(57)【要約】  バッテリー管理装置及び方法に関する。本発明の一実施例によるバッテリー管理装置は、放電中のバッテリーの電圧が予め決められた放電臨界電圧と同じであるか又は低い場合、現時点から前記放電臨界電圧より低く予め決められた放電下限電圧に到達するまでの残余時間を予測し、予測された残余時間に応じてバッテリーの出力パラメーターを維持または調節するように構成される。【選択図】      図２
2019525383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの電圧を測定する電圧測定部と、
前記バッテリーの電流を測定する電流測定部と、
前記バッテリーが放電する間に測定された電圧及び電流の少なくとも１つに基づいて充電状態を決定する制御部とを含んでなり、
前記制御部は、
前記バッテリーの電圧が予め決められた放電臨界電圧に到達したか否かを判断し、
前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達したと判断されるとき、前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達した到達時点を記録して、前記充電状態に基づいて放電プロファイルを決定し、前記放電プロファイルを定義するデータは所定レベルの定電流を用いた事前実験を通じて記録されたものであり、
前記放電プロファイルに対して予め決められた抵抗変化率の最大値を取得し、
前記放電臨界電圧、前記放電臨界電圧より低く予め決められた放電下限電圧、前記到達時点以後である現時点で測定された前記バッテリーの電流及び前記抵抗変化率の最大値に基づいて、前記バッテリーの電圧が現時点から前記放電下限電圧に到達するまでの残余時間を予測し、
前記予測された残余時間を通知するメッセージを出力する、バッテリー管理装置。
【請求項２】
前記制御部は、下記数式Ｉを用いて前記残余時間を予測する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【数１】
2019525383.tif 000010
〔上記数式Ｉにおいて、
Ｉ0は前記到達時点で測定された前記バッテリーの電流であり、
Ｖminは前記放電下限電圧であり、
Ｖthresholdは前記放電臨界電圧であり、
（ｄＲ／ｄｔ）maxは前記抵抗変化率の最大値であり、
ｔrは前記残余時間である。〕
【請求項３】
前記制御部は、
前記到達時点を基準にして過去の所定時間の間に所定回数以上測定された前記バッテリーの電流の絶対値に対する平均値を算出し、
前記平均値と前記定電流に基づいて残余時間補正用加重値を決定し、
下記数式ＩＩを用いて前記残余時間を予測する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【数２】
2019525383.tif 000011
〔上記数式ＩＩにおいて、
Ｉ0は前記到達時点で測定された前記バッテリーの電流であり、
Ｖminは前記放電下限電圧であり、
Ｖthresholdは前記放電臨界電圧であり、
（ｄＲ／ｄｔ）maxは前記抵抗変化率の最大値であり、
Ｋは前記加重値であり、
ｔrは前記残余時間である。〕
【請求項４】
前記制御部は、
前記平均値が前記定電流より第１基準値以上大きい場合、前記加重値に１より小さく０より大きい値を割り当て、
前記平均値が前記定電流より第２基準値以上小さい場合、前記加重値に１より大きい値を割り当て、
前記平均値が前記定電流に第１基準値を足した値より小さく前記定電流から第２基準値を引いた値より大きい場合、前記加重値に１を割り当てる、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
【請求項５】
前記バッテリーの温度を測定する温度測定部をさらに含んでなり、
前記制御部は、前記バッテリーが放電する間、前記測定された温度にさらに基づいて前記充電状態を決定する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記予測された残余時間が出力維持時間以上であるか否かを判断し、
前記予測された残余時間が前記出力維持時間未満であると判断されたとき、減殺モードで減殺目標電流値を決定し、
前記出力維持時間は、前記バッテリー管理装置と通信可能に連結された負荷装置から要請されるものである、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項７】
前記制御部は、下記数式ＩＩＩを用いて前記減殺目標電流値を決定する、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
【数３】
2019525383.tif 000012
〔上記数式ＩＩＩにおいて、
Ｉ0は前記到達時点で測定された前記バッテリーの電流であり、
Ｖminは前記放電下限電圧であり、
Ｖthresholdは前記放電臨界電圧であり、
Ｒ0は前記バッテリーの予め決められた内部抵抗であり、
ｔmは前記出力維持時間であり、
（ｄＲ／ｄｔ）maxは前記抵抗変化率の最大値であり、
Ｉderateは前記減殺目標電流値である。〕
【請求項８】
前記制御部は、前記到達時点から前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧より高くなるまで、前記残余時間を周期的に更新する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記到達時点から前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧より高くなる前に前記バッテリーの充電が再開されれば、前記残余時間の予測を中断し、最近予測された残余時間をメモリに保存する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項１０】
バッテリー管理方法であって、
バッテリーの電圧及び電流を測定する段階と、
前記バッテリーが放電する間に測定された電圧及び電流の少なくとも１つに基づいて充電状態を決定する段階と、
前記バッテリーの電圧が予め決められた放電臨界電圧に到達したか否かを判断する段階と、
前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達したと判断されるとき、前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達した到達時点を記録して、前記充電状態に基づいて放電プロファイルを決定し、前記放電プロファイルを定義するデータは所定レベルの定電流を用いた事前実験を通じて記録されたものである段階と、
前記放電プロファイルに対して予め決められた抵抗変化率の最大値を取得する段階と、
前記放電臨界電圧、前記放電臨界電圧より低く予め決められた放電下限電圧、前記到達時点以後である現時点で測定された前記バッテリーの電流及び前記抵抗変化率の最大値に基づいて、前記バッテリーの電圧が現時点から前記放電下限電圧に到達するまでの残余時間を予測する段階と、
前記予測された残余時間を通知するメッセージを出力する段階とを含む、バッテリー管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、バッテリーの電圧が電圧急減区間または電圧急増区間に進入したとき、バッテリーの電圧が現時点から過充電状態に対応する上限電圧または過放電状態に対応する下限電圧に到達するまでの所要時間を予測して、出力パラメーターを調整する装置及び方法に関する。
【０００２】
〔関連出願〕
本出願は、２０１６年１２月５日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１６４６０６号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
バッテリーは、充電と放電を繰り返すことができるため、多様な分野で電力源として使用される。例えば、リチウムイオンバッテリーなどは、携帯電話、ラップトップパソコン、デジカメ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのように持ち運び可能な装置はもちろん、電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気船、電気飛行機などのような各種の電気駆動動力装置で使用される。
【０００４】
バッテリーは、インバータのような電力変換装置を介して負荷装置に連結される。負荷装置とは、上記のようなバッテリーに貯蔵された電力を使用する任意の装置を意味する。負荷装置は制御システムを含む。制御システムには通信を通じてＢＭＳ（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）からバッテリーに対する出力パラメーターが提供される。
【０００５】
出力パラメーターは、バッテリーの放電性能または充電性能を示す指標であり、バッテリーの充電状態と温度に応じて更新される。出力パラメーターは、バッテリーが放電または充電されるとき、バッテリーを通じて流れられる最大電流値、または、それから計算される許容出力値（Ｐｏｗｅｒ）についての情報を含むことができる。
【０００６】
制御システムは、ＢＭＳシステムから出力パラメーターが提供されれば、出力パラメーターの範囲内でバッテリーの充電と放電を制御する。すなわち、制御システムは、電力変換装置を制御することで、バッテリーの出力を許容出力値以下に統制するか、若しくは、充電または放電電流の大きさを最大電流値以下に統制する。
【０００７】
一方、バッテリーの電圧は、実験などを通じて予め決められた放電下限電圧または充電上限電圧に近くなれば速く変化する。ここで、放電下限電圧は過放電を防止するためのものであり、充電上限電圧は過充電を防止するためのものである。
【０００８】
図１は、３６Ａｈの容量を有するリチウムバッテリーの充電状態が２０％であるとき、３６０Ａの定電流で放電が行われる間に現れる電圧変化を示したグラフである。
【０００９】
図１に示されたグラフから確認できるように、バッテリーの電圧が放電下限電圧Ｖminより高いＡで示された電圧に到達してから、電圧の減少速度が急に速くなる。
【００１０】
電圧の急激な変化はバッテリーの充電状況でも現れる。すなわち、バッテリーの電圧が充電上限電圧に近くなるほど、電圧の増加速度が急に速くなる。バッテリー電圧の急激な変化が生じる主な原因の１つは、バッテリーの充電状態に応じた内部抵抗の急激な変化現象である。
【００１１】
バッテリー電圧の急激な変化は、バッテリーが近々過充電または過放電される危険がある状態であることを示す。したがって、ＢＭＳは、現時点からバッテリーが放電下限電圧または充電上限電圧に実際に到達するまでに残った時間を予測する必要がある。選択的にＢＭＳは、前記予測された時間に基づいて、制御システムに提供する出力パラメーターを適切に減殺させることで、バッテリーの電圧が放電下限電圧より低くなるか又は充電上限電圧より高くなる状況を予め防止しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの電圧が予め決められた電圧急変区間に進入したとき、バッテリーの電圧が放電下限電圧または充電上限電圧に到達するまでの所要時間である残余時間を予測して、予測された残余時間に応じてバッテリーの出力パラメーターを維持または調整できる装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、バッテリーの電圧を測定する電圧測定部；前記バッテリーの電流を測定する電流測定部；及び前記バッテリーが放電する間に測定された電圧及び電流の少なくとも１つに基づいて充電状態を決定する制御部；を含む。前記制御部は、前記バッテリーの電圧が予め決められた放電臨界電圧に到達したか否かを判断し、前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達したと判断されるとき、前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達した到達時点を記録して、前記充電状態に基づいて放電プロファイルを決定するが、ここで、前記放電プロファイルを定義するデータは所定レベルの定電流を用いた事前実験を通じて記録されたものであり、前記放電プロファイルに対して予め決められた抵抗変化率の最大値を決定し、前記放電臨界電圧、前記放電臨界電圧より低く予め決められた放電下限電圧、前記到達時点以後である現時点で測定された前記バッテリーの電流及び前記抵抗変化率の最大値に基づいて、前記バッテリーの電圧が現時点から前記放電下限電圧に到達するまでの残余時間を予測し、前記予測された残余時間を通知するメッセージを出力する。
【００１４】
また、前記制御部は、下記数式Iを用いて前記残余時間を予測するが、
【数１】
2019525383.tif 000003
上記数式Ｉにおいて、Ｉ0は前記到達時点で測定された前記バッテリーの電流であり、Ｖminは前記放電下限電圧であり、Ｖthresholdは前記放電臨界電圧であり、（ｄＲ／ｄｔ）maxは前記抵抗変化率の最大値であり、ｔrは前記残余時間である。
【００１５】
選択的に、前記制御部は、前記到達時点を基準にして過去の所定時間の間に所定回数以上測定された前記バッテリーの電流の絶対値に対する平均値を算出し、前記平均値と前記定電流に基づいて残余時間補正用加重値を決定し、下記数式IIを用いて前記残余時間を予測するが、
【数２】
2019525383.tif 000004
上記数式ＩＩにおいて、Ｉ0は前記到達時点で測定された前記バッテリーの電流であり、Ｖminは前記放電下限電圧であり、Ｖthresholdは前記放電臨界電圧であり、（ｄＲ／ｄｔ）maxは前記抵抗変化率の最大値であり、Ｋは前記加重値であり、ｔrは前記残余時間である。望ましくは、前記制御部は、前記平均値が前記定電流より第１基準値以上大きい場合、前記加重値に１より小さく０より大きい値を割り当て、前記平均値が前記定電流より第２基準値以上小さい場合、前記加重値に１より大きい値を割り当て、前記平均値が前記定電流に第１基準値を足した値より小さく前記定電流から第２基準値を引いた値より大きい場合、前記加重値に１を割り当てることができる。
【００１６】
これと共にまたは別に、前記バッテリーの温度を測定する温度測定部をさらに含むことができる。この場合、前記制御部は、前記バッテリーが放電する間、前記測定された温度にさらに基づいて前記充電状態を決定することができる。
【００１７】
また、前記制御部は、前記予測された残余時間が出力維持時間以上であるか否かを判断し、前記予測された残余時間が前記出力維持時間未満であると判断されたとき、減殺モードで減殺目標電流値を決定することができる。このとき、前記出力維持時間は、前記バッテリー管理装置と通信可能に連結された負荷装置から要請されるものであり得る。
【００１８】
また、前記制御部は、下記数式ＩＩＩを用いて前記減殺目標電流値を決定するが、
【数３】
2019525383.tif 000005
上記数式ＩＩＩにおいて、Ｉ0は前記到達時点で測定された前記バッテリーの電流であり、Ｖminは前記放電下限電圧であり、Ｖthresholdは前記放電臨界電圧であり、Ｒ0は前記バッテリーの予め決められた内部抵抗であり、ｔmは前記出力維持時間であり、（ｄＲ／ｄｔ）maxは前記抵抗変化率の最大値であり、Ｉderateは前記減殺目標電流値である。
【００１９】
望ましくは、前記制御部は、前記到達時点から前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧より高くなるまで、前記残余時間を周期的に更新することができる。
【００２０】
場合によって、前記制御部は、前記到達時点から前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧より高くなる前に前記バッテリーの充電が再開されれば、前記残余時間の予測を中断し、最近予測された残余時間をメモリに保存することができる。
【００２１】
本発明の他の態様によるバッテリー管理方法は、バッテリーの電圧及び電流を測定する段階；前記バッテリーが放電する間に測定された電圧及び電流の少なくとも１つに基づいて充電状態を決定する段階；前記バッテリーの電圧が予め決められた放電臨界電圧に到達したか否かを判断する段階；前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達したと判断されるとき、前記バッテリーの電圧が前記放電臨界電圧に到達した到達時点を記録して、前記充電状態に基づいて放電プロファイルを決定するが、ここで、前記放電プロファイルを定義するデータは所定レベルの定電流を用いた事前実験を通じて記録されたものである段階；前記放電プロファイルに対して予め決められた抵抗変化率の最大値を決定する段階；前記放電臨界電圧、前記放電臨界電圧より低く予め決められた放電下限電圧、前記到達時点以後である現時点で測定された前記バッテリーの電流及び前記抵抗変化率の最大値に基づいて、前記バッテリーの電圧が現時点から前記放電下限電圧に到達するまでの残余時間を予測する段階；及び前記予測された残余時間を通知するメッセージを出力する段階；を含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例のうち少なくとも１つによれば、バッテリーの電圧が予め決められた電圧急変区間に進入したとき、バッテリーの電圧が放電下限電圧または充電上限電圧に到達するまでの所要時間である残余時間を予測して、予測された残余時間に応じてバッテリーの出力パラメーターを維持または調整することができる。
【００２３】
本発明の効果は上記の効果に制限されず、その他の効果は後述する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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
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。
【図１】３６Ａｈの容量を有するリチウムバッテリーの充電状態が２０％であるとき、３６０Ａの定電流で放電が行われるときの電圧変化の概形を示した放電プロファイルである。
【図２】本発明の実施例によるバッテリーの出力パラメーター調整システムのブロック図である。
【図３】容量が３６Ａｈと同一であって、充電状態が１０％、１５％、２０％、３０％、４０％及び５０％と異なる６つのリチウムバッテリーに対し、放電プロファイルを測定した結果を示したグラフである。
【図４】図３に示された各放電プロファイルが横点線Ａ及びＢと交わる２つの点の時間差を計算して示したグラフである。
【図５】本発明の実施例で減殺目標電流値の決定に使用する数式のパラメーターを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例によるバッテリーの出力パラメーター調整方法を示したフロー図である。
【図７】本発明の実施例によるバッテリーの出力パラメーター調整方法を示したフロー図である。
【図８】容量が３６Ａｈであって充電状態が２０％であるリチウムバッテリーを３６０Ａで放電するとき、本発明の実施例によって出力を減殺させた場合とそうでない場合との電圧変化の概形を比べたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求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。
【００２６】
後述する実施例において、バッテリーとはリチウムバッテリーを称する。ここで、リチウムバッテリーとは、充電と放電が行われる間、リチウムイオンが作動イオンとして働いて正極と負極で電気化学的反応を誘発するバッテリーを総称する。
【００２７】
一方、リチウムバッテリーに使われた電解質や分離膜の種類、バッテリーの包装に使われた包装材の種類、リチウムバッテリーの内部または外部の構造などによってバッテリーの名称が変わっても、リチウムイオンが作動イオンとして使用されるバッテリーであれば全て前記リチウムバッテリーの範疇に含まれると解釈しなければならない。
【００２８】
本発明は、リチウムバッテリーの外に他のバッテリーにも適用可能である。したがって、作動イオンがリチウムイオンではなくても、本発明の技術的思想を適用可能なバッテリーであれば、その種類に関係なく何れも本発明の範疇に含まれると解釈しなければならない。
【００２９】
また、バッテリーはそれを構成する要素の数によって限定されない。したがって、バッテリーは、１つの包装材内に正極／分離膜／負極の組立体及び電解質が含まれた単位セルだけでなく、単位セルが直列及び／または並列で連結されたアセンブリー、多数のアセンブリーが直列及び／または並列で連結されたモジュール、多数のモジュールが直列及び／または並列で連結されたパック、多数のパックが直列及び／または並列で連結された電池システムなども含むと解釈しなければならない。
【００３０】
図２は、本発明の一実施例による装置１００を示したブロック図である。
【００３１】
図２を参照すれば、本発明の実施例による装置１００は、電圧測定部１１０、電流測定部１２０及び制御部１４０を含み、選択的に温度測定部１３０をさらに含むことができる。装置１００は、放電中のバッテリーＢの電圧が予め決められた放電臨界電圧と同一になった時点の以後からバッテリーＢの出力パラメーターを減殺させることができる。
【００３２】
バッテリーＢは、高電位端子ＰＡＣＫ＋及び低電位端子ＰＡＣＫ−を通じて負荷装置２００と電気的に連結される。負荷装置２００とは、バッテリーＢから出力される電力で動作する装置を称する。
【００３３】
負荷装置２００は、制御システム２１０、電力変換部２２０及び負荷２３０を含む。負荷装置２００は、選択的に、充電器２４０をさらに含むことができる。充電器２４０は、バッテリーＢを充電可能な充電電流を電力変換部２２０を通じてバッテリーＢ側に提供することができる。充電器２４０は自体的に充電電流を生成することもでき、商用電源から電力の印加を受けて充電電流を生成することもできる。
【００３４】
望ましい例として、負荷２３０は電気自動車やハイブリッド自動車に含まれたモーターであり得、電力変換部２２０は双方向電力変換が可能なインバータであり得る。
【００３５】
制御システム２１０は、負荷装置２００の全般的な動作を制御するコンピュータシステムである。特に、制御システム２１０は、制御部１４０が提供するバッテリーＢの出力パラメーターを用いてバッテリーＢの放電を制御する。すなわち、制御システム２１０は、出力パラメーターに対応する放電条件で電力変換部２２０を制御することでバッテリーＢの放電を制御する。
【００３６】
電力変換部２２０は、バッテリーＢの放電出力を負荷２３０側に伝達する。このとき、電力変換部２２０は、制御システム２１０の統制の下、出力パラメーターの範囲内でバッテリーＢが放電できるように電力変換の程度を調節することができる。
【００３７】
逆に、電力変換部２２０は、充電器２４０から供給される充電出力をバッテリーＢ側に伝達することができる。このとき、電力変換部２２０は、制御システム２１０の統制の下、出力パラメーターの範囲内でバッテリーＢが充電できるように電力変換の程度を調節することができる。
【００３８】
また、本発明による装置１００は、メモリ部１５０をさらに含むことができる。メモリ部１５０は、情報を記録して消去できる保存媒体であれば、その種類に特に制限がない。
【００３９】
一例として、メモリ部１５０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。
【００４０】
また、メモリ部１５０は、制御部１４０によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを通じて制御部１４０と電気的に連結できる。
【００４１】
また、メモリ部１５０は、制御部１４０が行う各種の制御ロジッグを含むプログラム、及び／または制御ロジッグが行われるときに発生するデータを保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。
【００４２】
メモリ部１５０は、論理的に２つ以上に分割可能であり、制御部１４０内に含まれることを制限しない。
【００４３】
電圧測定部１１０は、電気的信号を送受信できるように制御部１４０と電気的に結合される。電圧測定部１１０は、制御部１４０の統制の下、時間間隔を置いてバッテリーＢの正極と負極との間に印加される電圧を測定し、測定された電圧の大きさを示す信号を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、電圧測定部１１０から出力される信号からバッテリーＢの電圧を決定し、決定された電圧の値をメモリ部１５０に保存する。例えば、電圧測定部１１０は当業界で一般に使用される電圧測定回路から構成され得る。
【００４４】
電流測定部１２０は、電気的信号を送受信できるように制御部１４０と電気的に結合される。電流測定部１２０は、制御部１４０の統制の下、時間間隔を置いてバッテリーＢを通じて流れる電流の大きさを繰り返して測定し、測定された電流の大きさを示す信号を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、電流測定部１２０から出力される信号から電流の大きさを決定し、決定された電流値をメモリ部１５０に保存する。例えば、電流測定部１２０は当業界で一般に使用されるホールセンサーまたはセンス抵抗から構成され得る。
【００４５】
温度測定部１３０は、電気的信号を送受信できるように制御部１４０と電気的に結合される。温度測定部１３０は、時間間隔を置いてバッテリーＢの温度を繰り返して測定し、測定された温度の大きさを示す信号を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、温度測定部１３０から出力される信号からバッテリーＢの温度を決定し、決定された温度の値をメモリ部１５０に保存する。例えば、温度測定部１３０は当業界で一般に使用される熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）から構成され得る。
【００４６】
本発明による装置１００は、通信インターフェース１６０をさらに含むことができる。通信インターフェース１６０は、制御部１４０が負荷装置２００に含まれた制御システム２１０と通信を行うために必要な構成要素である。
【００４７】
通信インターフェース１６０としては、相異なる２つのシステムが通信できるように支援する公知の通信インターフェースであれば如何なるものであっても使用可能である。通信インターフェースは有線または無線通信を支援することができる。望ましくは、通信インターフェースはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信またはデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）通信を支援するものであり得る。
【００４８】
制御部１４０は、電圧測定部１１０によって測定されたバッテリーＢの電圧及び電流測定部１２０によって測定されたバッテリーＢの電流の少なくとも１つと温度測定部１３０によって測定されたバッテリーＢの温度とを選択的に活用してバッテリーＢの充電状態を決定することができる。
【００４９】
例えば、バッテリーＢの充電状態は、電流測定部１２０を通じて周期的に測定される電流値を積算して決定することができる。このような方式はアンペアカウンティング法（Ａｍｐｅｒｅ−ｈｏｕｒ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）という名前で知られているため、詳しい説明は省略する。他の例として、バッテリーＢの充電状態は、電圧測定部１１０を通じて周期的に測定される電圧値に基づいて開放電圧を決定し、メモリに予め保存されたＯＣＶ−ＳＯＣテーブルを参照して決定することができる。さらに他の例として、充電状態はバッテリーＢの回路モデリングを基盤とする拡張カルマンフィルターのような適応的アルゴリズムを用いて決定することができる。拡張カルマンフィルターを用いた充電状態の推定は、一例としてＧｒｅｇｏｒｙ Ｌ． Ｐｌｅｔｔの論文「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ＬｉＰＢ−ｂａｓｅｄ ＨＥＶ ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋｓ Ｐａｒｔｓ １，２ ａｎｄ ３（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ １３４、２００４、２５２−２６１）」を参照でき、本明細書の一部として上記の論文が援用され得る。
【００５０】
勿論、充電状態は、上述したアンペアカウンティング法または拡張カルマンフィルターの外にも、バッテリーＢの電圧、温度及び電流を選択的に活用して充電状態を推定可能な他の公知の方法によっても決定できる。
【００５１】
制御部１４０は、バッテリーＢが放電する間に電圧測定部１１０によって測定されたバッテリーＢの電圧レベルをモニタリングする。
【００５２】
制御部１４０は、バッテリーＢの電圧レベルに応じてバッテリーの出力パラメーターを異なるように決定する。具体的に、制御部１４０は、放電中のバッテリーＢの電圧が電圧平坦区間に属すれば、一般モードで出力パラメーターを決定することができる。一方、バッテリーＢの電圧が電圧平坦区間から抜け出て電圧急減区間または電圧急増区間に進入すれば、減殺モードで出力パラメーターを決定することができる。このとき、電圧平坦区間と電圧急減区間とは、予め決められた放電臨界電圧を基準に区分することができる。また、電圧平坦区間と電圧急増区間とは、放電臨界電圧より高く予め決められた充電臨界電圧を基準に区分することができる。すなわち、電圧急減区間は放電臨界電圧以下の電圧範囲に該当する区間であり、電圧急増区間は充電臨界電圧以上の電圧範囲に該当する区間であり、電圧平坦区間は放電臨界電圧より大きくて充電臨界電圧より小さい電圧範囲に該当する区間である。
【００５３】
放電臨界電圧と充電臨界電圧それぞれのレベルは２種の時間ファクターを考慮して予め決められる値であり得る。１つの時間ファクターは、出力パラメーターが制御部１４０から制御システム２１０に伝達されてバッテリーＢの制御に実際反映されるまでにかかる遅延時間である。他の１つの時間ファクターは、出力パラメーターによるバッテリーＢの出力が最小限維持されるべき出力維持時間である。
【００５４】
遅延時間は、制御部１４０及び制御システム２１０の動作速度、これら相互間の通信速度などによって変わる。遅延時間ファクターは数秒以内の時間値、例えば２秒であり得る。
【００５５】
出力維持時間は、装置１００と通信可能に連結された負荷装置２００またはそれに含まれた負荷２３０から要請されるものであって、負荷２３０の動作に必要な出力特性によって変わり得る。このような出力維持時間は遅延時間より長い数秒以内の時間値、例えば６秒であり得る。
【００５６】
遅延時間と出力維持時間を考慮して放電臨界電圧を決定する方法は、図３を参照して後述し、充電臨界電圧も同様に決定可能である。
【００５７】
まず、バッテリーＢの充電状態毎に常温（２５℃）で定電流放電試験を行って複数の放電プロファイルを得ることができる。
【００５８】
図３は、容量が３６Ａｈと同一であって、充電状態が１０％、１５％、２０％、３０％、４０％及び５０％と異なる６つのリチウムバッテリーに対し、放電プロファイルを測定した結果を示したグラフである。左側から右側に行くほど放電プロファイルを測定したバッテリーＢの充電状態はより大きい。
【００５９】
それぞれの定電流放電試験で適用された放電電流の大きさは、バッテリーＢの充電状態及び温度に対応する最大放電電流値である。特定の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値は、ＨＰＰＣ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法でバッテリーＢをパルス放電させたとき、バッテリーＢの電圧を放電下限電圧（Ｖmin）に到達させる放電電流値である。
【００６０】
望ましくは、ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値がバッテリーＢの安全のために設定した放電上限電流値より大きければ、最大放電電流値は放電上限電流値で代替できる。
【００６１】
図３に示された放電プロファイルを得るための定電流放電実験の際、放電上限電流値は３６０Ａに設定した。
【００６２】
図３において、各放電プロファイルを得るときに適用した最大放電電流値はグラフの右側に示した。すなわち、充電状態２０％、３０％、４０％及び５０％に対応する最大放電電流値は３６０Ａと同一である。ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値が放電上限電流値として設定された３６０Ａを超過したため、最大放電電流値を放電上限電流値に代替したからである。一方、バッテリーＢの状態が１０％及び１５％の場合は、ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値が放電上限電流値である３６０Ａより小さいため、ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値がそのまま適用された。
【００６３】
図３において、水平線Ａは遅延時間と出力維持時間を考慮して予め決められた放電臨界電圧（Ｖthreshold）のレベルを示し、水平線Ｂは放電下限電圧（Ｖmin）のレベルを示す。
【００６４】
望ましくは、放電臨界電圧（Ｖthreshold）のレベルは、各放電プロファイルが水平線Ａ及びＢと交わる２つの点の時間差が遅延時間より大きくて出力維持時間より小さくなるように設定することができる。
【００６５】
このように放電臨界電圧（Ｖthreshold）のレベルが設定されれば、減殺モードで決定された出力パラメーターが適用される時点が遅延時間ほど遅延されても、バッテリーＢの電圧が放電下限電圧以下に急に減少する現象を防止することができる。また、バッテリーＢの電圧が放電下限電圧（Ｖmin）に到達するまでの所要時間が出力維持時間より小さいとき、バッテリーＢの出力を減殺させて最小限の出力維持時間を確保することが可能になる。
【００６６】
図４は、図３に示された各放電プロファイルが水平線Ａ及びＢと交わる２つの点の時間差（マーク：黒三角：▲を参照）を計算して示したものである。遅延時間は２秒であり、出力維持時間は６秒に設定され、放電臨界電圧のレベルは２．８７Ｖに設定された。図４を参照すれば、図３の水平線Ａで示した放電臨界電圧（Ｖthreshold）のレベルは上述した条件を十分満たしていることが分かる。したがって、バッテリーＢの電圧が２．８７Ｖに到達したとき減殺モードで出力パラメーターを決定し、決定された出力パラメーターを負荷装置２００の制御システム２１０に提供すれば、バッテリーＢの出力が最小限６秒間維持できる。また、出力パラメーターが負荷装置２００で反映されるまで２秒の遅延時間が生じても、バッテリーＢの電圧が急に放電下限電圧（Ｖmin）まで減少することを防止することができる。
【００６７】
本発明において、図３に示した放電プロファイルは常温条件で得たものである。しかし、バッテリーＢの動作温度範囲に属する温度条件毎に放電プロファイルを追加的に得て、温度毎に得たすべての複数の放電プロファイルに対しても上述した条件を満足するように放電臨界電圧のレベルを決定することが望ましいということは当業者に自明であろう。また、事前実験を通じて導出された各放電プロファイルを定義するデータはメモリに記録され得る。すなわち、各放電プロファイルを定義するデータは所定レベルの定電流を用いた事前実験を通じて導出された後、メモリに記録されるものであり得る。
【００６８】
すなわち、放電臨界電圧（Ｖthreshold）のレベルは、充電状態毎に及び温度毎に測定されたそれぞれの放電プロファイルが水平線Ａ及びＢと交わる２つの点の時間差が遅延時間より大きくて出力維持時間より小さくなるように設定することが望ましい。
【００６９】
制御部１４０は、電圧測定部１１０を通じて測定したバッテリーＢの現在電圧が予め設定された放電臨界電圧（Ｖthreshold）より大きい場合は一般モードで出力パラメーターを決定する。放電過程中に決定される出力パラメーターは、バッテリーＢの最大放電電流値及び許容出力値の少なくとも１つを含む。制御部１４０は、メモリ部１５０に保存されたパワーマップを用いて最大放電電流値を決定することができる。パワーマップは、バッテリーＢの充電状態及び温度に従って最大放電電流値を参照可能なデータ構造を有する。
【００７０】
許容出力値は、下記数式１によって決定することができる。数式１において、最大放電電流値は電流ファクターであるＩmaxである。
【００７１】
＜数式１＞      許容出力P=VminImax
数式１において、ＶminはバッテリーＢの放電下限電圧として予め設定される電圧ファクターである。ＩmaxはバッテリーＢの充電状態と温度によって変わる電流ファクターであって、特定の充電状態と温度条件下でバッテリーＢが出し得る最大放電電流値に該当する。ＩmaxはバッテリーＢの充電状態と温度を用いてメモリ部１５０に保存されたパワーマップからマッピング可能な値である。
【００７２】
一方、制御部１４０は、電圧測定部１１０を通じて測定したバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧（Ｖthreshold）以下に落ちれば（すなわち、電圧急減区間に入れば）一般モードから減殺モードに切り換えて、減殺モードで出力パラメーターを決定する。このとき、制御部１４０は、出力パラメーターを決定する動作を行う前に又は同時に、バッテリーＢの電圧が放電下限電圧（Ｖmin）に到達するまでどれ位の時間が残っているかを予測する動作を行うことができる。以下、放電中のバッテリーＢの電圧が現時点から放電下限電圧（Ｖmin）に到達する時点までの残った時間を「残余時間」と称する。
【００７３】
制御部１４０は、下記数式２を用いて前記残余時間を示すｔrを予測することができる。
【００７４】
【数４】
2019525383.tif 000006
数式２において、Ｋは１に固定され得る。または、数式２において、Ｋは一種の加重値として、予め決められた規則に従って制御部１４０によってその値が変わる値であり得る。制御部１４０は、予測された残余時間ｔrを通知する残余時間案内メッセージを出力することができる。残余時間案内メッセージは、通信インターフェース１６０を通じて負荷装置２００または外部装置（例えば、車両）に備えられた情報案内装置（図示せず）に伝送できる。情報案内装置は、残余時間案内メッセージに基づいて、視覚的及び／または聴覚的信号をユーザに出力することができる。
【００７５】
また、制御部１４０が減殺モードで決定する出力パラメーターは、バッテリーＢの減殺目標電流値及び減殺目標出力値の少なくとも１つを含む。制御部１４０は、下記数式３を用いて減殺目標電流値Ｉderateを決定することができる。
【００７６】
【数５】
2019525383.tif 000007
図５は、数式２及び数式３に含まれたパラメーターを説明するための図である。
【００７７】
図５の（ａ）に示された放電プロファイルは、３６Ａｈの容量を有するバッテリーＢの充電状態が２０％であるとき、２５℃の条件で３６０Ａ（Ｉmax）で定電流放電実験を行って得た放電プロファイルである。ＩmaxはバッテリーＢの充電状態が２０％であるとき、許容される最大放電電流値である。
【００７８】
図５の（ｂ）は、充電状態２０％のバッテリーＢが３６０Ａで放電するとき、時間に応じた抵抗変化率（ｄＲ／ｄｔ）を示したグラフである。オームの法則によれば、Ｖ＝ＩＲであり、ＩはＩmaxと一定である。Ｖ＝ＩＲの両辺を時間で微分すれば、ｄＶ／ｄｔ＝ＩmaxｄＲ／ｄｔになるため、ｄＲ／ｄｔは（ｄＶ／ｄｔ）／Ｉmaxと実質的に同一である。すなわち、ｄＲ／ｄｔは放電プロファイルの電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）を用いて決定することができる。
【００７９】
図５を参照すれば、数式２及び数式３において、Ｖminは予め決められた放電下限電圧であり、Ｖthresholdは予め決められた放電臨界電圧である。Ｒ0はバッテリーＢの内部抵抗値であって、実験を通じて予め決められた定数値である。Ｖmin、Ｖthreshold及びＲ0はメモリ部１５０に予め保存できる。
【００８０】
Ｉ0は、放電中のバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧（Ｖthreshold）に到達した時点またはその後に電流測定部１２０によって測定された電流値である。
【００８１】
（ｄＲ／ｄｔ）maxは、電圧急減区間で現れる（ｄＲ／ｄｔ）の最大値であって、図５の（ｂ）に示されたように、バッテリーＢの電圧がＶminに到達した時点での一次微分値（接線の傾き）の絶対値を放電電流の大きさであるＩmaxで除した値に該当する。（ｄＲ／ｄｔ）maxに関するデータは、バッテリーＢの充電状態と温度毎に測定した放電プロファイルを用いて予め決定でき、充電状態及び温度毎に定義された（ｄＲ／ｄｔ）maxに関するデータはメモリ部１５０に予め保存できる。
【００８２】
（ｔ1−ｔ0）は、放電プロファイル毎にバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧に到達した時点であるｔ0から放電下限電圧に到達した時点であるｔ1までの総所要時間であって、バッテリーＢの放電プロファイルに対応する充電状態と温度に応じて異なるように決定することができる。制御部１４０は、ｔ1に実際に到達する前に数式３のＩderateを決定するため、（ｔ1−ｔ0）に出力維持時間ｔmを割り当てることができる。
【００８３】
数式２及び数式３は、以下のようにして誘導することができる。バッテリーＢの電圧は、バッテリーＢの充電状態及び温度によって変わる開放電圧成分、内部抵抗（Ｒ0）及びＲＣ回路が相互直列で連結された回路によって等価的にモデリングすることができる。
【００８４】
前記回路モデリングによれば、バッテリーＢの電圧Ｖは、下記数式４のように３つの電圧成分の和で表すことができる。すなわち、３つの電圧成分は、充電状態に応じて固有に決定される開放電圧成分であるＯＣＶ、電流Ｉが流れるとき内部抵抗（Ｒ0）の両端にかかる電圧成分であるＩＲ0、及びＲＣ回路の抵抗（Ｒ）に電流ＩRCが流れるときＲＣ回路の両端にかかる電圧成分ＩRCＲの和で表すことができる。
【００８５】
＜数式４＞      V = OCV + IR0 + IRCR
上記数式３の両辺を時間ｔで微分すれば、下記数式５が得られる。
【００８６】
＜数式５＞      dV/dt = dOCV/dt + (dI/dt)R0 + (dIRC/dt)R + IRC(dR/dt)
バッテリーＢの充電状態とＲＣ回路の抵抗に流れる電流ＩRCとが非常に短い時間の間に一定であると仮定すれば、ｄＯＣＶ／ｄｔとｄＩRC／ｄｔが０になるため、数式５は下記数式６のように近似することができる。
【００８７】
＜数式６＞      dV/dt = (dI/dt)R0 + IRC(dR/dt)
一方、ｔ0で測定されるバッテリーＢの電流をＩ0とし、ｔ1で測定されるバッテリーＢの電流をＩ1としよう。また、時間ｔ0からｔ1までの間に、ＩRCはＩ1と同一であり、（ｄＲ／ｄｔ）は一定であると仮定しよう。このように定義した後、数式６の両辺をｔ0からｔ1までの範囲で積分すれば、下記数式７が得られる。
【００８８】
＜数式７＞      Vmin-Vthreshold = (I1-I0)R0 + I1(dR/dt)(t1-t0)
一方、バッテリーＢの電圧がＶminに到達する時点ｔ1に到達する前には数式７のＩ1の値を実際に測定できないため、ｔ0からｔ1までバッテリーＢの放電電流がＩ0に一定に維持されると仮定し、数式７を（ｔ1−ｔ0）に対して整理すれば、数式８が得られる。
【００８９】
【数６】
2019525383.tif 000008
数式８において、（ｄＲ／ｄｔ）に（ｄＲ／ｄｔ）maxを割り当て、（ｔ1−ｔ0）＝ｔrとすれば、数式２と同じ形態で整理される。
【００９０】
一方、数式７をＩ1に対して整理すれば、数式９が得られる。
【００９１】
【数７】
2019525383.tif 000009
数式９において、（ｄＲ／ｄｔ）に（ｄＲ／ｄｔ）maxを割り当て、（ｔ1−ｔ0）にｔmを割り当てれば、数式７は数式３のような形態で最終的に整理される。
【００９２】
上記のように、数式８及び数式９の（ｄＲ／ｄｔ）に（ｄＲ／ｄｔ）maxを割り当てる理由は、過放電状態に備えて残余時間ｔrと減殺目標電流値Ｉderateを保守的に算出するためである。
【００９３】
数式８において、（ｄＲ／ｄｔ）値として（ｄＲ／ｄｔ）max値が割り当てられれば、許容される範囲で数式８の分母値が最大になるため、数式２のＫが定数である場合、ｔrは最小になる。このとき、数式２のＫは、ｔ0またはその後の少なくとも１つの時点での電流のレベルをｔrの計算に反映するためのファクターである。すなわち、Ｋは、バッテリーＢを通じて流れる電流の方向と大きさの少なくとも１つによって変わる値であり得る。図５のグラフは定電流に対する放電プロファイルを示しているが、バッテリーＢを放電する過程が行われる間、バッテリーＢを通じて流れる電流が一定でないこともあり得る。したがって、より正確に残余時間ｔrを予測算出するためには、少なくとも現時点で測定された電流をｔrの算出に活用することが望ましい。
【００９４】
例えば、制御部１４０は、電圧急減区間に属する特定時点から過去の所定時間の間に所定回数以上測定された電流の絶対値を平均した平均値が放電プロファイルを得るために使われた定電流より第１基準値以上大きい場合、平均値に基づいてＫの値を１から０に向かって段階的または連続的に減少させ得る。他の例として、制御部１４０は、電圧急減区間に属する特定時点から過去の所定時間の間に所定回数以上測定された電流の絶対値を平均した平均値が放電プロファイルを得るために使われた定電流より第２基準値以上小さい場合、平均値に基づいてＫの値を１から段階的または連続的に増加させ得る。
【００９５】
制御部１４０は、前記平均値と定電流との関係が上記２つの場合の何れにも該当しない場合、Ｋに１を割り当てることができる。すなわち、制御部１４０は、前記平均値が前記定電流に第１基準値を足した値より小さく前記定電流から第２基準値を引いた値より大きい場合、Ｋに１を割り当て得る。
【００９６】
また、数式９において、（ｄＲ／ｄｔ）値に（ｄＲ／ｄｔ）max値が割り当てられれば、許容される範囲で数式９の分母値が最大になるため、数式３のＩderateは最小になる。それによって、ｔ0とｔ1との間で、バッテリーＢを通じて流れる電流のレベルがパワーマップからマッピングされる最大放電電流値より十分小くなることで、バッテリーＢの電圧が放電臨界電圧以下に低くなっても、遅延時間より短い時間内にまたは出力維持時間が経過する前に放電下限電圧（Ｖmin）以下に低下することを防止することができる。
【００９７】
制御部１４０は、放電中のバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧以下に落ちれば、数式２によって算出されたｔrに基づいて減殺目標電流値を算出するか否かを決定することができる。例えば、制御部１４０は、数式２によって算出されたｔrがｔmより小さければ、一般モードから減殺モードに切り換えて数式３を用いた減殺目標電流値の算出動作を開始し、その外の場合は一般モードを維持することができる。
【００９８】
もし、ｔr＜ｔmであれば、制御部１４０は数式３を用いて減殺目標電流値を算出し、算出された減殺目標電流値から減殺目標出力値であるＰderateを決定することができる。Ｐderateの計算式は、下記数式１０のようである。
【００９９】
＜数式１０＞        Pderate= VminIderate
制御部１４０は、減殺モードにおいて、減殺目標電流値及び減殺目標出力値の少なくとも１つを含む出力パラメーターを通信インターフェース１６０を通じて負荷装置２００の制御システム２１０に伝送することができる。
【０１００】
制御システム２１０は、遅延時間が経過した後、制御部１４０から伝送された出力パラメーターを用いて電力変換部２２０を制御してバッテリーＢの放電電流または出力を減殺させる。すなわち、制御システム２１０は、出力パラメーターに含まれた減殺目標電流値または減殺目標出力値を用いて電力変換部２２０を制御することで、バッテリーＢから出力される放電電流の大きさを減殺目標電流値より小さく統制するか又はバッテリーＢの出力を減殺目標出力値より小さく統制することができる。
【０１０１】
制御システム２１０は、望ましい例として、電力変換部２２０を制御して二次電池Ｂの放電電流を一定時間間隔を置いて段階的に減少させることで、減殺目標電流値に等しく放電電流の大きさを減殺させることができる。同様に、制御システム２１０は、電力変換部２２０を制御してバッテリーＢの出力を一定時間間隔を置いて段階的に減少させて、減殺目標出力値に等しくバッテリーＢの出力を減殺させることができる。
【０１０２】
制御部１４０は、上述した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、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、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、前記制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、制御部１４０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記憶され、プロセッサによって実行され得る。前記メモリはプロセッサの内部または外部に設けられ得、周知された多様なコンピュータ部品でプロセッサと連結され得る。また、前記メモリは、本発明のメモリ部１５０に含まれ得る。また、前記メモリはデバイスの種類に関係なく情報が記憶されるデバイスを総称し、特定メモリ装置を指すものではない。
【０１０３】
制御部１４０の多様な制御ロジッグは、少なくとも１つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグはコンピュータ可読のコード体系に作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。前記記録媒体はコンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも１つ以上を含む。また、前記コード体系はネットワークで連結されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、前記組み合わせられた制御ロジッグを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論できる。
【０１０４】
以下、図６及び図７を参照して本発明の実施例によって制御部１４０が行うバッテリーの出力パラメーター調整方法について具体的に説明する。
【０１０５】
図６及び図７は、本発明の実施例によるバッテリーの電圧が放電下限電圧に到達するまでの残余時間を予測する方法を示したフロー図である。
【０１０６】
まず、段階Ｓ１０で、残余時間を予測するためのプロセスが開始すれば、制御部１４０は時間インデックスｋを初期化する。
【０１０７】
その後、段階Ｓ２０で、制御部１４０は、電圧測定部１１０、電流測定部１２０及び温度測定部１３０を用いてバッテリーＢの電圧、電流及び温度を測定し、測定された電圧値、電流値及び温度値をメモリ部１５０に保存する。
【０１０８】
その後、段階Ｓ３０で、制御部１４０は、メモリ部１５０に保存された電圧値、電流値及び温度値を選択的に用いてバッテリーＢの充電状態を決定する。充電状態は、アンペアカウンティング法や拡張カルマンフィルターなどを用いて決定することができる。
【０１０９】
その後、段階Ｓ４０で、制御部１４０は、バッテリーＢの電圧が予め定義された放電臨界電圧（Ｖthreshold）より大きいか否かを判断する。
【０１１０】
もし、段階Ｓ４０で「はい」と判断されれば、制御部１４０はプロセスを段階Ｓ５０に移行して一般モードで出力パラメーターを決定し、決定されたパラメーターを通信インターフェース１６０を通じて負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。
【０１１１】
具体的に、段階Ｓ５０で、制御部１４０は、メモリ部１５０に予め保存されているパワーマップから現在充電状態と現在温度に対応する最大放電電流値をマッピングして最大放電電流値（Ｉmax）を決定する。
【０１１２】
次に、段階Ｓ６０で、制御部１４０は、最大放電電流値（Ｉmax）と予め定義された放電下限電圧（Ｖmin）を用いて、数式１によってバッテリーＢの許容出力値を決定する。
【０１１３】
その後、段階Ｓ７０で、制御部１４０は、最大放電電流値及び許容出力値の少なくとも１つを含む出力パラメーターを構成し、出力パラメーターを通信インターフェース１６０を通じて負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。すると、制御システム２１０は、伝送された出力パラメーターに含まれた許容出力値または最大放電電流値を参照して電力変換部２２０を制御することで、出力許容値または最大放電電流値の範囲内でバッテリーＢの放電を適応的に制御する。すなわち、バッテリーＢの放電出力を許容出力値以下に統制するか、又は、バッテリーＢの放電電流を最大放電電流値以下に統制する。
【０１１４】
その後、段階Ｓ８０で、制御部１４０は、予め決められた設定時間が経過したか否かを判断する。ここで、設定時間は、バッテリーＢの出力パラメーターを更新する周期に該当する。
【０１１５】
もし、段階Ｓ８０で「はい」と判断されれば、制御部１４０はプロセスを段階Ｓ９０に移行し、「いいえ」と判断されれば、制御部１４０はプロセスを段階Ｓ１００に移行して時間インデックスｋを更新する。
【０１１６】
段階Ｓ９０で、制御部１４０は、バッテリーＢの動作状態がキーオフ（ｋｅｙ−ｏｆｆ）状態であるか否かを判断する。ここで、キーオフ状態とは、バッテリーＢの充電や放電が中止された場合を言う。このようなキーオフ状態は、バッテリーＢと負荷装置２００との間の連結を制御するスイッチ部品の連結状態によって判断することができる。
【０１１７】
もし、段階Ｓ９０で「はい」と判断されれば、バッテリーＢの出力パラメーターを調整する必要がないため、制御部１４０はプロセスを終了する。一方、段階Ｓ９０で「いいえ」と判断されれば、制御部１４０はプロセスを段階Ｓ１００に移行して時間インデックスｋを更新し、プロセスを段階Ｓ２０に移行して上述した段階の実行を再び繰り返す。
【０１１８】
一方、段階Ｓ４０で「いいえ」と判断されれば、制御部１４０はバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧（Ｖthreshold）に到達した到達時点と同じであるか又はその後である現時点を記録し、プロセスを段階Ｓ１１０に移行する。
【０１１９】
段階Ｓ１１０で、制御部１４０は、現時点から放電下限電圧（Ｖmin）に到達する時点までの残余時間ｔrを予測する。具体的に、制御部１４０は、メモリ部１５０に予め保存されている放電プロファイルのデータから現在充電状態及び温度に対応する１つの放電プロファイルを決定し、決定された放電プロファイルに対して予め決められた（ｄＲ／ｄｔ）maxを得る。選択的に、制御部１４０は、前記到達時点と同じであるか又はその後である現時点を基準に過去所定時間の間に所定回数ほど測定された電流の絶対値を平均して平均値を算出し、算出された平均値に対応する加重値Ｋを決定することができる。平均値毎の加重値Ｋの値はルックアップテーブルなどの形態でメモリ部１５０に予め保存できる。制御部１４０は、Ｖmin、Ｖthreshold、（ｄＲ／ｄｔ）max、Ｋ及びＩ0を数式２に割り当てることで、残余時間ｔrを算出することができる。このとき、Ｉ0は段階Ｓ２０で測定された電流値であり得、Ｖmin及びＶthresholdはメモリ部１５０に予め保存されたデータである。
【０１２０】
その後、段階Ｓ１２０で、制御部１４０は段階Ｓ１１０で予測されたｔrが出力維持時間ｔm以上であるか否かを判断することができる。これと共にまたは別に、制御部１４０は、段階Ｓ１１０で予測された残余時間を通知するメッセージを出力することができる。
【０１２１】
もし、段階Ｓ１２０で「はい」と判断されれば、制御部１４０はプロセスを段階Ｓ５０に移行し、「いいえ」と判断されれば、制御部１４０はプロセスを段階Ｓ１３０に移行する。
【０１２２】
段階Ｓ１３０で、制御部１４０は、減殺モードで減殺目標電流値（Ｉderate）を決定する。すなわち、制御部１４０は、メモリに保存された多数の放電プロファイルに関するデータのうち、現在充電状態と現在温度に対応する１つの放電プロファイルに対し、予め決められた（ｄＲ／ｄｔ）max値を参照して、数式３を用いて減殺目標電流値（Ｉderate）を決定する。段階Ｓ１３０で参照される（ｄＲ／ｄｔ）maxの値は、段階Ｓ１１０で得られる（ｄＲ／ｄｔ）maxの値と同一であり得る。
【０１２３】
その後、段階Ｓ１４０で、制御部１４０は、減殺目標電流値（Ｉderate）と放電下限電圧（Ｖmin）を用いてバッテリーＢの減殺目標出力値（Ｐderate）を決定する。
【０１２４】
その後、段階Ｓ１５０で、制御部１４０は、減殺目標電流値（Ｉderate）及び減殺目標出力値（Ｐderate）の少なくとも１つを含む出力パラメーターを構成し、出力パラメーターを通信インターフェース１６０を通じて負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。すると、制御システム２１０は、伝送された出力パラメーターに含まれた減殺目標電流値または減殺目標出力値を参照して電力変換部２２０を制御することで、減殺目標電流値または減殺目標出力値の範囲内でバッテリーＢの放電を制御する。すなわち、バッテリーＢの放電出力を減殺目標出力値以下に統制するか、又は、バッテリーＢの放電電流を減殺目標電流値以下に統制する。望ましくは、制御システム２１０は、減殺目標電流値に向かってバッテリーＢの放電電流の大きさを段階的に低減させるか、又は、減殺目標出力値に向かってバッテリーＢの出力を段階的に減少させることができる。
【０１２５】
次いで、制御部１４０は段階Ｓ８０に移行する。
【０１２６】
図６及び図７に示された一連の段階は周期的に行われる。それによって、前記到達時点からバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧より高くなるまで、残余時間は制御部１４０によって周期的に更新できる。また、バッテリーＢの電圧が放電臨界電圧に到達した時点で予測される残余時間ｔrが出力維持時間ｔm未満であれば、減殺目標電流値が反映された出力パラメーターが負荷装置２００の制御システムに提供されることで、バッテリーＢの電圧が放電臨界電圧より高くなるまで又はバッテリーＢの充電が再開されるまで、バッテリーＢの放電電流または放電出力が減殺される。勿論、バッテリーＢの電圧が放電臨界電圧を超過できなければ、減殺目標電流値と減殺目標出力値は段々低くなる。
【０１２７】
一方、制御部１４０は、到達時点からバッテリーＢの電圧が放電臨界電圧より高くなる前に、充電器２４０によるバッテリーＢの充電が再開されれば、残余時間の予測を中断し、最近予測された残余時間をメモリに保存することができる。
【０１２８】
上述した実施例はバッテリーが放電する状況で適用される。しかし、本発明はバッテリーが充電される状況でも同様に適用され得る。
【０１２９】
バッテリーが充電される場合、充電臨界電圧は充電上限電圧より所定レベルほど低く設定されるが、遅延時間ファクターと出力維持時間を共に考慮して決定されることは放電臨界電圧の決定方式と同様である。
【０１３０】
また、バッテリーＢの電圧が充電臨界電圧以上に増加すれば、充電電流または充電出力を減殺させるために減殺モードで出力パラメーターを決定することができる。この場合、減殺目標電流値を決定するとき用いられる数式３において、Ｖminは充電上限電圧であるＶmax値に代替される。
【０１３１】
また、充電臨界電圧のレベルを決定するときは、放電プロファイルの代わりに充電プロファイルが活用される。
【０１３２】
充電プロファイルは、バッテリーＢの充電状態と温度毎に定電流充電実験を行って得ることができる。
【０１３３】
それぞれの定電流充電実験で使用される充電電流の大きさとしてはＨＰＰＣ法で定めた最大充電電流値を設定する。充電最大電流値はバッテリーＢの充電状態と温度によって変わり得る。
【０１３４】
一方、ＨＰＰＣ法で定めた最大充電電流値がバッテリーＢが耐えられる充電上限電流値より大きければ、最大充電電流値は充電上限電流値で代替可能である。
【０１３５】
また、減殺モードで出力パラメーターを決定するとき、バッテリーＢが充電されるときの出力は減殺目標電流値として決定された電流値を基準に決定することができる。
【０１３６】
バッテリーＢが充電される間に決定された出力パラメーターは、通信インターフェース１６０を通じて負荷装置２００の制御システム２１０に提供できる。
【０１３７】
制御システム２１０は、出力パラメーターが提供されれば、電力変換部２２０を制御することで、バッテリーＢの充電電流を出力パラメーターに含まれた電流値の範囲内で統制するか、又は、バッテリーＢの充電出力を出力パラメーターに含まれた出力値の範囲内で統制する。また、望ましくは、バッテリーＢの充電電流または充電出力を出力パラメーターに含まれた電流値または出力値に向かって収束するように段階的に減殺させる制御を行うことができる。
【０１３８】
バッテリーＢが充電される間、バッテリーＢの電圧が充電臨界電圧を超過しなければ、パワーマップを用いてバッテリーＢの最大充電電流値を決定でき、決定された最大充電電流値からバッテリーＢの充電出力を決定することができる。そのため、パワーマップはバッテリーＢの充電状態及び温度毎に予め定義された最大充電電流値に関する参照データをさらに含むことができる。
【０１３９】
＜実験例＞
以下、本発明による実験例を説明する。後述する実験例は本発明の効果を説明するために提供されるものに過ぎず、本発明の技術的思想が実験例として開示される内容によって限定されることはない。
【０１４０】
まず、総容量が３６Ａｈであって、充電状態が２０％であるリチウムバッテリーを用意した。リチウムバッテリーは正極材としてリチウム金属酸化物を含み、負極材としてグラファイトを含んでいる。その後、充放電電力を調節できる充放電シミュレーターにリチウムバッテリーを連結し、２５℃条件で３６０Ａの大きさを有する放電電流で放電させながら放電プロファイルを測定した。
【０１４１】
放電中のバッテリーＢの出力を減殺させる基準になる放電臨界電圧は２．８７Ｖに設定した。放電臨界電圧を決定するとき、遅延時間ファクターは２秒、出力維持時間は６秒に設定した。
【０１４２】
バッテリーＢが３６０Ａの大きさで定電流放電する間、バッテリーＢの電圧が２．８７Ｖになったときから本発明の実施例に従ってバッテリーＢの放電出力を減殺させた。すなわち、数式３を用いて減殺目標電流値を決定し、減殺目標電流値に段階的に近接するように充放電シミュレーターを制御して、バッテリーＢの放電電流の大きさを３０Ａずつ段階的に低下させた。このような過程でバッテリーＢの電圧変化を測定した。
【０１４３】
数式３のパラメーター値として、Ｖminは２．５Ｖ、Ｖthresholdは２．８７Ｖ、（ｄＲ／ｄｔ）maxは０．４３０５７５９ｍΩ、Ｒ0は０．００１０６１８ｍΩ、（ｔ1−ｔ0）は６秒、Ｉ0は３６０Ａに設定した。
【０１４４】
図８に本実験で測定した電圧測定の結果を示した。図８において、点線グラフはリチウムバッテリーの出力を減殺させなかったときの電圧変化の概形を示す。一方、実線はリチウムバッテリーの出力を２．８７Ｖから減殺させたときの電圧変化の概形を示す。
【０１４５】
２つの電圧変化の概形を比べると、本発明の実施例によってリチウムバッテリーの出力が減殺された場合、リチウムバッテリーの電圧が放電臨界電圧に到達した後、急激に低下せずに電圧減少の程度が減殺されることが分かる。
【０１４６】
また、リチウムバッテリーの出力が減殺されない場合は、リチウムバッテリーの電圧がわずか４．５秒で放電下限電圧に到達した。しかし、リチウムバッテリーの電圧が放電臨界電圧に到達したときから出力減殺が適用された場合は、リチウムバッテリーの電圧レベルが６秒以上の十分な時間に亘って放電下限電圧より高く維持されたことが確認できる。このような実験結果は、本発明が安定性且つ信頼性を有する出力調整技術であることを裏付けている。
【０１４７】
本発明の多様な実施様態の説明において、「〜部」と称した構成要素は物理的に区分される要素ではなく、機能的に区分される要素であると理解せねばならない。したがって、それぞれの構成要素は他の構成要素と選択的に統合されるか、又は、それぞれの構成要素が制御ロジッグの効率的な実行のためにサブ構成要素に分割され得る。しかし、構成要素が統合または分割されても機能の同一性が認められれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内に属すると解釈されねばならないことは当業者にとって自明である。
【０１４８】
以上のように、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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