JP6930688B2 - 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方法及びバッテリー管理システム - Google Patents

Description

本発明は、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方法及びバッテリー管理システムに関する。

本出願は、２０１７年１２月２１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１７７３６０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：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を周期的に推定するプロセスが必須である。特に、バッテリーの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。

バッテリーのＳＯＣは、一般に、既定の満充電容量に対する現在の残存容量を百分率で表すが、残存容量は直接的に測定し難く、バッテリーの電圧及び／または電流などに基づいて推定するしかない。

バッテリーのＳＯＣ推定に代表的に用いられる方式として、電流積算方式（ａｍｐｅｒｅ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）が挙げられる。電流積算方式は、クーロンカウンティング（ｃｏｕｌｏｍｂ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）とも呼ばれ、電流センサによって周期的に測定されるバッテリーの電流を時間に対して積算した結果から残存容量を算出する。

しかし、電流積算方式は、電流センサの測定誤差によって、推定されたＳＯＣの正確度が経時的に低下するという短所がある。したがって、電流積算方式のみを用いてバッテリーのＳＯＣを推定することは望ましくなく、電流積算方式によって推定されたバッテリーのＳＯＣを適切にキャリブレーションする必要がある。

一方、バッテリーのＳＯＣを推定する他の方式として、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いる方式がある。具体的に、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いる方式によれば、バッテリーの開放電圧（ＯＣＶ：ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を測定し、測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣを与えられたＯＣＶ−ＳＯＣカーブデータから推定することができる。ＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いる方式は、電流センサを使用しないため、推定されたＳＯＣの正確度が経時的に低下する問題は発生しない。

しかし、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いる方式は、バッテリーのＯＣＶを測定しなければならないが、バッテリーのＯＣＶはバッテリーが一定時間以上無負荷状態に維持されなければ測定することができない。したがって、バッテリーが一定時間以上無負荷状態に維持されず、充電または放電が続いている間は、バッテリーのＯＣＶの測定は不可能である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーが充放電中であるか否かに関係なく、電流積算方式によって推定されたバッテリーのＳＯＣをキャリブレーションすることができる方法及びバッテリー管理システム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態様は次のようである。

本発明の一態様による、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方法は、前記バッテリーの端子電圧及び電流を測定する段階と、前記測定された端子電圧を示す測定電圧値及び前記測定された電流を示す測定電流値をメモリに保存する段階と、電流積算法を用いて、前記測定電流値に基づいて前記バッテリーの充電状態を更新する段階と、第１個数以上の測定電圧値及び前記第１個数以上の測定電流値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第１個数の測定電圧値及び前記第１個数の測定電流値に基づいて、前記バッテリーの開放電圧を推定する段階と、前記推定された開放電圧を示す推定電圧値を前記メモリに保存する段階と、第２個数以上の推定電圧値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第２個数の推定電圧値から、前記第２個数の推定電圧値が順に整列されたデータセットを生成する段階と、前記データセットによってキャリブレーション条件が満たされた場合、前記更新された充電状態を基準充電状態にキャリブレーションする段階とを含む。

前記バッテリーの開放電圧を推定する段階は、前記バッテリーの等価回路モデルに関連する最小自乗法を用いることができる。この場合、前記等価回路モデルは、互いに直列で連結された電圧源、オーム抵抗、及び少なくとも一つの並列ＲＣ回路を含む。

前記バッテリーの開放電圧を推定する段階は、前記第１個数の電流値によって推定条件が満たされる場合に行うことができる。

前記バッテリーの開放電圧を推定する段階は、前記第１個数の電流値によって前記推定条件が満たされない場合、前記開放電圧が以前に推定された開放電圧と同じであると推定することができる。

前記推定条件は、前記第１個数の電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差が基準電流値以上である場合に満たされ得る。

前記キャリブレーション条件は、（ｉ）前記基準充電状態に対応する基準電圧値と前記推定電圧値との差が第１電圧差値未満であり、（ｉｉ）前記データセット内で互いに隣接して整列された二つの推定電圧値の差が第２電圧差値未満である場合に満たされ得る。

前記第１電圧差値は、前記第２電圧差値よりも小さいものであり得る。

前記方法は、前記更新された充電状態に基づいて前記基準充電状態を更新する段階をさらに含むことができる。

本発明の他の態様による、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システムは、メモリと、前記バッテリーの端子電圧及び電流を測定するように構成されたセンシング部と、前記メモリ及び前記センシング部に動作可能に結合された制御部とを含む。前記制御部は、前記測定された端子電圧を示す測定電圧値及び前記測定された電流を示す測定電流値を前記メモリに保存する。前記制御部は、電流積算法を用いて、前記測定電流値に基づいて前記バッテリーの充電状態を更新する。前記制御部は、第１個数以上の測定電圧値及び前記第１個数以上の測定電流値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第１個数の測定電圧値及び前記第１個数の測定電流値に基づいて、前記バッテリーの開放電圧を推定する。前記制御部は、前記推定された開放電圧を示す推定電圧値を前記メモリに保存する。前記制御部は、第２個数以上の推定電圧値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第２個数の推定電圧値から、前記第２個数の推定電圧値が順に整列されたデータセットを生成する。前記制御部は、前記データセットによってキャリブレーション条件が満たされた場合、前記更新された充電状態を基準充電状態にキャリブレーションする。

前記キャリブレーション条件は、（ｉ）前記基準充電状態に対応する基準電圧値と前記推定電圧値との差が第１電圧差値未満であって、（ｉｉ）前記データセット内で互いに隣接して整列された二つの推定電圧値の差が第２電圧差値未満である場合に満たされ得る。

前記制御部は、前記更新された充電状態に基づいて前記基準充電状態を更新することができる。

本発明のさらに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システムを含む。

本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、バッテリーが充放電中であるか否かに関係なく、バッテリーの端子電圧及び電流に基づいてバッテリーの開放電圧を周期的に推定した後、推定された開放電圧に基づいて、電流積算方式によって推定されたバッテリーのＳＯＣをキャリブレーションすることができる。

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。 図１に示されたバッテリーの例示的な等価回路モデルを示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーの充電状態をキャリブレーションするための方法を示したフロー図である。 本発明の他の実施形態による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方法を示したフロー図である。 バッテリーの開放電圧と充電状態との相関関係を示したグラフである。

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１０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１０は、バッテリー２０、コンタクタ３０及びバッテリー管理システム１００を含む。

バッテリー２０は、正極端子Ｂ＋及び負極端子Ｂ−を含む。バッテリー２０は、少なくとも一つの単位セルを含むことができる。バッテリー２０に複数の単位セルが含まれる場合、複数の単位セルは電気的に相互直列または並列で連結される。それぞれの単位セルは、例えば、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池であり得る。勿論、単位セルの種類がこれらに限定されることはなく、繰り返して充放電可能なものであれば、特に制限されない。

コンタクタ３０は、バッテリーパック１０の充放電電流を調節するため、バッテリーパック１０の大電流経路に設けられる。バッテリーパック１０の大電流経路は、バッテリー２０の正極端子Ｂ＋とバッテリーパック１０の正極端子Ｐ＋との間の経路、及びバッテリー２０の負極端子Ｂ−とバッテリーパック１０の負極端子Ｐ−との間の経路を含み得る。図１には、バッテリーパック１０の正極端子Ｐ＋とバッテリー２０の正極端子Ｂ＋との間にコンタクタ３０が設けられているが、コンタクタ３０の位置がこれに限定されることはない。例えば、コンタクタ３０は、バッテリーパック１０の負極端子Ｐ−とバッテリー２０の負極端子Ｂ−との間に設けられても良い。

コンタクタ３０は、バッテリー管理システム１００からのスイッチング信号によってターンオン状態またはターンオフ状態になることで、バッテリー２０の電流を調節することができる。

バッテリー管理システム１００は、メモリ１１０、センシング部１２０及び制御部１３０を含み、選択的に通信部１４０をさらに含むことができる。

メモリ１１０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１１０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。また、メモリ１１０は、制御部１３０によって実行可能な各種の制御ロジッグを含むプログラムを保存することができる。また、メモリ１１０は、制御部１３０によって実行された制御ロジッグの結果を示すデータを保存することができる。

センシング部１２０は、電圧センサ及び電流センサを含み、選択的に温度センサをさらに含むことができる。電圧センサ１２１、電流センサ１２２及び温度センサのそれぞれは制御部１３０に動作可能に連結される。

電圧センサ１２１は、バッテリー２０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。端子電圧は、正極端子Ｂ＋と負極端子Ｂ−との間の電位差に対応する。制御部１３０は、電圧センサ１２１から伝送された電圧信号に基づいて、測定された端子電圧を示す測定電圧値をメモリ１１０に保存する。

電流センサ１２２は、バッテリー２０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。制御部１３０は、電流センサ１２２から伝送された電流信号に基づいて、測定された電流を示す電流値をメモリ１１０に保存する。

温度センサ１２３は、バッテリー２０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、温度センサ１２３から伝送された温度信号に基づいて、測定された温度を示す温度値をメモリ１１０に保存する。

制御部１３０は、メモリ１１０、センシング部１２０、通信部１４０及びコンタクタ３０に動作可能に連結され、これらそれぞれの動作を個別的に制御することができる。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。

制御部１３０は、電流積算法を用いて、メモリ１１０に保存された電流値に基づいてバッテリー２０の充電状態を更新することができる。充電時に測定された電流を示す電流値は正の符号を有し、放電時に測定された電流を示す電流値は負の符号を有すると仮定すれば、電流積算法は下記の数式１のように表すことができる。

数式１において、Δｔは与えられた測定周期（例えば、０．００１秒）、ｔ_ｎは初期時点からｎΔｔだけ経過した時点（すなわち、ｎ番目周期の測定時点）、ｔ_ｎ−１は（ｎ−１）Δｔだけ経過した時点、Ｉ_ｂａｔ（ｔ_ｎ）はｔ_ｎで測定された電流を示す測定電流値、Ｑ_ｆｕｌｌはバッテリー２０の満充電容量、ＳＯＣ（ｔ_ｎ−１）はｔ_ｎ−１における充電状態、ＳＯＣ（ｔ_ｎ）はｔ_ｎにおける充電状態である。ｔ_ｉ＝初期時点＋ｉΔｔであって、Δｔ＝ｔ_ｉ−ｔ_ｉ−１であることは当業者であれば容易に分かるであろう。初期時点は、所定の初期化イベントが起きた時点である。初期化イベントは、例えばバッテリー２０が無負荷状態で充電又は放電を開始するイベントであるか、それとも、バッテリー２０の充電状態がキャリブレーションされるイベントであり得る。

図２は、図１に示されたバッテリー２０の例示的な等価回路モデル２００を示した図である。

図２を参照すれば、等価回路モデル２００は、互いに電気的に直列で連結された電圧源２０５、オーム抵抗Ｒ_０及び並列ＲＣ回路２１０を含む。電圧源２０５は、バッテリー２０の開放電圧を示すためのものである。オーム抵抗Ｒ_０は、バッテリー２０の内部抵抗を示すためのものである。並列ＲＣ回路２１０は、バッテリー２０の分極電圧を示すためのものであって、電気的に並列で連結された抵抗Ｒ_１及びキャパシタンスＣ_１を含む。勿論、等価回路モデル２００は、一つ以上の追加的な並列ＲＣ回路（図示せず）をさらに含み得る。

図２に示されたように、等価回路モデル２００に含まれた並列ＲＣ回路２１０が一つである場合、ｔ_ｎにおける等価回路モデル２００の端子電圧を示すモデル電圧値は下記の数式２のように表すことができる。

Ｖ_ｏｃ（ｔ_ｎ）はｔ_ｎにおけるバッテリー２０の開放電圧、Ｒ_０はバッテリー２０の内部抵抗、Ｖ_１（ｔ_ｎ）はｔ_ｎにおける分極電圧、Ｖ_ｍｏｄ（ｔ_ｎ）はｔ_ｎにおけるモデル電圧値である。

図３及び図４は本発明の他の実施形態によるバッテリー２０の充電状態をキャリブレーションするための方法を示したフロー図であり、図５はバッテリー２０の開放電圧と充電状態との相関関係を示したグラフである。図３及び図４に示された方法は、所定時間（例えば、Δｔ）毎に周期的に実行される。

図１〜図４を参照すれば、段階Ｓ３００において、制御部１３０は、センシング部１２０を用いて、ｔ_ｎにおけるバッテリー２０の端子電圧及び電流を測定する。選択的に、ｔ_ｎにおけるバッテリー２０の温度をさらに測定することもできる。

段階Ｓ３１０において、制御部１３０は、ｔ_ｎにおいて測定された端子電圧を示す測定電圧値、及びｔ_ｎにおいて測定された電流を示す測定電流値をメモリ１１０に保存する。このとき、メモリ１１０には、ｔ_１からｔ_ｎ−１までの期間中に測定された（ｎ−１）個の測定電圧値、及び（ｎ−１）個の測定電流値が既に保存されている。選択的に、制御部１３０は、ｔ_ｎにおいて測定された温度を示す測定温度値をメモリ１１０に保存することもできる。

段階Ｓ３２０において、制御部１３０は、電流積算法を用いて、ｔ_ｎで測定された測定電流値に基づいてバッテリー２０の充電状態を更新する。すなわち、制御部１３０は、ｔ_ｎにおけるバッテリー２０の充電状態であるＳＯＣ（ｔ_ｎ）を推定することができる（数式１を参照）。このとき、制御部１３０は、上述した数式１を用いることができる。以前の充電状態であるＳＯＣ（ｔ_ｎ−１）を示すデータがメモリ１１０に既に保存されていても良い。

段階Ｓ３３０において、制御部１３０は、メモリ１１０に第１個数以上の測定電圧値及び第１個数以上の測定電流値が順次保存されているか否かを判定する。以下、第１個数が２以上のａであると仮定する。段階Ｓ３１０を通じてメモリ１１０には測定電圧値と測定電流値がそれぞれｎ個ずつ保存されているため、段階Ｓ３３０でｎ≧ａであるかを判定する。第１個数ａは、バッテリー２０の開放電圧を一定水準以上の正確度で推定するために求められる最小個数（例えば、２０００個）であって、実験的に予め決められた値であり得る。例えば、第１個数ａが２０００であれば、ｔ_ｎ≧ｔ_２０００の場合は段階Ｓ３３０の値が「はい」になり、ｔ_ｎ＜ｔ_２０００の場合は段階Ｓ３３０の値が「いいえ」になる。段階Ｓ３３０の値が「はい」である場合、段階Ｓ３４０が行われる。段階Ｓ３３０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ３６０が行われる。

段階Ｓ３４０において、制御部１３０は、第１個数の測定電流値によって予め決められた推定条件が満たされるか否かを判定する。推定条件は、例えば（ｉ）第１個数の測定電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差が基準電流値（例えば、９０Ａ）以上である場合、及び／または、（ｉｉ）第１個数の測定電流値のうち、負の値であるものの個数及び正の値であるものの個数のそれぞれが所定個数以上である場合に満たされる。推定条件（ｉ）と（ｉｉ）のそれぞれは、ｔ_{ｎ−ａ＋１}からｔ_ｎまでの期間中の電流変化がオーム抵抗Ｒ_０及び並列ＲＣ回路２１０それぞれの両端の電圧変化を十分誘発したか否かをチェックするためのものである。段階Ｓ３４０の値が「はい」であれば、段階Ｓ３５０が行われる。段階Ｓ３４０の値が「いいえ」であれば、段階Ｓ３６０が行われる。

段階Ｓ３５０において、制御部１３０は、メモリ１１０に最近保存された（メモリ１１０に保存された新しい順に）第１個数の測定電圧値及び第１個数の測定電流値に基づいてバッテリー２０の開放電圧を推定する。

数式２のＶ_１（ｔ_ｎ）は下記の数式３のように表すことができる。

数式３において、τ_１は並列ＲＣ回路２１０のために与えられた時定数である。数式２及び数式３において、Ｖ_ｏｃ（ｔ_ｎ）、Ｒ_０、Ｒ_１及びＶ_１（ｔ_ｎ）それぞれは後述するように推定可能な未知の値であり得る。勿論、並列ＲＣ回路２１０の電圧Ｖ_１（ｔ_ｎ）は、数式３と異なるように表すこともできる。

ｔ_ｉで測定された端子電圧を示す測定電圧値を「Ｖ_ｂａｔ（ｔ_ｉ）」としよう。すると、第１個数の測定電圧値は下記の数式４のようなａ×１行列で表される。

また、ｔ_ｉで測定された電流を示す測定電流値を「Ｉ_ｂａｔ（ｔ_ｉ）」としよう。すると、第１個数の測定電流値は下記の数式５のようなａ×１行列で表される。

また、ｔ_ｉにおけるモデル電圧値を「Ｖ_ｍｏｄ（ｔ_ｉ）」としよう。すると、第１個数のモデル電圧値は数式２から下記の数式６のようなａ×１行列で表される。

一方、ｒ、Ｋ_ｖ、Ｊ_ｖ、１_ｖをそれぞれ下記のように定義しよう。

ｒは定数であり、Ｋ_ｖ、Ｊ_ｖ、１_ｖはそれぞれａ×１行列である。

そして、ｔ_ｎ−ａからｔ_ｎまでの期間中に電圧源２０５による開放電圧Ｖ_ｏｃ（ｔ_ｉ）がＶ_ｏｃ＿ｎと一定であると仮定すれば、数式６は上記の仮定によって下記の数式７のように表すことができる。

数式７において、既知の値からなるａ×４行列である［１_ｖ Ｉ_{ｂａｔ＿ｖ} Ｋ_ｖ Ｊ_ｖ］を「Ｈ」と表し、未知の値からなる４×１行列である［Ｖ_ｏｃ＿ｎ Ｒ_０ Ｖ_１（_ｔｎ−ａ） Ｒ_１］^Ｔを「ｘ」と表せば、数式７は下記の数式８のように単純化することができる。

一方、制御部１３０がバッテリー２０の開放電圧推定に用いる、等価回路モデル２００に関連する最小自乗法は、下記の数式９のように表すことができる。

数式９において、ＳＳＥは、Ｖ_{ｂａｔ＿ｖ}とＶ_{ｍｏｄ＿ｖ}との間の残差自乗和（ｓｕｍ ｏｆ ｓｑｕａｒｅｄ ｅｒｒｏｒｓ）である。制御部１３０は、下記の数式１０を用いて、数式９のＳＳＥを最小化するｘを推定することができる。

数式１０を用いて推定されたｘに含まれた成分であるＶ_ｏｃ＿ｎが、ｔ_ｎにおいて推定されたバッテリー２０の開放電圧を示す推定電圧値である。

段階Ｓ３６０において、制御部１３０は、バッテリー２０の開放電圧が以前に推定された開放電圧と同じであると推定する。換言すれば、以前に推定された開放電圧を示す推定電圧値がＶ_{ｏｃ＿ｎ−１}である場合、制御部１３０はＶ_ｏｃ＿ｎをＶ_{ｏｃ＿ｎ−１}と同じ値で設定する。

段階Ｓ３６５において、制御部１３０は、推定されたバッテリー２０の開放電圧を示す推定電圧値Ｖ_ｏｃ＿ｎをメモリ１１０に保存する。

段階Ｓ３７０において、制御部１３０は、第２個数以上の推定電圧値がメモリ１１０に順次保存されているか否かを判定する。第２個数は、２以上であり得る。例えば、第２個数が５である場合、少なくともＶ_{ｏｃ＿ｎ−４}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−３}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−２}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−１}及びＶ_ｏｃ＿ｎがメモリ１１０に順次保存された場合に限って段階Ｓ３７０の値が「はい」になる。段階Ｓ３７０の値が「はい」である場合、段階Ｓ３８０が行われる。段階Ｓ３７０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ３９４が行われる。以下、説明の便宜上、第２個数を５と仮定する。

段階Ｓ３８０において、制御部１３０は、メモリ１１０に最近保存された（メモリ１１０に保存された新しい順に）第２個数の推定電圧値Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−４}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−３}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−２}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−１}及びＶ_ｏｃ＿ｎから、第２個数の推定電圧値Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−４}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−３}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−２}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−１}及びＶ_ｏｃ＿ｎが順に整列されたデータセットを生成する。

段階Ｓ３８５において、制御部１３０は、データセットによってキャリブレーション条件が満たされるか否かを判定する。キャリブレーション条件は、（ｉ）基準充電状態（例えば、５０％）に対応する基準電圧値（例えば、３．３Ｖ）と推定電圧値Ｖ_ｏｃ＿ｎとの差（例えば、｜３．３Ｖ−Ｖ_ｏｃ＿ｎ｜）が予め決められた第１電圧差値（例えば、０．００５Ｖ）未満であり、（ｉｉ）データセット内で互いに隣接した二つの推定電圧値（例えば、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−４}とＶ_{ｏｃ＿ｎ−３}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−３}とＶ_{ｏｃ＿ｎ−２}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−２}とＶ_{ｏｃ＿ｎ−１}、Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−１}とＶ_ｏｃ＿ｎ）の差（例えば、｜Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−２}−Ｖ_{ｏｃ＿ｎ−１}｜）それぞれが予め決められた第２電圧差値（例えば、０．０１Ｖ）未満である場合に満たされる。

メモリ１１０には、複数の温度範囲のそれぞれに一対一で対応する複数のＯＣＶ−ＳＯＣカーブデータが予め保存されている。制御部１３０は、ｔ_ｎで測定された温度を示す測定温度値が属する一つの温度範囲に対応する一つのＯＣＶ−ＳＯＣカーブデータを選択することができ、選択されたＯＣＶ−ＳＯＣカーブデータが示す開放電圧と充電状態との相関関係は、図５に示されたグラフのように表すことができる。選択されたＯＣＶ−ＳＯＣカーブデータから基準充電状態に対応する基準電圧値（図５の「基準開放電圧」）を決定することができる。第１電圧差値は、第２電圧差値より小さいものであり得る。段階Ｓ３８５の値が「はい」である場合、段階Ｓ３９０が行われる。段階Ｓ３８５の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ３９４が行われる。

段階Ｓ３９０において、制御部１３０は、更新された充電状態を基準充電状態にキャリブレーションする。それによって、段階Ｓ３２０で更新された充電状態を示すＳＯＣ（ｔ_ｎ）が基準充電状態と同じ値になるように変更される。

段階Ｓ３９２において、制御部１３０は、通信部１４０を用いて、バッテリー２０の充電状態がキャリブレーションされたことを示す通知信号を外部装置１に伝送する。外部装置１は、例えば、バッテリーパック１０が装着される電気自動車のＥＣＵであり得る。

段階Ｓ３９４において、制御部１３０は、基準充電状態を更新することができる。制御部１３０は、下記の数式１１を用いて、更新された充電状態ＳＯＣ（ｔ_ｎ）に基づいて、基準充電状態を更新することができる。

数式１１において、ｔ_ｒは過去（すなわち、ｎ番目周期より先行するｒ番目周期）の測定時点（例えば、ｔ_１）であり、ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ−１）は以前の基準充電状態である。更新された基準充電状態ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ）は、ｔ_ｒからｔ_ｎまでの期間中の平均充電状態に対応する。段階Ｓ３９４で更新された基準充電状態ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ）はメモリ１１０に保存される。ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ）は、次の周期（すなわち、ｎ＋１番目周期）で以前の基準充電状態として活用される。数式１１によれば、バッテリー２０の充電状態の変化履歴に依存して基準充電状態が周期的に更新されるという長所がある。勿論、基準充電状態は、段階Ｓ３９４で更新されるものではなく、予め決められたものであっても良い。

段階Ｓ３９６において、制御部１３０は、外部装置１から伝送された制御信号または段階Ｓ３２０で得られた充電状態ＳＯＣ（ｔ_ｎ）に基づいて、コンタクタ３０を制御することができる。前記制御信号は、段階Ｓ３９２で伝送された通知信号に対する外部装置１の応答であり得る。もし、ＳＯＣ（ｔ_ｎ）が予め決められた正常動作範囲（例えば、２０〜８０［％］）から外れる場合、制御部１３０はコンタクタ３０をターンオフさせることで、バッテリー２０を過充電及び過放電から保護することができる。制御部１３０は、ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ）とＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ−１）との差が一定値（例えば、０．３％）を超過する場合も、コンタクタ３０をターンオフさせることができる。ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ）とＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ−１）との差が大き過ぎることは、ＳＯＣ_ｒｅｆ（ｔ_ｎ）を決定するために実行された段階のうち少なくとも一つに誤謬が発生した可能性が高いことを意味するためである。

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：外部装置 １０：バッテリーパック
２０：バッテリー
３０：コンタクタ
１００：バッテリー管理システム
１１０：メモリ
１２０：センシング部
１３０：制御部
１４０：通信部
２００：等価回路モデル
Ｒ_０：オーム抵抗
２１０：並列ＲＣ回路

Claims (10)

1. 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方法であって、
   前記バッテリーの端子電圧及び電流を測定する段階と、
   前記測定された端子電圧を示す測定電圧値及び前記測定された電流を示す測定電流値をメモリに保存する段階と、
   電流積算法を用いて、前記測定電流値に基づいて前記バッテリーの充電状態を更新する段階と、
   第１個数以上の測定電圧値及び前記第１個数以上の測定電流値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第１個数の測定電圧値及び前記第１個数の測定電流値に基づいて、前記バッテリーの開放電圧を推定する段階と、
   前記推定された開放電圧を示す推定電圧値を前記メモリに保存する段階と、
   第２個数以上の推定電圧値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第２個数の推定電圧値から、前記第２個数の推定電圧値が順に整列されたデータセットを生成する段階と、
   前記データセットによってキャリブレーション条件が満たされた場合、前記更新された充電状態を基準充電状態にキャリブレーションする段階とを含み、
   前記キャリブレーション条件は、（ｉ）前記基準充電状態に対応する基準電圧値と前記推定電圧値との差が第１電圧差値未満であり、（ｉｉ）前記データセット内で互いに隣接して整列された二つの推定電圧値の差が第２電圧差値未満である場合に満たされる
   方法。
2. 前記バッテリーの開放電圧を推定する段階は、前記バッテリーの等価回路モデルに関連する最小自乗法を用い、前記等価回路モデルは、互いに直列で連結された電圧源、オーム抵抗、及び少なくとも一つの並列ＲＣ回路を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記バッテリーの開放電圧を推定する段階は、前記第１個数の電流値によって推定条件が満たされる場合に行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記バッテリーの開放電圧を推定する段階は、前記第１個数の電流値によって前記推定条件が満たされない場合、前記開放電圧が以前に推定された開放電圧と同じであると推定する、請求項３に記載の方法。
5. 前記推定条件は、前記第１個数の電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差が基準電流値以上である場合に満たされる、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記第１電圧差値は、前記第２電圧差値よりも小さい、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記更新された充電状態に基づいて前記基準充電状態を更新する段階をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 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システムであって、
   メモリと、
   前記バッテリーの端子電圧及び電流を測定するように構成されたセンシング部と、
   前記メモリ及び前記センシング部に動作可能に結合された制御部とを含み、
   前記制御部は、
   前記測定された端子電圧を示す測定電圧値及び前記測定された電流を示す測定電流値を前記メモリに保存し、
   電流積算法を用いて、前記測定電流値に基づいて前記バッテリーの充電状態を更新し、
   第１個数以上の測定電圧値及び前記第１個数以上の測定電流値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第１個数の測定電圧値及び前記第１個数の測定電流値に基づいて、前記バッテリーの開放電圧を推定し、
   前記推定された開放電圧を示す推定電圧値を前記メモリに保存し、
   第２個数以上の推定電圧値が前記メモリに順次保存された場合、前記メモリに最近保存された前記第２個数の推定電圧値から、前記第２個数の推定電圧値が順に整列されたデータセットを生成し、
   前記データセットによってキャリブレーション条件が満たされた場合、前記更新された充電状態を基準充電状態にキャリブレーションし、
   前記バッテリーの充電状態が前記基準充電状態にキャリブレーションされたことを示す通知信号を外部装置に伝送するように構成され、
   前記キャリブレーション条件は、（ｉ）前記基準充電状態に対応する基準電圧値と前記推定電圧値との差が第１電圧差値未満であり、（ｉｉ）前記データセット内で互いに隣接して整列された二つの推定電圧値の差が第２電圧差値未満である場合に満たされる
   バッテリー管理システム。
9. 前記制御部は、前記更新された充電状態に基づいて前記基準充電状態を更新するように構成される、請求項８に記載のバッテリー管理システム。
10. 請求項８または９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。

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