前記バッテリーモジュールに対する急速充電完了時の前記バッテリーモジュールの容量である充電終了容量を算出する容量算出部と、をさらに含み、
    前記充電終了容量の推移曲線が予め設定された基準を満たすときに、前記演算部が前記急速充電用電流パターンを更新する、請求項９に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
13. 前記予め設定された基準は、前記充電終了容量の推移曲線に変曲点が発生したことを検出した場合である、請求項１２に記載の急速充電用電流パターン更新装置。
14. バッテリーモジュールに対する急速充電用電流パターンを設定する段階と、
    前記バッテリーモジュールの内部抵抗を算出する段階と、
    前記バッテリーモジュールの抵抗増加率を算出する段階と、
    前記抵抗増加率に基づいて調整係数を算出する段階と、
    前記調整係数を使用して前記急速充電用電流パターンを調整し、調整電流パターンを生成する段階と、を含む急速充電用電流パターン更新方法。
15. コンピュータで読み取り可能な格納媒体に格納されたコンピュータプログラムであって、
    バッテリーモジュールの内部抵抗を算出する段階と、
    前記算出した内部抵抗に基づいて抵抗増加率を算出する段階と、
    前記算出した抵抗増加率に基づいて調整係数を算出する段階と、
    前記算出した調整係数と予め設定されている急速充電用電流パターンとを使用して前記急速充電用電流パターンを更新する段階と、を含む方法をコンピュータが実行するようにするコンピュータで読み取り可能な格納媒体に格納されたコンピュータプログラム。
16. 前記バッテリーモジュールに対する急速充電完了時の電圧である充電終了電圧又は急速充電完了時の容量である充電終了容量を検出する段階と、をさらに含み、
    前記充電終了電圧又は充電終了容量の推移曲線に変曲点が発生したことを検出した場合、前記急速充電用電流パターンを更新する段階を行う、請求項１５に記載のコンピュータプログラム。

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