JP7452924B2 - バッテリーｓｏｈ推定装置及び方法 - Google Patents

バッテリーｓｏｈ推定装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーＳＯＨ推定装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーのＳＯＨをより正確に推定可能なバッテリーＳＯＨ推定装置及び方法に関する。
本出願は、２０２１年６月１７日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００７８９９８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。
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ー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。
このようなバッテリーは、使用環境、使用期間、充放電回数などによってバッテリー容量は減少するようになる。バッテリーのＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）は、バッテリー容量が初期のバッテリー容量よりどのくらい減少したかを示す指標であって、バッテリーの寿命を評価する重要なパラメーターの一つである。
通常、バッテリーのＳＯＨを推定するのに電流積算方法が使用され得る。電流積算方法は、完全充電と完全放電によってバッテリー容量を電流積算方式で測定し、これを初期のバッテリー容量と比較することでバッテリーのＳＯＨを推定する方法である。この方法は、温度や放電速度の偏差などが適切に補償できれば、バッテリーのＳＯＨをかなり正確に推定可能であるが、バッテリーを完全充電してから完全放電させなければならないため、効率的ではない。また、バッテリーの電流を測定する電流センサーの退化によってオフセットが変更される場合、電流積算過程で誤差が累積されるため、推定結果が不正確になり得るという短所がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、推定されたバッテリーのＳＯＨを、バッテリーのＳＯＣ変化量、ＳＯＣ変化区間及び温度に基づいて補正することで、バッテリーのＳＯＨをより正確に推定可能なバッテリーＳＯＨ推定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ＳＯＣ推定装置は、測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、前記バッテリーの第１のＳＯＨを推定するように構成されたＳＯＨ推定部と、前記測定された電圧に基づき、前記バッテリーのＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を算出するように構成されたＳＯＣ変化算出部と、前記ＳＯＣ変化区間と予め設定された基準ＳＯＣ区間との比較によって算出されるＳＯＣ区間ファクター、前記ＳＯＣ変化量に起因したＳＯＣ変化量ファクター及び測定された前記バッテリーの温度に起因した温度ファクターに基づいて加重値を算出するように構成された加重値算出部と、算出された加重値及び予め設定された第２のＳＯＨによって前記第１のＳＯＨを補正するように構成されたＳＯＨ補正部と、を含み得る。
前記加重値算出部は、前記ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部が前記基準ＳＯＣ区間に属するか否かによって前記ＳＯＣ区間ファクターを算出するように構成され得る。
前記基準ＳＯＣ区間は、複数のＳＯＣ区間を含み得る。
前記加重値算出部は、前記ＳＯＣ変化区間のうち少なくとも一部が前記複数のＳＯＣ区間に各々属するか否かによって前記ＳＯＣ区間ファクターを算出するように構成され得る。
前記加重値算出部は、前記複数のＳＯＣ区間のうち前記ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部を含むＳＯＣ区間の個数を算出し、算出された個数によって前記ＳＯＣ区間ファクターを算出するように構成され得る。
前記加重値算出部は、前記ＳＯＣ変化量に比例するように前記ＳＯＣ変化量ファクターを算出し、予め設定された複数の温度区間のうち前記バッテリーの温度が属する区間によって前記温度ファクターを算出するように構成され得る。
前記加重値算出部は、前記ＳＯＣ区間ファクターと、前記ＳＯＣ変化量ファクターと、前記温度ファクターと、を掛けて前記加重値を算出するように構成され得る。
前記ＳＯＨ補正部は、下記の数式を用いて前記第１のＳＯＨを補正するように構成され得る。
［数１］
ＳＯＨＭＯＤ＝（ＳＯＨ１×α）＋（ＳＯＨ２×（１－α））
ここで、ＳＯＨＭＯＤは補正された第１のＳＯＨであり、ＳＯＨ１は前記第１のＳＯＨであり、ＳＯＨ２は前記第２のＳＯＨであり、αは前記加重値であって、０以上１以下であり得る。
前記ＳＯＨ推定部は、現サイクルで測定された前記バッテリーの電圧及び電流に基づき、前記現サイクルでの前記第１のＳＯＨを推定するように構成され得る。
前記ＳＯＨ補正部は、前記加重値及び前記現サイクルの以前に予め設定された前記第２のＳＯＨによって前記第１のＳＯＨを補正するように構成され得る。
前記第２のＳＯＨは、前記現サイクルの以前サイクルで補正された第１のＳＯＨであり得る。
なお、本発明の他面によるバッテリーパックは、本発明の一面によるバッテリーＳＯＨ推定装置を含み得る。
本発明のさらに他面によるバッテリーＳＯＨ推定方法は、測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、前記バッテリーの第１のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定段階と、前記測定された電圧に基づき、前記バッテリーのＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を算出するＳＯＣ変化算出段階と、前記ＳＯＣ変化区間と予め設定された基準ＳＯＣ区間との比較によって算出されるＳＯＣ区間ファクター、前記ＳＯＣ変化量に起因したＳＯＣ変化量ファクター及び測定された前記バッテリーの温度に起因した温度ファクターに基づいて加重値を算出する加重値算出段階と、算出された加重値及び予め設定された第２のＳＯＨによって前記第１のＳＯＨを補正するＳＯＨ補正段階と、を含み得る。
本発明の一面によれば、バッテリーの電圧、電流及びＳＯＣ変化量のみならず、バッテリーのＳＯＣ変化区間と基準ＳＯＣ区間を比較した結果がさらに考慮されることで、バッテリーＳＯＨがより正確に推定可能である。
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、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ＳＯＨ推定装置を概略的に示した図である。
本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置がバッテリーの ＳＯＨを推定する概略的な模式図を示した図である。
バッテリーの負極の微分プロファイルを概略的に示した図である。
バッテリーの正極の微分プロファイルを概略的に示した図である。
本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置に設定されたＳＯＣ区間ファクターテーブルの一例を概略的に示した図である。
本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置に設定されたＳＯＣ変化量ファクターテーブルの一例を概略的に示した図である。
本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置に設定された温度ファクターテーブルの一例を概略的に示した図である。
本発明の他の実施例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実施例によるバッテリーＳＯＨ推定方法を概略的に示した図である。
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。
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。
以下では、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００を概略的に示した図である。
図１を参照すると、バッテリーＳＯＨ推定装置１００は、ＳＯＨ推定部１１０、ＳＯＣ変化算出部１２０、加重値算出部１３０及びＳＯＨ補正部１４０を含み得る。
ＳＯＨ推定部１１０は、測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、前記バッテリーの第１のＳＯＨを推定するように構成され得る。
ここで、バッテリーは、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。一例で、リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池がバッテリーとして看做され得る。また、バッテリーは、複数のセルが直列及び／または並列に接続されたバッテリーモジュールを意味し得る。以下では、説明の便宜のためにバッテリーが一つの独立したセルを意味することに説明する。
ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの電圧、電流及び温度に関わるバッテリー情報を外部から受信するか、または予め保存し得る。または、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの電圧、電流及び温度を直接測定するように構成され得る。
そして、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの電圧と電流に基づいてバッテリーの第１のＳＯＨを推定し得る。
例えば、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの容量変化に基づいてバッテリーの第１のＳＯＨを推定し得る。ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの電圧から対応するＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を推定し得る。
ここで、バッテリーの電圧とＳＯＣとの対応関係を示すＳＯＣプロファイルが予め設定され得、ＳＯＨ推定部１１０は、ＳＯＣプロファイルに基づき、バッテリーの電圧から対応するＳＯＣを推定し得る。または、ＳＯＣプロファイルは、バッテリーの電圧と温度とＳＯＣとの対応関係を示すように予め設定され得る。この場合、ＳＯＨ推定部１１０は、ＳＯＣプロファイルに基づいてバッテリーの電圧及び温度に対応するＳＯＣを推定し得る。
そして、ＳＯＨ推定部１１０は、推定されたＳＯＣとバッテリー電流に基づいてバッテリーの容量Ｑを算出し得る。その後、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーに対して予め設定された基準容量Ｑｒｅｆと算出された容量Ｑとの割合を計算することで、バッテリーの第１のＳＯＨを推定し得る。ここで、基準容量Ｑｒｅｆは、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｆｅ）状態のバッテリーの容量に予め設定された値であって、ＳＯＨ推定部１１０によって算出されたバッテリーのＯＣＶに対応する容量値であり得る。
他の例で、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの内部抵抗の変化に基づいてバッテリーの第１のＳＯＨを推定し得る。ＳＯＨ推定部１１０は、オームの法則（Ｏｈｍ'ｓ ｌａｗ）に基づき、バッテリーの電圧と電流からバッテリーの内部抵抗Ｒを推定し得る。そして、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーに対して予め設定された基準抵抗Ｒｒｅｆと、算出された内部抵抗Ｒとの割合を計算することでバッテリーの第１のＳＯＨを推定し得る。ここで、基準抵抗Ｒｒｅｆは、ＢＯＬ状態のバッテリーの内部抵抗として予め設定された値であり得る。
ＳＯＨ推定部１１０によって推定されるバッテリーの第１のＳＯＨは、現サイクルで測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づくＳＯＨ値であり得る。
ＳＯＣ変化算出部１２０は、測定された電圧に基づいてバッテリーのＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を算出するように構成され得る。
具体的には、測定されたバッテリー電圧は、複数であり得る。望ましくは、バッテリーの電圧は、充電及び／または放電から測定可能であり、開始電圧と終了電圧を含み得る。そして，ＳＯＣ変化算出部１２０は、ＳＯＣプロファイルを参照して、測定された電圧（開始電圧及び終了電圧）に対するＳＯＣを推定し得る。ＳＯＣ変化算出部１２０は、推定されたＳＯＣを含むＳＯＣ変化区間を算出し得る。また、ＳＯＣ変化算出部１２０は、推定されたＳＯＣ間の差を計算してＳＯＣ変化量を算出し得る。
例えば、測定されたバッテリー電圧がＶ１及びＶ２であり、バッテリーはＶ１電圧からＶ２電圧まで充電されたと仮定する。ＳＯＣ変化算出部１２０は、Ｖ１電圧に対応するＳＯＣ１と、Ｖ２電圧に対応するＳＯＣ２を各々推定し得る。ＳＯＣ変化算出部１２０は、ＳＯＣ変化区間の開始ＳＯＣをＳＯＣ１に設定し、ＳＯＣ変化区間の終了ＳＯＣをＳＯＣ２に設定することで、ＳＯＣ１及びＳＯＣ２を含むＳＯＣ変化区間を算出し得る。また、ＳＯＣ変化算出部１２０は、「｜ＳＯＣ２－ＳＯＣ１｜」の数式を計算することでＳＯＣ変化量を算出し得る。ここで、ＳＯＣ変化量は△ＳＯＣで表し、０％以上１００％以下の値として算出され得る。
加重値算出部１３０は、ＳＯＣ変化区間と予め設定された基準ＳＯＣ区間との比較によって算出されるＳＯＣ区間ファクターと、ＳＯＣ変化量に起因したＳＯＣ変化量ファクターと、測定されたバッテリーの温度に起因した温度ファクターと、に基づいて加重値を算出するように構成され得る。
具体的には、加重値算出部１３０は、バッテリーの温度を外部から受信するか、または予め保存し得る。または、加重値算出部１３０は、バッテリーの温度を直接測定するように構成され得る。
そして、加重値算出部１３０は、ＳＯＣ区間ファクター、ＳＯＣ変化量ファクター及び温度ファクターを各々算出するように構成され得る。
ここで、ＳＯＣ区間ファクターは、予め設定された基準ＳＯＣ区間とＳＯＣ変化算出部１２０によって算出されたＳＯＣ変化区間との重畳有無によって算出され得る。例えば、加重値算出部は、ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部が基準ＳＯＣ区間に属するか否かによってＳＯＣ区間ファクターを算出し得る。ＳＯＣ区間ファクターが算出される具体的な実施例は、図３～図５を参照して詳しく後述する。
ＳＯＣ変化量ファクターは、ＳＯＣ変化算出部１２０によって算出されたＳＯＣ変化量に基づいて算出されるファクターである。例えば、加重値算出部１３０は、ＳＯＣ変化量に比例するようにＳＯＣ変化量ファクターを算出し得る。ＳＯＣ変化量ファクターが算出される具体的な実施例は、図６を参照して詳しく後述する。
温度ファクターは、バッテリーの温度に基づいて算出されるファクターである。例えば、加重値算出部１３０は、バッテリーの温度に比例するように温度ファクターを算出し得る。温度ファクターが算出される具体的な実施例は、図７を参照して詳しく後述する。
また、加重値算出部１３０は、算出されたＳＯＣ区間ファクター、ＳＯＣ変化量ファクター及び温度ファクターに基づいて加重値を算出するように構成され得る。例えば、加重値算出部１３０は、ＳＯＣ区間ファクターとＳＯＣ変化量ファクターと温度ファクターとを掛けて加重値を算出し得る。ここで、加重値算出部１３０によって算出される加重値は、０以上１以下の値を有するように設定され得る。
ＳＯＨ補正部１４０は、算出された加重値及び予め設定された第２のＳＯＨによって第１のＳＯＨを補正するように構成され得る。
具体的には、ＳＯＨ推定部１１０によって電圧及び電流に基づいて推定された第１のＳＯＨは、ＳＯＨ補正部１４０によって加重値及び第２のＳＯＨに基づいて補正され得る。
図２は、本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００がバッテリーのＳＯＨを推定する概略的な模式図を示した図である。
図２を参照すると、バッテリーの電圧及び電流に基づいて第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）が推定され得る。そして、第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）は、第２のＳＯＨ（ＳＯＨ２）及び加重値αに基づいて補正され、補正された第１のＳＯＨ（ＳＯＨＭＯＤ）が算出され得る。
例えば、ＳＯＨ補正部１４０は、下記の数式を用いて第１のＳＯＨを補正するように構成され得る。
［数１］
ＳＯＨＭＯＤ＝（ＳＯＨ１×α）＋（ＳＯＨ２×（１－α））
ここで、ＳＯＨＭＯＤは補正された第１のＳＯＨであり、ＳＯＨ１は第１ＳＯＨであり、ＳＯＨ２は第２のＳＯＨであり、αは加重値であって０以上１以下であり得る。
前述した数式による実施例において、ＳＯＨ補正部１４０は、第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）に加重値αを掛け、第２のＳＯＨ（ＳＯＨ２）に加重値αに対する補数１－αを掛け得る。そして、ＳＯＨ補正部１４０は、加重値αが掛けられた第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）と補数１－αが掛けられた第２のＳＯＨ（ＳＯＨ２）を足し、補正された第１のＳＯＨ（ＳＯＨＭＯＤ）を算出し得る。
図２をさらに参照すると、ＳＯＨ推定部１１０は、現サイクルで測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、現サイクルでの第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）を推定するように構成され得る。
具体的には、ＳＯＨ推定部１１０は、バッテリーの充放電サイクル毎に測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、バッテリーの現サイクルでの第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）を推定し得る。そして、ＳＯＨ補正部１４０は、加重値α及び現サイクルの以前に予め設定された第２のＳＯＨ（ＳＯＨ２）によって第１のＳＯＨ（ＳＯＨ１）を補正するように構成され得る。
また、図２を参照すると、第２のＳＯＨ（ＳＯＨ２）は、現サイクル以前のサイクルで補正された第１のＳＯＨ（ＳＯＨＭＯＤ）であり得る。即ち、現サイクルから算出された、補正されたＳＯＨ（ＳＯＨＭＯＤ）は、次のサイクルでの第２のＳＯＨ（ＳＯＨ２）として用いられ得る。
本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００は、バッテリーの電圧、電流及びＳＯＣ変化量のみならず、バッテリーのＳＯＣ変化区間と基準ＳＯＣ区間を比較した結果をさらに考慮してバッテリーのＳＯＨをより正確に推定可能であるという長所がある。
また、バッテリーＳＯＨ推定装置１００は、バッテリーの充放電サイクルが行われるにつれ、以前のサイクルで推定されたバッテリーのＳＯＨ（第２のＳＯＨ）と現サイクルから算出された加重値を考慮して、現サイクルのバッテリーのＳＯＨを再帰的な推定することで、バッテリーのＳＯＨ推定の正確度を向上させることができるという長所がある。
一方、バッテリーＳＯＨ推定装置１００に備えられたＳＯＨ推定部１１０と、ＳＯＣ変化算出部１２０と、加重値算出部１３０と、ＳＯＨ補正部１４０は、本発明で行わ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ー、 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、バッテリーＳＯＨ推定装置１００は、保存部１５０をさらに含み得る。保存部１５０は、バッテリーＳＯＨ推定装置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１５０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、フラッシュメモリー（登録商標）、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどが挙げられる。また、保存部１５０は、ＳＯＨ推定部１１０、ＳＯＣ変化算出部１２０、加重値算出部１３０及びＳＯＨ補正部１４０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。
以下、ＳＯＣ変化区間に基づいてＳＯＣ区間ファクターが算出される実施例について説明する。
加重値算出部１３０は、ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部が基準ＳＯＣ区間に属するか否かによってＳＯＣ区間ファクターを算出するように構成され得る。
望ましくは、基準ＳＯＣ区間は、複数のＳＯＣ区間を含むように構成され得る。これによって、加重値算出部１３０は、ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部が複数のＳＯＣ区間に各々属するか否かによってＳＯＣ区間ファクターを算出するように構成され得る。
図３は、バッテリーの負極の微分プロファイルを概略的に示した図である。図４は、バッテリーの正極の微分プロファイルを概略的に示した図である。
図３及び図４の微分プロファイルは、ＢＯＬ状態のバッテリーに対して予め設定されたものであって、ＳＯＣに対する微分電圧（ｄＶ／ｄＳＯＣ）とＳＯＣとの対応関係を示す微分プロファイルであり得る。具体的には、微分電圧は、ＳＯＣに対する電圧Ｖの瞬間変化率であり得る。そして、微分プロファイルは、ＸがＳＯＣであり、Ｙが微分電圧（ｄＶ／ｄＳＯＣ）である場合のＸ－Ｙグラフで示され得る。
図３の実施例の負極の微分プロファイルにおいて、負極活物質の固有ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）領域は、ＳＯＣ０％～４０％区間及びＳＯＣ７０％～１００％区間で示され得る。また、図４の実施例の正極の微分プロファイルにおいて、正極活物質の固有ストレス領域は、ＳＯＣ６０％～１００％区間で示され得る。
したがって、複数の基準ＳＯＣ区間は、正極活物質の固有ストレス領域及び負極活物質の固有ストレス領域の各々に対して予め設定され得る。例えば、図３及び図４を参照すると、第１基準ＳＯＣ区間ＡはＳＯＣ０％～４０％区間に設定され、第２基準ＳＯＣ区間ＢはＳＯＣ７０％～１００％に設定され、第３基準ＳＯＣ区間ＣはＳＯＣ６０％～１００％に設定され得る。
但し、図３及び図４の実施例では、バッテリーに対して総３個の基準ＳＯＣ区間に設定されたが、バッテリーの活物質の組成が変わる場合には、それに合わせて基準ＳＯＣ区間の個数及び大きさが変わり得ることに留意する。
そして、加重値算出部１３０は、複数のＳＯＣ区間のうちＳＯＣ変化区間の少なくとも一部を含むＳＯＣ区間の個数を算出し、算出された個数によってＳＯＣ区間ファクターを算出するように構成され得る。
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００に設定されたＳＯＣ区間ファクターテーブルの一例を概略的に示した図である。
具体的には、図５のＳＯＣ区間ファクターテーブルは、バッテリーのＳＯＣ変化区間のうち少なくとも一部が属するＳＯＣ区間の個数によってＳＯＣ区間ファクターが予め設定されたルックアップテーブルであり得る。
図５の実施例において、バッテリーのＳＯＣ変化区間のうち少なくとも一部が第１～第３基準ＳＯＣ区間Ａ、Ｂ、Ｃに全て部属する場合、ＳＯＣ区間ファクターは１であり得る。例えば、バッテリーのＳＯＣ変化区間がＳＯＣ３０％～８０％である場合、バッテリーに対するＳＯＣ区間ファクターは１に設定され得る。
但し、図５の実施例は、予め設定された基準ＳＯＣ区間が三つである場合の実施例であることから、予め設定された基準ＳＯＣ区間の個数が変わると、それに合わせてＳＯＣ区間ファクターも変わ得ることに留意する。例えば、図５の実施例と異なり、基準ＳＯＣ区間が５個に設定されたと仮定する。この場合、ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部が属するＳＯＣ区間の個数は５、４、３、２または１であり得る。ＳＯＣ区間ファクターは、１（属するＳＯＣ区間の回数５）、０．８（属するＳＯＣ区間の個数４）、０．６（属するＳＯＣ区間の個数３）、０．４（属するＳＯＣ区間の個数２）及び０．２（属するＳＯＣ区間の個数１）に予め設定され得る。
一般的に、バッテリーの充放電過程で、バッテリーのＳＯＣが正極活物質の固有ストレス領域及び／または負極活物質の固有ストレス領域に含まれるほど、バッテリーの退化は加速し得る。これによって、本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００は、バッテリーＳＯＨをより正確に推定するために、活物質の固有ストレス領域によるバッテリーの退化加速を考慮してＳＯＣ区間ファクターを算出する長所がある。
以下、ＳＯＣ変化量に基づいてＳＯＣ変化量ファクターが算出される実施例について説明する。
加重値算出部１３０は、ＳＯＣ変化量に比例するようにＳＯＣ変化量ファクターを算出するように構成され得る。
ここで、ＳＯＣ変化量とは、一つのサイクルでバッテリーの開始ＳＯＣと終了ＳＯＣの差であって、「｜終了ＳＯＣ－開始ＳＯＣ｜」として計算され、△ＳＯＣで表され得る。
図６は、本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００に設定されたＳＯＣ変化量ファクターテーブルの一例を概略的に示した図である。
具体的には、図６のＳＯＣ変化量ファクターテーブルは、バッテリーのＳＯＣ変化量によってＳＯＣ変化量ファクターが予め設定されたルックアップテーブルであり得る。
図６の実施例において、ＳＯＣ変化量ファクターは、バッテリーのＳＯＣ変化量△ＳＯＣに比例するように予め設定され得る。例えば、ＳＯＣ変化量ファクターは、０～１の値を有するようにＳＯＣ変化量△ＳＯＣが換算された値であり得る。
例えば、前述した実施例と同様に、バッテリーのＳＯＣ変化区間がＳＯＣ３０％～８０％と仮定する。この場合、ＳＯＣ変化量△ＳＯＣは５０％であり得る。これによって、図６のＳＯＣ変化量ファクターテーブルによって、バッテリーに対するＳＯＣ変化量ファクターは０．５に設定され得る。
以下では、バッテリーの温度に基づいて温度ファクターが算出される実施例について説明する。
加重値算出部１３０は、予め設定された複数の温度区間のうちバッテリーの温度が属する区間によって温度ファクターを算出するように構成され得る。
ここで、バッテリーの温度は、一つのサイクルでのバッテリーの平均温度または最高温度であり得る。
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００に設定された温度ファクターテーブルの一例を概略的に示した図である。
具体的には、図７の温度ファクターテーブルは、バッテリーの温度によって温度ファクターが予め設定されたルックアップテーブルであり得る。そして、温度ファクターは、バッテリーの温度に比例するように予め設定され得る。例えば、温度ファクターは０～１の値を有するようにバッテリーの温度が換算された値であり得る。
図７の実施例において、バッテリーの温度が２５℃以上である場合、温度ファクターは１に設定され得る。バッテリーの温度が１５℃である場合、温度ファクターは０．５に設定され得る。バッテリーの温度が０℃以下である場合、温度ファクターは０に設定され得る。そして、図７の温度ファクターテーブルに記載されていないバッテリーの温度に対する温度ファクターは、０℃、１５℃及び２５℃の補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）によって算出され得ることに留意する。
例えば、バッテリーの温度が３℃、６℃、９℃、１２℃、１８℃、２１℃または２４℃である各々の場合において、温度ファクターは各々、０．１、０．２、０．３、０．４、０．８または０．９５であり得る。
本発明の一実施例によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００は、バッテリーの温度、ＳＯＣ変化量及びＳＯＣ変化区間に基づいて加重値を算出し得る。即ち、バッテリーＳＯＨ推定装置１００は、バッテリーの退化に影響を及ぼす多様な因子（温度、ＳＯＣ変化量及びＳＯＣ変化区間）を考慮することで、より正確にバッテリーのＳＯＨを推定可能であるという長所がある。特に、バッテリーＳＯＨ推定装置１００は、活物質の固有ストレス領域に起因したＳＯＣ変化区間ファクターを考慮するため、バッテリーのＳＯＨを推定するに際し、バッテリーの退化加速因子を反映できるという長所がある。
本発明によるバッテリーＳＯＨ推定装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用可能あである。即ち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリーＳＯＨ推定装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリーＳＯＨ推定装置１００の各構成要素のうち少なくとも一部は、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ＳＯＨ推定装置１００のＳＯＨ推定部１１０、ＳＯＣ変化算出部１２０、加重値算出部１３０、ＳＯＨ補正部１４０及び保存部１５０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ＳＯＨ推定装置１００は、バッテリーパックに備えられ得る。即ち、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリーＳＯＨ推定装置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８は、本発明の他の実施例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。
バッテリー１１の正極端子は、バッテリーパック１０の正極端子Ｐ＋と接続され、バッテリー１１の負極端子は、バッテリーパック１０の負極端子Ｐ－と接続され得る。
測定部１２は、第１センシングラインＳＬ１、第２センシングラインＳＬ２、第３センシングラインＳＬ３及び第４センシングラインＳＬ４と接続され得る。
具体的には、測定部１２は、第１センシングラインＳＬ１によってバッテリー１１の正極端子に接続され、第２センシングラインＳＬ２によってバッテリー１１の負極端子に接続され得る。側定部１２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の各々で測定された電圧に基づいて、バッテリー１１の電圧を測定し得る。
そして、測定部１２は、第３センシングラインＳＬ３によって電流測定ユニット１３と接続され得る。例えば、電流測定ユニット１３は、バッテリー１１の充電電流及び放電電流が測定可能な電流計またはシャント抵抗であり得る。測定部１２は、第３センシングラインＳＬ３によってバッテリー１１の充電電流を測定して充電量を算出し得る。また、測定部１２は、第３センシングラインＳＬ３によってバッテリー１１の放電電流を測定して放電量を算出し得る。
また、測定部１２は、第４センシングラインＳＬ４によってバッテリー１１の温度を測定し得る。
測定部１２によって測定されたバッテリー１１の電圧、電流及び温度は、バッテリーＳＯＨ推定装置１００に送信され得る。バッテリーＳＯＨ推定装置１００は、測定部１２から受信したバッテリー１１の電圧、電流及び温度に基づいてバッテリー１１のＳＯＨを推定し得る。
図９は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーＳＯＨ推定方法を概略的に示した図である。．
望ましくは、バッテリーＳＯＨ推定方法の各段階は、バッテリーＳＯＨ推定装置１００によって行われ得る。以下、前述した内容と重複する内容は省略するか、または簡略に説明する。
図９を参照すると、バッテリーＳＯＨ推定方法は、ＳＯＨ推定段階Ｓ１００、ＳＯＣ変化算出段階Ｓ２００、加重値算出段階Ｓ３００及びＳＯＨ補正段階Ｓ４００を含み得る。
ＳＯＨ推定段階Ｓ１００は、測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づいて前記バッテリーの第１のＳＯＨを推定する段階であって、ＳＯＨ推定部１１０によって行われ得る。
ＳＯＣ変化算出段階Ｓ２００は、測定された電圧に基づいてバッテリーのＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を算出する段階であって、ＳＯＣ変化算出部１２０によって行われ得る。
ＳＯＣ変化算出部１２０は、一つのサイクルでバッテリーの開始ＳＯＣと終了ＳＯＣとの間におけるＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を各々算出し得る。
例えば、バッテリーがＳＯＣ３０％からＳＯＣ８０％まで充電された場合、ＳＯＣ変化算出部１２０は、ＳＯＣ変化量を５０％と算出し、ＳＯＣ変化区間をＳＯＣ３０％～８０％と算出し得る。
説明の便宜のために、図９の実施例では、ＳＯＨ推定段階Ｓ１００の後にＳＯＣ変化算出段階Ｓ２００が行われることに示したが、ＳＯＨ推定段階Ｓ１００とＳＯＣ変化算出段階Ｓ２００との先後関係は、図９の実施例によって制限されないことに留意する。例えば、ＳＯＣ変化算出段階Ｓ２００が先に行われてからＳＯＨ推定段階Ｓ１００が行われることも可能であり、ＳＯＨ推定段階Ｓ１００とＳＯＣ変化算出段階Ｓ２００が並列的に行われることも可能である。
加重値算出段階Ｓ３００は、ＳＯＣ変化区間と予め設定された基準ＳＯＣ区間との比較によって算出されるＳＯＣ区間ファクターと、ＳＯＣ変化量に起因したＳＯＣ変化量ファクターと、測定されたバッテリーの温度に起因した温度ファクターと、に基づいて加重値を算出する段階であって、加重値算出部１３０によって行われ得る。
例えば、加重値算出部１３０は、ＳＯＣ区間ファクターテーブルに基づいてＳＯＣ変化区間に対するＳＯＣ区間ファクターを算出し得る。また、加重値算出部１３０は、ＳＯＣ変化量ファクターテーブルに基づいてＳＯＣ変化量に対するＳＯＣ変化量ファクターを算出し得る。また、加重値算出部１３０は、温度ファクターテーブルに基づいてバッテリーの温度に対する温度ファクターを算出し得る。そして、加重値算出部１３０は、算出したＳＯＣ区間ファクターと、ＳＯＣ変化量ファクターと、温度ファクターと、を掛けて加重値を算出し得る。
ＳＯＨ補正段階Ｓ４００は、算出された加重値及び予め設定された第２のＳＯＨによって第１のＳＯＨを補正する段階であって、ＳＯＨ補正部１４０によって行われ得る。
例えば、ＳＯＨ補正部１４０は、第１のＳＯＨに加重値αを掛けた値と、第２のＳＯＨに加重値の補数１－αを掛けた値を足して、第１のＳＯＨを補正し得る。
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。
１０ バッテリーパック
１１ バッテリー
１２ 測定部
１３ 電流測定ユニット
１００ バッテリーＳＯＨ推定装置
１１０ ＳＯＨ推定部
１２０ ＳＯＣ変化算出部
１３０ 加重値算出部
１４０ ＳＯＨ補正部
１５０ 保存部

Claims (11)

  1. 測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、前記バッテリーの第１のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定部と、
    前記測定された電圧に基づき、前記バッテリーのＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を算出するＳＯＣ変化算出部と、
    前記ＳＯＣ変化区間と予め設定された基準ＳＯＣ区間との比較によって算出されるＳＯＣ区間ファクター、前記ＳＯＣ変化量に起因したＳＯＣ変化量ファクター及び測定された前記バッテリーの温度に起因した温度ファクターに基づいて加重値を算出する加重値算出部と、
    算出された加重値及び予め設定された第２のＳＯＨによって前記第１のＳＯＨを補正するＳＯＨ補正部と、を含む、バッテリーＳＯＨ推定装置。
  2. 前記加重値算出部は、
    前記ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部が前記基準ＳＯＣ区間に属するか否かによって前記ＳＯＣ区間ファクターを算出する、請求項１に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  3. 前記基準ＳＯＣ区間が、複数のＳＯＣ区間を含み、
    前記加重値算出部は、
    前記ＳＯＣ変化区間のうち少なくとも一部が前記複数のＳＯＣ区間に各々属するか否かによって前記ＳＯＣ区間ファクターを算出する、請求項１に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  4. 前記加重値算出部は、
    前記複数のＳＯＣ区間のうち前記ＳＯＣ変化区間の少なくとも一部を含むＳＯＣ区間の個数を算出し、算出された個数によって前記ＳＯＣ区間ファクターを算出する、請求項３に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  5. 前記加重値算出部は、
    前記ＳＯＣ変化量に比例するように前記ＳＯＣ変化量ファクターを算出し、予め設定された複数の温度区間のうち前記バッテリーの温度が属する区間によって前記温度ファクターを算出する、請求項１に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  6. 前記加重値算出部は、
    前記ＳＯＣ区間ファクターと、前記ＳＯＣ変化量ファクターと、前記温度ファクターと、を掛けて前記加重値を算出する、請求項１に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  7. 前記ＳＯＨ補正部は、
    下記の数式を用いて前記第１のＳＯＨを補正し、
    ［数１］
    ＳＯＨＭＯＤ＝（ＳＯＨ１×α）＋（ＳＯＨ２×（１－α））
    ここで、ＳＯＨＭＯＤは補正された第１のＳＯＨであり、ＳＯＨ１は前記第１のＳＯＨであり、ＳＯＨ２は前記第２のＳＯＨであり、αは前記加重値であって、０以上１以下である、請求項１に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  8. 前記ＳＯＨ推定部は、
    現サイクルで測定された前記バッテリーの電圧及び電流に基づき、前記現サイクルでの前記第１のＳＯＨを推定し、
    前記ＳＯＨ補正部は、
    前記加重値及び前記現サイクルの以前に予め設定された前記第２のＳＯＨによって前記第１のＳＯＨを補正する、請求項１に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  9. 前記第２のＳＯＨは、
    前記現サイクルの以前サイクルで補正された第１のＳＯＨである、請求項８に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーＳＯＨ推定装置を含む、バッテリーパック。
  11. 測定されたバッテリーの電圧及び電流に基づき、前記バッテリーの第１のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定段階と、
    前記測定された電圧に基づき、前記バッテリーのＳＯＣ変化区間及びＳＯＣ変化量を算出するＳＯＣ変化算出段階と、
    前記ＳＯＣ変化区間と予め設定された基準ＳＯＣ区間との比較によって算出されるＳＯＣ区間ファクター、前記ＳＯＣ変化量に起因したＳＯＣ変化量ファクター及び測定された前記バッテリーの温度に起因した温度ファクターに基づいて加重値を算出する加重値算出段階と、
    算出された加重値及び予め設定された第２のＳＯＨによって前記第１のＳＯＨを補正するＳＯＨ補正段階と、を含む、バッテリーＳＯＨ推定方法。
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