JP7148049B2 - 非破壊抵抗分析を用いたバッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

非破壊抵抗分析を用いたバッテリー管理装置及び方法 Download PDF

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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、非破壊抵抗分析を用いてバッテリーセルの抵抗変化を分析する非破壊抵抗分析を用いた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１９日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００４６３０８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。
最近、ノートブックＰＣ、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、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化したバッテリーとしては、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があり、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、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。
しかし、リチウム二次電池は、充放電によって負極にリチウム金属が析出されるリチウムプレート（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｌａｔｅ）現象が起こり得、このようなリチウムプレート現象によって、最悪の場合には二次電池が脹れ上がるスウェリング現象（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）、二次電池の破裂または発火が起こり得る危険性がある。
そこで、このような危険性を予測及び予防するために、従来技術である特許文献１においては、蓄電量Ｑと電圧Ｖに基づいたＱ－ｄＶ／ｄＱ曲線に沿って二次電池の異常充電状態を判断するリチウム二次電池の異常充電状態検出装置及び検査方法を開示している。
しかし、特許文献１は、二次電池に異常充電状態が発生したか否かのみを事後的に判断する構成を開示しているだけで、Ｑ－ｄＶ／ｄＱ曲線の解釈によって二次電池の制御条件を変更することで二次電池の異常充電状態発生の原因を解決する構成は、一切開示していない。
韓国公開特許第１０－２０１２－００９９５８３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、二次電池のＱ－Ｖ曲線及びＱ－ｄＶ／ｄＱ曲線に基づいて抽出されたピーク値に応じて、二次電池の初期状態（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ，ＢｏＬ）に対する現在状態の抵抗変化率を算出し、算出された抵抗変化率に応じて二次電池の充電電流及び放電電流の少なくとも一つを調整することで、二次電池の充放電制御条件を変更することができる非破壊抵抗分析を用いた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、下記する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。
上記の課題を達成するための本発明の多様な実施例は、以下のようである。
本発明の一面によるバッテリー管理装置は、バッテリーセルの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電流を測定するように構成された電流測定部と、前記電圧測定部及び電流測定部と接続し、前記電圧測定部から測定された電圧に対する電圧値を受信し、前記電流測定部から測定された電流に対する電流値を受信し、前記受信した電流値に基づいて前記バッテリーセルの蓄電量を推定し、前記推定された蓄電量及び受信した電圧値に基づいて前記バッテリーセルに対する蓄電量－電圧曲線を獲得し、獲得した蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出し、抽出された複数の変曲点のうち所定の条件を満たす特定ポイントの蓄電量を抽出し、前記蓄電量－電圧曲線の導関数から前記抽出された特定ポイントの蓄電量に対する第１関数値を算出し、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから前記第１関数値に対応する第２関数値を抽出し、前記第１関数値及び前記第２関数値に基づいて前記バッテリーセルの初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出するように構成された制御部と、を含み得る。
前記制御部は、前記抵抗変化率に応じて前記バッテリーセルに設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つの大きさを調整するように構成され得る。
前記制御部は、前記第１関数値が前記第２関数値よりも小さい場合にのみ、前記バッテリーセルに設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つを減少させるように構成され得る。
前記制御部は、前記第２関数値に対する前記第１関数値の増加率を算出し、算出された増加率に基づいて前記バッテリーセルに対して既に保存された初期抵抗に対する現在抵抗変化率を算出するように構成され得る。
前記制御部は、前記蓄電量－電圧曲線に含まれた複数の変曲点を前記蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する第１変曲点グループに区分し、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で特定の順番に位置した変曲点を前記特定ポイントとして抽出するように構成され得る。
前記制御部は、負極活物質と前記負極活物質に対応する抽出対象変曲点の位置情報とがマッピングされて予め保存されたルックアップテーブルにおいて、前記バッテリーセルに含まれた負極活物質の種類に対応する抽出対象変曲点の位置情報を前記特定の順番に選択し、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で前記選択された特定の順番に位置した変曲点を前記特定ポイントとして抽出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に複数の負極活物質が含まれ、前記予め保存されたルックアップテーブルにおいて前記複数の負極活物質各々の種類に対応する複数の抽出対象変曲点の位置情報が相異なる場合、前記複数の負極活物質各々に対応する複数の特定の順番を選択し、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で前記選択された複数の特定の順番に位置した複数の変曲点各々を前記特定ポイントとして抽出するように構成され得る。
前記バッテリーセルは、負極活物質が黒鉛成分を含むように構成され得る。
前記制御部は、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で六番目の変曲点を前記特定ポイントとして抽出するように構成され得る。
本発明の他面によるバッテリー管理方法は、バッテリーセルの電圧及び電流を測定する電圧及び電流測定段階と、測定された電流に基づいて前記バッテリーセルの蓄電量を推定する蓄電量推定段階と、推定された蓄電量及び測定された電圧値に基づいて前記バッテリーセルに対する蓄電量－電圧曲線を獲得する蓄電量－電圧曲線獲得段階と、獲得した蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出する変曲点抽出段階と、抽出された複数の変曲点のうち所定の条件を満たす特定ポイントの蓄電量を抽出する蓄電量抽出段階と、前記蓄電量－電圧曲線の導関数から前記抽出された特定ポイントの蓄電量に対する第１関数値を算出する第１関数値算出段階と、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから前記第１関数値に対応する第２関数値を抽出する第２関数値抽出段階と、前記第１関数値及び前記第２関数値に基づいて前記バッテリーセルの初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出する抵抗変化率算出段階と、を含み得る。
本発明のさらに他面によるバッテリー管理方法は、前記抵抗変化率算出段階の後、算出された抵抗変化率に応じて前記バッテリーセルに設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つの大きさを調整する充放電電流調整段階をさらに含み得る。
本発明のさらに他面によるバッテリーパックは、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置を含み得る。
本発明のさらに他面による電気自動車は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置を含み得る。
本発明の一実施例によれば、ＥＩＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析を用いなくても、バッテリーセルのＱ－Ｖ曲線及びＱ－ｄＶ／ｄＱ曲線を用いて非破壊的にバッテリーセルの抵抗変化率を算出することができる。
また、本発明の一実施例によれば、Ｑ－Ｖ曲線及びＱ－ｄＶ／ｄＱ曲線解析によってバッテリーセルの抵抗変化率が短時間内に算出されるので、バッテリーセルの現在状態に最適化した充電電流及び放電電流の少なくとも一つを迅速に設定できるという長所がある。
また、本発明の一実施例によれば、バッテリーセルに含まれた負極活物質の種類及び個数を考慮してバッテリーセルの抵抗変化率を算出するため、バッテリーセルの抵抗変化率算出の信頼性が高くなるという長所がある。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らか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管理装置を含むバッテリーパックを概略的に示す図である。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が獲得した蓄電量－電圧曲線の一例を示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が獲得した蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の一例を示した図である。 バッテリーセルのＥＩＳ分析結果を示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理方法を概略的に示したフローチャートである。
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、本明細書及び特許請求の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。
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。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１０００を概略的に示す図である。
図１を参照すれば、本発明の一実施例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と電気的に接続して複数のバッテリーセル１１を管理し得る。
バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１各々の電圧及び電流を測定し、充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）を推定できる。ここで、充電状態はバッテリーセル１１各々の蓄電量Ｑを意味し、以下では充電状態を蓄電量として説明する。
バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の蓄電量－電圧曲線に基づいてバッテリーセル１１の抵抗変化率を算出し、算出した抵抗変化率に基づいてバッテリーセル１１各々の充電電流及び放電電流の少なくとも一つを調整できる。したがって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１各々に最適化した充電電流及び放電電流を設定することで、バッテリーセル１１の過充電または過放電などの問題を予め防止することができる。
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と共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たが、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の個数は、図１に示した個数に限定されない。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に示した個数に限定されない。
バッテリー管理装置１００の具体的な構成は、図２を参照して説明する。図２は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００を概略的に示したブロック図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、電圧測定部１１０、電流測定部及び制御部１３０を含み得る。
電圧測定部１１０は、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。即ち、電圧測定部１１０は、バッテリーパック１０００に含まれたバッテリーセル１１の電圧を測定し得る。ここで、バッテリーパック１０００には、複数のバッテリーセル１１が相互に接続した形態で含まれ得る。電圧測定部１１０は、このように相互に接続した複数のバッテリーセル１１各々の電圧を測定し得る。より具体的に、複数のバッテリーセル１１は、バッテリーモジュール１０に含まれて相互に接続し得る。電圧測定部１１０は、センシングラインによって各々のバッテリーセル１１と電気的に接続し、バッテリーセル１１各々の電圧を測定し得る。
例えば、図１に示したように、バッテリー管理装置１００は、センシングラインＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４及びＳＬ５によってバッテリーモジュール１０に含まれたバッテリーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と電気的に接続し得る。即ち、電圧測定部１１０は、センシングラインＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４及びＳＬ５によって接続したバッテリーモジュール１０に含まれたバッテリーセル１１各々の電圧を測定し得る。具体的に、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によって第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によって第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によって第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によって第４バッテリーセルＣ４の電圧を測定し得る。
電流測定部は、バッテリーセル１１の電流を充電するように構成され得る。即ち、電流測定部は、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から出力される電流を測定するように構成され得る。例えば、図２の実施例において、電流測定部は、センス抵抗Ｒの両端に接続し、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及び電流測定部と接続するように構成され得る。即ち、制御部１３０は、電圧測定部１１０及び電流測定部と回路的に接続し、電圧測定部１１０及び電流測定部の動作を制御し得る。例えば、図２の実施例のように、制御部１３０と電圧測定部１１０とがラインによって接続し、制御部１３０と電流測定部とが他のラインによって接続し得る。ここで、制御部１３０と電圧測定部１１０及び制御部１３０と電流測定部に接続したラインは、電気的信号を送受信できる導線の一例であり得る。
制御部１３０は、電圧測定部１１０から測定された電圧に対する電圧値を受信するように構成され得る。例えば、電圧測定部１１０は、バッテリーセル１１の電圧を測定し、測定した電圧に対する電圧値を制御部１３０と接続したラインを通じて制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、電圧測定部１１０と接続したラインを通じて電圧測定部１１０が測定したバッテリーセル１１の電圧に対する電圧値を受信し得る。
制御部１３０は、電流測定部から測定された電流に対する電流値を受信するように構成され得る。制御部１３０が電圧測定部１１０から電圧値を受信することと同様に、制御部１３０は、電流測定部が測定したバッテリーセル１１の電流に対する電流値を受信し得る。例えば、電流測定部は、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と接続したラインを通じて制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、電流測定部と接続したラインを通じて電流測定部が測定したバッテリーセル１１の電流に対する電流値を受信し得る。
制御部１３０は、受信した電流値に基づいてバッテリーセル１１の蓄電量を推定するように構成され得る。ここで、蓄電量は、バッテリーセル１１の充電状態ＳＯＣであって、制御部１３０は電流測定部から受信した電流値に基づいてバッテリーセル１１の蓄電量を推定し得る。
例えば、バッテリーセル１１が完全放電状態から、１Ｃの充電電流で、３０分間充電されたと仮定する。制御部１３０は、バッテリーセル１１に印加される充電電流に対する電流値及びバッテリーセル１１が充電された時間に基づいて、バッテリーセル１１の蓄電量が５０％であると推定し得る。即ち、制御部１３０は、公知の電流積算法を用いてバッテリーセル１１の蓄電量を推定し得る。
制御部１３０は、推定した蓄電量及び受信した電圧値に基づいてバッテリーセル１１に対する蓄電量－電圧曲線を獲得するように構成され得る。獲得された蓄電量－電圧曲線については、図３を参照して具体的に説明する。
図３は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００が獲得した蓄電量－電圧曲線の一例を示した図である。図３を参照すれば、蓄電量－電圧曲線は、Ｘ軸が蓄電量Ｑ（％）であり、Ｙ軸が電圧Ｖである二次元グラフで示され得る。具体的に、図３には、ＢｏＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態３０１、１００サイクルの充放電が行われた１００サイクル状態３０３及び５００サイクルの充放電が行われた５００サイクル状態３０５の蓄電量－電圧曲線が示されている。
ここで、ＢｏＬ状態３０１、１００サイクル状態３０３及び５００サイクル状態３０５の蓄電量－電圧曲線は、次の条件で測定された電圧及び電流に基づいて得られた。バッテリーセル１１は、負極活物質として黒鉛を含む製品を使用しており、温度は４５℃を維持した。また、バッテリーセル１１の完全放電状態で３．０Ｖから４．２Ｖまで充電電流０．０５Ｃで充電するときに測定された電圧及び電流に基づいて得られた。また、１００サイクル状態３０３のバッテリーセル１１は、ＢｏＬ状態３０１のバッテリーセル１１を１ＣＰで１００サイクルを動作させた状態である。そして、５００サイクル状態３０３のバッテリーセル１１は、ＢｏＬ状態３０１のバッテリーセル１１を１ＣＰで５００サイクルを動作させた状態であって、１００サイクル状態３０３のバッテリーセル１１を１ＣＰで４００サイクルをさらに動作させた状態と同一である。
図３の実施例を参照すれば、大体に多くの蓄電量範囲で５００サイクル状態３０５の蓄電量がＢｏＬ状態３０１及び１００サイクル状態３０３よりも高く現れることを確認することができる。
例えば、電圧測定部１１０は、第１時点でバッテリーセル１１の電圧を測定し、測定した電圧に対する第１電圧値を制御部１３０に送信し得る。同様に、電流測定部は、第１時点でバッテリーセル１１の電流を測定し、測定した電流に対する第１電流値を制御部１３０に送信し得る。制御部１３０は、第１電圧値及び第１電流値を受信し、第１電流値に基づいてバッテリーセル１１の第１蓄電量を推定し得る。制御部１３０は、受信した第１電圧値と、推定した第１蓄電量とを相互にマッピングし得る。その後、制御部１３０は、第２時点で測定された第２電圧値と、第２時点で測定された第２電流値に基づいて推定された第２電流値とを相互にマッピングし得る。制御部１３０は、バッテリーセル１１が満充電されるまで、各時点で測定されたバッテリーセル１１の電圧値と、推定されたバッテリーセル１１の蓄電量とを相互にマッピングし得る。制御部１３０は、相互にマッピングされたバッテリーセル１１の電圧値及び蓄電量に基づいて、バッテリーセル１１に対する蓄電量－電圧曲線を獲得し得る。
制御部１３０は、獲得した蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出するように構成され得る。ここで、変曲点（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎ）とは、微積分学で通常使用する用語であって、屈曲の方向が変わる部分となる曲線上における地点（Ｐｏｉｎｔ）またはピーク（Ｐｅａｋ）を意味する。即ち、制御部１３０は、獲得した蓄電量－電圧曲線上における点のうち屈曲の方向が変わる地点に位置した複数の変曲点または複数のピークを抽出し得る。以下、説明の便宜のために、蓄電量－電圧曲線において屈曲の方向が変わる地点を変曲点として説明する。
制御部１３０が獲得した蓄電量－電圧曲線は、全区間で二回の微分が可能な関数である。したがって、二回の微分が可能な関数から変曲点を抽出する方法は公知であるので、制御部１３０が獲得した蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出する方法についての詳しい説明は省略する。
制御部１３０が抽出した複数の変曲点については、図４を参照して説明する。図４は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００が獲得した蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の一例を示す図である。蓄電量－電圧曲線の導関数曲線は、Ｘ軸が蓄電量Ｑであり、Ｙ軸が微分電圧値ｄＶ／ｄＱである二次元グラフで示され得る。以下では、説明の便宜のために、蓄電量－電圧曲線の導関数を導関数として、蓄電量－電圧曲線の導関数の曲線を導関数曲線として説明する。
例えば、図４の実施例を参照すれば、制御部１３０は、ＢｏＬ状態３０１、１００サイクル状態３０３及び５００サイクル状態３０５の各々に対する導関数曲線から複数の変曲点を抽出し得る。但し、図４の実施例では、ＢｏＬ状態３０１、１００サイクル状態３０３及び５００サイクル状態３０５各々の導関数曲線から目視で変曲点の確認が可能であるので、５００サイクル状態３０５の導関数曲線のみに複数の変曲点を示した。制御部１３０が５００サイクル状態３０５の導関数曲線から抽出した複数の変曲点は、ａ２～ａ６及びｂ１～ｂ６を含み得る。但し、ａ１変曲点は、一般的に蓄電量が０％～１０％である区間に存在するが、他の変曲点とＹ軸値である微分電圧値が大きい差を有する地点に位置することから、図面の可視性及び説明の便宜のために図示を省略している。
制御部１３０は、抽出した複数の変曲点のうち所定の条件を満たす特定ポイントの蓄電量を抽出するように構成され得る。即ち、制御部１３０は、抽出した複数の変曲点のうち予め設定された所定の条件を満たす特定ポイントを選択し、選択した特定ポイントの蓄電量を抽出し得る。ここで、制御部１３０が抽出する特定ポイントの蓄電量は、蓄電量－電圧曲線における特定ポイントのＸ軸値であり得る。
下記の表１は、図４の実施例において、ＢｏＬ状態３０１、１００サイクル状態３０３及び５００サイクル状態３０５各々に対する導関数曲線から選択した一部の変曲点の蓄電量（Ｘ軸値）及び微分電圧値（Ｙ軸値）を示した表である。具体的に、表１は、５００サイクル状態３０５の導関数曲線に位置したａ２、ａ４及びａ６と、ＢｏＬ状態３０１及び１００サイクル状態３０３の導関数曲線においてａ２、ａ４及びａ６に対応する変曲点の蓄電量及び微分電圧値を示した表である。
Figure 0007148049000001
表１は、蓄電量及び微分電圧値を保存するテーブルの一例であって、表１では、ａ２、ａ４及びａ６に対する蓄電量及び微分電圧値のみを示したが、これに限定されず、ａ１、ａ３、ａ５及びｂ１～ｂ６変曲点に対する蓄電量及び微分電圧値も保存され得る。
例えば、現在のバッテリーセル１１が５００サイクル状態３０５にあると仮定する。表１を参照すると、５００サイクル状態３０５の導関数曲線に含まれた複数の変曲点のうちａ６が前記所定の条件を満たす特定ポイントとして選択されたら、制御部１３０は、ａ６が５００サイクル状態３０５の導関数曲線に位置する地点のＸ軸値をａ６の蓄電量として抽出し得る。この場合、制御部１３０は、ａ６の蓄電量として０．６４を抽出し得る。
制御部１３０は、蓄電量－電圧曲線の導関数から抽出された特定ポイントの蓄電量に対する第１関数値を算出し得る。即ち、制御部１３０は、現在のバッテリーセル１１の導関数曲線から特定ポイントの微分電圧値（Ｙ軸値）を第１関数値として算出し得る。
例えば、前述した実施例のように、バッテリーセル１１が５００サイクル状態３０５であり、５００サイクル状態３０５の導関数曲線に位置するａ６が特定ポイントとして選択されたと仮定する。図４及び表１を参照すれば、制御部１３０は、５００サイクル状態３０５の導関数曲線からａ６の蓄電量に対する微分電圧値を第１関数値として算出し得る。例えば、制御部１３０は、５００サイクル状態３０５曲線からａ６の微分電圧値である１．１６を第１関数値として算出し得る。
制御部１３０は、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから第１関数値に対応する第２関数値を抽出するように構成され得る。ここで、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルは、図３の実施例において、ＢｏＬ状態３０１の蓄電量－電圧曲線に含まれた変曲点に対する蓄電量及び微分電圧値を保存したテーブルを含み得る。例えば、基準蓄電量－電圧テーブルは、表１においてＢｏＬ状態３０１に対する行を含むテーブルを意味する。
ここで、第１関数値は、現在のバッテリーセル１１の導関数曲線における特定ポイントの関数値である。また、第１関数値に対応する第２関数値は、ＢｏＬ状態の導関数曲線において前記特定ポイントの蓄電量と同じ蓄電量を有する変曲点の関数値であり得る。即ち、第１関数値は、現在のバッテリーセル１１の導関数曲線に含まれた複数の変曲点のうち所定の条件を満たす特定ポイントの関数値であり、第２関数値は、ＢｏＬ状態３０１の導関数曲線に含まれた複数の変曲点のうち前記特定ポイントと同じＸ軸値を有する変曲点の関数値であり得る。
具体的に、第２関数値は、ＢｏＬ状態３０１の導関数曲線において、特定ポイントと蓄電量が同一な変曲点の微分電圧値であり得る。例えば、特定ポイントの蓄電量がＡ（％）であると仮定すると、第１関数値は、現在のバッテリーセル１１の導関数曲線とＸ＝Ａ直線とが交わる地点における現在のバッテリーセル１１の導関数曲線の微分電圧値であり、第２関数値は、ＢｏＬ状態３０１の導関数曲線とＸ＝Ａ直線とが交わる地点におけるＢｏＬ状態の導関数曲線の微分電圧値であり得る。
例えば、図４及び表１の実施例において、バッテリーセル１１が５００サイクル状態３０５であり、特定ポイントとしてａ６が選択されたと仮定する。第１関数値は、５００サイクル状態３０５の導関数曲線においてａ６の微分電圧値である１．４２であり、第２関数値は、ＢｏＬ状態３０１の導関数曲線においてａ６と同一な蓄電量０．６４の微分電圧値である１．１６であり得る。
制御部１３０は、第１関数値及び第２関数値に基づいてバッテリーセル１１の初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出するように構成され得る。即ち、制御部１３０は、第１関数値と第２関数値の変化率に基づいてバッテリーセル１１の抵抗変化率を算出し得る。ここで、抵抗変化率は、バッテリーセル１１の現在抵抗が初期抵抗に比べてどれぐらい増加または減少したかの変化率（％）を意味する。例えば、初期抵抗がＫ［Ω］であり、現在抵抗が１．５Ｋ［Ω］であると仮定すれば、一般的に抵抗変化率は「（１．５Ｋ－Ｋ）÷Ｋ×１００」によって計算され、抵抗変化率が５０％であり得る。即ち、制御部１３０は、第１関数値及び第２関数値の関数値変化率に基づいて、バッテリーセル１１の初期抵抗の抵抗変化率を算出し得る。
バッテリーセル１１の抵抗変化率は、ハーフセルに対するＥＩＳ分析によって被膜抵抗（Ｓｏｌｉｄ－Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）及び電荷移動抵抗（Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を算出することが通常である。即ち、バッテリーセル１１に対する非破壊的な分析方法を用いては、バッテリーセル１１の抵抗変化率を正確に算出することが事実上不可能であるという問題がある。しかし、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の蓄電量－電圧曲線の変曲点のうち特定ポイントの微分電圧値（Ｙ軸値）の変化量に基づき、非破壊的に、バッテリーセル１１の抵抗変化率を実際の抵抗変化率と非常に近似に算出することができる。即ち、バッテリー管理装置１００は、ＥＩＳ分析を行わなくても、実際の抵抗変化率と非常に近似なバッテリーセル１１の抵抗変化率を迅速かつ容易に算出することができる。
前記制御部１３０は、以後に開示される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、レジスター、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、前記制御ロジッグ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によって具現され得る。この際、プログラムモジュールはメモリに保存され、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設けられ得、公知の多様な手段でプロセッサと接続し得る。また、前記メモリは、本出願の保存部１４０に含まれ得る。また、前記メモリは、デバイスの種類に関係なく情報が保存されるデバイスを総称し、特定のメモリデバイスを指すことではない。
前記制御部１３０は、二次電池と電気的に結合できるバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）であるか、または前記バッテリー管理システムに含まれる制御要素であり得る。前記バッテリー管理システムは、本願発明が属する技術分野でＢＭＳと呼ばれるシステムを意味し得るが、機能的な観点で本願で記述された少なくとも一つの機能を行うシステムであれば、いずれも前記バッテリー管理システムの範疇に含まれる。
また、図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、保存部１４０をさらに含み得る。保存部１４０は、本発明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行うのに必要なデータやプログラムなどを保存し得る。ここで、保存部１４０は、データを記録、消去、更新及び読出可能な公知の情報保存手段であれば、その種類は特に制限されない。一例として、情報保存手段には、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどが挙げられる。
例えば、保存部１４０は、制御部１３０によってマッピングされた微分電圧値及び蓄電量に対するデータを保存し得る。また、保存部１４０には、ＢｏＬ状態の導関数曲線に対する基準蓄電量－電圧テーブルが予め保存され得る。また、保存部１４０は、関数値変化率を抵抗変化率に換算するための定数Ｃを含み得る。その他にも保存部１４０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を保存し得る。
制御部１３０は、算出した抵抗変化率に応じてバッテリーセル１１に設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つの大きさを調整するように構成され得る。即ち、制御部１３０は、算出した抵抗変化率を用いてバッテリーセル１１の充放電を制御し得る。
例えば、図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、充電部１５０をさらに含み得る。バッテリーセル１１に電流を供給する充電部１５０は、バッテリー管理装置１００の内部に含まれるか、バッテリー管理装置１００の外部に備えられることも可能である。
バッテリー管理装置１００の内部に含まれる充電部１５０及びバッテリー管理装置１００の外部に備えられた充電部１５０のいずれも、制御部１３０と電気的に接続し、バッテリーセル１１に電流を供給し得る。一実施例で、バッテリー管理装置１００の外部に備えられた充電部１５０は、コネクターを用いて制御部１３０と接続し得る。前記コネクターには通信線路が含まれ、充電部１５０は制御部１３０と通信可能である。
充電部１５０は、既に設定されたＣ－ＲＡＴＥ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。例えば、バッテリーセル１１の充電電流が０．０５Ｃ－ＲＡＴＥで既に設定された場合、充電部１５０は、０．０５Ｃ－ＲＡＴＥでバッテリーセル１１を充電し得る。ここで、既に設定されたＣ－ＲＡＴＥ情報は、保存部１４０に保存され得る。
制御部１３０は抵抗変化率を算出し、算出した抵抗変化率に応じて既に設定されたＣ－ＲＡＴＥを調整することで、充電部１５０が調整されたＣ－ＲＡＴＥでバッテリーセル１１を充電するように充電部１５０を制御し得る。例えば、算出された抵抗変化率が１０％であり、既に設定されたＣ－ＲＡＴＥが０．０５Ｃであると仮定する。制御部１３０は、既に設定されたＣ－ＲＡＴＥを１０％減少させ、充電部１５０は０．０４５Ｃでバッテリーセル１１を充電し得る。
即ち、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の抵抗変化率の算出だけでなく、算出した抵抗変化率に基づいてバッテリーセル１１の充電電流または放電電流の少なくとも一つを調整し得る。これによって、バッテリーセル１１には、バッテリーセル１１の変化した抵抗状態に最適化した充電及び／または放電電流が印加されることで、バッテリーセル１１の退化による過放電または過充電などの問題が未然に防止されるという長所がある。また、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の変化した抵抗に対応する充電及び／または放電電流を印加することで、バッテリーセル１１の過充電を防止することで、負極活物質の表面からリチウムが析出されるリチウムプレーティング（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｌａｔｉｎｇ）現象を防止することができる。
望ましくは、制御部１３０は、第１関数値が第２関数値よりも小さい場合のみに、バッテリーセル１１に設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つを減少させるように構成され得る。
制御部１３０は、バッテリーセル１１の抵抗変化率を算出し、算出した抵抗変化率が負数であれば、バッテリーセル１１に設定された充電電流または放電電流の少なくとも一つを減少させなくてもよい。即ち、制御部１３０は、バッテリーセル１１の退化によって抵抗が増加した場合のみにバッテリーセル１１に設定された充電電流または放電電流の少なくとも一つを減少させることができる。
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、抵抗変化率の大きさのみを以ってバッテリーセル１１に設定された充電及び／または放電電流を調整せず、抵抗変化率の大きさ及び増減有無に基づいてバッテリーセル１１に設定された充電及び／または放電電流を調整すし得る。即ち、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の抵抗が減少した場合のみにバッテリーセル１１に設定された充電及び／または放電電流を調整することで、無駄な充電及び／または放電電流の調整を行わなくてもよいという長所がある。
制御部１３０は、第２関数値に対する第１関数値の増加率を算出し、算出された増加率に基づいてバッテリーセル１１に対して既に保存された初期抵抗に対する現在抵抗の変化率を算出するように構成され得る。
例えば、制御部１３０は、「（第１関数値－第２関数値）÷第２関数値×１００」の数式によって関数値（微分電圧値）の変化率（％）を算出し得る。そして、制御部１３０は、算出した関数値の変化率に基づき、下記の数式１を用いてバッテリーセル１１の抵抗変化率を算出できる。
Figure 0007148049000002
前記数式１において、△Ｒは抵抗変化率であり、ＩＭｏＬはＭｏＬ（Ｍｉｄｄｌｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーセル１１の導関数曲線から算出された特定ポイントの第１関数値であり、ＩＢｏＬはＢｏＬ状態の導関数曲線から算出された特定ポイントの第２関数値であり、Ｃは、バッテリーセル１１の各々に対して予め設定された定数である。例えば、前述した例示と同様に、特定ポイントは、導関数曲線において特定の変曲点の位置に対応するポイントであり得る。望ましくは、特定ポイントは、導関数曲線において６番目の変曲点であり得る。
即ち、制御部１３０は、第１関数値に対する第２関数値の変化率に基づき、バッテリーセル１１の抵抗変化率を算出し得る。例えば、図４及び表１の実施例において、バッテリーセル１１が５００サイクル状態３０５であり、特定ポイントとしてａ６が選択されたと仮定する。制御部１３０は、第１関数値として１．４２を算出し、前記既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから第２関数値として１．１６を抽出し得る。そして、制御部１３０は、「（１．４２－１．１６）÷１．１６×１００」を計算し、関数値の変化率を２２．４１（％）として算出できる。最後に、制御部１３０は、「２２．４１（％）×Ｃ」を計算し、抵抗変化率を算出できる。
前記数式１において、Ｃは、制御部１３０が算出した関数値の変化率をバッテリーセル１１に対する抵抗変化率に換算するための定数であって、実験的に得られた定数であり得る。例えば、Ｃは、バッテリーセル１１の製品種類によって予め設定され得る。
Ｃの算出については、図５及び下記の表を参照して説明する。図５は、バッテリーセル１１のＥＩＳ分析結果を示した図であり、表２は、図５のｅ１、ｅ２及びｅ３地点のＸ軸値を示す表である。
Figure 0007148049000003
表２において、１００サイクル状態３０３の抵抗変化率は、「（ｅ２－ｅ３）÷ｅ３×１００」によって計算され、５００サイクル状態３０５の抵抗変化率は、「（ｅ１－ｅ３）÷ｅ３×１００」によって計算できる。
図５及び表２を参照すれば、１００サイクル状態３０３の抵抗と５００サイクル状態３０５の抵抗がいずれもＢｏＬ状態３０１の抵抗よりも減少したことが分かる。即ち、Ｃは、制御部１３０から算出された関数値の変化率、例えば、 ２２．４１（％）を、実際に測定された抵抗変化率である－１０．４４（％）に換算するための定数であって、Ｃは、「１０．４４×（－１）÷２２．４１」によって算出できる。このとき、Ｃは－０．４６５９として算出される。
したがって、制御部１３０は、実験的に得られた定数Ｃを用いて算出した関数値の変化率を抵抗変化率に換算することで、バッテリーセル１１の抵抗変化率を算出できる。
即ち、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置は、所定の条件を満たす特定ポイントに基づいて算出された第１関数値と抽出された第２関数値との間の変化率に基づいてバッテリーセルの抵抗変化率を算出できる。したがって、バッテリーセルの抵抗変化率を非破壊的な方法で算出することができ、抵抗変化率算出に必要な時間がＥＩＳ分析による抵抗変化率の算出よりも画期的に短縮されるという長所がある。
制御部１３０は、蓄電量－電圧曲線に含まれた複数の変曲点を、蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する第１変曲点グループに区分するように構成され得る。
例えば、図４の実施例において、「ａ」は、導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する変曲点を意味し、「ｂ」は、導関数曲線の概形が下方へ膨らんでいる概形を有する変曲点を意味し、「数字」は、変曲点の順番または位置情報を意味する。即ち、ａ１変曲点は、導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する変曲点のうち蓄電量の大きさが最小である変曲点を意味し、ｂ１変曲点は、導関数曲線の概形が下方へ膨らんでいる概形を有する変曲点のうち蓄電量の大きさが最小である変曲点を意味する。したがって、制御部１３０は、導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有するａ１～ａ６を第１変曲点グループに区分し、導関数曲線の概形が下方へ膨らんでいる概形を有するｂ１～ｂ６を第２変曲点グループに区分し得る。
また、制御部１３０は、第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち蓄電量の大きさを基準で特定の順番に位置した変曲点を特定ポイントとして抽出するように構成され得る。即ち、特定ポイントを抽出する所定の条件は、蓄電量の大きさを基準で特定の順番に位置する条件であり得る。例えば、所定の条件は、バッテリーセル１１の蓄電量－電圧曲線に含まれた複数の変曲点のうち抵抗の増減に最も敏感な変曲点を選択するための条件であり得る。
例えば、所定の条件が蓄電量の大きさを基準で六番目に位置する条件として予め設定されたら、前記所定の条件を満たす特定ポイントは、第１変曲点グループに属した変曲点のうち蓄電量の大きさが六番目であるａ６が選択され得る。他の例で、蓄電量の大きさを基準で二番目に位置する条件に予め設定されたら、前記所定の条件を満たす特定ポイントは、第１変曲点グループに属した変曲点のうち蓄電量の大きさが二番目であるａ２が選択され得る。
即ち、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の導関数曲線に含まれた複数の変曲点のうち抵抗の増減に最も敏感な一つの変曲点に基づいて関数値変化率を算出し、算出した関数値変化率に基づいてバッテリーセル１１の抵抗変化率を算出し得る。したがって、バッテリー管理装置１００は、抵抗変化に鈍感な変曲点を抵抗変化率の算出から除くことで、抵抗変化率の算出時に発生し得る誤謬を最小に減らすことができる。また、バッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセル１１が含まれた電気自動車またはエネルギー貯蔵装置などの産業分野においてもバッテリーセル１１各々の抵抗変化率を迅速に算出することができる。
制御部１３０は、負極活物質と前記負極活物質に対応する抽出対象変曲点の位置情報とがマッピングされて予め保存されたルックアップテーブルであって、バッテリーセル１１に含まれた負極活物質の種類に対応する抽出対象変曲点の位置情報を前記特定の順番に選択するように構成され得る。
ここで、予め保存されたルックアップテーブルは、負極活物質と負極活物質に対応する抽出対象変曲点の位置情報とがマッピングされたテーブルであって、保存部１４０に予め保存され得る。即ち、予め保存されたルックアップテーブルには、負極活物質の種類と負極活物質を含むバッテリーセル１１の抵抗変化に最も敏感な変曲点の位置情報とが含まれ得る。ここで、抽出対象変曲点は、前記バッテリーセル１１の抵抗変化に最も敏感に変化する変曲点であり得る。
一般的に、負極活物質各々は、蓄電量－電圧曲線で複数個の変曲点を有し、この複数個の変曲点には、抵抗変化に最も敏感な変曲点が含まれ得る。したがって、保存部１４０には負極活物質の種類と、負極活物質に対応する抽出対象変曲点の位置情報が保存され得る。
また、制御部１３０は、第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち蓄電量の大きさを基準で前記選択された特定の順番に位置した変曲点を特定ポイントとして抽出するように構成され得る。制御部１３０は、バッテリーセル１１の負極活物質の種類によって抵抗変化率に基礎になる変曲点を選択し得る。
即ち、本発明の一実施例によれば、バッテリーの種類、特に、バッテリーに含まれた負極活物質の種類によって特定ポイントを選択する所定の条件が相違に設定できる。したがって、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の負極活物質の種類を考慮して、バッテリーセル１１の抵抗変化率を算出することで、バッテリーセル１１の抵抗変化率に対する呉算出の可能性を顕著に低めることができる。
望ましくは、制御部１３０は、バッテリーセル１１に複数の負極活物質が含まれ、前記予め保存されたルックアップテーブルにおいて複数の負極活物質各々の種類に対応する複数の抽出対象変曲点の位置情報が相異なる場合、複数の負極活物質各々に対応する複数の特定の順番を選択し得る。
バッテリーセル１１に複数の負極活物質が含まれた場合、負極活物質ごとに抵抗変化に敏感に変わる変曲点が相違し得る。したがって、制御部１３０は、予め保存されたルックアップテーブルから複数の負極活物質の種類及び個数に対応する複数の特定の順番を選択し得る。
例えば、バッテリーセル１１の負極活物質に黒鉛とシリコンが含まれた場合、制御部１３０は、ルックアップテーブルから黒鉛に対応する第１特定の順番とシリコンに対応する第２特定の順番を選択し得る。
また、制御部１３０は、第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち蓄電量の大きさを基準で前記複数の特定の順番に位置した複数の変曲点各々を前記特定ポイントから抽出するように構成され得る。
例えば、前述した実施例のように、バッテリーセル１１の負極活物質に黒鉛とシリコンが含まれた場合、制御部１３０は、蓄電量－電圧曲線に含まれた複数の変曲点のうち第１特定の順番に位置した第１変曲点を第１特定ポイントとして抽出し、第２特定の順番に位置した第２変曲点を第２特定ポイントとして抽出し得る。ここで、もし、第１特定の順番と第２特定の順番とが同じ場合、制御部１３０は、前述した実施例で一つの特定の順番を選択した場合と同様に、一つの特定の順番に基づいて一つの特定ポイントとして抽出し得る。
制御部１３０は、選択した複数の特定ポイントとして算出された複数の関数値の変化率に基づき、抵抗変化率を算出し得る。例えば、制御部１３０は、複数の特定ポイントとして算出された複数の関数値の平均変化率に基づいて抵抗変化率を算出し得る。他の例では、抵抗変化率に対する呉算出は、バッテリーセル１１の充電及び／または放電制御に直接影響を及ぼし得るため、制御部１３０は、複数の特定ポイントとして算出された複数の関数値のうち最大の関数値に基づいて抵抗変化率を算出することも可能である。
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１に含まれた負極活物質の種類及び個数に応じて抵抗変化率の算出に基礎になる変曲点を複数個抽出できる。したがって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１１の抵抗変化率をより正確に算出することができる。
例えば、バッテリーセル１１は、負極活物質が黒鉛成分を含むように構成され得る。そして、制御部１３０は、第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち蓄電量の大きさを基準で六番目の変曲点を特定ポイントとして抽出するように構成され得る。
図３は、黒鉛を負極活物質として含むバッテリーセル１１の蓄電量－電圧曲線を示した図であり、図４は、前記黒鉛を負極活物質として含むバッテリーセル１１の導関数曲線を示した図であり、表１及び表２は、前記黒鉛を負極活物質として含むバッテリーセル１１の実験のデータを示した表である。
図４を参照すれば、負極活物質として黒鉛のみが含まれたバッテリーセル１１は、導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する複数の変曲点のうち蓄電量を基準で六番目に位置した変曲点が抵抗変化に最も敏感に変わることが分かる。
したがって、負極活物質が黒鉛である場合、前記抽出対象変曲点の位置は、第１変曲点グループに属した変曲点のうち蓄電量を基準で六番目の位置に保存され得る。そして、制御部１３０は、蓄電量を基準で六番目に位置した変曲点を特定ポイントとして抽出し得る。
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、黒鉛を負極活物質として含むバッテリーセル１１に対し、特定の変曲点の関数値の変化率からバッテリーセル１１の抵抗変化率を迅速かつ正確に算出できる。したがって、黒鉛を負極活物質として含むバッテリーセル１１の抵抗変化率に対する呉算出の可能性が低くなる。また、バッテリーセル１１の充放電制御がバッテリーセル１１の現在抵抗状態に基づいて最適化できる。
以下、図６を参照して、本発明の一実施例によるバッテリー管理方法について説明する。図６は、本発明の一実施例によるバッテリー管理方法を概略的に示したフローチャートである。ここで、バッテリー管理方法は、バッテリー管理装置１００で動作し得る。
図６を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー管理方法は、電圧及び電流測定段階Ｓ１０１、蓄電量推定段階Ｓ１０３、蓄電量－電圧曲線獲得段階Ｓ１０５、変曲点抽出段階Ｓ１０７、蓄電量抽出段階Ｓ１０９、第１関数値算出段階Ｓ１１１、第２関数値抽出段階Ｓ１１３、抵抗変化率算出段階Ｓ１１５及び充放電電流調整段階Ｓ１１７を含み得る。
電圧及び電流測定段階Ｓ１０１は、バッテリーセル１１の電圧及び電流を測定する段階である。電圧及び電流測定段階Ｓ１０１において、バッテリーセル１１の電圧測定は電圧測定部１１０で行われ、バッテリーセル１１の電流測定は電流測定部で行われ得る。
電圧測定部１１０は、測定したバッテリーセル１１の電圧に対する電圧値を制御部１３０に送信し得る。電流測定部は、測定したバッテリーセル１１の電流に対する電流値を制御部１３０に送信し得る。
蓄電量推定段階Ｓ１０３は、測定された電流に基づいてバッテリーセル１１の蓄電量を推定する段階である。蓄電量推定段階Ｓ１０３は、制御部１３０で行われ得る。
制御部１３０は、電流測定部から受信した電流値に基づいてバッテリーセル１１の蓄電量を推定し得る。ここで、制御部１３０は、公知の電流積算法などを用いてバッテリーセル１１の蓄電量を推定し得る。
蓄電量－電圧曲線獲得段階Ｓ１０５は、推定された蓄電量及び測定された電圧値に基づいてバッテリーセル１１に対する蓄電量－電圧曲線を獲得する段階である。蓄電量－電圧曲線獲得段階Ｓ１０５は、制御部１３０で行われ得る。
制御部１３０は、推定された蓄電量と測定された電圧値とを相互にマッピングして、蓄電量－電圧曲線を獲得し得る。例えば、制御部１３０は、マッピングされた蓄電量－電圧データに基づき、Ｘ軸が蓄電量Ｑ（％）であり、Ｙ軸が電圧Ｖである二次元平面で蓄電量－電圧曲線を示し得る。図３を参照すれば、制御部１３０は、ＢｏＬ状態３０１、１００サイクル状態３０３及び５００サイクル状態３０５の蓄電量－電圧曲線を獲得し得る。
変曲点抽出段階Ｓ１０７は、獲得された蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出する段階である。変曲点抽出段階Ｓ１０７は、制御部１３０で行われ得る。
制御部１３０は、獲得した蓄電量－電圧曲線上の点のうち屈曲方向が変わる地点に位置した複数の変曲点を抽出し得る。制御部１３０は、曲線から変曲点を抽出する公知の数学的な方式によって蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出し得る。
蓄電量抽出段階Ｓ１０９は、抽出された複数の変曲点のうち所定の条件を満たす特定ポイントの蓄電量を抽出する段階である。蓄電量抽出段階Ｓ１０９は、制御部１３０で行われ得る。
制御部１３０は、抽出した複数の変曲点のうち予め設定された所定の条件を満たす特定ポイントを選択し、選択した特定ポイントの蓄電量を抽出し得る。即ち、制御部１３０は、蓄電量－電圧曲線から選択した特定ポイントのＸ軸値を抽出することで、前記特定ポイントの蓄電量を抽出し得る。例えば、選択された特定ポイントを（蓄電量，微分電圧値）で示したとき、選択された特定ポイントが（０．６４，１．４２（％））であると仮定する。この場合、制御部１３０は、０．６４を特定ポイントの蓄電量として抽出し得る。
第１関数値算出段階Ｓ１１１は、前記蓄電量－電圧曲線の導関数から、前記抽出された特定ポイントの蓄電量に対する第１関数値を算出する段階である。第１関数値算出段階Ｓ１１１は、制御部１３０で行われ得る。
制御部１３０は、現在のバッテリーセル１１の導関数曲線から、特定ポイントの微分電圧値（Ｙ軸値）を第１関数値として算出し得る。例えば、前述した実施例と同様に、選択された特定ポイントが（０．６４，１．４２（％））であると仮定する。この場合、制御部１３０は、第１関数値として１．４２（％）を算出し得る。
第２関数値抽出段階Ｓ１１３は、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから前記第１関数値に対応する第２関数値を抽出する段階である。第２関数値抽出段階Ｓ１１３は、制御部１３０で行われ得る。
ここで、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルは、図３及び図４に示したＢｏＬ状態３０１の蓄電量及び微分電圧値を保存するテーブルである。制御部１３０は、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから特定ポイントの蓄電量に対応する微分電圧値を抽出し得る。即ち、抽出された微分電圧値と第２関数値とは同一である。
例えば、前述した実施例と同様に、選択された特定ポイントが（０．６４， １．４２（％））であると仮定する。この場合、制御部１３０は、特定ポイントの蓄電量として０．６４を抽出し得る。そして、制御部１３０は、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルから特定ポイントの蓄電量０．６４に対応する微分電圧値を第２関数値として抽出し得る。例えば、既に保存された基準蓄電量－電圧テーブルにおいて蓄電量０．６４に対応する微分電圧値が１．１６（％）であれば、制御部１３０は１．１６（％）を第２関数値として抽出し得る。
抵抗変化率算出段階Ｓ１１５は、前記第１関数値及び前記第２関数値に基づいて前記バッテリーセル１１の初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出する段階である。抵抗変化率算出段階Ｓ１１５は、制御部１３０で行われ得る。
先ず、制御部１３０は、第２関数値に対する第１関数値の変化率を意味する関数値の変化率を算出し得る。例えば、制御部１３０は、「（第１関数値－第２関数値）÷第２関数値×１００」の数式によって関数値（微分電圧値）の変化率（％）を算出し得る。
その後、制御部１３０は、算出した関数値の変化率に基づいてバッテリーセル１１の抵抗変化率を算出し得る。
充放電電流調整段階Ｓ１１７は、算出された抵抗変化率によって前記バッテリーセル１１に設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つの大きさを調整する段階である。充放電電流調整段階Ｓ１１７は、制御部１３０で行われ得る。
制御部１３０は、バッテリーセル１１の抵抗変化率を算出した後、算出した抵抗変化率に対応するようにバッテリーセル１１の充電及び／または放電電流の大きさを調整し得る。特に、制御部１３０は、バッテリーセル１１の抵抗が増加した場合のみに、算出した抵抗変化率に応じて充電及び／または放電電流の大きさを減少させ得る。そして、制御部１３０は、調整された充電及び／または放電電流がバッテリーセル１１に印加されるように充電部１５０を制御し得る。したがって、充電部１５０は、制御部１３０によって調整された充電及び／または放電電流をバッテリーセル１１に印加し得る。
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を含み得る。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のに加え、バッテリーセル１１、各種電装品（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み得る。
また、本発明のさらに他の実施例として、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。即ち、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を含み得る。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るが、バッテリーパック１０００とは別の装置としても具現され得る。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、自動車に通常具備される車体や電子装備などを含み得る。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、コンタクター、インバーター、モーター、一つ以上のＥＣＵなどを含み得る。但し、本発明のバッテリー管理装置１００以外に自動車の他の構成要素などに対しては特に限定しない。
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。
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
１０００ バッテリーパック
３０１ ＢｏＬ状態
３０３ １００サイクル状態
３０５ ５００サイクル状態

Claims (14)

  1. バッテリーセルの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電流を測定するように構成された電流測定部と、
    前記電圧測定部により測定された電圧に対する電圧値を受信し、前記電流測定部により測定された電流に対する電流値を受信し、前記受信した電流値及び前記受信した電圧値に基づいて前記バッテリーセルに対する蓄電量－電圧曲線を獲得し、獲得した蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出し、負極活物質と前記負極活物質に対応する抽出対象変曲点の位置情報とがマッピングされて予め保存されたルックアップテーブルから、前記バッテリーセルに含まれた負極活物質の種類に対応する抽出対象変曲点の位置情報が示す特定の順番を選択し、前記蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する複数の変曲点のうち、前記蓄電量の大きさを基準で小さい順に前記特定の順番に位置した変曲点を特定ポイントとして抽出し、前記蓄電量－電圧曲線の導関数から、前記抽出された特定ポイントの蓄電量に対する微分電圧値を第１関数値として算出し、前記バッテリーセルの初期状態の蓄電量－電圧曲線の導関数において前記特定ポイントと蓄電量が同一の変曲点の微分電圧値を、前記第１関数値に対応する第２関数値として抽出し、前記第２関数値に対する前記第１関数値の変化率及び前記バッテリーセルに対して予め設定された定数に基づいて前記バッテリーセルの初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出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. 前記制御部は、前記抵抗変化率に応じて前記バッテリーセルに設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つの大きさを調整するように構成された、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記制御部は、前記第１関数値が前記第２関数値よりも小さい場合にのみ、前記バッテリーセルに設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つ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管理装置。
  4. 前記制御部は、前記第２関数値に対する前記第１関数値の増加率を算出し、算出された増加率に基づいて前記バッテリーセルに対して既に保存された初期抵抗に対する現在抵抗変化率を算出するように構成された、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記制御部は、前記蓄電量－電圧曲線に含まれた複数の変曲点を、前記蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する第１変曲点グループに区分し、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で小さい順に特定の順番に位置した変曲点を前記特定ポイントとして抽出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. 前記制御部は、（第１関数値－第２関数値）÷第２関数値×１００で算出される変化率を、前記バッテリーセルに対して予め設定された定数に乗算することにより、前記抵抗変化率を算出する、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、前記バッテリーセルに複数の負極活物質が含まれ、前記予め保存されたルックアップテーブルにおいて前記複数の負極活物質各々の種類に対応する複数の抽出対象変曲点の位置情報が相異なる場合、前記複数の抽出対象変曲点の位置情報が示す前記複数の負極活物質各々に対応する複数の特定の順番を選択し、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で小さい順に前記選択された複数の特定の順番に位置した複数の変曲点各々を前記特定ポイントとして抽出し、前記蓄電量－電圧曲線の導関数から、前記抽出された複数の特定ポイントの蓄電量に対する微分電圧値を前記第１関数値として算出し、前記バッテリーセルの初期状態の蓄電量－電圧曲線の導関数において前記複数の特定ポイントと蓄電量が同一の複数の変曲点の微分電圧値を、前記第１関数値に対応する第２関数値として抽出し、前記第２関数値に対する第１関数値の平均変化率及び前記バッテリーセルに対して予め設定された定数に基づいて前記バッテリーセルの初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出するように構成された、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記制御部は、（第１関数値－第２関数値）÷第２関数値×１００で算出された複数の変化率の平均変化率を算出し、算出された平均変化率を前記バッテリーセルに対して予め設定された定数に乗算することにより、前記抵抗変化率を算出する、請求項７に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記バッテリーセルは、負極活物質が黒鉛成分を含むように構成され、
    前記制御部は、前記第１変曲点グループに属する複数の変曲点のうち前記蓄電量の大きさを基準で六番目の変曲点を前記特定ポイントとして抽出するように構成された、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
  10. 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バッテリー管理装置を含む、電気自動車。
  12. バッテリーセルの電圧及び電流を測定する電圧及び電流測定段階と、
    測定された電流値及び測定された電圧値に基づいて前記バッテリーセルに対する蓄電量－電圧曲線を獲得する蓄電量－電圧曲線獲得段階と、
    獲得した蓄電量－電圧曲線から複数の変曲点を抽出する変曲点抽出段階と、
    負極活物質と前記負極活物質に対応する抽出対象変曲点の位置情報とがマッピングされて予め保存されたルックアップテーブルから、前記バッテリーセルに含まれた負極活物質の種類に対応する抽出対象変曲点の位置情報が示す特定の順番を選択し、前記蓄電量－電圧曲線の導関数曲線の概形が上方へ膨らんでいる概形を有する複数の変曲点のうち、前記蓄電量の大きさを基準で小さい順に前記特定の順番に位置した変曲点を特定ポイントとして抽出する段階と、
    前記蓄電量－電圧曲線の導関数から、前記抽出された特定ポイントの蓄電量に対する微分電圧値を第１関数値として算出する第１関数値算出段階と、
    前記バッテリーセルの初期状態の蓄電量－電圧曲線の導関数において前記特定ポイントと蓄電量が同一の変曲点の微分電圧値を、前記第１関数値に対応する第２関数値として抽出する第２関数値抽出段階と、
    前記第２関数値に対する前記第１関数値の変化率及び前記バッテリーセルに対して予め設定された定数に基づいて前記バッテリーセルの初期抵抗に対する現在抵抗の抵抗変化率を算出する抵抗変化率算出段階と、を含む、バッテリー管理方法。
  13. 前記抵抗変化率算出段階は、（第１関数値－第２関数値）÷第２関数値×１００で算出される変化率を、前記バッテリーセルに対して予め設定された定数に乗算することにより、前記抵抗変化率を算出する、請求項１２に記載のバッテリー管理方法。
  14. 前記抵抗変化率算出段階の後、算出された抵抗変化率に応じて前記バッテリーセルに設定された充電電流及び放電電流の少なくとも一つの大きさを調整する充放電電流調整段階をさらに含む、請求項１２または１３に記載のバッテリー管理方法。
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