(57)【要約】【課題】  バッテリ充電方法及びバッテリ充電装置を提供すること。【解決手段】  一実施形態に係るバッテリ充電装置は、バッテリの要求充電時間を受信し、要求充電時間に基づいてバッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成し、バッテリの電気化学モデル及び要求充電時間に基づいて充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得し、充電制限条件に基づいて複数の充電電流及び複数の充電電流の充電時間を含む充電プロファイルを生成する。【選択図】      図１
2019079794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの要求充電時間を受信するステップと、
前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成するステップと、
前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得するステップと、
前記充電制限条件に基づいて、前記複数の充電電流及び前記充電電流の複数の充電時間を含む充電プロファイルを生成するステップと、
を含むバッテリ充電方法。
【請求項２】
前記充電制限条件は、前記バッテリの劣化を防止しながら前記バッテリを前記要求充電時間の期間に充電させるために前記バッテリの充電を制限する条件である、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項３】
前記内部状態条件は、前記バッテリの劣化に影響を及ぼす少なくとも１つの内部状態に基づいて前記電気化学モデルから定義される、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項４】
前記内部状態条件は、負極過電位条件、正極過電位条件、負極表面リチウムイオン濃度条件、正極表面リチウムイオン濃度条件、セル電圧条件、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）条件のうち少なくとも１つを含む、
請求項１または３に記載のバッテリ充電方法。
【請求項５】
前記充電制限条件を取得するステップは、
前記複数の充電電流に基づいて充電制限条件を初期化するステップと、
前記バッテリの劣化条件及び前記電気化学モデルに基づいて、前記バッテリの劣化を防止しながら前記バッテリを前記要求充電時間の期間に充電させるように前記初期化された充電制限条件を最適化するステップと、
を含み、
前記劣化条件は、前記バッテリの内部状態が達すれば、劣化を引き起こす条件である、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項６】
前記充電制限条件を最適化するステップは、
前記電気化学モデルに基づいて、前記複数の充電電流が印加された前記バッテリの前記充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態を推定するステップと、
前記推定された内部状態に基づいて、前記初期化された充電制限条件内の内部状態条件及び最大充電時間のうち少なくとも１つを調整するステップと、
を含む、請求項５に記載のバッテリ充電方法。
【請求項７】
前記充電制限条件を最適化するステップは、
前記初期化された充電制限条件内の内部状態条件及び前記内部状態条件に対応する複数の劣化条件を取得するステップと、
前記複数の内部状態条件及び前記複数の劣化条件の差がそれぞれ入力される複数の関数から複数の関数値を生成するステップと、
前記関数値の和及び前記電気化学モデルに基づいて、前記内部状態条件のうち少なくとも１つを調整するステップと、
を含む、
請求項５または６に記載のバッテリ充電方法。
【請求項８】
前記複数の関数は、前記複数の差が大きくなるほど前記複数の関数値が小さくなるようにそれぞれ定義され、
前記内部状態条件のうち少なくとも１つを調整するステップは、前記バッテリを前記要求充電時間の期間に充電させる条件で前記和が最小化されるよう、前記電気化学モデルに基づいて前記内部状態条件のうち少なくとも１つを調整するステップを含む、
請求項７に記載のバッテリ充電方法。
【請求項９】
前記劣化条件及び前記初期化された充電制限条件のうち少なくとも１つは、前記バッテリのＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）に基づいて設定される、
請求項５乃至８いずれか一項に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１０】
前記電気化学モデルは、前記バッテリの劣化因子が適用される、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１１】
前記劣化因子は、負極表面の抵抗、正極表面の抵抗、負極活物質の減少、正極活物質の減少のうち少なくとも１つを含む、
請求項１０に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１２】
前記方法は、さらに、
バッテリのＳＯＨを推定するステップと、
前記ＳＯＨに基づいて、前記バッテリの劣化因子を取得するステップと、
前記劣化因子を前記電気化学モデルに適用するステップと、
を含む、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１３】
前記方法は、さらに、
前記バッテリの少なくとも１つの内部状態を推定するステップと、
前記バッテリの現在ＳＯＣから予め定義されたＳＯＣに前記バッテリを充電させる場合、前記推定された内部状態を予め定義された限界状態に達するように最大許容電流を生成するステップと、
を含み、
前記複数の充電電流を生成するステップは、前記最大許容電流を超えないように複数の充電電流を生成するステップを含む、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１４】
前記最大許容電流及び前記要求充電時間に基づいて、前記要求充電時間内に前記バッテリを充電させるか否かを判断するステップ、をさらに含む、
請求項１３に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１５】
前記複数の充電電流を生成するステップは、
前記バッテリの要求充電容量及び前記要求充電時間に基づいて、平均充電電流を生成するステップと、
前記平均充電電流に基づいて、充電ステップの個数及び前記充電ステップの複数の充電電流を生成するステップと、
を含む、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１６】
前記個数及び前記複数の充電電流は、前記バッテリのＳＯＨにさらに基づいて生成されることを含む、
請求項１５に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１７】
前記複数の充電電流を生成するステップは、前記平均充電電流に対応するルックアップテーブル又は予め定義された電流範囲に基づいて、充電ステップの個数及び前記充電ステップの複数の充電電流を生成するステップを含む、
請求項１５または１６に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１８】
前記充電プロファイルを生成するステップは、
前記電気化学モデルに基づいて、前記複数の充電電流が印加された前記バッテリの前記充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態を推定するステップと、
前記推定された内部状態が前記充電制限条件内の前記充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態条件に達するか否かに基づいて、前記複数の充電電流の複数の充電時間を生成するステップと、
を含む、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項１９】
前記複数の充電時間を生成するステップは、
第１充電ステップの第１最大充電時間内で、前記第１充電ステップの第１充電電流が印加された前記バッテリの少なくとも１つの第１内部状態が、前記第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達するか否かを判断するステップと、
前記第１内部状態が前記第１内部状態条件に達する場合、前記第１内部状態が前記第１内部状態条件に達する時点に基づいて、前記第１充電電流の第１充電時間を判断するステップと、
前記第１内部状態が前記第１内部状態条件に達しない場合、前記第１最大充電時間に基づいて前記第１充電電流の第１充電時間を判断するステップと、
前記第１充電時間及び前記第１充電ステップの次のステップである第２充電ステップの第２充電時間に基づいて、前記複数の充電電流の複数の充電時間を生成するステップと、
を含む、
請求項１８に記載のバッテリ充電方法。
【請求項２０】
前記方法は、さらに、
前記充電プロファイルに基づいて前記バッテリを充電させるステップをさらに含み、
前記バッテリを充電させるステップは、
現在の充電ステップの現在の充電電流が印加された前記バッテリの少なくとも１つの現在の内部状態を推定するステップと、
前記推定された現在の内部状態が前記現在の充電ステップの少なくとも１つの内部状態条件に達するか否かに基づいて、前記現在の充電電流の次の充電電流を前記バッテリに印加するステップと、
を含む、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項２１】
前記バッテリの前記要求充電時間は、ユーザによって入力された時間値、装置−提供時間、データベースから受信された時間値、及び外部サーバから受信された時間値のうち少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のバッテリ充電方法。
【請求項２２】
バッテリの要求充電時間を受信するステップと、
前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成するステップと、
前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得するステップと、
前記バッテリの少なくとも１つの内部状態及び前記充電制限条件に基づいて前記バッテリを充電させるステップと、
を含む、バッテリ充電方法。
【請求項２３】
前記バッテリを充電させるステップは、
第１充電ステップの第１充電電流を前記バッテリに印加して前記バッテリを充電させるステップと、
前記バッテリの電流、電圧、及び温度を取得するステップと、
前記取得された電流、電圧、及び温度に基づいて前記バッテリの少なくとも１つの第１内部状態を推定するステップと、
前記推定された第１内部状態が前記第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達するか否かを判断するステップと、
前記判断の結果に基づいて、前記第１充電ステップの次のステップである第２充電ステップの第２充電電流に前記バッテリを充電させるか否かを判断するステップと、
を含む、
請求項２２に記載のバッテリ充電方法。
【請求項２４】
前記バッテリを充電させるステップは、さらに、
前記第１充電電流を前記バッテリに印加して前記バッテリを充電させた時間が前記第１充電ステップの第１最大充電時間に達するか否かを判断するステップと、
前記バッテリを充電させた前記時間が前記第１最大充電時間に達するか否かに対する判断の結果に基づいて、前記第２充電電流に前記バッテリを充電させるか否かを判断するステップと、
を含む、
請求項２３に記載のバッテリ充電方法。
【請求項２５】
ハードウェアと結合して請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の方法を実行させるために記録媒体に格納されたコンピュータプログラム。
【請求項２６】
バッテリの要求充電時間を受信し、
前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成し、
前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得し、
前記充電制限条件に基づいて、前記複数の充電電流及び前記複数の充電電流の複数の充電時間を含む充電プロファイルを生成する、プロセッサ、
を含む、バッテリ充電装置。
【請求項２７】
バッテリの要求充電時間を受信し、
前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成し、
前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得し、
前記バッテリの少なくとも１つの内部状態及び前記充電制限条件に基づいて、前記バッテリを充電させる、プロセッサ、
を含む、バッテリ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ充電技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは、モバイル機器及び電気自動車などの電力源として使用されるが、バッテリを充電するための様々な方式が提案されている。特定の電圧まで定電流に充電した後、予め設定された低い電流に達するまで定電圧に充電するＣＣ−ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）充電方式は一般的に用いられている。その他に、高い電流から低い電流に様々なステップのＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）に充電する方式であるマルチ−ステップの充電方式と短い時間単位でパルス電流を繰り返し印加するパルス充電方式が挙げられる。
【０００３】
ＣＣ−ＣＶ充電方式は、ＣＶ条件で多くの時間が必要とされるため、急速充電には適しない。マルチ−ステップ充電方式とパルス充電方式は、急速充電によるバッテリの劣化を伴う。バッテリの内部状態を考慮することのない経験に基づいた充電方式にはバッテリの劣化制御に限界があり、充電時間の短縮効果が制限的である。バッテリの搭載された電気自動車又はモバイル機器を使用するユーザが増大しつつ、急速充電の要求が大きくなっている。急速充電を提供しながら寿命特性の優れたバッテリ充電技術の開発が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、バッテリ充電技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、バッテリの要求充電時間を受信するステップと、前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成するステップと、前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得するステップと、前記充電制限条件に基づいて、前記複数の充電電流及び前記充電電流の複数の充電時間を含む充電プロファイルを生成するステップとを含む。
【０００６】
一実施形態によれば、前記充電制限条件は、前記バッテリの劣化を防止しながら前記バッテリを前記要求充電時間の期間に充電させるために前記バッテリの充電を制限する条件であり得る。
【０００７】
一実施形態によれば、前記内部状態条件は、前記バッテリの劣化に影響を及ぼす少なくとも１つの内部状態に基づいて前記電気化学モデルから定義され得る。
【０００８】
一実施形態によれば、前記内部状態条件は、負極過電位条件、正極過電位条件、負極表面リチウムイオン濃度条件、正極表面リチウムイオン濃度条件、セル電圧条件、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）条件のうち少なくとも１つを含み得る。
【０００９】
一実施形態によれば、前記充電制限条件を取得するステップは、前記複数の充電電流に基づいて充電制限条件を初期化するステップと、前記バッテリの劣化条件及び前記電気化学モデルに基づいて、前記バッテリの劣化を防止しながら前記バッテリを前記要求充電時間の期間に充電させるよう前記初期化された充電制限条件を最適化するステップとを含み、前記劣化条件は、前記バッテリの内部状態が達すれば、劣化を引き起こす条件であり得る。
【００１０】
一実施形態によれば、前記充電制限条件を最適化するステップは、前記電気化学モデルに基づいて、前記複数の充電電流が印加された前記バッテリの前記充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態を推定するステップと、前記推定された内部状態に基づいて、前記初期化された充電制限条件内の内部状態条件及び最大充電時間のうち少なくとも１つを調整するステップとを含み得る。
【００１１】
一実施形態によれば、前記充電制限条件を最適化するステップは、前記初期化された充電制限条件内の内部状態条件及び前記内部状態条件に対応する複数の劣化条件を取得するステップと、前記複数の内部状態条件及び前記複数の劣化条件の差がそれぞれ入力される複数の関数から複数の関数値を生成するステップと、前記関数値の和及び前記電気化学モデルに基づいて、前記内部状態条件のうち少なくとも１つを調整するステップとを含み得る。
【００１２】
一実施形態によれば、前記複数の関数は、前記複数の差が大きくなるほど前記複数の関数値が小さくなるようにそれぞれ定義され、前記内部状態条件のうち少なくとも１つを調整するステップは、前記バッテリを前記要求充電時間の期間に充電させる条件で前記和が最小化されるよう、前記電気化学モデルに基づいて前記内部状態条件のうち少なくとも１つを調整するステップを含み得る。
【００１３】
一実施形態によれば、前記劣化条件及び前記初期化された充電制限条件のうち少なくとも１つは、前記バッテリのＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）に基づいて設定され得る。
【００１４】
一実施形態によれば、前記電気化学モデルは、前記バッテリの劣化因子が適用され得る。
【００１５】
一実施形態に係る前記劣化因子は、負極表面の抵抗、正極表面の抵抗、負極活物質の減少、正極活物質の減少のうち少なくとも１つを含み得る。
【００１６】
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、バッテリのＳＯＨを推定するステップと、前記ＳＯＨに基づいて、前記バッテリの劣化因子を取得するステップと、前記劣化因子を前記電気化学モデルに適用するステップとをさらに含み得る。
【００１７】
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、前記バッテリの少なくとも１つの内部状態を推定するステップと、前記バッテリの現在ＳＯＣから予め定義されたＳＯＣに前記バッテリを充電させる場合、前記推定された内部状態を予め定義された限界状態に達するように最大許容電流を生成するステップとをさらに含み、前記複数の充電電流を生成するステップは、前記最大許容電流を超えないように複数の充電電流を生成するステップを含み得る。
【００１８】
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、前記最大許容電流及び前記要求充電時間に基づいて、前記要求充電時間内に前記バッテリを充電させるか否かを判断するステップをさらに含み得る。
【００１９】
一実施形態によれば、前記複数の充電電流を生成するステップは、前記バッテリの要求充電容量及び前記要求充電時間に基づいて、平均充電電流を生成するステップと、前記平均充電電流に基づいて、充電ステップの個数及び前記充電ステップの複数の充電電流を生成するステップとを含み得る。
【００２０】
一実施形態によれば、前記個数及び前記複数の充電電流は、前記バッテリのＳＯＨにさらに基づいて生成され得る。
【００２１】
一実施形態によれば、前記複数の充電電流を生成するステップは、前記平均充電電流に対応するルックアップテーブル又は予め定義された電流範囲に基づいて、充電ステップの個数及び前記充電ステップの複数の充電電流を生成するステップを含み得る。
【００２２】
一実施形態によれば、前記充電プロファイルを生成するステップは、前記電気化学モデルに基づいて、前記複数の充電電流が印加された前記バッテリの前記充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態を推定するステップと、前記推定された内部状態が前記充電制限条件内の前記充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態条件に達するか否かに基づいて、前記複数の充電電流の複数の充電時間を生成するステップとを含み得る。
【００２３】
一実施形態によれば、前記複数の充電時間を生成するステップは、第１充電ステップの第１最大充電時間内で、前記第１充電ステップの第１充電電流が印加された前記バッテリの少なくとも１つの第１内部状態が、前記第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達するか否かを判断するステップと、前記第１内部状態が前記第１内部状態条件に達する場合、前記第１内部状態が前記第１内部状態条件に達する時点に基づいて、前記第１充電電流の第１充電時間を判断するステップと、前記第１内部状態が前記第１内部状態条件に達しない場合、前記第１最大充電時間に基づいて前記第１充電電流の第１充電時間を判断するステップと、前記第１充電時間及び前記第１充電ステップの次のステップである第２充電ステップの第２充電時間に基づいて、前記複数の充電電流の複数の充電時間を生成するステップとを含み得る。
【００２４】
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、前記充電プロファイルに基づいて前記バッテリを充電させるステップをさらに含み、前記バッテリを充電させるステップは、現在の充電ステップの現在の充電電流が印加された前記バッテリの少なくとも１つの現在の内部状態を推定するステップと、前記推定された現在の内部状態が前記現在の充電ステップの少なくとも１つの内部状態条件に達するか否かに基づいて、前記現在の充電電流の次の充電電流を前記バッテリに印加するステップとを含み得る。
【００２５】
一実施形態によれば、前記バッテリの前記要求充電時間は、ユーザによって入力された時間値、装置−提供時間、データベースから受信された時間値、及び外部サーバから受信された時間値のうち少なくとも１つを含み得る。
【００２６】
一実施形態に係るバッテリ充電方法は、バッテリの要求充電時間を受信するステップと、前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成するステップと、前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得するステップと、前記バッテリの少なくとも１つの内部状態及び前記充電制限条件に基づいて前記バッテリを充電させるステップとを含み得る。
【００２７】
一実施形態によれば、前記バッテリを充電させるステップは、第１充電ステップの第１充電電流を前記バッテリに印加して前記バッテリを充電させるステップと、前記バッテリの電流、電圧、及び温度を取得するステップと、前記取得された電流、電圧、及び温度に基づいて前記バッテリの少なくとも１つの第１内部状態を推定するステップと、前記推定された第１内部状態が前記第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達するか否かを判断するステップと、前記判断の結果に基づいて、前記第１充電ステップの次のステップである第２充電ステップの第２充電電流に前記バッテリを充電させるか否かを判断するステップとを含み得る。
【００２８】
一実施形態によれば、前記バッテリを充電させるステップは、前記第１充電電流を前記バッテリに印加して前記バッテリを充電させた時間が前記第１充電ステップの第１最大充電時間に達するか否かを判断するステップと、前記バッテリを充電させた前記時間が前記第１最大充電時間に達するか否かに対する判断の結果に基づいて、前記第２充電電流に前記バッテリを充電させるか否かを判断するステップとをさらに含み得る。
【００２９】
一実施形態に係るバッテリ充電装置は、バッテリの要求充電時間を受信し、前記要求充電時間に基づいて前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成し、前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得し、前記充電制限条件に基づいて、前記複数の充電電流及び前記複数の充電電流の複数の充電時間を含む充電プロファイルを生成するプロセッサを含む。
【００３０】
一実施形態に係るバッテリ充電装置は、バッテリの要求充電時間を受信し、前記要求充電時間に基づいて、前記バッテリを充電させるための複数の充電ステップの複数の充電電流を生成し、前記バッテリの電気化学モデル及び前記要求充電時間に基づいて、前記充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件を取得し、前記バッテリの少なくとも１つの内部状態及び前記充電制限条件に基づいて前記バッテリを充電させるプロセッサを含む。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、バッテリ充電技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明する概略図である。
【図２】一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】一実施形態に係る最大許容電流の生成動作を説明するための図である。
【図４Ａ】一実施形態に係る充電電流の生成及び充電制限条件による充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図４Ｂ】一実施形態に係る充電電流の生成及び充電制限条件による充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図５Ａ】一実施形態に係る充電制限条件の最適化動作を説明するための図である。
【図５Ｂ】一実施形態に係る充電制限条件の最適化動作を説明するための図である。
【図６】一実施形態に係る充電制限条件の最適化動作を説明するための図である。
【図７Ａ】一実施形態に係るバッテリの劣化が反映された充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図７Ｂ】一実施形態に係るバッテリの劣化が反映された充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図７Ｃ】一実施形態に係るバッテリの劣化が反映された充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図７Ｄ】一実施形態に係るバッテリの劣化が反映された充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図８】一実施形態に係る充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【図９】一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】一実施形態に係る充電プロファイルとバッテリの内部状態を説明するための図である。
【図１１】一実施形態に係るバッテリ充電装置の動作を説明するための図である。
【図１２】一実施形態に係るバッテリ充電装置の構成の例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
実施形態に対する特定な構造的又は機能的な説明は単に例示することを目的として開示されたものとして、様々な形態に変更されてもよい。したがって、実施形態は特定な開示形態に限定されるものではなく、本明細書の範囲は技術的な思想に含まれる変更、均等物ないし代替物を含む。
【００３４】
第１又は第２などの用語を複数の構成要素を説明するために用いることがあるが、このような用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ解釈されなければならない。例えば、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素は第１構成要素にも命名することができる。
【００３５】
単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【００３６】
異なるように定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
【００３７】
以下、実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００３８】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、電気化学モデルによるバッテリの内部状態に基づいて、与えられた充電時間内にバッテリを急速に充電しながらバッテリの劣化を防止するための充電波形を生成する。バッテリ充電装置は、生成された充電波形を用いてバッテリを充電し得る。バッテリ充電装置は、与えられた充電時間内でバッテリを充電させながら急速充電によるバッテリの劣化を最小化するためにバッテリに関する境界条件を導出し、導出された境界条件を用いてバッテリを充電する。バッテリ充電装置は、電気化学モデルに基づいてバッテリの内部状態を推定し、推定された内部状態を用いてバッテリの充電を制御する。
【００３９】
一実施形態によれば、ユーザが所望する充電時間が入力された場合、バッテリ充電装置は、入力された充電時間内の充電可否を判断することができる。バッテリ充電装置は、推定されたバッテリの内部状態と境界条件に基づいてユーザから入力された充電時間を満たしながら、バッテリ寿命特性の優れた充電プロファイルを導き出すことができる。ここで、与えられた充電時間を要求充電時間と称し、境界条件を充電制限条件と称する。
【００４０】
要求充電時間は、ユーザ又は管理者によって入力又は設定され、バッテリの充電システムによって自主的に設定され、設計意図に応じて予め設定されてもよい。例えば、バッテリの急速充電モードに対応する要求充電時間は、充電を完了するように予め設定された時間であってもよく、バッテリ充電装置は、急速充電モードに応答して自動で予め設定された時間内でのバッテリの充電可否を判断したり、充電プロファイルを生成してバッテリを充電し得る。以下、図１及び図２を参照して、一実施形態に係るバッテリ充電方法の全般的な内容が説明される。図３を参照して、一実施形態に係る最大許容電流に関する内容が説明される。図４Ａ及び図４Ｂを参照して、一実施形態に係る充電電流及び充電制限条件に関する内容が説明される。図５Ａ及び図５Ｂを参照して、一実施形態に係る充電制限条件の最適化動作に関する内容が説明される。図７Ａ〜図７Ｄを参照して、一実施形態に係るバッテリの劣化が反映された充電プロファイルに関する内容が説明される。図８を参照して、充電プロファイルの生成に関する内容が説明される。図９を参照して、一実施形態に係るバッテリ充電方法が説明される。図１０を参照して、一実施形態に係るバッテリの内部状態に関する内容が説明される。図１１を参照して、一実施形態に係るバッテリ充電方法の適用例が説明され、図１２を参照して、一実施形態に係るバッテリ充電装置の構成が説明される。
【００４１】
図１は、一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明する概略図であり、図２は、一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。
【００４２】
バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の要求充電時間１０１を受信する（Ｓ２０１）。ここで、バッテリ１０５の要求充電時間１０１を受信することは、ユーザの入力に基づいた値を受信したり、システム自体的に予め設定された値を取得したり、内部又は外部のデータベース化されたメモリ又はサーバから特定値を取得又は受信するという概念を含む。データベースは、バッテリ充電装置に含まれたメモリにおいて具現化されたり、バッテリ充電装置と有線、無線、又はネットワークなどに接続可能なサーバなどの外部装置（図示せず）として実現される。
【００４３】
一実施形態によれば、ユーザは、バッテリ１０５の充電を完了させようとする期待時間をユーザインターフェースを介して入力し、バッテリ充電装置は、ユーザの入力に基づいてバッテリ１０５の要求充電時間１０１を受信する。又は、ユーザは、急速充電モードの命令をユーザインターフェースを介して入力し、バッテリ充電装置は、急速充電モードに対応する要求充電時間１０１を受信する。
【００４４】
バッテリ充電装置は、バッテリ１０５を充電する装置として、ソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール、又はその組み合せで実現される。例えば、バッテリ充電装置は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）によって実現されてもよい。ＢＭＳは、バッテリ１０５を管理するシステムとして、例えば、バッテリ１０５の状態をモニタリングし、バッテリ１０５が動作する最適化された条件を維持してバッテリ１０５の切り替え時期を予測し、バッテリ１０５の問題を発見してバッテリ１０５に関する制御又は命令信号を生成して、バッテリ１０５の状態又は動作を制御することができる。
【００４５】
バッテリ１０５は、充電によって電力を格納する蓄電器又は２次電池を含み、バッテリ１０５を採用している装置は、バッテリ１０５から負荷に電力を供給する。負荷は、電力を消費する主体として、外部から供給される電力を消費し、例えば、特定電圧で電流が流れる回路を用いて電力を消費する電熱器、ランプ、電気自動車のモータなどを含む。
【００４６】
バッテリ充電装置は、要求充電時間１０１に基づいてバッテリ１０５を充電させるための充電ステップの充電電流１０２を生成する（Ｓ２０２）。バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の内部状態と要求充電時間１０１に基づいて充電ステップの個数と充電電流１０２を生成するが、ここで、充電電流に関する詳しい内容は、図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照して後述する。
【００４７】
バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の電気化学モデル及び要求充電時間１０１に基づいて、充電ステップごとの最大充電時間及び少なくとも１つの内部状態条件を含む充電制限条件１０３を取得する（Ｓ２０３）。充電制限条件１０３は、バッテリ１０５の劣化を防止しながらバッテリ１０５を要求充電時間１０１の間に充電させるため、バッテリ１０５の充電を制限する条件として、例えば、充電ステップの充電電流ごとにそれぞれ定義される。
【００４８】
充電制限条件１０３は、充電ステップごとの内部状態条件を含む。内部状態条件は、バッテリ１０５の劣化に影響を及ぼす少なくとも１つの内部状態に基づいて電気化学モデルから定義される。内部状態条件は、バッテリ１０５の負極過電位条件、正極過電位条件、負極表面リチウムイオン濃度条件、正極表面リチウムイオン濃度条件、セル電圧条件、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）条件のうち少なくとも１つを含む。
【００４９】
バッテリ１０５が充電されることにより内部状態条件のいずれか１つの条件に達すれば、バッテリ１０５が劣化に導かれることがあるため、バッテリ充電装置は、内部状態条件を用いて充電プロファイルを生成したり、バッテリ１０５の充電を制御する。例えば、バッテリ１０５の負極過電位が０．０５Ｖ以下である場合、バッテリ１０５の劣化が発生すると判断されれば、負極過電位条件は０．０５Ｖに基づいた過電位値を超過した条件として定義される。劣化条件は、バッテリの内部状態が達すれば劣化を引き起こす条件であるが、ここで、負極過電位０．０５Ｖは、バッテリ１０５の負極過電位が達すれば劣化を引き起こす劣化条件である。バッテリ１０５の負極過電位条件は、劣化条件０．０５Ｖと電気化学モデルに基づいて定義され、最適化される。ただし、内部状態条件は、上記する例示に制限されることなく、バッテリ１０５の劣化に影響を及ぼす内部状態を定量化した様々な表現が採用され得る。
【００５０】
過電位は、バッテリ１０５の各電極で挿入／脱離反応に関する平衡電位からの離脱による電圧降下である。上述したリチウムイオン濃度は、バッテリ１０５の各電極の活物質のうち物質がリチウムイオン（Ｌｉ＋）である場合の濃度であり、活物質のうち物質にはリチウムイオンの以外に他の物質が採用されてもよい。
【００５１】
ＳＯＣは、バッテリ１０５の充電状態を示すパラメータである。ＳＯＣは、バッテリ１０５に格納されたエネルギーがどの程度であるかを示すため、パーセント（％）単位を使用して０〜１００％にその量が表示される。例えば、０％は完全放電状態であり、１００％は完全充電状態を意味するが、このような表現方式は、設計意図や実施形態によって様々に変形されて定義される。ＳＯＣを推定又は測定する方式として様々な方法が採用される。
【００５２】
バッテリ１０５は、リチウムイオン（Ｌｉ＋）が挿入／脱離（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ／ｄｅ−ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）される２つの電極（正極及び負極）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）が移動できる媒質である電解質、正極と負極を物理的に分離して電子が直接的に流れないようにし、イオンは通過させる分離膜、電気化学反応によって生成される電子を集めたり、電気化学反応に必要な電子を供給する集電体から構成される。正極は正極の活物質を含み、負極は負極の活物質を含むが、例えば、正極の活物質としてＬｉＣｏＯ２が使用され、負極の活物質として黒鉛Ｃ６が使用されてもよい。バッテリ１０５の充電時には、正極から負極にリチウムイオン（Ｌｉ＋）が移動し、バッテリ１０５の放電時には負極から正極にリチウムイオン（Ｌｉ＋）が移動するため、充放電により正極の活物質に含まれるリチウムイオン（Ｌｉ＋）の濃度、及び負極の活物質に含まれるリチウムイオン（Ｌｉ＋）の濃度が変化する。
【００５３】
このようなバッテリ１０５の内部状態を表現するために、電気化学モデルが様々な方式で採用され得る。例えば、電気化学モデルには、単一粒子モデル（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｍｏｄｅｌ；ＳＰＭ）だけではなく、様々な応用モデルが採用され、電気化学モデルを定義するパラメータも設計意図に応じて多様に変形され得る。内部状態条件は、バッテリ１０５の電気化学モデルから導出され、試験的又は経験的に導出され、ここで、内部状態条件を定義する方式は制限されることはない。
【００５４】
充電制限条件１０３は、充電ステップごとの最大充電時間を含む。最大充電時間は、該当の充電ステップの充電電流にバッテリ１０５を充電させる最大時間の条件である。上述したように、充電ステップごとの内部状態条件と最大充電時間は、バッテリ１０５の劣化防止と要求充電時間１０１の間にバッテリ１０５の充電完了といった２つの目的を達成するように設定された条件であって、反復的な調整により最適化される。充電制限条件１０３の最適化動作は、図５Ａ、図５Ｂ及び図６を参照して後述する。
【００５５】
バッテリ充電装置は、充電制限条件１０３に基づいて充電電流及び充電電流の充電時間を含む充電プロファイル１０４を生成する（Ｓ２０４）。充電プロファイル１０４は、充電のために電流を供給するポリシを意味する。
【００５６】
充電プロファイル１０４は、充電ステップごとの複数の充電電流と該当の充電電流を印加する時間である充電時間として定義される。例えば、充電プロファイル１０４は、Ｓｔｅｐ１において、Ｉ１の電流でＴ１時間の期間にバッテリ１０５を充電させ、Ｓｔｅｐ２において、Ｉ２の電流でＴ２時間の期間にバッテリ１０５を充電させる動作などのシーケンスで表現できる。ここで、充電電流は、Ａ、ｍＡなどのように多様に表現されてもよい。又は、充電プロファイル１０４は、充電のためのＣ−ｒａｔｅのシーケンスで定義されてもよい。Ｃ−ｒａｔｅは、ｃｕｒｒｅｎｔ  ｒａｔｅの略語として、バッテリ容量による電流の充放電率を示すバッテリ関連特性を意味し、一般的には［Ｃ］の単位が用いられる。例えば、バッテリの容量（１時間の期間に使用できる電流量）が１０００ｍＡｈであり、充放電電流が１Ａである場合、Ｃ−ｒａｔｅは、１Ｃ＝１Ａ／１０００ｍＡｈとなる。
【００５７】
バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の劣化程度が反映された充電プロファイル１０４を生成する。例えば、バッテリ１０５の内部状態を推定したり、充電制限条件を取得したり、充電プロファイルを生成するために活用される電気化学モデルには、バッテリ１０５の劣化因子が適用される。バッテリ１０５の劣化因子は、バッテリ１０５の劣化程度を示す因子であって、負極表面の抵抗、正極表面の抵抗、負極活物質の減少、正極活物質の減少のうち少なくとも１つを含む。
【００５８】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリ１０５のＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）を推定し、推定されたＳＯＨに基づいてバッテリ１０５の劣化因子を取得し、取得された劣化因子を電気化学モデルに適用する。ＳＯＨは、経時変化（ａｇｉｎｇ）効果（劣化現象）によるバッテリ１０５の寿命特性の変化を定量的に示すパラメータであって、バッテリ１０５の寿命又は容量がどれ程度退化したかを示す。ＳＯＨを推定又は測定する方式として様々な方法が採用される。バッテリ１０５の劣化程度が反映されることにより、電気化学モデルのパラメータは変形され得る。
【００５９】
バッテリ１０５の劣化程度は、電気化学モデルだけではなく、充電電流１０２、充電制限条件１０３を最適化するために活用される関数又は変数のうち少なくとも１つに反映され得る。バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の劣化程度が反映された充電制限条件１０３を取得し、劣化程度が反映された充電制限条件１０３に基づいて充電プロファイル１０４を生成する。例えば、バッテリ１０５の劣化程度が反映されることにより充電プロファイルが変形される。バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の劣化を防止しながら要求充電時間１０１の期間にバッテリ１０５を充電させるための充電制限条件１０３を取得し、バッテリ１０５の劣化程度を反映した充電プロファイルを１０４を生成する。したがって、バッテリ充電装置は、バッテリ１０５の劣化程度を考慮して、バッテリ１０５の劣化防止及び要求充電時間１０１内に充電完了するための充電プロファイルを１０４を生成し得る。充電プロファイルに関する詳しい内容は、図７Ａ〜図７Ｄ及び図８を参照して後述する。
【００６０】
図３は、一実施形態に係る最大許容電流の生成動作を説明するための図である。
【００６１】
バッテリ充電装置は最大許容電流を生成し、充電プロファイルの充電電流の生成時に最大許容電流を考慮する。例えば、バッテリ充電装置は、最大許容電流を超えないよう充電電流を生成する。
【００６２】
バッテリ充電装置は、電気化学モデルを用いてバッテリの少なくとも１つの内部状態を推定する。バッテリ充電装置は、バッテリの現在ＳＯＣから予め定義されたＳＯＣでバッテリを充電させる場合、推定された内部状態を予め定義された限界状態に達するようにする最大許容電流を生成する。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリを予め定義されたＳＯＣで充電させる場合、バッテリの負極（正極）過電位又は負極（正極）のリチウムイオン濃度が予め設定された限界値に達する最大許容電流を算出する。図３を参照すれば、バッテリ充電装置は、バッテリのＳＯＣを３０％ＳＯＣ３０１になるようバッテリを充電させた場合、負極過電位が０．０１Ｖ３０２に達するようにする５．９４Ａ（１．８Ｃ）３０３を最大許容電流として算出できる。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリの劣化程度に基づいて最大許容電流を算出する。例えば、予め定義されたＳＯＣ及び予め定義された限界状態は、バッテリの劣化程度に基づいて調整され、バッテリ充電装置は、バッテリの劣化因子が適用された電気化学モデルを用いてバッテリの状態を推定し、推定されたバッテリの状態に基づいて最大許容電流を生成し得る。
【００６３】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、最大許容電流及び要求充電時間に基づいて、要求充電時間内にバッテリを充電させるか否かを判断する。バッテリ充電装置は、要求充電時間内にバッテリを充電させると判断される場合、バッテリの充電のための充電プロファイルを生成し得る。
【００６４】
図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態に係る充電電流の生成及び充電制限条件による充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【００６５】
バッテリ充電装置は、要求充電容量及び要求充電時間に基づいて、平均充電電流を生成する。バッテリ充電装置は、バッテリの現在ＳＯＣを推定し、推定された現在ＳＯＣと充電の完了によるＳＯＣ（例えば、完全充電時１００％）に基づいて要求充電容量を算出する。バッテリ充電装置は、数式（１）を用いて平均充電電流を生成する。
【００６６】
平均充電電流（Ａ）＝要求充電容量（Ａｈ）／要求充電時間（ｈ）    （１）
【００６７】
バッテリ充電装置は、平均充電電流に基づいて充電ステップの個数及び充電ステップの充電電流を生成する。図４Ａを参照すれば、バッテリ充電装置は、平均充電電流ごとのルックアップテーブル又は平均充電電流ごとの予め定義された電流範囲に基づいて、充電ステップの個数及び充電ステップの充電電流を生成する。バッテリ充電装置は、充電ステップの個数及び充電ステップの充電電流を生成するためにバッテリのＳＯＨを考慮する。
【００６８】
生成された平均充電電流が２．０Ａ〜２．３Ａの範囲内にあり、推定されたＳＯＨがＳＯＨ＃１に対応する場合、バッテリ充電装置は、ルックアップテーブルから充電電流４０１を生成する。図４Ａを参照すれば、複数の平均充電電流とＳＯＨに対応する充電ステップごとの充電電流がルックアップテーブルに定義され、バッテリ充電装置は、特定の平均充電電流と特定のＳＯＨに基づいて充電電流を生成する。平均充電電流ごとに構成されたルックアップテーブルの実施形態には、設計意図に応じて様々な方式が採用され得る。
【００６９】
バッテリ充電装置は、充電電流４０１に基づいて充電制限条件４０２を取得する。ここで、充電制限条件４０２は、電気化学モデルに基づいて推定されたバッテリの内部状態により定義され、上述したように最大充電時間と内部状態条件のうち少なくとも１つが調整されて最適化され、電気化学モデルには劣化因子が適用され得る。
【００７０】
図４Ｂを参照すれば、バッテリ充電装置は、取得された充電制限条件４０２に基づいて充電プロファイルを生成する。バッテリ充電装置は、電気化学モデルに基づいて充電電流４０１が印加されたバッテリの充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態を推定する。バッテリ充電装置は、推定された内部状態が充電制限条件４０２内の充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態条件に達するか否かに基づいて、複数の充電電流の複数の充電時間を生成する。図４Ｂに示す充電プロファイルによれば、バッテリが第１充電電流で充電される第１充電ステップで、バッテリの充電時間が最大充電時間に達したり、バッテリの内部状態が内部状態条件のいずれか１つに達する時点に、第１充電ステップから第２充電ステップに転換され得る。
【００７１】
図５Ａ及び図５Ｂは、一実施形態に係る充電制限条件の最適化動作を説明するための図である。
【００７２】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリの劣化条件及び電気化学モデルに基づいて初期化された充電制限条件を最適化する。上述したように、バッテリ充電装置は、バッテリを充電させるための充電ステップの充電電流を生成し、生成された充電電流に基づいて充電制限条件を初期化する。例えば、バッテリ充電装置は、平均電流及びＳＯＨに対応するルックアップテーブルから充電制限条件を取得してもよい。
【００７３】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリの劣化条件及び電気化学モデルに基づいてバッテリの劣化を防止しながら、バッテリを要求充電時間の期間に充電するように、初期化された充電制限条件を最適化する。上述したように、劣化条件は、バッテリの内部状態が達すれば劣化を引き起こす条件であり、電気化学モデルに基づいて定義された理論的又は試験的な値であり得る。
【００７４】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、電気化学モデルに基づいて充電電流が印加されたバッテリの充電ステップごとの少なくとも１つの内部状態を推定する。バッテリ充電装置は、推定された内部状態に基づいて初期化された充電制限条件内の内部状態条件及び最大充電時間のうち少なくとも１つを調整する。バッテリ充電装置は、内部状態条件及び最大充電時間のうち少なくとも１つを調整するために、劣化条件を活用することができる。
【００７５】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、初期化された充電制限条件内の内部状態条件及び内部状態条件に対応する劣化条件を取得する。バッテリ充電装置は、初期化された内部状態条件及び取得された劣化条件の差がそれぞれ入力される関数から関数値を生成する。例えば、バッテリ充電装置は、最小負極過電位と最小負極過電位に対応する劣化条件の差から第１関数値が生成される第１関数を取得し、最大負極表面リチウムイオン濃度と最大負極表面リチウムイオン濃度に対応する劣化条件の差から、第２関数値が生成される第２関数を取得し、残りの内部状態条件に対応する関数を取得する。バッテリ充電装置は、取得された関数から関数値を生成する。
【００７６】
図５Ａを参照すれば、関数は劣化条件と充電制限条件との間の差が大きくなるほど、関数値が小さくなるよう定義されている。内部状態条件に対応する関数は、内部状態条件と劣化条件との間の差が大きくなるほど、関数値が小さくなるようそれぞれ定義されている。図５Ｂを参照すれば、充電制限条件の最適化のための関数には、反比例関数のみならず、線形関数、逆関数、指数関数、及びガウシアン関数が採用されてもよい。充電制限条件の最適化のための関数は、示された例示に限定されることなく様々に応用できる。
【００７７】
バッテリ充電装置は、バッテリを要求充電時間の期間に充電させる条件で、内部状態条件に対応する関数の関数値の和を最小化するように、電気化学モデルに基づいて内部状態条件のうち少なくとも１つを調整する。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリを要求充電時間の期間に充電させる条件で、バッテリの劣化が最小になるように、充電制限条件内の最大充電時間のうち少なくとも１つを調整する。バッテリ充電装置は、バッテリの劣化程度を考慮して、充電制限条件内の最大充電時間及び内部状態条件のうち少なくとも１つを調整する。上述した劣化条件及び初期化された充電制限条件のうち少なくとも１つは、バッテリのＳＯＨに基づいて設定し、バッテリ充電装置は、バッテリのＳＯＨによる劣化因子が適用された電気化学モデルを用いて充電制限条件を最適化できる。バッテリ充電装置は、充電制限条件内の最大充電時間及び内部状態条件のうち少なくとも１つの調整動作を繰り返して充電制限条件を最適化することができる。
【００７８】
図６は、一実施形態に係る充電制限条件の最適化動作を説明するための図である。
【００７９】
バッテリ充電装置は、充電プロファイルによる充電時間を推定する。バッテリ充電装置は、推定された充電時間と要求充電時間の比較結果と、上述した関数値との和に基づいて充電制限条件の調整動作を繰り返し、充電制限条件を最適化することができる。
【００８０】
図６を参照すれば、バッテリ充電装置は、充電制限条件６０１内の内部状態条件６１１を調整し、内部状態条件６１１に達する充電時間６１２に基づいて充電プロファイル６０２を生成する。バッテリ充電装置は、充電制限条件６０３内の内部状態条件６１３を調整し、内部状態条件６１３に達する充電時間６１４に基づいて充電プロファイル６０４を生成する。バッテリ充電装置は、充電制限条件６０５内の内部状態条件６１５を調整し、内部状態条件６１５に達する充電時間６１６に基づいて充電プロファイル６０６を生成する。バッテリ充電装置は、充電制限条件の最適化過程で充電プロファイル６０２、６０４、及び６０６を導出し、各充電プロファイル６０２、６０４、及び６０６に対応する充電時間と関数値の和に基づいて充電制限条件を最適化できる。バッテリ充電装置は充電時間が６５分であり、関数値の和が２．０１２６である充電プロファイル６０４に対応する充電制限条件６０３を最適化された充電制限条件として決定する。
【００８１】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、最適化された充電制限条件から充電プロファイルを生成し、生成された充電プロファイルを用いてバッテリを充電させ得る。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリを充電させながらバッテリの状態を推定し、推定されたバッテリの状態と最適化された充電制限条件とを比較して充電プロファイルを生成し得る。
【００８２】
図７Ａ〜図７Ｄは、一実施形態に係るバッテリの劣化が反映された充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【００８３】
バッテリ充電装置は、バッテリの劣化程度及び充電制限条件に基づいて、充電プロファイルを生成する。図７Ａ〜図７Ｃを参照すれば、バッテリ充電装置は、充電制限条件７０１に対応する充電プロファイル７０２、７０３、及び７０４を生成するが、同じ充電制限条件７０１を用いるにも関わらず、充電回数に応じて互いに異なる充電プロファイル７０２、７０３、及び７０４を生成してもよい。バッテリ充電装置は、充電制限条件７０１に基づいて２番目の充電プロファイル７０２を生成し、充電制限条件７０１に基づいて２００番目の充電プロファイル７０３を生成し、充電制限条件７０１に基づいて５００番目の充電プロファイル７０４を生成する。図７Ｄを参照すれば、充電回数に応じて充電プロファイル７０５がそれぞれ異なるよう生成されることが確認された。バッテリの充電回数が多いほどバッテリの劣化程度が高くなる。バッテリの劣化程度は、ＳＯＨによって表現される。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、劣化因子が適用された電気化学モデルからバッテリの状態を推定し、推定された状態と充電制限条件７０１から充電回数に応じて互いに異なる充電プロファイル７０５を生成する。
【００８４】
特定充電制限条件による充電プロファイルがバッテリの劣化程度（例えば、バッテリの充電回数）によって相違するように生成される実施形態について説明されたが、バッテリ充電装置は、バッテリの劣化程度に応じて充電制限条件を相違するように定義し、バッテリの劣化因子が適用された電気化学モデルを用いて特定の劣化程度に対応する充電制限条件を最適化し、最適化された充電制限条件から充電プロファイルを生成することができる。
【００８５】
図８は、一実施形態に係る充電プロファイルの生成動作を説明するための図である。
【００８６】
バッテリ充電装置は、特定の充電ステップでバッテリの内部状態を推定する。バッテリ充電装置は、推定された内部状態が特定充電ステップの内部状態条件のいずれか１つに達するか否かに基づいて、特定充電ステップの充電電流の充電時間を生成し得る。
【００８７】
図８を参照すれば、バッテリ充電装置は、第１充電ステップの第１最大充電時間内で、第１充電ステップの第１充電電流８０１が印加されたバッテリの少なくとも１つの第１内部状態が、第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達するか否かを判断する。
【００８８】
バッテリ充電装置は、バッテリの少なくとも１つの第１内部状態が第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達する場合、バッテリの少なくとも１つの第１内部状態が第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達する時点８０２に基づいて、第１充電電流８０１の第１充電時間を判断し得る。バッテリ充電装置は、時点８０２の後から第２充電ステップの第２充電電流８０３をバッテリに印加するように充電プロファイルを生成する。
【００８９】
バッテリ充電装置は、バッテリの少なくとも１つの第１内部状態が第１充電ステップの少なくとも１つの第１内部状態条件に達しない場合、第１充電電流８０１の充電時間が第１充電ステップの第１最大充電時間に達する時点８０４に基づいて、第１充電電流８０１の第１充電時間を判断し得る。バッテリ充電装置は、時点８０４の後から第２充電ステップの第２充電電流８０５をバッテリに印加するように充電プロファイルを生成する。バッテリ充電装置は、電気化学モデルから推定されたバッテリの状態に基づいて各充電ステップごとの充電時間を生成し、生成された充電時間による充電プロファイルを生成する。
【００９０】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、生成された充電プロファイルに基づいて、バッテリを充電させ、バッテリの充電過程でバッテリの状態を推定し、推定された状態と充電プロファイルによる充電制限条件とを比較して、充電プロファイルを調整する。バッテリ充電装置は、現在充電ステップの現在の充電電流が印加されたバッテリの少なくとも１つの現在の内部状態を電気化学モデルから推定し得る。バッテリ充電装置は、推定された現在の内部状態が現在の充電ステップの少なくとも１つの内部状態条件に達するか否かに基づいて、最大充電時間の期間に現在の充電電流をバッテリに印加したり、現在の充電電流の次の充電電流を前記バッテリに印加してもよい。
【００９１】
一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、バッテリの電気化学モデル及び要求充電時間に基づいて充電制限条件を取得し、取得された充電制限条件を用いてバッテリを充電し得る。バッテリ充電制限条件は、バッテリの状態を推定し、推定された状態と充電制限条件に基づいてバッテリを充電する。この場合、バッテリ充電が進行される過程で充電プロファイルが生成されてもよい。
【００９２】
図９は、一実施形態に係るバッテリ充電方法を説明するためのフローチャートである。図９を参照すれば、バッテリが充電器に接続され（Ｓ９０１）、バッテリ充電装置は予め設定された条件で充電電流を印加する（Ｓ９０２）。ここで、印加される充電電流は、バッテリの状態を推定するための電流である。バッテリ充電装置は、バッテリの電流、電圧、及び温度を推定又は測定する（Ｓ９０３）。バッテリの電流、電圧、及び温度を推定又は測定する動作には様々な方式が採用され得る。バッテリ充電装置は、バッテリのＳＯＣ、ＳＯＨ、及び内部状態を推定し（Ｓ９０４）、最大許容電流を算出する（Ｓ９０５）。バッテリのＳＯＣ、ＳＯＨ及び内部状態の推定において電気化学モデルが活用され、最大許容電流の算出動作には上述した内容が適用され得る。
【００９３】
バッテリ充電装置は、所望する充電時間が入力されたか否かを判断し（Ｓ９０６）、判断結果に基づいて入力された充電時間内の充電の可否を判断する（Ｓ９０７）。バッテリ充電装置は、判断結果に基づいてデフォルトモードの設定（Ｓ９２２）に応じてバッテリを充電できるが、ここで、デフォルトモードは、入力された充電時間内の充電が不可能な場合に動作するモードとして、例えば、緩速充電方式のモードであってもよい。
【００９４】
バッテリ充電装置は、平均充電電流を算出し（Ｓ９０８）、充電ステップの個数及び充電ステップごとの充電電流を決定し（Ｓ９０９）、充電制限条件を初期化する（Ｓ９１０）。バッテリ充電装置は、充電ステップごとの充電時間と充電制限条件に対応する判断関数値を導出する（Ｓ９１１）。ここで、判断関数値は、充電制限条件の最適化のための関数値としての上記の関数値である。
【００９５】
バッテリ充電装置は、充電制限条件の最適化が充電制限条件の最適化を終了するための条件に達したか否かを判断する（Ｓ９１２）。バッテリ充電装置は、充電制限条件の最適化が充電制限条件の最適化を終了するための条件に達しない場合、充電制限条件を修正する（Ｓ９１３）。一実施形態によれば、バッテリ充電装置は、充電制限条件内の値の調整回数、関数値の変化量、関数値の大きさ、及び調整された値の数のうち少なくとも１つに基づいて最適化の終了可否を判断する。ここで、最適化の終了可否を判断する基準は、設計意図に応じて多様に変形されてもよい。
【００９６】
バッテリ充電装置は、充電制限条件の最適化を完了し（Ｓ９１４）、１番目の充電ステップによる充電動作を行う（Ｓ９１５）。バッテリ充電装置は、現在の充電ステップによる定電流でバッテリを充電させ（Ｓ９１６）、バッテリの電流、電圧、温度及び内部状態を測定又は推定する（Ｓ９１７）。バッテリ充電装置は、バッテリの内部状態が充電制限条件に達するか否かを判断し（Ｓ９１８）、判断結果に応じて充電ステップのインデックスを更新する（Ｓ９１９）。バッテリ充電装置は、現在の充電ステップが最後の充電ステップであるか否かを判断し（Ｓ９２０）、判断結果に応じて充電を完了する（Ｓ９２１）。
【００９７】
図１０は、一実施形態に係る充電プロファイルとバッテリの内部状態を説明するための図である。図１０を参照すれば、バッテリ充電装置は、上述した方式に係る充電プロファイルを用いてバッテリを充電させて充電によるバッテリの内部状態を推定し、例えば、バッテリの電圧、過電位、ＳＯＣ、正極リチウムイオン濃度、及び負極リチウムイオン濃度を推定する。バッテリ充電装置は、推定されたバッテリの内部状態と充電制限条件を用いてバッテリの充電を制御し得る。
【００９８】
図１１は、一実施形態に係るバッテリ充電装置の動作を説明するための図である。図１１を参照すれば、バッテリ充電装置１１０１は、車両のバッテリ１１０２の充電を制御する。バッテリ充電装置１１０１は、推定器１１０３を用いてバッテリ１１０２の状態を推定し、ＢＭＳ１１０４を用いてバッテリの充電を制御する。バッテリ充電装置１１０１は、ディスプレイ１１０５を介してバッテリ１１０２の充電のためのユーザインターフェースを提供する。一実施形態によれば、バッテリ充電装置１１０１は、ユーザインターフェースを通した入力に基づいて要求充電時間を取得する。バッテリ充電装置１１０１は、ディスプレイ１１０５を介してバッテリ１１０２の充電に関する情報を表示する。
【００９９】
図１２は、一実施形態に係るバッテリ充電装置の構成の例示図である。図１２を参照すれば、バッテリ充電装置１２０１は、プロセッサ１２０２及びメモリ１２０３を含む。プロセッサ１２０２は、図１〜図１１を参照して上述した少なくとも１つの装置を含んだり、図１〜図１１を参照して上述した少なくとも１つの方法を行ってもよい。メモリ１２０３は、バッテリ充電方法が具現化されたプログラムを格納する。メモリ１２０３は、揮発性メモリ又は不揮発性メモリであってもよい。
【０１００】
プロセッサ１２０２はプログラムを実行し、バッテリ充電装置１２０１を制御する。プロセッサ１２０２によって実行されるプログラムのコードは、メモリ１２０３に格納されてもよい。バッテリ充電装置１２０１は、入出力装置（図示せず）によって外部装置（例えば、パーソナルコンピュータ又はネットワーク）に接続され、データを交換する。バッテリ充電時に上述した実施形態により生成された充電プロファイルを用いる場合、要求充電時間に合わせてバッテリが充電され得る。また、上述した充電プロファイルでバッテリを充電する場合、バッテリの急速充電によるバッテリ劣化を防止してバッテリの寿命特性が向上される。
【０１０１】
上述した実施形態は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合せで具現化される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は専用コンピュータを用いて具現化される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、１つの処理装置が使用されるものとして説明する場合もあるが、当技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。
【０１０２】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこれらのうちの１つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成し、独立的又は結合的に処理装置に命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈され、処理装置に命令又はデータを提供するためのあらゆる類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、或いは送信される信号波を介して永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに連結されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。
【０１０３】
本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現化され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独で又は組合せで含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明に示す動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【０１０４】
上述のように、たとえ実施形態を限定された図面によって説明したとしても、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されたり、かつ／あるいは、説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせられたり、他の構成要素又は均等物によって置き換えたり置換されても適切な結果を達成することができる。
【０１０５】
したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１  要求充電時間
１０２  充電電流
１０３  充電制限条件
１０４  充電プロファイル
１０５  バッテリ
１１０１  バッテリ充電装置
１１０２  バッテリ
１１０３  推定器
１１０５  ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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