JP7582575B2 - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２１年２月９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００１８５２１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、バッテリーの性能効率を向上させ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。
また、近年、バッテリーの高容量化及び高出力化などの多様な目標を達成するため、２種以上の物質を混合した負極活物質に対して研究が行われている。しかし、２種以上の物質は互いに充放電効率と反応電圧帯が相異なるため、相対的に充放電効率の低い物質が早く退化してバッテリーの退化問題が発生している。したがって、２種以上の物質が混合された負極活物質を含むバッテリーに対し、寿命を延ばす方案が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放電Ｃ－レートを調整することで、バッテリーの性能効率及び寿命を延ばす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、既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートによってバッテリーが充電及び放電する過程で、充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流を測定するように構成された測定部と、測定部からバッテリーの電圧及び電流に対する情報を受信し、充電電圧及び充電電流に基づいてバッテリーの電圧毎に充電抵抗を算出し、放電電圧及び放電電流に基づいてバッテリーの電圧毎に放電抵抗を算出し、バッテリーの電圧毎に充電抵抗と放電抵抗との抵抗比を算出し、バッテリーの電圧毎に算出された抵抗比に基づいてバッテリーに対する放電Ｃ－レートを設定するように構成された制御部と、を含む。
制御部は、バッテリーの電圧毎に放電抵抗に対する充電抵抗の比率をそれぞれ計算して電圧毎の抵抗比を算出するように構成され得る。
制御部は、バッテリーの電圧毎に算出された抵抗比から最大抵抗比を選択し、選択された最大抵抗比に基づいて放電Ｃ－レートを調整するように構成され得る。
制御部は、最大抵抗比が基準値未満である場合、放電Ｃ－レートを既設定の放電Ｃ－レートに設定するように構成され得る。
制御部は、最大抵抗比が基準値以上である場合、放電Ｃ－レートを既設定の放電Ｃ－レートから変更するように構成され得る。
制御部は、放電Ｃ－レートがバッテリーに対する既設定の充電Ｃ－レートよりも大きくなるように変更するように構成され得る。
制御部は、放電Ｃ－レートを最大抵抗比に対応するように増加させ、増加した放電Ｃ－レートをバッテリーに対する放電Ｃ－レートに設定するように構成され得る。
制御部は、放電Ｃ－レートを最大抵抗比及びバッテリーに対応するバッテリー特性係数に基づいて増加させるように構成され得る。
バッテリーは、黒鉛とシリコンとが混合された複合負極活物質を含むように構成され得る。
測定部は、バッテリーが既設定の充電Ｃ－レートで定電流充電される過程で充電電圧及び充電電流を測定し、バッテリーが既設定の放電Ｃ－レートで定電流放電する過程で放電電圧及び放電電流を測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、既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートによってバッテリーが充電及び放電する過程で、充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流を測定する測定段階と、充電電圧及び充電電流に基づいてバッテリーの電圧毎に充電抵抗を算出する充電抵抗算出段階と、放電電圧及び放電電流に基づいてバッテリーの電圧毎に放電抵抗を算出する放電抵抗算出段階と、バッテリーの電圧毎に充電抵抗と放電抵抗との抵抗比を算出する抵抗比算出段階と、バッテリーの電圧毎に算出された抵抗比に基づいてバッテリーに対する放電Ｃ－レートを設定する放電Ｃ－レート設定段階と、を含む。
本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、バッテリーの放電Ｃ－レートを調整することで、バッテリーの性能効率を向上させ、バッテリー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を含むバッテリーパックの例示的構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーと参照セルの充電抵抗及び放電抵抗を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によって放電Ｃ－レートが設定されたバッテリーの充電抵抗及び放電抵抗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の第１容量維持率と第２容量維持率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の第１クーロン効率と第２クーロン効率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。
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。
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を含むバッテリーパック１の例示的構成を示した図である。
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、測定部１１０及び制御部１２０を含む。
測定部１１０は、既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートによってバッテリーＢが充電及び放電する過程で、充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流を測定するように構成され得る。
既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートは、最初に予め設定されたＣ－レートであるか、または、制御部１２０によって以前に予め設定されたＣ－レートであり得る。例えば、既設定の充電Ｃ－レートは予め０．０３Ｃに設定され、既設定の放電Ｃ－レートは予め０．０３Ｃに設定され得る。
ここで、バッテリーＢ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、リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池をバッテリーＢとして見なし得る。
望ましくは、バッテリーＢは、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）の下端区間で容量が発現され、基本活物質に対比して抵抗と電圧との抵抗ヒステリシスが大きくて充放電効率が低い追加活物質をさらに含み得る。すなわち、バッテリーＢは、基本活物質と追加活物質とが混合された複合負極活物質を含み得る。例えば、バッテリーＢは、黒鉛とシリコンとが混合された複合負極活物質を含むように構成され得る。ここで、黒鉛は基本活物質であり、シリコンは追加活物質であり得る。
測定部１１０は、バッテリーＢが既設定の充電Ｃ－レートで定電流充電される過程で充電電圧及び充電電流を測定し、バッテリーＢが既設定の放電Ｃ－レートで定電流放電する過程で放電電圧及び放電電流を測定するように構成され得る。
具体的には、図２の実施形態において、測定部１１０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１１０は、第１センシングラインＳＬ１を通じてバッテリーＢの正極端子に接続され、第２センシングラインＳＬ２を通じてバッテリーＢの負極端子に接続され得る。そして、測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１を通じて測定される電圧と第２センシングラインＳＬ２を通じて測定される電圧との差を計算し、バッテリーＢの電圧を測定し得る。バッテリーＢが充電Ｃ－レートで充電される過程で、測定部１１０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を通じてバッテリーＢの充電電圧を測定し得る。逆に、バッテリーＢが放電Ｃ－レートで放電する過程で、測定部１１０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を通じてバッテリーＢの放電電圧を測定し得る。
また、測定部１１０は、第３センシングラインＳＬ３を通じて電流測定ユニットに接続されてバッテリーＢの充電電流及び放電電流を測定し得る。ここで、バッテリーＢは充電Ｃ－レートで定電流充電されるか、または、放電Ｃ－レートで定電流放電し得る。
例えば、電流測定ユニットは、バッテリーＢの充放電経路に備えられてバッテリーＢの充電電流及び放電電流を測定可能な電流センサまたはシャント抵抗であり得る。ここで、バッテリーＢの充放電経路とは、バッテリーＢに充電電流が印加されるか、または、バッテリーＢから放電電流が出力される大電流経路であり得る。図２の実施形態において、電流測定ユニットは、バッテリーＢの充放電経路のうち、バッテリーＢの負極端子とバッテリーパック１の負極端子Ｐ－との間に接続され得る。ただし、電流測定ユニットは、バッテリーＢの充放電経路上であれば、バッテリーＢの正極端子とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間に接続されてもよい。
制御部１２０は、測定部１１０からバッテリーＢの電圧及び電流に対する情報を受信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、制御部１２０と測定部１１０とは通信可能に接続され得る。測定部１１０は、測定した充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流に対する情報を制御部１２０に出力し、制御部１２０は、測定部１１０からバッテリーＢの電圧及び電流に対する情報を受信し得る。
制御部１２０は、充電電圧及び充電電流に基づいてバッテリーＢの電圧毎に充電抵抗を算出するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、オームの法則（Ｏｈｍ'ｓ ｌａｗ）を用いて充電電流に対する充電電圧の比率を計算することで、充電電圧毎に充電抵抗を算出し得る。例えば、バッテリーＢは、充電Ｃ－レートで定電流充電されるため、制御部１２０は、電流に対する抵抗の変化率を計算することで、充電電圧毎に充電抵抗を算出し得る。
制御部１２０は、放電電圧及び放電電流に基づいてバッテリーＢの電圧毎に放電抵抗を算出するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、充電抵抗を算出する方式と同様に、オームの法則を用いて放電電流に対する放電電流の比率を計算することで、放電電圧毎に放電抵抗を算出し得る。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーＢと参照セルの充電抵抗及び放電抵抗を概略的に示した図である。
図３の実施形態において、第１充電抵抗ＢＣ１は、制御部１２０によって算出されたバッテリーＢの電圧毎の充電抵抗であり、第１放電抵抗ＢＤ１は、制御部１２０によって算出されたバッテリーＢの電圧毎の放電抵抗であり得る。
また、図３を参照すると、参照セルは、バッテリーＢと異なって、１種の負極活物質を含むセルであり得る。例えば、参照セルは、黒鉛を負極活物質として含むセルであり得る。参照セルの充電抵抗ＲＣ及び放電抵抗ＲＤとバッテリーＢの第１充電抵抗ＢＣ１及び第１放電抵抗ＢＤ１とを比較すると、バッテリーＢの抵抗ヒステリシスが参照セルの抵抗ヒステリシスよりも大きいことが分かる。これは、バッテリーＢに異なる負極活物質（例えば、黒鉛及びシリコン）が含まれているからである。バッテリーＢに含まれた黒鉛とシリコンとは、容量の発現されるＳＯＣ区間が相異なるため、シリコンの容量が発現される低電圧区間（ＳＯＣ下端区間）におけるバッテリーＢの抵抗ヒステリシスは、参照セルの抵抗ヒステリシスよりも大きくなり得る。
制御部１２０は、バッテリーＢの電圧毎に充電抵抗と放電抵抗との抵抗比を算出するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、電圧毎に放電抵抗に対する充電抵抗の比率を計算して電圧毎の抵抗比を算出し得る。例えば、制御部１２０は、それぞれの電圧において「充電抵抗÷放電抵抗」を計算し、それぞれの電圧に対する抵抗比を算出し得る。
例えば、図３の実施形態において、３．３ＶでのバッテリーＢの放電抵抗はＲＢ２であり、充電抵抗はＲＢ１であり得る。制御部１２０は、「ＲＢ１÷ＲＢ２」を計算して３．３Ｖに対する抵抗比を算出し得る。
一方、図３の実施形態において、３．３Ｖでの参照セルの抵抗比は「ＲＣ１÷ＲＣ２」であり得る。すなわち、参照セルは、バッテリーＢに比べて抵抗ヒステリシスが小さいため、同じ電圧（３．３Ｖ）に対する参照セルの抵抗比はバッテリーＢの抵抗比よりも小さくなり得る。
制御部１２０は、バッテリーＢの電圧毎に算出された抵抗比に基づいてバッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを設定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、バッテリーＢに対する既設定の放電Ｃ－レートを算出された抵抗比に基づいて変更し得る。望ましくは、制御部１２０は、放電Ｃ－レートを算出された抵抗比に基づいて増加させ得る。この場合、増加した放電Ｃ－レートでバッテリーＢが放電すれば、正極過電圧の累積によって放電後半部（低電圧区間、ＳＯＣ下端区間）の正極電位が減少し得る。すなわち、シリコンの容量が発現される区間で正極電位が減少し得る。また、放電後半部の正極電位の減少によってバッテリーＢの放電抵抗が増加するため、バッテリーＢの抵抗ヒステリシスが減少し得る。すなわち、制御部１２０によって増加した放電Ｃ－レートによって、バッテリーＢの抵抗ヒステリシスが減少し得る。
図４は、本発明の一実施形態によって放電Ｃ－レートが設定されたバッテリーＢの充電抵抗及び放電抵抗を概略的に示した図である。
図４の実施形態において、第２充電抵抗ＢＣ２は放電Ｃ－レートが変更されたバッテリーＢの電圧毎の充電抵抗であり、第２放電抵抗ＢＤ２は放電Ｃ－レートが変更されたバッテリーＢの電圧毎の放電抵抗であり得る。第１充電抵抗ＢＣ１は図３の第１充電抵抗ＢＣ１と同一であり、第１放電抵抗ＢＤ１は図３の第１放電抵抗ＢＤ１と同一である。すなわち、第１充電抵抗ＢＣ１及び第１放電抵抗ＢＤ１は、放電Ｃ－レートが変更される前のバッテリーＢに対する抵抗プロファイルであり得る。
図４を参照すると、抵抗比によって放電Ｃ－レートが設定された場合、放電Ｃ－レートが既に設定された場合に比べてバッテリーＢの抵抗ヒステリシスが減少することが分かる。例えば、バッテリーＢの放電Ｃ－レートが変更される前、３．３ＶでのバッテリーＢの抵抗比は「ＲＢ１÷ＲＢ２」であり得る。一方、バッテリーＢの放電Ｃ－レートが変更された後、３．３ＶでのバッテリーＢの抵抗比は「ＲＢ３÷ＲＢ４」であり得る。制御部１２０によって放電Ｃ－レートが設定された後は、バッテリーＢに対する抵抗ヒステリシスが著しく減少することを確認できる。
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は、２種以上の活物質が混合された複合負極活物質を含むバッテリーＢに対し、放電Ｃ－レートを適切に設定することでバッテリーＢの抵抗ヒステリシスを減少させることができる。
したがって、バッテリー管理装置１００によって設定された放電Ｃ－レートは、バッテリーＢの運用過程で用いられる放電Ｃ－レートとして設定され得る。すなわち、バッテリーＢに対して最適の放電Ｃ－レートが設定されるため、バッテリーＢの性能効率が向上することができる。
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、保存部１３０は、測定部１１０によって測定されたバッテリーＢの充電電流、充電電圧、放電電流及び放電電圧を保存し得る。また、保存部１３０は、バッテリーＢに対する既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートを保存し得る。
以下、バッテリーＢの抵抗ヒステリシス及び性能効率について説明する。
図５は、本発明の一実施形態によるバッテリーＢの第１容量維持率ＣＲ１及び第２容量維持率ＣＲ２を概略的に示した図である。
具体的には、図５の実施形態は、放電Ｃ－レートが変更される前のバッテリーＢの第１容量維持率ＣＲ１及び放電Ｃ－レートが変更された後のバッテリーＢの第２容量維持率ＣＲ２を示した図である。ここで、容量維持率とは、初期サイクルにおける容量に対する現在サイクルにおける容量の比率であり得る。すなわち、容量維持率は、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態の最大容量と現在の最大容量との比率であり得る。一般に、バッテリーＢは、サイクルが増加するほど退化するため、サイクルの増加とともに容量維持率が減少し得る。
図５を参照すると、第０サイクル～第２００サイクルまではバッテリーＢの第１容量維持率ＣＲ１と第２容量維持率ＣＲ２とが殆ど類似する。しかし、第２００サイクルから、バッテリーＢの第１容量維持率ＣＲ１が第２容量維持率ＣＲ２に比べて急激に減少する。これは、バッテリーＢに対する放電Ｃ－レートが変更されてバッテリーＢの抵抗ヒステリシスが減少したことから、バッテリーＢの第２容量維持率ＣＲ２が一定に維持できるためである。したがって、制御部１２０は、バッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを変更することで、バッテリーＢの性能効率を向上させることができる。
図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーＢの第１クーロン効率ＣＥ１及び第２クーロン効率ＣＥ２を概略的に示した図である。
具体的には、図６の実施形態は、放電Ｃ－レートが変更される前のバッテリーＢの第１クーロン効率ＣＥ１及び放電Ｃ－レートが変更された後のバッテリーＢの第２クーロン効率ＣＥ２を示した図である。ここで、クーロン効率とは、直前サイクルにおける容量に対する現在サイクルにおける容量の比率を意味する。
図６を参照すると、第０サイクル～第２００サイクルまではバッテリーＢの第１クーロン効率ＣＥ１と第２クーロン効率ＣＥ２とが殆ど類似の概形を有する。例えば、第０サイクル～第１４０サイクルまでクーロン効率が増加し、第１４０サイクルからクーロン効率が徐々に減少する。
しかし、第２００サイクルから、バッテリーＢの第１クーロン効率ＣＥ１が第２クーロン効率ＣＥ２に比べて急激に減少する。これは、バッテリーＢに対する放電Ｃ－レートが変更されてバッテリーＢの抵抗ヒステリシスが減少したことから、バッテリーＢの第２クーロン効率ＣＥ２が一定に維持できるためである。したがって、制御部１２０は、バッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを変更することで、バッテリーＢの性能効率を向上させることができる。
以下、制御部１２０が算出した抵抗比に基づいてバッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを設定する具体的な実施形態について説明する。
制御部１２０は、バッテリーＢの電圧毎に放電抵抗に対する充電抵抗の比率をそれぞれ計算して電圧毎の抵抗比を算出するように構成され得る。
図３の実施形態において、制御部１２０は、それぞれの電圧毎に第１放電抵抗ＢＤ１に対する第１充電抵抗ＢＣ１の比率を計算して電圧毎の抵抗比を算出し得る。例えば、制御部１２０は、「ＲＢ１÷ＲＢ２」を計算して３．３Ｖに対する抵抗比を算出し得る。
制御部１２０は、バッテリーＢの電圧毎に算出された抵抗比のうちの最大抵抗比を選択するように構成され得る。
図３の実施形態において、制御部１２０は、電圧毎に抵抗比を算出した後、算出された抵抗比のうちの最大値を有する最大抵抗比を選択し得る。
そして、制御部１２０は、選択された最大抵抗比に基づいて放電Ｃ－レートを調整するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、バッテリーＢの抵抗ヒステリシスの最大値（最大抵抗比）が基準値以上である場合、バッテリーＢの放電Ｃ－レートを変更し得る。すなわち、制御部１２０は、最大抵抗比が基準値未満である場合はバッテリーＢの放電Ｃ－レートを既設定の放電Ｃ－レートに維持し、最大抵抗比が基準値以上である場合のみにバッテリーＢの放電Ｃ－レートを変更し得る。
例えば、最大抵抗比が基準値未満である場合、制御部１２０は、放電Ｃ－レートを既設定の放電Ｃ－レートに設定するように構成され得る。逆に、最大抵抗比が基準値以上である場合、制御部１２０は、放電Ｃ－レートを既設定の放電Ｃ－レートから変更するように構成され得る。
望ましくは、制御部１２０は、放電Ｃ－レートを最大抵抗比に対応するように増加させ、増加した放電Ｃ－レートをバッテリーＢに対する放電Ｃ－レートとして設定するように構成され得る。
ここで、制御部１２０は、放電Ｃ－レートがバッテリーＢに対する既設定の充電Ｃ－レートよりも大きくなるように変更するように構成され得る。
上述したように、放電Ｃ－レートが充電Ｃ－レートよりも大きくなると、正極過電圧の累積によって、バッテリーＢに含まれたシリコンの容量が発現される区間で正極電位が減少し得る。したがって、充電Ｃ－レートよりも増加した放電Ｃ－レートによってバッテリーＢが放電することで、バッテリーＢの抵抗ヒステリシスが減少し得る。
具体的には、制御部１２０は、放電Ｃ－レートを最大抵抗比及びバッテリーＢに対応するバッテリーＢ特性係数に基づいて増加させるように構成され得る。例えば、制御部１２０は、下記の数式１によって放電Ｃ－レートを設定し得る。
［数１］
DCm = DCn × Max × α … 数式１
ここで、ＤＣｍは数式１によって設定された放電Ｃ－レートであり、ＤＣｎは既設定の放電Ｃ－レートである。また、Ｍａｘは最大抵抗比であり、αはバッテリーＢ特性係数である。
例えば、バッテリーＢ特性係数（α）は、バッテリーＢの設計仕様に基づいて設定され得る。具体的な例として、バッテリーＢ特性係数（α）は、バッテリーＢの正極容量ローディング、導電材の含量、正極材の種類、負極材の種類、及び電解液塩のモル数などによって設定可能な変数であり得る。
例えば、正極容量ローディングが５ｍＡ／ｃｍ２であるバッテリーＢの場合、バッテリーＢ特性係数（α）が１未満の値に設定され得る。
もし、数式１によって設定された放電Ｃ－レート（ＤＣｍ）が充電Ｃ－レート以下である場合、バッテリーＢ特性係数（α）が調整され得る。そして、算出される放電Ｃ－レートが充電Ｃ－レートよりも大きくなるように、制御部１２０は、調整されたバッテリーＢ特性係数（α）に基づいて放電Ｃ－レートを再算出し得る。
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の測定部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Ｂ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。
例えば、図２は、バッテリー管理装置１００が含まれたバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。図２を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーＢ、電流測定ユニット及びバッテリー管理装置１００を含む。
充放電部２００は、バッテリーパック１に含まれてもよく、バッテリーパック１の電極端子に電気的に接続され得る。図２の実施形態において、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋と負極端子Ｐ－には充放電部２００が接続され得る。
充放電部２００によってバッテリーＢが充電される過程で、測定部１１０は、バッテリーＢの充電電流及び充電電圧を測定し得る。また、充放電部２００によってバッテリーＢが放電する過程で、測定部１１０は、バッテリーＢの放電電流及び放電電圧を測定し得る。
例えば、充放電部２００は、バッテリーＢをＳＯＣ０％から１００％まで満充電することもでき、ＳＯＣ１００％から０％まで完全放電させることもできる。
図７は、本発明の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。
望ましくは、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、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７を参照すると、バッテリー管理方法は、測定段階Ｓ１００、充電抵抗算出段階Ｓ２００、放電抵抗算出段階Ｓ３００、抵抗比算出段階Ｓ４００、及び放電Ｃ－レート設定段階Ｓ５００を含む。
測定段階Ｓ１００は、既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートによってバッテリーＢが充電及び放電する過程で、充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流を測定する段階であって、測定部１１０によって実行できる。
望ましくは、測定部１１０は、バッテリーＢが既設定の充電Ｃ－レートで充電される過程で、充電電圧及び充電電流を測定し得る。また、測定部１１０は、バッテリーＢが既設定の放電Ｃ－レートで放電する過程で、放電電圧及び放電電流を測定し得る。
充電抵抗算出段階Ｓ２００は、充電電圧及び充電電流に基づいてバッテリーＢの電圧毎に充電抵抗を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、充電電流に対する充電電圧の比率を算出して充電抵抗を算出し得る。
放電抵抗算出段階Ｓ３００は、放電電圧及び放電電流に基づいてバッテリーＢの電圧毎に放電抵抗を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、放電電流に対する放電電圧の比率を算出して放電抵抗を算出し得る。
以上では、図７の実施形態によって充電抵抗算出段階Ｓ２００の後に放電抵抗算出段階Ｓ３００が行われることを説明したが、放電抵抗算出段階Ｓ３００が先に行われた後、充電抵抗算出段階Ｓ２００が実行されてもよい。
抵抗比算出段階Ｓ４００は、バッテリーＢの電圧毎に充電抵抗と放電抵抗との抵抗比を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
具体的には、制御部１２０は、それぞれの電圧に対して、放電抵抗に対する充電抵抗の比率を計算することで抵抗比を算出し得る。例えば、図３の実施形態において、制御部１２０は、「ＲＢ１÷ＲＢ２」を計算することで３．３Ｖに対する抵抗比を算出し得る。
放電Ｃ－レート設定段階Ｓ５００は、バッテリーＢの電圧毎に算出された抵抗比に基づいてバッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを設定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
具体的には、制御部１２０は、バッテリーＢのそれぞれの電圧毎に算出された複数の抵抗比から最大抵抗比を選択し得る。そして、選択された最大抵抗比が基準値以上である場合、制御部１２０は、選択された最大抵抗比、バッテリーＢ特性係数、及び既設定の放電Ｃ－レートに基づいてバッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを変更し得る。
望ましくは、制御部１２０は、バッテリーＢに対する放電Ｃ－レートが充電Ｃ－レートよりも大きくなるように、バッテリーＢに対する放電Ｃ－レートを増加させることで、バッテリーＢの性能効率を向上させることができる。
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。
１：バッテリーパック
１００：バッテリー管理装置
１１０：測定部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：充放電部

Claims (11)

  1. 既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートによってバッテリーが充電及び放電する過程で、充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流を測定する測定部と、
    前記測定部から前記バッテリーの電圧及び電流に対する情報を受信し、前記充電電圧及び前記充電電流に基づいて前記バッテリーの電圧毎に充電抵抗を算出し、前記放電電圧及び前記放電電流に基づいて前記バッテリーの電圧毎に放電抵抗を算出し、前記バッテリーの電圧毎に前記充電抵抗と前記放電抵抗との抵抗比を算出し、前記バッテリーの電圧毎に算出された抵抗比に基づいて前記バッテリーに対する放電Ｃ－レートを前記既設定の放電Ｃレートに設定するか、前記バッテリーに対する放電Ｃレートを前記既設定の放電Ｃレート以上に設定する制御部と、を含む、バッテリー管理装置。
  2. 前記制御部は、
    前記バッテリーの電圧毎に前記放電抵抗に対する前記充電抵抗の比率をそれぞれ計算して電圧毎の抵抗比を算出する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記バッテリーの電圧毎に算出された抵抗比から最大抵抗比を選択し、選択された最大抵抗比に基づいて前記放電Ｃ－レートを設定する、請求項１または２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記最大抵抗比が基準値未満である場合、前記放電Ｃ－レートを前記既設定の放電Ｃ－レートに設定し、
    前記最大抵抗比が前記基準値以上である場合、前記放電Ｃ－レートを前記既設定の放電Ｃ－レートより大きく設定する、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記最大抵抗比が基準値以上である場合、前記放電Ｃ－レートが前記既設定の充電Ｃ－レートよりも大きくなるように設定する、請求項３または４に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記放電Ｃ－レートを前記最大抵抗比に対応するように増加させ、増加した放電Ｃ－レートを前記バッテリーに対する放電Ｃ－レートに設定する、請求項３から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記制御部は、
    前記放電Ｃ－レートを前記最大抵抗比及び前記バッテリーに対応するバッテリー特性係数に基づいて増加させる、請求項３から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記バッテリーは、
    黒鉛とシリコンとが混合された複合負極活物質を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記測定部は、
    前記バッテリーが前記既設定の充電Ｃ－レートで定電流充電される過程で前記充電電圧及び前記充電電流を測定し、前記バッテリーが前記既設定の放電Ｃ－レートで定電流放電する過程で前記放電電圧及び前記放電電流を測定する、請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
  11. 既設定の充電Ｃ－レート及び既設定の放電Ｃ－レートによってバッテリーが充電及び放電する過程で、充電電圧、充電電流、放電電圧及び放電電流を測定する測定段階と、
    前記充電電圧及び前記充電電流に基づいて前記バッテリーの電圧毎に充電抵抗を算出する充電抵抗算出段階と、
    前記放電電圧及び前記放電電流に基づいて前記バッテリーの電圧毎に放電抵抗を算出する放電抵抗算出段階と、
    前記バッテリーの電圧毎に前記充電抵抗と前記放電抵抗との抵抗比を算出する抵抗比算出段階と、
    前記バッテリーの電圧毎に算出された抵抗比に基づいて前記バッテリーに対する放電Ｃ－レートを前記既設定の放電Ｃレートに設定するか、前記バッテリーに対する放電Ｃレートを前記既設定の放電Ｃレート以上に設定する放電Ｃ－レート設定段階と、を含む、バッテリー管理方法。
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