JP6878756B2 - バッテリー余裕容量推定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリー余裕容量推定装置に関し、より詳しくは、バッテリーのハーフセルの余裕容量を推定するバッテリー余裕容量推定装置に関する。
本出願は、２０１７年１１月１６日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１５３１２６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。
二次電池は、電気化学的な酸化及び還元反応によって電気エネルギーを生成するものであって、広範囲で多様な用途に用いられる。例えば、二次電池は、携帯電話、ラップトップコンピューター、デジタルカメラ、ビデオカメラ、タブレットコンピューター、電動工具などのようなハンドヘルドデバイス；電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気船舶、電気飛行機などのような各種電気駆動動力装置；新再生エネルギーによって発電された電力や余剰発電電力を貯蔵するのに使われる電力貯蔵装置；サーバーコンピューターと通信用基地局を含めた各種情報通信装置に電力を安定的に供給するための無停電電源装置などに至るまで使用領域が次第に拡がっている。
二次電池は、三つの基本構成要素を含み、これは、放電する間に電子を放出しながら酸化する物質を含む負極（ａｎｏｄｅ）、放電する間に電子を収容しながら還元される物質を含む正極（ｃａｔｈｏｄｅ）、及び負極と正極との間でイオンの移動を可能にする電解質がそれである。二次電池には、放電した後に再使用が不可能である一次電池と、電気化学反応が少なくとも部分的には可逆的であることから反復的な充放電が可能である二次電池と、に分けられ得る。
このうち、二次電池としては、鉛−酸電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−鉄電池、銀酸化物電池、ニッケル金属水素化物電池、亜鉛−マンガン酸化物電池、亜鉛−ブロマイド電池、金属−空気電池、リチウム二次電池などが公知である。これらのうち、リチウム二次電池は、他の二次電池に比べてエネルギー密度及び電池電圧が高く、かつ保存寿命が長いという理由で商業的に最も大きい関心を浴びている。
一方、二次電池が適用される電子機器には、二次電池の充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を通じて残余使用量を知らせてくれる機能が通常であるが、このような二次電池のＳＯＣは、通常的に二次電池の電圧変化による充電状態の変化様相に関わる充電状態−電圧データから得られる。ここで、二次電池の電圧とは、二次電池の開放電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）であり得る。
このような充電状態−電圧データは、適用される二次電池の種類や容量などによって変わるだけでなく、二次電池の種類や容量などが特定された場合にも使用による退化が進むにつれて変わるようになる。
より具体的には、充電状態−電圧データは、二次電池を構成する正極電極と負極電極各々の退化度、容量設計及び活物質の種類によって変わる。
これによって、二次電池の充電状態−電圧データを正確に推定するためには、二次電池を構成する正極電極と負極電極各々の正確な充電状態−電圧データが要求される。
従来は、二次電池を構成する正極電極と負極電極各々の充電状態−電圧データを推定するために、正極電極と負極電極との間に基準電極を物理的に挿入して正極電極及び負極電極各々の電圧を測定し、これを用いて充電状態−電圧データを推定していた。
しかし、上述の各種装置に備えられた二次電池の場合、正極電極と負極電極との間に基準電極を物理的に挿入して正極電極及び負極電極各々の電圧を測定し、これを用いて充電状態−電圧データを推定することが不可能であるという問題点がある。
本発明は、バッテリーのフルセル及びハーフセル各々の充電状態−電圧データに基づいて検出された変曲点を用いてハーフセルの充電状態全区間を補正し、充電状態全区間の補正前と後の充電状態の差を余裕容量に推定することで、基準電極を挿入することなくハーフセルの余裕容量を正確に推定できるバッテリー余裕容量推定装置を提供することを目的とする。
本発明の目的は以上で言及した目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的及び長所は下記の説明によって理解され得、本発明の実施例によってより明らかに理解されるだろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組合せによって実現できる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリー余裕容量推定装置は、バッテリーの電圧を各々測定するように構成されたセンシング部と、前記センシング部と動作可能に結合したプロセッサと、を含み得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記バッテリーの第１充電状態及び前記バッテリーの電圧がマッピングされた前記バッテリーの第１充電状態−電圧データに基づいて前記第１充電状態−電圧データの第１変曲点を検出し、前記バッテリーの正極電極及び負極電極各々に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点のうち起因電極条件を満す第２変曲点を選択し、前記第１変曲点に対応する第１充電状態間における第１充電状態差値と、前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第２充電状態間における第２充電状態差値との充電状態の割合を用いて、前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの余裕容量を推定し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記第１変曲点に対応する第１充電状態を基準で第１充電状態区間を設定し、前記検出された第２変曲点に対応する第２充電状態が前記第１充電状態区間に含まれるか否かに応じて当該第２変曲点が前記起因電極条件を満すか否かを判断し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記検出された第２変曲点に対応する第２充電状態が前記第１充電状態区間に含まれれば、当該第２変曲点が前記起因電極条件を満すと判断し、前記検出された第２変曲点に対応する第２充電状態が前記第１充電状態区間に含まれなければ、当該第２変曲点が前記起因電極条件を満たさないと判断し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記充電状態の割合を用いて前記選択された第２変曲点に対応する第２充電状態を増加または減少させることで第１補正充電状態に補正し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記充電状態の割合を用いて前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第１充電状態全区間を増加または減少させることで第１補正充電状態全区間に補正し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記第１変曲点に対応する第１充電状態と前記第１補正充電状態との第３充電状態差値を用いて前記第１補正充電状態全区間を第２補正充電状態全区間に補正し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記第１充電状態全区間及び前記第２補正充電状態全区間各々の最小充電状態間における第４充電状態差値を算出し、前記第４充電状態差値を前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第１余裕容量に推定し得る。
望ましくは、前記プロセッサは、前記第１充電状態全区間及び前記第２補正充電状態全区間各々の最大充電状態間における第５充電状態差値を算出し、前記第５充電状態差値を前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第２余裕容量に推定し得る。
本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリー余裕容量推定装置を含み得る。
本発明による自動車は、バッテリー余裕容量推定装置を含み得る。
本発明によるエネルギー貯蔵装置は、バッテリー余裕容量推定装置を含み得る。
本発明によれば、バッテリーのフルセル及びハーフセル各々の充電状態−電圧データに基づいて検出された変曲点を用してハーフセルの充電状態全区間を補正し、充電状態全区間の補正前と後の充電状態の差を余裕容量に推定することで、基準電極を挿入することなくハーフセルの余裕容量を正確に推定することができる。
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。
本発明の一実施例によるバッテリー余裕容量推定装置の構成を示した図である。
バッテリーのフルセルの第１充電状態によるバッテリーの電圧グラフである。
平滑化前におけるバッテリーのフルセルの第１充電状態によるバッテリーの電圧微分グラフである。
平滑化後におけるバッテリーのフルセルの第１充電状態によるバッテリーの電圧微分グラフである。
バッテリーのハーフセルの第２充電状態によるバッテリーの電圧微分グラフである。
バッテリーのハーフセルの第２充電状態及び補正充電状態全区間を補正する過程を説明するためのグラフである。
バッテリーのハーフセルの第２充電状態及び補正充電状態全区間を補正する過程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。
また、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。
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いずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。
なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「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示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。
さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結（接続）」されている場合も含む。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー余裕容量推定装置の構成を示す図であり、図２は、バッテリーのフルセルの第１充電状態によるバッテリーの電圧グラフであり、図３及び図４は、平滑化の前後におけるバッテリーのフルセルの第１充電状態によるバッテリーの電圧微分グラフであり、図５は、バッテリーのハーフセルの第２充電状態によるバッテリーの電圧微分グラフであり、図６及び図７は、バッテリーのハーフセルの第２充電状態及び補正充電状態全区間を補正する過程を説明するためのグラフである。
まず、図１を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー余裕容量推定装置１００は、バッテリーＢを含むバッテリーパック１に含まれ、バッテリーＢと接続してバッテリーＢのハーフセル（ｈａｌｆ ｃｅｌｌ）の余裕容量を推定し得る。
一方、本発明の一実施例によるバッテリー余裕容量推定装置１００は、バッテリーパック１に備えられたバッテリー管理装置ＢＭＳに含まれることもできる。
前記バッテリー余裕容量推定装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０及びプロセッサ１３０を含み得る。
前記バッテリーＢは、充電状態が推定される最小単位の電池であって、電気的に直列及び／または並列に接続した複数の単位セルを含む。勿論、前記バッテリーＢが一つの単位セルのみを含む場合も、本発明の範疇に含まれる。
前記単位セルは、反復的な充放電が可能であれば、その種類は特に制限されず、一例として、パウチタイプのリチウムポリマーバッテリーであり得る。
前記バッテリーＢは、外部端子を介して多様な外部装置に電気的に結合できる。前記外部装置は、一例として、電気自動車、ハイブリッド自動車、ドロンのような無人飛行体、電力グリッドに含まれた大容量の電力貯蔵装置（ＥＳＳ）、またはモバイルデバイスであり得る。この場合、前記バッテリーＢは、前記外部装置に搭載されたモジュール化した電池パックに含まれた単位セルの一部または全部を含み得る。
前記バッテリーＢの外部端子は、充電装置と選択的に結合できる。前記充電装置は、バッテリーＢが搭載される外部装置の制御によってバッテリーＢに選択的に結合し得る。
前記センシング部１１０は、プロセッサ１３０と動作可能に結合する。即ち、センシング部１１０は、プロセッサ１３０に電気的信号を送信するか、プロセッサ１３０から電気的信号を受信できるようにプロセッサ１３０に接続し得る。
前記センシング部１１０は、予め設定された周期ごとにバッテリーＢの正極電極と負極電極との間に印加される電圧と、バッテリーＢへの流入または流出電流と、を繰り返して測定し、測定された電圧及び電流を示す測定信号をプロセッサ１３０に提供できる。
前記センシング部１１０は、バッテリーＢの電流を測定するように構成された電流センサーを含む。また、センシング部１１０は、バッテリーＢの電圧を測定するように構成された電圧センサーをさらに含み得る。
前記プロセッサ１３０は、センシング部１１０から測定信号が受信されれば、信号処理によってバッテリーＢの電圧及び電流各々のデジタル値を決定してメモリ部１２０に保存し得る。
前記メモリ部１２０は、半導体メモリ素子であって、前記プロセッサ１３０によって生成されるデータを記録、消去、更新し、バッテリーＢのハーフセルの余裕容量の推定のために設けられた複数のプログラムコードを保存する。また、前記メモリ部１２０は、本発明を実施するときに使われる予め決められた各種パラメーターの事前設定値を保存し得る。
前記メモリ部１２０は、データを記録、消去、更新できると知られた半導体メモリ素子であれば、その種類は特に制限されない。一例として、前記メモリ部１２０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどであり得る。前記メモリ部１２０は、前記プロセッサ１３０の制御ロジッグを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含み得る。前記保存媒体は、フラッシュメモリやハードディスクのような不揮発性記憶素子を含む。前記メモリ部１２０は、プロセッサ１３０と物理的に分離していてもよく、前記プロセッサ１３０と一体で統合していてもよい。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢに予め設定された充電電流値の電流が入力されてバッテリーＢが充電されるようにバッテリーＢの電流を制御し、バッテリーＢに入力された電流に基づいてバッテリーＢの第１充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を推定し得る。
この際、予め設定された充電電流値は、下記の数式１を用いて算出することができる。
Figure 0006878756
ここで、Ｉｃは予め設定された充電電流値であり、ａは１以下の定数であり、Ｃｎはバッテリーの正格電流である。
これによって、前記プロセッサ１３０は、正格電流の電流値よりも小さい充電電流値の電流が入力されて充電されるバッテリーＢの第１充電状態を推定できる。
一方、バッテリーＢの第１充電状態は、バッテリーＢがフルセル（ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）である場合、フルセルの全体容量に対するフルセルの充電容量の割合であり得る。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢに入力された電流の電流値を積算する電流積算法を用いてバッテリーＢの第１充電状態を推定し得る。
前記プロセッサ１３０は、電流積算法を用いてバッテリーＢの第１充電状態を推定することに説明したが、予め設定された充電電流値の電流が入力されるバッテリーＢの第１充電状態を推定さえできれば、推定方法は特に限定されない。
一方、前記プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの第１充電状態ごとにバッテリーＢの電圧をマッピングしてバッテリーＢの第１充電状態−電圧データを生成し得る。
ここで、バッテリーＢの電圧は、バッテリーＢの開放電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）であり得る。
このような、バッテリーＢの第１充電状態−電圧データは、図２に示したように、バッテリーＢの第１充電状態によるバッテリーＢの電圧曲線で示し得る。
ここで、前記メモリ部１２０は、バッテリーＢの第１充電状態−電圧データをバッテリーＢの第１充電状態によるバッテリーＢの電圧曲線に近似させた近似関数及びバッテリーＢの第１充電状態ごとにバッテリーＢの電圧がマッピングされたルックアップテーブルのうち一つ以上の形態で保存し得る。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第１充電状態−電圧データに基づいて第１充電状態−電圧データの第１変曲点を検出し得る。
より具体的に、前記プロセッサ１３０は、第１充電状態−電圧データに基づき、第１充電状態の微小な変化によるバッテリーＢの電圧の変化が増加してから減少する箇所の第１充電状態及びバッテリーＢの電圧を第１変曲点として検出し得る。
また、前記プロセッサ１３０は、第１充電状態−電圧データに基づいて第１ 充電状態の微小な変化によるバッテリーＢの電圧の変化が減少してから増加する箇所の第１充電状態及びバッテリーＢの電圧を第１変曲点として検出し得る。
即ち、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第１充電状態−電圧データに対応する近似関数の二階微分係数が「０」である第１充電状態及び当該第１充電状態に対応するバッテリーＢの電圧を第１変曲点として検出し得る。
このために、前記プロセッサ１３０は、図３に示したように、バッテリーＢの第１充電状態−電圧データに対応する近似関数を微分して一階導関数を算出し得る。
その後、前記プロセッサ１３０は、図４に示したように、バッテリーＢの第１充電状態−電圧データに対応する近似関数の一階導関数を平滑化してノイズ成分を除去し得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、ノイズフィルターを用いてバッテリーＢの第１充電状態−電圧データに対応する近似関数の一階導関数を平滑化し得る。
このようなことから、前記プロセッサ１３０は、ノイズ成分によって第１変曲点が誤検出される現象を防止することで、第１変曲点検出の正確性を向上させることができる。
続いて、前記プロセッサ１３０は、平滑化した近似関数の一階導関数を微分して二階導関数を算出し、算出された二階導関数の関数値が「０」である第１充電状態及び当該第１充電状態に対応するバッテリーＢの電圧を第１変曲点として検出し得る。
例えば、前記プロセッサ１３０は、図４に示したように、七つの第１変曲点（ａ１，…，ａ７）を検出し得、七つの第１変曲点（ａ１，…，ａ７）に対応する第１充電状態は、各々「７．２％」、「１３．６％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３５．３％」、「５６．８％」及び「６０．０％」であり得る。
一方、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極電極及び負極電極各々に対するハーフセル（ｈａｌｆ ｃｅｌｌ）の第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点のうち起因電極条件を満す第２変曲点を選択し得る。
ここで、バッテリーＢの正極電極及び負極電極各々に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データは、退化していないＢＯＬ（ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｆｅ）状態のバッテリーＢを用いて三電極テストによって得られたデータであり得る。
また、バッテリーＢの正極電極及び負極電極各々に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データは、ハーフセルの第２充電状態ごとにハーフセルの電圧をマッピングしたデータであり得る。
一方、第２変曲点は、バッテリーＢの正極電極及び負極電極各々に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づき、上述した第１変曲点の検出方法と同様の方法で予め検出され得る。
より具体的に、正極電極及び負極電極各々に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに対応する近似関数は、微分されて一階導関数として算出され、算出された一階導関数は、ノイズフィルターを介して平滑化し得る。その後、平滑化した一階導関数は微分されて二階導関数として算出され得る。最終的に、算出された二階導関数の関数値が「０」である第２充電状態及び当該第２充電状態に対応するハーフセルの電圧を第２変曲点として検出し得る。
図５に示したように、正極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点（ｂ１，…，ｂ３）は三つであり得、三つの第２変曲点（ｂ１，…，ｂ３）に対応する第２充電状態は各々「５．１％」、「１２．１％」及び「３６．３％」であり得る。
また、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）は七つであり得、七つの第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）に対応する第２充電状態は、各々「９．７％」、「１４．８％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３２．８％」、「５４．３％」及び「５７．５％」であり得る。
このように予め検出された第２変曲点のデータは、前記メモリ部１２０に予め保存され得る。即ち、前記メモリ部１２０は、正極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点のデータと、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点のデータとを個別的に予め保存し得る。
前記プロセッサ１３０は、検出された第２変曲点を前記メモリ部１２０から読み出して起因電極条件を満すか否かを判断し得る。まず、前記プロセッサ１３０は、検出された第１変曲点に対応する第１充電状態を基準で第１充電状態区間を設定し得る。
例えば、前記プロセッサ１３０は、検出された第１変曲点（ａ１，…，ａ７）に対応する第１充電状態を中心値にして充電状態「５％」の範囲を第１充電状態区間に設定し得る。
前記プロセッサ１３０は、検出された第１変曲点（ａ１，…，ａ７）に対応する第１充電状態「７．２％」、「１３．６％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３５．３％」、「５６．８％」及び「６０．０％」の各々を中心値にして充電状態「５％」の範囲を第１充電状態区間に設定し得る。これによって、前記プロセッサ１３０は、第１充電状態区間を各々、「４．７％〜９．７％」、「１１．１％〜１６．１％」、「１６．６％〜２１．６％」、「１８．７％〜２３．７％」、「３２．８％〜３７．８％」、「５４．３％〜５９．３％」及び「５７．５％〜６２．５％」に設定し得る。
その後、前記プロセッサ１３０は、予め検出されて前記メモリ部１２０に保存された第２変曲点に対応する第２充電状態が第１充電状態区間に含まれるか否かによって当該第２変曲点が起因電極条件を満すか否かを判断し得る。
より具体的に、前記プロセッサ１３０は、第２変曲点に対応する第２充電状態が第１充電状態区間に含まれれば、当該第２変曲点が起因電極条件を満すと判断し得る。逆に、前記プロセッサ１３０は、第２変曲点に対応する第２充電状態が第１充電状態区間に含まれなければ、当該第２変曲点が起因電極条件を満さないと判断し得る。
上述した例を続いて説明すれば、正極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点（ｂ１，…，ｂ３）に対応する第２充電状態「５．１％」、「１２．１％」及び「３６．３％」の各々は、第１充電状態区間「４．７％〜９．７％」、「１１．１％〜１６．１％」及び「３２．８％〜３７．８％」に各々含まれる。これによって、前記プロセッサ１３０は、正極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点（ｂ１，…，ｂ３）全てが起因電極条件を満すと判断できる。
また、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）に対応する第２充電状態「９．７％」、「１４．８％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３２．８％」、「５４．３％」及び 「５７．５％」の各々は、第１充電状態区間「４．７％〜９．７％」、「１１．１％〜１６．１％」、「１６．６％〜２１．６％」、「１８．７％〜２３．７％」、「３２．８％〜３７．８％」、「５４．３％〜５９．３％」及び「５７．５％〜６２．５％」に各々含まれる。これによって、前記プロセッサ１３０は、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データに基づいて検出された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）全てが起因電極条件を満すと判断できる。
この際、前記プロセッサ１３０は、起因電極条件を満す第２変曲点の数がより多いハーフセルを選択し得る。
例えば、前記プロセッサ１３０は、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）は、総七つが起因電極条件を満し、正極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点（ｂ１，…，ｂ３）は、総三つが起因電極条件を満すことから、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）を選択し得る。
このことから、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第１充電状態によるバッテリーＢの電圧変動特性が正極電極と負極電極のいずれの電極に起因した変動特性であるかを判断できる。
上述した例のように、前記プロセッサ１３０は、負極電極に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点を選択する場合、バッテリーＢの第１充電状態によるバッテリーＢの電圧変動特性が負極電極に起因した変動特性であると判断し得る。
その後、前記プロセッサ１３０は、第１変曲点に対応する第１充電状態間における第１充電状態差値と、選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第２充電状態間における第２充電状態差値との充電状態の割合を用いて、選択された第２変曲点に対応するハーフセルの余裕容量を推定し得る。
より具体的に、前記プロセッサ１３０は、第１変曲点に対応する第１充電状態のうち最小充電状態と最大充電状態との第１充電状態差値を算出し、選択された第２変曲点に対応する第２充電状態のうち最小充電状態と最大充電状態のとの第２充電状態差値を算出し得る。
その後、前記プロセッサ１３０は、算出された第１充電状態差値と第２充電状態差値との充電状態の割合を算出し得る。
より具体的に、前記プロセッサ１３０は、第２充電状態差値に対する第１充電状態差値の割合を充電状態の割合として算出し得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、下記の数式２を用いて充電状態の割合を算出できる。
Figure 0006878756
ここで、ＲＳＯＣは充電状態の割合であり、ＳＯＣＦＣ−ＭＡＸは第１変曲点に対応する第１充電状態のうち最大充電状態であり、ＳＯＣＦＣ−ＭＩＮは第１変曲点に対応する第１充電状態のうち最小充電状態であり、ＳＯＣＨＣ−ＭＡＸは第２変曲点に対応する第２充電状態のうち最大充電状態であり、ＳＯＣＨＣ−ＭＩＮは第２変曲点に対応する第２充電状態のうち最小充電状態である。
上述した例を続いて説明すれば、前記プロセッサ１３０は、検出された第１変曲点（ａ１，…，ａ７）に対応する第１充電状態「７．２％」、「１３．６％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３５．３％」、「５６．８％」及び「６０．０％」のうち、最小充電状態「７．２％」と最大充電状態「６０．０％」との第１充電状態差値「５２．８％」を算出し得る。
また、前記プロセッサ１３０は、選択された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）に対応する第２充電状態「９．７％」、「１４．８％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３２．８％」、「５４．３％」及び「５７．５％」のうち、最小充電状態「９．７％」と最大充電状態「５７．５％」との第２充電状態差値「４７．８％」を算出し得る。
その後、前記プロセッサ１３０は、第１充電状態差値「５２．８％」と第２充電状態差値「４７．８％」との充電状態の割合、「１．１」を算出し得る。
一方、前記プロセッサ１３０は、充電状態の割合を用いて、選択された第２変曲点に対応する第２充電状態を増加または減少させて第１補正充電状態に補正し得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、下記の数式３を用いて、選択された第２変曲点に対応する第２充電状態を第１補正充電状態に補正できる。
Figure 0006878756
ここで、ＳＯＣＨＣ−ＭＡＸ'は、第１補正充電状態のうち最大充電状態であり、ＳＯＣＨＣ−ＭＩＮ'は、第１補正充電状態のうち最小充電状態であり、ＳＯＣＨＣ−ＭＡＸは、第２変曲点に対応する第２充電状態のうち最大充電状態であり、ＳＯＣＨＣ−ＭＩＮは、第２変曲点に対応する第２充電状態のうち最小充電状態であり、ＲＳＯＣは充電状態の割合である。
続いて、前記プロセッサ１３０は、充電状態の割合を用いて、選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第１充電状態全区間を増加または減少させることで第１補正充電状態全区間に補正し得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、下記の数式４を用いて、選択された第２ 変曲点に対応するハーフセルの第１充電状態全区間を第１補正充電状態全区間に補正できる。
Figure 0006878756
ここで、ＲａｇＨＣ−ＭＡＸ'及びＲａｇＨＣ−ＭＩＮ'は各々、第１補正充電状態全区間における最大充電状態及び最小充電状態であり、ＲａｇＨＣ−ＭＡＸ及びＲａｇＨＣ−ＭＩＮは各々、第２変曲点に対応するハーフセルの第１充電状態全区間における最大充電状態及び最小充電状態であり、ＲＳＯＣは充電状態の割合である。
上述した例を続いて説明すれば、前記プロセッサ１３０は、図６に示したように、選択された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）に対応する第２充電状態「９．７％」、「１４．８％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３２．８％」、「５４．３％」及び「５７．５％」のうち、最小充電状態「９．７％」及び最大充電状態「５７．５％」各々に、充電状態の割合「１．１」を掛けて第１補正充電状態「１０．７％」及び「６３．５％」に各々補正し得る。
前記プロセッサ１３０は、第１充電状態全区間「０％〜１００％」に、充電状態の割合「１．１」を掛けて第１充電状態全区間「０％〜１１０％」に補正し得る。
その後、前記プロセッサ１３０は、第１変曲点に対応する第１充電状態と第１補正充電状態との第３充電状態差値を用いて第１補正充電状態全区間を移動させて第２補正充電状態全区間に補正し得る。
より具体的に、前記プロセッサ１３０は、第１変曲点に対応する第１充電状態のうち最小充電状態と、第１補正充電状態のうち最小充電状態との第３充電状態差値を算出し得る。
前記プロセッサ１３０は、算出された第３充電状態差値だけ第１補正充電状態全区間の最小充電状態及び最大充電状態を増加または減少させて第１補正充電状態全区間を第２補正充電状態全区間に補正し得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、下記数式５を用いて第１補正充電状態全区間を第２補正充電状態全区間に補正できる。
Figure 0006878756
ここで、ＲａｇＨＣ−ＭＡＸ"及びＲａｇＨＣ−ＭＩＮ"は各々、第２補正充電状態全区間における最大充電状態及び最小充電状態であり、ＲａｇＨＣ−ＭＡＸ'及びＲａｇＨＣ−ＭＩＮ'は各々、第１補正充電状態全区間における最大充電状態及び最小充電状態であり、ＳＯＣＨＣ−ＭＩＮ'は、第１補正充電状態のうち最小充電状態であり、ＳＯＣＦＣ−ＭＩＮは、第１変曲点に対応する第１充電状態のうち最小充電状態である。
上述した例を続いて説明すれば、前記プロセッサ１３０は、図７に示したように、検出された第１変曲点（ａ１，…，ａ７）に対応する第１充電状態「７．２％」、「１３．６％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３５．３％」、「５６．８％」及び「６０．０％」のうち最小充電状態「７．２％」と、第１補正充電状態「１０．７％」及び「６３．５％」のうち最小充電状態「１０．７％」との第３充電状態差値「−３．５％」を算出し得る。
続いて、前記プロセッサ１３０は、第１補正充電状態全区間の最小充電状態「０％」と最大充電状態「１１０％」を、各々算出された第３充電状態差値「−３．５％」だけ合算して第２補正充電状態全区間に補正し得る。
これによって、第２補正充電状態全区間の最小充電状態及び最大充電状態は各々「−３．５％」と「１０６．５％」に補正できる。
プロセッサ１３０は、第１充電状態全区間及び第２補正充電状態全区間各々の最小充電状態間における第４充電状態差値を算出し、第４充電状態差値を、選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第１余裕容量として推定し得る。
ここで、第１余裕容量は、放電末端余裕容量であり得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、下記数式６を用いて第１余裕容量を推定できる。
Figure 0006878756
ここで、ＳＯＣ１は第１余裕容量であり、ＲａｇＨＣ−ＭＩＮ"は第２補正充電状態全区間における最小充電状態であり、ＲａｇＦＣ−ＭＩＮは第１充電状態全区間における最小充電状態である。
上述した例を続いて説明すれば、前記プロセッサ１３０は、図７に示したように、第１充電状態全区間の最小充電状態「０％」と第２補正充電状態全区間の最小充電状態「−３．５％」との第４充電状態差値を「３．５％」として算出し得る。
続いて、前記プロセッサ１３０は、選択された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）に対応するハーフセルである負極電極に対するハーフセルの第１余裕容量を、算出された第４充電状態差値「３．５％」として推定し得る。
一方、プロセッサ１３０は、第１充電状態全区間及び第２補正充電状態全区間各々の最大充電状態間における第５充電状態差値を算出し、第５充電状態差値を、選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第２余裕容量として推定し得る。
ここで、第２余裕容量は、充電末端余裕容量であり得る。
この際、前記プロセッサ１３０は、下記の数式７を用いて第２余裕容量を推定できる。
Figure 0006878756
ここで、ＳＯＣ２は第２余裕容量であり、ＲａｇＨＣ−ＭＡＸ"は第２補正充電状態全区間における最大充電状態であり、ＲａｇＦＣ−ＭＡＸは第１充電状態全区間における最大充電状態である。
上述した例を続いて説明すれば、前記プロセッサ１３０は、図７に示したように、第１充電状態全区間における最大充電状態「１００％」と、第２補正充電状態全区間における最大充電状態「１０６．５％」との第５充電状態差値を「６．５％」として算出し得る。
続いて、前記プロセッサ１３０は、選択された第２変曲点（ｃ１，…，ｃ７）に対応するハーフセルである負極電極に対するハーフセルの第２余裕容量を、算出された第５充電状態差値「６．５％」として推定し得る。
これによって、前記プロセッサ１３０は、三電極テストまたは数学的モデリングを用いる余裕容量推定方法を用いることなく、ハーフセルの余裕容量を正確に推定することができる。
前記プロセッサ１３０は、推定第１余裕容量及び第２余裕容量を示すメッセージを通信端子（ＣＯＭ）を介して外部装置に伝送し得る。
前記プロセッサ１３０は、 多様な制御ロジッグを実行するために当業界に知られたＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスター、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。プロセッサ１３０によって実行可能な多様な制御ロジッグは、少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグは、コンピュータが読出可能なコード体系で作成され、コンピュータが読出可能な記録媒体に収録され得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサ１３０によってアクセス可能なものであれば、その種類は特に制限されない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスター、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群より選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、キャリア信号に変調されて特定の時点で通信キャリアに含まれ得、ネットワークによって接続したコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジッグを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野におけるプログラマーによって容易に推論できる。
一方、本発明による自動車は、上述したバッテリー余裕容量推定装置を含み得る。これによって、自動車に備えられたバッテリーパックの余裕容量を推定することができる。
一方、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、上述したバッテリー余裕容量推定装置を含み得る。これによって、エネルギー貯蔵装置に備えられたバッテリーパックの余裕容量を推定することができる。
以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例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具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。
以上、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ず、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、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。

Claims (11)

  1. バッテリーの電圧を測定するように構成されたセンシング部と、
    前記センシング部と動作可能に結合したプロセッサと、を含み、
    前記プロセッサは、
    前記バッテリーの第１充電状態及び前記バッテリーの電圧がマッピングされた前記バッテリーの第１充電状態−電圧データに基づいて前記第１充電状態−電圧データの第１変曲点を検出し、前記バッテリーの正極電極及び負極電極の各々に対するハーフセルの第２充電状態−電圧データから検出された第２変曲点のうち起因電極条件を満たす第２変曲点を選択し、前記第１変曲点に対応する第１充電状態のうち最小充電状態と最大充電状態との差である第１充電状態差値と、前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第２充電状態のうち最小充電状態と最大充電状態との差である第２充電状態差値との充電状態の割合を用いて、前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの余裕容量を推定する、バッテリー余裕容量推定装置。
  2. 前記プロセッサは、
    前記第１変曲点に対応する第１充電状態を基準で第１充電状態区間を設定し、前記検出された第２変曲点に対応する第２充電状態が前記第１充電状態区間に含まれるか否かに応じて当該第２変曲点が前記起因電極条件を満すか否かを判断する、請求項１に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  3. 前記プロセッサは、
    前記検出された第２変曲点に対応する第２充電状態が前記第１充電状態区間に含まれれば、当該第２変曲点が前記起因電極条件を満たすと判断し、前記検出された第２変曲点に対応する第２充電状態が前記第１充電状態区間に含まれなければ、当該第２変曲点が前記起因電極条件を満たさないと判断する、請求項２に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  4. 前記プロセッサは、
    前記充電状態の割合を用いて前記選択された第２変曲点に対応する第２充電状態を増加または減少させることで第１補正充電状態に補正する、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  5. 前記プロセッサは、
    前記充電状態の割合を用いて前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第１充電状態全区間を増加または減少させることで第１補正充電状態全区間に補正する、請求項４に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  6. 前記プロセッサは、
    前記第１変曲点に対応する第１充電状態と前記第１補正充電状態との第３充電状態差値を用いて前記第１補正充電状態全区間を第２補正充電状態全区間に補正する、請求項５に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  7. 前記プロセッサは、
    前記第１充電状態全区間及び前記第２補正充電状態全区間の各々の最小充電状態間における第４充電状態差値を算出し、前記第４充電状態差値を前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第１余裕容量に推定する、請求項６に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  8. 前記プロセッサは、
    前記第１充電状態全区間及び前記第２補正充電状態全区間の各々の最大充電状態間における第５充電状態差値を算出し、前記第５充電状態差値を前記選択された第２変曲点に対応するハーフセルの第２余裕容量に推定する、請求項６に記載のバッテリー余裕容量推定装置。
  9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバッテリー余裕容量推定装置を含む、バッテリー管理装置。
  10. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバッテリー余裕容量推定装置を含む、自動車。
  11. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバッテリー余裕容量推定装置を含むエネルギー貯蔵装置。
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