JP7279901B2 - バッテリー管理装置、バッテリー管理方法及びバッテリーパック - Google Patents

バッテリー管理装置、バッテリー管理方法及びバッテリーパック Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーセル内部の化学的状態による外部変数と内部変数との相関性を分析する技術に関する。
本出願は、２０１９年８月５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００９５０７５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バッテリー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。
バッテリーセルは、反復的な充放電などによって時間が経過するにつれ、徐々に退化していく。バッテリーセルが退化していきながらバッテリーセル内部の化学的状態も変化する。ところが、バッテリーセル内部の化学的状態を示す内部変数（例えば、正極活物質の電気伝導度）は、バッテリーセルの外部から観測できない。
一方、バッテリーセル内部の化学的状態は、バッテリーセルの外部から観測可能な外部変数（例えば、バッテリーセルの温度）の変化を誘発する。これによって、外部変数に基づいて内部変数を推定しようとする試みがある。
ところが、内部変数のうち一部と外部変数のうち一部とは、互いに相関性が非常に低いことがある。したがって、各内部変数と各外部変数との相関性を考慮しない場合、内部変数を活用して推定された外部変数は、バッテリーセル内部の実際の化学的状態と大きい差を示し得る。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルの内部変数と外部変数との相関性を分析可能なバッテリー管理装置、バッテリー管理方法及びバッテリーパックを提供することを目的とする。
また、本発明は、外部変数のうち各内部変数との相関性が一定水準以上である外部変数のみを、各内部変数の推定のための多層パーセプトロンのモデリングに活用可能なバッテリー管理装置、バッテリー管理方法及びバッテリーパックを提供することを他の目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。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。
本発明の一面によるバッテリー管理装置は、第１～第ｍの入力データセット、第１～第ｎの希望データセット及び第１～第ｎの基準値を保存するように構成されるメモリ部と、前記メモリ部に動作可能に結合する制御部と、を含む。ｍとｎは、各々２以上の自然数である。前記第１～第ｍの入力データセットは、バッテリーセルの外部から観測可能な第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられる。前記第１～第ｍの入力データセットの各々は、所定の個数の入力値を含む。前記第１～第ｎの希望データセットは、前記バッテリーセルの外部から観測できない前記バッテリーセルの内部の化学的状態による第１～第ｎの内部変数に各々関連付けられる。前記第１～第ｎの希望データセットの各々は、前記所定の個数の目標値を含む。前記制御部は、前記第１～第ｍの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値に基づき、前記第１～第ｎの内部変数の各々に対して前記第１～第ｍの外部変数のうち少なくとも一つを有効外部変数として設定するように構成される。
前記メモリ部は、前記第１～第ｍの外部変数と前記第１～第ｎの内部変数との対応関係を規定するメイン多層パーセプトロンを保存するように構成され得る。前記制御部は、前記第１～第ｍの入力データセットを前記メイン多層パーセプトロンの入力層に含まれた第１～第ｍの入力ノードに提供し、前記メイン多層パーセプトロンの出力層に含まれた第１～第ｎの出力ノードから第１～第ｎの出力データセットを獲得するように構成され得る。前記第１～第ｎの出力データセットの各々は、前記所定の個数の結果値を含み得る。前記制御部は、前記第１～第ｎの出力データセット及び第１～第ｎの希望データセットに基づいて、第１～第ｎのエラーファクターを決定するように構成され得る。前記制御部は、前記第１～第ｎのエラーファクターの各々を臨界エラーファクターと比較し、前記第１～第ｎの基準値を決定するように構成され得る。
前記制御部は、前記第１～第ｎの希望データセットのうち第ｊの希望データセットに対する前記第１～第ｎの出力データセットのうち第ｊの出力データセットの誤差率と同一に、前記第１～第ｎのエラーファクターのうち第ｊのエラーファクターを決定するように構成され得る。ｊは、ｎ以下の自然数である。
前記制御部は、前記第ｊのエラーファクターが、前記臨界エラーファクターよりも小さい場合、前記第１～第ｎの基準値のうち第ｊの基準値を第１の所定値と同一に設定するように構成され得る。
前記制御部は、前記第ｊのエラーファクターが前記臨界エラーファクター以上である場合、前記第ｊの基準値を第２の所定値と同一に設定するように構成され得る。前記第２の所定値は、前記第１の所定値よりも小さい。
前記制御部は、前記第１～第ｍの入力データセットのうち第ｉの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセットのうち第ｊの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値のうち第ｊの基準値に基づいて、前記第１～第ｍの外部変数のうち第ｉの外部変数を前記第ｊの内部変数に対する有効外部変数として設定するか否かを決定し得る。前記制御部は、前記第ｉの外部変数が前記第ｊの内部変数に対する前記有効外部変数として設定された場合、前記第ｉの入力データセットをトレーニングデータに活用して、前記第ｊの内部変数に関連付けられたサブ多層パーセプトロンを学習させるように構成され得る。ｉはｍ以下の自然数であり、ｊはｎ以下の自然数である。
前記制御部は、前記第ｉの入力データセットと前記第ｊの希望データセットとの多重相関係数を決定するように構成され得る。前記制御部は、前記多重相関係数の絶対値が前記第ｊの基準値よりも大きい場合、前記第ｉの外部変数を前記第ｊの内部変数に対する前記有効外部変数として設定するように構成され得る。
前記制御部は、前記多重相関係数の絶対値が前記第ｊの基準値以下である場合、前記第ｉの外部変数を前記第ｊの内部変数に対する前記有効外部変数から除外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パックは、前記バッテリー管理装置を含む。
本発明のさらに他面によるバッテリー管理方法は、第１～第ｍの入力データセット、第１～第ｎの希望データセット及び第１～第ｎの基準値を保存し、ｍとｎが各々２以上の自然数であり、前記第１～第ｍの入力データセットがバッテリーセルの外部から観測可能な第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられ、前記第１～第ｍの入力データセットの各々が所定の個数の入力値を含み、前記第１～第ｎの希望データセットが前記バッテリーセルの外部から観測できない第１～第ｎの内部変数に各々関連付けられ、前記第１～第ｎの希望データセットの各々が前記所定の個数の目標値を含む段階と、前記第１～第ｍの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値に基づいて、前記第１～第ｎの内部変数の各々に対して前記第１～第ｍの外部変数のうち少なくとも一つを有効外部変数として設定する段階と、を含む。
前記第１～第ｍの入力データセットのうち第ｉの入力データセットと前記第１～第ｎの希望データセットのうち第ｊの希望データセットとの多重相関係数の絶対値が、前記第１～第ｎの基準値のうち第ｊの基準値よりも大きい場合、前記第１～第ｍの外部変数のうち第ｉの外部変数が前記第１～第ｎの内部変数のうち第ｊの内部変数に対する有効外部変数として設定され得る。ｉはｍ以下の自然数である。ｊはｎ以下の自然数である。
本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、バッテリーセルの内部変数と外部変数との相関性を分析することができる。
また、本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、外部変数のうち各内部変数との相関性が一定水準以上である外部変数のみを、各内部変数の推定のための多層パーセプトロンのモデリングに活用することができる。
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。
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の構成を例示的に示した図である。 図１のバッテリー管理装置によって活用されるメイン多層パーセプトロンを例示的に示した図である。 サブ多層パーセプトロンを例示的に示した図である。 図１のバッテリー管理装置によって実行可能な一方法を例示的に示したフローチャートである。 図１のバッテリー管理装置によって実行可能な他の方法を例示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。
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。
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１の構成を例示的に示した図であり、図２は、図１のバッテリー管理装置１００によって活用されるメイン多層パーセプトロンを例示的に示した図であり、図３は、サブ多層パーセプトロンを例示的に示した図である。
図１を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーセル１０、スイッチ２０及びバッテリー管理装置１００を含む。
バッテリーパック１は、電気自動車のような電力装置に装着され、電力装置の駆動に求められる電気エネルギーを供給する。バッテリー管理装置１００は、バッテリーセル１０の正極端子及び負極端子に電気的に接続可能に提供される。
バッテリーセル１０は、リチウムイオンセルであり得る。勿論、反復的な充放電が可能であれば、バッテリーセル１０の種類はリチウムイオンセルに限定されない。
バッテリーセル１０は、バッテリーパック１の電源端子（＋、－）によって外部装置に電気的に結合し得る。外部装置は、例えば、電気自動車などの電気負荷（例えば、モーター）、ＤＣ－ＡＣインバーター、充電器などであり得る。
スイッチ２０は、バッテリーセル１０の正極端子と電源端子（＋）とを接続する電流経路またはバッテリーセル１０の負極端子と電源端子（－）とを接続する電流経路に設けられる。スイッチ２０が開動作状態であるとき、バッテリーセル１０の充放電は中断される。スイッチ２０が閉動作状態であるとき、バッテリーセル１０の充放電が可能になる。
バッテリー管理装置１００は、インターフェース部１１０、メモリ部１２０及び制御部１３０を含む。バッテリー管理装置１００は、センシング部１４０をさらに含み得る。
センシング部１４０は、電圧センサー１４１、電流センサー１４２及び温度センサー１４３を含む。電圧センサー１４１は、バッテリーセル１０の両端にかかった電圧を測定するように構成される。電流センサー１４２は、バッテリーセル１０を通して流れる電流を測定するように構成される。温度センサー１４３は、バッテリーセル１０の温度を測定するように構成される。センシング部１４０は、測定された電圧、測定された電流及び測定された温度を示すセンシングデータを制御部１３０に伝送し得る。
インターフェース部１１０は、外部装置に通信可能に結合し得る。インターフェース部１１０は、制御部１３０と外部装置との有線通信または無線通信を支援するように構成される。有線通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信であり得、無線通信は、例えば、ジグビーやブルートゥース（登録商標）通信であり得る。インターフェース部１１０は、制御部１３０によって行われる各動作の結果をユーザが認識可能な形態で提供するディスプレイや、スピーカーなどのような出力デバイスを含み得る。インターフェース部１１０は、ユーザのデータが入力されるマウス、キーボードなどのような入力デバイスを含み得る。
メモリ部１２０は、インターフェース部１１０、制御部１３０及びセンシング部１４０のうち少なくとも一つに動作可能に結合する。メモリ部１２０は、制御部１３０によって行われる各動作の結果を保存し得る。メモリ部１２０は、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ（登録商標） ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＳＤタイプ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ，ソリッドステートディスクタイプ）、ＳＤＤタイプ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ ｔｙｐｅ，シリコンディスクドライブタイプ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，ランダムアクセスメモリ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，スタティックランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，リードオンリメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，エレクトリカリーイレーサブルリードオンリメモリ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，プログラマブルリードオンリメモリ）のうち少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。
メモリ部１２０は、バッテリーセル１０の内部の化学的状態を推定するのに求められる多様なデータを保存するように構成される。詳しくは、メモリ部１２０は、第１個数の入力データセット及び第２個数の希望データセットを保存している。メモリ部１２０は、メイン多層パーセプトロンをさらに保存し得る。以下では、第１個数が２以上の自然数であるｍであり、第２個数が２以上の自然数であるｎであると仮定する。例えば、外部装置から伝送された第１～第ｍの入力データセット及び第１～第ｎの希望データセットがインターフェース部１１０を介してメモリ部１２０に保存される。
第１～第ｍの入力データセットは、バッテリーセル１０の外部から観測可能な第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられる。即ち、第１インデックスであるｉが１～ｍの自然数（即ち、ｍ以下の自然数）とするとき、第ｉの入力データセットは、第ｉの外部変数に関連付けられる。各入力データセットは、第３個数（例えば、１，００００）の入力値を含む。例えば、第ｉの外部変数として予め決められた第３個数の値が第ｉの入力データセットに含まれる。本明細書において、Ｘｉは第ｉの入力データセットを指し、Ｘｉ（ｋ）は第ｉの入力データセットのｋ番目の入力値を指す。
例えば、ｍ＝１６の場合、第１～第１６の外部変数は、下記のように規定され得る。
第１の外部変数は、バッテリーセル１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が第１の充電状態（例えば、１００％）と同一の時点からバッテリーセル１０を第１の温度で第１の電流レート（例えば、１／３Ｃ）の電流で放電させる第１のテストによって、バッテリーセル１０の電圧が第１の電圧（例えば、３．０Ｖ）に到達する時点までの時間を示し得る。
第２の外部変数は、バッテリーセル１０の充電状態が第２の充電状態（例えば、５０％）と同一時点からバッテリーセル１０を第２の温度で第２の電流レート（例えば、２００Ａ）の電流で放電させる第２のテストが第１の基準時間（例えば、０．１ 秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第３の外部変数は、前記第２のテストが前記第１の基準時間よりも長い第２の基準時間（例えば、１．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第４の外部変数は、前記第２のテストが前記第２の基準時間よりも長い第３の基準時間（例えば、１０．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第５の外部変数は、前記第２のテストが前記第３の基準時間よりも長い第４の基準時間（例えば、３０．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第６の外部変数は、バッテリーセル１０を第３の温度で第３の電流レート（例えば、１．０Ｃ）の電流で放電させる第３のテストによって、バッテリーセル１０の充電状態が第３の充電状態（例えば、１００％）と同一の時点からバッテリーセル１０の電圧が第２の電圧（例えば、３．８Ｖ）に到達する時点までの時間を示し得る。
第７の外部変数は、前記第３のテストによって、バッテリーセル１０の電圧が前記第２の電圧よりも低い第３の電圧（例えば、３．５Ｖ）に到達する時点までの時間を示し得る。
第８の外部変数は、前記第３のテストによって、バッテリーセル１０の電圧が前記第２の電圧から前記第３の電圧に低下するのに経過した時間を示し得る。
第９の外部変数は、バッテリーセル１０を第４の温度で第４の電流レート（例えば、１．０Ｃ）の電流で放電させる第４のテストが、バッテリーセル１０の充電状態が第の４充電状態（例えば、１０％）と同一の時点から第５の基準時間（例えば、０．１秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第１０の外部変数は、前記第４のテストが前記第５の基準時間よりも長い第６の基準時間（例えば、１．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第１１の外部変数は、前記第４のテストが前記第６の基準時間よりも長い第７の基準時間（例えば、１０．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第１２の外部変数は、前記第４のテストが前記第７の基準時間よりも長い第８の基準時間（例えば、３０．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第１３の外部変数は、前記第４のテストが前記第８の基準時間よりも長い第９の基準時間（例えば、１００．０秒）の間に行われた時点におけるバッテリーセル１０の電圧を示し得る。
第１４の外部変数は、バッテリーセル１０の充電状態が第５の充電状態（例えば、１０％）と同一の時点からバッテリーセル１０を第５の温度で第５の電流レート（例えば、１．０Ｃ）の電流で充電する第５のテストによる、第１の期間（例えば、０．０～０．１秒）のバッテリーセル１０の電圧変化と第２の期間（例えば、２０．０～２０．１秒）のバッテリーセル１０の電圧変化との割合を示し得る。
第１５の外部変数は、バッテリーセル１０の充電状態が第６の充電状態（例えば、０％）と同一の時点からバッテリーセル１０を第６の温度で第６電の流レート（例えば、０．０４Ｃ）の電流で充電する第６のテストによって得られたバッテリーセル１０の微分容量カーブにおける一番目のピークの電圧を示し得る。Ｖ、ｄＶ及びｄＱが各々、バッテリーセル１０の電圧、バッテリーセル１０の電圧変化及びバッテリーセル１０の容量変化であるとき、前記微分容量カーブは、ＶとｄＱ／ｄＶとの対応関係を示す。前記微分容量カーブを「Ｖ－ｄＱ／ｄＶカーブ」と称し得る。前記一番目のピークは、前記微分容量カーブにおける複数のピークのうちＶが最小であるピークであり得る。
第１６の外部変数は、前記一番目のピークの電圧と基準電圧との差を示し得る。前記基準電圧は、バッテリーセル１０がＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）であったときに得られた微分容量カーブにおける一番目のピークの電圧として予め決められたものであり得る。
第１～第ｎの希望データセットは、バッテリーセル１０の外部から観測できない第１～第ｎの内部変数に各々関連付けられる。即ち、第２インデックスであるｊが１～ｎの自然数（即ち、ｎ以下の自然数）であるとき、第ｊの希望データセットは、第ｊの内部変数に関連付けられる。各内部変数は、バッテリーセル１０の内部の化学的状態を示す。各希望データセットは、前記第３個数の目標値を含む。例えば、第ｊの内部変数として予め決められた第３個数の値が第ｊの希望データセットに含まれる。本明細書において、Ｙｊは第ｊの希望データセットを指し、Ｙｊ（ｋ）は第ｊの希望データセットのｋ番目の目標値を指す。
Ｙ１（ｋ）～Ｙｎ（ｋ）は、バッテリーセル１０が特定の退化状態を有するときの第１～第ｎの内部変数として期待される値を示す。Ｘ１（ｋ）～Ｘｍ（ｋ）は、バッテリーセル１０が特定の退化状態を有するときのＹ１（ｋ）～Ｙｎ（ｋ）によって誘導される第１～第ｍの外部変数として期待される値を示す。
バッテリーセル１０の退化状態は、バッテリーセル１０の使用環境によって変化し、各退化状態は、第１～第ｎの内部変数の組合せによって規定され得る。ａ≠ｂの場合、Ｘ１（ａ）～Ｘｍ（ａ）及びＹ１（ａ）～Ｙｎ（ａ）は、第ａの退化状態に関連付けられ、Ｘ１（ｂ）～Ｘｍ（ｂ）及びＹ１（ｂ）～Ｙｎ（ｂ）は、バッテリーセル１０の第ａの退化状態とは異なる第ｂの退化状態に関連付けられる。
例えば、ｎ＝１４の場合、第１～第１４の内部変数は、以下のように規定され得る。
第１の内部変数は、バッテリーセル１０の正極の電気伝導度（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）であり得る。
第２の内部変数は、バッテリーセル１０の正極活物質のイオン拡散度（ｉｏｎｉｃ ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ）であり得る。
第３の内部変数は、バッテリーセル１０の正極活物質の交換電流密度（ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ）の速度定数（ｒａｔｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり得る。
第４の内部変数は、バッテリーセル１０の負極活物質のイオン拡散度であり得る。
第５の内部変数は、バッテリーセル１０の負極活物質の交換電流密度の速度定数であり得る。
第６の内部変数は、バッテリーセル１０の負極の屈曲度（ｔｏｒｔｕｏｓｉｔｙ）であり得る。屈曲度とは、二つの地点間の直線距離に対してイオンが一地点から他地点まで実際に移動した距離の割合を示す。
第７の内部変数は、バッテリーセル１０の負極の孔隙率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）であり得る。
第８の内部変数は、バッテリーセル１０の電解質のイオン濃度であり得る。
第９の内部変数は、バッテリーセル１０の電解質の初期イオン伝導度（ｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）に掛けられるスケールファクターであり得る。初期イオン伝導度は、バッテリーセル１０がＢＯＬのときのバッテリーセル１０の電解質のイオン伝導度を示す、予め決められた値であり得る。
第１０の内部変数は、バッテリーセル１０の電解質の初期イオン拡散度に掛けられるスケールファクターであり得る。初期イオン拡散度は、バッテリーセル１０がＢＯＬのときのバッテリーセル１０の電解質のイオン拡散度を示す予め決められた値であり得る。
第１１の内部変数は、バッテリーセル１０の電解質の陽イオンの輸率（ｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｃｅ ｎｕｍｂｅｒ）であり得る。輸率は、電解質の電気伝導度のうち陽イオン（例えば、Ｌｉ＋）が寄与する割合を示す。
第１２の内部変数は、バッテリーセル１０のＬＬＩ（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）であり得る。ＬＬＩは、バッテリーセル１０のリチウムがＢＯＬに対してどれぐらい減少したかを示す。
第１３の内部変数は、バッテリーセル１０の正極のＬＡＭ（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）であり得る。正極のＬＡＭは、バッテリーの正極活物質がＢＯＬに対してどれぐらい減少したかを示す。
第１４の内部変数は、バッテリーセル１０の負極のＬＡＭであり得る。負極の ＬＡＭは、バッテリーの負極活物質がＢＯＬに対してどれぐらい減少したかを示す。
第１～第ｍの入力データセット及び第１～第ｎの希望データセットは、バッテリーセル１０と同じ仕様を有する他のバッテリーセルに対するシミュレーション結果から予め決められたものであり得る。
制御部１３０は、インターフェース部１１０、メモリ部１２０及びセンシング部１４０のうち少なくとも一つに動作可能に結合する。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ー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能の遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを用いて具現され得る。
制御部１３０は、メイン多層パーセプトロンを活用して、第１～第ｎのサブ多層パーセプトロンをモデリングするのに求められる第１～第ｎの基準値を決定する。
図２を参照すると、メイン多層パーセプトロン２００は、入力層２０１、所定の個数の中問層２０２及び出力層２０３を含む。メイン多層パーセプトロン２００において、各層に含まれたノード（「ニューロン」とも称し得る。）の個数、ノード同士の接続、各中問層に含まれた各ノードの関数などは、予め決められていてもよい。各接続の加重値などは、所定のトレーニングデータを活用して決められ得る。
入力層２０１は、第１～第ｍの入力ノードＩ１～Ｉｍを含む。第１～第ｍの入力ノードＩ１～Ｉｍは、第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられる。第ｉの入力デートセットＸｉに含まれた各入力値が、第ｉの入力ノードＩｉに提供される。
出力層２０３は、第１～第ｎの出力ノードＯ１～Ｏｎを含む。第１～第ｎの出力ノードＯ１～Ｏｎは、第１～第ｎの内部変数に各々関連づけられる。
第１～第ｍの入力データセットＸ１～Ｘｍ各々のｋ番目の入力値が第１～第ｍの入力ノードＩ１～Ｉｍに各々入力されると、第１～第ｎの出力データセットＺ１～Ｚｎ各々のｋ番目の結果値が第１～第ｎの出力ノードＯ１～Ｏｎから各々出力される。
制御部１３０は、第１～第ｍの入力デートセットＸ１～Ｘｍにおいて同順のｍ個の入力値（例えば、Ｘ１（ｋ）～Ｘｍ（ｋ））を第１～第ｍの入力ノードＩ１～Ｉｍに各々入力する過程を繰り返すことで、各々前記第３個数の結果値を有する第１～第ｎの出力データセットＺ１～Ｚｎを生成し得る。本明細書において、Ｚｊは、第ｊの出力データセットを指し、Ｚｊ（ｋ）は、第ｊの出力データセットのｋ番目の結果値を指す。第１～第ｎの出力データセットにおいて、ｎ個の結果値であるＺ１（ｋ）～Ｚｎ（ｋ）は、同順に整列されているといえる。
制御部１３０は、第１～第ｎの出力データセットと第１～第ｎの希望データセットに基づいて、第１～第ｎのエラーファクターを決定し得る。即ち、制御部１３０は、第ｊの出力データセットと第ｊの希望データセットとを比較して、第ｊのエラーファクターを決定し得る。具体的には、制御部１３０は、下記の数式１を用いて、第ｊのエラーファクターを決定し得る。
Figure 0007279901000001
数式１において、ｕは前記第３個数、Ｆｅｒｒｏｒ＿ｊは第ｊのエラーファクターである。即ち、第ｊのエラーファクターは、第ｊの希望データセットに対する第ｊの出力データセットの誤差率と同一に決定され得る。
制御部１３０は、第１～第ｎのエラーファクターを各々臨界エラーファクターと比較して、第１～第ｎの基準値を決定し得る。臨界エラーファクターは、３％のように予め決められた値であり得る。具体的には、制御部１３０は、第ｊのエラーファクターが臨界エラーファクターよりも小さい場合、第ｊの基準値を第１の所定値と同一に決定し得る。これに対し、制御部１３０は、第ｊのエラーファクターが臨界エラーファクター以上である場合、第ｊの基準値を第２の所定値と同一に決定し得る。第２の所定値（例えば、０．２５）は、第１の所定値（例えば、０．５０）よりも小さく設定され得る。第１～第ｎの基準値が決定されることで、メイン多層パーセプトロン２００を活用したプロセスは完了し得る。または、第１～第ｎの基準値の各々は、第１の所定値または第２の所定値として予め決められていてもよい。この場合、メイン多層パーセプトロン２００を活用したプロセスは省略してもよい。
制御部１３０は、第１～第ｎのサブ多層パーセプトロンを決定するためのプロセスを行う。
制御部１３０は、第１～第ｎの希望データセットの各々と第１～第ｍの入力データセットの各々との多重相関係数（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を決定する。第ｉの入力データセットと第ｊの希望データセットとの多重相関係数は、下記の数式２から決定することができる。
Figure 0007279901000002
数式２において、Ｎは前記第３個数、ｒｉ，ｊは第ｉの入力データセットと第ｊの希望データセットとの多重相関係数である。各希望データセットに対してｍ個の多重相関係数が決定されるので、合計ｍ×ｎ個の多重相関係数が決定され得る。
多重相関係数ｒｉ，ｊの絶対値が第ｊの基準値よりも大きいことは、第ｉの外部変数と第ｊの内部変数との高い相関性を示す。制御部１３０は、多重相関係数ｒｉ，ｊの絶対値が第ｊの基準値よりも大きい場合、第ｉの入力データセットを前記第ｊのサブ多層パーセプトロンのモデリングのために活用することに決定し得る。制御部１３０は、多重相関係数ｒｉ，ｊの絶対値が第ｊの基準値よりも大きい場合、第ｉの外部変数を第ｊの内部変数に対する有効外部変数として設定し得る。
一方、多重相関係数ｒｉ，ｊの絶対値が第ｊの基準値以下であることは、第ｉの外部変数と第ｊの内部変数との低い相関性を示す。制御部１３０は、多重相関係数ｒｉ，ｊの絶対値が第ｊの基準値以下である場合、第ｉの入力データセットを前記第ｊのサブ多層パーセプトロンのモデリングのために活用しないことに決定し得る。即ち、制御部１３０は、第ｉの外部変数を第ｊの内部変数に対する有効外部変数から除外し得る。
制御部１３０は、第１～第ｎの内部変数の各々に関連づけられた第１～第ｎのサブ多層パーセプトロンを生成し得る。即ち、第ｊの内部変数と第ｊのサブ多層パーセプトロンとは、相互に関連付けられる。第ｊのサブ多層パーセプトロンは、第ｊの内部変数の値を推定するのに活用される。
図３を参照すると、第ｊのサブ多層パーセプトロン３００ｊは、入力層３０１ｊ、所定の個数の中問層３０２ｊ及び出力層３０３ｊを含む。各中問層３０２ｊに含まれた各ノードの関数などは、予め決められていてもよい。出力層３０３ｊは、第ｊの内部変数に関連づけられた単一の出力ノードを有する。
制御部１３０は、第ｊの内部変数に対して設定された有効外部変数の個数と同一に、第ｊのサブ多層パーセプトロンの入力層３０１ｊの入力ノードを生成し得る。図３は、第１、３、５の外部変数各々が、第ｊの内部変数に対する有効外部変数に設定された場合を例示する。
第ｊのサブ多層パーセプトロンの入力層３０１ｊは、三つの入力ノードＩｊ１～Ｉｊ３を有する。三種の外部変数に各々関連づけられた第１、第３及び第５の入力データセットが、三つの入力ノードＩｊ１～Ｉｊ３の各々にトレーニングデータとして提供され、第ｊのサブ多層パーセプトロンの出力層から得られるデータセットＷｊの結果値と第ｊの希望データセットの目標値との比較によって第ｊのサブ多層パーセプトロン３００ｊの学習が行われる。
第ｊのサブ多層パーセプトロン３００ｊの学習が完了した後、制御部１３０は、センシング部１４０を用いてバッテリーセル１０の電圧、電流及び温度を測定し得る。制御部１３０は、センシング部１４０からのセンシングデータに基づいて三種の外部変数の値を決定し得る。その後、制御部１３０は、三つの外部変数の値を第ｊのサブ多層パーセプトロン３００ｊの三つの入力ノードＩｊ１～Ｉｊ３に各々入力し、第ｊのサブ多層パーセプトロン３００ｊの出力層３０３ｊから結果値を得ることができる。当該結果値は、三つの外部変数の値に対応する退化状態に関連づけられた第ｊの内部変数の推定値である。第ｊの内部変数の推定値が、所定の第ｊの安全範囲から外れる場合、制御部１３０は、バッテリーセル１０を保護するためにスイッチ２０を開動作状態に制御し得る。
図４は、図１のバッテリー管理装置１００によって実行可能な一方法を例示したフローチャートである。
図１～図４を参照すると、段階Ｓ４１０において、制御部１３０は、第１～第ｍの入力データセット、第１～第ｎの希望データセット及びメイン多層パーセプトロン２００をメモリ部１２０に保存する。
段階Ｓ４２０において、制御部１３０は、メイン多層パーセプトロン２００を用いて、第１～第ｍの入力データセットから第１～第ｎの出力データセットを得る。
段階Ｓ４２２において、制御部１３０は、第２インデックスｊを１に設定する。
段階Ｓ４３０において、制御部１３０は、第ｊの出力データセット及び第ｊの希望データセットに基づいて、第ｊのエラーファクターを決定する。
段階Ｓ４４０において、制御部１３０は、第ｊのエラーファクターが臨界エラーファクターよりも小さいか否かを判定する。段階Ｓ４４０の値が、「はい」であれば、段階Ｓ４５０へ進む。段階Ｓ４４０の値が「いいえ」であれば、段階Ｓ４６０へ進む。
段階Ｓ４５０において、制御部１３０は、第ｊの基準値を第１の所定値と同一に設定する。
段階Ｓ４６０において、制御部１３０は、第ｊの基準値を第２の所定値と同一に設定する。
段階Ｓ４７０において、制御部１３０は、第２インデックスｊが第２個数ｎ未満であるか否かを判定する。段階Ｓ４７０の値が「はい」であれば、段階Ｓ４８０へ進む。
段階Ｓ４８０において、制御部１３０は、第２インデックスｊを１だけ増加させる。段階Ｓ４８０の後、段階Ｓ４３０へ戻る。
図４の方法によって第１～第ｎの基準値が順次に決定され得る。制御部１３０は、図４の方法によって第１～第ｎの基準値が決定された後、図５の方法を行い得る。
または、前述したように第１～第ｎの基準値が予め決められてメモリ部１２０に保存されている場合、制御部１３０は、図４の方法を行わず、図５の方法を行い得る。
図５は、図１のバッテリー管理装置１００によって実行可能な他の方法を例示するフローチャートである。
図１～図５を参照すると、段階Ｓ５１０において、制御部１３０は、第１インデックスｉと第２インデックスｊを各々１に設定する。
段階Ｓ５２０において、制御部１３０は、第ｉの入力データセットと第ｊの希望データセットとの多重相関係数を決定する。
段階Ｓ５３０において、制御部１３０は、多重相関係数の絶対値が第ｊの基準値よりも大きいか否かを判定する。段階Ｓ５３０の値が「はい」であれば、段階Ｓ５４０へ進む。段階Ｓ５３０の値が「いいえ」であれば、段階Ｓ５５０へ進む。
段階Ｓ５４０において、制御部１３０は、第ｉの外部変数を第ｊの内部変数に対する有効外部変数として設定する。
段階Ｓ５５０において、制御部１３０は、第１インデックスｉが第１個数ｍ未満であるか否かを判定する。段階Ｓ５５０の値が「はい」であれば、段階Ｓ５６０へ進む。段階Ｓ５５０の値が「いいえ」であれば、段階Ｓ５７０へ進む。
段階Ｓ５６０において、制御部１３０は、第１インデックスｉを１だけ増加させる。段階Ｓ５６０の後、段階Ｓ５２０へ戻る。
段階Ｓ５７０において、制御部１３０は、第２インデックスｊが第２個数ｎ未満であるか否かを判定する。段階Ｓ５７０の値が「はい」であれば、段階Ｓ５８０へ進む。
段階Ｓ５８０において、制御部１３０は、第１インデックスｉを１に設定し、第２インデックスｊを１だけ増加させる。段階Ｓ５８０の後、段階Ｓ５２０へ戻る。
段階Ｓ５５０の値が「いいえ」であることは、第ｊの内部変数に対する有効外部変数の設定が完了したことを示す。制御部１３０は、段階Ｓ５５０の値が「いいえ」である度に、第ｊの内部変数の値を推定するのに活用する第ｊのサブ多層パーセプトロンを生成し得る。
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。

Claims (9)

  1. 第１～第ｍの入力データセット、第１～第ｎの希望データセット及び第１～第ｎの基準値を保存するように構成されるメモリ部と、
    前記メモリ部に動作可能に結合する制御部と、を含み、
    ｍとｎが、各々２以上の自然数であり、
    前記第１～第ｍの入力データセットが、バッテリーセルの外部から観測可能な第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられ、
    前記第１～第ｍの入力データセットの各々が、所定の個数の入力値を含み、
    前記第１～第ｎの希望データセットが、前記バッテリーセルの内部の化学的状態による第１～第ｎの内部変数に各々関連付けられ、
    前記第１～第ｎの希望データセットの各々が、前記所定の個数の目標値を含み、
    前記制御部は、
    前記第１～第ｍの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値に基づき、前記第１～第ｎの内部変数の各々に対して前記第１～第ｍの外部変数のうち少なくとも一つを有効外部変数として設定するように構成され、
    前記メモリ部は、
    前記第１～第ｍの外部変数と前記第１～第ｎの内部変数との対応関係を規定するメイン多層パーセプトロンを保存するように構成され、
    前記制御部は、
    前記第１～第ｍの入力データセットを前記メイン多層パーセプトロンの入力層に含まれた第１～第ｍの入力ノードに提供し、前記メイン多層パーセプトロンの出力層に含まれた第１～第ｎの出力ノードから第１～第ｎの出力データセットを獲得し、前記第１～第ｎの出力データセットの各々は、前記所定の個数の結果値を含み、
    前記第１～第ｎの出力データセット及び第１～第ｎの希望データセットに基づいて、第１～第ｎのエラーファクターを決定し、
    前記第１～第ｎのエラーファクターの各々を臨界エラーファクターと比較し、前記第１～第ｎの基準値を決定するように構成される
    バッテリー管理装置。
  2. 第１～第ｍの入力データセット、第１～第ｎの希望データセット及び第１～第ｎの基準値を保存するように構成されるメモリ部と、
    前記メモリ部に動作可能に結合する制御部と、を含み、
    ｍとｎが、各々２以上の自然数であり、
    前記第１～第ｍの入力データセットが、バッテリーセルの外部から観測可能な第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられ、
    前記第１～第ｍの入力データセットの各々が、所定の個数の入力値を含み、
    前記第１～第ｎの希望データセットが、前記バッテリーセルの内部の化学的状態による第１～第ｎの内部変数に各々関連付けられ、
    前記第１～第ｎの希望データセットの各々が、前記所定の個数の目標値を含み、
    前記制御部は、
    前記第１～第ｍの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値に基づき、前記第１～第ｎの内部変数の各々に対して前記第１～第ｍの外部変数のうち少なくとも一つを有効外部変数として設定するように構成され、
    前記制御部は、
    前記第１～第ｍの入力データセットのうち第ｉの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセットのうち第ｊの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値のうち第ｊの基準値に基づいて、前記第１～第ｍの外部変数のうち第ｉの外部変数を、前記第ｊの内部変数に対する有効外部変数として設定するか否かを決定し、
    前記第ｉの外部変数が前記第ｊの内部変数に対する前記有効外部変数として設定された場合、前記第ｉの入力データセットをトレーニングデータに活用して、前記第ｊの内部変数に関連付けられたサブ多層パーセプトロンを学習させるように構成され、
    ｉがｍ以下の自然数であり、ｊがｎ以下の自然数である
    バッテリー管理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記第１～第ｎの希望データセットのうち第ｊの希望データセットに対する前記第１～第ｎの出力データセットのうち第ｊの出力データセットの誤差率と同一に、前記第１～第ｎのエラーファクターのうち第ｊのエラーファクターを決定するように構成され、
    ｊがｎ以下の自然数である、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記第ｊのエラーファクターが、前記臨界エラーファクターよりも小さい場合、前記第１～第ｎの基準値のうち第ｊの基準値を第１の所定値と同一に設定するように構成される、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記第ｊのエラーファクターが前記臨界エラーファクター以上である場合、前記第ｊの基準値を第２の所定値と同一に設定するように構成され、
    前記第２の所定値が前記第１の所定値よりも小さい、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記第ｉの入力データセットと前記第ｊの希望データセットとの多重相関係数を決定し、
    前記多重相関係数の絶対値が前記第ｊの基準値よりも大きい場合、前記第ｉの外部変数を前記第ｊの内部変数に対する前記有効外部変数として設定するように構成される、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記制御部は、
    前記多重相関係数の絶対値が前記第ｊの基準値以下である場合、前記第ｉの外部変数を前記第ｊの内部変数に対する前記有効外部変数から除外するように構成される、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の前記バッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
  9. 第１～第ｍの入力データセット、第１～第ｎの希望データセット及び第１～第ｎの基準値を保存し、ｍとｎが各々２以上の自然数であり、前記第１～第ｍの入力データセットがバッテリーセルの外部から観測可能な第１～第ｍの外部変数に各々関連付けられ、前記第１～第ｍの入力データセットの各々が所定の個数の入力値を含み、前記第１～第ｎの希望データセットが前記バッテリーセルの内部の第１～第ｎの内部変数に各々関連付けられ、前記第１～第ｎの希望データセットの各々が前記所定の個数の目標値を含む段階と、
    前記第１～第ｍの入力データセット、前記第１～第ｎの希望データセット及び前記第１～第ｎの基準値に基づいて、前記第１～第ｎの内部変数の各々に対して前記第１～第ｍの外部変数のうち少なくとも一つを有効外部変数として設定する段階と、を含み、
    前記第１～第ｍの入力データセットのうち第ｉの入力データセットと前記第１～第ｎの希望データセットのうち第ｊの希望データセットとの多重相関係数の絶対値が、前記第１～第ｎの基準値のうち第ｊの基準値よりも大きい場合、前記第１～第ｍの外部変数のうち第ｉの外部変数が前記第１～第ｎの内部変数のうち第ｊの内部変数に対する有効外部変数として設定され、
    ｉがｍ以下の自然数であり、ｊがｎ以下の自然数である
    バッテリー管理方法。
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