JP7479516B2 - バッテリー制御装置、バッテリーシステム、電源供給システム及びバッテリー制御方法 - Google Patents

バッテリー制御装置、バッテリーシステム、電源供給システム及びバッテリー制御方法 Download PDF

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Description

本出願は、２０２１年０１月１１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０００３２０１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、複数のバッテリーパックの健康状態 （ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）の偏差を抑制する技術に関する。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などの携帯用電子機器の需要が急増し、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、繰り返し充放電が可能な高性能バッテリーについての研究が盛んに行われている。
現在商用化されている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挙げられるが、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ほとんど起こらないので、充放電を自由に行うことができ、自己放電率が非常に低く、しかも、エネルギー密度の高いという長所を有することから脚光を浴びている。
最近、エネルギー貯蔵システムはもちろん、電気車両でも安定した電力管理のためにできるだけ高容量を確保することが優先視されている。これにより、複数のバッテリーを互いに並列に接続するバッテリーバンクを備え、外部から要求される電力量などに合わせて、複数のバッテリーのうちの１つまたは２つ以上を選択的に並列に接続するように制御する方式が主に活用されている。
バッテリーバンクに対する放電イベントを実施するにあたり、従来は、継続的かつ安定した放電のために、複数のバッテリーの一部または全部が、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の高い順に放電イベントに参加するように制御している。
この方式は、放電イベントの実施頻度が低い場合にはある程度有効である。しかし、各バッテリーのＳＯＨを考慮せずに、ＳＯＣのみを放電制御の最優先パラメータとして活用すると、結果的に複数のバッテリーに対する不均一な劣化を引き起こし、特に長期的には、相対的にＳＯＨが過度に低下した一部のバッテリーにより、システム全体の運用効率が低下する可能性があり、当該バッテリーの修理、交換及び復元などに多くの費用と時間がかかるという逆効果をもたらす可能性がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数のバッテリーのうちの１つまたは２つ以上に対する選択的な並列接続制御を行う際に、複数のバッテリー間のＳＯＨ偏差を抑制するためのバッテリー制御装置、バッテリーシステム、電源供給システム及びバッテリー制御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利点は、下記の説明によって理解されることができ、本発明の実施形態によって一層明らかになる。さらに、本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に開示されている手段及びその組み合わせによって実現することができるということが容易に理解できる。
本発明の一態様によるバッテリー制御装置は、複数のバッテリーパックに１対１で直列に接続される複数のスイッチング回路と；前記複数のバッテリーパックに１対１で接続され、各バッテリーパックの電圧及び電流を表すセンシング信号を生成するように構成される複数のセンシング回路と；前記センシング信号に基づいて、前記複数のバッテリーパックのそれぞれの電圧、健康状態（ＳＯＨ）及び充電状態（ＳＯＣ）を決定するように構成される制御回路と；を含む。前記制御回路は、前記複数のバッテリーパックの最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在しない場合、前記複数のバッテリーパックの全てを放電候補として設定するように構成される。前記制御回路は、全ての放電候補に対してグループ化規則を適用して、それぞれ少なくとも１つのバッテリーパックを含む第１パックグループを少なくとも１つ設定するように構成される。前記制御回路は、前記第１パックグループが１つである場合、前記第１パックグループを放電グループとして設定するように構成される。前記制御回路は、前記放電グループの各バッテリーパックに対応する各スイッチング回路をターンオンさせ、前記放電グループを除いた残りのバッテリーパックのそれぞれに対応するスイッチング回路をターンオフさせるように構成される。
前記制御回路は、前記最大ＳＯＨとの差が前記基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在する場合、前記複数のバッテリーパックのうち前記最大ＳＯＨより前記基準ＳＯＨ以上小さいＳＯＨを有するバッテリーパックを除いた残りのバッテリーパックを、前記放電候補として設定するように構成される。
前記グループ化規則は、各第１パックグループが、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が基準電圧以下である最大数のバッテリーパックを含むことである。
前記制御回路は、前記第１パックグループが複数である場合、前記複数の第１パックグループのそれぞれのＳＯＣ合計を決定するように構成され得る。前記ＳＯＣの合計は、各第１パックグループの全てのバッテリーパックのそれぞれのＳＯＣの合計である。前記制御回路は、前記複数の第１パックグループのうち前記ＳＯＣ合計が最大である各第１パックグループを、第２パックグループとして設定するように構成され得る。前記制御回路は、前記第２パックグループが１つである場合、前記第２パックグループを前記放電グループとして設定するように構成され得る。
前記制御回路は、前記第２パックグループが複数である場合、前記複数の第２パックグループのうち最大メンバー数を有する各第２パックグループを含むものを、第３パックグループとして設定するように構成され得る。前記制御回路は、前記第３パックグループが１つである場合、前記第３パックグループを前記放電グループとして設定するように構成され得る。
前記制御回路は、前記第３パックグループが複数である場合、前記複数の第３パックグループのそれぞれの放電リスクファクターを決定するように構成され得る。前記制御回路は、前記複数の第３パックグループのうち前記放電リスクファクターが最小であるものを、前記放電グループとして設定するように構成され得る。
前記制御回路は、前記第３パックグループが複数である場合、前記複数の第３パックグループのそれぞれの放電優先ファクターを決定するように構成され得る。前記制御回路は、前記複数の第３パックグループのうち前記放電優先ファクターが最大であるものを、前記放電グループとして設定し得る。
本発明の他の態様によるバッテリーシステムは、前記バッテリー制御装置を含む。
本発明のさらに他の態様による電源供給システムは、前記バッテリーシステムを含む。
本発明のさらに他の態様によるバッテリー制御方法は、前記バッテリー制御装置により実行可能である。前記バッテリー制御方法は、前記複数のバッテリーパックのそれぞれの電圧及び電流を示すセンシング信号に基づいて、前記複数のバッテリーパックのそれぞれの電圧、ＳＯＨ及びＳＯＣを決定するステップと；前記複数のバッテリーパックの最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨ以上であるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在しない場合、前記複数のバッテリーパックの全てを放電候補として設定するステップと；全ての放電候補に対してグループ化規則を適用して、それぞれ少なくとも１つのバッテリーパックを含む第１パックグループを少なくとも１つ設定するステップと；前記第１パックグループが１つである場合、前記第１パックグループを放電グループとして設定するステップと；前記放電グループの各バッテリーパックに対応する各スイッチング回路をターンオンさせ、前記第１パックグループを除いた残りのバッテリーパックに対応する各スイッチング回路をターンオフさせるステップと；を含む。
前記バッテリー制御方法は、前記最大ＳＯＨとの差が前記基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在する場合、前記複数のバッテリーパックのうち、前記最大ＳＯＨより前記基準ＳＯＨ以上小さいＳＯＨを有するバッテリーパックを除いた残りのバッテリーパックを、前記放電候補として設定するステップをさらに含み得る。
本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、複数のバッテリーのうちの１つまたは２つ以上に対する選択的な並列接続制御を行う際に、複数のバッテリー間のＳＯＨ偏差を抑制することができる。
本発明の効果は、以上で言及した効果に限らず、言及されていない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されるであろう。
この明細書の添付図面は、本発明の好適な一実施形態を例示するものにすぎず、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術的思想をなお一層理解しやすくする役割を果たすものであるため、本発明は、そのような図面に記載されている事項にのみ限定されて解釈されてはならない。
本発明による電源供給システムの構成を例示的に示す図である。 図１に示す複数のバッテリーパックから放電グループを決定する手順を説明するために参照するデータテーブルの一例である。 図１に示す複数のバッテリーパックから放電グループを決定する手順を説明するために参照するデータテーブルの他の例である。 本発明の一実施形態によるバッテリー制御方法を例示的に示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるバッテリー制御方法を例示的に示すフローチャートである。
以下、添付図面に基づいて、本発明による好適な実施形態について詳しく説明する。これに先立って、この明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の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することができるという原則を踏まえて、本発明の技術的な思想に見合う意味及び概念として解釈されなければならない。
よって、この明細書に記載の実施形態と図面に示されている構成は、本発明の最も好適な一部分の実施形態に過ぎないものであり、本発明の技術的思想をすべて代用するものではないので、本発明の出願時点においてこれらに代替できる様々な均等物と変形例があり得るということを理解しなければならない。
第１、第２などの序数を含む用語は、様々な構成要素のうちのいずれか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、特に断りのない限り、他の構成要素を除くのではなく、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。
なお、明細書の全般に亘って、ある部分が他の部分と「接続」されているとしたとき、これは、「直接的に接続」されている場合だけではなく、これらの間に他の素子を挟んで「間接的に接続」されている場合も含む。
図１は、本発明による電源供給システム１の構成を例示的に示す図である。
図１を参照すると、電源供給システム１は、電力変換システム１０とバッテリーシステム１００とを含む。
電力変換システム１０は、バッテリーシステム１００と電力系統２及び／又は電気負荷３との間に電気的に接続される。電力変換システム１０は、それに配備されたＤＣ-ＡＣインバータ及び／又はＤＣ-ＤＣコンバータを用いて、バッテリーシステム１００と電力系統２及び／又は電気負荷３との間の双方向電力伝達を行う。すなわち、電力変換システム１０は、充電モードで動作中に、電力系統２から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリーシステム１００に供給することができる。また、電力変換システム１０は、放電モードで動作中に、バッテリーシステム１００の放電により入力される直流電力を交流電力に変換して電力系統２及び／又は電気負荷３に供給することができる。
電力変換システム１０は、バッテリーシステム１００及び電力系統のそれぞれの状態情報を取得し、取得した状態情報に基づいて、充電命令、放電命令及び／又は待機命令をバッテリーシステム１００に送信することができる。電力変換システム１０は、充電指令を送信中にＤＣ-ＡＣインバータを充電モードに制御する。電力変換システム１０は、放電指令を送信中にＤＣ-ＡＣインバータを放電モードに制御する。
充電命令は、バッテリーシステム１００に、電力変換システム１０から供給される直流電力を記憶することを要求する信号である。放電命令は、バッテリーシステム１００に、それに記憶された直流電力を電力変換システム１０に供給することを要求する信号である。待機命令は、バッテリーシステム１００に、充電及び放電の両方を停止することを要求する信号である。
バッテリーシステム１００は、バッテリーバンクＢＢとバッテリー制御装置１２０とを含む。
バッテリーバンクＢＢは、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の集合である。本明細書において、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）に共通する内容を説明する際に、バッテリーパックに符号「ＢＰ」を付した。図１では、説明の便宜上、バッテリーバンクＢＢが合計６個のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）を含むように示されているが、２つ以上であればバッテリーパックＢＰの数は特に限定されない。
バッテリーパックＢＰは、１つまたは直列に接続された２つ以上のバッテリーセルＢＣを含む。本明細書において、バッテリーセルＢＣとは、単独で充放電できるバッテリーの基本単位をいい、一例としてリチウムイオンセルＢＣ等の再充電可能なものであれば特に限定されない。
バッテリー制御装置１２０は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の間の劣化度のばらつき（偏差）を抑制するために、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の放電イベント及び／又は充電イベントを制御するように構成される。
バッテリー制御装置１２０は、複数のスイッチング回路（２００＿１～２００＿６）と、複数のセンシング回路（３００＿１～３００＿６）と、制御回路４００とを含む。
複数のスイッチング回路（２００＿１～２００＿６）は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）に１対１で直列接続される。すなわち、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）は、複数のスイッチング回路（２００＿１～２００＿６）を介して互いに並列接続される。本明細書では、複数のスイッチング回路（２００＿１～２００＿６）に共通する内容を説明するにあたり、スイッチング回路に符号「２００」を付した。スイッチング回路２００は、バッテリーパックＢＰと電力変換システム１０との間の電流経路をオン／オフ可能なものであれば特に限定されない。スイッチング回路２００としては、一例では、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ、リレーなどの機械式スイッチを用いることができる。別の例では、スイッチング回路２００として双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを用いることができる。ｉが自然数であるとき、スイッチング回路（２００＿ｉ）がターンオンしている間、バッテリーパック（ＢＰ＿ｉ）の充放電が可能である。スイッチング回路（２００＿ｉ）がターンオフしている間、バッテリーパック（ＢＰ＿ｉ）は電力変換システム１０から電気的に分離される。
複数のセンシング回路（３００＿１～３００＿６）は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）に１対１で接続される。センシング回路３００は、電圧センサ３１０及び電流センサ３２０を含む。本明細書では、複数のセンシング回路（３００＿１～３００＿６）に共通する内容を説明するにあたり、センシング回路に符号「３００」を付した。センシング回路３００は、電圧センサ３１０及び電流センサ３２０を用いて、自身が接続されたバッテリーパックＢＰの電圧及び電流を測定する。電圧センサ３１０は、バッテリーパックＢＰに並列に接続され、バッテリーパックＢＰの両端にわたる電圧を測定する。電流センサ３２０は、バッテリーパックＢＰとスイッチング回路２００とを接続する電力線に接続され、バッテリーパックＢＰを介して流れる電流を測定する。センシング回路３００は、測定された電圧及び測定された電流を表すセンシング信号を生成する。センシング信号とは、同期検出された電圧値と電流値のペアを指す。
制御回路４００は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、ＤＳＰＤ（デジタル信号処理デバイス）、ＰＬＤ（プログラマブル論理デバイス）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、マイクロプロセッサ、他の機能を実行するための電気ユニットのうちの少なくとも１つを使用して具現され得る。
制御回路４００は、メモリデバイスを有していてもよい。メモリデバイスは、フラッシュメモリタイプ、ハードディスクタイプ、ＳＳＤ（ソリッドステートディスク）タイプ、ＳＤＤ（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、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＳＲＡＭ（スタティックランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラマブル読み出し専用メモリ）のうち少なくとも１つのタイプの貯蔵媒体を含んでいてもよい。メモリデバイスは、制御回路４００による演算動作に必要なデータ及びプログラムを記憶することができる。メモリデバイスは、制御回路４００による演算動作の結果を示すデータを記憶することができる。
制御回路４００は、複数のスイッチング回路（２００＿１～２００＿６）、複数のセンシング回路（３００＿１～３００＿６）及び電力変換システム１０に動作可能に結合される。２つの構成が動作可能に結合されるということは、一方向または双方向に信号を送受信可能にするために２つの構成が接続されていることを意味する。
制御回路４００は、複数のセンシング回路（３００＿１～３００＿６）のそれぞれからのセンシング信号を周期的または非周期的に収集する。制御回路４００は、センシング信号に基づいて、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のそれぞれの電圧、健康状態（ＳＯＨ）及び充電状態（ＳＯＣ）を決定する。
ＳＯＨは、設計容量に対する最大容量の比率であり、通常０～１００％の範囲で表される。設計容量は、バッテリーパックＢＰ＿が新品状態である場合に、バッテリーパックＢＰに最大で保存可能な電荷量を示す。最大容量は、バッテリーパックＢＰが新品状態よりも劣化した場合に、バッテリーパックＢＰに最大で保存可能な電荷量を示す。バッテリーパックＢＰの劣化に伴い、最大容量が設計容量から徐々に低下する。
ＳＯＣは、最大容量に対する残容量の比率であり、通常０～１００％の範囲で表される。残容量は、バッテリーパックＢＰに現在保存されている電荷量を示す。
ＳＯＨ及びＳＯＣのそれぞれは、様々な公知技術のうちの１つまたは２つ以上の組み合わせから推定できるので、具体的な説明は省略する。
制御回路４００は、電力変換システム１０から放電命令を受信すると、放電命令に対する応答として放電イベントを実行する。放電イベントは、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のうちの少なくとも１つを選択し、選択された各バッテリーパックＢＰに対応するスイッチング回路２００をターンオンさせることにより、選択された各バッテリーパックＢＰから電力変換システム１０に直流電力が供給される手順である。
放電イベントは、制御回路４００により複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のうちの少なくとも１つが放電候補として設定されることにより開始される。以下、放電候補の設定について具体的に説明する。
制御回路４００は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のそれぞれのＳＯＨを優先的に比較して最大ＳＯＨを特定する。次に、制御回路４００は、最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨを超えるＳＯＨの存在有無を確認する。一例では、制御回路４００は、最大ＳＯＨと最小ＳＯＨとの間の差が基準ＳＯＨ以上であるか否かを判定する。基準ＳＯＨは、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のうち、ＳＯＨが相対的に小さいものほど、充電及び／又は放電イベントでの使用頻度を減らすことにより、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）間のＳＯＨ偏差を抑制するために予め与えられた値（例えば、３％）である。
万が一、最大ＳＯＨより基準ＳＯＨ以上小さいＳＯＨが存在しない場合、制御回路４００は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の全てを放電候補として設定する。一方、最大ＳＯＨより基準ＳＯＨ以上小さいＳＯＨが存在する場合、制御回路４００は、最大ＳＯＨより基準ＳＯＨ以上小さいＳＯＨを有するバッテリーパックＢＰを除いた残りのバッテリーパックＢＰのみを放電候補として設定する。万が一、１つのバッテリーパックＢＰのみが放電候補として設定されている場合、当該バッテリーパックＢＰに対する放電イベントを直ちに実行することができる。
制御回路４００は、放電候補の中から実際に放電イベントを実行する少なくとも１つのバッテリーパックＢＰを選択するために、予め与えられたグループ化規則を用いる。グループ化規則は、電圧差が基準電圧以上である２つ以上のバッテリーパックＢＰを同時に並列接続時に発生し得る突入電流を防止するためのものである。
グループ化規則は、放電候補の中から少なくとも１つの第１パックグループを設定するためのものであり、最大電圧と最小電圧との電圧差が基準電圧（例えば、１０Ｖ）以下である最大数のバッテリーパック（ＢＰ＿）を同じグループとして設定することを規定する。本明細書では、グループ化規則に従って設定される各グループを第１パックグループと称する。制御回路４００は、放電候補からグループ化規則を満たす全ての第１パックグループを抽出する。グループ化規則に従って２つ以上の第１パックグループが設定される場合、特定のバッテリーパック（例えば、ＢＰ＿３）は、２つ以上の異なる第１パックグループの共通メンバーとして重複することができる。
以下では、図２及び図３を参照して、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のうちの少なくとも１つをメンバーとして含む放電グループを決定する際の動作について説明する。
図２は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のそれぞれの電圧、ＳＯＣ及びＳＯＨを表示するテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ａ）を示す。説明の便宜上、図２のテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ａ）は、第１～第６のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の電圧が降順に整列されていることを例示する。図２において、基準ＳＯＨが３％である場合、最大ＳＯＨである９０％と最小ＳＯＨである８８％との差である２％が基準ＳＯＨ未満であるため、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のすべてが放電候補として設定される。
制御回路４００は、放電候補（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）に対してグループ化規則を適用することにより、放電候補（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）から少なくとも１つの第１パックグループを決定する。制御回路４００は、１つの第１パックグループのみが決定された場合、当該第１パックグループの各バッテリーパックＢＰに対応する各スイッチング回路２００をターンオンさせ、第１パックグループを除いた残りのバッテリーパックＢＰに対応する各スイッチング回路２００をターンオフさせる。
図２のテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ａ）によれば、１０Ｖを基準電圧として用いるグループ化規則に従って、合計３つの第１パックグループが決定される。すなわち、第１バッテリーパック（ＢＰ＿１）及び第２バッテリーパック（ＢＰ＿２）が第１パックグループ（Ｇ＃１＿１）であり、第２バッテリーパック（ＢＰ＿２）及び第３バッテリーパック（ＢＰ＿３）が他の第１パックグループ（Ｇ＃１＿２）であり、第４バッテリーパック（ＢＰ＿４）、第５バッテリーパック（ＢＰ＿５）及び第６バッテリーパック（ＢＰ＿６）がさらに他の第１パックグループ（Ｇ＃１＿３）であると決定される。
参考までに、グループ化規則によれば、各放電候補において、電圧差が基準電圧未満である放電候補が複数個存在する場合、そのうちいずれか一つの放電候補のみを単独で第１パックグループとして設定することはできない。例えば、第３バッテリーパック（ＢＰ＿３）と第２バッテリーパック（ＢＰ＿３）との電圧差である３Ｖは基準電圧である１０Ｖ未満であるため、第３バッテリーパック（ＢＰ＿３）及び第２バッテリーパック（ＢＰ＿３）は任意の第１パックグループの単一のメンバーになることはできない。
制御回路４００は、図２に示すように、第１パックグループ（Ｇ＃１＿１）～（Ｇ＃１＿３）が複数である場合、最大のＳＯＣ合計を有する第１パックグループを第２パックグループとして設定する。ＳＯＣ合計は、各第１パックグループの各バッテリーパックＢＰ＿のＳＯＣの合計である。図２のテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ａ）によれば、第１パックグループ（Ｇ＃１＿１）のＳＯＣ合計は６１％、他の第１パックグループ（Ｇ＃１＿２）のＳＯＣ合計は６４％、さらに他の第１パックグループ（Ｇ＃１＿３）のＳＯＣの合計は６４％である。２つの第１パックグループ（Ｇ＃１＿２、Ｇ＃１＿３）が最大ＳＯＣ合計を有するので、３つの第１パックグループ（Ｇ＃１＿１～Ｇ＃１＿３）のうち、２つの第１パックグループ（Ｇ＃１＿２、Ｇ＃１＿３）をそれぞれ第２パックグループ（Ｇ＃２＿１、Ｇ＃２＿２）として設定する。
制御回路４００は、１つの第２パックグループのみが決定された場合、当該第２パックグループの各バッテリーパックＢＰに対応するスイッチング回路２００をターンオンさせ、第２パックグループを除いた残りのバッテリーパックＢＰに対応するスイッチング回路２００をターンオフさせる。
一方、図２に示すように、２つ以上の第２パックグループ（Ｇ＃２＿１、Ｇ＃２＿１）が設定される場合、制御回路４００は、２つ以上の第２パックグループ（Ｇ＃２＿１、Ｇ＃２＿１）のうち最大のメンバー数を有するものを、第３パックグループとして設定する。第２パックグループ（Ｇ＃２＿１）のメンバー数は２であり、他の第２パックグループ（Ｇ＃２＿２）のメンバー数は３であるため、他の第２パックグループ（Ｇ＃２＿２）が第３パックグループ（Ｇ＃３）として設定される。
図２に示すように、１つの第３パックグループ（Ｇ＃３）のみが決定された場合、制御回路４００は、第３パックグループ（Ｇ＃３＿１）を放電グループとして設定する。放電グループ（Ｇ＃３）のメンバーであるバッテリーパック（ＢＰ＿４～ＢＰ＿６）のそれぞれに対応するスイッチング回路（２００＿４～２００＿６）をターンオンさせ、放電グループ（Ｇ＃３）を除いた残りのバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿３）に対応するスイッチング回路（２００＿１～２００＿３）をターンオフさせる。
一方、図２とは異なり、２つ以上の第３パックグループが決定された場合、制御回路４００は、各第３パックグループの放電リスクファクターを決定し、２つ以上の第３パックグループのうち最小の放電リスクファクターを有するものを、第４パックグループとして設定してもよい。
特定のグループの放電リスクファクターは、現在からの追加放電により当該特定のグループに属するバッテリーパックに加えられるダメージ量に対応する。放電リスクファクターに関連して、バッテリーパック（ＢＰ）は、ＳＯＣが基準ＳＯＣ未満で完全放電状態（すなわち、ＳＯＣ０％）に近づくにつれて急激に劣化するという特性を有する。
基準ＳＯＣは、バッテリーパック（ＢＰ）と同じ電気化学的仕様を有するように備えられたテスト用バッテリーパックに対する実験などにより予め与えられたものである。すなわち、同じ放電電力であっても、バッテリーパックＢＰのＳＯＣによってバッテリーパックＢＰの劣化速度が異なる。これを考慮して、制御回路４００は、以下の数式１を用いて各第３パックグループの放電リスクファクターを決定してもよい。
＜数式１＞
Figure 0007479516000001
数式１において、ＰＡは特定のグループの放電リスクファクターであり、ｙは特定のグループのメンバー数であり、ｍは１より大きい所定の指数（例えば、２）であり、ｎは１より大きい所定の指数（例えば、１．３）である。第１指数及び第２指数は、基準ＳＯＣと同様に、テスト用バッテリーパックに対する実験などにより予め与えられたものである。ＳＯＣｒは基準ＳＯＣであり、ＳＯＣｘは特定のグループのｘ番目のメンバーのＳＯＣであると、ΔＳＯＣ１［ｘ］は、ＳＯＣｘがＳＯＣｒ以上である場合には０と設定され、ＳＯＣｘがＳＯＣｒ未満である場合には（ＳＯＣｘ－ＳＯＣｒ）と同じに設定される。ΔＳＯＣ２［ｘ］は、ＳＯＣｘがＳＯＣｒ以上の場合には（ＳＯＣｘ－ＳＯＣｒ）と同じに設定され、ＳＯＣｘがＳＯＣｒ未満である場合には０と設定される。
あるいは、制御回路４００は、２つ以上の第３パックグループが決定された場合、各第３パックグループの放電優先ファクターを決定し、２つ以上の第３パックグループのうち最大の放電優先ファクターを有するものを、第４パックグループとして設定してもよい。
特定のグループの放電優先ファクターは、当該特定のグループの現在の放電可能な能力に対応する。すなわち、特定のグループの放電優先ファクターは、以下の数式２から決定されてもよい。
＜数式２＞
Figure 0007479516000002
数式２において、ＰＢは特定のグループの放電優先ファクターであり、ｙは特定のグループのメンバー数であり、Ｖｘ、ＳＯＣｘ、及びＳＯＨｘはそれぞれ特定のグループのｘ番目のメンバーの電圧、ＳＯＣ及びＳＯＨである。ｊは０より大きい所定の指数（例えば、１．２）であり、ｋは０より大きい所定の指数（例えば、０．８）であり、ｌは０より大きい所定の指数（例えば、１．５）である。ｊ、ｋ及びｌのそれぞれは、テスト用バッテリーパックに対する実験などにより予め与えられたものである。
あるいは、制御回路４００は、２つ以上の第３パックグループが決定された場合、放電リスクファクターと放電優先ファクターを両方活用して、２つ以上の第３パックグループのうちの１つのみを第４パックグループとして設定してもよい。一例では、２つ以上の第３パックグループのうち、（ｉ）放電リスクファクターを放電優先ファクターで割った値が最小であるもの、（ｉｉ）放電優先ファクターを放電リスクファクターで割った値が最大であるもの、（ｉｉｉ）放電リスクファクターから放電優先ファクターを引いた値が最小であるもの、または（ｉｖ）放電優先ファクターから放電リスクファクターを引いた値が最大であるものを第４グループとして設定してもよい。
図３は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のそれぞれの電圧、ＳＯＣ及びＳＯＨを表示する他のテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ｂ）を示す。説明の便宜上、第１～第６のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の電圧が降順に整列されていることを例示する。図３において、基準ＳＯＨが３％である場合、第６バッテリーパック（ＢＰ＿６）は、最大ＳＯＨである９０％より基準ＳＯＨ以上小さい８５％のＳＯＨを有する。したがって、制御回路４００は、第６バッテリーパック（ＢＰ＿６）を除いた残りのバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿５）のみを放電候補として設定する。図３を参照して本発明を説明するにあたり、図２を参照して、上述した内容と重複する内容は省略可能であることを予め明らかにする。
制御回路４００は、放電候補（ＢＰ＿１～ＢＰ＿５）に対してグループ化規則を適用して、放電候補（ＢＰ＿１～ＢＰ＿５）から少なくとも１つの第１パックグループを設定する。
図３のテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ｂ）によれば、１０Ｖを基準電圧とするグループ化規則に従って、合計３つの第１パックグループが決定される。すなわち、第１バッテリーパック（ＢＰ＿１）、第２バッテリーパック（ＢＰ＿２）及び第３バッテリーパック（ＢＰ＿３）が１つの第１パックグループ（ｇ＃１＿１）であり、第２バッテリーパック（ＢＰ＿２）、第３バッテリーパック（ＢＰ＿３）及び第４バッテリーパック（ＢＰ＿４）が他の第１パックグループ（ｇ＃１＿２）であり、第３バッテリーパック（ＢＰ＿３）、第４バッテリーパック（ＢＰ＿４）及び第５バッテリーパック（ＢＰ＿５）がさらに他の第１パックグループ（ｇ＃１＿３）であると決定される。
制御回路４００は、３つの第１パックグループ（ｇ＃１＿１～ｇ＃１＿３）のうち最大のＳＯＣ合計を有する第１パックグループを、第２パックグループとして設定する。図３のテーブル（ＴＡＢＬＥ＿Ｂ）によれば、第１パックグループ（ｇ＃１＿１）のＳＯＣ合計は９６％、他の第１パックグループ（ｇ＃１＿２）のＳＯＣ合計は９５％、さらに他の第１パックグループ（ｇ＃１＿３）のＳＯＣの合計は９６％である。２つの第１パックグループ（ｇ＃１＿１、ｇ＃１＿３）が最大ＳＯＣ合計を有するので、３つの第１パックグループ（ｇ＃１＿１～ｇ＃１＿３）のうち２つの第１パックグループ（ｇ＃１＿１、ｇ＃１＿３）が、それぞれ第２パックグループ（ｇ＃２＿１、ｇ＃２＿２）として設定される。
図３のように２つ以上の第２パックグループ（ｇ＃２＿１、ｇ＃２＿２）が設定されている場合、制御回路４００は、２つ以上の第２パックグループ（ｇ＃２＿１、ｇ＃２＿２）のうち最大のメンバー数を有するものを、第３パックグループとして設定する。第２パックグループ（ｇ＃２＿１）及び第２パックグループ（ｇ＃２＿２）は、いずれもメンバー数が同じ３であるため、２つの第２パックグループ（ｇ＃２＿１、ｇ＃２＿２）を両方とも第３パックグループ（ｇ＃３＿１、ｇ＃３＿２）として設定する。
制御回路４００は、２つ以上の第３パックグループ（ｇ＃３＿１、ｇ＃３＿２）のうち最小の放電リスクファクターを有するもの（例えば、ｇ＃３＿１）を、放電対象として設定してもよい（数式１参照）。
あるいは、制御回路４００は、２つ以上の第３パックグループ（ｇ＃３＿１、ｇ＃３＿２）のうち最大の放電優先ファクターを有するもの（例えば、ｇ＃３＿１）を、放電対象として設定してもよい。数式２を参照）。
あるいは、制御回路４００は、放電リスクファクターと放電優先ファクターを両方活用して、２つ以上の第３パックグループ（ｇ＃３＿１、ｇ＃３＿２）のうちの１つ（例えば、ｇ＃３＿１）を放電対象として設定してもよい。
第３パックグループ（ｇ＃３＿１）が放電対象である場合、制御回路４００は、放電対象（ｇ＃３＿１）の各バッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿３）に対応するスイッチング回路（２００＿１～２００＿３）をターンオンさせ、放電対象（ｇ＃３＿１）を除いた残りのバッテリーパック（ＢＰ＿４～ＢＰ＿６）に対応するスイッチング回路（２００＿４～２００＿６）をターンオフさせることができる。
図４及び図５は、本発明の一実施形態によるバッテリー制御方法を例示的に示すフローチャートである。図４及び図５の方法はバッテリー制御装置によって実行可能である。
図１乃至図５を参照すると、ステップＳ４００において、制御回路４００は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のそれぞれの電圧及び電流を示すセンシング信号に基づいて、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）のそれぞれの電圧、ＳＯＨ及びＳＯＣを決定する。
ステップＳ４１０において、制御回路４００は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在するか否かを判定する。ステップＳ４１０の値が「いいえ」である場合、ステップＳ４２２に進む（図２参照）。ステップＳ４１０の値が「はい」である場合、ステップＳ４２４に進む（図３参照）。
ステップＳ４２２において、制御回路４００は、複数のバッテリーパック（ＢＰ＿１～ＢＰ＿６）の全てを放電候補として設定する（図２参照）。
ステップＳ４２４において、制御回路４００は、最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパック（例えば、ＢＰ＿６）を除いた残りのバッテリーパック（例えば、ＢＰ＿１～ＢＰ＿５）を、放電候補として設定する。（図３参照）。
ステップＳ４３０において、制御回路４００は、全ての放電候補に対してグループ化規則を適用して、それぞれ少なくとも１つのバッテリーパックを含む第１パックグループを少なくとも１つ設定する。図２のような状況では３つの第１パックグループ（Ｇ＃１＿１～Ｇ＃１＿３）が設定され、図３のような状況では３つの第１パックグループ（ｇ＃１＿１～ｇ＃１＿３）が設定される。
ステップＳ４４０において、制御回路４００は、複数の第１パックグループが設定されているか否かを判定する。図２及び図３のような状況では、ステップＳ４４０の値が「はい」である。ステップＳ４４０の値が「はい」である場合、ステップＳ４４２に進む。ステップＳ４４０の値が「いいえ」である場合、ステップＳ４４４に進む。
ステップＳ４４２において、制御回路４００は、複数の第１パックグループのうち最大ＳＯＣ合計を有する各第１パックグループを、第２パックグループとして設定する。図２のような状況では２つの第２パックグループ（Ｇ＃２＿１、Ｇ＃２＿２）が設定され、図３のような状況では２つの第２パックグループ（ｇ＃２＿１、ｇ＃２＿２）が設定される。
ステップＳ４４４において、制御回路４００は、単一の第１パックグループを放電グループとして設定する。
ステップＳ４５０において、制御回路４００は、複数の第２パックグループが設定されているか否かを判定する。図２及び図３のような状況では、ステップＳ４５０の値が「はい」である。ステップＳ４５０の値が「はい」である場合、ステップＳ４５２に進む。ステップＳ４５０の値が「いいえ」である場合、ステップＳ４５４に進む。
ステップＳ４５２において、制御回路４００は、複数の第２パックグループのうち最大メンバー数を有する各第２パックグループを、第３パックグループとして設定する。図２のような状況では単一の第３パックグループ（Ｇ＃３）が設定され、図３のような状況では２つの第３パックグループ（ｇ＃３＿１、ｇ＃３＿２）が設定される。
ステップＳ４５４において、制御回路４００は、単一の第２パックグループを放電グループとして設定する。
ステップＳ４６０において、制御回路４００は、複数の第３パックグループが設定されているか否かを判定する。図３のような状況では、ステップＳ４６０の値が「はい」である。ステップＳ４６０の値が「はい」である場合、ステップＳ４６２に進む。図２のような状況では、ステップＳ４６０の値が「いいえ」である。ステップＳ４６０の値が「いいえ」である場合、ステップＳ４６４に進む。
ステップＳ４６２において、制御回路４００は、複数の第３パックグループのそれぞれの放電リスクファクター（数式１参照）及び放電優先ファクター（数式２参照）に基づいて、複数の第３パックグループのうちの１つを放電対象として設定する。
ステップＳ４６４において、制御回路４００は、単一の第３パックグループを放電グループとして設定する。
ステップＳ４７０において、制御回路４００は、放電グループ（例えば、ｇ＃３＿１）の各バッテリーパックに対応するスイッチング回路（例えば、２００＿１～２００＿３）をターンオンさせ、放電グループ（例えば、ｇ＃３＿１）を除いた残りのバッテリーパック（ＢＰ＿４～ＢＰ＿６）のそれぞれに対応するスイッチング回路（例えば、２００＿４～２００＿６）をターンオフさせる。
以上説明した本発明の実施形態は、装置及び方法によってのみ実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介して具現されてもよく、このような具現は、上述した実施形態の記載から本発明が属する技術分野の専門家であれば容易に具現できるものである。
以上、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、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する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様々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、以上で説明した本発明は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるのではなく、様々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 電源供給システム
１０ 電力変換システム
１００ バッテリーシステム
ＢＢ バッテリーバンク
ＢＰ バッテリーパック
ＢＣ バッテリーセル
１２０ バッテリー制御装置
２００ スイッチング回路
３００ センシング回路
３１０ 電圧センサ
３２０ 電流センサ
４００ 制御回路

Claims (10)

  1. 複数のバッテリーパックに１対１で直列に接続される複数のスイッチング回路と；
    前記複数のバッテリーパックに１対１で接続され、各バッテリーパックの電圧及び電流を表すセンシング信号を生成するように構成される複数のセンシング回路と；
    前記センシング信号に基づいて、前記複数のバッテリーパックのそれぞれの電圧、健康状態（ＳＯＨ）及び充電状態（ＳＯＣ）を決定するように構成される制御回路と；
    を含み、
    前記制御回路は、
    前記複数のバッテリーパックの最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在しない場合、前記複数のバッテリーパックの全てを放電候補として設定し、
    前記放電候補に対してグループ化規則を適用して、少なくとも１つのバッテリーパックを含む第１パックグループを少なくとも１つ設定し、前記グループ化規則は、前記第１パックグループが、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が基準電圧以下である最大数のバッテリーパックを含むことであり、
    前記第１パックグループが１つである場合、前記第１パックグループを放電グループとして設定し、
    前記放電グループに含まれる各バッテリーパックに対応する各スイッチング回路をターンオンさせ、前記放電グループを除いた残りのバッテリーパックのそれぞれに対応するスイッチング回路をターンオフさせるように構成されるバッテリー制御装置。
  2. 前記制御回路は、
    前記最大ＳＯＨとの差が前記基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在する場合、前記複数のバッテリーパックのうち前記最大ＳＯＨとの差が前記基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックを除いた残りのバッテリーパックを、前記放電候補として設定するように構成される請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  3. 前記制御回路は、
    前記第１パックグループが複数である場合、前記複数の第１パックグループのそれぞれのＳＯＣ合計を決定するが、前記ＳＯＣ合計は、各第１パックグループに含まれる全てのバッテリーパックのそれぞれのＳＯＣの合計であり、
    前記複数の第１パックグループのうち前記ＳＯＣ合計が最大である第１パックグループを、第２パックグループとして設定し、
    前記第２パックグループが１つである場合、前記第２パックグループを前記放電グループとして設定するように構成される請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  4. 前記制御回路は、
    前記第２パックグループが複数である場合、前記複数の第２パックグループのうち最大数のバッテリーパックを有する第２パックグループを含むものを、第３パックグループとして設定し、
    前記第３パックグループが１つである場合、前記第３パックグループを前記放電グループとして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制御装置。
  5. 前記制御回路は、
    前記第３パックグループが複数である場合、前記複数の第３パックグループのそれぞれの放電リスクファクターを決定し、前記放電リスクファクターは、現在からの追加放電によりパックグループに属するバッテリーパックに加えられるダメージ量を示す、
    前記複数の第３パックグループのうち前記放電リスクファクターが最小である第３パックグループを、前記放電グループとして設定するように構成される請求項４に記載のバッテリー制御装置。
  6. 前記制御回路は、
    前記第３パックグループが複数である場合、前記複数の第３パックグループのそれぞれの放電優先ファクターを決定し、前記放電優先ファクターは、パックグループの現在の放電可能な能力を示す、
    前記複数の第３パックグループのうち前記放電優先ファクターが最大である第３パックグループを、前記放電グループとして設定するように構成される請求項４に記載のバッテリー制御装置。
  7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の前記バッテリー制御装置を含むバッテリーシステム。
  8. 請求項７に記載の前記バッテリーシステムを含む電源供給システム。
  9. 請求項１から６のいずれか一項に記載の前記バッテリー制御装置により実行可能なバッテリー放電制御方法であって、
    前記複数のバッテリーパックのそれぞれの電圧及び電流を表すセンシング信号に基づいて、前記複数のバッテリーパックのそれぞれの電圧、ＳＯＨ及びＳＯＣを決定するステップと；
    前記複数のバッテリーパックの最大ＳＯＨとの差が基準ＳＯＨ以上であるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在しない場合、前記複数のバッテリーパックの全てを放電候補として設定するステップと；
    前記放電候補に対してグループ化規則を適用して、少なくとも１つのバッテリーパックを含む第１パックグループを少なくとも１つ設定するステップと；
    前記第１パックグループが１つである場合、前記第１パックグループを放電グループとして設定するステップと；
    前記放電グループに含まれる各バッテリーパックに対応する各スイッチング回路をターンオンさせ、前記第１パックグループを除いた残りのバッテリーパックに対応する各スイッチング回路をターンオフさせるステップと；
    を含むバッテリー放電制御方法。
  10. 前記最大ＳＯＨとの差が前記基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックが存在する場合、前記複数のバッテリーパックのうち、前記最大ＳＯＨとの差が前記基準ＳＯＨを超えるＳＯＨを有するバッテリーパックを除いた残りのバッテリーパックを、前記放電候補として設定するステップをさらに含む請求項９に記載のバッテリー放電制御方法。
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