JP7063440B2 - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリー管理装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーモデルの更新を通じてバッテリーセルの内部状態を推定するバッテリー管理装置及び方法に関する。
本出願は、２０１９年４月５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００４０４５５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、なか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。
特許文献１は、モデル推定及びリアルタイムで測定されたバッテリー関連信号をコスト関数として計算し、コスト関数を学習してモデルパラメータ推定値を更新する電池状態推定システム及び方法、並びに非一時的コンピュータ可読記憶媒体を開示している。
しかし、特許文献１は理論的なモデル学習及び更新のみについて開示している。すなわち、特許文献１は、学習及び更新されたモデルを実際に適用した結果を通じてモデルを学習させ、理論的推定値と実際測定値との誤差を補正する構成は全く開示していない。したがって、特許文献１から得られるモデルは実際のバッテリーセルの充電または放電状況に適用し難いという問題がある。
特開２０１８－０５９９１０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、ニューラルネットワークを通じてバッテリーモデルのパラメータを取得した後、取得したパラメータが反映されたバッテリーモデルの出力値と実際測定値との差に応じてバッテリーモデルのパラメータを繰り返して更新することで、バッテリーセルに最適化したバッテリーモデルを構築でき、最適化したバッテリーモデルに基づいてバッテリーの充電を制御することができるバッテリー管理装置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。
本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、バッテリーセルの電圧及び開放回路電圧を測定するように構成された電圧測定部と、前記バッテリーセルの温度を測定するように構成された温度測定部と、前記電圧測定部及び温度測定部と接続され、前記電圧測定部によって測定された開放回路電圧に応じて前記バッテリーセルの充電状態を推定し、推定された充電状態、前記温度測定部によって測定された温度に対応する複数の周波数を選択し、前記選択された複数の周波数を有する電流を前記バッテリーセルに印加して前記バッテリーセルに対する周波数毎のインピーダンスを算出し、前記算出された周波数毎のインピーダンスを予め学習されたニューラルネットワークに入力して予め定義されたバッテリーモデルのパラメータ推定値を取得し、取得されたパラメータ推定値を用いて前記バッテリーモデルを１次更新し、１次更新されたバッテリーモデルを通じて算出された推定電圧値と前記電圧測定部によって測定された測定電圧値との電圧差が閾値（臨界値）未満になるまで前記バッテリーモデルのパラメータを繰り返して調整して前記バッテリーモデルを２次更新するように構成された制御部と、を含む。
望ましくは、前記複数の周波数は、バッテリーセルの温度及び充電状態に対応する複数の周波数を定義している既に保存された周波数テーブルから選択された周波数を含み得る。
本発明によるバッテリー管理装置は、前記制御部と接続され、前記バッテリーセルに供給される電流の周波数を前記制御部の要請に従って選択された複数の周波数に変更するように構成されたＥＩＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）部をさらに含み得る。一例において、前記電流は正弦波電流、パルス充放電電流または方形波電流であり得る。
前記制御部は、前記ＥＩＳ部によって周波数が変更された複数の電流が前記バッテリーセルに供給される間に測定された複数のバッテリーセル電圧に基づいてバッテリーセルのインピーダンスを算出するように構成され得る。
前記電圧測定部は、前記推定された充電状態及び前記測定された温度で、前記複数の周波数のうち前記バッテリーセルの電圧が予め測定されていない周波数を有する電流が前記バッテリーセルに供給されるときの電圧を測定するように構成され得る。
前記パラメータ推定値は、前記予め定義されたバッテリーモデルのパラメータに対応する値を含むように構成され得る。
前記制御部は、前記バッテリーモデルのパラメータのうち前記取得されたパラメータ推定値に対応するパラメータを前記取得されたパラメータ推定値に変更して前記バッテリーモデルを１次更新するように構成され得る。
本発明によるバッテリー管理装置は、前記制御部と接続され、前記バッテリーセルに電流を供給し、前記制御部によって前記バッテリーモデルが１次更新されれば、前記推定された充電状態と前記測定された温度に応じて既に設定されたＣ－レートで前記バッテリーセルを充電するように構成された充電部をさらに含み得る。
前記制御部は、前記充電部によって前記既に設定されたＣ－レートで前記バッテリーセルが充電されるとき、同一時点で測定された測定電圧値と前記１次更新されたバッテリーモデルから取得した推定電圧値との比較結果に基づいて前記バッテリーモデルのパラメータを更新して前記バッテリーモデルを２次更新するように構成され得る。
望ましくは、前記制御部は、前記電圧差が臨界値以上であれば、前記充電部を制御して充電電流のＣ－レートを変更するように構成され得る。
前記制御部は、前記電圧差が臨界値以上であって、前記推定電圧値が前記測定電圧値以上である場合、前記充電部を制御して前記Ｃ－レートを増加させるように構成され得る。
前記制御部は、前記電圧差が臨界値以上であって、前記推定電圧値が前記測定電圧値未満である場合、前記充電部を制御して前記Ｃ－レートを減少させるように構成され得る。
前記制御部は、前記Ｃ－レートが変更された後、同一時点で前記電圧測定部で測定した前記バッテリーセルの測定電圧値と前記２次更新されたバッテリーモデルを用いて取得した推定電圧値との電圧差が前記臨界値未満になるまで、前記バッテリーモデルのパラメータを更新するように構成され得る。
前記制御部は、前記バッテリーセルが充電される間、前記２次更新されたバッテリーモデルを用いて前記バッテリーセルの負極に対する状態情報を推定し、前記推定された状態情報が臨界条件に到達しないようにバッテリーセルに印加される充電電流の大きさを調節するように構成され得る。
前記状態情報は、前記バッテリーセルの負極に対するリチウムイオン推定比率及び負極電位のうち少なくとも一つを含むように構成され得る。
前記制御部は、前記リチウムイオン推定比率が上限閾値（上限臨界値）に到達しないように、前記バッテリーセルの充電電流の大きさを調節するように構成され得る。
前記制御部は、前記負極電位が下限閾値（下限臨界値）に到達しないように、前記バッテリーセルの充電電流の大きさを調節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管理装置を含む。
本発明のさらに他の態様による電気自動車は、本発明の一態様によるバッテリー管理装置を含む。
本発明のさらに他の態様によるバッテリー管理方法は、バッテリーセルの温度及び充電状態に対応する複数の周波数を選択する周波数選択段階と、前記周波数選択段階で選択された複数の周波数を有する電流を前記バッテリーセルに印加して前記バッテリーセルの周波数毎のインピーダンスを算出するインピーダンス算出段階と、前記インピーダンス算出段階で算出された周波数毎のインピーダンスを予め学習されたニューラルネットワークに入力して予め定義されたバッテリーモデルのパラメータ推定値を取得するパラメータ推定値取得段階と、前記パラメータ推定値取得段階で取得されたパラメータ推定値を用いて前記バッテリーモデルを１次更新するバッテリーモデル１次更新段階と、前記バッテリーモデル１次更新段階で１次更新されたバッテリーモデルを通じて算出された推定電圧値と前記バッテリーセルに対する測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまで前記バッテリーモデルのパラメータを繰り返して調整して前記バッテリーモデルを２次更新するバッテリーモデル２次更新段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、ニューラルネットワークを通じてバッテリーセルの内部状態を推定するバッテリーモデルのパラメータが１次更新された後、バッテリーモデルから推定された電圧値と測定された電圧値との差が臨界値未満になるようにバッテリーモデルが繰り返して更新されるため、バッテリーセルの内部状態をより正確に判断することができる。
また、本発明の一態様によれば、二回にわたって更新されたバッテリーモデルから出力される負極表面のリチウムイオン推定比率及び／または負極電位を用いて、測定が不可能なバッテリーセルの内部状態をより正確に推定することで、バッテリーセルの急速充電時にＣ－レートを適切に調節することができる。
また、本発明の一態様によれば、バッテリーセルのそれぞれに対してバッテリーモデルが最適に構築されるため、複数のバッテリーセルを用いる技術分野においても、それぞれのバッテリーセルの内部状態をより正確に推定することができる。
本発明の効果は以上の効果に制限されず、その他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に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、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管理装置を含むバッテリーパックを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置に既に保存された周波数テーブルの一例を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置に保存されたインピーダンステーブルの一例を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置において、バッテリーモデルから取得した負極のリチウムイオン推定比率の一例を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置において、バッテリーモデルから取得した負極電位の一例を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に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管理方法を概略的に示したフロー図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法において、バッテリーモデル更新段階の一例を具体的に示したフロー図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法において、バッテリーモデル更新段階の他の一例を具体的に示したフロー図である。
本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や事前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「制御部」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（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、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。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックを概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセル１１が含まれたバッテリーモジュール１０と電気的に接続されて複数のバッテリーセル１１を管理することができる。
バッテリー管理装置１００は、それぞれのバッテリーセル１１の電圧、電流及び温度を測定し、充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を推定することができる。そして、バッテリー管理装置１００は、バッテリーモデルをバッテリーセル１１毎に更新することで、バッテリーモデルをそれぞれのバッテリーセル１１に最適化させることができる。また、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１を急速充電するとき、更新されたバッテリーモデルに基づいて急速充電電流を調整することができる。
また、バッテリー管理装置１００は、前記バッテリーモジュール１０とともにバッテリーパック１０００に含まれ得る。図１は、バッテリーパック１０００に一つのバッテリーモジュール１０と一つのバッテリー管理装置１００が含まれた例を示しているが、バッテリーパック１０００に含まれたバッテリーモジュール１０及びバッテリー管理装置１００の個数が図１に示された個数に限定されることなない。同様に、バッテリーモジュール１０に含まれたバッテリーセル１１の個数も図１に示された個数に限定されない。
図２を参照してバッテリー管理装置１００の具体的な構成を説明する。図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を概略的に示したブロック図である。図２では、説明の便宜上、バッテリー管理装置１００内に点線でバッテリーモジュール１０を示しているが、図２によってバッテリーモジュール１０がバッテリー管理装置１００の内部に含まれると制限的に解釈されることはない。
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、電圧測定部１１０、温度測定部１２０及び制御部１３０を含むことができる。
電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の電圧及び開放回路電圧を測定することができる。すなわち、電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の充放電中または無負荷状態でバッテリーモジュールに含まれたそれぞれのバッテリーセル１１の電圧を測定するように構成され得る。
例えば、電圧測定部１１０は、バッテリーモジュールに含まれた第１バッテリーセルＣ１、第２バッテリーセルＣ２、第３バッテリーセルＣ３及び第４バッテリーセルＣ４の充放電中または無負荷状態でそれぞれの電圧を測定し得る。
具体的には、図１の実施形態において、電圧測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１及び第２センシングラインＳＬ２を通じて第１バッテリーセルＣ１の電圧を測定し、第２センシングラインＳＬ２及び第３センシングラインＳＬ３を通じて第２バッテリーセルＣ２の電圧を測定し得る。また、電圧測定部１１０は、第３センシングラインＳＬ３及び第４センシングラインＳＬ４を通じて第３バッテリーセルＣ３の電圧を測定し、第４センシングラインＳＬ４及び第５センシングラインＳＬ５を通じて第４バッテリーセルＣ４の電圧を測定し得る。また、電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の開放回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）を測定することができる。すなわち、電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の電圧及び開放回路電圧をすべて測定することができる。例えば、電圧測定部１１０は、第１バッテリーセルＣ１、第２バッテリーセルＣ２、第３バッテリーセルＣ３及び第４バッテリーセルＣ４それぞれの開放回路電圧を測定し得る。ここで、開放回路電圧は、バッテリーセル（Ｃ１～Ｃ４）が無負荷状態にある間に測定された電圧である。電圧測定部１１０は、通常の電圧測定回路を含む。
温度測定部１２０は、バッテリーセル１１の温度を測定することができる。すなわち、温度測定部１２０は、それぞれのバッテリーセル１１の温度を測定可能な温度センサを含むことができる。例えば、図２に示されたように、温度測定部１２０は、バッテリーセル１１のそれぞれに接続され、それぞれのバッテリーセル１１の温度を測定し得る。そして、温度測定部１２０は、測定したバッテリーセル１１の温度測定値を制御部１３０に提供することができる。温度測定部１２０は、熱電対のような通常の温度センサを含む。
制御部１３０は、電圧測定部１１０及び温度測定部１２０と接続され得る。制御部１３０は、電気的に電圧測定部１１０及び温度測定部１２０と接続され、電圧測定部１１０で測定したバッテリーセル１１の電圧に対する電圧値及び開放回路電圧に対する開放電圧値を受信し、温度測定部１２０で測定したバッテリーセル１１の温度に対する温度値を受信することができる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１３０は、電圧測定部１１０及び温度測定部１２０と回路的に接続され得る。ただし、図２に示された制御部１３０、電圧測定部１１０及び温度測定部１２０の相対的な位置は一例に過ぎず、図２の実施形態によって制御部１３０、電圧測定部１１０及び温度測定部１２０の相対的位置及び接続関係が限定されることはない。
一実施形態によれば、制御部１３０は、電圧測定部１１０によって測定された開放回路電圧に応じてバッテリーセル１１の充電状態を推定することができる。ここで、充電状態はＳＯＣであって、一般にバッテリーセル１１が十分安定化した状態であれば、バッテリーセル１１の開放回路電圧は充電状態と一対一の対応関係を有する。逆に、バッテリーセル１１が充電または放電する状態であれば、公知の電流積算法やカルマンフィルターを用いてバッテリーセル１１の充電状態を推定し得る。
一例として、制御部１３０は、既に保存されたルックアップテーブルに含まれた開放回路電圧と充電状態との対応関係を用いて、電圧測定部１１０によって測定された開放回路電圧からバッテリーセル１１の充電状態を推定し得る。
制御部１３０は、推定された充電状態及び前記測定された温度に対応する複数の周波数を選択することができる。すなわち、制御部１３０は、推定されたバッテリーセル１１の充電状態及び温度測定部１２０によって測定されたバッテリーセル１１の温度に対応する複数の周波数を選択することができる。
例えば、制御部１３０によって推定されたバッテリーセル１１の充電状態が１０％であり、温度測定部１２０によって測定されたバッテリーセル１１の温度が２０℃であると仮定する。制御部１３０は、バッテリーセル１１の充電状態１０％と温度２０℃に対応する周波数Ｆ１、Ｆ２、…、Ｆｎを選択し得る。ここで、ｎは正の整数である。すなわち、制御部１３０は、バッテリーセル１１の推定された充電状態及び測定された温度に基づいて、周波数Ｆ１～Ｆｎを選択し得る。以下、説明の便宜上、制御部１３０が四つの周波数を選択するとして説明する。すなわち、ｎが４であることに限定して説明する。
制御部１３０は、推定された充電状態、測定された温度及び選択された複数の周波数を有する電流に基づいてバッテリーセル１１の周波数毎のインピーダンスを算出することができる。例えば、上述した実施例で選択されたＦ１～Ｆ４の周波数を有する電流を各バッテリーセル１１に順次に印加し、公知のＥＩＳインピーダンス算出方式によって各バッテリーセル１１の周波数毎のインピーダンスを算出し得る。
制御部１３０は、予め学習されたニューラルネットワークに前記算出された周波数毎のインピーダンスを入力し、バッテリーモデルのパラメータ推定値を取得することができる。例えば、制御部１３０は、予め学習されたニューラルネットワークに算出された周波数毎のインピーダンスを入力することができる。そして、制御部１３０は、予め学習されたニューラルネットワークから抵抗に関連する値と、負極のスケール、正極のスケール及びリチウムの可用容量などの容量に関連する値を取得し、取得した抵抗に関連する値及び容量に関連する値を加工して、バッテリーモデルのパラメータのうち一部パラメータに対応するパラメータ推定値を取得することができる。取得されるパラメータ推定値は数式を用いて後述する。
ここで、ニューラルネットワークは、周波数毎のインピーダンスを入力データとして受け、予め定義されたバッテリーモデルのパラメータを出力データとして出力できるように、逆伝播学習アルゴリズムによって予め学習されたものであり得る。学習アルゴリズムとして、逆伝播学習アルゴリズムの外にも公知の他の学習アルゴリズムを採用できることは自明である。
制御部１３０は、予め学習されたニューラルネットワークを通じて各バッテリーセルに対する周波数毎のインピーダンスを入力し、予め定義されたバッテリーモデルのパラメータに対応するパラメータ推定値Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍを取得し得る。ここで、ｍは正の整数である。以下、説明の便宜上、制御部１３０が取得したパラメータ推定値が三つであると仮定して説明する。すなわち、制御部１３０は、ニューラルネットワークを通じてバッテリーモデルのパラメータに対応するパラメータ推定値Ｐ１、Ｐ２及びＰ３を取得し得る。
制御部１３０は、取得したパラメータ推定値を用いてバッテリーモデルを１次更新することができる。例えば、上述した実施例のように、制御部１３０は、ニューラルネットワークからパラメータ推定値Ｐ１～Ｐ３を取得し、取得したパラメータ推定値Ｐ１～Ｐ３を用いて予め定義されたバッテリーモデルを１次更新し得る。すなわち、制御部１３０は、取得したパラメータ推定値Ｐ１～Ｐ３でバッテリーモデルの複数のパラメータのうち対応するパラメータを更新することでバッテリーモデルを更新し得る。
ここで、バッテリーモデルは、バッテリーセル１１のそれぞれに対して定義され得る。例えば、図２の実施形態において、第１バッテリーセルＣ１に対する第１バッテリーモデル、第２バッテリーセルＣ２に対する第２バッテリーモデル、第３バッテリーセルＣ３に対する第３バッテリーモデル及び第４バッテリーセルＣ４に対する第４バッテリーモデルが個別的に予め定義され得る。
例えば、バッテリーモデルは、ニューマンのＰ２Ｄモデル（Ｎｅｗｍａｎ'ｓ Ｐ２Ｄ ｍｏｄｅｌ）が適用され得る。Ｐ２Ｄモデルは、多孔性電極及び濃縮溶液理論を用いて開発された物理ベースのモデルであって、バッテリーにおけるリチウムイオンの移動を正確に捕捉できるモデルである。したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置は、予め定義されたバッテリーモデルとしてＰ２Ｄモデルを用い得る。
バッテリーモデルのパラメータのうち更新される一部パラメータは、下記の数式１～４を用いて説明する。
Figure 0007063440000001
例えば、数式１のパラメータのうち制御部１３０によって更新されるパラメータは
Figure 0007063440000002
 であり得る。すなわち、制御部１３０が取得したパラメータ推定値は、電解質イオン伝導度及び電解質拡散伝導度に対応する値を含み得る。制御部１３０は、取得したパラメータ推定値で前記電解質イオン伝導度及び電解質拡散伝導度を更新し得る。
Figure 0007063440000003
例えば、数式２のパラメータのうち制御部１３０によって更新されるパラメータは
Figure 0007063440000004
 であり得る。すなわち、制御部１３０が取得したパラメータ推定値は、有効電気伝導度に対応する値を含み得る。制御部１３０は、取得したパラメータ推定値で前記有効電気伝導度を更新し得る。
Figure 0007063440000005
例えば、数式３のパラメータのうち制御部１３０によって更新されるパラメータは
Figure 0007063440000006
 であり得る。すなわち、制御部１３０が取得したパラメータ推定値は、電解質イオン拡散度に対応する値を含み得る。制御部１３０は、取得したパラメータ推定値で前記電解質イオン拡散度を更新し得る。
Figure 0007063440000007
例えば、数式４のパラメータのうち制御部１３０によって更新されるパラメータは
Figure 0007063440000008
 であり得る。すなわち、制御部１３０が取得したパラメータ推定値は、電極におけるリチウム拡散係数に対応する値を含み得る。制御部１３０は、取得したパラメータ推定値で前記電極におけるリチウム拡散係数を更新し得る。
まとめると、制御部１３０が取得したパラメータ推定値は、バッテリーモデルの電解質イオン伝導度、電解質拡散伝導度、有効電気伝導度、電解質イオン拡散度及び電極におけるリチウム拡散係数に対応する値を含むことができる。制御部１３０は、取得したパラメータ推定値でバッテリーモデルのパラメータのうち対応するパラメータを更新し、バッテリーモデルを１次更新することができる。
一方、第１バッテリーセルＣ１～第４バッテリーセルＣ４が同じ工程を経て製造され、同じ日付で出荷され、同じバッテリーモジュールに含まれているとしても、初期抵抗のバラツキ、容量のバラツキなどの多様な原因によってそれぞれのバッテリーセル１１の状態が完璧に同一でないことがあり得る。したがって、制御部１３０は、第１バッテリーセルＣ１に対するパラメータ推定値では第１バッテリーモデルのみを１次更新でき、第１バッテリーセルＣ１に対するパラメータ推定値を用いて第２～第４バッテリーモデルを１次更新することはできない。
制御部１３０は、バッテリーセル１１が充電される間に１次更新されたバッテリーモデルを用いて算出された推定電圧値と電圧測定部１１０によって測定された測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるように、バッテリーモデルのパラメータを繰り返して調整してバッテリーモデルを２次更新するように構成され得る。
具体的には、制御部１３０は、バッテリーセル１１が充電される間に１次更新されたバッテリーモデルから出力された値を加工してバッテリーセル１１に対する推定電圧値を取得することができる。そして、制御部１３０は、取得した推定電圧値と電圧測定部１１０で測定したバッテリーセル１１の電圧に対する実際測定値である測定電圧値との電圧差に応じてバッテリーモデルを２次更新することができる。
例えば、数式２を参照すると、制御部１３０は、バッテリーモデルから
Figure 0007063440000009
 を取得し得る。すなわち、制御部１３０は、バッテリーモデルから正極相電位値及び負極相電位値を取得し得る。そして、制御部１３０は、取得した
Figure 0007063440000010
 との間の電位差に応じて推定電圧値を取得し得る。
制御部１３０は、「｜推定電圧値－測定電圧値｜」によって電圧差を算出することができる。すなわち、制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との差の絶対値の大きさに応じてバッテリーモデルを２次更新することができる。上述した実施例と同様に、制御部１３０は、第１バッテリーセルＣ１に対する推定電圧値と測定電圧値との電圧差では第１バッテリーモデルのみを２次更新でき、第１バッテリーセルＣ１に対する推定電圧値と測定電圧値との電圧差を用いて第２～第４バッテリーモデルを学習させることはできない。
具体的には、制御部１３０は、パラメータ推定値を用いて更新したバッテリーモデルのパラメータ値を再調整し、バッテリーモデルを２次更新することができる。例えば、制御部１３０は、パラメータ推定値を用いて更新したバッテリーモデルの電解質イオン伝導度、電解質拡散伝導度、有効電気伝導度、電解質イオン拡散度及び電極におけるリチウム拡散係数に対応する値を推定電圧値と測定電圧値との電圧差に応じて２次更新し得る。この場合、制御部１３０は、バッテリーモデルのパラメータに対する微細調整（ｆｉｎｅ ｔｕｎｉｎｇ）のため、ランダムサーチ（ｒａｎｄｏｍ ｓｅａｒｃｈ）、ガウシアンプロセス（Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）またはグリーディサーチ（Ｇｒｅｅｄｙ ｓｅａｒｃｈ）などのアルゴリズムを用いて現在バッテリーモデルのパラメータの近似値を選択し、選択した近似値を用いてバッテリーモデルのパラメータを２次更新し得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、予め定義されたバッテリーモデルをニューラルネットワークを用いて取得したパラメータ推定値に基づいて１次更新し、推定電圧値と測定電圧値との差に応じてバッテリーモデルを２次更新することができる。したがって、バッテリー管理装置１００は、繰り返して更新されたバッテリーモデルを用いてバッテリーセル１１に対する内部状態情報を信頼性高く取得することができる。
ここで、制御部１３０は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００で実行される多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、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み得る。また、前記制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１３０は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存されてプロセッサによって実行され得る。前記メモリは、プロセッサの内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段でプロセッサと接続され得る。例えば、制御部１３０は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００に含まれたプロセッサであって、バッテリーセル１１のインピーダンスを算出し、バッテリーモデルのパラメータを調整することで、バッテリーモデルを更新することができる。また、制御部１３０は、電圧測定部１１０及び温度測定部１２０と接続されて信号を送受信することもできる。
また、図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、電流測定部１４０をさらに含むことができる。電流測定部１４０は、バッテリーセル１１に入力される充電電流またはバッテリーセル１１から出力される放電電流を測定するように構成され得る。例えば、図２の実施形態において、電流測定部１４０は、センス抵抗Ｒの両端に接続され、充電電流または放電電流を測定し得る。制御部１３０は、電圧測定部１１０がバッテリーセル１１の開放回路電圧を測定する前に、電流測定部１４０で測定された電流を用いてバッテリーセル１１が安定化した状態であるか否かを先に判断し得る。例えば、制御部１３０は、電流測定部１４０で測定されたバッテリーセル１１の充電電流または放電電流が０［Ａ］である状態が予め設定された時間維持されれば、バッテリーセル１１が安定化した状態であると判断し、電圧測定部１１０を通じてバッテリーセル１１の開放回路電圧を測定し得る。そして、電圧測定部１１０は、制御部１３０から測定信号を送信した後、バッテリーセル１１の開放回路電圧を測定し得る。
また、図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、保存部１５０をさらに含むことができる。保存部１５０は、バッテリーモデルの更新に使用されるニューラルネットワークの実行に必要なプログラムとデータ、バッテリーモデルに関する関数及びバッテリーモデルのパラメータ値などを保存することができる。すなわち、保存部１５０は、ニューラルネットワークとバッテリーモデルなど本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００の各構成要素が動作及び機能を実行するのに必要なデータやプログラム、または、動作及び機能の実行過程で生成されるデータなどを保存できる。保存部１５０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憶手段であればその種類に特に制限がない。一例として、情報記憶手段には、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどが含まれ得る。保存部１５０には、制御部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が保存され得る。
望ましくは、前記複数の周波数は、バッテリーセル１１の温度及び充電状態に応じて予め決められた複数の周波数が含まれた、既に保存された周波数テーブルから選択された周波数を含むことができる。ここで、既に保存された周波数テーブルは、保存部１５０に予め保存されたものであって、バッテリーセル１１の温度及び充電状態に応じて複数の周波数を参照可能なルックアップテーブルであり得る。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置に既に保存された周波数テーブルの一例を示した図である。図３を参照すると、既に保存された周波数テーブルは、温度（Ｔ）、充電状態（ＳＯＣ）及び周波数（Ｆ）のフィールドを含むことができる。例えば、温度Ｔ１℃及び充電状態Ｓ１％に対応する周波数Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４が第１レコードに含まれ得る。そして、温度Ｔ２℃及び充電状態Ｓ２％に対応する周波数Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３及びＦ２４が第２レコードに含まれ得る。
例えば、既に保存された周波数テーブルにおいて、温度フィールドと充電状態フィールドとが複合キーとして設定され得る。したがって、制御部１３０は、既に保存された周波数テーブルを用いて、温度測定部１２０によって測定されたバッテリーセル１１の温度及び算出したバッテリーセル１１の充電状態に対応する複数の周波数を選択することができる。したがって、既に保存された周波数テーブルには同じ温度に対して相異なる充電状態を有する複数のレコードが存在し得る。例えば、第３及び第４レコードのように、温度Ｔ３℃に対して相異なる充電状態Ｓ３％及びＳ４％を有するレコードが存在し得る。ただし、温度フィールドと充電状態フィールドとを複合キーとして設定することは、既に保存された周波数テーブルに対する一例に過ぎず、これによって既に保存された周波数テーブルが制限されることはない。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、温度、充電状態及び複数の周波数が一つの対を成して保存された周波数テーブルを用いて、バッテリーセル１１の内部状態をより正確に測定可能な複数の周波数を選択することができる。したがって、任意に選択された周波数を有する電流ではなく、バッテリーセル１１の温度及び充電状態に基づいてバッテリー管理装置１００によって選択された複数の周波数を有する電流がバッテリーセル１１に供給されることで、バッテリーセル１１の内部状態をより正確に判断することができる。
また、図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、制御部１３０と接続され、バッテリーセル１１に供給される電流の周波数を前記制御部１３０によって選択された複数の周波数に変更するように構成されたＥＩＳ部をさらに含むことができる。すなわち、ＥＩＳ部１６０は、制御部１３０と電気的に接続されて互いに信号を送受信でき、バッテリーセル１１に正弦波またはパルス形態の電流を印加することができる。
例えば、上述した実施例のように、制御部１３０が既に保存された周波数テーブルを通じてＦ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４を選択したと仮定する。制御部１３０は、ＥＩＳ部１６０にＦ１周波数印加信号を送信し得る。制御部１３０のＦ１周波数印加信号を受信したＥＩＳ部１６０は、Ｆ１周波数を有する電流を出力し、結果的にバッテリーセル１１にはＦ１周波数を有する電流が供給され得る。一例において、バッテリーセル１１に供給される電流はパルス電流である。同様に、制御部１３０は、ＥＩＳ部１６０にＦ２周波数印加信号、Ｆ３周波数印加信号及びＦ４周波数印加信号をそれぞれ送信し得る。このとき、制御部１３０は、一定の時間間隔を置いてＥＩＳ部１６０に相異なる周波数印加信号を送信し得る。例えば、制御部１３０は１０ｍｓの間隔を置いてＥＩＳ部１６０に相異なる周波数印加信号を送信し得る。
また、制御部１３０は、ＥＩＳ部１６０によって周波数が変更された複数の電流がバッテリーセル１１に供給される間に測定された複数の電圧に基づいて、バッテリーセル１１に対するインピーダンスを算出するように構成され得る。制御部１３０は、電圧測定部１１０を通じて測定された複数の電圧に基づいて、各バッテリーセル１１のインピーダンスを算出するように構成され得る。すなわち、制御部１３０は、周波数印加信号をＥＩＳ部１６０に送信し、ＥＩＳ部１６０は、受信した周波数印加信号に基づいて特定周波数を有する電流をバッテリーセル１１に印加することができる。各バッテリーセル１１にＥＩＳ部１６０から出力した周波数を有する電流が供給された直後、電圧測定部１１０は、各バッテリーセル１１の電圧を測定することができる。ここで、制御部１３０は、複数の周波数印加信号をＥＩＳ部１６０に送信し、ＥＩＳ部１６０は、受信した複数の周波数印加信号に基づいて相異なる周波数を有する電流を時間間隔を置いて出力することができる。したがって、電圧測定部１１０は、各バッテリーセル１１に相異なる周波数を有する電流が供給される度に、各バッテリーセル１１の電圧を測定することができる。そして、制御部１３０は、電圧測定部１１０から測定された複数の電圧を受信し、受信した複数の電圧に基づいて各バッテリーセル１１のインピーダンスを算出することができる。バッテリーセル１１に周波数が異なる複数の電流を印加した後、バッテリーセル１１の応答特性を用いてバッテリーセル１１の周波数毎のインピーダンスを測定する方法は、ＥＩＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）との名称で広く知られているため詳しい説明は省略する。
図３の実施形態において、上述した実施例のように、制御部１３０が既に保存された周波数テーブルを通じてＦ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４を選択したと仮定する。制御部１３０はＥＩＳ部１６０にＦ１周波数印加信号を送信し、ＥＩＳ部１６０はＦ１周波数を有する電流をバッテリーセル１１に印加し、電圧測定部１１０はＦ１周波数を有する電流が供給されたバッテリーセル１１の第１電圧を測定し得る。同様に、電圧測定部１１０は、Ｆ２周波数を有する電流が供給されたバッテリーセル１１の第２電圧、Ｆ３周波数を有する電流が供給されたバッテリーセル１１の第３電圧、Ｆ４周波数を有する電流が供給されたバッテリーセル１１の第４電圧を測定し得る。制御部１３０は、電圧測定部１１０から第１～第４電圧を受信し、第１～第４電圧とバッテリーセル１１に印加された交流電流を用いてバッテリーセル１１のインピーダンスを算出し得る。一方、電圧は、各周波数に対して複数回測定可能であるため、第１～第４電圧のそれぞれは一つの電圧データまたは複数の電圧データを含み得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の温度及び充電状態に基づいて選択した複数の周波数をそれぞれ有する電流をバッテリーセル１１に供給することで、バッテリーセル１１のインピーダンスをより正確に決定することができる。
電圧測定部１１０は、推定された充電状態及び測定された温度で、複数の周波数のうちバッテリーセル１１の電圧が予め測定されていない周波数を有する電流がバッテリーセル１１に供給されるときの電圧を測定するように構成され得る。
すなわち、制御部１３０は、既に保存された周波数テーブルから選択した複数の周波数のうち一部に対する周波数印加信号をＥＩＳ部１６０に送信することもできる。ここで、一部周波数は、バッテリーセル１１のインピーダンス決定に使用されていない未使用周波数である。そして、電圧測定部１１０は、未使用周波数を有する電流がバッテリーセル１１に供給されるとき、バッテリーセル１１の電圧を測定することができる。これについて図４を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置に保存されたインピーダンステーブルの一例を示した図である。図４を参照すると、インピーダンステーブルは、バッテリーセル１１の識別番号（ＩＤ）、温度（Ｔ）、充電状態（ＳＯＣ）及びインピーダンス（Ｉ）のフィールドを含むことができる。インピーダンステーブルは保存部１５０に保存され得る。
インピーダンス（Ｉ）フィールドには、制御部１３０によって算出される周波数毎のインピーダンスに対する値が含まれ得る。また、インピーダンス（Ｉ）の個数は、前記既に保存された周波数テーブルでバッテリーセル１１の温度及び充電状態に応じて予め決められた複数の周波数の個数と同一である。
例えば、図４の第１レコード（４０１）は、インピーダンス（Ｉ）フィールドが全て空いている。すなわち、図３を参照すると、第１レコード（４０１）に含まれた温度Ｔ１℃及び充電状態Ｓ１％に対応する周波数Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４に対してはインピーダンスが算出されなかったためである。この場合、上述した実施例のように、制御部１３０は、バッテリーセル１１の温度及び充電状態がそれぞれＴ１℃及びＳ１％状態にある間、周波数Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４それぞれに対する周波数印加信号をＥＩＳ部１６０に送信することができる。そして、ＥＩＳ部１６０は、周波数Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４を有する電流をそれぞれ出力し、電圧測定部１１０は、周波数Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及びＦ１４を有する相異なる電流がバッテリーセル１１に印加されるときバッテリーセル１１の電圧を測定することができる。
図４の第２レコード（４０２）には、インピーダンス（Ｉ）フィールドの一部のみが記録されている。すなわち、図３を参照すると、図４の第２レコード（４０２）のような場合は、温度Ｔ２℃と充電状態Ｓ２％に対応する周波数Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３及びＦ２４のうちＦ２１及びＦ２２に対する周波数印加信号が過去にＥＩＳ部１６０に送信され、Ｆ２１及びＦ２２周波数を有する電流がバッテリーセル１１に印加されるときに測定された電圧に基づいて、Ｉ２１及びＩ２２インピーダンスが予め算出された場合である。このような場合は、周波数Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３及びＦ２４それぞれに対するインピーダンスＩ２１、Ｉ２２、Ｉ２３及びＩ２４を算出する過程で、内部または外部の何らかの原因によってＩ２３及びＩ２４が算出される前にインピーダンス算出過程が終了した場合である。このような場合に制御部１３０は、既に算出したインピーダンスをインピーダンステーブルに記録し得る。そして、制御部１３０は、インピーダンスを算出する過程で、インピーダンステーブルを参照して、既に算出したインピーダンスに対しては重複して算出しなくてもよい。すなわち、図４の第２レコードの場合、制御部１３０はＩ２１及びＩ２２の算出は省略し、Ｉ２３及びＩ２４のみを算出し得る。したがって、制御部１３０は、Ｆ２３及びＦ２４に対する周波数印加信号のみをＥＩＳ部１６０に送信することができる。そして、ＥＩＳ部１６０は周波数Ｆ２３及びＦ２４を有する電流をそれぞれ出力し、電圧測定部１１０は周波数Ｆ２３及びＦ２４を有する電流それぞれがバッテリーセル１１に印加されるときにバッテリーセル１１の電圧を測定することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、周波数テーブル及びインピーダンステーブルを保存し、既に測定した値を記録しておくことで、同じ条件でインピーダンスが重複して算出されることを予め防止することができる。したがって、バッテリーモデルの更新にかかる時間が短縮され、バッテリーセル１１の急速充電状況でもバッテリーモデルを迅速に更新することができる。
望ましくは、パラメータ推定値は、ニューラルネットワークを用いて取得された値であって、予め定義されたバッテリーモデルのパラメータに対応する値を含むことができる。すなわち、制御部１３０は、ニューラルネットワークから出力された値を加工してパラメータ推定値を取得し、取得されたパラメータ推定値は予め定義されたバッテリーモデルのパラメータのうち一部に対応することができる。
したがって、制御部１３０は、バッテリーモデルのパラメータのうち取得したパラメータ推定値に対応するパラメータを取得したパラメータ推定値に変更してバッテリーモデルを１次更新するように構成され得る。
本発明において、バッテリーモデルは、予め学習されたニューラルネットワークを通じてバッテリーセル１１の温度、充電状態及びインピーダンスに基づいて更新されるため、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１のそれぞれに対して最適化したバッテリーモデルを用いてそれぞれのバッテリーセル１１の内部状態をより正確に判断することができる。
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、制御部１３０と接続され、バッテリーセル１１に電流を供給する充電部１７０をさらに含むことができる。すなわち、バッテリーセル１１に電流を供給する充電部１７０は、バッテリー管理装置１００の内部に含まれてもよく、バッテリー管理装置１００の外部に備えられてもよい。
バッテリー管理装置１００の内部に含まれる充電部１７０及びバッテリー管理装置１００の外部に備えられる充電部１７０は、何れも制御部１３０と電気的に接続され、バッテリーセル１１に電流を供給することができる。
一実施例において、バッテリー管理装置１００の外部に備えられた充電部１７０は、コネクタを通じて制御部１３０と接続され得る。前記コネクタには通信線路が含まれ、充電部１７０が制御部１３０と通信可能である。
充電部１７０は、制御部１３０によって前記バッテリーモデルが１次更新されれば、前記推定された充電状態と前記測定された温度に応じて既に設定されたＣ－レートで前記バッテリーセル１１を充電するように構成され得る。すなわち、充電部１７０は、制御部１３０によってバッテリーモデルが１次更新されれば、制御部１３０の要請に従って、バッテリーセル１１の推定された充電状態と測定された温度に応じて既に設定されたＣ－レートでバッテリーセル１１を充電することができる。充電部１７０は、バッテリーモデルの１次更新が完了すれば、制御部１３０から既に設定されたＣ－レートを含むバッテリー充電信号を受信し得る。このとき、充電部１７０は、既に設定されたＣ－レートでバッテリーセル１１を充電することができる。既に設定されたＣ－レートは保存部１５０に保存されたものであって、制御部１３０は、バッテリー充電信号とともに既に設定されたＣ－レートを充電部１７０に送信し得る。
制御部１３０は、既に設定されたＣ－レートでバッテリーセル１１が充電されるとき、同一時点で測定された測定電圧値と１次更新されたバッテリーモデルから取得した推定電圧値との電圧差に応じてバッテリーモデルのパラメータを更新してバッテリーモデルを２次更新するように構成され得る。すなわち、電圧測定部１１０は、既に設定されたＣ－レートで充電される第１時点でバッテリーセル１１の電圧を測定し、測定した測定電圧値を制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、前記第１時点で更新されたバッテリーモデルを用いて推定電圧値を取得し、取得した推定電圧値と受信した測定電圧値とを比較することができる。そして、制御部１３０は、比較結果に基づいてバッテリーモデルを２次更新することができる。
上述した例示と同様に、制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差に応じてバッテリーモデルを２次更新することができる。ここで、電圧差は「｜推定電圧値－測定電圧値｜」によって算出され得る。
一実施例において、充電部１７０が４ＣのＣ－レートでバッテリーセル１１を充電しており、同一時点を基準にして測定電圧値が４．０５［Ｖ］と測定され、推定電圧値が４．１［Ｖ］と取得されたと仮定する。制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差の絶対値の大きさに応じてバッテリーモデルを２次更新し得る。すなわち、制御部１３０は、０．０５［Ｖ］の誤差を補正するため、バッテリーモデルを２次更新し得る。具体的には、制御部１３０は、０．０５［Ｖ］の誤差を補正するため、バッテリーモデルに含まれたパラメータのうちパラメータ推定値を通じて１次更新されたパラメータを更新し得る。
本発明によれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、既に設定されたＣ－レートでバッテリーセル１１を充電しながら、測定電圧値と推定電圧値との電圧差に応じてバッテリーモデルを２次更新することができる。このようにバッテリー管理装置１００は、バッテリーモデルを複数回更新することで、バッテリーモデルの出力値に対する信頼度を向上させ、バッテリーセル１１の内部状態をより正確に判断することができる。
制御部１３０は、前記電圧差が臨界値以上であれば、前記充電部を制御して充電電流のＣ－レートを変更するように構成され得る。
ここで、臨界値は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差の絶対値に対する臨界値であって、保存部１５０に予め保存された値であり得る。
制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値以上であれば、異常充電状態であると判断し、充電部１７０にＣ－レートの変更を命令する信号を送信し得る。すなわち、制御部１３０は、充電部１７０にＣ－レートの変更を命令し、バッテリーセル１１に供給される電流の強さを調整することができる。
逆に、制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値未満であれば、推定電圧値が正常範囲に属すると判断し、更新されたバッテリーモデルをそれ以上更新しない。
本発明によれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、制御部１３０によって推定された推定電圧値と電圧測定部１１０によって測定された測定電圧値とが完壁に同一でなくても、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が設定された臨界値未満であれば、バッテリーモデルの２次更新を終了させることで、バッテリーモデルの最適化にかかる時間を短縮することができる。また、バッテリー管理装置１００は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値以上であれば、Ｃ－レート、すなわち、バッテリーセル１１に供給される電流の強さを調整することで、電圧差を補正することができる。
望ましくは、制御部は、前記電圧差が臨界値以上であって、前記推定電圧値が前記測定電圧値以上である場合、前記充電部を制御して前記Ｃ－レートを増加させるように構成され得る。
例えば、上述した例示と同様に、同一時点を基準にして推定電圧値が４．１［Ｖ］であり、測定電圧値が４．０５［Ｖ］であり、臨界値が０．０５［Ｖ］で設定されたと仮定する。制御部１３０は、測定電圧値と推定電圧値との電圧差の絶対値として０．０５［Ｖ］を算出する。この場合、臨界値と算出された電圧差とが同じであり、推定電圧値が測定電圧値以上であるため、制御部１３０は、充電部１７０にＣ－レートの増加を命令するＣ－レート増加信号を送信し得る。すなわち、既に設定されたＣ－レートでバッテリーセル１１を充電しても、測定電圧値が推定電圧値に到達できなかった場合であるため、制御部１３０は、未だバッテリーセル１１の充電限界値に到達していないと判断して、Ｃ－レート増加信号を充電部１７０に送信することができる。
逆に、制御部は、前記電圧差が臨界値以上であって、前記推定電圧値が前記測定電圧値未満である場合、前記充電部を制御して前記Ｃ－レートを減少させるように構成され得る。
例えば、推定電圧値が４［Ｖ］であり、測定電圧値が４．１［Ｖ］であり、臨界値が０．０５［Ｖ］に設定されたと仮定する。制御部１３０は、測定電圧値と推定電圧値との電圧差の絶対値として０．１［Ｖ］を算出する。この場合、算出された電圧差が臨界値を超え、推定電圧値が測定電圧値未満であるため、制御部１３０は、充電部１７０にＣ－レートの減少を命令するＣ－レート減少信号を送信し得る。すなわち、既に設定されたＣ－レートでバッテリーセル１１を充電して測定電圧値が推定電圧値を超過した場合であるため、制御部１３０は、既に設定されたＣ－レートがバッテリーセル１１の充電限界値に近いか又は限界値を超えたと判断して、充電部１７０を制御してＣ－レートを減少させることができる。
本発明によれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、電圧差、臨界値、推定電圧値及び測定電圧値をすべて考慮してＣ－レートを増加または減少させることができる。したがって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１に印加される電流を調整することで、バッテリーモデルのパラメータを最適化する過程でバッテリーセル１１の過充電または過放電を予め防止することができる。
制御部１３０は、Ｃ－レートが変更された後、同一時点で電圧測定部１１０で測定されたバッテリーセル１１の測定電圧値と学習されたバッテリーモデルを用いて取得した推定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまで、バッテリーモデルのパラメータを調整するように構成され得る。制御部１３０は、電圧差が臨界値未満になるまでバッテリーモデルのパラメータを調整することで、バッテリーモデルを２次更新し得る。具体的には、バッテリーモデルのパラメータのうち１次更新過程でパラメータ推定値で更新されたパラメータが２次更新され得る。
一実施例において、制御部１３０は、１次更新されたバッテリーモデルを用いて第１時点で取得した推定電圧値と第１時点で測定されたバッテリーセル１１の測定電圧値との第１電圧差を臨界値と比較し得る。第１電圧差が臨界値以上であれば、制御部１３０は、充電電流の大きさを調整し得る。そして、制御部１３０は、１次更新されたバッテリーモデルを用いて第２時点で取得した推定電圧値と第２時点で測定されたバッテリーセル１１の測定電圧値との第２電圧差を臨界値と比較することができる。第２電圧差が臨界値以上であれば、制御部１３０は、１次更新されたバッテリーモデルのパラメータを変更し、バッテリーモデルを２次更新し得る。望ましくは、制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値未満の条件が満たされるまで、バッテリーモデルのパラメータを繰り返して調整し得る。
本発明によれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまでバッテリーモデルを更新するため、バッテリーモデルの出力である推定電圧値に対する信頼度をさらに向上させることができる。
制御部１３０は、前記バッテリーセルが充電される間、前記２次更新されたバッテリーモデルを用いて前記バッテリーセルの負極に対する状態情報を推定し得る。例えば、バッテリーセル１１の負極に対する状態情報は、バッテリーセル１１の負極に対するリチウムイオン推定比率及び負極電位のうち少なくとも一つを含み得る。
すなわち、２次更新されたバッテリーモデルは、バッテリーセル１１に対する推定電圧値だけでなく、バッテリーセル１１の負極に対する表面リチウムイオン濃度及び負極電位のうち少なくとも一つ以上を決定するように構成され得る。ここで、表面リチウムイオン濃度は数式４の
Figure 0007063440000011
 であり、負極電位は数式２の
Figure 0007063440000012
 である。
制御部１３０は、推定したバッテリーセルの負極に対する状態情報が臨界条件に到達しないように、バッテリーセルに印加される充電電流の大きさを調節するように構成され得る。例えば、制御部１３０は、リチウムイオン推定比率が上限臨界値に到達しないように、バッテリーセル１１の充電電流の大きさを調節するように構成され得る。また、制御部１３０は、負極電位が下限臨界値に到達しないように、前記バッテリーセル１１の充電電流の大きさを調節するように構成され得る。すなわち、制御部１３０は、取得したリチウムイオン推定比率または負極電位に基づいて、バッテリーセル１１の充電電流の大きさを調節し得る。
ここで、バッテリーセル１１の負極に対するリチウムイオン推定比率及び負極電位は、バッテリーセル１１の急速充電時に必須に考慮される因子である。リチウムイオン推定比率が臨界値以上になるか又は負極電位がマイナス電位を有する場合、制御部１３０は、バッテリーセル１１にリチウムメッキ（Ｌｉ ｐｌａｔｉｎｇ）が発生したと判断し得る。すなわち、制御部１３０は、バッテリーセル１１の負極でリチウムイオン同士が結合してリチウムとして析出されたと判断し得る。リチウムは水と激しく反応する金属であって、バッテリーセル１１の内部でリチウムイオンの結合によりリチウムが析出される場合、バッテリーセル１１の内部に染み込む水分などによってバッテリーセル１１が膨れ上がるスウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が生じ、バッテリーセル１１の爆発につながるおそれがある。したがって、制御部１３０は、２次更新されたバッテリーモデルからバッテリーセル１１の負極に対するリチウムイオン推定比率及び負極電位のうち少なくとも一つを取得し、バッテリーセル１１の充電過程で、バッテリーセル１１の内部状態に対応するＣ－レートを決定し得る。そして、制御部１３０は、充電部１７０を制御して現在バッテリーセルに印加される充電電流のＣ－レートを決定したＣ－レートに変更することができる。
図５は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置において、バッテリーモデルから取得した負極のリチウムイオン推定比率の一例を示した図である。図６は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置において、バッテリーモデルから取得した負極電位の一例を示した図である。
図５を参照すると、制御部１３０は、２次更新されたバッテリーモデルからバッテリーセル１１の負極に対するリチウムイオン推定比率を決定することができる。ここで、リチウムイオン推定比率は、２次更新されたバッテリーモデルによって推定された値であって、「リチウムイオン推定濃度÷リチウムイオン濃度臨界値」によって算出され得る。すなわち、リチウムイオン推定比率は、リチウムイオン濃度臨界値に対するリチウムイオン推定濃度の比率であり得る。ここで、リチウムイオン推定濃度は数式４の
Figure 0007063440000013
 であり、リチウムイオン濃度臨界値は、負極でリチウムメッキが発生する臨界値であって、実験を通じて予め設定される値である。
図５の実施形態において、バッテリーセル１１のリチウムイオン推定比率は充電時間が増加するほど１に近くなっている。したがって、充電によってバッテリーセル１１のリチウムイオン推定濃度がリチウムイオン濃度臨界値に近づいているため、制御部１３０は、リチウムイオン推定濃度がリチウムイオン濃度臨界値付近の予め設定された値まで増加すれば、バッテリーセル１１の充電Ｃ－レートが減少するように、Ｃ－レート減少信号を充電部１７０に送信し得る。
また、図６を参照すると、制御部１３０は、２次更新されたバッテリーモデルからバッテリーセル１１に対する負極電位を決定することができる。ここで、負極電位は、２次更新されたバッテリーモデルによって推定された値であって、数式２の
Figure 0007063440000014
 である。図６の実施形態において、バッテリーセル１１の負極電位は充電時間が増加するほど０［Ｖ］に近くなっている。したがって、制御部１３０は、負極電位が０［Ｖ］付近の予め設定された値まで低下すれば、バッテリーセル１１の充電Ｃ－レートが減少するように、Ｃ－レート減少信号を充電部１７０に送信し得る。すなわち、制御部１３０は、充電部１７０を制御してバッテリーセル１１に印加される充電電流のＣ－レートを減少させることができる。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１に対して事実上直接的に測定できないリチウムイオン推定比率及び負極電位を２次更新されたバッテリーモデルを用いて推定することで、バッテリーセル１１の内部状態をより正確に測定し、バッテリーセル１１に最適化した充電電流を決定することができる。したがって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の急速充電時に充電Ｃ－レートを適切に調整し、安全且つ迅速にバッテリーセル１１を急速充電することができる。
図７は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示したフロー図である。バッテリー管理方法は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００によって実行できる。
図７を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法は、周波数選択段階Ｓ１００、インピーダンス算出段階Ｓ２００、パラメータ推定値取得段階Ｓ３００、バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００及びバッテリーモデル２次更新段階Ｓ５００を含むことができる。
周波数選択段階Ｓ１００は、バッテリーセル１１の温度及び充電状態に対応する複数の周波数を選択する段階であって、制御部１３０によって実行できる。
制御部１３０は、保存部１５０に既に保存された周波数テーブルを用いて、バッテリーセル１１の現在温度及び充電状態に対応する複数の周波数を選択し得る。現在温度及び充電状態の算出方法については上述した。
インピーダンス算出段階Ｓ２００は、周波数選択段階Ｓ１００で選択された複数の周波数を有する電流をバッテリーセル１１に印加して前記バッテリーセル１１の周波数毎のインピーダンスを算出する段階であって、制御部１３０及びＥＩＳ部１６０によって実行できる。
まず、制御部１３０は、周波数選択段階Ｓ１００で選択した複数の周波数をＥＩＳ部１６０に送信することができる。そして、ＥＩＳ部１６０は、一定の時間間隔を置いて、受信した複数の周波数に対応する相異なる電流をバッテリーセル１１に印加することができる。
また、制御部１３０は、周波数選択段階で選択した複数の周波数を一定の時間間隔を置いてＥＩＳ部１６０に一つずつ送信し得る。この場合、ＥＩＳ部１６０は、制御部１３０から周波数を受信すれば、受信した周波数を有する電流を直ちにバッテリーセル１１に印加し得る。
電圧測定部１１０は、周波数の異なる複数の電流がバッテリーセル１１に供給される度に、バッテリーセル１１の電圧を１回以上測定することができる。そして、電圧測定部１１０は、測定した電圧に対する電圧値を制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、電圧測定部１１０から受信した電圧値に基づいてバッテリーセル１１のインピーダンスを算出することができる。
パラメータ推定値取得段階Ｓ３００は、前記インピーダンス算出段階Ｓ２００で算出された周波数毎のインピーダンスを予め学習されたニューラルネットワークに入力して予め定義されたバッテリーモデルのパラメータ推定値を取得する段階であって、制御部１３０によって実行できる。
具体的には、パラメータ推定値取得段階Ｓ３００は、予め学習されたニューラルネットワークを用いて、バッテリーセル１１の温度、充電状態及びインピーダンスに基づいて予め定義されたバッテリーモデルに対するパラメータ推定値を取得する段階である。
すなわち、制御部１３０は、温度測定部１２０から受信したバッテリーセル１１の温度、電圧測定部１１０から受信したバッテリーセル１１の開放回路電圧に基づいて推定した充電状態、及びインピーダンス算出段階Ｓ２００で算出したインピーダンスを、予め学習されたニューラルネットワークに入力し得る。そして、制御部１３０は、ニューラルネットワークから出力抵抗及び容量に関連する値を取得し、取得した抵抗及び容量に関連する値を加工してパラメータ推定値を取得することができる。
バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００は、取得されたパラメータ推定値を用いてバッテリーモデルを１次更新する段階であって、制御部１３０によって実行できる。
制御部１３０は、バッテリーモデルのパラメータのうち一部をパラメータ推定値取得段階Ｓ３００で取得したパラメータ推定値に変更することができる。すなわち、ニューラルネットワークを用いて取得したパラメータ推定値はバッテリーモデルのパラメータのうち一部に対応するため、制御部１３０は、バッテリーモデルのパラメータのうち一部を取得したパラメータ推定値に変更することで、バッテリーモデルを１次更新することができる。
バッテリーモデル２次更新段階Ｓ５００は、前記バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００で１次更新されたバッテリーモデルを通じて算出された推定電圧値と前記バッテリーセル１１に対する測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまで前記バッテリーモデルのパラメータを繰り返して調整して前記バッテリーモデルを２次更新する段階であって、制御部１３０によって実行できる。
具体的には、バッテリーモデル２次更新段階Ｓ５００は、バッテリーセル１１の充電を予め設定されたＣ－レートで進行しながら、１次更新されたバッテリーモデルを用いて算出した推定電圧値とバッテリーセル１１の実測電圧である測定電圧値との電圧差に応じてバッテリーモデルのパラメータを再度調整することで、バッテリーモデルを２次更新する段階である。
制御部１３０は、バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００で取得されたバッテリーモデルから正極相電位及び負極相電位を取得し、取得した正極相電位と負極相電位との差を通じてバッテリーセル１１に対する推定電圧値を取得し得る。そして、電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の電圧を測定し、測定した測定電圧値を制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値以上であれば、バッテリーモデルのパラメータを調整し得る。
また、制御部１３０は、バッテリーモデルのパラメータが調整される度にバッテリーモデルを用いて推定電圧値を取得し、取得した推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまでバッテリーモデル２次更新段階Ｓ５００を繰り返し得る。望ましくは、推定電圧値の推定時点と測定電圧値の測定時点とは同一である。
図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示したフロー図である。図８に示されたバッテリー管理方法は、図７に示されたバッテリー管理方法に、バッテリーセル１１の状態確認段階Ｓ１１０及び温度測定及び充電状態推定段階Ｓ１２０をさらに含むことができる。すなわち、図７及び図８に示されたバッテリー管理方法において、周波数選択段階Ｓ１００、インピーダンス算出段階Ｓ２００、パラメータ推定値取得段階Ｓ３００、バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００及びバッテリーモデル２次更新段階Ｓ５００はそれぞれ同じ段階である。
図８に示されたバッテリー管理方法も本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置で動作できる。
バッテリーセル１１の状態確認段階Ｓ１１０は、バッテリーセル１１の状態が開放回路電圧を測定可能な安定化した状態であるか否かを確認する段階である。
電流測定部１４０は、バッテリーセル１１の電流を測定し、測定した電流に対する電流値を制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、電流測定部１４０から電流値を受信し、受信した電流値が０［Ａ］または０［Ａ］から正常範囲内に属する値であって、バッテリーセル１１の無負荷状態または低電流状態が予め設定された時間続いた場合、バッテリーセル１１が安定化した状態であると判断し得る。
温度測定及び充電状態推定段階Ｓ１２０は、安定化した状態のバッテリーセル１１の温度を測定し、充電状態を推定する段階である。
バッテリーセル１１の状態確認段階Ｓ１１０でバッテリーセル１１の状態が安定化した状態であると判断されれば、温度測定部１２０はバッテリーセル１１の温度を測定し、電圧測定部１１０はバッテリーセル１１の開放回路電圧を測定し得る。
制御部１３０は、温度測定部１２０からバッテリーセル１１の温度値を受信し、電圧測定部１１０からバッテリーセル１１の開放回路電圧値を受信し得る。制御部１３０は、受信した開放回路電圧値に基づいて開放回路電圧－充電状態ルックアップテーブルを参照し、前記開放回路電圧値に対応するバッテリーセル１１の充電状態を推定することができる。
その後は図７を参照して上述したように、周波数選択段階Ｓ１００が実行される。
図９は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法において、バッテリーモデル２次更新段階の一例を具体的に示したフロー図である。
図９を参照すると、バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００の後、バッテリーモデル２次更新段階は、第１比較段階Ｓ５１０、Ｃ－レート調整段階Ｓ５２０、第２比較段階Ｓ５３０、及びバッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０を含み得る。
第１比較段階Ｓ５１０は、バッテリーセル１１を予め設定されたＣ－レートで充電しながら、バッテリーモデル１次更新段階Ｓ４００で更新されたバッテリーモデルを用いて取得された推定電圧値とバッテリーセル１１の実測電圧値である測定電圧値とを比較する段階である。ここで、推定電圧値の推定時点と実測電圧値の測定時点とは同一である。
制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が既に設定された臨界値未満であるか否かを判断し得る。
Ｃ－レート調整段階Ｓ５２０は、前記電圧差が既に設定された臨界値以上である場合に実行される段階であって、前記電圧差に応じてバッテリーセル１１の充電Ｃ－レートを調整する段階である。
制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が既に設定された臨界値以上であって、推定電圧値が測定電圧値以上であれば、Ｃ－レート増加信号を充電部１７０に送信し得る。
逆に、制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が既に設定された臨界値以上であって、推定電圧値が測定電圧値未満であれば、Ｃ－レート減少信号を充電部１７０に送信し得る。
充電部１７０は、制御部１３０から受信したＣ－レート増加信号またはＣ－レート減少信号に従って充電Ｃ－レートを調整し得る。すなわち、制御部１３０は、充電部１７０を制御してバッテリーセル１１に印加される充電電流のＣ－レートを調整することができる。
第２比較段階Ｓ５３０は、Ｃ－レート調整後に測定されたバッテリーセル１１の測定電圧値と更新されたバッテリーモデルを用いて取得された推定電圧値との電圧差を比較する段階である。ここで、推定電圧値の推定時点と測定電圧値の測定時点とは同一である。
Ｃ－レート調整段階Ｓ５２０の後、電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の電圧に対する第２測定電圧値を測定し、測定した第２測定電圧値を制御部１３０に送信し得る。すなわち、第１比較段階Ｓ５１０ではＣ－レートを調整する前のバッテリーセル１１の第１測定電圧値とバッテリーモデルから出力された第１推定電圧値との電圧差が比較されたが、第２比較段階Ｓ５３０ではＣ－レートが調整された後のバッテリーセル１１の第２測定電圧値と第１推定電圧値との電圧差が比較される。
バッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０は、第２比較段階Ｓ５３０の比較結果に基づいてバッテリーモデルのパラメータを調整することでバッテリーモデルを２次更新する段階である。
制御部１３０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が既に設定された臨界値以上であれば、バッテリーモデルのパラメータを調整してバッテリーモデルを２次更新することができる。
選択的に、第２比較段階Ｓ５３０の後は第１比較段階Ｓ５１０後と異なって、電圧差が既に設定された臨界値以上であってもＣ－レートを調整しないこともある。
バッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０が完了した後、再び第２比較段階Ｓ５３０が実行される。この場合、第２比較段階Ｓ５３０では、バッテリーセル１１の第２測定電圧値とパラメータが調整されたバッテリーモデルを用いて取得された第２推定電圧値との電圧差が比較される。第２比較段階Ｓ５３０及びバッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０は、推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまで繰り返して実行され得る。
図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法において、バッテリーモデル２次更新段階の他の一例を具体的に示したフロー図である。
図１０に示されたバッテリーモデル２次更新段階と図９に示されたバッテリーモデル２次更新段階との主な相違点は、第２比較段階Ｓ５３０及びバッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０の後にＣ－レート調整段階Ｓ５２０が実行されるか否かである。
図９に示されたバッテリー管理方法では、第１比較段階Ｓ５１０の後にＣ－レート調整段階Ｓ５２０が実行され、その後はＣ－レートが調整されないが、図１０に示されたバッテリー管理方法では、第１比較段階Ｓ５１０及びＣ－レート調整段階Ｓ５２０が実行された後、第２比較段階Ｓ５３０及びバッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０の後にもＣ－レート調整段階Ｓ５２０が実行される。
すなわち、図１０を参照すると、第２比較段階Ｓ５３０で推定電圧値と測定電圧値との電圧差が臨界値以上である場合、バッテリーモデルのパラメータ調整段階Ｓ５４０でバッテリーモデルのパラメータが調整された後、Ｃ－レートが調整され得る。
一実施例において、上述した例示のように、第２比較段階Ｓ５３０で第１推定電圧値と第２測定電圧値との電圧差が比較される。そして、前記電圧差が臨界値以上である場合、バッテリーモデルのパラメータが調整され、Ｃ－レートが調整され得る。その後、第２比較段階Ｓ５３０では、パラメータが調整されたバッテリーモデルを用いて取得された第２推定電圧値と調整されたＣ－レートで充電されるバッテリーセル１１の電圧である第３測定電圧値との電圧差が比較され得る。
図１０に示されたバッテリー管理方法によれば、繰り返される実行過程でバッテリーモデルのパラメータ及びＣ－レートがすべて調整されるため、バッテリーモデルをバッテリーセル１１により適応的に更新することができる。
本発明によるバッテリーパック１０００は、上述した本発明によるバッテリー管理装置１００を含むことができる。また、本発明によるバッテリーパック１０００は、バッテリー管理装置１００の他に、バッテリーセル１１、各種の電装品（ＢＭＳ、リレー、ヒューズなど）及びパックケースなどをさらに含むことができる。
また、本発明のさらに他の実施形態において、バッテリー管理装置１００は、電気自動車、エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）などのように電気エネルギーを使用する多様な装置に搭載され得る。
特に、本発明によるバッテリー管理装置１００は、電気自動車に含まれ得る。すなわち、本発明による電気自動車は、本発明によるバッテリー管理装置１００を含むことができる。ここで、バッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１０００に含まれた形態であり得るが、バッテリーパック１０００とは別途の装置として具現されてもよい。
例えば、バッテリー管理装置１００の少なくとも一部は、自動車のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって具現され得る。また、本発明による自動車は、このようなバッテリー管理装置１００の他に、自動車に通常備えられる筐体や電子装備などを含むことができる。例えば、本発明による自動車は、本発明によるバッテリー管理装置１００の他にも、コンタクタ、インバータ、モータ、一つ以上のＥＣＵなどを含み得る。ただし、本発明は、バッテリー管理装置１００以外の自動車の他の構成要素などについては特に限定しない。
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。
１０：バッテリーモジュール
１１：バッテリーセル
１００：バッテリー管理装置
１１０：電圧測定部
１２０：温度測定部
１３０：制御部
１４０：電流測定部
１５０：保存部
１６０：ＥＩＳ部
１７０：充電部
１０００：バッテリーパック

Claims (15)

  1. バッテリーセルの電圧及び開放回路電圧を測定するように構成された電圧測定部と、
    前記バッテリーセルの温度を測定するように構成された温度測定部と、
    前記電圧測定部によって測定された開放回路電圧に応じて前記バッテリーセルの充電状態を推定し、推定された充電状態、及び前記温度測定部によって測定された温度に対応する複数の周波数を選択し、選択された複数の周波数を有する電流を前記バッテリーセルに印加して前記バッテリーセルに対する周波数毎のインピーダンスを算出し、前記算出された周波数毎のインピーダンスを予め学習されたニューラルネットワークに入力して予め定義されたバッテリーモデルのパラメータ推定値を取得し、取得されたパラメータ推定値を用いて前記バッテリーモデルを１次更新し、１次更新されたバッテリーモデルを通じて算出された推定電圧値と前記電圧測定部によって測定された測定電圧値との電圧差が閾値未満になるまで前記バッテリーモデルのパラメータを調整して前記バッテリーモデルを２次更新するように構成された制御部と、を含む、バッテリー管理装置。
  2. 前記複数の周波数は、前記バッテリーセルの温度及び充電状態に対応する複数の周波数を定義している既に保存された周波数テーブルから選択された周波数を含む、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記制御部と接続され、前記バッテリーセルに供給される電流の周波数を前記制御部の要請に従って前記選択された複数の周波数に変更するように構成されたＥＩＳ部をさらに含み、
    前記制御部は、前記ＥＩＳ部によって周波数が変更された複数の電流が前記バッテリーセルに供給される間に測定された複数の電圧に基づいて、前記バッテリーセルのインピーダンスを算出するように構成された、請求項１または２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記電圧測定部は、前記推定された充電状態及び前記測定された温度で、前記複数の周波数のうち前記バッテリーセルの電圧が予め測定されていない周波数を有する電流が前記バッテリーセルに供給されるときの前記バッテリーセルの電圧を測定するように構成された、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記パラメータ推定値は、前記予め定義されたバッテリーモデルのパラメータに対応する値を含むように構成され、
    前記制御部は、前記バッテリーモデルのパラメータのうち前記取得されたパラメータ推定値に対応するパラメータを前記取得されたパラメータ推定値に変更して前記バッテリーモデルを１次更新するように構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記制御部と接続され、前記バッテリーセルに電流を供給し、前記制御部によって前記バッテリーモデルが１次更新されれば、前記推定された充電状態と前記測定された温度に応じて既に設定されたＣ－レートで前記バッテリーセルを充電するように構成された充電部をさらに含み、
    前記制御部は、前記充電部によって前記既に設定されたＣ－レートで前記バッテリーセルが充電されるとき、同一時点で測定された測定電圧値と前記１次更新されたバッテリーモデルから取得した推定電圧値との比較結果に基づいて、前記バッテリーモデルのパラメータを更新して前記バッテリーモデルを２次更新するように構成された、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記制御部は、前記電圧差が閾値以上であれば、前記充電部を制御して充電電流のＣ－レートを変更するように構成された、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記制御部は、
    前記電圧差が閾値以上であって、前記推定電圧値が前記測定電圧値以上である場合、前記充電部を制御して前記Ｃ－レートを増加させ、
    前記電圧差が閾値以上であって、前記推定電圧値が前記測定電圧値未満である場合、前記充電部を制御して前記Ｃ－レートを減少させるように構成された、請求項７に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記制御部は、前記Ｃ－レートが変更された後、同一時点で前記電圧測定部で測定した前記バッテリーセルの測定電圧値と前記２次更新されたバッテリーモデルを用いて取得した推定電圧値との電圧差が前記閾値未満になるまで、前記バッテリーモデルのパラメータを更新するように構成された、請求項７に記載のバッテリー管理装置。
  10. 前記制御部は、前記バッテリーセルが充電される間、前記２次更新されたバッテリーモデルを用いて前記バッテリーセルの負極に対する状態情報を推定し、前記推定された状態情報が臨界条件に到達しないようにバッテリーセルに印加される充電電流の大きさを調節するように構成された、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  11. 前記状態情報は、前記バッテリーセルの負極に対するリチウムイオン推定比率及び負極電位のうち少なくとも一つを含むように構成された、請求項１０に記載のバッテリー管理装置。
  12. 前記制御部は、前記リチウムイオン推定比率が上限閾値に到達しないように、前記バッテリーセルの充電電流の大きさを調節するように構成された、請求項１１に記載のバッテリー管理装置。
  13. 前記制御部は、前記負極電位が下限閾値に到達しないように、前記バッテリーセルの充電電流の大きさを調節するように構成された、請求項１１に記載のバッテリー管理装置。
  14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
  15. バッテリーセルの温度及び充電状態に対応する複数の周波数を選択する周波数選択段階と、
    前記周波数選択段階で選択された複数の周波数を有する電流を前記バッテリーセルに印加して前記バッテリーセルの周波数毎のインピーダンスを算出するインピーダンス算出段階と、
    前記インピーダンス算出段階で算出された周波数毎のインピーダンスを予め学習されたニューラルネットワークに入力して予め定義されたバッテリーモデルのパラメータ推定値を取得するパラメータ推定値取得段階と、
    前記パラメータ推定値取得段階で取得されたパラメータ推定値を用いて前記バッテリーモデルを１次更新するバッテリーモデル１次更新段階と、
    前記バッテリーモデル１次更新段階で１次更新されたバッテリーモデルを通じて算出された推定電圧値と前記バッテリーセルに対する測定電圧値との電圧差が臨界値未満になるまで前記バッテリーモデルのパラメータを調整して前記バッテリーモデルを２次更新するバッテリーモデル２次更新段階と、を含む、バッテリー管理方法。
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