JP7010563B2 - バッテリー充電状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定するバッテリー充電状態推定装置に関する。

本出願は、２０１８年１２月２１日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１６７８６９に基づく優先権を主張し、当該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って、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。

バッテリーの使用及び管理において、重要なパラメータのうちの一つは充電状態である。充電状態は、バッテリーの完充電時にバッテリーに貯蔵された電気エネルギーを示す最大容量（ｍａｘｉｍｕｍ ｃａｐａｃｉｔｙ）に対する現在容量の相対的な比率を表すパラメータであり、０～１または０％～１００％で表すことができる。

バッテリーの充電状態の推定には、電流積算モデル及び等価回路モデルが代表的に用いられている。

電流積算モデルは、電流センサを用いてバッテリーを通じて流れる電流を測定し、測定された電流を時間に対して積算した電流積算値に基づいてバッテリーの充電状態を推定する。しかし、電流センサの測定誤差によって、電流積算モデルを用いて推定された充電状態と実際の充電状態との間に差が生じ、その差は時間が経過するほど大きくなるという問題がある。

等価回路モデルは、バッテリーの電気的な動作特性をシミュレートするように設計されたものである。ただし、バッテリーは、動作状態に応じて非線形的な特性を有するが、バッテリーの非線形的な特性を完璧にシミュレート可能に等価回路モデルを設計することは非常に難しいことである。

上述した電流積算モデルと等価回路モデルのそれぞれの短所を解決するため、拡張カルマンフィルターを用いてバッテリーの充電状態を推定する技術がある。拡張カルマンフィルターは、電流積算モデルと等価回路モデルとを組み合わせることで、電流積算モデル及び等価回路モデルのいずれか一つのみを用いる場合よりも正確な充電状態を推定可能である。すなわち、バッテリーの充電状態を実際により近接するように推定することができる。

拡張カルマンフィルターを用いてバッテリーの充電状態を推定するためには、バッテリーの電圧に対する推定が必要である。しかし、従来は、推定されたバッテリーの電圧に誤差が発生する場合、発生した誤差が積算されて推定されるバッテリーの充電状態の正確性が低下する問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの積算電圧誤差値に基づいてバッテリーの第２電圧を再帰的に補正することで、バッテリーの第２電圧を用いて推定されるバッテリーの第１充電状態を正確に推定することができるバッテリー充電状態推定装置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、以下のようである。

本発明の一態様によるバッテリー充電状態推定装置は、バッテリーの第１電圧及び開放電圧のうち少なくとも一つ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されるように構成されたプロセッサとを含む。

前記プロセッサは、前記バッテリーの開放電圧または予め推定された第１充電状態に基づいて前記バッテリーの第２電圧を推定し、前記バッテリーの第１電圧と前記第２電圧との間の電圧誤差値を積算して積算電圧誤差値を算出し、前記積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かによって前記バッテリーの第２電圧を補正し、前記第２電圧または補正された第２電圧に基づいて前記バッテリーの第１充電状態を推定するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が前記基準誤差範囲に含まれなければ、前記バッテリーの第２電圧に補正電圧を加減して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成され得る。

前記補正電圧は、前記第１電圧の大きさに応じて設定され、前記第１電圧と前記補正された第２電圧との間の電圧誤差値を減少させるように構成され得る。

前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が正の値であるか否か及び負の値であるか否かを確認し、前記確認結果に基づいて前記バッテリーの第２電圧に補正電圧を加減して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が正の値であれば、前記バッテリーの第２電圧に補正電圧を加算して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が負の値であれば、前記バッテリーの第２電圧から補正電圧を減算して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成され得る。

前記センシング部は、前記バッテリーの電流をさらに測定するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記バッテリーの電流が積算された電流積算値に基づいて前記バッテリーの第２充電状態を推定し、前記第２充電状態と前記推定された第１充電状態との間の充電状態誤差値を算出し、前記充電状態誤差値と前記積算電圧誤差値とをマッピングさせて誤差値データを生成するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記誤差値データに基づいて、前記充電状態誤差値の目標範囲に対応する前記積算電圧誤差値の範囲を前記基準誤差範囲として設定するように構成され得る。

前記センシング部は、前記バッテリーの開放電圧をさらに測定するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記第１充電状態が予め推定される以前であれば、前記センシング部によって測定された開放電圧に基づいて前記第２電圧を推定するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記第１充電状態が予め推定された以後であれば、前記予め推定された第１充電状態に基づいて前記第２電圧を推定するように構成され得る。

本発明の他の態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるバッテリー充電状態推定装置を含む。

本発明のさらに他の態様による自動車は、本発明の一態様によるバッテリー充電状態推定装置を含む。

本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、推定されたバッテリーの第２電圧の積算電圧誤差に基づいてバッテリーの第２電圧を補正することで、バッテリーの第２電圧を用いて推定されるバッテリーの第１充電状態をより正確に推定することができる。

本発明の効果は上述した効果に制限されず、その他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者であれば明確に理解できるであろう。

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ものであるため、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充電状態推定装置の概略的な構成図である。 図１に示されたバッテリー充電状態推定装置によって用いられる例示的な等価回路モデルを示した図である。 バッテリーの第１充電状態と開放電圧との関係を示す例示的な開放電圧カーブである。 充電状態誤差値と積算電圧誤差値とがマッピングされた誤差値データを示した図である。 本発明の一実施形態によってバッテリーの第２電圧を補正する前と後に推定された第１充電状態の充電状態誤差値を示したグラフである。 本発明の一実施形態によるバッテリー充電状態推定装置の動作過程を概略的に示した図である。

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。

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（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。

以下、本発明の一実施形態による装置について説明する。

図１は本発明の一実施形態によるバッテリー充電状態推定装置の概略的な構成図であり、図２は図１に示されたバッテリー充電状態推定装置によって用いられる例示的な等価回路モデルを示した図である。

図１及び図２を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーＢ及びバッテリー充電状態推定装置１００を含むことができる。バッテリー充電状態推定装置１００は、センシング部１１０、電流積算部１２０及びプロセッサ１３０を含む。

センシング部１１０は、電流積算部１２０及びプロセッサ１３０と動作可能に結合される。すなわち、センシング部１１０は、電流積算部１２０及びプロセッサ１３０のそれぞれに電気的信号を伝送するか又は電流積算部１２０及びプロセッサ１３０のそれぞれから電気的信号を受信可能に、電流積算部１２０及びプロセッサ１３０と接続できる。

センシング部１１０は、所定周期毎にバッテリーＢの正極と負極との間に印加される第１電圧を測定し、測定された第１電圧を示す信号をプロセッサ１３０に出力することができる。また、センシング部１１０は、バッテリーＢに流れ込むか又はバッテリーＢから流れ出る電流を繰り返して測定し、測定された電流を示す信号を電流積算部１２０及びプロセッサ１３０の少なくとも一つに提供することができる。

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を含む。また、センシング部１１０は、バッテリーＢの第１電圧を測定するように構成された電圧センサをさらに含むことができる。また、センシング部１１０は、バッテリーＢの温度を測定するように構成された温度センサをさらに含むことができる。

電流積算部１２０は、センシング部１１０及びプロセッサ１３０と動作可能に結合される。電流積算部１２０は、所定周期毎に電流積算値を算出するように構成される。このとき、クーロンカウンタ（Ｃｏｕｌｏｍｂ ｃｏｕｎｔｅｒ）が電流積算部１２０として用いられ得る。電流積算値の単位は「Ａｈ（ａｍｐｅｒｅ ｈｏｕｒ）」であり得る。

具体的には、電流積算部１２０は、センシング部１１０によって測定された電流に基づいて、所定周期の間の電流積算値を算出し、算出された電流積算値を示す信号をプロセッサ１３０に伝送する過程を所定周期毎に繰り返すことができる。

プロセッサ１３０は、センシング部１１０及び電流積算部１２０と動作可能に結合される。プロセッサ１３０は、電流積算部１２０によって算出された電流積算値に基づいてバッテリーＢの第２充電状態を推定することができる。プロセッサ１３０は、電流積算モデルを通じて電流積算値に基づいて所定周期毎にバッテリーＢの第２充電状態を推定することができる。

電流積算モデルにおいて、電流積算値とバッテリーＢの第２充電状態は下記の数式１のように定義できる。

数式１において、下付きのｋは時間インデックスであって、所定周期毎に１ずつ増加する値である。また、ＳＯＣ２は第２充電状態であり、Ｉはセンシング部１１０によって測定された電流であり、Δｔは所定周期の時間の長さである。Ｑ_ｍａｘはバッテリーＢの最大容量である。そして、ＩｋΔｔは電流積算値である。

一方、プロセッサ１３０は、電流積算値を使用いない推定アルゴリズムを用いて、第２充電状態が推定される周期と同じ所定周期毎にバッテリーＢの第１充電状態を推定することができる。一実施形態において、プロセッサ１３０は、拡張カルマンフィルターを用いてバッテリーＢの第１充電状態を推定可能である。このとき、プロセッサ１３０は、後述するバッテリーＢの第２電圧を推定し、推定された第２電圧を拡張カルマンフィルターの入力パラメータとして用いてバッテリーＢの第１充電状態を推定することができる。

プロセッサ１３０は、推定された充電状態を示すメッセージを通信端子（ＣＯＭ）を通じて外部装置（例えば、車両のＥＣＵ、ディスプレイなど）に伝送することができる。

プロセッサ１３０は、多様な制御ロジックを実行するため、当業界で知られたＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含むことができる。プロセッサ１３０によって実行可能な多様な制御ロジックは少なくとも一つが組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックは、コンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。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、その種類に特に制限がない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、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から選択された少なくとも一つを含む。また、コード体系は、キャリア信号で変調されて特定の時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークで連結され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ク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のプログラマによって容易に推論可能である。

プロセッサ１３０はメモリ１３１を内蔵することができる。メモリ１３１は、データを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記録手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、メモリ１３１は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどであり得る。メモリ１３１は、プロセッサ１３０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを保存することができる。特に、メモリ１３１には、拡張カルマンフィルターの実行に必要なパラメータ、電流積算モデル及び等価回路モデルのそれぞれを定義するデータが予め保存される。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢの推定された第１充電状態に基づいてバッテリーＢの第２電圧を推定することができる。より具体的には、プロセッサ１３０は、等価回路モデルを用いてバッテリーＢの第２電圧を推定することができる。

図２を参照すると、等価回路モデル２００は、開放電圧源２１０、内部抵抗２２０及びＲＣ回路２３０を含む。図示されたように、開放電圧源２１０、内部抵抗２２０及びＲＣ回路２３０は互いに直列で連結され得る。

開放電圧源２１０は、電気化学的に長時間安定化したバッテリーＢの正極と負極との間の電圧である開放電圧（ＯＣＶ）をシミュレートするものであって、開放電圧（ＯＣＶ）はバッテリーＢの第１充電状態と非線形的な関数関係を有する。すなわち、ＯＣＶ＝ｆ_１（ＳＯＣ１）、ＳＯＣ_１＝ｆ２（ＯＣＶ）であって、ｆ１とｆ２は相異なる関数を表す。

開放電圧源２１０によって形成される開放電圧は、事前実験を通じて多様な第１充電状態と温度別に予め定義できる。

すなわち、予め決められた複数の温度毎に、バッテリーＢの第１充電状態に応じた開放電圧の変化を測定し、バッテリーＢの第１充電状態と開放電圧との関係を示すデータをルックアップテーブルの形態でメモリ１３１に予め保存することができる。例えば、事前実験に使われた温度がｍ個である場合、ｍ個のＯＣＶ－ＳＯＣカーブを示すルックアップテーブルがメモリに予め保存される。

したがって、プロセッサ１３０は、第１充電状態をＯＣＶ－ＳＯＣカーブに代入して、開放電圧源２１０によって形成される開放電圧を推定することができる。

ただし、第１充電状態が推定される前、例えば、最初動作時にはセンシング部１１０によってバッテリーＢの開放電圧が測定され得る。そして、プロセッサ１３０は、センシング部１１０によって測定されたバッテリーＢの開放電圧を、前記開放電圧源２１０に形成される開放電圧として用いることができる。

図３は、バッテリーＢの第１充電状態と開放電圧との関係を示す例示的な開放電圧カーブである。

図３の開放電圧カーブ３００を参照すると、バッテリーＢの温度が特定値（例えば、３０℃）で維持される環境で、充電状態０％～１００％の範囲で記録された開放電圧の変化を確認できる。充電状態が０％から１００％に向かって増加しながら、開放電圧は非線形的に増加し、逆に、充電状態が１００％から０％に向かって減少しながら、開放電圧は非線形的に減少することが分かる。

内部抵抗２２０は、バッテリーＢのＩＲドロップをシミュレートするものである。ＩＲドロップとは、バッテリーＢが充電または放電するとき、バッテリーＢの両端電圧の瞬間的な変化である電圧ドロップを意味する。ＩＲドロップによって、無負荷状態のバッテリーＢに対する充電が開始される時点で測定される電圧は開放電圧よりも大きい。一方、無負荷状態のバッテリーＢに対する放電が開始される時点で測定される電圧は開放電圧よりも小さい。内部抵抗２２０の抵抗値（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、Ｒ_０）も、事前実験を通じて予め決められた複数の温度毎に相異なるように設定され得る。

ＲＣ回路２３０は、バッテリーＢの電気二重層などによって誘導されるオーバーポテンシャルをシミュレートするものであって、互いに並列で連結された抵抗２３１とキャパシタ２３２を含む。Ｒ_１は抵抗２３１の抵抗値、Ｃ_１はキャパシタ２３２のキャパシタンスである。オーバーポテンシャルは「分極電圧」とも称する。Ｒ_１とＣ_１は、それぞれ、事前実験を通じて予め決められた複数の温度毎に相異なるように設定され得る。

等価回路モデル２００において、オーバーポテンシャルは下記の数式２のように定義できる。

数式２において、下付きのｋは時間インデックスであって、所定周期毎に１ずつ増加する値である。また、Ｖｏｐはオーバーポテンシャルであり、Ｉはセンシング部１１０によって測定された電流であり、Δｔは所定周期の時間の長さである。Ｒ_１は抵抗２３１の抵抗値であり、Ｃ_１はキャパシタ２３２のキャパシタンスである。

プロセッサ１３０は、所定周期毎に、既に推定されたバッテリーＢの第１充電状態及びセンシング部１１０によって測定されたバッテリーＢの温度に基づいて、メモリに既に保存されたデータを参照して、等価回路モデル２００関連のパラメータのうち一つである開放電圧を決定することができる。

プロセッサ１３０は、所定周期毎に、センシング部１１０によって測定されたバッテリーＢの温度に基づいて、メモリに既に保存されたデータを参照して、等価回路モデル２００関連の他の複数の回路パラメータである内部抵抗２２０の抵抗値（Ｒ_０）、抵抗２３１の抵抗値（Ｒ_１）及びキャパシタ２３２のキャパシタンス（Ｃ_１）を決定することができる。

これを通じて、プロセッサ１３０は、決定されたパラメータを等価回路モデル２００に適用してバッテリーＢの第２電圧を推定することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、決定されたパラメータが適用された等価回路モデル２００の端子電圧（Ｖｔ）を算出してバッテリーＢの第２電圧を推定することができる。

このとき、プロセッサ１３０は、下記の数式３を用いてバッテリーＢの第２電圧を推定することができる。

数式３において、下付きのｋは時間インデックスであって、所定周期毎に１ずつ増加する値である。また、Ｖ２はバッテリーＢの第２電圧であり、ＯＣＶはバッテリーＢの開放電圧であり、Ｒ_０は内部抵抗２２０の抵抗値である。Ｉはセンシング部１１０によって測定された電流であり、Ｖｏｐはオーバーポテンシャルである。

プロセッサ１３０は、センシング部１１０から測定されたバッテリーＢの第１電圧に対する、推定されたバッテリーＢの第２電圧の電圧誤差値を積算し、積算電圧誤差値を算出することができる。

このとき、プロセッサ１３０は、下記の数式４を用いて積算電圧誤差値を算出することができる。

数式４において、下付きのｋは時間インデックスであって、所定周期毎に１ずつ増加する値である。また、ΣＶｅｒｒｏｒは積算電圧誤差値であり、Ｖ１はセンシング部１１０によって測定されたバッテリーＢの第１電圧であり、Ｖ２は推定されたバッテリーＢの第２電圧である。

プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かを判断し、判断結果に基づいてバッテリーＢの第２電圧を補正することができる。

具体的には、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かを判断した結果、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれなければ、バッテリーＢの第２電圧に補正電圧を加減してバッテリーＢの第２電圧を補正することができる。

一方、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かを判断した結果、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれれば、現在推定されたバッテリーＢの第２電圧に基づいてバッテリーＢの第１充電状態を推定することができる。

ここで、基準誤差範囲は、バッテリーＢの第２電圧を補正するか否かを決定するのに基準になる範囲であり得る。このとき、プロセッサ１３０は、基準誤差範囲を設定することができる。プロセッサ１３０が基準誤差範囲を設定する過程は後述することにする。

プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かを判断した結果、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれなければ、積算電圧誤差値が正の値であるか又は負の値であるかを確認し、確認結果に基づいてバッテリーＢの第２電圧に補正電圧を加減してバッテリーＢの第２電圧を補正することができる。

具体的には、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が正の値であれば、バッテリーＢの第２電圧に補正電圧を加算してバッテリーＢの第２電圧を補正することができる。

一方、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が負の値であれば、バッテリーＢの第２電圧から補正電圧を減算してバッテリーＢの第２電圧を補正することができる。

このような本発明を通じて、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第２電圧がバッテリーＢの第１電圧より小さい電圧として推定される傾向によって積算電圧誤差値が正の値であれば、バッテリーＢの第２電圧に補正電圧を加算してバッテリーＢの第２電圧を正確に補正することができる。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第２電圧がバッテリーＢの第１電圧より大きい電圧として推定される傾向によって積算電圧誤差値が負の値であれば、バッテリーＢの第２電圧から補正電圧を減算してバッテリーＢの第２電圧を正確に補正することができる。

一方、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第２電圧に加減される補正電圧をバッテリーＢの第１電圧に対応して設定することができる。具体的には、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第１電圧が大きいほど補正電圧を大きく設定することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれなければバッテリーＢの第１電圧を確認し、バッテリーＢの第１電圧が大きいほど補正電圧を大きく設定することができる。

例えば、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれず、バッテリーＢの第１電圧を確認した結果、現在確認されたバッテリーＢの第１電圧が以前に確認されたバッテリーＢの第１電圧よりも増加した場合、以前に設定された補正電圧よりも大きく補正電圧を設定することができる。

このような本発明によれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電圧区間に対応して相異なる大きさで設定された補正電圧を加減することで、バッテリーＢの第２電圧を補正することができる。

以下、プロセッサ１３０が基準誤差範囲を設定する過程について説明する。

図４は、充電状態誤差値と積算電圧誤差値とがマッピングされた誤差値データ４００を示した図である。

図４を参照すると、プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの第２充電状態に対するバッテリーＢの第１充電状態の充電状態誤差値を算出し、充電状態誤差値と積算電圧誤差値とをマッピングさせて誤差値データ４００を生成することができる。

プロセッサ１３０は、同一時点でそれぞれ推定されたバッテリーＢの第２充電状態とバッテリーＢの第１充電状態との差を充電状態誤差値として算出することができる。また、プロセッサ１３０は、同一時点を基準にして算出された充電状態誤差値と積算電圧誤差値とをマッピングさせて誤差値データ４００を生成することができる。

すなわち、プロセッサ１３０は、ａ時点で推定された第２充電状態と第１充電状態との差によって充電状態誤差値を算出し、算出された充電状態誤差値をａ時点で算出された積算電圧誤差値とマッピングさせて誤差値データ４００を生成することができる。

プロセッサ１３０は、誤差値データ４００に基づいて充電状態誤差値の目標範囲（ｔｒ）に対応する積算電圧誤差値の範囲を基準誤差範囲（ｒｅｒ）として設定することができる。

具体的には、プロセッサ１３０は、誤差値データ４００に基づいて充電状態誤差値を出力値（Ｙ）とし、積算電圧誤差値を入力値（Ｘ）とする関係関数を導出することができる。このとき、関係関数は一次関数であり得る。

このような関係関数は、下記の数式５のように定義できる。

数式５において、ＳＯＣｅｒｒｏｒは充電状態誤差値、ｇは関係関数の傾き、ΣＶｅｒｒｏｒは積算電圧誤差値、ｃは関係関数のＹ切片である。

例えば、図４に示されたように、プロセッサ１３０は、傾きｇが０．５であり、Ｙ切片ｃが０である一次関数ＳＯＣｅｒｒｏｒ＝０．５×ΣＶｅｒｒｏｒを導出することができる。

これを用いて、プロセッサ１３０は、予め設定された充電状態誤差値の目標範囲（ｔｒ）に対応する積算電圧誤差値の範囲を算出し、算出された範囲を基準誤差範囲（ｒｅｒ）として設定することができる。

例えば、予め設定された充電状態誤差値の目標範囲（ｔｒ）が－５．０％～５．０％である場合、プロセッサ１３０は、関係関数を用いて積算電圧誤差値の範囲を－１０～１０で算出し、算出された範囲－１０～１０を基準誤差範囲（ｒｅｒ）として設定することができる。ここで、基準誤差範囲の単位は第１電圧に対応する単位であって、ｍＶまたはＶであり得る。

このような本発明によれば、現在バッテリーＢの状態に応じて基準誤差範囲を設定することで、積算電圧誤差値が基準誤差範囲から外れる度にバッテリーＢの第２電圧を補正することができる。したがって、補正された第２電圧に基づいてバッテリーＢの第１充電状態を正確に推定することができる。

図５は、本発明の一実施形態によってバッテリーＢの第２電圧を補正する前と後に推定された第１充電状態の充電状態誤差値を示したグラフである。

図５を参照すると、第１時点ｔ１～第２時点ｔ２はバッテリーＢの累積電圧誤差値が基準誤差範囲から外れた時点である。第１曲線５０１は、バッテリーＢの第２充電状態と補正された第２電圧に基づいて推定された第１充電状態との間の充電状態誤差値を示した曲線である。第２曲線５０２は、バッテリーＢの第２充電状態と補正されていない第２電圧に基づいて推定された第１充電状態との間の充電状態誤差値を示す曲線である。

プロセッサ１３０は、累積電圧誤差値が基準誤差範囲から外れた第１時点ｔ１～第２時点ｔ２の間に、バッテリーＢの第２電圧を補正し、補正された第２電圧に基づいてバッテリーＢの第１充電状態を再推定することができる。

これによって、第１時点ｔ１～第２時点ｔ２の間、第２曲線５０２の充電状態誤差値は第１曲線５０１の充電状態誤差値よりも大きくなり得る。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー充電状態推定装置１００は、積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かによって第２電圧を補正し、補正された第２電圧に基づいてバッテリーＢの第１充電状態を再推定することができる。したがって、バッテリー充電状態推定装置１００は、第２電圧を補正することで、第１充電状態をより正確に推定することができる。

図６は、本発明の一実施形態によるバッテリー充電状態推定装置１００の動作過程を概略的に示した図である。

具体的には、図６はｋ時点でプロセッサ１３０によって実行される第１動作（Ｓ１００）、第２動作（Ｓ２００）、第３動作（Ｓ３００）、第４動作（Ｓ４００）、第５動作（Ｓ５００）、第６動作（Ｓ６００）及び第７動作（Ｓ７００）を示した図である。ただし、プロセッサ１３０は、本発明を実施するための多様な動作を行い、図６はプロセッサ１３０の多様な動作のうち第１動作（Ｓ１００）～第７動作（Ｓ７００）のみを選択的に示した図である。

以下、ｋ時点でのプロセッサ１３０の動作を説明する。すなわち、下付きのｋは現在時点の値を意味し、下付きのｋ－１は直前時点の値を意味し、下付きのｋ＋１は次の時点の値を意味する。

第１動作（Ｓ１００）は、プロセッサ１３０が第２電圧（Ｖ２_ｋ）を推定する動作である。

プロセッサ１３０は、数式３に基づいて第２電圧（Ｖ２_ｋ）を推定することができる。

ここで、開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）は、センシング部１１０によって測定されるか、または、第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）が予め推定された場合は予め推定された第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）によって推定できる。

例えば、第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）が予め推定されていない場合、プロセッサ１３０は、センシング部１１０が測定したバッテリーＢの開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）に基づいて第２電圧（Ｖ２_ｋ）を推定することができる。後述する第６動作（Ｓ６００）を参照すると、第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいて第１充電状態（ＳＯＣ１ｋ）が推定できる。したがって、ｋ＝１である場合、すなわち、最初時点ではセンシング部１１０によって測定された開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）によって第２電圧（Ｖ２_ｋ）を推定することができる。

一方、第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）が予め推定されている場合、プロセッサ１３０は、図３の開放電圧カーブ３００を参照して、予め推定された第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）から開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）を推定することができる。すなわち、ｋ≧２である場合は、ｋ－１時点で推定された第２電圧（Ｖ２_ｋ）によって第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）が予め推定されている。したがって、プロセッサ１３０は、予め推定された第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ－１）に基づいて開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）を推定し、推定された開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）に基づいて第２電圧（Ｖ２ｋ）を推定することができる。

第２動作（Ｓ２００）は、プロセッサ１３０が電圧誤差値（Ｖｅｒｒｏｒ_ｋ）を算出する動作である。

プロセッサ１３０は、センシング部１１０によって測定された第１電圧（Ｖ１_ｋ）と第１動作（Ｓ１００）で推定した第２電圧（Ｖ２_ｋ）との間の差を求めて、電圧誤差値（Ｖｅｒｒｏｒ_ｋ）を算出することができる。

第３動作（Ｓ３００）は、プロセッサ１３０が積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）を算出する動作である。

プロセッサ１３０は、ｋ－１時点で算出された積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ－１）と第２動作（Ｓ２００）で算出された電圧誤差値（Ｖｅｒｒｏｒ_ｋ）とを合算して、ｋ時点での積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）を算出することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、以前時点（_ｋ－１）で予め算出された積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ－１）と現在時点（ｋ）で算出された電圧誤差値（Ｖｅｒｒｏｒ_ｋ）とを足して現在時点（ｋ）の積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）を算出することができる。

第４動作（Ｓ４００）は、プロセッサ１３０が積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）と基準誤差範囲（ｒｅｒ）とを比較する動作である。

ここで、基準誤差範囲（ｒｅｒ）は、充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ）と積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）とがマッピングされて生成された誤差値データ４００に基づいて設定できる。

例えば、図４に示されたように、充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ）と積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）とがマッピングされ得る。

プロセッサ１３０は、充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ）の目標範囲（ｔｒ）に対応する積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）の範囲を基準誤差範囲（ｒｅｒ）として設定することができる。ここで、充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ）の目標範囲（ｔｒ）は予め設定され得る。例えば、充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ）の目標範囲（ｔｒ）は－５％以上＋５％未満に設定され得る。

もし、ｋ＝１の場合、第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）が推定される前であるため、充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ）は算出されないこともある。この場合は、第４動作（Ｓ４００）が省略され、第６動作（Ｓ６００）が行われ得る。

一方、ｋ≧２である場合、プロセッサ１３０は、誤差値データ４００を生成し、基準誤差範囲（ｒｅｒ）を設定することができる。そして、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が基準誤差範囲（ｒｅｒ）に含まれるか否かに応じて第５動作（Ｓ５００）または第６動作（Ｓ６００）を行うように構成される。

第５動作（Ｓ５００）は、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が基準誤差範囲（ｒｅｒ）に含まれなければ、プロセッサ１３０が前記バッテリーの第２電圧（Ｖ２_ｋ）を補正する動作である。

具体的には、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が基準誤差範囲（ｒｅｒ）に含まれなければ、推定された第２電圧（Ｖ２_ｋ）に補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）を加減して第２電圧（Ｖ２_ｋ）を補正することができる。

望ましくは、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が正の値であって且つ基準誤差範囲（ｒｅｒ）に含まれなければ、プロセッサ１３０は、第２電圧（Ｖ２_ｋ）に補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）を加算して第２電圧（Ｖ２_ｋ）を補正することができる。すなわち、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が基準誤差範囲（ｒｅｒ）を超過する場合、プロセッサ１３０は、第２電圧（Ｖ２_ｋ）に補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）を加算することで積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）を減少させることができる。

一方、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が負の値であって且つ基準誤差範囲（ｒｅｒ）に含まれなければ、プロセッサ１３０は、第２電圧（Ｖ２_ｋ）から補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）を減算して第２電圧（Ｖ２_ｋ）を補正することができる。すなわち、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が基準誤差範囲（ｒｅｒ）未満である場合、プロセッサ１３０は、第２電圧（Ｖ２_ｋ）から補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）を減算することで積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）を増加させることができる。

ここで、補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）は、センシング部１１０によって測定された第１電圧（Ｖ１_ｋ）の大きさに対応するように設定され得る。例えば、第１電圧（Ｖ１_ｋ）が大きいほど補正電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ_ｋ）も大きく設定され得る。

第５動作（Ｓ５００）の後、補正された第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいて第２動作（Ｓ２００）が再度行われる。すなわち、ｋ時点で算出された積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）が基準誤差範囲（ｒｅｒ）に含まれるまで、第５動作（Ｓ５００）によって補正された第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいて、第２動作（Ｓ２００）、第３動作（Ｓ３００）、第４動作（Ｓ４００）及び第５動作（５００）を再帰的に行うことができる。

第６動作（Ｓ６００）は、プロセッサ１３０が推定された第２電圧（Ｖ２_ｋ）または補正された第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいてバッテリーＢの第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）を推定する動作である。

例えば、ｋ＝１である場合、第３動作（Ｓ３００）の後、第４動作（Ｓ４００）は省略され、第５動作（Ｓ５００）が行われる。この場合、プロセッサ１３０は、センシング部１１０によって測定されたバッテリーの開放電圧（ＯＣＶ_ｋ）に基づいて第２電圧（Ｖ２_ｋ）を推定し、推定された第２電圧（Ｖ２_ｋ）によってバッテリーの第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）を推定することができる。

他の例として、ｋ≧２であって、第５動作（Ｓ５００）が行われていない場合、プロセッサ１３０は、該当時点で第１動作（Ｓ１００）によって推定した第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいて第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）を推定することができる。望ましくは、この場合はｋ時点の第１動作（Ｓ１００）で推定された第２電圧（Ｖ２_ｋ）が補正されていない場合であり得る。

さらに他の例として、ｋ≧２であって、第５動作（Ｓ５００）が１回以上行われた場合、プロセッサ１３０は、第５動作（Ｓ５００）によって最終的に補正された第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいて第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）を推定することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、積算電圧誤差値（ΣＶｅｒｒｏｒ_ｋ）と基準誤差範囲（ｒｅｒ）との比較結果によって再帰的に第２電圧（Ｖ２_ｋ）を補正し、最終的に補正された第２電圧（Ｖ２_ｋ）に基づいて第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）を推定することができる。

第７動作（Ｓ７００）は、プロセッサ１３０が推定した第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）に基づいてバッテリーＢの開放電圧（ＯＣＶ_ｋ＋１）を推定する動作である。

具体的には、第７動作（Ｓ７００）は、プロセッサ１３０がｋ時点で推定された第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）に基づいて、ｋ＋１時点でのバッテリーＢの開放電圧（ＯＣＶ_ｋ＋１）を推定する動作である。第７動作（Ｓ７００）によってｋ＋１時点の開放電圧（ＯＣＶ_ｋ＋１）が推定され、推定された開放電圧（ＯＣＶ_ｋ＋１）によってｋ＋１時点の第２電圧（Ｖ２_ｋ＋１）が推定できる。

そして、プロセッサ１３０は、第６動作（Ｓ６００）を通じて推定した第１充電状態（ＳＯＣ１_ｋ）と電流積算部１２０によって積算された電流積算値に基づいて推定した第２充電状態（ＳＯＣ２_ｋ）との間の差を求めて充電状態誤差値（ＳＯＣｅｒｒｏｒ_ｋ）を算出することができる。

例えば、図５の実施形態において、第１曲線５０１及び第２曲線５０２を参照すると、プロセッサ１３０が第１動作（Ｓ１００）～第７動作（Ｓ７００）を行うことで充電状態の誤差が低減する。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー充電状態推定装置１００は、再帰的にバッテリーＢの電圧を測定及び推定し、基準誤差範囲に基づいて前記バッテリーＢの推定された電圧を補正することで、推定充電状態の誤差を低減させることができる。

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
Ｂ：バッテリー
１００：バッテリー充電状態推定装置
１１０：センシング部
１２０：電流積算部
１３０：プロセッサ
２００：等価回路モデル

Claims (11)

1. バッテリーの第１電圧及び開放電圧のうち少なくとも一つ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されるように構成されたプロセッサとを含み、
   前記プロセッサは、
   前記バッテリーの開放電圧または予め推定された第１充電状態に基づいて前記バッテリーの第２電圧を推定し、前記バッテリーの第１電圧と前記第２電圧との間の電圧誤差値を積算して積算電圧誤差値を算出し、前記積算電圧誤差値が基準誤差範囲に含まれるか否かによって前記バッテリーの第２電圧を補正し、前記第２電圧または補正された第２電圧に基づいて前記バッテリーの第１充電状態を推定するように構成された、バッテリー充電状態推定装置。
2. 前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が前記基準誤差範囲に含まれなければ、前記バッテリーの第２電圧に補正電圧を加減して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成された、請求項１に記載のバッテリー充電状態推定装置。
3. 前記補正電圧は、前記第１電圧の大きさに応じて設定され、前記第１電圧と前記補正された第２電圧との間の電圧誤差値を減少させるように構成された、請求項２に記載のバッテリー充電状態推定装置。
4. 前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が正の値であるか否か及び負の値であるか否かを確認し、前記確認結果に基づいて前記バッテリーの第２電圧に補正電圧を加減して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成された、請求項２または３に記載のバッテリー充電状態推定装置。
5. 前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が正の値であれば、前記バッテリーの第２電圧に補正電圧を加算して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成された、請求項４に記載のバッテリー充電状態推定装置。
6. 前記プロセッサは、前記積算電圧誤差値が負の値であれば、前記バッテリーの第２電圧から補正電圧を減算して前記バッテリーの第２電圧を補正するように構成された、請求項４または５に記載のバッテリー充電状態推定装置。
7. 前記センシング部は、前記バッテリーの電流をさらに測定するように構成され、
   前記プロセッサは、前記バッテリーの電流が積算された電流積算値に基づいて前記バッテリーの第２充電状態を推定し、前記第２充電状態と前記推定された第１充電状態との間の充電状態誤差値を算出し、前記充電状態誤差値と前記積算電圧誤差値とをマッピングさせて誤差値データを生成するように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー充電状態推定装置。
8. 前記プロセッサは、前記誤差値データに基づいて、前記充電状態誤差値の目標範囲に対応する前記積算電圧誤差値の範囲を前記基準誤差範囲として設定するように構成された、請求項７に記載のバッテリー充電状態推定装置。
9. 前記センシング部は、前記バッテリーの開放電圧をさらに測定するように構成され、
   前記プロセッサは、前記第１充電状態が予め推定される以前であれば、前記センシング部によって測定された開放電圧に基づいて前記第２電圧を推定し、前記第１充電状態が予め推定された以後であれば、前記予め推定された第１充電状態に基づいて前記第２電圧を推定するように構成された、請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリー充電状態推定装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の前記バッテリー充電状態推定装置を含むバッテリーパック。
11. 請求項１から９のいずれか一項に記載の前記バッテリー充電状態推定装置を含む自動車。

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