(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリーパックを備える装置、及びバッテリーパックの管理方法を提供する。【解決手段】負荷及び充電装置に接続され、バッテリーセルを備えるバッテリーと、バッテリーの充電装置からの充電及びバッテリーの負荷への放電を制御するように構成されるバッテリー管理部と、を備え、バッテリー管理部は、バッテリーセルのセル電圧及び電流を測定し、セル電圧データ及び電流データを生成するように構成される測定部と、セル電圧データ及び電流データに基づいてバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成するように構成される容量推定部と、セル電圧データ及び電流データに基づいてバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成するように構成される内部抵抗推定部と、現在容量データ及び現在内部抵抗データに基づいてバッテリーセルの健康状態を推定するように構成される健康状態推定部と、を備えるバッテリーパック。【選択図】図１
2015052590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷及び充電装置に接続され、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリーと、
前記バッテリーの前記充電装置からの充電及び前記バッテリーの前記負荷への放電を制御するように構成されるバッテリー管理部と、を備え、
前記バッテリー管理部は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧及び電流を測定し、セル電圧データ及び電流データを生成するように構成される測定部と、
前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成するように構成される容量推定部と、
前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成するように構成される内部抵抗推定部と、
前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの健康状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ、ＳＯＨ）を推定するように構成される健康状態推定部と、を備えることを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧と充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）との関係に関する第１データを保存する第１保存部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項３】
前記容量推定部は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第１時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第１開放回路電圧として保存し、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第２時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第２開放回路電圧として保存し、
前記第１時点と前記第２時点との間の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を積算して、前記第１時点と前記第２時点との間の変動容量を算出し、
前記第１データに基づいて前記第１開放回路電圧に対応する第１充電状態及び前記第２開放回路電圧に対応する第２充電状態を獲得し、
前記変動容量を前記第１充電状態と前記第２充電状態との差で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在容量を推定し、前記現在容量データをアップデートするように構成されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
【請求項４】
前記第１時点及び前記第２時点は、前記第１充電状態と前記第２充電状態との差が３６％以上になるように定められることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
【請求項５】
前記内部抵抗推定部は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０ではない第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を充放電電圧として保存し、
前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を充放電電流として保存し、
前記第１データに基づいて、前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの充電状態に対応する前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧を獲得し、
前記第３開放回路電圧と前記充放電電圧との差を、前記充放電電流で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在内部抵抗を推定し、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記推定された現在内部抵抗に基づいて前記現在内部抵抗データをアップデートするように構成されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
【請求項６】
前記内部抵抗推定部は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第４時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第３開放回路電圧として保存し、
前記第４時点近くの前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０ではない第５時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧と前記第３開放回路電圧との差を、前記第５時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在内部抵抗を推定し、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記推定された現在内部抵抗に基づいて前記現在内部抵抗データをアップデートするように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項７】
前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期容量に関する初期容量データ、及び前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期内部抵抗に関する初期内部抵抗データを保存する第２保存部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項８】
前記健康状態推定部は、前記初期容量データ及び前記現在容量データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの第１ＳＯＨを推定するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
【請求項９】
前記健康状態推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルが劣化した状態での劣化容量に関する劣化容量データを含み、
前記第１ＳＯＨは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在容量と前記劣化容量との差を、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記初期容量と前記劣化容量との差で割ることで算出されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパック。
【請求項１０】
前記健康状態推定部は、前記初期内部抵抗データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの第２ＳＯＨを推定するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
【請求項１１】
前記健康状態推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルが劣化した状態での劣化内部抵抗に関する劣化内部容量データを含み、
前記第２ＳＯＨは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記劣化内部抵抗と前記現在内部抵抗との差を、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記劣化内部抵抗と前記初期内部抵抗との差で割ることで算出されることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
【請求項１２】
前記健康状態推定部は、
前記初期容量データ及び前記現在容量データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの第１ＳＯＨを推定し、
前記初期内部抵抗データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの第２ＳＯＨを推定し、
前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記ＳＯＨを推定するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
【請求項１３】
前記ＳＯＨは、前記第１ＳＯＨと前記第２ＳＯＨとの平均と推定されることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーパック。
【請求項１４】
少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー、及び前記バッテリーの充電及び放電を制御するように構成されるバッテリー管理部を備えるバッテリーパックと、
前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧及び電流を測定して、セル電圧データ及び電流データを生成するように構成される測定部と、
前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成するように構成される容量推定部と、
前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成するように構成される内部抵抗推定部と、
前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルのＳＯＨを推定するように構成される健康状態推定部と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記装置は、発電システム、負荷及び系統のうち少なくとも一つと前記バッテリーパックとの間に接続される電力変換装置を備えるエネルギー保存装置を備え、
前記電力変換装置は、前記発電システム、前記負荷及び前記系統のうち少なくとも一つと前記バッテリーパックとの間に電気エネルギーを変換するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置は、電気自動車であり、
前記電気自動車は、前記バッテリーパック及びモータを備え、
前記モータは、前記バッテリーパックに保存された電気エネルギーを用いて駆動されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー、及び前記バッテリーの充電及び放電を制御するバッテリー管理部を備えるバッテリーパックの管理方法であり、
前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧及び電流を測定してセル電圧データ及び電流データを生成する段階と、
前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成する段階と、
前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成する段階と、
前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルのＳＯＨを推定する段階と、を含むバッテリーパックの管理方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧と充電状態との関係に関する第１データを保存する段階をさらに含み、
前記現在容量データを生成する段階は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第１時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第１開放回路電圧として獲得する段階と、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第２時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第２開放回路電圧として獲得する段階と、
前記第１時点と前記第２時点との間の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を積算して、前記第１時点と前記第２時点との間の変動容量を算出する段階と、
前記第１データに基づいて前記第１開放回路電圧に対応する第１充電状態及び前記第２開放回路電圧に対応する第２充電状態を獲得する段階と、
前記変動容量を前記第１充電状態と前記第２充電状態との差で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在容量を推定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパックの管理方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧と充電状態との関係に関する第１データを保存する段階をさらに含み、
前記現在内部抵抗データを生成する段階は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０ではない第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を充放電電圧として保存する段階と、
前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を充放電電流として保存する段階と、
前記第１データに基づいて前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの充電状態に対応する前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧を獲得する段階と、
前記第３開放回路電圧と前記充放電電圧との差を前記充放電電流で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在内部抵抗を推定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパック。
【請求項２０】
前記少なくとも一つのバッテリーセルのＳＯＨを推定する段階は、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期容量に関する初期容量データ及び前記現在容量データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの第１ＳＯＨを推定する段階と、
前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期内部抵抗に関する初期内部抵抗データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの第２ＳＯＨを推定する段階と、
前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記ＳＯＨを推定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパックの管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー パック、バッテリーパックを備える装置、及びバッテリーパックの管理方法に係り、さらに詳細には、バッテリーセルを備えるバッテリーパック、前記バッテリーパックを備える装置、及び前記バッテリーセルの健康状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ、以下「ＳＯＨ」と称する）を推定する方法を含む前記バッテリーパックの管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次バッテリーは、再充電不可能な一次バッテリーとは異なり、再充電可能なバッテリーをいい、スマートフォン、ノート型パソコン、ＰＤＡなどの小型先端電子機器分野だけではなく、電気自動車、エネルギー保存システムに至るまで広く使われている。使用環境、使用期間、充放電回数などによってバッテリー容量は減少する。バッテリーのＳＯＨ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）は、バッテリー容量がスペックに記載の初期バッテリー容量よりどれほど減少したかを示す指標であり、バッテリーを評価する重要なパラメータのうち一つである。
【０００３】
バッテリーのＳＯＨの推定には電流積算方法が使われることができる。電流積算方法は、満充電及び満放電を通じてバッテリー容量を電流積算方式で測定し、これを初期バッテリー容量と比べることでバッテリーのＳＯＨを推定する方法である。この方法は、温度や放電速度の偏差が好適に補償されるならば、バッテリーのＳＯＨをかなり正確に推定できるが、バッテリーを満充電させた後で満放電させねばならないので、非効率的である。バッテリーのインピーダンスを測定してバッテリーのＳＯＨを推定する方式が使われる。バッテリーのインピーダンスを測定するために、バッテリーの交流電圧応答を測定せねばならない。この方法を用いるためには、さらなる回路が必要であり、センサーの誤差と耐久性、コストなどのため非効率的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００７４３３５号
【特許文献２】米国特許第７０７２８７１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０２４４８４６号
【特許文献４】韓国登録特許第０８３６３９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、リアルタイムでバッテリーセルのＳＯＨを推定できるバッテリーパック、及び前記バッテリーパックを備える装置を提供することである。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の課題は、リアルタイムでバッテリーセルのＳＯＨを推定できる方法を含むバッテリーパックの管理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による実施形態の一側面によれば、負荷及び充電装置に接続され、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリーと、前記バッテリーの前記充電装置からの充電及び前記バッテリーの前記負荷への放電を制御するように構成されるバッテリー管理部と、を備えるバッテリーパックが提供される。前記バッテリー管理部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧及び電流を測定し、セル電圧データ及び電流データを生成するように構成される測定部と、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成するように構成される容量推定部と、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成するように構成される内部抵抗推定部と、前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの健康状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ、ＳＯＨ）を推定するように構成される健康状態推定部と、を備える。
【０００８】
前記バッテリーパックは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧と充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）との関係に関する第１データを保存する第１保存部をさらに備える。
【０００９】
前記容量推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第１時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第１開放回路電圧として保存し、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第２時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第２開放回路電圧として保存し、前記第１時点と前記第２時点との間の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を積算して、前記第１時点と前記第２時点との間の変動容量を算出し、前記第１データに基づいて、前記第１開放回路電圧に対応する第１充電状態及び前記第２開放回路電圧に対応する第２充電状態を獲得し、前記変動容量を前記第１充電状態と前記第２充電状態との差で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在容量を推定し、前記現在容量データをアップデートするように構成される。
【００１０】
前記第１時点及び前記第２時点は、前記第１充電状態と前記第２充電状態との差が３６％以上になるように定められる。
【００１１】
前記内部抵抗推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０ではない第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を充放電電圧として保存し、前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を充放電電流として保存し、前記第１データに基づいて、前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの充電状態に対応する前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧を獲得し、前記第３開放回路電圧と前記充放電電圧との差を前記充放電電流で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在内部抵抗を推定し、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記推定された現在内部抵抗に基づいて前記現在内部抵抗データをアップデートするように構成される。
【００１２】
前記内部抵抗推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第４時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第３開放回路電圧として保存し、前記第４時点近くの前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０ではない第５時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧と前記第３開放回路電圧との差を、前記第５時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在内部抵抗を推定し、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記推定された現在内部抵抗に基づいて前記現在内部抵抗データをアップデートするように構成される。
【００１３】
前記バッテリーパックは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期容量に関する初期容量データ、及び前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期内部抵抗に関する初期内部抵抗データを保存する第２保存部をさらに備える。
【００１４】
前記健康状態推定部は、前記初期容量データ及び前記現在容量データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの第１ＳＯＨを推定するように構成される。
【００１５】
前記健康状態推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルが劣化した状態での劣化容量に関する劣化容量データを含み、前記第１ＳＯＨは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在容量と前記劣化容量との差を、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記初期容量と前記劣化容量との差で割ることで算出される。
【００１６】
前記健康状態推定部は、前記初期内部抵抗データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの第２ＳＯＨを推定するように構成される。
【００１７】
前記健康状態推定部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルが劣化した状態での劣化内部抵抗に関する劣化内部容量データを含み、前記第２ＳＯＨは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記劣化内部抵抗と前記現在内部抵抗との差を、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記劣化内部抵抗と前記初期内部抵抗との差で割ることで算出される。
【００１８】
前記健康状態推定部は、前記初期容量データ及び前記現在容量データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの第１ＳＯＨを推定し、前記初期内部抵抗データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの第２ＳＯＨを推定し、前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記ＳＯＨを推定するように構成される。
【００１９】
前記ＳＯＨは、前記第１ＳＯＨと前記第２ＳＯＨとの平均と推定される。
【００２０】
本発明による実施形態の他の側面によれば、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー、及び前記バッテリーの充電及び放電を制御するように構成されるバッテリー管理部を備えるバッテリーパックと、前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧及び電流を測定して、セル電圧データ及び電流データを生成するように構成される測定部と、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成するように構成される容量推定部と、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成するように構成される内部抵抗推定部と、前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルのＳＯＨを推定するように構成される健康状態推定部と、を備える装置が提供される。
【００２１】
前記装置は、発電システム、負荷及び系統のうち少なくとも一つと前記バッテリーパックとの間に接続される電力変換装置を備えるエネルギー保存装置を備え、前記電力変換装置は、前記発電システム、前記負荷及び前記系統のうち少なくとも一つと前記バッテリーパックとの間に電気エネルギーを変換するように構成される。
【００２２】
前記装置は、電気自動車であり、前記電気自動車は、前記バッテリーパック及びモータを備え、前記モータは、前記バッテリーパックに保存された電気エネルギーを用いて駆動される。
【００２３】
本発明による実施形態のさらに他の側面によれば、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー、及び前記バッテリーの充電及び放電を制御するバッテリー管理部を備えるバッテリーパックの管理方法が提供される。前記バッテリーパックの管理方法は、前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧及び電流を測定してセル電圧データ及び電流データを生成する段階と、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成する段階と、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成する段階と、前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルのＳＯＨを推定する段階と、を含む。
【００２４】
前記バッテリーパックの管理方法は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧と充電状態との関係に関する第１データを保存する段階をさらに含み、前記現在容量データを生成する段階は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第１時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第１開放回路電圧として獲得する段階と、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０である第２時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を第２開放回路電圧として獲得する段階と、前記第１時点と前記第２時点との間の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を積算して、前記第１時点と前記第２時点との間の変動容量を算出する段階と、前記第１データに基づいて、前記第１開放回路電圧に対応する第１充電状態及び前記第２開放回路電圧に対応する第２充電状態を獲得する段階と、前記変動容量を前記第１充電状態と前記第２充電状態との差で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在容量を推定する段階と、を含む。
【００２５】
前記バッテリーパックの管理方法は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧と充電状態との関係に関する第１データを保存する段階をさらに含み、前記現在内部抵抗データを生成する段階は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流が０ではない第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を充放電電圧として保存する段階と、前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの電流を充放電電流として保存する段階と、前記第１データに基づいて、前記第３時点の前記少なくとも一つのバッテリーセルの充電状態に対応する前記少なくとも一つのバッテリーセルの開放回路電圧を獲得する段階と、前記第３開放回路電圧と前記充放電電圧との差を前記充放電電流で割ることで、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記現在内部抵抗を推定する段階と、を含む。
【００２６】
前記少なくとも一つのバッテリーセルのＳＯＨを推定する段階は、前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期容量に関する初期容量データ及び前記現在容量データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの第１ＳＯＨを推定する段階と、前記少なくとも一つのバッテリーセルの初期内部抵抗に関する初期内部抵抗データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて、前記少なくとも一つのバッテリーセルの第２ＳＯＨを推定する段階と、前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨに基づいて前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記ＳＯＨを推定する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の多様な実施形態によれば、バッテリーセルのＳＯＨは、バッテリーセルのセル電圧及び電流を用いて、さらなる回路構成や複雑なアルゴリズムの適用なしに簡単で追加費用のほとんどない方式で推定され、実験結果によれば、バッテリーセルのＳＯＨの推定結果も信頼できる。それだけではなく、負荷への放電中のバッテリーセルや充電装置から充電されているバッテリーセルについてもセル電圧及び電流を測定できるため、バッテリーパックを負荷や充電装置から分離せずに、動作中のバッテリーパックについてもリアルタイムでバッテリーセルのＳＯＨを推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施形態によって、バッテリーセルの電圧、電流及び残存容量を例示的に示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態によって、バッテリーセルの開放回路電圧とＳＯＣとの関係を例示的に示すグラフである。
【図４】本発明の例示的な実施形態によって推定されたＳＯＨと比較例によるＳＯＨとを比べたグラフである。
【図５】本発明の例示的な実施形態によるバッテリーパックを備えるエネルギー保存装置の概略的なブロック図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態によるバッテリーパックを備える電気自動車の概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。以下で提示される実施形態は、多様な形態に変形され、本発明の範囲が以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むと理解されねばならない。
【００３０】
添付した図面を説明するに当って、類似した構成要素について類似した参照符号を使う。添付した図面において、構造物の寸法は、本発明の明確な理解を助けるために実際より拡大または縮小して示される。
【００３１】
本明細書で使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであり、本発明を限定しようとする意図で使われたものではない。単数の表現は、特に断らない限り複数の表現を含む。本明細書で、「備える」または「持つ」などの用語は、挙げられた特徴の存在を特定するものであり、一つ以上の他の特徴の存在または付加可能性を予め排除しないと理解されねばならない。本明細書で、用語“及び／または」は、挙げられた特徴のうちいずれか一つ及び一つ以上のすべての組み合わせを含むために使われる。本明細書で、「第１」、「第２」などの用語は、多様な特徴を説明するために一つの特徴を他の特徴から区別するための意図のみで使われ、このような特徴は、これら用語によって限定されるものではない。以下の説明で一つの要素が他の要素「上に」位置すると記載される場合、これは、一つの要素が他の要素の真上に位置する場合だけではなく、一つの要素と他の要素との間にさらに他の要素が介在される場合をいずれも含む。
【００３２】
特に断りのない限り、技術的や科学的な用語を含めてここで使われるすべての用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を持つ。一般的に使われる、辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上持つ意味と一致する意味を持つと解釈されねばならず、本出願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味とは解釈されてはならない。
【００３３】
図１は、一実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。
【００３４】
図１を参照すれば、バッテリーパック１００は、バッテリー１１０及びバッテリー管理部１２０を備える。バッテリー管理部１２０は、測定部１３０、容量推定部１４０、内部抵抗推定部１５０、及び健康状態（ＳＯＨ）推定部１６０を備える。
【００３５】
バッテリー１１０は、電力を保存する部分であり、少なくとも一つのバッテリーセル１１１を備える。バッテリー１１０は、直列、並列、または、直列と並列との組み合わせで連結される複数のバッテリーセル１１１を備える。バッテリー１１０に備えられるバッテリーセル１１１の数は、要求される出力電圧によって定められる。
【００３６】
バッテリー１１０は、端子１０１を通じて負荷及び充電装置に連結される。バッテリー１１０は、放電時に端子１０１を通じて負荷に電気エネルギーを提供し、充電時に充電装置から端子１０１を通じて入力される電気エネルギーを保存する。バッテリーパック１００が電気エネルギーのみで駆動される純粋電気自動車、電気エネルギー及び化石燃料で駆動されるハイブリッド自動車などのような電気自動車に設けられる場合、前記負荷は、前記電気自動車の駆動モータであり、前記充電装置は、電気自動車用の充電器及び制動時に発生するエネルギーを回生して発電させる回生発電機である。
【００３７】
バッテリーパック１００が、発電システム、負荷及び／または系統とバッテリーパック１００との間に電気的に接続され、これらの間に電気エネルギーを変換する電力変換装置と共にエネルギー保存装置を構成する場合、前記負荷は、前記負荷及び／または前記系統であり、前記充電装置は、前記発電システム及び／または前記系統である。
【００３８】
バッテリーセル１１１は、充電可能な二次電池を備える。一実施形態によれば、バッテリーセル１１１は、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：ｎｉｃｋｅｌ ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウム−イオン電池、リチウムポリマー電池などを含む。
【００３９】
バッテリー１１０は、複数のバッテリーモジュールで構成される。前記バッテリーモジュールは、直列、並列、または、直列と並列との任意の好適な組み合わせで連結される複数のバッテリーセル１１１をそれぞれ備える。
【００４０】
バッテリー管理部１２０は、バッテリー１１０の状態をモニタリングし、バッテリー１１０の充電及び放電動作を含む全般的な動作を制御する。バッテリー管理部１２０は、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）と称する。
【００４１】
バッテリー管理部１２０は、バッテリー１１０の、例えば、セル電圧、温度、充電及び放電電流などのパラメータを測定し、測定されたデータに基づいてバッテリー１１０の充電及び放電を制御する。バッテリー管理部１２０は、測定されたデータから残余電力量、寿命、充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、以下「ＳＯＣ」と称する）などを算出するか、またはバッテリー１１０の異常発生有無を判断する。例えば、バッテリー管理部１２０は、過充電、過放電、過電流、過電圧、過熱、バッテリーセル不均衡、バッテリーセルの劣化などのような異常がバッテリー１１０に発生したかどうかを判断する。異常が発生した場合、バッテリー管理部１２０は、好適なアルゴリズムによって所定の動作を行える。例えば、バッテリー管理部１２０は、充電スイッチ及び／または放電スイッチを制御するか、またはヒューズを切断させる。バッテリー管理部１２０は、測定されたデータ及び好適なアルゴリズム（例えば、既定のアルゴリズム）によって、バッテリー１１０のバッテリーセルのセルバランシング動作を制御する。
【００４２】
バッテリー管理部１２０は、バッテリーセル１１１のセル電圧及び電流を測定してセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤを生成する測定部１３０、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の現在容量を推定し、現在容量データＣＣＤを生成する容量推定部１４０、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データＣＩＲＤを生成する内部抵抗推定部１５０、及び現在容量データＣＣＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤに基づいてバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定部１６０を備える。測定部１３０、容量推定部１４０、内部抵抗推定部１５０及びＳＯＨ推定部１６０がそれぞれの構成要素と提示されたが、一実施形態によれば、測定部１３０、容量推定部１４０、内部抵抗推定部１５０及びＳＯＨ推定部１６０は、いずれも一つのチップ内に含まれる。他の実施形態によれば、測定部１３０は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）と称する装置に備えられ、容量推定部１４０、内部抵抗推定部１５０及びＳＯＨ推定部１６０は、バッテリーモニタリングユニット（ＢＭＵ）と称するマイクロコントローラに備えられる。
【００４３】
測定部１３０は、バッテリーセル１１１のセル電圧を測定してセル電圧データＶＤを生成する。測定部１３０は、配線を通じてバッテリーセル１１１の両端子に連結されてバッテリーセル１１１のセル電圧を直接測定する。測定部１３０は、測定されたセル電圧をセル電圧データＶＤに変換するためのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ、ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備える。実施形態によれば、測定部１３０は、バッテリーセル１１１間のノードに接続され、バッテリーセル１１１それぞれのセル電圧に対応するセル電圧データＶＤを生成する。セル電圧の変動、ノイズ、及び測定誤差を考慮して、セル電圧データＶＤは、バッテリーセル１１１の所定時区間中のセル電圧値の平均に対応する。前記所定時区間は、例えば、１秒、１０秒または１分である。
【００４４】
測定部１３０は、バッテリーセル１１１の充電及び放電電流を測定して電流データＣＤを生成する。測定部１３０は、電流センサーを用いてバッテリーセル１１１の充電及び放電電流を測定する。バッテリーセル１１１が直列に連結される例で、直列に連結されたバッテリーセル１１１には同一サイズの電流が流れるので、測定部１３０は、直列に連結されたバッテリーセル１１１について一つの電流のみ測定する。バッテリーセル１１１が並列に連結されるか、または直列と並列とが混合された形態で連結される例で、測定部１３０は、バッテリーセル１１１それぞれのセル電流を測定するか、または並列に連結されたバッテリーセル１１１それぞれについてセル電流を測定する。測定部１３０は、測定された電流を電流データＣＤに変換するためのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。電流の変動、ノイズ及び測定誤差を考慮して、電流データＣＤは、バッテリーセル１１１の所定時区間中の電流値の平均に対応する。前記所定時区間は、例えば、１秒、１０秒または１分である。
【００４５】
測定部１３０は、バッテリーセル１１１のセル電圧及び充電及び放電電流以外に、バッテリー１１０の温度、端子電圧などのようなパラメータをさらに測定できる。
【００４６】
容量推定部１４０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の現在容量を推定し、現在容量データＣＣＤを生成する。容量推定部１４０は、測定部１３０からセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤを受信でき、受信されたセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤを用いてバッテリーセル１１１の現在容量を推定できる。
【００４７】
一実施形態によれば、容量推定部１４０は、セル電圧データＶＤを用いて満充電状態及び満放電状態を定め、電流データＣＤを用いて前記満充電状態と前記満放電状態との間にバッテリーセル１１１に流入または流出された電流を積算することで、満充電容量または満放電容量を推定する。
【００４８】
他の実施形態によれば、容量推定部１４０は、バッテリーセル１１１の開放回路電圧とＳＯＣとの関係に関するデータＯＳＤを用いてバッテリーセル１１１の現在容量を推定する。バッテリー管理部１２０は、バッテリーセル１１１の開放回路電圧に対するバッテリーセル１１１のＳＯＣに関するデータＯＳＤを保存する第１保存部１７０をさらに備える。バッテリーセル１１１の開放回路電圧は、バッテリーセル１１１に負荷や充電装置が連結されていない状態である時のセル電圧であり、バッテリーセル１１１の電流が０である時のセル電圧と同一である。バッテリーセル１１１の充電状態は、バッテリーセル１１１の満充電容量に対する現在容量の割合を示す。例えば、バッテリーセル１１１の充電状態は、バッテリーセル１１１の容量のうちバッテリーセル１１１に残っている残存容量の割合を示す。
【００４９】
容量推定部１４０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の電流が０である第１時点を定め、前記第１時点のバッテリーセル１１１のセル電圧を第１開放回路電圧と定める。容量推定部１４０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の電流が０である第２時点を定め、前記第２時点のバッテリーセル１１１のセル電圧を第２開放回路電圧と定める。前記第２時点は、前記第１時点と異なって定められる。前記第２開放回路電圧は、前記第１開放回路電圧と異なって定められる。
【００５０】
容量推定部１４０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいて前記第１時点と前記第２時点との間の前記バッテリーセルの電流を積算し、前記第１時点と前記第２時点との間にバッテリーセル１１１の変動容量、すなわち、バッテリーセル１１１の残存容量の変動量を算出する。前記変動容量は、前記第１時点のバッテリーセル１１１の残存容量と、前記第２時点のバッテリーセル１１１の残存容量との差を示す。
【００５１】
容量推定部１４０は、第１保存部１７０に保存されたバッテリーセル１１１の開放回路電圧及びＳＯＣに関するデータＯＳＤに基づいて、前記第１開放回路電圧に対応する第１充電状態及び前記第２開放回路電圧に対応する第２充電状態を定める。例えば、前記第１充電状態は、前記第１時点のバッテリーセル１１１の充電状態を示し、前記第２充電状態は、前記第２時点のバッテリーセル１１１の充電状態を示す。前記第１及び第２充電状態は、一般的に０以上１以下であり、実数で表示されるか、または百分率で表示される。
【００５２】
容量推定部１４０は、前記変動容量を前記第１充電状態と前記第２充電状態との差で割ることで、前記バッテリーセルの前記現在容量を推定する。例えば、前記第１充電状態が９０％であり、前記第２充電状態が４０％である場合、前記第１時点と前記第２時点との間にバッテリーセル１１１の残存容量が１０００ｍＡｈほど減少したならば、バッテリーセル１１１の現在容量は２０００ｍＡｈに推定される。他の例として、前記第１充電状態が３０％であり、前記第２充電状態が９０％である場合、前記第１時点と前記第２時点との間のバッテリーセル１１１の残存容量が１５００ｍＡｈほど増加したならば、バッテリーセル１１１の現在容量は２５００ｍＡｈと推定される。２つの例において、１０００ｍＡｈ及び１５００ｍＡｈは、バッテリーセル１１１の変動容量に対応して、電流データＣＤに基づいて前記第１時点から前記第２時点までバッテリーセル１１１の電流を積算することで算出される。
【００５３】
容量推定部１４０は、推定された前記現在容量を反映して現在容量データＣＣＤをアップデートする。例えば、推定された前記現在容量が２０００ｍＡｈである場合、現在容量データＣＣＤは、２０００にアップデートされる。すなわち、現在容量データＣＣＤは、最も最近に推定されたバッテリーセル１１１の現在容量を表示する。
【００５４】
一実施形態によれば、最も最近に推定されたバッテリーセル１１１の現在容量にノイズが含まれるので、容量推定部１４０は、現在容量データＣＣＤのアップデート前の値と、最も最近に推定されたバッテリーセル１１１の現在容量とを共に考慮して現在容量データＣＣＤをアップデートする。例えば、アップデート前の現在容量データＣＣＤが２０００であり、前記推定された前記現在容量が１９００ｍＡｈである場合、例えば、この２つの算術平均である１９５０に現在容量データＣＣＤがアップデートされる。算術平均の代りに加重平均が使われてもよい。
【００５５】
他の実施形態によれば、容量推定部１４０は、最近の複数回にわたって推定されたバッテリーセル１１１の現在容量を用いて現在容量データＣＣＤをアップデートする。例えば、最も最近に推定された現在容量が１９１０ｍＡｈであり、直前に推定された現在容量が１８７０ｍＡｈであり、その前に推定された現在容量が１９２０ｍＡｈである場合、これらの算術平均である１９００ｍＡｈに現在容量データＣＣＤがアップデートされる。他の例によれば、算術平均の代りに、最も最近に推定された現在容量についてさらに大きい加重値が付与される加重平均が使われてもよい。
【００５６】
さらに他の実施形態によれば、前記第１時点及び前記第２時点は、前記第１充電状態と前記第２充電状態との差が３６％以上になるように定められる。第１充電状態と第２充電状態との差が小さい場合、推定されたバッテリーセル１１１の現在容量が不正確になる。よって、第２充電状態が第１充電状態と３６％以下の差を示す場合、第２時点は再び定められる。
【００５７】
ある一時点とは、時間の短い瞬間を意味するが、本明細書で第１時点及び第２時点は、それぞれ時間の短い瞬間を意味するか、２つの短い瞬間の間と定義される時区間を意味する。すなわち、第１時点は、所定の時間長さを持つ第１時区間を意味し、第２時点は、第１時区間と重畳しない第２時区間を意味する。
【００５８】
さらに他の実施形態によれば、容量推定部１４０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤのパターンを分析してバッテリーセル１１１の現在容量を推定する。第１保存部１７０には、バッテリーセル１１１の容量によるセル電圧及び電流のパターンに関するパターンデータが保存される。容量推定部１４０は、前記パターンデータを用いてセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤのパターンと最も類似したパターンを検索し、検索結果に基づいてバッテリーセル１１１の現在容量を推定する。
【００５９】
内部抵抗推定部１５０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データＣＩＲＤを生成する。内部抵抗推定部１５０は、測定部１３０からセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤを受信でき、受信されたセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤを用いてバッテリーセル１１１の内部抵抗を推定できる。バッテリーセル１１１の内部抵抗は、バッテリーセル１１１が劣化するほど大きくなる。
【００６０】
一実施形態によれば、内部抵抗推定部１５０は、バッテリーセル１１１から出力される電流が大きいほどバッテリーセル１１１の開放回路電圧とセル電圧との差が大きくなるという性質を用いて、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤからバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する。例えば、バッテリーセル１１１の充電電流または放電電流が急変する時にセル電圧が変わる程度に基づいて、内部抵抗推定部１５０は、バッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する。
【００６１】
他の実施形態によれば、内部抵抗推定部１５０は、バッテリーセル１１１の電流が０である第４時点を定め、前記第４時点のバッテリーセル１１１のセル電圧を第４開放回路電圧として定める。内部抵抗推定部１５０は、バッテリー１１０が充電または放電状態になる第５時点を定める。前記第５時点は、前記第４時点となるべく近く定められる。前記第５時点は、バッテリー１１０が充電または放電状態に変化する瞬間から所定の時区間が過ぎた時点と定められる。バッテリー１１０が充電または放電を始めれば、バッテリーセル１１１のセル電圧は揺れる。前記所定の時区間は、前記セル電圧の揺れが消えて前記セル電圧が安定化するのにかかる時区間である。前記第５時点は、バッテリーセル１１１の電流が０より大きくなるか、または小くなり始めた後、セル電圧が安定化する時点と定められる。
【００６２】
内部抵抗推定部１５０は、前記第５時点のバッテリーセル１１１のセル電圧と前記第４開放回路電圧との差を前記第５時点の前記バッテリーセルの電流で割ることで、バッテリーセル１１１の前記現在内部抵抗を推定できる。
【００６３】
内部抵抗推定部１５０は、推定された前記現在内部抵抗を反映して現在内部抵抗データＣＩＲＤをアップデートする。現在内部抵抗データＣＩＲＤは、最も最近に推定されたバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を示す。現在内部抵抗データＣＩＲＤは、アップデート前の現在内部抵抗データＣＩＲＤの値及び最も最近に推定されたバッテリーセル１１１の現在内部抵抗に基づいて定められるか、または、最近の複数回にわたって推定されたバッテリーセル１１１の現在内部抵抗に基づいて定められる。
【００６４】
さらに他の実施形態によれば、内部抵抗推定部１５０は、バッテリーセル１１１の開放回路電圧とＳＯＣとの関係に関するデータＯＳＤを用いてバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する。前述したように、バッテリー管理部１２０は、バッテリーセル１１１の開放回路電圧とバッテリーセル１１１のＳＯＣとの関係に関するデータＯＳＤを保存する第１保存部１７０をさらに備える。
【００６５】
内部抵抗推定部１５０は、バッテリーセル１１１の電流が０より小さいか、または０より大きい第３時点を定める。前記第３時点は、バッテリー１１０が充電状態または放電状態にある時と定められる。内部抵抗推定部１５０は、前記第３時点のバッテリーセル１１１のセル電圧を充放電電圧と定め、前記第３時点のバッテリーセル１１１の電流を充放電電流と定める。
【００６６】
内部抵抗推定部１５０は、前記第３時点のバッテリーセル１１１の充電状態を定める。内部抵抗推定部１５０は、前記第３時点以前のある特定時点の充電状態に関する情報を持つ。例えば、内部抵抗推定部１５０は、容量推定部１４０から前記第２時点の充電状態に関する情報を受信してもよい。内部抵抗推定部１５０は、前記第２時点以後から前記第３時点までバッテリーセル１１１の電流を積算することで、前記第２時点と前記第３時点との間の変動容量を算出でき、前記変動容量と、容量推定部１４０によって推定されたバッテリーセル１１１の現在容量とに基づいて前記第３時点の充電状態を定める。
【００６７】
一例によれば、バッテリーセル１１１が満放電された時点には充電状態が０％であり、バッテリーセル１１１が満充電された時点には充電状態が１００％であるので、内部抵抗推定部１５０は、前記満放電された時点または前記満充電された時点以後から前記第３時点までバッテリーセル１１１の電流を積算することで、前記第３時点の充電状態を定める。
【００６８】
他の例によれば、内部抵抗推定部１５０は、前記第３時点以前のバッテリーセル１１１の電流が０である特定時点に、バッテリーセル１１１のセル電圧を開放回路電圧と定め、第１保存部１７０に保存されたバッテリーセル１１１の開放回路電圧及びＳＯＣに関するデータＯＳＤに基づいて、前記開放回路電圧に対応する充電状態を定める。このような過程を通じて内部抵抗推定部１５０は、前記特定時点の充電状態を定める。内部抵抗推定部１５０は、前記特定時点以後から前記第３時点までバッテリーセル１１１の電流を積算することで、前記特定時点と前記第３時点との間の変動容量を算出でき、前記変動容量と、容量推定部１４０によって推定されたバッテリーセル１１１の現在容量とに基づいて前記第３時点の充電状態を定める。
【００６９】
内部抵抗推定部１５０は、第１保存部１７０に保存されたバッテリーセル１１１の開放回路電圧及びＳＯＣに関するデータＯＳＤに基づいて、上のように定められた前記第３時点の充電状態に対応する前記第３時点のバッテリーセル１１１の開放回路電圧を定める。内部抵抗推定部１５０は、前記開放回路電圧と前記充放電電圧との差を前記充放電電流で割ることで、バッテリーセル１１１の前記現在内部抵抗を推定できる。内部抵抗推定部１５０は、推定された前記現在内部抵抗を反映して前記現在内部抵抗データをアップデートする。
【００７０】
さらに他の例によれば、内部抵抗推定部１５０は、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤのパターンを分析してバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定できる。第１保存部１７０には、バッテリーセル１１１の内部抵抗によるセル電圧及び電流のパターンに関するパターンデータが保存される。内部抵抗推定部１５０は、前記パターンデータを用いてセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤのパターンと最も類似したパターンを検索し、検索結果に基づいてバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定できる。
【００７１】
ＳＯＨ推定部１６０は、現在容量データＣＣＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤに基づいてバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定する。ＳＯＨ推定部１６０は、容量推定部１４０から現在容量データＣＣＤを受信し、内部抵抗推定部１５０から現在内部抵抗データＣＩＲＤを受信し、現在容量データＣＣＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤに基づいてバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定する。
【００７２】
ＳＯＨ推定部１６０は、現在容量データＣＣＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤを入力され、バッテリーセル１１１のＳＯＨを出力するファジーロジッグブロックを備える。前記ファジーロジッグブロックは、現在容量データＣＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の現在容量が良好であるか、普通であるか、不良であるかを判断する。前記ファジーロジッグブロックは、現在内部抵抗データＣＩＲＤに基づいてバッテリーセルの現在内部抵抗が良好であるか、普通であるか、不良であるかを判断する。前記ファジーロジッグブロックは、前記現在容量の判断結果及び前記現在内部抵抗の判断結果について、Ｉｆ−ｔｈｅｎルールを適用してバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定する。例示的なＩｆ−ｔｈｅｎルールは、次の通りである。
【００７３】
Ｉｆ現在容量が良好であり、現在内部抵抗が良好であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨは良好である。この時、ＳＯＨは、０．９ないし１の間で定められる。
【００７４】
Ｉｆ現在容量が良好であり、現在内部抵抗が普通であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨはやや良好である。この時、ＳＯＨは、０．７ないし０．９の間で定められる。
【００７５】
Ｉｆ現在容量が良好であり、現在内部抵抗が不良であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨは普通である。この時、ＳＯＨは、０．５ないし０．７の間で定められる。
【００７６】
Ｉｆ現在容量が普通であり、現在内部抵抗が良好であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨはやや良好である。この時、ＳＯＨは、０．７ないし０．９の間で定められる。
【００７７】
Ｉｆ現在容量が普通であり、現在内部抵抗が普通であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨは普通である。この時、ＳＯＨは、０．５ないし０．７の間で定められる。
【００７８】
Ｉｆ現在容量が普通であり、現在内部抵抗が不良であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨはやや不良である。この時、ＳＯＨは、０．３ないし０．５の間で定められる。
【００７９】
Ｉｆ現在容量が不良であり、現在内部抵抗が良好であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨは普通である。この時、ＳＯＨは、０．５ないし０．７の間で定められる。
【００８０】
Ｉｆ現在容量が不良であり、現在内部抵抗が普通であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨはやや不良である。この時、ＳＯＨは、０．３ないし０．５の間で定められる。
【００８１】
Ｉｆ現在容量が不良であり、現在内部抵抗が不良であれば、ｔｈｅｎバッテリーセルのＳＯＨは不良である。この時、ＳＯＨは、０ないし０．３の間で定められる。
【００８２】
他の例によれば、ＳＯＨ推定部１６０は、前記バッテリーセルの初期容量に関する初期容量データＩＣＤ及び前記バッテリーセルの初期内部抵抗に関する初期内部抵抗データＩＩＲＤを用いて、現在容量データＣＣＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤからバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定する。バッテリー管理部１２０は、第２保存部１８０をさらに備え、バッテリーセル１１１の初期容量に関する初期容量データＩＣＤ及びバッテリーセル１１１の初期内部抵抗に関する初期内部抵抗データＩＩＲＤを保存する。前記初期容量は、バッテリーセル１１１のスペック上の容量であり、バッテリーセル１１１の製造時に持つ容量を意味する。前記初期内部抵抗は、バッテリーセル１１１の製造時に持つ内部抵抗を意味する。
【００８３】
ＳＯＨ推定部１６０は、初期容量データＩＣＤ及び現在容量データＣＣＤに基づいてバッテリーセル１１１の容量に基づくＳＯＨを推定できる。容量に基づくＳＯＨは、第１ＳＯＨと称する。
【００８４】
ＳＯＨ推定部１６０は、バッテリーセル１１１が劣化した状態で持つ劣化容量に関する劣化容量データＤＣＤを含む。前記劣化容量は、バッテリーパック１００の製造会社が保証するバッテリーセル１１１の容量と定められる。バッテリーセル１１１の現在容量が前記劣化容量より小さくなれば、バッテリーセル１１１は劣化したと定められる。例えば、前記劣化容量は、前記初期容量の６０％〜９０％の間で定められる。劣化容量データＤＣＤは、前記初期容量に対する前記劣化容量の割合を示す。前記第１ＳＯＨは、バッテリーセル１１１の前記現在容量と前記劣化容量との差をバッテリーセル１１１の前記初期容量と前記劣化容量との差で割った値と定められる。
【００８５】
ＳＯＨ推定部１６０は、初期内部抵抗データＩＩＲＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤに基づいてバッテリーセル１１１の内部抵抗に基づくＳＯＨを推定できる。内部抵抗に基づくＳＯＨは、第２ＳＯＨと称する。
【００８６】
ＳＯＨ推定部１６０は、バッテリーセル１１１の劣化した状態で持つ劣化内部抵抗に劣化内部抵抗データＤＩＲＤを含める。前記劣化内部抵抗は、バッテリーセル１１１の現在容量が前記劣化容量より小さくなる時、バッテリーセル１１１が持つ内部抵抗と定められる。例えば、前記劣化内部抵抗は、前記初期内部抵抗の１３０％〜２００％の間で定められる。劣化内部抵抗データＤＣＤは、前記初期内部抵抗に対する前記劣化内部抵抗の割合を示す。前記第２ＳＯＨは、バッテリーセル１１１の前記劣化内部抵抗と前記現在内部抵抗との差をバッテリーセル１１１の前記劣化内部抵抗と前記初期内部抵抗との差で割った値と定められる。
【００８７】
ＳＯＨ推定部１６０は、前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨに基づいてバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定できる。例えば、バッテリーセル１１１のＳＯＨは、前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨの算術平均で定められる。他の例によれば、バッテリーセル１１１のＳＯＨは、前記第１ＳＯＨ及び前記第２ＳＯＨの加重平均で定められる。バッテリーセル１１１の容量によって、前記第１ＳＯＨの第１加重値及び前記第２ＳＯＨの第２加重値は調節される。例えば、バッテリーセル１１１の容量が大きいほど、前記第１加重値が前記第２加重値より大きくなるように定められる。逆にバッテリーセル１１１の容量が小くなるほど、前記第２加重値が前記第１加重値より大きくなるように定められる。
【００８８】
前述したように、測定部１３０は、動作中のバッテリーパック１００のバッテリーセル１１１のセル電圧及び電流を測定して、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤをリアルタイムで生成する。容量推定部１４０及び内部抵抗推定部１５０は、別途の追加回路装置を連結せずに、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤのみに基づいてバッテリーセル１１１の現在容量を推定し、現在容量データＣＣＤをリアルタイムで生成し、バッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定して現在内部抵抗データＣＩＲＤをリアルタイムで生成する。ＳＯＨ推定部１６０は、現在容量データＣＣＤ及び現在内部抵抗データＣＩＲＤに基づいてバッテリーセル１１１のＳＯＨをリアルタイムで推定する。よって、バッテリーパック１００は、動作中の状態でバッテリーセル１１１のＳＯＨを比較的簡単な方法で正確に推定できる。
【００８９】
図１で、バッテリーパック１００のバッテリー管理部１２０でバッテリーセル１１１のＳＯＨを推定すると例示されたが、バッテリーパック１００、バッテリーパック１００の測定部１３０、及び／またはバッテリーパック１００のバッテリー管理部１２０に通信可能に連結される上位コントローラまたは外部コントローラによってバッテリーセル１１１のＳＯＨが推定されるという点に注意せねばならない。
【００９０】
図２は、一実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。
【００９１】
図２を参照すれば、バッテリーパック１００ａは、バッテリー１１０、アナログフロントエンド（ａｎａｌｏｇ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ、以下「ＡＦＥ」と称する）１３５、及びマイクロコントローラユニット（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ、以下「ＭＣＵ」と称する）１２５を備える。
【００９２】
バッテリー１１０は、複数のバッテリーセル１１１を備える。例示的に、バッテリーセル１１１が直列に連結されると図示されているが、バッテリーセル１１１は、要求に応じて直列に連結されるか、並列に連結されるか、または直列と並列との組み合わせで連結される。また、バッテリーセル１１１の数は、要求される出力電圧によって定められる。両端に位置するバッテリーセル１１１は端子１０１に連結される。
【００９３】
ＡＦＥ１３５は、図１に示された測定部１３０に対応する。ＡＦＥ１３５は、バッテリーセル１１１それぞれのセル電圧を測定するためのセル電圧測定部１３１を備える。セル電圧測定部１３１は、端子１０１とバッテリーセル１１１との間のノードから伸びる配線に連結される。セル電圧測定部１３１は、セル電圧を測定し、アナログ−デジタルコンバータを用いて測定されたセル電圧をセル電圧データに変換する。前記セル電圧データは、ＭＣＵ１２５に提供される。
【００９４】
ＡＦＥ１３５は、バッテリーセル１１１の充放電電流を測定するための電流センサー１３３に連結される電流測定部１３２を備える。電流センサー１３３は、バッテリー１１０と端子１０１との間の大電流経路に設けられるシャントまたはホールセンサーである。電流測定部１３２は、電流センサー１３３によって測定された電流に対応するアナログ電流値を電流データに変換する。前記電流データは、ＭＣＵ１２５に提供される。
【００９５】
ＭＣＵ１２５は、バッテリー１１０の状態をモニタリングし、バッテリー１１０の充電及び放電動作を含む全般的な動作を制御する。ＭＣＵ１２５は、ＡＦＥ１３５から測定データを受信する。前記測定データは、前記セル電圧データ及び前記電流データの他に、バッテリー１１０の温度を示す温度データ、端子１０１間の端子電圧を示す端子電圧データなどを含む。端子電圧データは、セル電圧データを用いてＭＣＵ１２５によって算出されてもよい。
【００９６】
ＭＣＵ１２５は、前記測定データに基づいてバッテリー１１０の充電及び放電を制御する。ＭＣＵ１２５は、測定されたデータから残余電力量、寿命、ＳＯＣなどを算出するか、またはバッテリー１１０に異常が発生したかどうかを判断する。バッテリー１１０に異常が発生した場合、ＭＣＵ１２５は、充電スイッチ１６１及び／または放電スイッチ１６２を制御するか、またはヒューズを切断させる。ＭＣＵ１２５は、前記端子電圧データが既定の充電上限値より大きい場合、充電を中断するために充電スイッチ１６１を開放し、前記端子電圧データが既定の放電下限値より小さい場合、放電を中断するために放電スイッチ１６２を開放する。ＭＣＵ１２５は、前記電流データが既定の過電流基準値より大きい場合、バッテリーパック１００を保護するためにヒューズを切断する。
【００９７】
ＭＣＵ１２５は、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいてバッテリーセル１１１それぞれのＳＯＨを推定する。ＭＣＵ１２５は、図１に示された容量推定部１４０、内部抵抗推定部１５０及びＳＯＨ推定部１６０を備える。
【００９８】
ＭＣＵ１２５は、図１に示された第１保存部１７０及び第２保存部１８０を備える。第１保存部１７０及び第２保存部１８０は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＦｅＲＡＭ（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＲＡＭ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、及びＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｏｒｙ）などのような不揮発性メモリ装置である。第１保存部１７０及び第２保存部１８０は、別途の構成要素として表示されたが、一つのメモリ装置内に備えられてもよい。
【００９９】
ＭＣＵ１２５は、通信可能に外部装置と連結され、バッテリーセル１１１それぞれのＳＯＨを前記外部装置に伝送する。
【０１００】
図２で、バッテリーパック１００ａがＡＦＥ１３５及びＭＣＵ１２５を別途の構成要素として備えると示されたが、ＡＦＥ１３５及びＭＣＵ１２５は一つのチップ内に統合される。それだけではなく、ＭＣＵ１２５が一つのマイクロコントローラチップで具現されると示されたが、ＭＣＵ１２５の機能は、２つ以上の集積回路チップで具現されてもよい。また、バッテリーパック１００ａが複数のバッテリーセルを備えるバッテリーモジュール、複数のバッテリーモジュールを備えるバッテリートレー、複数のバッテリートレーを含むバッテリーラック、及び複数のバッテリーラックを含むバッテリーシステムと一緒に階層的な関係を持つ場合、一実施形態によってバッテリーセルのＳＯＨを推定する方法は前記バッテリートレーを管理及び制御するトレー管理部、前記バッテリーラックを管理及び制御するラック管理部、及び／または前記バッテリーシステムを管理及び制御するシステム管理部によって行われる。例えば、システム管理部は、バッテリーシステム内に備えられる全てのバッテリーセルそれぞれについてのセル電圧データ及び電流データに基づいて全てのバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを推定できる。もし、バッテリーシステムに通信可能に連結されたモニタリングシステムが存在する場合、前記モニタリングシステムによってバッテリーセルそれぞれのＳＯＨが推定されてもよい。
【０１０１】
図３Ａは、バッテリーセルの電圧、電流及び残存容量を例示的に示すグラフを示し、図３Ｂは、バッテリーセルの開放回路電圧とＳＯＣとの関係を例示的に示すグラフである。一実施形態によるバッテリーセルの現在容量及び現在内部抵抗を推定する方法を説明するために、図１と共に図３Ａ及び図３Ｂを参照する。
【０１０２】
図３Ａの電圧グラフは、図１のセル電圧データＶＤを経時的に表示したものであり、図３Ａの電流グラフは、図１の電流データＣＤを経時的に表示したものである。図３Ａの電流グラフは、バッテリーセル１１１の放電電流を表示し、負の電流値は、バッテリーセル１１１が充電されていることを示す。図３Ａの電圧グラフ及び電流グラフは、一実施形態によるバッテリーセルの現在容量及び現在内部抵抗を推定する方法を説明するために例示的に示したものである。図３Ａの最後のグラフは、電流データＣＤに基づいて計算されたものであり、バッテリーセル１１１の電流を積算して残存容量を計算し、計算された残存容量を経時的に表示したものである。図３Ｂは、図１の第１保存部１７０に保存されるバッテリーセル１１１の開放回路電圧についてのバッテリーセル１１１のＳＯＣに関するデータＯＳＤをグラフで表示したものであり、バッテリーセル１１１の開放回路電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ、ＯＣＶ）とＳＯＣとの関係を示す。
【０１０３】
先ず、一実施形態によるバッテリーセル１１１の現在容量を推定する方法について説明する。
【０１０４】
バッテリーセル１１１の電流が０である時点は、第１時点ｔ１、第３時点ｔ３、及び第５時点ｔ５である。バッテリーセル１１１が放電している第１時点ｔ１と第３時点ｔ３との間で現在容量を推定するために、第１時点ｔ１のセル電圧は第１開放回路電圧ＯＣＶ１と定められ、第３時点ｔ３のセル電圧は第３開放回路電圧ＯＣＶ３と定められる。第１時点ｔ１と第３時点ｔ３との間の変動容量は、第１時点ｔ１と第３時点ｔ３との間の電流を積算することで算出される。容量グラフを参照すれば、変動容量は、第１時点ｔ１の残存容量Ｑ１と第３時点ｔ３の残存容量Ｑ３との差（Ｑ１−Ｑ３）で算出される。図３Ｂのグラフを参照すれば、第１開放回路電圧ＯＣＶ１に対応する第１時点ｔ１のＳＯＣはＳＯＣ１であり、第３開放回路電圧ＯＣＶ３に対応する第３時点ｔ３のＳＯＣはＳＯＣ３である。第１時点ｔ１と第３時点ｔ３との間のセル電圧データＤＶ及び電流データＣＶに基づいて算出されたバッテリーセル１１１の現在容量は、（Ｑ１−Ｑ３）／（ＳＯＣ１−ＳＯＣ３）と定められる。
【０１０５】
バッテリーセル１１１の現在容量は、バッテリーセル１１１が放電している第３時点ｔ３と第５時点ｔ５との間でも推定される。第５時点ｔ５のセル電圧は第５開放回路電圧ＯＣＶ５と定められ、図３Ｂのグラフを参照すれば、第５開放回路電圧ＯＣＶ５に対応する第５時点ｔ５のＳＯＣは、ＳＯＣ５である。第３時点ｔ３と第５時点ｔ５との間の変動容量は、第３時点ｔ３と第５時点ｔ５との間の電流を積算することで算出され、容量グラフを参照すれば、変動容量は、第３時点ｔ３の残存容量Ｑ３と第５時点ｔ５の残存容量Ｑ５との差（Ｑ５−Ｑ３）で算出される。第３時点ｔ３と第５時点ｔ５との間のセル電圧データＤＶ、及び電流データＣＶに基づいて算出されたバッテリーセル１１１の現在容量は、（Ｑ５−Ｑ３）／（ＳＯＣ５−ＳＯＣ３）と定められる。
【０１０６】
バッテリーセル１１１の現在容量は、バッテリーセル１１１が充電または放電している場合のみに推定されるものではなく、充電及び放電を共に行っている場合にも推定される。すなわち、第１時点ｔ１と第５時点ｔ５との間でもバッテリーセル１１１の現在容量は推定される。しかし、第１時点ｔ１のＳＯＣ（ＳＯＣ１）と第５時点ｔ５のＳＯＣ（ＳＯＣ５）との差が小さいため、第１時点ｔ１と第５時点ｔ５との間で推定されたバッテリーセル１１１の現在容量は不正確度が高くなる。第１時点ｔ１のＳＯＣ（ＳＯＣ１）と第５時点ｔ５のＳＯＣ（ＳＯＣ５）との差が所定サイズ以上である場合ならば、例えば、３６％以上である場合ならば、第１時点ｔ１と第５時点ｔ５との間で推定されたバッテリーセル１１１の現在容量は十分な信頼度を持つ。
【０１０７】
なお、一実施形態によるバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する方法について説明する。例示的にバッテリーセル１１１の電流が０ではない時点、すなわち、第２時点ｔ２と第４時点ｔ４との間でバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する例を説明する。
【０１０８】
第２時点ｔ２は、バッテリーセル１１１の電流が０より大きくなる時点であるので、第１時点ｔ１と第２時点ｔ２との間ではバッテリーセル１１１のＳＯＣが一定である。実際に第２時点ｔ２、すなわち、放電開始時点からセル電圧は安定化するまで揺れるが、本グラフにはこのような揺れを表示しない。第２時点ｔ２は、揺れが消えてセル電圧が安定化した時点と選択される。第２時点ｔ２のセル電圧は、充放電電圧Ｖ２と定められ、第２時点ｔ２の電流は、充放電電流Ｉ２と定められる。他の例によれば、第２時点ｔ２は時区間と定義され、この時、セル電圧及び電流は、前記時区間中のセル電圧の平均及び電流の平均とそれぞれ定義される。第２時点ｔ２及び第１時点ｔ１のＳＯＣは同一であるので、第２時点ｔ２の開放回路電圧は、第１時点ｔ１の第１開放回路電圧ＯＣＶ１と同一である。第２時点ｔ２で推定されたバッテリーセル１１１の現在内部抵抗は、（ＯＣＶ１−Ｖ２）／Ｉ２と定められる。
【０１０９】
これと同じ方式で、第４時点ｔ４についてもバッテリーセル１１１の現在内部抵抗が推定される。第４時点ｔ４で推定されたバッテリーセル１１１の現在内部抵抗は（Ｖ４−ＯＣＶ５）／Ｉ４と定められる。Ｉ４が負数であるが、現在内部抵抗の値はいつも正数であるので、現在内部抵抗の値が負数である場合に正数で表示すればよい。同じ方式で、充電を始める時点や放電が終わる時点でもバッテリーセル１１１の現在内部抵抗は推定される。
【０１１０】
他の実施形態によるバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する方法について説明する。例示的に、第６時点ｔ６でバッテリーセル１１１の現在内部抵抗を推定する例を説明する。
【０１１１】
第６時点ｔ６のセル電圧は、充放電電圧Ｖ６と定められ、第６時点ｔ６の電流は、充放電電流Ｉ６と定められる。前述したように、第５時点ｔ５のバッテリーセル１１１のＳＯＣは、ＳＯＣ５であり、内部抵抗推定部１５０は、容量推定部１４０と同じ方式で第５時点ｔ５のバッテリーセル１１１のＳＯＣはＳＯＣ５であるいう情報を獲得するか、または容量推定部１４０から、第５時点ｔ５のバッテリーセル１１１のＳＯＣはＳＯＣ５であるという情報を受信する。第５時点ｔ５と第６時点ｔ６との間の変動容量は、第５時点ｔ５と第６時点ｔ６との間の電流を積算することで算出され、容量グラフを参照すれば、変動容量は、第５時点ｔ５の残存容量Ｑ５と第６時点ｔ６の残存容量Ｑ６との差（Ｑ５−Ｑ６）で算出される。算出された変動容量に基づいて第６時点ｔ６のＳＯＣが定められる。第６時点ｔ６のバッテリーセル１１１のＳＯＣであるＳＯＣ６は、ＳＯＣ５−（Ｑ５−Ｑ６）／現在容量で算出される。図３Ｂのグラフを参照して、第６時点ｔ６のＳＯＣ（ＳＯＣ６）に対応する第６時点ｔ６の開放回路電圧ＯＣＶ６が定められる。第６時点ｔ６で推定されたバッテリーセル１１１の現在内部抵抗は、（ＯＣＶ６−Ｖ６）／Ｉ６と定められる。
【０１１２】
前述した方法のように、バッテリーセル１１１のセル電圧データＶＤ及び電流データＣＤ、及びバッテリーセル１１１の開放回路電圧についてのバッテリーセル１１１のＳＯＣに関するデータＯＳＤに基づいて、バッテリーセル１１１の現在容量及び現在内部抵抗が推定される。
【０１１３】
図４は、一実施形態によって推定されたＳＯＨと比較例によるＳＯＨとを比べたグラフを示す。
【０１１４】
比較例によるＳＯＨは、バッテリーセルを満放電させた後、満充電させつつバッテリーセルに流れ込んだ電流を積算する方式でバッテリーセルの容量を測定し、測定されたバッテリーセルの容量に基づいて算出したバッテリーセルのＳＯＨである。グラフに示されたように、経時的にバッテリーセルのＳＯＨは減少する。
【０１１５】
一実施形態によって推定されたＳＯＨは、前述した方法のように、セル電圧データＶＤ及び電流データＣＤに基づいてバッテリーセルの現在容量及び現在内部抵抗を推定し、推定された現在容量及び現在内部抵抗に基づいてバッテリーセルのＳＯＨを推定した結果を示したものである。図４に示されたように、一実施形態によって推定されたＳＯＨも、経時的にバッテリーセルのＳＯＨは減少し、比較例によるＳＯＨの結果と類似した結果を持つ。
【０１１６】
比較例によるＳＯＨ推定方法は、満放電及び満充電過程が伴わねばならないので、実際動作中のバッテリーパックに適用し難い方式であるが、一実施形態によるＳＯＨ推定方法は、実際動作中のバッテリーパックに適用でき、さらなる回路装置なしに比較的簡単に行われる。また図４に示されたように、一実施形態によるＳＯＨ推定方法によるＳＯＨ結果は、比較例によるＳＯＨ推定方法によるＳＯＨ結果と類似しているので、一実施形態によるＳＯＨ推定方法は十分に信頼できる。
【０１１７】
図５は、一実施形態によるバッテリーパックを備えるエネルギー保存装置の概略的なブロック図である。
【０１１８】
図５を参照すれば、エネルギー保存装置５００は、発電システム５０１及び系統５０２と連係して負荷５０３に電力を供給する。エネルギー保存装置５００は、エネルギー保存システムと称する。
【０１１９】
発電システム５０１は、エネルギー源から電力を生産するシステムである。発電システム５０１は、発電した電力をエネルギー保存装置５００に供給する。発電システム５０１は、例えば、太陽光発電システム、風力発電システム、及び潮力発電システムのうち少なくとも一つを含む。しかし、これは例示的なものであり、発電システム５０１は、前記言及した種類に限定されるものではない。例えば、太陽熱や地熱のような新再生エネルギーを用いて電力を生産するすべての発電システムが発電システム５０１に含まれる。特に、太陽光を用いて電力を生産する太陽電池は、家庭や工場に容易に設けられるので、家庭や工場のエネルギー保存装置５００と共に使われる。発電システム５０１は、電力を生産できる複数の発電モジュールを並列に配列することで大容量エネルギーシステムを構成する。
【０１２０】
系統５０２は、発電所、変電所、送電線などを含む。系統５０２が正常状態である場合、系統５０２は、エネルギー保存装置５００、すなわち、負荷５０３及びバッテリーパック５１０のうち少なくとも一つに電力を供給するか、またはエネルギー保存装置５００、特に、バッテリーパック５１０または発電システム５０１から電力を供給される。系統５０２が非正常状態である場合、系統５０２とエネルギー保存装置５００との間の電力伝達は中断する。
【０１２１】
負荷５０３は、発電システム５０１で生産された電力、バッテリーパック５１０に保存された電力、及び／または系統５０２から供給された電力を消費する。家庭や工場の電気装置が負荷５０３の一例である。
【０１２２】
エネルギー保存装置５００は、発電システム５０１で生産した電力をバッテリーパック５１０に保存するか、または系統５０２に供給する。エネルギー保存装置５００は、バッテリーパック５１０に保存された電力を系統５０２に供給するか、または系統５０２から供給された電力をバッテリーパック５１０に保存する。また、エネルギー保存装置５００は、系統５０２が非正常状態である場合、例えば、停電が発生した場合に、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）機能を実行して、発電システム５０１で生産された電力やバッテリーパック５１０に保存されている電力を負荷５０３に供給する。
【０１２３】
エネルギー保存装置５００は、電力を変換する電力変換システム（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、以下「ＰＣＳ」と称する）５２０、バッテリーパック５１０、第１スイッチ５３０、及び第２スイッチ５４０を備える。ＰＣＳ５２０は、電力変換装置と称する。
【０１２４】
ＰＣＳ５２０は、発電システム５０１、系統５０２、及び／またはバッテリーパック５１０から提供される電力を好適な形態の電力に変換して、負荷５０３、バッテリーパック５１０及び／または系統５０２に供給する。ＰＣＳ５２０は、電力変換部５２１、ＤＣリンク部５２２、インバータ５２３、コンバータ５２４、統合制御器５２５を備える。
【０１２５】
電力変換部５２１は、発電システム５０１とＤＣリンク部５２２との間に連結される電力変換装置である。電力変換部５２１は、発電システム５０１で生産した電力を直流リンク電圧に変換してＤＣリンク部５２２に伝達する。電力変換部５２１は、発電システム５０１の種類によってコンバータ回路、整流回路などの電力変換回路を含む。発電システム５０１が直流電力を生産する場合、電力変換部５２１は、発電システム５０１が生産した直流電力を他の直流電力に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータ回路を含む。発電システム５０１が交流電力を生産する場合、電力変換部５２１は、交流電力を直流電力に変換するための整流回路を含む。
【０１２６】
発電システム５０１が太陽光発電システムである場合、電力変換部５２１は、日射量、温度などの変化によって発電システム５０１で生産する電力を最大に得られるように、最大電力ポイント追跡制御を行うＭＰＰＴコンバータを備える。また、発電システム５０１で生産される電力がない時には電力変換部５２１の動作が中止することで、コンバータや整流回路のような電力変換装置で消費される電力が最小化または減少する。
【０１２７】
発電システム５０１または系統５０２での瞬時電圧降下、または負荷５０３でのピーク負荷発生などのような問題によって、直流リンク電圧のサイズが不安定になる場合がある。しかし、直流リンク電圧は、コンバータ５２４及びインバータ５２３の正常動作のために安定化する必要がある。ＤＣリンク部５２２は、電力変換部５２１とインバータ５２３との間に連結されて直流リンク電圧を一定に、または実質的に一定に維持させる。ＤＣリンク部５２２の一例には、大容量キャパシタが挙げられる。
【０１２８】
インバータ５２３は、ＤＣリンク部５２２と第１スイッチ５３０との間に連結される電力変換装置である。インバータ５２３は、発電システム５０１及びバッテリーパック５１０のうち少なくとも一つから出力される直流リンク電圧を系統５０２の交流電圧に変換して出力するインバータを備える。また、インバータ５２３は、充電モードで系統５０２の電力をバッテリーパック５１０に保存するために、系統５０２からの交流電圧を直流電圧に変換して直流リンク電圧を出力する整流回路を備える。インバータ５２３は、入力及び出力の方向が変わりうる双方向インバータである。
【０１２９】
インバータ５２３は、系統５０２に出力される交流電圧から高調波をとり除くためのフィルタを備える。また、インバータ５２３は、無効電力の発生を抑制または制限するためにインバータ５２３から出力される交流電圧の位相と、系統５０２の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を備える。また、インバータ５２３は、電圧変動範囲の制限、力率改善、直流成分の除去、過渡現象の保護または減少などの機能を行える。
【０１３０】
コンバータ５２４は、ＤＣリンク部５２２とバッテリーパック５１０との間に連結される電力変換装置である。コンバータ５２４は、放電モードでバッテリーパック５１０に保存された電力を、好適な電圧レベルの直流リンク電圧にＤＣ−ＤＣ変換してインバータ５２３に出力するＤＣ−ＤＣコンバータを備える。また、コンバータ５２４は、充電モードで電力変換部５２１から出力される電力やインバータ５２３から出力される電力の電圧を、好適な電圧レベル、すなわち、バッテリーパック５１０で要求する充電電圧レベルにＤＣ−ＤＣ変換してバッテリーパック５１０に出力するＤＣ−ＤＣコンバータを備える。コンバータ５２４は、入力及び出力の方向が変わり得る双方向コンバータである。バッテリーパック５１０の充電または放電が行われない場合には、コンバータ５２４の動作が中断することで電力消費が最小化または減少する。
【０１３１】
統合制御器５２５は、発電システム５０１、系統５０２、バッテリーパック５１０、及び負荷５０３の状態をモニタリングする。例えば、統合制御器５２５は、系統５０２での停電発生有無、発電システム５０１での電力生産有無、発電システム５０１で電力が生産される場合に生産される電力量、バッテリーパック５１０の充電状態、負荷５０３の消費電力量、時間などをモニタリングする。
【０１３２】
統合制御器５２５は、モニタリング結果及び既定のアルゴリズムによって、電力変換部５２１、インバータ５２３、コンバータ５２４、バッテリーパック５１０、第１スイッチ５３０、第２スイッチ５４０の動作を制御する。例えば、系統５０２に停電が発生する場合、統合制御器５２５は、バッテリーパック５１０に保存された電力または発電システム５０１で生産された電力が負荷５０３に供給されるように制御する。また、統合制御器５２５は、負荷５０３に十分な電力が供給されない場合に、負荷５０３の電気装置について優先順位を定め、優先順位の高い電気装置に電力を供給するように負荷５０３を制御してもよい。また、統合制御器５２５は、バッテリーパック５１０の充電及び放電を制御する。
【０１３３】
第１スイッチ５３０及び第２スイッチ５４０は、インバータ５２３と系統５０２との間に直列に連結され、統合制御器５２５の制御によってオン／オフ動作を行って、発電システム５０１と系統５０２との間の電流のフローを制御する。発電システム５０１、系統５０２、及びバッテリーパック５１０の状態によって、第１スイッチ５３０及び第２スイッチ５４０のオン／オフが定められる。具体的に、発電システム５０１及びバッテリーパック５１０のうち少なくとも一つからの電力を負荷５０３に供給するか、または系統５０２からの電力をバッテリーパック５１０に供給する場合、第１スイッチ５３０はオン状態になる。発電システム５０１及びバッテリーパック５１０のうち少なくとも一つからの電力を系統５０２に供給するか、または系統５０２からの電力を負荷５０３とバッテリーパック５１０のうち少なくとも一つに供給する場合には、第２スイッチ５４０はオン状態になる。
【０１３４】
系統５０２で停電が発生した場合には、第２スイッチ５４０をオフ状態にし、第１スイッチ５３０をオン状態にする。すなわち、発電システム５０１とバッテリーパック５１０のうち少なくとも一つからの電力を負荷５０３に供給すると共に、負荷５０３に供給される電力が系統５０２側へ流れることを防止する。このように、エネルギー保存装置５００を単独運転システムで動作させることで、系統５０２の電力線などで作業する労働者が発電システム５０１またはバッテリーパック５１０からの電力による感電事故を防止できる。
【０１３５】
第１スイッチ５３０及び第２スイッチ５４０は、大きい電流に耐えられるか、または大きい電流を処理できるリレーのようなスイッチング装置を備える。
【０１３６】
バッテリーパック５１０は、発電システム５０１と系統５０２のうち少なくとも一つから電力を供給されて保存し、保存している電力を負荷５０３と系統５０２のうち少なくとも一つに供給する。バッテリーパック５１０は、電力を保存する部分とこれを制御及び保護する部分とを備える。バッテリーパック５１０の充電及び放電は、統合制御器によって制御される。
【０１３７】
バッテリーパック５１０は、図１及び図２を参照して前述されたバッテリーパック１００、１００ａに対応する。バッテリーパック５１０は、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー５１１、及びバッテリー５１１の充電及び放電を制御するバッテリー管理部５１２を備える。バッテリー管理部５１２は、前記バッテリーセルのセル電圧及び電流を測定してセル電圧データ及び電流データを生成する測定部、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成する容量推定部、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成する内部抵抗推定部、及び前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記バッテリーセルのＳＯＨを推定する健康状態推定部を備える。バッテリー管理部５１２は、推定されたバッテリーセルのＳＯＨを統合制御器５２５に提供する。
【０１３８】
他の例によれば、バッテリー管理部５１２は、前記バッテリーセルのセル電圧及び電流を測定し、セル電圧データ及び電流データを生成して統合制御器５２５に伝送する。統合制御器５２５は、バッテリー管理部５１２から前記セル電圧データ及び前記電流データを受信する。統合制御器５２５は、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成する容量推定部、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成する内部抵抗推定部、及び前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記バッテリーセルのＳＯＨを推定する健康状態推定部を備える。
【０１３９】
図６は、一実施形態によるバッテリーパックを備える電気自動車の概略的なブロック図である。
【０１４０】
図６を参照すれば、電気自動車６００は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６２１、インバータコントローラ６２２、インバータ６２３、モータ６２４及びバッテリーパック６１０を備える。バッテリーパック６１０は、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー６１１、及びバッテリー６１１の充電及び放電を制御するバッテリー管理部６１２を備える。バッテリーパック６１０は、図１及び図２を参照して前述されたバッテリーパック１００、１００ａに対応する。
【０１４１】
バッテリー６１１は、少なくとも一つのバッテリーセルを備え、電気自動車６００の駆動時にモータ６２４に電圧を供給してモータ６２４の出力パワーを支援し、制動時に発電器として動作するモータ６２４の回生制動エネルギーを回収して保存する。バッテリー６１１は、電力充電所の電力変換システムまたはエネルギー保存システムのようなＤＣ充電部６２５から供給されるＤＣ電力を充電する。バッテリー６１１は、商用電源のようなＡＣ充電部６２７から供給されるＡＣ電力を充電できる。このために、電気自動車５００は電力変換部６２６を備え、バッテリー６１１は電力変換部６２６に連結され、電力変換部６２６は、ＡＣ充電部６２７から供給されるＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。
【０１４２】
バッテリー管理部６１２は、バッテリー６１１の電圧、電流、温度などの情報を検出し、バッテリー６１１のＳＯＣを診断及び管理し、バッテリー６１１の充電及び放電のような全般的な動作を制御する。バッテリー管理部６１２は、電気自動車６００の通信ライン、例えば、ＣＡＮ通信ラインを通じてＥＣＵ６２１にバッテリー６１１の電圧、電流、温度、ＳＯＣ、診断情報などの情報を提供する。
【０１４３】
バッテリー管理部６１２は、前記バッテリーセルのセル電圧及び電流を測定し、セル電圧データ及び電流データを生成する測定部、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成する容量推定部、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成する内部抵抗推定部、及び前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記バッテリーセルのＳＯＨを推定する健康状態推定部を備える。バッテリー管理部６１２は、推定されたバッテリーセルのＳＯＨをＥＣＵ６２１に提供する。
【０１４４】
他の例によれば、前記バッテリー管理部は、前記バッテリーセルのセル電圧及び電流を測定し、セル電圧データ及び電流データを生成してＥＣＵ６２１に伝送する。ＥＣＵ６２１は、バッテリー管理部６１２から前記セル電圧データ及び前記電流データを受信する。ＥＣＵ６２１は、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在容量を推定し、現在容量データを生成する容量推定部、前記セル電圧データ及び前記電流データに基づいて前記バッテリーセルの現在内部抵抗を推定し、現在内部抵抗データを生成する内部抵抗推定部、及び前記現在容量データ及び前記現在内部抵抗データに基づいて前記バッテリーセルのＳＯＨを推定する健康状態推定部を備える。
【０１４５】
ＥＣＵ６２１は、電気自動車６００の車状態と走行モードなどを全般的に制御し、バッテリー管理部６１２から提供されるバッテリー６１１の情報を参照して、運転手が電気自動車６００を安定的に運行可能にする。ＥＣＵ６２１は、バッテリー６１１のバッテリーセルのＳＯＨが既定の基準値以下になれば、電気自動車６００の管理者に、劣化したバッテリーセル及び／またはそのＳＯＨを表示する。管理者は、劣化したバッテリーセルを入れ替るなどの措置を行って電気自動車６００を安全に運行させる。ＥＣＵ６２１は、インバータコントローラ６２２を通じてインバータ６２３を制御する。インバータ６２３は、バッテリー６１１から提供されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、モータ６２４を駆動するためのＡＣ電力を供給する。また、インバータ６２３は、制動時にモータ６２４から提供されるＡＣ電力をＤＣ電力に変換してバッテリー６１１に提供する。
【０１４６】
図６には、一実施形態によるバッテリーパックを備える電気自動車を示したが、これは例示的なものであり、ハイブリッド自動車や電気自転車、電気バイクのような電気を用いた多様な運送手段に適用できる。
【０１４７】
本明細書では本発明を限定された実施形態を中心として説明したが、本発明の範囲内で多様な実施形態が可能である。また説明されてはいないが、均等な手段も本発明にそのまま結合されると言える。したがって、本発明の真の保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、バッテリーパック関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１４９】
１００、１００ａ：バッテリーパック
１１０：バッテリー
１１１：バッテリーセル
１２０：バッテリー管理部
１２５：ＭＣＵ
１３０：測定部
１３１：セル電圧測定部
１３２：電流測定部
１３３：電流センサー
１３５：ＡＦＥ
１４０：容量推定部
１５０：内部抵抗推定部
１６０：ＳＯＨ推定部
１７０：第１保存部
１８０：第２保存部
５００：エネルギー保存装置
６００：電気自動車
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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