JP7443648B2 - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２０年１１月１７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５３９０３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。
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、バッテリーセルに対する上限Ｃ－レートを設定することができるバッテリー管理装置及び方法に関する。
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。
一般に、バッテリーは充電及び放電を繰り返す過程で、副反応が発生して徐々に退化する。例えば、高いＣ－レートで充電及び／または放電が行われれば、バッテリーの負極にリチウムが析出されるリチウムメッキ（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｌａｔｉｎｇ）が発生し得る。バッテリーにリチウムメッキが発生すれば、バッテリーの負極容量が損失されるため、バッテリーの寿命が減少するおそれがある。
従来、バッテリーに対するプロファイルを分析してリチウムメッキの発生如何及び発生時点を診断する。ただし、退化によって内部抵抗が増加した退化セルの場合、発生時点を正確に診断し難い。また、従来はリチウムメッキが発生した後にリチウムメッキの発生如何及び発生時点を診断するため、バッテリーにリチウムメッキが発生することを防止するという面では限界がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルに対応する最適の上限Ｃ－レートを決定することで、バッテリーセルにリチウムメッキが発生することを防止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、複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理する装置であって、複数のＣ－レート毎にバッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得し、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいてバッテリーセルの電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成するように構成されたプロファイル生成部と、プロファイル生成部から複数の微分プロファイルを取得し、複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分し、基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定し、決定された基準ピークの電圧と決定された複数の参照ピークの電圧とを比較し、比較結果に基づいてバッテリーセルに対する上限Ｃ－レートを決定するように構成された制御部と、を含む。
制御部は、基準ピークと複数の参照ピークのそれぞれとの電圧差を算出し、算出された複数の電圧差と予め設定された臨界電圧とを比較し、比較結果に基づいて上限Ｃ－レートを決定するように構成され得る。
制御部は、算出された電圧差が臨界電圧以上である参照ピークをターゲットピークとして決定し、決定されたターゲットピークが含まれた参照微分プロファイルに対応するＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決定するように構成され得る。
制御部は、複数の電圧差と複数のＣ－レートとの対応関係を示す電圧プロファイルを生成し、生成された電圧プロファイルで臨界電圧に対応するターゲットＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決定するように構成され得る。
制御部は、複数のバッテリープロファイルを取得し、取得された複数のバッテリープロファイルから基準Ｃ－レートに対応する基準バッテリープロファイル及び参照Ｃ－レートに対応する参照バッテリープロファイルを決定し、決定された基準バッテリープロファイル及び決定された参照バッテリープロファイルに基づいて臨界電圧を設定するように構成され得る。
制御部は、参照バッテリープロファイルで所定の条件を満足する参照容量を選択し、基準バッテリープロファイルで参照容量に対応する電圧を臨界電圧として設定するように構成され得る。
制御部は、参照バッテリープロファイルで負極電圧が０である地点に対応する容量を参照容量として選択するように構成され得る。
制御部は、基準バッテリープロファイルで参照容量に対応する負極電圧を臨界電圧として設定するように構成され得る。
本発明の他の一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一態様によるバッテリー管理方法は、複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理する方法であって、複数のＣ－レート毎にバッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得する複数のバッテリープロファイル取得段階と、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいてバッテリーセルの電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分する微分プロファイル区分段階と、基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定する基準ピーク及び参照ピーク決定段階と、決定された基準ピークの電圧と決定された複数の参照ピークの電圧とを比較し、比較結果に基づいてバッテリーセルの上限Ｃ－レートを決定する上限Ｃ－レート決定段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、決定された上限Ｃ－レートに応じてバッテリーセルの充電及び放電が制御されるため、高いＣ－レートによる充電及び放電によってバッテリーセルに副反応が発生することを防止でき、バッテリーセルの退化を遅延させてバッテリーセルの寿命を延ばすことができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、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だろう。
本明細書に添付される次の図面は、後述する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。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置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によって生成された複数の微分プロファイル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によって生成された電圧プロファイルを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による複数のバッテリープロファイルを概略的に示した図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他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図である。
本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
また、本発明の説明において、関連する公知の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の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１００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１００は、複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理することができる。
ここで、バッテリーセルは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーセルとして見なし得る。
例えば、バッテリーセルは、第１のＣ－レートＣ１、第２のＣ－レートＣ２、第３のＣ－レートＣ３、第４のＣ－レートＣ４及び第５のＣ－レートＣ５でそれぞれ充電され得る。すなわち、バッテリーセルは、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）０％から１００％まで５個のＣ－レートで満充電され得る。
具体的な例として、第１のＣ－レートＣ１は０．０５Ｃであり、第２のＣ－レートＣ２は０．３３Ｃであり、第３のＣ－レートＣ３は０．５Ｃであり得る。第４のＣ－レートＣ４は０．７Ｃであり、第５のＣ－レートＣ５は１Ｃであり得る。
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、プロファイル生成部１１０及び制御部１２０を含む。
プロファイル生成部１１０は、複数のＣ－レート毎にバッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得するように構成され得る。
バッテリープロファイルは、バッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示すプロファイルであり得る。例えば、電圧をＸ軸に設定し、容量をＹ軸に設定した場合、バッテリープロファイルは、Ｘ－ＹグラフまたはＸ－Ｙテーブルで表され得る。
例えば、上述した実施形態のように、バッテリーセルが第１のＣ－レートＣ１、第２のＣ－レートＣ２、第３のＣ－レートＣ３、第４のＣ－レートＣ４及び第５のＣ－レートＣ５でそれぞれ充電された場合、プロファイル生成部１１０は第１のＣ－レートＣ１、第２のＣ－レートＣ２、第３のＣ－レートＣ３、第４のＣ－レートＣ４及び第５のＣ－レートＣ５のそれぞれに対応する５個のバッテリープロファイルを取得し得る。
プロファイル生成部１１０は、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいてバッテリーセルの電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成するように構成され得る。
微分プロファイルは、バッテリーセルの電圧と微分容量との対応関係を示すプロファイルであり得る。まず、複数のバッテリープロファイルのそれぞれに対し、プロファイル生成部１１０は、電圧を基準にして容量を微分することで微分容量を算出し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、電圧と微分容量との対応関係に応じて微分プロファイルを生成し得る。すなわち、電圧をＸ軸に設定し、微分容量をＹ軸に設定した場合、微分プロファイルはＸ－ＹグラフまたはＸ－Ｙテーブルで表され得る。
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００によって生成された複数の微分プロファイルを概略的に示した図である。
例えば、図２を参照すると、プロファイル生成部１１０は、５個のバッテリープロファイルに基づいて５個の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）を生成し得る。第１微分プロファイルＰ１は、第１のＣ－レートＣ１で充電されたバッテリーセルに対応する微分プロファイルである。第２微分プロファイルＰ２は、第２のＣ－レートＣ２で充電されたバッテリーセルに対応する微分プロファイルである。第３微分プロファイルＰ３は、第３のＣ－レートＣ３で充電されたバッテリーセルに対応する微分プロファイルである。第４微分プロファイルＰ４は、第４のＣ－レートＣ４で充電されたバッテリーセルに対応する微分プロファイルである。第５微分プロファイルＰ５は、第５のＣ－レートＣ５で充電されたバッテリーセルに対応する微分プロファイルである。
制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）を取得するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０と通信可能に接続され得る。プロファイル生成部１１０は、生成した複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）を制御部１２０に送信し、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）を受信することで複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）を取得し得る。
制御部１２０は、複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）を予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分するように構成され得る。
例えば、基準Ｃ－レートは０．１Ｃ未満に予め設定され得る。この場合、制御部１２０は、複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）のうち、０．１Ｃ未満のＣ－レートに対応する微分プロファイルを基準微分プロファイルとして設定し、残りの微分プロファイルを参照微分プロファイルとして設定し得る。
基準Ｃ－レートに対応する微分プロファイルが複数個であれば、制御部１２０は、対応するＣ－レートが最も小さい微分プロファイルを基準微分プロファイルとして設定し、残りの微分プロファイルを参照微分プロファイルとして設定し得る。
望ましくは、基準Ｃ－レートは０．０５Ｃに予め設定され得る。この場合、制御部１２０は、複数の微分プロファイルのうち、０．０５Ｃに対応する微分プロファイルを基準微分プロファイルとして設定し、残りの微分プロファイルを参照微分プロファイルとして設定し得る。
一方、複数の微分プロファイル（Ｐ１～Ｐ５）中に基準Ｃ－レートに対応する微分プロファイルがない場合、制御部１２０は、複数の微分プロファイルのうちのＣ－レートが最も小さい微分プロファイルを基準微分プロファイルとして設定し、残りの微分プロファイルを参照微分プロファイルとして設定し得る。
例えば、基準Ｃ－レートが０．０５Ｃに予め設定されており、第１のＣ－レートＣ１、第２のＣ－レートＣ２、第３のＣ－レートＣ３、第４のＣ－レートＣ４及び第５のＣ－レートＣ５がそれぞれ０．０５Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、０．７Ｃ及び１Ｃであると仮定する。図２の実施形態において、制御部１２０は、第１のＣ－レートＣ１に対応する第１微分プロファイルＰ１を基準微分プロファイルとして設定し、第２のＣ－レートＣ２～第５のＣ－レートＣ５に対応する第２微分プロファイルＰ２～第５微分プロファイルＰ５を参照微分プロファイルとして設定し得る。すなわち、第１微分プロファイルＰ１～第５微分プロファイルＰ５のうち、第１微分プロファイルＰ１は基準微分プロファイルに区分され、第２微分プロファイルＰ２～第５微分プロファイルＰ５は参照微分プロファイルに区分され得る。
制御部１２０は、基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定するように構成され得る。
基準ピークと参照ピークとは、互いに対応するピークであり得る。すなわち、基準ピーク及び参照ピークは、それぞれに対応する微分プロファイルにおいて所定の電圧範囲で上方に向かって凸状の概形を有する地点であり得る。ここで、上方に向かって凸状の概形を有する地点とは、電圧に対する微分容量の瞬間変化率が０である地点であって、該当地点を基準にして低電位側の瞬間変化率は正であり、高電位側の瞬間変化率は負である地点を意味する。
例えば、基準ピーク及び参照ピークは、対応する微分プロファイルにおいて３．６Ｖ～３．８Ｖに含まれたピークのうち、微分容量が最も大きい地点であり得る。
図２の実施形態において、第１微分プロファイルＰ１には第１ピークＰａが含まれ、第２微分プロファイルＰ２には第２ピークＰｂが含まれ、第３微分プロファイルＰ３には第３ピークＰｃが含まれ得る。第４微分プロファイルＰ４には第４ピークＰｄが含まれ、第５微分プロファイルＰ５には第５ピークＰｅが含まれ得る。すなわち、制御部１２０は、基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定し得る。
制御部１２０は、決定された基準ピークの電圧と決定された複数の参照ピークの電圧とを比較するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、基準ピークの電圧と決定された複数の参照ピークの電圧のそれぞれとを比較し得る。すなわち、制御部１２０は、基準ピークと複数の参照ピークのそれぞれとの電圧差を算出し得る。
例えば、図２の実施形態において、基準ピークである第１ピークＰａの電圧はＶａであり得る。複数の参照ピークに該当する第２ピークＰｂ、第３ピークＰｃ、第４ピークＰｄ及び第５ピークＰｅの電圧は、それぞれＶｂ、Ｖｃ、Ｖｄ及びＶｅであり得る。制御部１２０は、第１ピークＰａの電圧（Ｖａ）と第２ピークＰｂの電圧（Ｖｂ）との第１電圧差を算出し、第１ピークＰａの電圧（Ｖａ）と第３ピークＰｃの電圧（Ｖｃ）との第２電圧差を算出し得る。制御部１２０は、第１ピークＰａの電圧（Ｖａ）と第４ピークＰｄの電圧（Ｖｄ）との第３電圧差を算出し、第１ピークＰａの電圧（Ｖａ）と第５ピークＰｅの電圧（Ｖｅ）との第４電圧差を算出し得る。
制御部１２０は、比較結果に基づいてバッテリーセルに対する上限Ｃ－レートを決定するように構成され得る。具体的には、制御部１２０は、算出された複数の電圧差と予め設定された臨界電圧Ｖｔｈとを比較し、比較結果に基づいて上限Ｃ－レートを決定するように構成され得る。
例えば、上述した実施形態において、制御部１２０は、算出した第１電圧差～第４電圧差をそれぞれ予め設定された臨界電圧Ｖｔｈと比較し得る。望ましくは、制御部１２０は、第１電圧差～第４電圧差のそれぞれと臨界電圧Ｖｔｈとを比較し、比較結果に基づいてバッテリーセルに対する上限Ｃ－レートを決定し得る。
ここで、上限Ｃ－レートとは、バッテリーセルのそれぞれに対して設定されるものであって、バッテリーセルの充電時及び放電時に許容可能な最大Ｃ－レートを意味し得る。すなわち、制御部１２０によって決定された上限Ｃ－レートは、バッテリーセルに対して許容可能な最大Ｃ－レートで設定され得る。そして、決定された上限Ｃ－レート未満のＣ－レートでバッテリーセルが充電または放電し得る。
例えば、バッテリーセルが決定された上限Ｃ－レート以上で充電される場合、バッテリーセルに副反応が発生し得る。具体的には、バッテリーセルの負極にリチウムが析出されるリチウムメッキが発生し得る。したがって、制御部１２０は、基準ピークの電圧と決定された複数の参照ピークの電圧とを比べた結果に応じてバッテリーセルに対する上限Ｃ－レートを決定することで、充電及び放電によってバッテリーセルに副反応が発生することを防止することができる。
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によって決定された上限Ｃ－レートに応じてバッテリーセルの充電及び放電が制御されるため、バッテリーセルの退化が遅延してバッテリーセルの寿命が延びることができる。
一方、バッテリー管理装置１００に備えられた制御部１２０は、本発明で行わ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、特定用途向け集積回路）、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、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、制御部１２０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、制御部１２０によって実行され得る。メモリは、制御部１２０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１２０に接続され得る。
また、バッテリー管理装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、バッテリー管理装置１００の各構成要素が動作及び機能を遂行するのに必要なデータ、若しくは、プログラムまたは動作及び機能が行われる過程で生成されるデータなどを保存し得る。保存部１３０は、データを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記録手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、情報記録手段にはＲＡＭ、フラッシュ（登録商標）メモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどが含まれ得る。また、保存部１３０は、制御部１２０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。
例えば、複数のバッテリープロファイルは、保存部１３０に保存され得る。そして、プロファイル生成部１１０は、保存部１３０にアクセスして複数のバッテリープロファイルを取得し得る。また、プロファイル生成部１１０によって生成された複数の微分プロファイルは、保存部１３０に保存され得る。制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から直接複数の微分プロファイルを受信してもよく、保存部１３０にアクセスして複数のバッテリープロファイル及び複数の微分プロファイルを取得してもよい。
以下では、制御部１２０が上限Ｃ－レートを決定する実施形態について説明する。
例えば、制御部１２０は、バッテリーセルに対して充電が進行した複数のＣ－レートの中でどの一つを上限Ｃ－レートとして決定し得る。
制御部１２０は、算出された電圧差が臨界電圧Ｖｔｈ以上である参照ピークをターゲットピークＴＰとして決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、臨界電圧Ｖｔｈが予め設定され得る。そして、基準ピークの電圧を基準にして電圧差が臨界電圧Ｖｔｈ以上である参照ピークは、第５ピークＰｅであり得る。すなわち、第５ピークＰｅの電圧と基準ピークの電圧との電圧差は臨界電圧Ｖｔｈよりも大きくなり得る。したがって、制御部１２０は、第５ピークＰｅをターゲットピークＴＰとして決定し得る。
算出された電圧差が臨界電圧Ｖｔｈ以上である参照ピークが複数個であれば、制御部１２０は、算出された電圧差が臨界電圧Ｖｔｈ以上であって、算出された電圧差が最も小さい参照ピークをターゲットピークＴＰとして決定し得る。すなわち、制御部１２０は、算出された電圧差が臨界電圧Ｖｔｈ以上であって、対応する電圧が最も小さい参照ピークをターゲットピークＴＰとして決定し得る。
制御部１２０は、決定されたターゲットピークＴＰが含まれた参照微分プロファイルに対応するＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決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、第５ピークＰｅがターゲットピークＴＰとして決定された場合、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰが含まれた第５微分プロファイルＰ５を選択し得る。そして、制御部１２０は、第５微分プロファイルＰ５に対応する第５のＣ－レートＣ５を上限Ｃ－レートとして決定し得る。
他の例として、制御部１２０は、バッテリーセルに対して充電が行われた複数のＣ－レートに基づいてターゲットＣ－レートＴＣを決定し、決定されたターゲットＣ－レートＴＣを上限Ｃ－レートとして決定してもよい。
具体的には、制御部１２０は、複数の電圧差と複数のＣ－レートとの対応関係を示す電圧プロファイルＰｖを生成するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、第１微分プロファイルＰ１、第２微分プロファイルＰ２、第３微分プロファイルＰ３、第４微分プロファイルＰ４及び第５微分プロファイルＰ５のＣ－レートと電圧差とに対する電圧プロファイルＰｖを生成し得る。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００によって生成された電圧プロファイルＰｖを概略的に示した図である。
図３を参照すると、制御部１２０は、第１のＣ－レートＣ１、第２のＣ－レートＣ２と第１電圧差、第３のＣ－レートＣ３と第２電圧差、第４のＣ－レートＣ４と第３電圧差、及び第５のＣ－レートＣ５と第４電圧差を示す電圧プロファイルＰｖを生成し得る。ここで、第１のＣ－レートＣ１は、基準微分プロファイルに対応するＣ－レートである。すなわち、電圧差は基準ピークの電圧に基づいて算出されるものであるため、第１のＣ－レートＣ１に対応する電圧差は０に設定され得る。
また、図２を参照すると、第１電圧差はＶｂ－Ｖａであり、第２電圧差はＶｃ－Ｖａであり得る。また、第３電圧差はＶｄ－Ｖａであり、第４電圧差はＶｅ－Ｖａであり得る。
制御部１２０は、生成された電圧プロファイルＰｖにおいて、臨界電圧Ｖｔｈに対応するターゲットＣ－レートＴＣを上限Ｃ－レートとして決定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、生成された電圧プロファイルＰｖに臨界電圧Ｖｔｈを代入し、臨界電圧Ｖｔｈに対応するターゲットＣ－レートＴＣを選択し得る。そして、制御部１２０は、選択したターゲットＣ－レートＴＣを上限Ｃ－レートとして決定し得る。
例えば、図３の実施形態において、臨界電圧Ｖｔｈに対応するターゲットＣ－レートは０．８Ｃ～１Ｃに属するＴＣであり得る。制御部１２０は、ターゲットＣ－レートＴＣをバッテリーセルに対する上限Ｃ－レートとして決定し得る。
以下、制御部１２０によって臨界電圧Ｖｔｈが設定される構成を説明する。
制御部１２０は、複数のバッテリープロファイルを取得するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、保存部１３０にアクセスして複数のバッテリープロファイルを取得してもよい。
図４は、本発明の一実施形態による複数のバッテリープロファイルを概略的に示した図である。
具体的には、図４は、複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルの負極電圧と容量との対応関係を示す負極プロファイルであり得る。
望ましくは、バッテリープロファイルには、バッテリーセルの正極電圧と容量との対応関係を示す正極プロファイル、バッテリーセルの負極電圧と容量との対応関係を示す負極プロファイル、及びバッテリーセル（フルセル）の電圧と容量との対応関係を示すフルセルプロファイルが含まれ得る。例えば、プロファイル生成部１１０は、フルセルプロファイルに基づいて微分プロファイルを生成し得る。そして、制御部１２０は、保存部１３０からバッテリープロファイルのうちの負極プロファイルを取得し得る。
例えば、図４の実施形態において、制御部１２０は、第１のＣ－レートＣ１に対応する第１負極プロファイルＮＰ１、第２のＣ－レートＣ２に対応する第２負極プロファイルＮＰ２、及び第３のＣ－レートＣ３に対応する第３負極プロファイルＮＰ３を取得し得る。また、制御部１２０は、第４のＣ－レートＣ４に対応する第４負極プロファイルＮＰ４、及び第５のＣ－レートＣ５に対応する第５負極プロファイルＮＰ５を取得し得る。
制御部１２０は、取得された複数のバッテリープロファイルから基準Ｃ－レートに対応する基準バッテリープロファイル、及び参照Ｃ－レートに対応する参照バッテリープロファイルを決定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、取得された複数の負極プロファイルから基準バッテリープロファイル及び参照バッテリープロファイルを決定するように構成され得る。
例えば、参照Ｃ－レートは、１Ｃ以上に予め設定され得る。この場合、制御部１２０は、複数のバッテリープロファイルのうち、１Ｃ以上のＣ－レートに対応するバッテリープロファイルを参照バッテリープロファイルとして設定し得る。参照Ｃ－レートに対応するバッテリープロファイルが複数個であれば、制御部１２０は、対応するＣ－レートが最も大きいバッテリープロファイルを基準バッテリープロファイルとして設定し、残りのバッテリープロファイルを参照バッテリープロファイルとして設定し得る。
望ましくは、参照Ｃ－レートは１Ｃに予め設定され得る。この場合、制御部１２０は、複数のバッテリープロファイルのうち、１Ｃに対応するバッテリープロファイルを参照バッテリープロファイルとして設定し得る。
一方、複数のバッテリープロファイル中に参照Ｃ－レートに対応するバッテリープロファイルがない場合、制御部１２０は、複数のバッテリープロファイルのうちのＣ－レートが最も大きいバッテリープロファイルを参照バッテリープロファイルとして設定してもよい。
例えば、図４の実施形態において、基準Ｃ－レートが０．０５Ｃであって、参照Ｃ－レートが１Ｃに予め設定されたと仮定する。また、第１のＣ－レートＣ１、第２のＣ－レートＣ２、第３のＣ－レートＣ３、第４のＣ－レートＣ４及び第５のＣ－レートＣ５は、それぞれ０．０５Ｃ、０．３３Ｃ、０．５Ｃ、０．７Ｃ及び１Ｃであると仮定する。制御部１２０は、第１のＣ－レートＣ１に対応する第１負極プロファイルＮＰ１を基準バッテリープロファイルとして決定し、第５のＣ－レートＣ５に対応する第５負極プロファイルＮＰ５を参照バッテリープロファイルとして決定し得る。
制御部１２０は、決定された基準バッテリープロファイル及び決定された参照バッテリープロファイルに基づいて臨界電圧Ｖｔｈを設定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、参照バッテリープロファイルから所定の条件を満足する参照容量を選択し得る。そして、制御部１２０は、基準バッテリープロファイルから参照容量に対応する電圧を臨界電圧Ｖｔｈとして設定するように構成され得る。
例えば、図４の実施形態において、所定の条件を満足する参照容量がＱｒであると仮定する。制御部１２０は、基準バッテリープロファイルから参照容量に対応する電圧を臨界電圧Ｖｔｈとして設定し得る。すなわち、第１負極プロファイルＮＰ１において、参照容量Ｑｒに対応する電圧Ｖｔｈが臨界電圧Ｖｔｈに設定され得る。
具体的には、制御部１２０は、参照バッテリープロファイルにおいて、負極電圧が０である地点に対応する容量を参照容量として選択するように構成され得る。すなわち、所定の条件を満足する参照容量とは、参照バッテリープロファイルにおいて０［Ｖ］に対応する容量であり得る。そして、制御部１２０は、基準バッテリープロファイルにおいて、参照容量に対応する負極電圧を臨界電圧Ｖｔｈとして設定するように構成され得る。
例えば、図４の実施形態において、第５負極プロファイルＮＰ５で０［Ｖ］に対応する容量はＱｒであり得る。したがって、制御部１２０は、Ｑｒ［ｍＡｈ］を参照容量として選択し得る。そして、第１負極プロファイルＮＰ１において参照容量に対応する電圧は、Ｖｔｈであり得る。したがって、制御部１２０は、Ｖｔｈ［Ｖ］を臨界電圧Ｖｔｈとして設定し得る。
本発明によるバッテリー管理装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリー管理システム）に適用可能である。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー管理装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー管理装置１００の各構成要素の少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、バッテリー管理装置１００のプロファイル生成部１１０、制御部１２０及び保存部１３０は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、上述したバッテリー管理装置１００及び一つ以上のバッテリーセルを含み得る。また、バッテリーパック１は、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含み得る。
図５は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。
図５を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリー管理装置１００、測定部２００及び充放電部３００を含む。
図５の実施形態において、測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１、第２センシングラインＳＬ２及び第３センシングラインＳＬ３に接続され得る。測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１を通じてバッテリーセルの正極電圧を測定し、第２センシングラインＳＬ２を通じてバッテリーセルの負極電圧を測定し得る。そして、測定部２００は、測定された正極電圧と負極電圧との差を算出してバッテリーセルの電圧を測定し得る。
また、測定部２００は、第３センシングラインＳＬ３を通じて電流測定ユニットＡに接続され得る。電流測定ユニットＡは、バッテリーセルの充放電経路上に備えられ得る。例えば、電流測定ユニットＡは、電流計またはシャント抵抗であり得る。
また、充放電経路とは、バッテリーセルの充電電流及び放電電流が流れる大電流経路であり得る。したがって、測定部２００は、電流測定ユニットＡに接続された第３センシングラインＳＬ３を通じてバッテリーセルの電流を測定し、測定された電流に基づいてバッテリーセルの容量を測定し得る。
また、充放電部３００は、両端がバッテリーセルの充放電経路に接続され得る。例えば、充放電部３００の一端は、充放電経路でバッテリーセルの正極側に接続され得る。また、充放電部３００の他端は、充放電経路でバッテリーセルの負極側に接続され得る。そして、充放電部３００は、制御部１２０の制御によってバッテリーセルを充電及び／または放電し得る。
例えば、図５の実施形態において、充放電部３００は、バッテリーセルを複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電し得る。具体的には、充放電部３００は、バッテリーセルをＳＯＣ０％から１００％まで充電し得る。測定部２００は、バッテリーセルの充電中に電圧及び容量を測定し、バッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを生成し得る。測定部２００は、生成した複数のバッテリープロファイルをバッテリー管理装置１００に送信し、プロファイル生成部１１０は、測定部２００から複数のバッテリープロファイルを受信し得る。
図６は、本発明のさらに他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図である。
バッテリー管理方法は、複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理する方法であって、バッテリー管理方法の各段階はバッテリー管理装置１００によって実行できる。以下では、説明の便宜上、上述した説明と重なる内容は省略するか又は簡単に説明する。
図６を参照すると、バッテリー管理方法は、複数のバッテリープロファイル取得段階Ｓ１００、微分プロファイル生成段階Ｓ２００、微分プロファイル区分段階Ｓ３００、基準ピーク及び参照ピーク決定段階Ｓ４００、及び上限Ｃ－レート決定段階Ｓ５００を含む。
複数のバッテリープロファイル取得段階Ｓ１００は、複数のＣ－レート毎にバッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得する段階であって、プロファイル生成部１１０によって実行できる。
それぞれのバッテリープロファイルは、対応するＣ－レートで充電されたバッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示し得る。プロファイル生成部１１０は、外部から複数のバッテリープロファイルを受信するか、または、保存部１３０にアクセスして複数のバッテリープロファイルを取得し得る。
例えば、プロファイル生成部１１０は、第１バッテリープロファイル～第５バッテリープロファイルを取得し、第１バッテリープロファイル～第５バッテリープロファイルのそれぞれは第１のＣ－レート～第５のＣ－レートにそれぞれ対応し得る。
微分プロファイル生成段階Ｓ２００は、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいてバッテリーセルの電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成する段階であって、プロファイル生成部１１０によって実行できる。
例えば、プロファイル生成部１１０は、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいて複数の微分プロファイルを生成し得る。すなわち、プロファイル生成部１１０は、一つのバッテリープロファイルに対して一つの微分プロファイルを生成し得る。
図２の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、第１バッテリープロファイルに基づいて第１微分プロファイルＰ１を生成し、第２バッテリープロファイルに基づいて第２微分プロファイルＰ２を生成し得る。プロファイル生成部１１０は、第３バッテリープロファイルに基づいて第３微分プロファイルＰ３を生成し、第４バッテリープロファイルに基づいて第４微分プロファイルＰ４を生成し、第５バッテリープロファイルに基づいて第５微分プロファイルＰ５を生成し得る。
微分プロファイル区分段階Ｓ３００は、複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、基準Ｃ－レートは０．０５Ｃに設定されており、第１のＣ－レートＣ１は０．０５Ｃであり、第２のＣ－レートＣ２は０．３３Ｃであり、第３のＣ－レートＣ３は０．５Ｃであり得る。第４のＣ－レートＣ４は０．７Ｃであり、第５のＣ－レートＣ５は１Ｃであると仮定する。図２の実施形態において、制御部１２０は、基準Ｃ－レートに対応する第１微分プロファイルＰ１を基準微分プロファイルに区分し、第２微分プロファイルＰ２～第５微分プロファイルＰ５を参照微分プロファイルに区分し得る。
基準ピーク及び参照ピーク決定段階Ｓ４００は、基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、第１微分プロファイル～第５微分プロファイルのそれぞれから第１ピーク～第５ピークを決定し得る。そして、基準微分プロファイルである第１微分プロファイルＰ１に含まれた第１ピークＰａを基準ピークとして決定し得る。また、参照微分プロファイルである第２微分プロファイルＰ２～第５微分プロファイルＰ５に含まれた第２ピークＰｂ～第５ピークＰｅを参照ピークとして決定し得る。
上限Ｃ－レート決定段階Ｓ５００は、決定された基準ピークの電圧と決定された複数の参照ピークの電圧とを比較し、比較結果に基づいてバッテリーセルの上限Ｃ－レートを決定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、基準ピークの電圧と複数の参照ピークの電圧のそれぞれとを比べて電圧差を算出し、算出された電圧差と臨界電圧Ｖｔｈとを比較して、比較結果に基づいてバッテリーセルに対する上限Ｃ－レートを決定し得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法は、複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルに対し、バッテリーセルの退化が加速する（すなわち、バッテリーセルに副反応がさらに発生する）上限Ｃ－レートを決定することで、バッテリーセルの充電及び放電を制御することができる。したがって、バッテリーセルを上限Ｃ－レート未満のＣ－レートで充電及び放電できるため、バッテリーセルの寿命を延ばすことができる。
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
１：バッテリーパック
１００：バッテリー管理装置
１１０：プロファイル生成部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：測定部
３００：充放電部

Claims (6)

  1. 複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理するバッテリー管理装置であって、
    前記複数のＣ－レート毎に前記バッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得し、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいて前記バッテリーセルの電圧と前記電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成するプロファイル生成部と、
    前記プロファイル生成部から前記複数の微分プロファイルを取得し、前記複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分し、前記基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、前記複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定し、決定された基準ピークと決定された複数の参照ピークのそれぞれとの電圧差を算出し、算出された電圧差が予め設定された臨界電圧以上である参照ピークをターゲットピークとして決定し、決定されたターゲットピークが含まれた参照微分プロファイルに対応するＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決定する制御部と、を含む、バッテリー管理装置。
  2. 複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理するバッテリー管理装置であって、
    前記複数のＣ－レート毎に前記バッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得し、取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいて前記バッテリーセルの電圧と前記電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成するプロファイル生成部と、
    前記プロファイル生成部から前記複数の微分プロファイルを取得し、前記複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分し、前記基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、前記複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定し、決定された基準ピークと決定された複数の参照ピークのそれぞれとの電圧差を算出し、算出された複数の電圧差と前記複数のＣ－レートとの対応関係を示す電圧プロファイルを生成し、生成された電圧プロファイルで予め設定された臨界電圧に対応するターゲットＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決定する制御部と、を含む、バッテリー管理装置。
  3. 前記複数のバッテリープロファイルのそれぞれは、前記バッテリーセルの負極電圧と容量との対応関係を示す負極プロファイルを含み、
    前記制御部は、
    前記複数のバッテリープロファイルを取得し、取得された複数のバッテリープロファイルから前記基準Ｃ－レートに対応する基準バッテリープロファイル及び参照Ｃ－レートに対応する参照バッテリープロファイルを決定し、前記参照バッテリープロファイルに含まれる前記負極プロファイルで負極電圧が０である地点に対応する容量を参照容量として選択し、前記基準バッテリープロファイルに含まれる前記負極プロファイルで前記参照容量に対応する負極電圧を前記臨界電圧として設定する、請求項１または２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 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を含む、バッテリーパック。
  5. 複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理するバッテリー管理方法であって、
    前記複数のＣ－レート毎に前記バッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得する複数のバッテリープロファイル取得段階と、
    取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいて前記バッテリーセルの電圧と前記電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、
    前記複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分する微分プロファイル区分段階と、
    前記基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、前記複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定する基準ピーク及び参照ピーク決定段階と、
    決定された基準ピークと決定された複数の参照ピークのそれぞれとの電圧差を算出する電圧差算出段階と、
    算出された電圧差が予め設定された臨界電圧以上である参照ピークをターゲットピークとして決定するターゲットピーク決定段階と、
    決定されたターゲットピークが含まれた参照微分プロファイルに対応するＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決定する上限Ｃ－レート決定段階と、を含む、バッテリー管理方法。
  6. 複数のＣ－レートでそれぞれ複数回充電されたバッテリーセルを管理するバッテリー管理方法であって、
    前記複数のＣ－レート毎に前記バッテリーセルの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを取得する複数のバッテリープロファイル取得段階と、
    取得された複数のバッテリープロファイルのそれぞれに基づいて前記バッテリーセルの電圧と前記電圧に対する微分容量との対応関係を示す複数の微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、
    前記複数の微分プロファイルを予め設定された基準Ｃ－レートに対応する基準微分プロファイルと複数の参照微分プロファイルとに区分する微分プロファイル区分段階と、
    前記基準微分プロファイルから基準ピークを決定し、前記複数の参照微分プロファイルのそれぞれから参照ピークを決定する基準ピーク及び参照ピーク決定段階と、
    決定された基準ピークと決定された複数の参照ピークのそれぞれとの電圧差を算出する電圧差算出段階と、
    算出された複数の電圧差と前記複数のＣ－レートとの対応関係を示す電圧プロファイルを生成する電圧プロファイル生成段階と、
    生成された電圧プロファイルで予め設定された臨界電圧に対応するターゲットＣ－レートを上限Ｃ－レートとして決定する上限Ｃ－レート決定段階と、を含む、バッテリー管理方法。
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