JP6884966B2 - 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

Description

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。

本出願は、２０１７年１１月３日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１４６２２１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激に伸び、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バッテリー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。

バッテリーが過放電すると寿命が短縮するため、バッテリーを放電する間は、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及び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、最小二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上記電圧−電流特性を直線化することで、特定充電状態及び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、放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放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放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、本発明の実施例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、上記バッテリーの放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、上記電流測定部及び上記メモリに動作可能に結合され、上記バッテリーの充電状態及び温度に基づいて上記複数の電圧−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。上記基準プロファイルは、出発点、終了点及び上記出発点と上記終了点との間に位置する複数の中間点を含む。上記制御部は、上記出発点及び上記終了点に基づいて上記バッテリーの内部抵抗を決定し、上記複数の中間点のうちいずれか一つを基準点に設定し、上記基準点及び上記終了点に基づいて上記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定し、上記放電電流、上記内部抵抗、上記基準抵抗及び所定の放電上限電流に基づいて上記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定する。

また、上記制御部は、上記出発点の電圧と上記終了点の電圧との差を上記終了点の電流で除して上記内部抵抗を決定することができる。上記出発点の電圧は、上記バッテリーの充電状態及び温度に対応する上記バッテリーの開放電圧を示す。

また、上記終了点の電流は、上記放電上限電流と同一であり得る。

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

また、上記制御部は、下記の数式１：

を用いて、上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は上記基準点の電流、Ｖ_ｒｅｆは上記基準点の電圧、Ｉ_ｅｎｄは上記終了点の電流、Ｖ_ｅｎｄは上記終了点の電圧、Ｒ_ｒｅｆは上記基準抵抗である。

また、上記制御部は、下記の数式２：

を用いて、上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は上記内部抵抗、Ｉ_ｄｉｓは上記放電電流、Ｒ_ｏｐｔは上記最適抵抗である。

また、上記制御部は、上記複数の中間点のうち上記終了点に最も近い中間点を上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、上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方法は、上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−上記基準プロファイルは出発点、終了点及び上記出発点と上記終了点との間に位置する複数の中間点を含む−を決定する段階と、上記出発点及び上記終了点に基づいて上記バッテリーの内部抵抗を決定する段階と、上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、上記基準点及び上記終了点に基づいて上記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定する段階と、上記バッテリーの放電電流、上記内部抵抗、上記基準抵抗及び所定の放電上限電流に基づいて上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放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調節に用いることで、従来の技術よりバッテリーの過放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パックの機能的構成を示した図である。

本発明の一実施例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の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を参照して説明する内部抵抗に基づいて決定される放電制限電流と、上記最適抵抗に基づいて決定される放電制限電流との差を説明するの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、本発明の一実施例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。上記開閉器２０は、上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）に答えてターンオン／ターンオフすることで、上記バッテリー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、放電電流が正の値で測定され、充電電流は負の値で測定されると仮定する。

上記バッテリー管理システム１００は、上記バッテリー１０に電気的に結合されて上記バッテリー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。上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及び通信インターフェース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、所定の周期毎に上記バッテリー１０の電流を測定し、測定された電流を示す電流信号を制御部１３０に伝送する。上記バッテリー１０が放電するときの電流を「放電電流」と称し、上記バッテリー１０が充電されるときの電流を「充電電流」と称することにする。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、所定の周期毎に上記バッテリー１０の電圧を測定し、測定された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、所定の周期毎に上記バッテリー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、放電電流が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、放電上限電流と同じ定電流によるパルス放電時に測定された電圧を示す。それぞれの中間点は、０Ａより大きく上記放電上限電流よりも小さい定電流によるパルス放電時に測定された電圧を示す。

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。勿論、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、上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むことができる。

制御部１３０は、センシング部１１０、メモリ１２０及び通信インターフェース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上記バッテリー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上記バッテリー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、上記バッテリー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上記バッテリー１０の温度を決定した後、上記推定された充電状態及び上記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上記推定された充電状態及び上記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、その他の機能実行の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することができる。

通信インターフェース１４０は、電気車両のＥＣＵのような外部装置２と通信可能に結合される。通信インターフェース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。上記命令メッセージは、上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。通信インターフェース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。上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は本発明の一実施例によるバッテリー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の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を用いて上記バッテリー１０の放電電流Ｉ_ｄｉｓ及び温度を測定する。

段階Ｓ２１０において、制御部１３０は、上記バッテリー１０の充電状態（例えば、ＳＯＣ８０％）及び上記測定された温度（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で決定される上記基準プロファイルは、上記複数の電圧−電流特性プロファイルのうち上記バッテリー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。上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上記バッテリー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℃に関連したものであり得る。

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、上記バッテリー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特定値に一定に維持される条件で、上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）繰り返してパルス放電させた時点で測定された上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}は上記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び２５℃の条件で上記他のバッテリーをＩ_{ｉｎｔｅｒ＿１}で１０秒間放電させたときに測定された電圧であり、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}は上記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び２５℃の条件で上記他のバッテリーをＩ_{ｉｎｔｅｒ＿２}で１０秒間放電させたときに測定された電圧であり、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}は上記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び２５℃の条件で上記他のバッテリーをＩ_{ｉｎｔｅｒ＿３}で１０秒間放電させたときに測定された電圧であり、Ｖ_ｅｎｄは上記他のバッテリーの充電状態及び温度が８０％及び２５℃の条件で上記他のバッテリーをＩ_ｅｎｄで１０秒間放電させたときに測定された電圧である。

もちろん、電圧−電流特性プロファイル３００は、図３の図示と異なって、２つ以下の中間点を含むか、または、４つ以上の中間点を含んでもよい。

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＿１}＝（Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}、Ｉ_{ｉｎｔｅｒ＿２}）で表され得る。Ｖ_{ｓｔａｒｔ}は放電電流がＩ_{ｓｔａｒｔ}のときに検出された電圧、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿１}は放電電流がＩ_{ｉｎｔｅｒ＿１}のときに検出された電圧、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿２}は放電電流がＩ_{ｉｎｔｅｒ＿２}のときに検出された電圧、Ｖ_{ｉｎｔｅｒ＿３}は放電電流がＩ_{ｉｎｔｅｒ＿３}のときに検出された電圧、Ｖ_ｅｎｄは放電電流がＩ_ｅｎｄのときに検出された電圧である。

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、上記放電上限電流を示し、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。制御部１３０は、放電上限電流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の放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、上記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}及び上記終了点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、上記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と上記終了点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。

上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔは、数式３のＶとＩに上記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と上記終了点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を用いて上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔを決定することができる。

代案的に、上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔは上記電圧−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、上記内部抵抗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。上記基準点Ｐ_ｒｅｆは、上記電圧−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は中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿ｋ}と終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線の傾き

を算出し、算出された傾きの絶対値が最も小さくなる一つの中間点を上記基準点として設定することができる。図３の電圧−電流特性プロファイル３００のように

である場合、制御部１３０はＰ_{ｉｎｔｅｒ＿３}を上記基準点Ｐ_ｒｅｆとして設定することができる。

代案的に、制御部１３０は、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}を上記基準点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、上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔよりも小さい基準抵抗Ｒ_ｒｅｆを決定する。

具体的に、上記基準点Ｐ_ｒｅｆと上記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線は下記の数式５のように表すことができる。

数式５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、上記基準点Ｐ_ｒｅｆを通る直線がＶ軸に交わる点の電圧である。

上記Ｖ_ｎｅｗ及び上記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆは、数式５のＶとＩに上記基準点Ｐ_ｒｅｆと上記終了点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６を用いて上記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆを決定することができる。

上述した例のように、上記基準点Ｐ_ｒｅｆが上記中間点Ｐ_{ｉｎｔｅｒ＿３}である場合、数式６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、上記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆは、上記電圧−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、上記基準抵抗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}は上記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と上記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線の下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、上記測定された放電電流Ｉ_ｄｉｓ、上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔ、上記基準抵抗Ｒ_ｒｅｆ及び上記放電上限電流Ｉ_ｍａｘに基づいて、最適抵抗Ｒ_ｏｐｔを決定する。このとき、上記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔは上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔよりも大きい。もし、段階Ｓ２５０によって決定された上記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔが上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔと同じであるかまたはよりも小さい場合、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に上記終了点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７のように表すことができる。

数式５のＶとＩに上記終了点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８をＶ_ｎｅｗに対して整理すれば、下記の数式９のように表すことができる。

数式９のＶ_ｅｎｄに数式７のＶ_ｏｃｖ−Ｉ_ｅｎｄＲ_ｉｎｔを代入すれば、下記の数式１０のように表すことができる。

図３において、Ｐ_ｄｉｓは上記基準点Ｐ_ｒｅｆと上記終了点Ｐ_ｅｎｄとを通る直線上に位置する放電点である。上記放電点Ｐ_ｄｉｓの電流は上記放電電流Ｉ_ｄｉｓである。したがって、上記放電点Ｐ_ｄｉｓの電圧Ｖ_ｄｉｓは、数式５から下記の数式１１のように表すことができる。

数式１１のＶ_ｎｅｗに数式１０のＶ_ｏｃｖ−（Ｒ_ｉｎｔ−Ｒ_ｒｅｆ）Ｉ_ｅｎｄを代入すれば、下記の数式１２のように表すことができる。

上記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と上記放電点Ｐ_ｄｉｓとを通る直線は下記の数式１３のように表すことができる。

上記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔは、上記出発点Ｐ_{ｓｔａｒｔ}と上記放電点Ｐ_ｄｉｓとを通る直線の傾きを示す。数式１３のＶとＩに上記放電点Ｐ_ｄｉｓの電圧Ｖ_ｄｉｓと電流Ｉ_ｄｉｓを代入すれば、数式１４のように表すことができる。

数式１４のＶ_ｄｉｓに数式１２のＶ_ｏｃｖ−（Ｒ_ｉｎｔ−Ｒ_ｒｅｆ）Ｉ_ｅｎｄ−Ｒ_ｒｅｆＩ_ｄｉｓを代入すれば、下記の数式１５のように表すことができる。

制御部１３０は、数式１５を用いて上記最適抵抗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_ｄｉｓ及びＩ_ｅｎｄを数式１５に代入することで、上記最適抵抗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を用いて上記バッテリー１０の放電時に出力電力を制御する場合、Ｒ_ｉｎｔを用いて上記バッテリー１０の放電時に出力電力を制御する方式に比べて、上記バッテリー１０の過放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上記内部抵抗に基づいて決定される放電制限電流と、上記最適抵抗に基づいて決定される放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、上記バッテリー１０は、その使用状態によって、上記放電電流Ｉ_ｄｉｓが測定された時点で分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａが発生し得る。制御部１３０は、最小二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、上記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａを決定することができる。

上記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａが発生した場合、図３に示された上記電圧−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軸に沿ってそれぞれΔＶ_ｐｏｌａだけシフトする。

上記分極電圧ΔＶ_ｐｏｌａを反映するため、数式３は下記の数式１６に、数式１３は下記の数式１７にそれぞれ変更することができる。

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

上記内部抵抗Ｒ_ｉｎｔに基づく放電制限電流Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}は、数式１６に関連する下記の数式１８を用いて決定することができる。

一方、制御部１３０は、数式１７に関連する下記の数式１９を用いて、上記最適抵抗Ｒ_ｏｐｔに基づく放電制限電流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}を上記バッテリー１０の放電制限電流として決定する場合、（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿１}−Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}）に対応する大きさだけ上記バッテリー１０の電圧降下量が減少するため、上記バッテリー１０の過放電を効果的に防止することができる。

制御部１３０は、上記決定された放電制限電流Ｉ_{ｌｉｍｉｔ＿２}を超過する放電電流が流れないように、上記開閉器２０に出力する上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例は、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も具現され得、このような具現は上述した実施例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。

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、上述した実施例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例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：通信インターフェース

Claims (5)

1. バッテリーを放電する間に過放電を防止するために前記バッテリーの放電制限電流を決定するために用いられる前記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、
   前記バッテリーの放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であって、前記基準プロファイルは、放電電流が０Ａであるときの前記バッテリーの開放電圧を示す出発点、所定の放電上限電流と同じ定電流によるパルス放電時に測定される前記バッテリーの電圧を示す終了点、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、前記制御部とを含み、
   それぞれの中間点は、０Ａより大きく前記放電上限電流よりも小さい定電流によるパルス放電時に測定された前記バッテリーの電圧を示し、
   それぞれの中間点の電圧は、前記出発点と前記終了点とを通る直線に応じた電圧よりも下に位置し、
   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に設定し、
   前記基準点の電圧と前記終了点の電圧との差を、前記基準点の電流と前記終了点の電流との差で除して、前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定し、
   下記の数式２を用いて、前記内部抵抗よりも大きい最適抵抗を決定する、バッテリー管理システム。
   

   

   （ここで、Ｉ _ｅｎｄ は前記終了点の電流、Ｒ _ｒｅｆ は前記基準抵抗、Ｒ _ｉｎｔ は前記内部抵抗、Ｉ _ｄｉｓ は前記放電電流、Ｒ _ｏｐｔ は前記最適抵抗である。）
2. 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、請求項１または２に記載のバッテリー管理システム。
4. 請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の前記バッテリー管理システムを含む、バッテリーパック。
5. バッテリーを放電する間に過放電を防止するために前記バッテリーの放電制限電流を決定するために用いられる前記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は、放電電流が０Ａであるときの前記バッテリーの開放電圧を示す出発点、所定の放電上限電流と同じ定電流によるパルス放電時に測定される前記バッテリーの電圧を示す終了点、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み、それぞれの中間点は、０Ａより大きく前記放電上限電流よりも小さい定電流によるパルス放電時に測定された前記バッテリーの電圧を示し、それぞれの中間点の電圧は、前記出発点と前記終了点とを通る直線に応じた電圧よりも下に位置する、段階と、
   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、
   前記基準点の電圧と前記終了点の電圧との差を、前記基準点の電流と前記終了点の電流との差で除して、前記内部抵抗よりも小さい基準抵抗を決定する段階と、
   下記の数式２を用いて、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。
   

   

   （ここで、Ｉ _ｅｎｄ は前記終了点の電流、Ｒ _ｒｅｆ は前記基準抵抗、Ｒ _ｉｎｔ は前記内部抵抗、Ｉ _ｄｉｓ は前記放電電流、Ｒ _ｏｐｔ は前記最適抵抗である。）

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