(57)【要約】  本発明は、バッテリーの電圧挙動を用いてバッテリーのＳＯＨを推定する装置及び方法に関するものである。本発明によるバッテリーＳＯＨ推定装置は、ＳＯＨ推定時点ごとにセンシング部からバッテリー電圧、電流及び温度データを獲得して貯蔵するデータ貯蔵部；前記貯蔵されたバッテリー電流データを用いて電流積算法によって第１ＳＯＣを推定する第１ＳＯＣ推定部；前記電圧の挙動によって開放電圧を推定し、開放電圧及びバッテリー温度とＳＯＣとの相関関係を用いて開放電圧と温度とに対応する第２ＳＯＣを計算して貯蔵する第２ＳＯＣ推定部；前記第１ＳＯＣの変化量に対する前記第２ＳＯＣの変化量の比率の加重平均に対する収束値を計算して貯蔵する加重平均収束値算出部；及び前記加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係を用いて加重平均収束値に対応するバッテリー容量を推定し、バッテリーの使用初期容量に対する推定容量の相対的比率をＳＯＨとして推定して貯蔵するＳＯＨ推定部；を含む。
2011530696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＨ推定時点ごとにバッテリーと結合された電圧センシング部、電流センシング部及び温度センシング部からバッテリー電圧、電流及び温度データを獲得して貯蔵するデータ貯蔵部；
前記貯蔵されたバッテリー電流データを用いて電流積算法によって第１ＳＯＣを推定する第１ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）推定部；
前記貯蔵されたバッテリー電圧の挙動によって開放電圧を推定し、開放電圧及びバッテリー温度とＳＯＣとの相関関係を用いて推定された開放電圧とバッテリー温度とに対応する第２ＳＯＣを計算して貯蔵する第２ＳＯＣ推定部；
前記第１ＳＯＣの変化量に対する前記第２ＳＯＣの変化量の比率（ＳＯＣ変化率）の加重平均に対する収束値を計算して貯蔵する加重平均収束値算出部；及び
前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係を用いて前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量を推定し、バッテリー使用初期容量に対する推定バッテリー容量の相対的比率をＳＯＨとして推定して貯蔵するＳＯＨ推定部；を含むことを特徴とするバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）推定装置。
【請求項２】
前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係は、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値ごとにバッテリー容量を定義したルックアップテーブルであり、
前記ＳＯＨ推定部は、前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量を前記ルックアップテーブルからマッピングして推定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項３】
前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係は、前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量とをそれぞれ入力パラメータ及び出力パラメータとする関数であり、
前記ＳＯＨ推定部は、前記関数の入力パラメータとして前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値を代入してバッテリー容量を推定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項４】
前記ＳＯＨ推定部は、バッテリー使用初期容量に対する現在バッテリー容量の相対的比率を算出するとき、許容可能なバッテリーの最低容量を基準にして前記相対的比率を算出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項５】
前記第２ＳＯＣ推定部は、
バッテリーの電圧挙動と開放電圧変化量との相関関係を定義した数学的モデルを適用して前記貯蔵された現在及び過去に測定されたバッテリー電圧の変化パターンから開放電圧変化量を計算し、バッテリー温度に対応する補正ファクターを前記計算された開放電圧変化量に反映して現在ステップの開放電圧変化量を推定する開放電圧変化量計算部；
直前ステップで推定されたバッテリー開放電圧に前記推定された開放電圧変化量を反映して現在ステップのバッテリー開放電圧を推定する開放電圧計算部；及び
開放電圧及び温度とＳＯＣとの相関関係を用いて前記推定された開放電圧と前記測定された温度とに対応するＳＯＣを推定して貯蔵するＳＯＣ推定部；を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項６】
前記開放電圧計算部は、現在及び過去のバッテリー電圧に対する加重平均（測定時点が早いバッテリー電圧であるほど大きい加重値を与える）と直前ステップの開放電圧との差分を、前記推定された現在ステップの開放電圧に加算して開放電圧を補正することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項７】
前記過去のバッテリー電圧は、直前ステップに測定されたバッテリー電圧であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項８】
前記推定された開放電圧変化量は、前記計算された開放電圧変化量に前記温度による補正ファクターを掛けて算出することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項９】
前記変化パターンを構成するバッテリー電圧は、少なくとも現在ステップ、以前ステップ及び前前ステップで測定されたバッテリー電圧Ｖｎ、Ｖｎ−１及びＶｎ−２を含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項１０】
前記数学的モデルは、現在ステップと過去ステップとのバッテリー電圧変化量と、バッテリー電圧変化パターンを構成する各電圧によって定義されるパターン関数との数学的演算によって定義されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項１１】
前記補正ファクターは、バッテリー温度Ｔを入力変数としバッテリー開放電圧変化量の補正ファクターを出力変数とする数学的モデルの入力変数としてバッテリーの温度を代入して算出することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定装置。
【請求項１２】
（ａ）ＳＯＨ推定時点ごとにバッテリーと結合された電圧センシング部、電流センシング部及び温度センシング部からバッテリー電圧、電流及び温度データを獲得して貯蔵するステップ；
（ｂ）前記貯蔵されたバッテリー電流データを用いて電流積算法によって第１ＳＯＣを推定するステップ；
（ｃ）前記貯蔵されたバッテリー電圧の挙動によって開放電圧を推定し、開放電圧及びバッテリー温度とＳＯＣとの相関関係を用いて推定された開放電圧とバッテリー温度とに対応する第２ＳＯＣを計算して貯蔵するステップ；
（ｄ）前記第１ＳＯＣの変化量に対する前記第２ＳＯＣの変化量の比率（ＳＯＣ変化率）の加重平均に対する収束値を計算して貯蔵するステップ；及び
（ｅ）前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係を用いて前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量を推定し、バッテリー使用初期容量に対する推定バッテリー容量の相対的比率をＳＯＨとして推定して貯蔵するステップ；を含むことを特徴とするバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１３】
前記（ｅ）ステップにおいて、
前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値ごとにバッテリー容量を定義したルックアップテーブルを参照して前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量をマッピングしてバッテリー容量を推定することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１４】
前記（ｅ）ステップにおいて、
前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量とをそれぞれ入力パラメータ及び出力パラメータとする関数の入力パラメータとして前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値を代入してバッテリー容量を推定することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１５】
前記（ｅ）ステップにおいて、
バッテリー使用初期容量に対する現在バッテリー容量の相対的比率を算出するとき、許容可能なバッテリーの最低容量を基準にして前記相対的比率を算出することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１６】
前記（ｃ）ステップは、
バッテリーの電圧挙動と開放電圧変化量との相関関係を定義した数学的モデルを適用して前記貯蔵された現在及び過去に測定されたバッテリー電圧の変化パターンから開放電圧変化量を計算するステップ；
バッテリー温度に対応する補正ファクターを前記計算された開放電圧変化量に反映して現在ステップの開放電圧変化量を推定するステップ；
直前ステップで推定されたバッテリー開放電圧に前記推定された開放電圧変化量を反映して現在ステップのバッテリー開放電圧を推定するステップ；及び
開放電圧及び温度とＳＯＣとの相関関係を用いて前記推定された開放電圧と前記測定された温度に対応するＳＯＣを推定して貯蔵するステップ；を含むことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１７】
前記現在及び過去のバッテリー電圧に対する加重平均（測定時点が早いバッテリー電圧であるほど大きい加重値を与える）と直前ステップの開放電圧との差分を、前記推定された現在ステップの開放電圧に加算して開放電圧を補正する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１８】
前記過去のバッテリー電圧は、直前ステップに測定されたバッテリー電圧であることを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項１９】
前記推定された開放電圧変化量は、前記計算された開放電圧変化量に前記温度による補正ファクターを掛け算演算して算出することを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項２０】
前記変化パターンを構成するバッテリー電圧は、少なくとも現在ステップ、以前ステップ及び前前ステップで測定されたバッテリー電圧Ｖｎ、Ｖｎ−１及びＶｎ−２を含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項２１】
前記数学的モデルは、現在ステップと過去ステップとのバッテリー電圧変化量と、バッテリー電圧変化パターンを構成する各電圧によって定義されるパターン関数との数学的演算によって定義されることを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【請求項２２】
前記補正ファクターは、バッテリー温度Ｔを入力変数としバッテリー開放電圧変化量の補正ファクターを出力変数とする数学的モデルの入力変数としてバッテリーの温度を代入して算出することを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーの容量退化を示すパラメータであるＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ；ＳＯＨという）を推定する装置及び方法に関するものであって、より詳しくは、バッテリーの残存容量を示すパラメータであるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を用いてバッテリーのＳＯＨを推定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電気自動車またはハイブリッド電気自動車（以下、これら自動車を電気駆動自動車という）は、電気駆動モードでバッテリーに貯蔵された電気エネルギーを用いて自動車を駆動させる。
【０００３】
化石燃料を使用する自動車は液状燃料でエンジンを駆動させるので燃料の残量を測定することが難しくない。しかし、電気駆動自動車はバッテリーの残存エネルギーがどれくらいなのかを正確に測定することが難しい。
【０００４】
電気駆動自動車はバッテリーに充電されたエネルギーを用いて動くので、バッテリーの残存容量を把握することが非常に重要である。従って、バッテリーのＳＯＣを把握して走行可能距離などの情報を運転者に知らせる技術開発が活発になされている。
【０００５】
一例として、バッテリーの充放電中にバッテリーの電圧を測定し、測定された電圧から無負荷状態のバッテリー開放電圧を推定し、開放電圧ごとのＳＯＣテーブルを参照して推定された開放電圧に該当するＳＯＣをマッピングする方法がある。ところで、バッテリーの充放電がなされているときには、ＩＲドロップ効果によりバッテリーの推定された電圧が実際電圧と大きい差を示すことになるので、このような誤差を補正しなければ正確なＳＯＣを得ることができない短所がある。
【０００６】
参考として、ＩＲドロップ効果とは、バッテリーが負荷に連結されて放電が始まるか外部電源からバッテリーの充電が始まるとき、電圧が急激に変わる現象を言う。すなわち、放電が始まるときにはバッテリー電圧が急激に低下し、充電が始まるときには電圧が急激に上昇する。
【０００７】
他の例として、バッテリーの充放電電流を積算してバッテリーのＳＯＣを推定する方法がある。この方法は、電流を測定する過程で発生する測定誤差が継続的に累積されて時間が経つにつれてＳＯＣの正確度が落ちる。
【０００８】
一方、前述したＳＯＣ以外にバッテリーの状態を示す他のパラメータとしてＳＯＨがある。ＳＯＨは、エージング効果によるバッテリーの容量特性変化を定量的に示すパラメータであって、バッテリーの容量がどれくらい退化されたのかを分かるようにしてくれる。従って、ＳＯＨが分かれば、適切な時点にバッテリーを交換することができ、バッテリーの使用期間によってバッテリーの充放電容量を調節してバッテリーの過充電や過放電を防止することができる。
【０００９】
バッテリー容量特性の変化はバッテリーの内部抵抗変化に反映されるので、ＳＯＨはバッテリーの内部抵抗と温度とによって推定可能であると知られている。すなわち、充放電実験を通じてバッテリーの内部抵抗と温度ごとにバッテリーの容量を測定する。それから、バッテリーの初期容量を基準にして前記測定された容量を相手数値化することで、ＳＯＨマッピングのためのルックアップテーブルを得る。その後、実際バッテリー使用環境でバッテリーの内部抵抗と温度とを測定し、前記ルックアップテーブルから内部抵抗と温度とに対応するＳＯＨをマッピングしてバッテリーのＳＯＨを推定することができる。
【００１０】
前述したＳＯＨ推定方法において最も重要なことは如何に正確にバッテリーの内部抵抗を求めることができるのかである。しかし、バッテリーの充放電過程でバッテリーの内部抵抗を直接測定することは現実的に不可能である。従って、通常、バッテリーの電圧と充放電電流とを測定してオームの法則に従ってバッテリーの内部抵抗を間接的に計算する。しかし、バッテリーの電圧はＩＲドロップ効果により実際電圧と誤差を示し、バッテリーの電流も測定誤差を有するので、ただ単にオームの法則に従って計算された内部抵抗とこれから推定されたＳＯＨは信頼性が落ちるという限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために創案されたものであって、正確度が高いＳＯＨ推定装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、数学的モデルによるＳＯＨ推定時、バッテリー電圧挙動から推定されたＳＯＣを用いることで、ＳＯＨ推定の正確度を向上させることができるＳＯＨ推定装置及び方法を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、数学的モデルによるＳＯＨ推定時、相異なる方法によって推定されたＳＯＣを同時に考慮することで、ＳＯＨ推定の正確度を向上させることができるＳＯＨ推定装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記技術的課題を達成するために、本発明によるバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）推定装置は、ＳＯＨ推定時点ごとにバッテリーと結合された電圧センシング部、電流センシング部及び温度センシング部からバッテリー電圧、電流及び温度データを獲得して貯蔵するデータ貯蔵部；前記貯蔵されたバッテリー電流データを用いて電流積算法によって第１ＳＯＣを推定する第１ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）推定部；前記貯蔵されたバッテリー電圧の挙動によって開放電圧を推定し、開放電圧及びバッテリー温度とＳＯＣとの相関関係を用いて推定された開放電圧とバッテリー温度とに対応する第２ＳＯＣを推定して貯蔵する第２ＳＯＣ推定部；前記第１ＳＯＣの変化量に対する前記第２ＳＯＣの変化量の比率（ＳＯＣ変化率）の加重平均に対する収束値を計算して貯蔵する加重平均収束値算出部；及び前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係を用いて前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量を推定し、バッテリー使用初期容量に対する推定バッテリー容量の相対的比率をＳＯＨとして推定して貯蔵するＳＯＨ推定部；を含む。
【００１５】
本発明の一側面によれば、前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係は、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値ごとにバッテリー容量を定義したルックアップテーブルである。このような場合、前記ＳＯＨ推定部は、前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量を前記ルックアップテーブルからマッピングして推定する。
【００１６】
本発明の他側面によれば、前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係は、前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量とをそれぞれ入力パラメータ及び出力パラメータとする関数である。このような場合、前記ＳＯＨ推定部は、前記関数の入力パラメータとして前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値を代入してバッテリー容量を推定する。
【００１７】
選択的に、前記ＳＯＨ推定部は、バッテリー使用初期容量に対する現在バッテリー容量の相対的比率の算出時、許容可能なバッテリー最低容量を基準にして前記相対的比率を算出する。
【００１８】
望ましくは、前記第２ＳＯＣ推定部は、バッテリーの電圧挙動と開放電圧変化量との相関関係を定義した数学的モデルを適用して前記貯蔵された現在及び過去に測定されたバッテリー電圧の変化パターンから開放電圧変化量を計算し、バッテリー温度に対応する補正ファクターを前記計算された開放電圧変化量に反映して現在ステップの開放電圧変化量を推定する開放電圧変化量計算部；直前ステップで推定されたバッテリー開放電圧に前記推定された開放電圧変化量を反映して現在ステップのバッテリー開放電圧を推定する開放電圧計算部；及び開放電圧及び温度とＳＯＣとの相関関係を用いて前記推定された開放電圧と前記測定された温度に対応するＳＯＣを推定して貯蔵するＳＯＣ推定部；を含む。
【００１９】
望ましくは、前記開放電圧推定部は、現在及び過去のバッテリー電圧に対する加重平均（測定時点が早いバッテリー電圧であるほど大きい加重値を与える）と直前ステップの開放電圧との差分を、前記推定された現在ステップの開放電圧に加算して開放電圧を補正する。このとき、前記過去のバッテリー電圧は、直前ステップのバッテリー電圧であり得る。
【００２０】
望ましくは、前記推定された開放電圧変化量は、前記計算された開放電圧変化量に前記温度による補正ファクターを掛けて算出する。
【００２１】
望ましくは、前記変化パターンを構成するバッテリー電圧は、少なくとも、現在ステップ、以前ステップ及び前前ステップで測定されたバッテリー電圧Ｖｎ、Ｖｎ−１及びＶｎ−２を含む。
【００２２】
本発明において、前記数学的モデルは、現在ステップと過去ステップとの間のバッテリー電圧変化量とバッテリー電圧変化パターンを構成する各電圧によって定義されるパターン関数の数学的演算によって定義される。
【００２３】
本発明において、前記補正ファクターは、バッテリー温度Ｔを入力変数としバッテリー開放電圧変化量の補正ファクターを出力変数とする数学的モデルの入力変数としてバッテリーの温度を代入して算出する。
【００２４】
前記技術的課題を達成するために、本発明によるバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーＳＯＨ推定方法は、（ａ）ＳＯＨ推定時点ごとにバッテリーと結合された電圧センシング部、電流センシング部及び温度センシング部からバッテリー電圧、電流及び温度データを獲得して貯蔵するステップ；（ｂ）前記貯蔵されたバッテリー電流データを用いて電流積算法によって第１ＳＯＣを推定するステップ；（ｃ）前記貯蔵されたバッテリー電圧の挙動によって開放電圧を推定し、開放電圧及びバッテリー温度とＳＯＣとの相関関係を用いて推定された開放電圧とバッテリー温度とに対応する第２ＳＯＣを推定して貯蔵するステップ；（ｄ）前記第１ＳＯＣの変化量に対する前記第２ＳＯＣの変化量の比率（ＳＯＣ変化率）の加重平均に対する収束値を計算して貯蔵するステップ；及び（ｅ）前記ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係を用いて前記貯蔵されたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量を推定し、バッテリー使用初期容量に対する推定バッテリー容量の相対的比率をＳＯＨとして推定して貯蔵するステップ；を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
【図１】本発明の実施例によるバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーのＳＯＨ推定装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例によるバッテリーのＳＯＨ推定プログラムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるバッテリーの電圧挙動を用いてＳＯＣを推定する第２ＳＯＣ推定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例によるバッテリーの電圧挙動を用いたＳＯＨ推定方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例によるバッテリーの電圧挙動を用いてＳＯＣを推定する過程を示すフローチャートである。
【図６】バッテリー使用初期ステップにおいて同一の充放電条件で電流積算法により推定したＳＯＣ及びバッテリーの電圧挙動を用いて推定したＳＯＣの変化パターンを示すグラフである。
【図７】バッテリー容量退化がある程度なされた後に同一の充放電条件で電流積算法により推定したＳＯＣ及びバッテリーの電圧挙動を用いて推定したＳＯＣの変化パターンを示すグラフである。
【図８】容量を知っている２個のバッテリーに対して充放電試験を行いながら加重平均の初期値を相異なる値に任意に設定してＳＯＣ変化率の加重平均を周期的に計算した結果を示すグラフである。
【図９】容量を知っている２個のバッテリーに対して充放電試験を行いながら加重平均の初期値を相異なる値に任意に設定してＳＯＣ変化率の加重平均を周期的に計算した結果を示すグラフである。
【図１０】各バッテリーの実際容量、各バッテリーの初期容量対比現在容量の百分率、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値、各バッテリーの初期容量対比推定容量の百分率、実際容量を基準にした推定容量の誤差を実験中に計算して示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、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いけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００２７】
図１は、本発明の実施例によるバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーのＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）推定装置の構成を示す概略図である。
【００２８】
図１を参照すれば、本発明によるバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーのＳＯＨ推定装置は、バッテリー１００と負荷１０７との間に連結され、電圧センシング部１０１、温度センシング部１０２、電流センシング部１０３、メモリ部１０４、及びマイクロコントローラー１０５を含む。
【００２９】
前記電圧センシング部１０１は、ＳＯＨ推定時点ごとにマイクロコントローラー１０５の制御によってバッテリー電圧を測定し、マイクロコントローラー１０５に出力する。
【００３０】
前記温度センシング部１０２は、ＳＯＨ推定時点ごとにマイクロコントローラー１０５の制御によってバッテリー温度を測定し、マイクロコントローラー１０５に出力する。
【００３１】
前記電流センシング部１０３は、ＳＯＨ推定時点ごとにマイクロコントローラー１０５の制御によって電流センシング抵抗１０８を通じて流れるバッテリー電流を測定し、マイクロコントローラー１０５に出力する。
【００３２】
前記メモリ部１０４は、バッテリー容量退化を推定するために必要なプログラム、バッテリー容量退化推定のために事前に必要な各種データ、前記電圧センシング部１０１、温度センシング部１０２及び電流センシング部１０３によって測定されたバッテリー電圧、温度及び電流データ、及びバッテリー容量退化推定のための各種の計算過程で発生する計算値を貯蔵する。
【００３３】
前記マイクロコントローラー１０５は、バッテリー１００のＳＯＨ推定時点ごとに、電圧センシング部１０１、温度センシング部１０２及び電流センシング部１０３からバッテリー電圧、温度及び電流データの入力を受けて前記メモリ部１０４に貯蔵する。また、前記マイクロコントローラー１０５は、バッテリー容量退化推定プログラムをメモリ部１０４からリードして実行し、バッテリーのＳＯＨを推定してメモリ部１０４に貯蔵し、必要に応じては、推定されたＳＯＨを表示部１０６を通じて外部に出力する。前記バッテリー容量退化推定プログラムの構成及び動作に対しては詳しく後述する。
【００３４】
前記バッテリー１００の種類は特に限定されず、再充電が可能であって充電状態を考慮すべきのリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などで構成することができる。
【００３５】
前記負荷１０７の種類は特に限定されず、ビデオカメラ、携帯電話、ポータブルＰＣ、ＰＭＰ、ＭＰ３プレーヤーなどのような携帯用電子機器、電気自動車やハイブリッド自動車のモーター、ＤＣ ｔｏ ＤＣコンバータなどで構成することができる。
【００３６】
図２は、本発明の実施例によるバッテリーのＳＯＨ推定プログラムの構成を示すブロック図である。
【００３７】
図２を参照すれば、本発明によるバッテリー容量退化推定プログラム２００は、マイクロコントローラー１０５によって行われるものであって、データ貯蔵部２０１、第１ＳＯＣ推定部２０２、第２ＳＯＣ推定部２０３、加重平均収束値算出部２０４、及びＳＯＨ推定部２０５を含む。
【００３８】
前記データ貯蔵部２０１は、図１に示した電圧センシング部１０１、温度センシング部１０２及び電流センシング部１０３からＳＯＨ推定時点ごとにバッテリー電圧、温度及び電流データの入力を受けてメモリ部１０４に貯蔵する。
【００３９】
前記第１ＳＯＣ推定部２０２は、ＳＯＨ推定時点ごとにメモリ部１０４に累積貯蔵されたバッテリー電流データを用いて電流積算法によってＳＯＣIｎを推定してメモリ部１０４に貯蔵する。ここで、ｎは、ＳＯＨ推定時点がｎ番目であることを示し、以下同一である。
【００４０】
参考として、前記電流積算法は、バッテリー初期容量を基準にしてバッテリーの充放電電流を累算して現在残っているバッテリーの容量を求め、前記初期容量を基準にして現在容量の相対的比率を計算してＳＯＣを推定する。電流積算法は、本発明が属する技術分野において広く知られた方法であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４１】
前記第２ＳＯＣ推定部２０３は、ＳＯＨ推定時点ごとにメモリ部１０４に貯蔵されたバッテリーの電圧挙動を用いて開放電圧を計算し、計算された開放電圧に対応するＳＯＣIIｎを推定してメモリ部１０４に貯蔵する。
【００４２】
より詳しくは、前記第２ＳＯＣ推定部２０３は、バッテリーの電圧挙動を用いてバッテリーの開放電圧変化量△ＯＣＶｎを計算し、温度による補正ファクターを適用して前記計算されたバッテリー開放電圧変化量を補正し、補正されたバッテリー開放電圧変化量を以前に算出した開放電圧ＯＣＶｎ−１に反映して現ステップのバッテリー開放電圧ＯＣＶｎを算出し、予め定義されたバッテリー開放電圧及び温度とＳＯＣとの相関関係を用いて前記算出されたバッテリー開放電圧と測定されたバッテリー温度とに対応するＳＯＣIIｎを推定する。そして、前記第２ＳＯＣ推定部２０３は、前記推定されたＳＯＣIIｎをメモリ部１０４に貯蔵する。
【００４３】
前記加重平均収束値算出部２０４は、下記数学式１及び２を用いて電流積算法により推定したＳＯＣの変化量と、バッテリーの電圧挙動を用いて推定したＳＯＣの変化量とをそれぞれ算出する。
【数１】
2011530696.tif 000003
【００４４】
前記数学式において、
△ＳＯＣIｎ：電流積算法により推定されたｎ番目のＳＯＣ変化量であり、
ＳＯＣＩｎ：現在のＳＯＣ推定時点で計算したＳＯＣであり、
ＳＯＣIｎ−１：以前のＳＯＣ推定時点で計算したＳＯＣである。
【数２】
2011530696.tif 000004
【００４５】
前記数学式において、
△ＳＯＣIIｎ：バッテリーの電圧挙動を用いて推定されたｎ番目のＳＯＣ変化量であり、
ＳＯＣIIｎ：現在のＳＯＣ推定時点で計算したＳＯＣであり、
ＳＯＣIIｎ−１：以前のＳＯＣ推定時点で計算したＳＯＣである。
【００４６】
次いで、前記加重平均収束値算出部２０４は、下記数学式３を用いて△ＳＯＣIｎを基準にした△ＳＯＣIIｎの絶対比率であるＲａｔｉｏ＿ＳＯＣｎを算出する。以下、前記絶対比率は、ＳＯＣ変化率と称する。
【数３】
2011530696.tif 000005
【００４７】
次いで、前記加重平均収束値算出部２０４は、下記数学式４によってＳＯＣ変化率Ｒａｔｉｏ＿ＳＯＣｎに対する加重平均を求める。
【数４】
2011530696.tif 000006
【００４８】
前記加重平均ＷＭＶｎは、ｎが増加するにつれて一定の値に収束する特性があり、これに対して具体的に説明する。
【００４９】
図６は、バッテリー使用初期ステップにおいて同一の充放電条件で推定したＳＯＣＩｎ及びＳＯＣIIｎの変化パターンを示すグラフである。図６を参照すれば、バッテリー使用初期ステップにおいては、電流積算法により推定したＳＯＣと、バッテリーの電圧挙動を用いて推定したＳＯＣとの間の偏差が大きくないことが分かる。
【００５０】
図７は、バッテリーの使用時間がある程度経過した後、すなわち、バッテリー容量退化がある程度なされた後に同一の充放電条件でのＳＯＣＩｎ及びＳＯＣIIｎの変化パターンを示すグラフである。図７を参照すれば、バッテリー容量退化がある程度進行された後には、電流積算法により推定したＳＯＣと、バッテリーの電圧挙動を用いて推定したＳＯＣとの間の偏差が増加することが分かる。
【００５１】
図６及び図７から分かるように、バッテリーの充放電が同一のパターンでなされる場合、電流積算法により推定されたＳＯＣプロファイルはバッテリーの容量退化に依存せず、ほとんど変化がない。これは、すなわち、バッテリーの充放電パターンを同一に維持すれば、バッテリーの容量退化に関係なく電流積算法により推定されたＳＯＣは同一の変化パターンを示すことを意味する。
【００５２】
一方、バッテリーの電圧挙動を用いて推定されたＳＯＣは、バッテリーの容量退化程度に比例してＳＯＣプロファイルの変化程度が大きい。すなわち、バッテリーの容量が退化されるほど、充電電流が少なく流れてもバッテリー電圧が急激に上昇し、放電電流が少なく流れてもバッテリー電圧が急激に減少する。従って、バッテリーの電圧挙動によって推定されるＳＯＣは、バッテリーの容量退化によって大きい変化を示す。これから、バッテリー容量が退化されれば、バッテリーの充放電が同一のパターンでなされても、開放電圧挙動から推定されたＳＯＣの変化量はバッテリー容量の退化程度に対して何らかの依存性を有して増加するということが分かる。
【００５３】
図８及び図９は、容量を知っている２個のバッテリーに対して充放電試験を行いながら加重平均の初期値ＷＭＶ１を相異なる値に任意に設定してＳＯＣ変化率の加重平均を周期的に計算した結果を示すグラフである。
【００５４】
図８において、グラフＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、容量が５.７２Ａｈであるバッテリーに対して加重平均初期値ＷＭＶ１をそれぞれ１.０、０.８、０.６６、０.３に設定した状態で計算した加重平均グラフである。ここで、０.６６は、加重平均の実際収束値である。
【００５５】
図９において、グラフＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、容量が４.３Ａｈであるバッテリーに対して加重平均初期値ＷＭＶ１をそれぞれ１.４、１.１、０.９５、０.６に設定した状態で計算した加重平均グラフである。ここで、０.９５は、加重平均の実際収束値である。
【００５６】
図８及び図９を参照すれば、ＳＯＣ変化率の加重平均は加重平均初期値と関係なく実際収束値と同一に収束し、バッテリーの容量が減少すれば加重平均収束値は上昇することが分かる。従って、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値は、バッテリーの容量退化を定量的に示すことができる一つのパラメータになり得ることをよく示している。
【００５７】
一方、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値は、長期間に渡った充放電実験を通じて得ることができる。しかし、バッテリーの実際使用環境においては、特定の時点でＳＯＣ変化率の加重平均を得たとき、そのＳＯＣ変化率の加重平均がこれからどの値に収束するかを数学的モデリングを通じて推定するしかない。
【００５８】
これによって、前記加重平均収束値算出部２０４は、下記数学式５を用いてＳＯＣ変化率の加重平均を初期条件とする加重平均数列によってＳＯＣ変化率の加重平均を十分大きい回数ｐほど繰り返して計算することで、加重平均の収束値ＷＭＶｎを求めてメモリ部１０４に貯蔵する。ここで、ＷＭＶｎは、加重平均が収束した値を示す。
【数５】
2011530696.tif 000007
【００５９】
前記数学式５において、ｋは、１以上の整数である。ｋ＝１であるとき、ＷＭＶｎ０は、以前ステップで求めたＳＯＣ変化率の加重平均収束値ＷＭＶｎ−１として設定する。加重平均数列の計算回数は数千以上の大きい数に設定する。加重平均の初期収束値ＷＭＶ１はバッテリーの出荷時予めその値を設定し、メモリ部１０４に貯蔵して参照する。
【００６０】
前記ＳＯＨ推定部２０５は、メモリ部１０４からＳＯＣ変化率の加重平均収束値をリードした後バッテリー容量Ｃａｐａｃｉｔｙｎを推定する。すなわち、前記ＳＯＨ推定部２０５は、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量のとの相関関係を使用して、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー推定容量Ｃａｐａｃｉｔｙｎを算出する。
【００６１】
一例として、前記相関関係は、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値ごとにバッテリー容量を定義したルックアップテーブルである。他の例として、前記相関関係は、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量をそれぞれ入力パラメータ及び出力パラメータとする関数であり得る。
【００６２】
前記相関関係は下記のような方法で得られる。すなわち、多様な範囲で実際容量を知っている十分に多くの数のバッテリーに長期間同一の条件で充放電実験を行いながらＳＯＣ変化率の加重平均収束値を得る。それから、実験を通じて得られたＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量をルックアップテーブルとして構成する。または、実験結果として得られたＳＯＣ変化率の加重平均収束値と既に知っているバッテリー容量とをそれぞれ入力パラメータ及び出力パラメータとする数値解釈を通じてＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との関数関係を求める。
【００６３】
前記ＳＯＨ推定部２０５は、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量Ｃａｐａｃｉｔｙｎを算出した後、下記数学式６または７に従ってバッテリーの使用初期容量Ｃａｐａｃｉｔｙｉｎｉｔｉａｌを基準にして前記算出されたバッテリー容量Ｃａｐａｃｉｔｙｎの相対的比率を計算する。 前記ＳＯＨ推定部２０５は、計算された結果をバッテリーの容量退化を示すパラメータであるＳＯＨｎとして推定する。
【数６】
2011530696.tif 000008
【数７】
2011530696.tif 000009
【００６４】
前記数学式６及び７において、
ＳＯＨｎ：現在推定されたバッテリーの容量退化であり、
Ｃａｐａｃｉｔｙｎ：現在推定されたバッテリーの容量であり、
Ｃａｐａｃｉｔｙｉｎｉｔｉａｌ：バッテリーの使用初期容量であり、
Ｃａｐａｃｉｔｙｌｉｍｉｔ：バッテリーが使われ得る許容可能な最低容量である。
【００６５】
前記ＳＯＨｎは、バッテリーの使用初期容量を基準にして現在のバッテリー容量を相対的比率で示すのでバッテリーの初期使用時を基準にしてバッテリーの寿命がどれくらい残っているかを判断することができるパラメータになる。また、前記ＳＯＨｎは、バッテリーの充放電容量を調節するのに活用可能である。例えば、前記ＳＯＨｎが減少すれば、ＳＯＨｎの減少量と連動してバッテリーの充電容量と放電容量とを減少させることができる。このような場合、バッテリーの容量に合わせて充電と放電とを行うことでバッテリーが過充電されるか過放電される現象を有効に防止することができる。
【００６６】
前記ＳＯＨ推定部２０５は、推定されたＳＯＨｎを表示部１０６に出力することができる。このような場合、前記表示部１０６は、インターフェースを通じてマイクロコントローラー１０５と結合される。そして、前記ＳＯＨ推定部２０５は、インターフェースを通じて表示部１０６にＳＯＨｎを出力する。そうすれば、表示部１０６は、バッテリー使用者が認識できるようにＳＯＨｎを視覚的に表出する。
【００６７】
図３は、本発明によるバッテリーの電圧挙動を用いてＳＯＣを推定する第２ＳＯＣ推定部の構成をより具体的に示すブロック図である。
【００６８】
図３を参照すれば、前記第２ＳＯＣ推定部２０３は、開放電圧変化量計算部２０３１、開放電圧計算部２０３２及びＳＯＣ推定部２０３３を含む。
【００６９】
前記開放電圧変化量計算部２０３１は、現在のバッテリー開放電圧を計算するために、バッテリーの電圧挙動を用いて以前ステップの開放電圧を基準にして開放電圧変化量を計算する。すなわち、前記開放電圧変化量計算部２０３１は、以前ステップの開放電圧を基準にして現在ステップのバッテリー開放電圧がどれくらい変化したかを計算する。
【００７０】
具体的に、前記開放電圧変化量計算部２０３１は、前記メモリ部１０４から現在ＳＯＣ推定時点で測定されたバッテリー電圧Ｖｎ、以前ＳＯＣ推定時点で測定されたバッテリー電圧Ｖｎ−１、そして、現在ＳＯＣ推定時点で測定されたバッテリー温度Ｔｎをメモリ部１０４からリードする。それから、前記開放電圧変化量計算部２０３１は、下記数学式８に従って開放電圧変化量△ＯＣＶｎを計算する。
【数８】
2011530696.tif 000010
【００７１】
前記数学式８において、Ｇ（Ｖ）は、バッテリー電圧変化量「Ｖｎ−Ｖｎ−１」を開放電圧変化量△ＯＣＶｎとしてマッピングする開放電圧変化量演算関数であり、Ｆ（Ｔ）は、温度による開放電圧変動効果を反映して開放電圧変化量△ＯＣＶｎを補正する開放電圧補正関数である。
【００７２】
前記Ｇ（Ｖ）は、バッテリー電圧の変化量を開放電圧変化量にそのまま換算せずに、ＩＲドロップ現象によるバッテリー電圧の誤差（測定電圧と実際電圧との差）を補正して換算する関数である。すなわち、Ｇ（Ｖ）は、バッテリー電圧変化量が大きくなる傾向があれば、バッテリー電圧の変化量を減殺させてバッテリー開放電圧変化量として減殺されたバッテリー電圧変化量を出力する。また、バッテリー電圧変化量が同一に維持される傾向があれば、 Ｇ（Ｖ）は、バッテリー電圧の変化量をそのままバッテリー開放電圧変化量として出力する。さらに、バッテリー電圧の変化量が減少する傾向があれば、Ｇ（Ｖ）は、バッテリー電圧変化量を少し増幅させて少し増幅されたバッテリー電圧変化量をバッテリー開放電圧変化量として出力する。
【００７３】
Ｇ（Ｖ）は、特定の温度条件でバッテリーの電圧挙動とこれに対応する開放電圧変化量との相関関係を数学的にモデリングして得ることができる。一例として、前記数学的モデリング関数は、バッテリー電圧とバッテリー開放電圧が測定可能な実験室条件でバッテリー電圧Ｖｎ、Ｖｎ−１及びＶｎ−２の変化パターンとこれに対応する開放電圧変化量△ＯＣＶｎとの間に存在する相関関係を分析して算出することができる。もちろん、バッテリー電圧の変化パターンを構成するバッテリー電圧の数は４個以上に拡張可能である。
【００７４】
前記Ｇ（Ｖ）は、下記数学式９のように一般化して定義することができる。
【数９】
2011530696.tif 000011
【００７５】
ここで、ｇ（Ｖｎ, Ｖｎ−１, Ｖｎ−２, …）は、バッテリーの電圧挙動を定義するパターン関数である。前記「…」記号は、現在時点で測定されたバッテリー電圧を含んで３個以上のバッテリー電圧によってパターン関数が定義され得るということを意味する。前記パターン関数は、実験的に得られた多数のバッテリー電圧変化量とバッテリー開放電圧変化量との相関関係を分析して定義される。一例として、関数ｇは、現在ステップの電圧変化量を基準にした以前ステップの電圧変化量の相対的比率として定義することができる。しかし、本発明はパターン関数ｇの具体的な数式によって限定されないのは言うまでもない。
【００７６】
一方、バッテリーの内部抵抗は温度によって変化する。バッテリーの内部抵抗が変われば、充電または放電条件が同一であってもバッテリーの電圧挙動とバッテリー開放電圧変化量とが変わるようになる。前記Ｆ（Ｔ）は、Ｇ（Ｖ）によって計算された開放電圧変化量を温度条件によって補正する。言い換えれば、Ｆ（Ｔ）は、バッテリーの温度がＧ（Ｖ）の算出条件として設定した温度と差がある場合、Ｇ（Ｖ）によって計算された開放電圧変化量を補正する関数である。前記Ｆ（Ｔ）は、温度を一定の間隔で変化させながらバッテリー電圧の挙動変化とバッテリー開放電圧変化量との相関関係を分析して算出することができる。すなわち、Ｆ（Ｔ）は、一定の間隔、例えば、１℃間隔で設定したそれぞれの測定温度でバッテリー電圧の挙動変化が同一になるように実験条件を設定した状態で標準温度を基準にしてバッテリーの開放電圧変化量△ＯＣＶｎの変化幅を定量的に測定し、温度Ｔと△ＯＣＶｎの変化幅とをそれぞれ入力変数と出力変数にする数学的モデリングを通じて求めることができる。このように得られたＦ（Ｔ）は、バッテリーの温度Ｔを入力変数にしてバッテリー開放電圧変化量の補正ファクターを出力する関数になる。計算の単純化のために、各Ｔ値による補正ファクターはルックアップテーブルとして構成してバッテリー開放電圧変化量を計算するとき前記ルックアップテーブルに収録された温度ごとの補正ファクターを参照することができる。
【００７７】
前記開放電圧計算部２０３２は、前記メモリ部１０４から以前ＳＯＣ推定時点で測定した開放電圧ＯＣＶｎ−１をリードした後、ＯＣＶｎ−１に前記開放電圧変化量計算部２０３１で計算した開放電圧変化量△ＯＣＶｎを加算して、現在ＳＯＣ推定時点での開放電圧ＯＣＶｎを計算する。
【００７８】
望ましくは、前記開放電圧計算部２０３２は、バッテリー電圧Ｖｎと以前ステップで測定されたバッテリー電圧との加重平均Ｖｎ（ｍｅａｎｖａｌｕｅ）を下記数学式１０を通じて算出する。
【数１０】
2011530696.tif 000012
【００７９】
前記数学式１０において、Ａｋは、ｋ値が増加するほど減少する。例えば、ｎ＝１００である場合、Ａｋ値は１００から１ずつ減少する値を有し得る。代案として、前記数学式１０において、Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＊Ｖ２＋…＋Ａｋ−２＊Ｖｋ−２（３≦ｋ≦ｎ）は省略しても良い。このような場合にもＡｋ値の傾向性は前記と同一に維持される。例えば、ｋ＝ｎである場合、Ａ１＊Ｖ１＋Ａ２＊Ｖ２＋…＋Ａｎ−２＊Ｖｎ−２は０とみなし、ＡｎよりＡｎ−１に相対的に大きい値を与えることができる。例えば、Ａｎ−１及びＡｎにそれぞれ９０及び１００の値を与えることができる。
【００８０】
前記開放電圧計算部２０３２は、前記算出された加重平均Ｖｎ（ｍｅａｎｖａｌｕｅ）と以前ＳＯＣ推定時点で求めた開放電圧ＯＣＶｎ−１との差分を、前記計算された開放電圧ＯＣＶｎに加算して追加的な補正を行って開放電圧値をもう一度補正することができる。加重平均を算出して開放電圧に追加的な補正を行えば、バッテリー１００から出力される電圧が急激に変化しても開放電圧の計算誤差を減らすことができる。
【００８１】
前記ＳＯＣ推定部２０３３は、開放電圧計算部２０３２が計算した開放電圧ＯＣＶｎと現在ＳＯＣ推定時点で測定した温度Ｔｎとに該当するＳＯＣIIｎを前記メモリ部１０４に貯蔵された温度別及び開放電圧別ＳＯＣルックアップテーブルからマッピングして出力する。
【００８２】
前記温度及び開放電圧別ＳＯＣルックアップテーブルの一例は、下記表１のようである。
【表１】
2011530696.tif 000013
【００８３】
前記ＳＯＣ推定部２０３３は、前記表１のような温度別及び開放電圧別ＳＯＣを収録したルックアップテーブルから開放電圧ＯＣＶｎ及び温度ＴｎをマッピングしてＳＯＣIIｎを推定する。例えば、開放電圧が２.９７でありバッテリー温度が−３０℃であれば、ＳＯＣIIｎは２％であることが分かる。前記ＳＯＣ推定部２０３３は、前記のような方式によってＳＯＣIIｎが推定されれば、推定されたＳＯＣIIｎをメモリ部１０４に貯蔵する。
【００８４】
以下、前述した構成を土台にしてバッテリーの電圧挙動を用いたバッテリー容量退化推定方法を具体的に説明する。
【００８５】
図４は、本発明によるバッテリーの電圧挙動を用いたＳＯＨ推定方法の流れを示すフローチャートである。図４において、各ステップは図１に示したマイクロコントローラー１０５によって行われる。
【００８６】
ステップＳ１０において、バッテリーのＳＯＨ推定要請があるかを判断する。ＳＯＨ推定要請は、外部から入力されることもでき、バッテリーＳＯＨ推定プログラムによって自動発生されることもできる。
【００８７】
ステップＳ１０の判断結果、バッテリーのＳＯＨ推定要請があれば、バッテリー容量退化を推定するためのルチンを開始する。逆に、バッテリーのＳＯＨ推定要請がなければ、プロセスを終了する。
【００８８】
ステップＳ２０において、メモリ部に収録された以前ＳＯＨ推定時点で求めたＳＯＣ変化率Ｒａｔｉｏ＿ＳＯＣｎ−１をリードする。
【００８９】
次いで、ステップＳ３０において、電流積算法によってＳＯＣＩｎを算出し、ステップＳ４０において、電流積算法によって算出されたＳＯＣの変化量△ＳＯＣＩｎを算出する。
【００９０】
次いで、ステップＳ５０において、バッテリーの電圧挙動を用いてＳＯＣIIｎを算出し、ステップＳ６０において、バッテリーの電圧挙動によって算出されたＳＯＣの変化量△ＳＯＣIIｎを算出する。
【００９１】
その後、ステップＳ７０において、ＳＯＣ変化率Ｒａｔｉｏ＿ＳＯＣｎを算出する。それから、ステップＳ８０において、Ｒａｔｉｏ＿ＳＯＣｎ−１とＲａｔｉｏ＿ＳＯＣｎとを用いて加重平均ＷＭＶｎを求め、ステップＳ９０において、加重平均収束値ＷＭＶｎを算出して貯蔵する。
【００９２】
それから、ステップＳ１００において、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値とバッテリー容量との相関関係を用いてＳＯＣ変化率の加重平均収束値に対応するバッテリー容量Ｃａｐａｃｉｔｙｎを推定する。
【００９３】
最後に、Ｓ１１０ステップにおいて、バッテリー使用初期容量Ｃａｐａｃｉｔｙｉｎｉｔｉａｌを基準にして前記推定されたバッテリー容量Ｃａｐａｃｉｔｙｎの相対的比率を計算し、計算された相対的比率をＳＯＨｎとして推定して貯蔵するかまたは外部に出力する。
【００９４】
前記のような各ステップの進行が完了すれば、バッテリーの容量退化を推定するための手続きがすべて完了する。
【００９５】
図５は、図４のＳ５０ステップにおいてバッテリーの電圧挙動を用いてＳＯＣIIｎを推定する過程を示すフローチャートである。図５において、各ステップは図１に示したマイクロコントローラー１０５によって行われる。
【００９６】
図５を参照すれば、まず、ステップＰ１０において、ＳＯＣIIｎ に対する推定要請があるかを判断する。前記推定要請は、外部から入力されることもでき、プログラムアルゴリズムによって自動発生されることもできる。
【００９７】
もし、ステップＰ１０において、ＳＯＣIIｎに対する推定要請があれば、ＳＯＣIIｎ推定ステップに移行する。ＳＯＣIIｎに対する推定要請がなければ、プロセスを終了する。
【００９８】
ステップＰ２０において、メモリ部に貯蔵されたバッテリーの電圧挙動をリードする。バッテリーの電圧挙動は少なくともＶｎ、Ｖｎ−１及びＶｎ−２を含む。その後、ステップＰ３０において、バッテリーの電圧挙動とバッテリー温度とによって開放電圧変化量△ＯＣＶｎを計算する。ここで、開放電圧変化量△ＯＣＶｎの計算方法は前述済みである。
【００９９】
一方、本発明において、Ｖ１及びＶ２とＯＣＶ１及びＯＣＶ２はバッテリーが負荷に連結される直前に測定した無負荷状態のバッテリー電圧に初期化させる。例えば、バッテリーが電気駆動自動車に使われる場合、キーを使用して自動車を始動させるとき測定されたバッテリー電圧としてＶ１及びＶ２とＯＣＶ１及びＯＣＶ２を設定する。
【０１００】
次に、ステップＰ４０において、以前開放電圧ＯＣＶｎ−１に開放電圧変化量△ＯＣＶｎを加算して現在の開放電圧ＯＣＶｎを計算する。次いで、ステップＰ５０は、選択的に行うことができるステップであって、現在バッテリー電圧Ｖｎと以前バッテリー電圧Ｖｎ−１との加重平均を算出し、算出された加重平均と以前開放電圧ＯＣＶｎ−１との差分を現在開放電圧ＯＣＶｎに加算して開放電圧ＯＣＶｎを追加的に補正する。加重平均の計算方法はもう前述済みである。
【０１０１】
次いで、ステップＰ６０においては、推定された開放電圧ＯＣＶｎとバッテリー温度Ｔｎとに該当するＳＯＣIIｎは温度別及び開放電圧別ＳＯＣが収録されたルックアップテーブルからマッピングして推定され、推定されたＳＯＣIIｎはメモリ部１０４に貯蔵される。
【０１０２】
推定されたＳＯＣIIｎがメモリ部１０４に貯蔵されれば、バッテリーの電圧挙動によるＳＯＣ推定過程が完了する。
【０１０３】
実験例
以下、下記実験例によって本発明の効果を説明する。しかし、下記実験例は一例示に過ぎず、本発明の範囲が実験例によって限定されるのではない。
【０１０４】
本実験においては、まず、実際容量を知っている１２個のバッテリーを用意した。１２個のバッテリーの中で６番目バッテリーは初期出荷時の容量を有している。その後、各バッテリーを同一の充放電条件で十分な時間充放電試験を行いながらＳＯＣ変化率の加重平均収束値を求めた。それから、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値と実際知っているバッテリー容量との相関関係を求めた。前記相関関係は数値解釈を用いて関数の形態で得た。ここで得られた関数はＳＯＣ変化率の加重平均収束値を入力パラメータとし、バッテリー容量を出力パラメータとする。
【０１０５】
前記相関関係を得た後、１２個のバッテリーを同一の充放電条件で充放電実験を行いながら１００番目測定したＳＯＣ変化率を用いて上述した数学式５に従って加重平均収束値を求めた。その後、各バッテリーに対する相関関係関数に加重平均収束値を入力してバッテリー容量を算出した。
【０１０６】
図１０は、各バッテリーの実際容量、各バッテリーの初期容量対比現在容量の百分率、ＳＯＣ変化率の加重平均収束値、各バッテリーの初期容量対比推定容量の百分率、実際容量を基準にした推定容量の誤差を実験中に計算して示した表である。
【０１０７】
図１０を参照すれば、本発明によって推定されたバッテリー容量は、実際容量に比べて５％以内の誤差を示した。従って、本発明は、高い正確度でＳＯＨ推定ができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によれば、バッテリーの容量退化を正確に推定することができる。また、正確なバッテリー容量退化の推定によってバッテリーの交換時期推定など多様な応用が可能である。さらに、容量退化を正確に推定してバッテリーの容量退化によってバッテリーの充放電容量を調節することで、過充電や過放電を防止してバッテリーの安全性をより向上させることができる。
【０１０９】
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
【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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【図９】
2011530696.tif 000022
【図１０】
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【国際調査報告】
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