JP7322342B2 - バッテリー管理システム、バッテリーパック及びバッテリー管理方法 - Google Patents

バッテリー管理システム、バッテリーパック及びバッテリー管理方法 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーパックのセルグループ内に積層された複数のバッテリーセルの退化度が均一であるか否かを判断する技術に関する。
本出願は、２０１９年１２月４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１６０１０３号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、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。
Ｌｉ（ＮｉＭｎＣｏ）Ｏ２などのようなバッテリーセルの電極活物質は、充電されることで体積が増加し、放電することで体積が減少する特性を有する。したがって、バッテリーセルの充放電中にはバッテリーセルの厚さが変化する。特に、バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定値を境界にして増加または減少するときに発生する相転移によって、電極活物質の体積が大幅に変化すると知られている。
さらに、バッテリーセルが退化するほど、その内部で発生するガスによって、同じ充電状態でもより大きい厚さ変化が引き起こされる。そこで、バッテリーセルの厚さ変化を示す検出値（例えば、圧力、変位）からバッテリーセルの退化度を算出しようとする試みがある。
複数のバッテリーセルが積層して配置されているセルグループにおいては、単に各バッテリーセルの退化度だけでなく、複数のバッテリーセルの退化度が全体的に均一であるかをモニタリングすることが重要である。しかし、それぞれのバッテリーセル毎に厚さ変化を個別的に検出するためには、多数のセンサが必要であるという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、順次に積層された複数のバッテリーセルを含むセルグループの変位を所定時間毎に検出することで、複数のバッテリーセルが均一な退化度を有するか否かを決定するバッテリー管理システム、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。
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システムは、並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのものである。該バッテリー管理システムは、複数のバッテリーセルが積層された方向に対するセルグループの変位を検出するように構成される変位センサと、変位センサに動作可能に結合される制御部と、を含む。制御部は、セルグループの充電中の第１時点から第２時点までの第１診断期間に、所定時間毎にセルグループの変位を検出するように構成される。第１時点は、セルグループの充電状態が第１基準値に到達した時点である。第２時点は、充電状態が第２基準値に到達した時点である。制御部は、第１診断期間にわたった変位の履歴から第１変位カーブを決定するように構成される。第１変位カーブは、第１診断期間中の変位と充電状態との関係を示す。制御部は、第１変位カーブに基づいて、複数のバッテリーセルが不均一に退化したか否かを判断するように構成される。
変位センサは、ストレインゲージまたはレーザセンサを含み得る。
制御部は、第１変位カーブから第１微分変位カーブを決定するように構成され得る。第１微分変位カーブは、第１診断期間中の変位の微分値と充電状態との関係を示す。
制御部は、第１微分変位カーブのピークの総個数が臨界個数以上である場合、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成される。
制御部は、第１微分変位カーブの最初のピークと最後のピークとの間隔が臨界間隔以上である場合、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成され得る。
制御部は、セルグループの放電中の第３時点から第４時点までの第２診断期間に、所定時間毎にセルグループの変位を検出するように構成され得る。第３時点は、充電状態が第２基準値に到達した時点であり得る。第４時点は、充電状態が第１基準値に到達した時点であり得る。
制御部は、第２診断期間にわたった変位の履歴から第２変位カーブを決定するように構成され得る。第２変位カーブは、第２診断期間中の変位と充電状態との関係を示す。制御部は、第２変位カーブに基づいて、複数のバッテリーセルが不均一に退化したか否かを判断するように構成され得る。
制御部は、第２変位カーブから第２微分変位カーブを決定するように構成され得る。第２微分変位カーブは、第２診断期間中の変位の微分値と充電状態との関係を示す。
制御部は、第２微分変位カーブのピークの総個数が臨界個数以上である場合、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成され得る。
制御部は、第２微分変位カーブの最初のピークと最後のピークとの間隔が臨界間隔以上である場合、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成され得る。
制御部は、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断された場合、セルグループの充放電を停止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、バッテリー管理システムを含む。
本発明のさらに他の態様によるバッテリー管理方法は、並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのものである。該バッテリー管理方法は、セルグループの充電中の第１時点から第２時点までの診断期間に、所定時間毎に複数のバッテリーセルが積層された方向に対するセルグループの変位を検出する段階であって、第１時点はセルグループの充電状態が第１基準値に到達した時点であり、第２時点は充電状態が第２基準値に到達した時点である段階と、診断期間にわたった変位の履歴から変位カーブを決定する段階であって、変位カーブは診断期間中の変位と充電状態との関係を示す段階と、変位カーブに基づいて、複数のバッテリーセルが不均一に退化したか否かを判断する段階と、を含む。
バッテリー管理方法は、変位カーブから微分変位カーブを決定する段階をさらに含み得る。微分変位カーブは診断期間中の変位の微分値と充電状態との関係を示す。
バッテリー管理方法は、微分変位カーブのピークの総個数が臨界個数以上である場合、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断し得る。
バッテリー管理方法は、微分変位カーブの最初のピークと最後のピークとの間隔が臨界間隔以上である場合、複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断し得る。
本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、順次に積層された複数のバッテリーセルを含むセルグループの充電中に検出される変位の履歴に基づいて、複数のバッテリーセルが均一な退化度を有するか否かを決定することができる。
また、本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、セルグループの放電中に検出される変位の履歴に基づいて、複数のバッテリーセルが均一な退化度を有するか否かを決定することができる。
本発明の効果は上記の効果に制限されず、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、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。
本発明による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のセルグループとパックケースとの結合関係を例示的に示した図である。 セルグループの充電状態と変位との関係を例示的に示したグラフである。 セルグループの充電状態と微分変位との関係を例示的に示したグラフである。 本発明の第１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図である。 本発明の第２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図である。 本発明の第３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、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞典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。
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。
図１は本発明によるバッテリーパック１０の構成を例示的に示した図であり、図２は図１のセルグループ２０とパックケース３０との結合関係を例示的に示した図である。
図１及び図２を参照すると、バッテリーパック１０は、セルグループ２０、パックケース３０及びバッテリー管理システム１００を含む。
セルグループ２０は、順次に積層された複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎ（Ｎは２以上の整数）を含む。複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎは、互いに並列で接続され得る。以下では、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎに対する共通的な説明には参照符号Ｂを付与することにする。
バッテリーセルＢは、正極端子２１と負極端子２２を有する。バッテリーセルＢは、例えばリチウムイオン電池などのように再充電可能なものであれば、その種類には特に制限がない。
図２において、Ｘ軸はバッテリーセルＢの長手方向、Ｙ軸はバッテリーセルの幅方向、Ｚ軸はバッテリーセルＢの厚さ方向をそれぞれ示す。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元座標系の相互に直交する三つの軸であり得る。以下では、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿ＮがＺ軸に沿って並んで積層されていると仮定する。
パックケース３０は、一対のエンドプレート３１、３２を含む。セルグループ２０は、一対のエンドプレート３１、３２がＺ軸に沿って離隔した空間に収容され得る。セルグループ２０の下面は、エンドプレート３２によって支持され得る。
パックケース３０は、一対の結合部材４１、４２をさらに含むことができる。一対の結合部材４１、４２は、それぞれの一端部がエンドプレート３１に結合固定され、それぞれの他端部がエンドプレート３２に結合固定され得る。これによって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸における一対のエンドプレート３１、３２の動きを抑制するように提供される。一対の結合部材４１、４２のそれぞれの両端部は一対のエンドプレート３１、３２を貫通した状態で結合され得る。
バッテリー管理システム１００は、センシング部１１０、スイッチ１２０及び制御部１３０を含む。
センシング部１１０は、電圧センサ１１１、電流センサ１１２及び変位センサ１１３を含む。センシング部１１０は、温度センサ１１４をさらに含むことができる。
電圧センサ１１１は、セルグループ２０の正極端子及び負極端子に接続される。電圧センサ１１１は、セルグループ２０の正極端子と負極端子との間の電圧（以下、「パック電圧」とも称する）を測定するように提供される。
電流センサ１１２は、バッテリーパック１０の電力線ＰＬに設けられる。電流センサ１１２は、電力線ＰＬを通じて流れる充放電電流（以下、「パック電流」とも称する）を測定するように提供される。
変位センサ１１３は、セルグループ２０内で複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが積層された方向でのセルグループ２０の変位を検出するように提供される。変位は、（ｉ）所定の初期高さに対する、セルグループ２０の積層高さの増加分、または、（ｉｉ）所定の初期圧力に対する、セルグループ２０によってＺ軸方向に作用する圧力の増加分であり得る。積層高さは、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの厚さの和であって、セルグループ２０の上面の特定地点と下面の特定地点とのＺ軸における直線距離であり得る。セルグループ２０の上面と下面は、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎのうち、Ｚ軸の両端部に位置した二つのバッテリーセル（Ｂ＿１、Ｂ＿Ｎ）のそれぞれの外側面であり得る。
変位センサ１１３は、セルグループ２０の変位を検出可能な位置に配置される。一例として、図２に示されたように、変位センサ１１３は、パックケース３０のエンドプレート３１とセルグループ２０の上面との間の所定領域に配置され得る。
変位センサ１１３は、セルグループ２０の充放電中に、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの膨張または収縮によるパックケース３０とセルグループ２０との距離変化から、積層方向に対するセルグループ２０の変位を検出する。変位センサ１１３は、例えば、ストレインゲージのような接触式センサであり得る。または、変位センサ１１３は、例えば、レーザセンサのような非接触式センサであり得る。
温度センサ１１４は、セルグループ２０の温度（以下、「パック温度」とも称する）を測定するように提供される。
スイッチ１２０は、電力線ＰＬに設けられ、充放電電流の経路を開閉するように提供される。スイッチ１２０は、制御部１３０からのスイッチング信号に応じて、オンオフ制御される。例えば、スイッチ１２０は、スイッチング信号の電圧がハイレベル（例えば、５Ｖ）であればターンオンされ、スイッチング信号の電圧がローレベル（例えば、０Ｖ）であればターンオフされる。ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）のような公知のスイッチング素子がスイッチ１２０として用いられ得る。
制御部１３０は、センシング部１１０及びスイッチ１２０に動作可能に結合される。動作可能に結合されるとは、信号を送信及び／または受信できるように連結されることを意味する。制御部１３０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサ、その他の機能を実行するための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現され得る。
制御部１３０にはメモリが内蔵され得る。メモリには、後述する方法を実行するのに必要なプログラム及び各種のデータが保存され得る。メモリは、例えばフラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｉｓｋ）、ＳＤＤ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、マルチメディアマイクロカード、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）のうち少なくとも一つの形態の保存媒体を含み得る。
制御部１３０は、電圧センサ１１１、電流センサ１１２、変位センサ１１３及び／または温度センサ１１４によって測定される情報を示すパック１０のデータを所定時間毎に周期的に収集する。制御部１３０は、セルグループ２０の充電中または放電中に、パック電圧、パック電流及び／またはパック温度に基づいて、セルグループ２０の充電状態を所定時間毎に更新することができる。充電状態は、最大容量に対する現在容量を０～１または０～１００％で表すパラメータである。充電状態を決定するには、電流積算、等価回路モデル及び／またはカルマンフィルタのような公知の技術を活用し得るが、具体的な説明は省略する。
制御部１３０は、セルグループ２０の充電中及び／または放電中に、変位センサ１１３によって検出される変位が経時的に変化した履歴（以下、「変位履歴」とも称する）を用いて、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが均一に退化した状態であるか否かを判断する。
図３はセルグループ２０の充電状態と変位との関係を例示的に示したグラフであり、図４はセルグループ２０の充電状態と微分変位との関係を例示的に示したグラフである。
図３において、変位カーブ３０１は、均一に退化した複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎを含むセルグループ２０の充電状態ＳＯＣと変位Ｄとの関係を示す。例えば、変位カーブ３０１は、新たな複数のセルを含むセルグループ２０を、充電状態ＳＯＣが０％から１００％になるまで定電流で充電しながら、所定時間毎に充電状態ＳＯＣと変位Ｄとを記録することで得られたものであり得る。
変位カーブ３０２は、不均一に退化した複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎを含むセルグループ２０の充電状態ＳＯＣと変位Ｄとの関係を示す。複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが不均一に退化したとは、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの最大退化度と最小退化度との差が所定の許容水準を超えたことを意味する。例えば、変位カーブ３０２は、充放電サイクルを４００回繰り返して強制に退化させたセルグループ２０を、充電状態ＳＯＣが０％から１００％になるまで定電流で充電しながら、所定時間毎の充電状態ＳＯＣと変位Ｄとをマッピングして記録することで得られたものであり得る。
図４において、微分変位カーブ４０１は、図３の変位カーブ３０１から得られたものであって、第１基準値Ａから第２基準値Ｂまでの範囲におけるセルグループ２０の充電状態ＳＯＣと微分変位ｄＤ／ｄＳＯＣとの関係を示す。ｄＤ／ｄＳＯＣ（変位Ｄの微分値）は、所定時間毎の、ＳＯＣの変化量ｄＳＯＣに対するＤの変化量ｄＤの比率である。第１基準値Ａ及び第２基準値Ｂは、バッテリーセルの退化度と相転移が発生する充電状態との関係を確認するためのテストの結果から予め決められ得る。
微分変位カーブ４０２は、図３の変位カーブ３０２から得られたものであって、第１基準値Ａから第２基準値Ｂまでの範囲におけるセルグループ２０の充電状態ＳＯＣと微分変位ｄＤ／ｄＳＯＣとの関係を示す。
複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが均一に退化した場合、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの相転移が同一時点または非常に短時間の範囲内で一括して発生する。
一方、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが不均一に退化した場合、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎのうち少なくとも二つの相転移は大きい時間差を置いて発生する。これにより、変位カーブ３０２における凹凸部分の個数は、変位カーブ３０１における凹凸部分の個数よりも多くなる。
それぞれの凹凸は、微分変位カーブのピークとして現れる。したがって、微分変位カーブ４０２には微分変位カーブ４０１よりも多いピークが現れる。
まず、微分変位カーブ４０１には単一のピークＰ１１のみが現れている。これは、セルグループ２０内の均一に退化した複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎすべてで、相転移が同一時点または非常に短時間の範囲内で発生したことを意味する。
一方、微分変位カーブ４０２には四つのピークＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４が現れている。これは、セルグループ２０内の不均一に退化した複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎのうち少なくとも四つのバッテリーセルで、相転移が異なる時点で発生したことを意味する。
充電中には充電状態の増加が変位の増加として現れるため、微分変位カーブ４０１と微分変位カーブ４０２のそれぞれのピークは極大点である。逆に、放電中には充電状態の減少が変位の減少として現れるため、それぞれのピークは極小点である。
これを通じて、微分変位カーブに現れる（複数の）ピークの個数及び／またはピーク間の間隔から、セルグループ２０内の複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの退化度が均一であるか否かを判断できることが分かる。
図５は、本発明の第１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図である。図５の方法は、セルグループ２０の充電中または放電中に行われるものであり得る。理解を助けるため、図３の変位カーブ３０２及び図４の微分変位カーブ４０２を参照して説明する。
図１～図５を参照すると、段階Ｓ５１０において、制御部１３０は、診断期間に、所定時間（例えば、０．０１秒）毎に複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが積層された方向に対するセルグループ２０の変位を検出する。
図５の方法がセルグループ２０の充電中に行われる場合、診断期間の開始時点は複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの充電状態が第１基準値Ａに到達した時点であり、診断期間の終了時点は複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの充電状態が第１基準値Ａよりも大きい第２基準値Ｂ（例えば、９７％）に到達した時点であり得る。
図５の方法がセルグループ２０の放電中に行われる場合、診断期間の開始時点は複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの充電状態が第２基準値Ｂに到達した時点であり、診断期間の終了時点は複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎの充電状態が第１基準値Ａに到達した時点であり得る。
段階Ｓ５２０において、制御部１３０は、診断期間にわたって所定時間毎に検出された変位の履歴に基づいて変位カーブ３０２を決定する。
段階Ｓ５３０において、制御部１３０は、変位カーブ３０２から微分変位カーブ４０２を決定する。
段階Ｓ５４０において、制御部１３０は、微分変位カーブ４０２のピークＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４の総個数が臨界個数（例えば、４）以上であるか否かを判断する。臨界個数は、セルグループ２０に含まれたバッテリーセルＢの総個数Ｎを考慮して２以上に予め決定され得る。段階Ｓ５４０の値が「はい」であることは、複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが不均一に退化していることを示す。段階Ｓ５４０の値が「はい」である場合、段階Ｓ５５０に進む。
段階Ｓ５５０において、制御部１３０は、セルグループ２０の充放電を停止する。例えば、制御部１３０は、スイッチ１２０をターンオフさせ得る。
図６は、本発明の第２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図である。図６の方法は、セルグループ２０の充電中または放電中に行われるものであり得る。理解を助けるため、図３の変位カーブ３０２及び図４の微分変位カーブ４０２を参照して説明する。
図１～図４及び図６を参照すると、段階Ｓ６１０において、制御部１３０は、診断期間に、所定時間毎に複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが積層された方向に対するセルグループ２０の変位を検出する。段階Ｓ５１０についての説明が段階Ｓ６１０にも共通して適用される。
段階Ｓ６２０において、制御部１３０は、診断期間にわたって所定時間毎に検出された変位の履歴に基づいて変位カーブ３０２を決定する。
段階Ｓ６３０において、制御部１３０は、変位カーブ３０２から微分変位カーブ４０２を決定する。
段階Ｓ６４０において、制御部１３０は、微分変位カーブ４０２のピークＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４の総個数が二つ以上であるか否かを判断する。段階Ｓ６４０の値が「はい」であれば、段階Ｓ６４２に進む。
段階Ｓ６４２において、制御部１３０は、微分変位カーブ４０２の最大ピーク間隔が臨界間隔（例えば、４％）以上であるか否かを判断する。最大ピーク間隔は、微分変位カーブ４０２に順次に現れる最初のピークＰ２１と最後のピークＰ２４との間隔ΔＳＯＣ１である。本明細書において、二つのピーク同士の間隔とは、一方のピークの充電状態と他方のピークの充電状態との差の絶対値であり得る。段階Ｓ６４２の値が「はい」であれば、段階Ｓ６５０に進む。
段階Ｓ６５０において、制御部１３０は、セルグループ２０の充放電を停止する。例えば、制御部１３０は、スイッチ１２０をターンオフさせ得る。
図７は、本発明の第３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図である。図７の方法は、セルグループ２０の充電中または放電中に行われるものであり得る。理解を助けるため、図３の変位カーブ３０２及び図４の微分変位カーブ４０２を参照して説明する。
図１～図４及び図７を参照すると、段階Ｓ７１０において、制御部１３０は、診断期間に、所定時間毎に複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが積層された方向に対するセルグループ２０の変位を検出する。段階Ｓ５１０についての説明が段階Ｓ７１０にも共通して適用される。
段階Ｓ７２０において、制御部１３０は、診断期間にわたって所定時間毎に検出された変位の履歴に基づいて変位カーブ３０２を決定する。
段階Ｓ７３０において、制御部１３０は、変位カーブ３０２から微分変位カーブ４０２を決定する。
段階Ｓ７４０において、制御部１３０は、微分変位カーブ４０２の関心ピークの総個数が臨界個数以上であるかいなかを判断する。関心ピークは、臨界値ＤＴＨ以上の微分変位ｄＤ／ｄＳＯＣを有するピークである。臨界値ＤＴＨは、バッテリーセルＢの相転移による変位の差を実験的に確認することで予め決定され得る。
微分変位カーブ４０２においては、ピークＰ２２、ピークＰ２３及びピークＰ２４が関心ピークである。ピークＰ２１は、相転移以外の原因によって微分変位カーブ４０２に現れたものであり得る。臨界個数は、セルグループ２０に含まれたバッテリーセルの総個数を考慮して２以上に予め決定され得る。段階Ｓ７４０の値が「はい」であれば、段階Ｓ７４２に進む。
段階Ｓ７４２において、制御部１３０は、微分変位カーブ４０２の関心ピーク間隔が臨界間隔（例えば、４％）以上であるか否かを判断する。関心ピーク間隔は、最初の関心ピークＰ２２と最後の関心ピークＰ２４との間隔ΔＳＯＣ２である。段階Ｓ７４２の値が「はい」であれば、段階Ｓ７５０に進む。
段階Ｓ７５０において、制御部１３０は、セルグループ２０の充放電を停止する。例えば、制御部１３０は、スイッチ１２０をターンオフさせ得る。
第３実施例は、第１実施例及び第２実施例と異なって、すべてのピークではなく、関心ピークに基づいて複数のバッテリーセルＢ＿１～Ｂ＿Ｎが均一に退化しているか否かを判断するため、第１実施例及び第２実施例よりも判断の正確度が向上することができる。
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。

Claims (10)

  1. 並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのバッテリー管理システムであって、
    前記セルグループの変位を検出するように構成される変位センサと、
    前記変位センサに動作可能に結合される制御部と、を含み、
    前記制御部は、
    前記セルグループの充電中の第１時点から第２時点までの第１診断期間に、所定時間毎に前記セルグループの前記変位を検出し、ここで、前記第１時点は前記セルグループの充電状態が第１基準値に到達した時点であり、前記第２時点は前記充電状態が第２基準値に到達した時点であり、
    前記第１診断期間にわたった前記変位の履歴から第１変位カーブを決定し、ここで、前記第１変位カーブは前記第１診断期間中の前記変位と前記充電状態との関係を示し、
    前記第１変位カーブから第１微分変位カーブを決定し、ここで、前記第１微分変位カーブは前記第１診断期間中の前記変位の微分値と前記充電状態との関係を示し、
    前記第１微分変位カーブのピークの総個数が臨界個数以上である場合、前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成された、
    バッテリー管理システム。
  2. 並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのバッテリー管理システムであって、
    前記セルグループの変位を検出するように構成される変位センサと、
    前記変位センサに動作可能に結合される制御部と、を含み、
    前記制御部は、
    前記セルグループの充電中の第１時点から第２時点までの第１診断期間に、所定時間毎に前記セルグループの前記変位を検出し、ここで、前記第１時点は前記セルグループの充電状態が第１基準値に到達した時点であり、前記第２時点は前記充電状態が第２基準値に到達した時点であり、
    前記第１診断期間にわたった前記変位の履歴から第１変位カーブを決定し、ここで、前記第１変位カーブは前記第１診断期間中の前記変位と前記充電状態との関係を示し、
    前記第１変位カーブから第１微分変位カーブを決定し、ここで、前記第１微分変位カーブは前記第１診断期間中の前記変位の微分値と前記充電状態との関係を示し、
    前記第１微分変位カーブの最初のピークと最後のピークとの間隔が臨界間隔以上である場合、前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成された、
    バッテリー管理システム。
  3. 並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのバッテリー管理システムであって、
    前記セルグループの変位を検出するように構成される変位センサと、
    前記変位センサに動作可能に結合される制御部と、を含み、
    前記制御部は、
    前記セルグループの放電中の第３時点から第４時点までの第２診断期間に、所定時間毎に前記セルグループの前記変位を検出し、ここで、前記第３時点は前記セルグループの充電状態が第２基準値に到達した時点であり、前記第４時点は前記充電状態が第１基準値に到達した時点であり、
    前記第２診断期間にわたった前記変位の履歴から第２変位カーブを決定し、ここで、前記第２変位カーブは前記第２診断期間中の前記変位と前記充電状態との関係を示し、
    前記第２変位カーブから第２微分変位カーブを決定し、ここで、前記第２微分変位カーブは前記第２診断期間中の前記変位の微分値と前記充電状態との関係を示し、
    前記第２微分変位カーブのピークの総個数が臨界個数以上である場合、前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成された
    バッテリー管理システム。
  4. 並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのバッテリー管理システムであって、
    前記セルグループの変位を検出するように構成される変位センサと、
    前記変位センサに動作可能に結合される制御部と、を含み、
    前記制御部は、
    前記セルグループの放電中の第３時点から第４時点までの第２診断期間に、所定時間毎に前記セルグループの前記変位を検出し、ここで、前記第３時点は前記セルグループの充電状態が第２基準値に到達した時点であり、前記第４時点は前記充電状態が第１基準値に到達した時点であり、
    前記第２診断期間にわたった前記変位の履歴から第２変位カーブを決定し、ここで、前記第２変位カーブは前記第２診断期間中の前記変位と前記充電状態との関係を示し、
    前記第２変位カーブから第２微分変位カーブを決定し、ここで、前記第２微分変位カーブは前記第２診断期間中の前記変位の微分値と前記充電状態との関係を示し、
    前記第２微分変位カーブの最初のピークと最後のピークとの間隔が臨界間隔以上である場合、前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断するように構成された
    バッテリー管理システム。
  5. 前記変位センサは、前記複数のバッテリーセルが積層された方向に対する前記セルグループの変位を検出する、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システム。
  6. 前記変位センサは、ストレインゲージまたはレーザセンサを含む、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システム。
  7. 前記制御部は、
    前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断された場合、前記セルグループの充放電を停止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管理システム。
  8. 請求項１から７のうちいずれか一項に記載のバッテリー管理システムを含むバッテリーパック。
  9. 並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのバッテリー管理方法であって、
    前記セルグループの充電中の第１時点から第２時点までの診断期間に、所定時間毎に前記セルグループの変位を検出する段階であって、前記第１時点は前記セルグループの充電状態が第１基準値に到達した時点であり、前記第２時点は前記充電状態が第２基準値に到達した時点である段階と、
    前記診断期間にわたった前記変位の履歴から変位カーブを決定する段階であって、前記変位カーブは前記診断期間中の前記変位と前記充電状態との関係を示す段階と、
    前記変位カーブから微分変位カーブを決定する段階であって、前記微分変位カーブは、前記診断期間中の前記変位の微分値と前記充電状態との関係を示す、段階と、
    前記微分変位カーブのピークの総個数が臨界個数以上である場合、前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断する段階と、を含む、バッテリー管理方法。
  10. 並列で接続された複数のバッテリーセルを含むセルグループのためのバッテリー管理方法であって、
    前記セルグループの充電中の第１時点から第２時点までの診断期間に、所定時間毎に前記セルグループの変位を検出する段階であって、前記第１時点は前記セルグループの充電状態が第１基準値に到達した時点であり、前記第２時点は前記充電状態が第２基準値に到達した時点である段階と、
    前記診断期間にわたった前記変位の履歴から変位カーブを決定する段階であって、前記変位カーブは前記診断期間中の前記変位と前記充電状態との関係を示す段階と、
    前記変位カーブから微分変位カーブを決定する段階であって、前記微分変位カーブは、前記診断期間中の前記変位の微分値と前記充電状態との関係を示す、段階と、
    前記微分変位カーブの最初のピークと最後のピークとの間隔が臨界間隔以上である場合、前記複数のバッテリーセルが不均一に退化したと判断する段階と、を含む、バッテリー管理方法。
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