(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の抵抗ファクタ決定方法であって、
（ａ）二次電池の温度と充電状態毎に、及び、複数の大きさの充電電流毎に、充電初期電圧データ及び複数の充電終了電圧データを測定してメモリに保存する段階と、
（ｂ）前記複数の充電終了電圧データから充電終了Ｉ−Ｖプロファイルを決定し、前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件として予め設定された充電上限電流又は充電上限電圧と対応する境界線と交差する交差点を決定する段階と、
（ｃ）前記複数の充電初期電圧データから充電初期Ｉ−Ｖプロファイルを決定し、前記交差点の電流値を基準に計算された前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルに対する一次微分値を決定する段階と、
（ｄ）前記決定された一次微分値を二次電池の温度及び充電状態に対応する抵抗ファクタとして決定する段階とを含んでなり、
前記充電初期とは、前記二次電池が所定時間充電される場合において、前記充電電流が前記二次電池に印加された直後のことであり、
前記充電終了とは、前記二次電池が所定時間充電される場合において、前記二次電池への前記充電電流の印加が終了する時点のことであることを特徴とする、二次電池の抵抗ファクタ決定方法。
【請求項２】
二次電池の温度及び充電状態によって二次電池の抵抗ファクタをマッピングできるように、前記メモリに抵抗ファクタルックアップテーブルを定義する段階と、
前記定義された抵抗ファクタルックアップテーブルに前記決定された抵抗ファクタを保存する段階とをさらに含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池の抵抗ファクタ決定方法。
【請求項３】
前記充電初期電圧データは、充電電流が二次電池に印加されてから１秒以内の時点で測定された電圧データであり、
前記充電終了電圧データは、二次電池への充電電流の印加が終了する時点で測定された電圧データであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の二次電池の抵抗ファクタ決定方法。
【請求項４】
前記（ａ）段階は、
前記二次電池の温度を一定に維持する段階と、
前記二次電池の充電状態毎に、大きさが異なる複数の充電電流を前記二次電池に印加する充電テストを行う段階と、
それぞれの充電電流が印加される度に前記二次電池の充電初期電圧及び充電終了電圧を測定して保存する段階とを含んでなることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の二次電池の抵抗ファクタ決定方法。
【請求項５】
二次電池に印加された充電電流の大きさが前記充電上限電流より大きくなるとき、又は、直近測定された二次電池の充電終了電圧が前記充電上限電圧より大きくなるとき、前記充電テストを中断することを特徴とする、請求項４に記載の二次電池の抵抗ファクタ決定方法。
【請求項６】
二次電池の充電出力推定装置であって、
二次電池の温度及び充電状態によって抵抗ファクタを参照できる抵抗ファクタルックアップテーブルが予め保存された記憶ユニットと、
二次電池の充電中に二次電池の充電電流及び温度を測定するセンサーユニットと、
二次電池の充電状態を決定し、前記決定された充電状態及び前記測定された温度に対応する抵抗ファクタを、前記抵抗ファクタルックアップテーブルを参照して決定し、前記決定された抵抗ファクタ及び前記測定された充電電流から二次電池の充電出力を推定する制御ユニットとを含んでなり、
前記抵抗ファクタは、二次電池の温度及び充電状態毎に、充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限として設定された境界線と交差する交差点の電流値で計算した充電初期Ｉ−Ｖプロファイルに対する一次微分値であり、
前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルは、複数の大きさの充電電流毎の充電終了電圧データによって定義されるものであり、
前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルは、複数の大きさの充電電流毎の充電初期電圧データによって定義されるものであり、
前記充電初期とは、前記二次電池が所定時間充電される場合において、前記充電電流が前記二次電池に印加された直後のことであり、
前記充電終了とは、前記二次電池が所定時間充電される場合において、前記二次電池への前記充電電流の印加が終了する時点のことであることを特徴とする、二次電池の充電出力推定装置。
【請求項７】
前記境界線は、充電上限電流及び充電上限電圧を示す境界線であることを特徴とする、請求項６に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項８】
前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルは、二次電池に大きさが異なる複数の充電電流が印加されるとき、二次電池に印加された充電電流と該充電電流が印加された直後に測定された電圧との相関関係を定義するグラフであることを特徴とする、請求項６又は７に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項９】
前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルを構成する複数の電圧データは、各充電電流が二次電池に印加されてから１秒以内に測定された電圧データであることを特徴とする、請求項８に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項１０】
前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルは、二次電池に大きさが異なる複数の充電電流が印加されるとき、二次電池に印加された充電電流と該充電電流の印加が終了した時点で測定された電圧との相関関係を定義するグラフであることを特徴とする、請求項６〜９の何れか一項に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項１１】
前記制御ユニットは、前記推定された充電出力を前記記憶ユニットに保存するように構成されたことを特徴とする、請求項６〜１０の何れか一項に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項１２】
前記制御ユニットと連結された表示ユニットをさらに含んでなり、
前記制御ユニットは、前記推定された充電出力を、前記表示ユニットを通じて表示することを特徴とする、請求項６〜１１の何れか一項に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項１３】
前記制御ユニットと連結された通信インターフェースをさらに含んでなり、
前記制御ユニットは、前記推定された充電出力を前記通信インターフェースを通じて外部に伝送することを特徴とする、請求項６〜１２の何れか一項に記載の二次電池の充電出力推定装置。
【請求項１４】
二次電池の充電出力推定方法であって、
二次電池の温度及び充電状態によって抵抗ファクタを参照できる抵抗ファクタルックアップテーブルを提供する段階と、
二次電池の充電中に二次電池の充電電流及び温度を測定する段階と、
二次電池の充電状態を決定する段階と、
前記決定された充電状態及び前記測定された温度に対応する抵抗ファクタを前記抵抗ファクタルックアップテーブルを参照して決定する段階と、
前記決定された抵抗ファクタ及び前記測定された充電電流から二次電池の充電出力を推定する段階とを含んでなり、
前記抵抗ファクタは、二次電池の温度及び充電状態毎に、充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限として設定された境界線と交差する交差点の電流値で計算した充電初期Ｉ−Ｖプロファイルに対する一次微分値であり、
前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルは、複数の大きさの充電電流毎の充電終了電圧データによって定義されるものであり、
前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルは、複数の大きさの充電電流毎の充電初期電圧データによって定義されるものであり、
前記充電初期とは、前記二次電池が所定時間充電される場合において、前記充電電流が前記二次電池に印加された直後のことであり、
前記充電終了とは、前記二次電池が所定時間充電される場合において、前記二次電池への前記充電電流の印加が終了する時点のことであることを特徴とする、二次電池の充電出力推定方法。
【請求項１５】
前記境界線は、充電上限電流及び充電上限電圧を示す境界線であることを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池の充電出力推定方法。
【請求項１６】
前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルは、二次電池に大きさが異なる複数の充電電流が印加されるとき、二次電池に印加された充電電流と該充電電流が印加された直後に測定された電圧との相関関係を定義するグラフであることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の二次電池の充電出力推定方法。
【請求項１７】
前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルを構成する複数の電圧データは、各充電電流が二次電池に印加されてから１秒以内に測定された電圧データであることを特徴とする、請求項１６に記載の二次電池の充電出力推定方法。
【請求項１８】
前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルは、二次電池に大きさが異なる複数の充電電流が印加されるとき、二次電池に印加された充電電流と該充電電流の印加が終了した時点で測定された電圧との相関関係を定義するグラフであることを特徴とする、請求項１４〜１７の何れか一項に記載の二次電池の充電出力推定方法。
【請求項１９】
前記推定された充電出力を保存、表示又は伝送する段階をさらに含んでなることを特徴とする、請求項１４〜１８の何れか一項に記載の二次電池の充電出力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の抵抗ファクタを決定し、前記抵抗ファクタを用いて充電出力を推定することができる装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年２月２日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００１６２７５号及び２０１６年２月１日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００１２５２０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】
高性能二次電池のアプリケーションは、二次電池の充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）に対応する充電出力（ｐｏｗｅｒ）の推定を必要とする。
【０００４】
例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）と電気自動車（ＥＶ）で、車両制御器はバッテリー管理システム（ＢＭＳ）から二次電池の充電出力に関する連続的な最新情報を要求する。
【０００５】
当業界では、ＨＰＰＣ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法と呼ばれる二次電池の出力計算技術が広く知られている。
【０００６】
ＨＰＰＣ法は、米国エネルギー省（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ）のアイダホ国立工学環境研究所（Ｉｄａｈｏ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）から発刊されたＰＮＧＶ（Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ ｆｏｒ Ｎｅｗ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）バッテリーテストマニュアル（３版、２００１年２月）に記載されている。
【０００７】
ＨＰＰＣ法では、単に二次電池の電圧に対する動作設計限度（Ｖmin、Ｖmax）を考慮して二次電池の出力を推定する。したがって、該方法では二次電池の充電状態（ｚ）と電流の設計限度を考慮しない。
【０００８】
ここで、充電状態とは、二次電池が満充電されたときの容量を基準にして現在残っている容量の相対的の比率である。充電状態はＳＯＣやｚのパラメータで表す。充電状態を百分率で表すときにはＳＯＣのパラメータを用いる。また、充電状態を０と１との間の数字で表すときにはｚのパラメータを用いる。
【０００９】
ＨＰＰＣ法は数式１〔Ｖ＝ＯＣＶ（ｚ）＋Ｒ×Ｉ  （１）〕によって二次電池の電圧を簡単にモデリングする。
ここで、ＯＣＶ（ｚ）は二次電池の充電状態に該当する二次電池の開放電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）であり、Ｒは二次電池の抵抗を表す定数である。
【００１０】
開放電圧は、実験を通じて予め定義されたＳＯＣ−ＯＣＶルックアップテーブルから決定することができる。すなわち、前記ルックアップテーブルで充電状態に対応する開放電圧をマッピングすればＯＣＶ（ｚ）値が得られる。
図１には、ＨＰＰＣ法を用いて二次電池の充電出力を決定する概念が具体的に示されている。
【００１１】
図１に示されたように、充電状態がｚkである二次電池を大きさＩchの定電流で所定時間（例えば、１０秒間）充電したとき、充電終了直後に二次電池の充電終了電圧Ｖchを測定する。ここで、充電終了電圧は充電電流の大きさと充電時間によって変わり得る。
【００１２】
その後、上記数式１からＩ−Ｖプロファイルの傾きに該当するＲch値を決定し、決定されたＲch値を用いてＩ−Ｖプロファイルに対する１次式Ｖ＝ＯＣＶ（ｚk）＋Ｒch＊Ｉを決定する。その後、決定された式に対して外挿法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）を用いて充電上限電圧Ｖlimitに該当するときの電流値を決定する。このように決定された電流が最大充電電流Ｉmax、chである。
【００１３】
ＨＰＰＣ法は、最大充電電流Ｉmax、chが決定されれば、数式２〔Ｐc＝Ｖlimit×Ｉmax、ch＝Ｖlimit×［（Ｖlimit−ＯＣＶ（ｚk））÷Ｒch］    （２）〕によって充電出力（Ｐc）を決定する。
【００１４】
ところが、ＨＰＰＣ法では、充電電流に対する動作設計限度を設定しない。仮に、ＨＰＰＣ法によって決定した二次電池の最大充電電流Ｉmax、chが二次電池が実際に出力可能な充電上限電流より大きければ、二次電池の性能より大きく充電出力が決定される。この場合、二次電池が実際より過度な条件で充電され得る。特に、リチウム二次電池の場合、過充電は電池爆発の原因にもなる。
【００１５】
したがって、当業界では、ＨＰＰＣ法が有する上述した問題点を解消できる新たな充電出力推定技術が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、新たな充電出力推定方法で使用可能な二次電池の抵抗ファクタを実験的に決定し、抵抗ファクタルックアップテーブルとして構成できる方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、前記抵抗ファクタルックアップテーブルを用いて充電上限条件内で安全マージンを置いて二次電池の充電出力を推定できる装置及び方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の抵抗ファクタ決定方法は、（ａ）二次電池の温度と充電状態毎に、充電電流の大きさの変化による複数の充電初期電圧データ及び複数の充電終了電圧データを測定してメモリに保存する段階；（ｂ）前記複数の充電終了電圧データから充電終了Ｉ−Ｖプロファイルを決定し、前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件として予め設定された充電上限電流又は充電上限電圧と対応する境界線と交差する交差点を決定する段階；（ｃ）前記複数の充電初期電圧データから充電初期Ｉ−Ｖプロファイルを決定し、前記交差点の電流値を基準に計算された前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルに対する一次微分値を決定する段階；及び（ｄ）前記決定された一次微分値を二次電池の温度及び充電状態に対応する抵抗ファクタとして決定する段階；を含むことができる。
【００１９】
望ましくは、本発明による抵抗ファクタ決定方法は、二次電池の温度及び充電状態によって二次電池の抵抗ファクタをマッピングできるように、前記メモリに抵抗ファクタルックアップテーブルを定義する段階；及び前記定義された抵抗ファクタルックアップテーブルに前記決定された抵抗ファクタを保存する段階をさらに含むことができる。
【００２０】
一態様によれば、前記充電初期電圧データは充電電流が二次電池に印加されてから１秒以内の時点で測定された電圧データであり、前記充電終了電圧データは二次電池への充電電流の印加が終了する時点で測定された電圧データであり得る。
【００２１】
他の態様によれば、前記（ａ）段階は、前記二次電池の温度を一定に維持する段階；前記二次電池の充電状態毎に、大きさが異なる複数の充電電流を前記二次電池に印加する充電テストを行う段階；及びそれぞれの充電電流が印加される度に前記二次電池の充電初期電圧及び充電終了電圧を測定して保存する段階；を含むことができる。
【００２２】
望ましくは、二次電池に印加された充電電流の大きさが前記充電上限電流より大きくなるか、又は、直近測定された二次電池の充電終了電圧が前記充電上限電圧より大きくなれば、前記充電テストを中断することができる。
【００２３】
また、上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の充電出力推定装置は、二次電池の温度及び充電状態毎に予め決定された抵抗ファクタを参照できる抵抗ファクタルックアップテーブルが予め保存された記憶ユニット；二次電池の充電中に二次電池の充電電流及び温度を測定するセンサーユニット；及び二次電池の充電状態を決定し、前記決定された充電状態及び前記測定された温度に対応する抵抗ファクタを前記抵抗ファクタルックアップテーブルを参照して決定し、前記決定された抵抗ファクタ及び前記測定された充電電流から二次電池の充電出力を推定する制御ユニット；を含むことができる。
【００２４】
望ましくは、前記抵抗ファクタは、二次電池が所定の温度及び充電状態を有するとき、充電電流の大きさの変化による充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限として設定された境界線と交差する交差点の電流値で計算した充電初期Ｉ−Ｖプロファイルに対する一次微分値であり得る。
望ましくは、前記境界線は、充電上限電流及び充電上限電圧を示す境界線であり得る。
【００２５】
一態様によれば、前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルは、二次電池に大きさが異なる複数の充電電流が印加されるとき、二次電池に印加された充電電流と該充電電流が印加された直後に測定された電圧との相関関係を定義するグラフであり得る。
【００２６】
望ましくは、前記充電初期Ｉ−Ｖプロファイルを構成する複数の電圧データは、各充電電流が二次電池に印加されてから１秒以内に測定された電圧データであり得る。
【００２７】
他の態様によれば、前記充電終了Ｉ−Ｖプロファイルは、二次電池に大きさが異なる複数の充電電流が印加されるとき、二次電池に印加された充電電流と該充電電流の印加が終了した時点で測定された電圧との相関関係を定義するグラフであり得る。
望ましくは、前記制御ユニットは、前記推定された充電出力を前記記憶ユニットに保存するように構成することができる。
選択的に、前記制御ユニットは、表示ユニットと連結でき、前記推定された充電出力を前記表示ユニットを通じて表示することができる。
選択的に、前記制御ユニットは、通信インターフェースと連結でき、前記推定された充電出力を前記通信インターフェースを通じて外部に伝送することができる。
【００２８】
また、上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の充電出力推定方法は、二次電池の温度及び充電状態毎に予め決定された抵抗ファクタを参照できる抵抗ファクタルックアップテーブルを提供する段階；二次電池の充電中に二次電池の充電電流及び温度を測定する段階；二次電池の充電状態を決定する段階；前記決定された充電状態及び前記測定された温度に対応する抵抗ファクタを前記抵抗ファクタルックアップテーブルを参照して決定する段階；及び前記決定された抵抗ファクタ及び前記測定された充電電流から二次電池の充電出力を推定する段階；を含むことができる。
【００２９】
望ましくは、前記抵抗ファクタは、二次電池が所定の温度及び充電状態を有するとき、充電電流の大きさの変化による充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限として設定された境界線と交差する交差点の電流値で計算した充電初期Ｉ−Ｖプロファイルに対する一次微分値であり得る。
本発明による二次電池の充電出力推定方法は、前記推定された充電出力を保存、表示又は伝送する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の一態様によれば、二次電池の充電出力を安全マージン内で推定するときに用いられる抵抗ファクタを容易に決定することができる。
本発明の他の態様によれば、二次電池の充電上限条件から安全マージンを置いて二次電池の充電出力を信頼性高く推定することができる。
本発明のさらに他の態様によれば、二次電池の充電制御過程で二次電池の電圧や充電電流が過度に上昇することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
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】ＨＰＰＣ法を用いて二次電池の充電出力を決定するとき、充電電流に対する上限が設定されていない場合の問題を説明するためのＩ−Ｖプロファイルを示した図である。
【図２】本発明の実施例による抵抗ファクタ決定システムの概略的な構成図である。
【図３】図２の抵抗ファクタ決定システムを用いた抵抗ファクタ決定方法を示したフロー図である。
【図４】図３のフロー図において、Ｓ１４０段階を詳細に示したフロー図である。
【図５】リチウム金属酸化物（ＬｉＮｉxＭｎyＣｏzＯ2）とグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）を正極と負極にそれぞれ含むリチウム二次電池の充電状態が２０％であるとき、図４の充電テストアルゴリズムによって充電テストを行って得た充電初期電圧データと充電終了電圧データを用いて充電初期Ｉ−Ｖプロファイルと充電終了Ｉ−Ｖプロファイルを描いた結果のグラフである。
【図６】前記リチウム二次電池の充電状態が７０％であるとき、図４の充電テストアルゴリズムによって充電テストを行って得た充電初期電圧データと充電終了電圧データを用いて充電初期Ｉ−Ｖプロファイルと充電終了Ｉ−Ｖプロファイルを描いた結果のグラフである。
【図７】前記リチウム二次電池の充電状態が０％から１００％まで変化するとき、それぞれの充電状態に対応する充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件と交差する交差点を用いて得た最大充電電流（Ｉmax、ch）の変化パターンを描いたグラフである。
【図８】本発明の実施例による二次電池の充電出力推定装置の概略的な構成図である。
【図９】本発明の実施例による二次電池の充電出力推定方法の流れを示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。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、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、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。
【００３３】
後述される実施例において、二次電池とはリチウム二次電池を称する。ここで、リチウム二次電池とは、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引き起こす二次電池のことを総称する。
【００３４】
一方、リチウム二次電池に使用された電解質や分離膜の種類、二次電池のパッケージに使用された包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変更されても、リチウムイオンが作動イオンとして使用される二次電池であれば、いずれも前記リチウム二次電池の範疇に含まれると解釈せねばならない。
【００３５】
本発明は、リチウム二次電池の外に他の二次電池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なくても、本発明の技術的思想が適用可能な二次電池であればその種類に関係なく全て本発明の範疇に含まれると解釈せねばならない。
【００３６】
また、二次電池は、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、二次電池は、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一セルを始めとして、単一セルのアセンブリ、多数のアセンブリが直列及び／又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／又は並列で連結されたパック、多数のパックが直列及び／又は並列で連結された電池システムなども含むと解釈せねばならない。
【００３７】
以下、説明する第１実施例は、二次電池の充電出力を推定する際に使用される抵抗ファクタを決定する方法に関する。
【００３８】
二次電池の充電出力を推定する際に使用される抵抗ファクタを決定するため、図２に示されたような抵抗ファクタ決定システム１０を提供することができる。
本発明の実施例による抵抗ファクタ決定システム１０は、二次電池Ｂを任意の充電電流で一定時間充電するか又は二次電池Ｂの充電状態を所望の値に調整できる充放電装置２０を含む。
望ましくは、充放電装置２０は、様々な大きさの定電流で二次電池Ｂを一定時間充電または放電させる。
前記充放電装置２０は、二次電池Ｂを充電可能な充電ユニット、及び二次電池Ｂを放電可能な放電ユニットを含む。
前記充電ユニットは、当業界で公知の充電回路を含むことができ、同様に前記放電ユニットは当業界で公知の放電回路を含むことができる。
【００３９】
前記抵抗ファクタ決定システム１０は、充放電装置２０によって二次電池Ｂが所定時間充電される間に、二次電池Ｂが充電され始めた直後の充電初期電圧、及び設定された充電時間が終了したときの充電終了電圧を測定できる電圧測定装置３０をさらに含む。
【００４０】
一例において、二次電池Ｂが１０秒間充電される場合、前記充電初期電圧は充電電流が流れ始めてから１秒以内、例えば０．１秒が経過した後に測定された電圧であり、前記充電終了電圧は充電電流が流れ始めた後、例えば１０秒経過した後に測定された電圧を意味する。
【００４１】
前記充電初期電圧と前記充電終了電圧は充電初期と充電末期に測定された電圧を意味するため、前記充電初期電圧と前記充電終了電圧が測定される時点は、上述した記載に限定されず、いくらでも変更可能である。
望ましくは、前記電圧測定装置３０は、当業界で公知の電圧計または電圧測定回路を含むことができる。
【００４２】
また、前記抵抗ファクタ決定システム１０は、充放電装置２０によって二次電池Ｂが所定時間充電または放電する間、二次電池Ｂの電流を測定できる電流測定装置３５をさらに含む。
【００４３】
一例において、前記電流測定装置３５は、二次電池Ｂが充電または放電する間、時間間隔を置いて二次電池Ｂの電流を測定し、測定された電流値を後述するコンピューター装置４０に提供することができる。
望ましくは、前記電流測定装置３５は、当業界で公知の電流計または電流測定回路を含むことができる。
【００４４】
望ましくは、前記抵抗ファクタ決定システム１０は、コンピューター装置４０をさらに含む。前記コンピューター装置４０は、前記充放電装置２０、前記電圧測定装置３０及び前記電流測定装置３５と連結され、それぞれの装置を本発明の実施例によって制御することができる。
【００４５】
前記コンピューター装置４０は、システムオペレータの要請によって、二次電池Ｂを充電させるとき適用する複数の充電電流の大きさ、充電時間などを設定することができる。そのため、前記コンピューター装置４０は、様々な設定値を入力できるグラフィックユーザーインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、以下、「ＧＵＩ」とする）を前記システムオペレータに提供することができる。
また、前記コンピューター装置４０は、二次電池Ｂが充電される間に前記電圧測定装置３０から充電初期電圧と充電終了電圧の入力を受けることができる。
【００４６】
また、前記コンピューター装置４０は、二次電池Ｂが充電または放電する間に前記電流測定装置３５から時間間隔を置いて二次電池Ｂの電流測定値の入力を受けることができる。
【００４７】
望ましくは、前記コンピューター装置４０は、自動化方式で二次電池Ｂの抵抗ファクタを決定できる抵抗ファクタ決定プログラム６０と、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０の制御ロジッグを含むプログラムコード、及び前記制御ロジッグが実行される過程で発生するデータと抵抗ファクタの推定時に参照される予め定義されたデータを保存できるメモリ５０とを含むことができる。
【００４８】
望ましくは、前記コンピューター装置４０は、抵抗ファクタ決定プログラム６０の予め定義された制御ロジッグを実行するマイクロプロセッサを含むことができる。
【００４９】
以下の説明においては、抵抗ファクタ決定プログラム６０が果たす機能はハードウェアの観点ではマイクロプロセッサによって実行されることを予め明らかにしておく。
【００５０】
図３は、図２に示された抵抗ファクタ決定システム１０を用いて二次電池Ｂの充電出力推定に用いられる抵抗ファクタを決定する方法を順次示したフロー図である。
【００５１】
図３を参照すれば、まずシステムオペレータによって、抵抗ファクタ決定システム１０に抵抗ファクタを決定しようとする二次電池Ｂが取り付けられ（Ｓ１００）、コンピューター装置４０で抵抗ファクタ決定プログラム６０が駆動される（Ｓ１１０）。
ここで、前記二次電池Ｂは、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態にある電池であることが望ましい。
【００５２】
前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、駆動されれば、充電条件を入力できるＧＵＩが備えられた充電条件設定インターフェースをコンピューター装置４０のモニタを通じてシステムオペレータに視覚的に出力する（Ｓ１１０）。
【００５３】
一例において、前記システムオペレータは、前記充電条件設定インターフェースを用いて、充電テストが行われる充電状態区間（０〜１００％）及び充電テストが行われる充電状態の間隔（５％）、二次電池に印加しようとする複数の充電電流の大きさ（５０Ａ、１００Ａ、１５０Ａ、２００Ａ、２２５Ａ、２７５Ａなど）、充電電流が二次電池Ｂに印加される時間（１０秒）、充電初期電圧と充電終了電圧が測定されるタイミング情報（０．１秒及び１０秒）などを設定することができる。
【００５４】
次いで、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、システムオペレータから前記充電条件設定インターフェースを通じて充電設定情報の入力を受けてメモリ５０に保存する（Ｓ１２０）。
【００５５】
その後、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、充電上限電流Ｉlimit、chと充電上限電圧Ｖlimit、chを含む充電上限条件を入力できるＧＵＩを含む充電上限設定インターフェースをコンピューター装置４０のモニタに出力し、システムオペレータから充電上限条件の入力を受けてメモリ５０に保存する（Ｓ１３０）。
【００５６】
一例において、前記システムオペレータは、前記充電上限設定インターフェースを用いて、充電上限電流Ｉlimit、chを２４０Ａに設定し、充電上限電圧Ｖlimit、chを４．１６Ｖに設定することができる。
【００５７】
そして、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、メモリ５０に保存された充電設定情報を参照して充放電装置２０と電圧測定装置３０を制御することで、二次電池Ｂの充電状態毎に異なる大きさを有する複数の充電電流に対する充電応答特性として充電初期電圧と充電終了電圧を測定し、前記電圧測定装置３０から測定された充電初期電圧と充電終了電圧の入力を受けてメモリ５０に保存する（Ｓ１４０）。
【００５８】
図４は、本発明の実施例によって二次電池の充電状態毎に複数の充電電流条件で充電初期電圧と充電終了電圧が測定される過程をより具体的に示したフロー図である。
【００５９】
図４において、Ｉchは二次電池Ｂに印加された充電電流を示し、Ｖi及びＶfはそれぞれ二次電池Ｂが充電される間に測定された充電初期電圧及び充電終了電圧を示す。
【００６０】
図４を参照すれば、まず、抵抗ファクタ決定プログラム６０は、電圧測定装置３０と温度調節装置７０を制御して二次電池Ｂの開放電圧と温度を測定し（Ｓ１４１）、メモリ５０に予め保存されたＯＣＶ−ＳＯＣルックアップテーブルを参照して測定された開放電圧と温度に対応する充電状態を決定する（Ｓ１４２）。
参考までに、前記ＯＣＶ−ＳＯＣルックアップテーブルは、二次電池Ｂの開放電圧と温度に対応する充電状態情報を含む。
【００６１】
次いで、抵抗ファクタ決定プログラム６０は、Ｓ１４２段階で決定した充電状態が初期値であるか否かを判別する（Ｓ１４３）。一例として、初期値は０％であり得る。
【００６２】
もし、充電状態が初期値でなければ、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電状態を初期値に調整するために必要な放電電流の大きさ及び放電時間を含む放電条件をアンペアカウンティング法を用いて決定し、充放電装置２０を制御して決定された放電条件に従って二次電池Ｂを放電させて二次電池Ｂの充電状態を初期値に調整し（Ｓ１４４）、プロセスをＳ１４５段階に移行する。
【００６３】
ここで、二次電池Ｂの充電状態を初期値に調整するために二次電池Ｂが放電すべき容量をＱ（Ａｈ）とすれば、放電電流の大きさを１次的に決定した後、Ｑ値を電流の大きさで除すれば、放電時間を決定することができる。前記放電電流の大きさは予め設定することができる。
一方、二次電池Ｂの充電状態が初期値に該当すれば、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０はプロセスを直ちにＳ１４５段階に移行させる。
【００６４】
次いで、抵抗ファクタ決定プログラム６０は、充放電装置２０を制御して、予め設定された充電電流の大きさのうち最小値の充電電流Ｉchを予め設定された時間ほど二次電池Ｂに印加して二次電池Ｂを充電させる（Ｓ１４５）。
【００６５】
また、抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電が行われる間電圧測定装置３０を制御することで、予め設定されたタイミングで充電初期電圧Ｖiと充電終了電圧Ｖfを測定し、電圧測定装置３０から測定された充電初期電圧Ｖiと充電終了電圧Ｖfの入力を受けてメモリ５０に保存する（Ｓ１４６）。
【００６６】
具体的な一例として、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は二次電池Ｂが１０秒間充電される場合、０．１秒及び１０秒のタイミングで二次電池Ｂの充電初期電圧Ｖi及び充電終了電圧Ｖfが測定されるように前記電圧測定装置３０を制御することができる。
【００６７】
次いで、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電条件として適用された充電電流Ｉchの大きさ、又は、Ｓ１４６段階で測定された充電終了電圧Ｖfが予め設定された充電上限条件を超えたか否かを判別する（Ｓ１４７）。
【００６８】
ここで、充電電流Ｉchの大きさが設定された充電上限電流Ｉlimit、chより大きいか又は測定された充電終了電圧Ｖfの大きさが充電上限電圧Ｖlimit、chより大きければ、充電電流Ｉchの大きさ又は充電終了電圧Ｖfが充電上限条件を超えたことになる。
【００６９】
もし、Ｓ１４７段階で「いいえ」と判別されれば、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、充放電装置２０を制御して二次電池Ｂを放電させることで、充電電流が印加される前の状態に二次電池Ｂの充電状態を戻す（Ｓ１４８）。
このとき、放電電流の大きさ及び放電時間は、二次電池Ｂの充電時に適用された充電電流の大きさ及び充電時間と実質的に同一に調節してもよい。
【００７０】
その後、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、メモリ５０に保存された充電設定情報を参照して、二次電池Ｂに印加される充電電流Ｉchの大きさを次の大きさに増加させ（Ｓ１４９）、充放電装置２０を制御して以前より大きい充電電流Ｉchで二次電池Ｂを充電させ（Ｓ１５０）、充電が行われる間に電圧測定装置３０を制御して充電初期電圧Ｖiと充電終了電圧Ｖfを測定しメモリ５０に保存する（Ｓ１５１）。
ここで、充電初期電圧Ｖiと充電終了電圧Ｖfが測定されるタイミングは、Ｓ１４６段階で適用されるタイミングと実質的に同一である。
Ｓ１５１段階が終われば、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０はプロセスをＳ１４７段階に移行する。
【００７１】
したがって、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂに印加される充電電流Ｉchの大きさを予め設定された条件に従って増加させながら、二次電池Ｂに印加された充電電流Ｉchの大きさまたは充電応答特性として測定された充電終了電圧Ｖfの大きさが充電上限条件を超えるまでＳ１４８〜Ｓ１５１段階を繰り返す。
【００７２】
一方、Ｓ１４７段階で「はい」と判別されれば、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電状態が初期値であるときの充電テストを終了しプロセスをＳ１５２段階に移行する。
【００７３】
Ｓ１５２段階において、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、充電テストが行われた二次電池Ｂの充電状態を予め設定された幅ほど増加させ、さらに充電テストを行う前に、現在の充電状態の大きさが設定された上限値である１００％以上であるか否かを判別する。
Ｓ１５２段階で「はい」と判別されれば、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は二次電池Ｂに対する充電テストを完了し、図３のＳ１６０段階に移行する。
【００７４】
一方、Ｓ１５２段階で「いいえ」であれば、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、メモリ５０に保存された充電設定情報を参照して二次電池Ｂの充電状態を予め設定された幅（△ＳＯＣ）ほど増加させ（Ｓ１５３）、充放電装置２０を制御して二次電池Ｂを充電させることで、二次電池Ｂの充電状態をＳ１５３段階で決定された充電状態に調整する（Ｓ１５４）。Ｓ１５４段階で二次電池Ｂに印加される充電電流の大きさと充電時間は、Ｓ１５３段階で決定されたＳＯＣ値を用いてアンペアカウンティング法で決定することができる。
【００７５】
ここで、二次電池Ｂの充電状態をＳ１５３段階で決定したＳＯＣ値に調整するため二次電池Ｂに充電すべき容量をＱ’（Ａｈ）とすれば、充電電流の大きさを１次的に決定した
後、Ｑ値を電流の大きさ値で除すれば充電時間を決定することができる。前記充電電流の大きさは予め設定することができる。
【００７６】
次いで、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、プロセスをＳ１４５段階に移行することで、Ｓ１５３段階で調整された二次電池Ｂの充電状態に対し、充電電流Ｉchの大きさ又は充電終了電圧Ｖfが予め設定された充電上限条件を超えるまで、二次電池Ｂに印加される充電電流Ｉchの大きさを予め設定された条件に従って増加させながら充電初期電圧Ｖi及び充電終了電圧Ｖfを測定しメモリ５０に保存する上述したプロセスを再度繰り返す。
【００７７】
前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、Ｓ１４５段階〜Ｓ１５１段階を二次電池Ｂの充電状態が１００％になるまで繰り返すことができ、二次電池Ｂの充電状態が１００％以上になれば、二次電池Ｂの充電状態毎に行われる充電テストを完了してプロセスを図３のＳ１６０段階に移行する。
【００７８】
以下、説明の便宜上、二次電池Ｂの充電状態がＳＯＣpであり、充電電流の大きさが予め設定されたｍ個の大きさのうちｋ番目の大きさであるＩch(k)であるとき、測定されてメモリ５０に保存された充電初期電圧Ｖiと充電終了電圧Ｖfをそれぞれ下記のように表すことにする。
【００７９】
充電初期電圧は、Ｖi、@SOCp（Ｉch(k)）［ｋ＝１、…、ｍ］であり、
充電終了電圧は、Ｖf、@SOCp（Ｉch(k)）［ｋ＝１、…、ｍ］である。
【００８０】
また、二次電池Ｂに印加された充電電流Ｉchの大きさと二次電池Ｂの電圧をそれぞれＸ座標及びＹ座標で定義すれば、充電初期電圧データ及び充電終了電圧データを下記のような複数の座標データとして定義することができる。
【００８１】
充電初期データは、（Ｉch(k)、Ｖｉ、@SOCp（Ｉch(k)））［ｋ＝１、…、ｍ］であり、
充電終了データは、（Ｉch(k)、Ｖf、@SOCp（Ｉch(k)））［ｋ＝１、…、ｍ］である。
【００８２】
また、前記複数の充電初期電圧データ及び前記複数の充電終了電圧データによって描かれるＩ−Ｖプロファイルをそれぞれ充電初期Ｉ−Ｖプロファイル及び充電終了Ｉ−Ｖプロファイルと定義することができる。
【００８３】
図５は、リチウム金属酸化物（ＬｉＮｉxＭｎyＣｏzＯ2）とグラファイトを正極と負極にそれぞれ含み、２６Ａｈの容量を有するリチウム二次電池に対し、図４の充電テストアルゴリズムを用いて充電電流の大きさを増加させながら充電初期電圧Ｖiと充電終了電圧Ｖfを測定し、測定された結果を用いて充電初期Ｉ−Ｖプロファイルと充電終了Ｉ−Ｖプロファイルを描いた結果のグラフである。
【００８４】
図５のグラフを得るための実験において、充電電流がリチウム二次電池に印加される前にリチウム二次電池の充電状態を２０％に同じく調節した。
【００８５】
図５に例示されたＩ−Ｖプロファイル上で、■（黒四角）で表示された位置のＸ座標は二次電池Ｂに印加された充電電流Ｉchの大きさを、Ｙ座標は該当充電電流Ｉchが印加されたときの充電初期電圧Ｖiまたは充電終了電圧Ｖfを示す。
【００８６】
図５において、点線は充電上限条件を示すが、縦点線は充電上限電流Ｉlimit、chを、横点線は充電上限電圧Ｖlimit、chを示す。
【００８７】
図示されたように、充電初期Ｉ−Ｖプロファイルと充電終了Ｉ−Ｖプロファイルとは同じＹ切片を有する。参考までに、Ｙ切片は二次電池Ｂに充電電流Ｉchが印加されないときに測定された開放電圧に該当する。開放電圧は二次電池Ｂの充電状態に従って固有に決定される。
【００８８】
充電初期Ｉ−Ｖプロファイル（点線）は、充電電流Ｉchが二次電池Ｂに印加された直後、例えば、０．１秒後に測定された電圧を充電電流Ｉchの大きさに従って示したものであるため、充電終了Ｉ−Ｖプロファイルより下側に位置する。
【００８９】
充電電流Ｉchが二次電池Ｂに印加されれば、電圧が充電電流Ｉchの流れが止まるまで益々増加し、電圧を測定した時点が遅れるほど電圧が高く測定されるためである。
【００９０】
一方、充電終了Ｉ−Ｖプロファイル（実線）が充電上限条件と交差する交差点での電流の大きさは、二次電池Ｂに印加できる最大充電電流Ｉmax、chに該当し、該電流値は二次電池Ｂの充電状態に従って固有に決定され得る。
【００９１】
図５を参照すれば、充電状態が２０％であるリチウム二次電池に印加できる最大充電電流Ｉmax、chが境界条件として設定された充電上限電流Ｉlimit、chと同じことを確認できる。
【００９２】
図６は、上述したリチウム二次電池の充電状態が７０％であるとき、図４に示されたアルゴリズムによって充電テストを行って得た充電初期電圧データと充電終了電圧データを用いて充電初期Ｉ−Ｖプロファイルと充電終了Ｉ−Ｖプロファイルを描いた結果のグラフである。
【００９３】
図６において、充電終了Ｉ−Ｖプロファイル（実線）が充電上限条件と交差する交差点での電流の大きさ、すなわち充電状態が７０％である二次電池Ｂに印加できる最大充電電流Ｉmax、chは充電上限条件として設定された充電上限電流Ｉlimit、chより小さい。充電終了Ｉ−Ｖプロファイル（実線）が充電上限条件と交差する交差点がＶ＝Ｖlimit、chの直線上にあるためである。
【００９４】
図７は、上述したリチウム二次電池の充電状態が０％から１００％まで変化するとき、それぞれの充電状態に対応する充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件と交差する交差点を用いて得た最大充電電流Ｉmax、chの変化パターンを示したグラフである。
【００９５】
図示されたように、二次電池Ｂに印加できる最大充電電流Ｉmax、chはリチウム二次電池の充電状態が低い区間では一定であるものの、充電状態が４０％以上に増加すれば、二次電池Ｂに印加できる最大充電電流Ｉmax、chが次第に減少することが確認できる。
【００９６】
図７のようなグラフが得られた理由は、最大充電電流Ｉmax、chが一定な充電状態区間では充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件の縦線に該当するＩ＝Ｉlimit、ch直線と交差し、最大充電電流Ｉmax、chが次第に減少する充電状態区間では充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件の横線に該当するＶ＝Ｖlimit、ch直線と交差するためである。
【００９７】
再度図３に戻り、本発明による抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電状態毎にメモリ５０に保存された充電初期電圧データと充電終了電圧データを用いて二次電池Ｂの充電状態毎に抵抗ファクタＲch@SOCを決定することができる。
【００９８】
また、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電状態によって抵抗ファクタＲch@SOCをマッピングできるように、前記充電状態毎の抵抗ファクタ情報をルックアップテーブルの形態でメモリ５０に保存することができる。以下、前記ルックアップテーブルを抵抗ファクタルックアップテーブルと定義する。
【００９９】
具体的に、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、充電状態毎にメモリ５０に保存された充電終了電圧データから充電終了Ｉ−Ｖプロファイル（図５及び図６の実線グラフ）を決定する（Ｓ１６０）。
【０１００】
次いで、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、Ｓ１６０段階で決定したそれぞれの充電終了Ｉ−Ｖプロファイルが充電上限条件（図５及び図６の横点線または縦点線）と交差する地点のＸ座標を計算し、二次電池Ｂの充電状態毎に二次電池Ｂの最大充電電流Ｉmax、chを決定する（Ｓ１７０）。
【０１０１】
その後、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、充電状態毎にメモリ５０に保存された充電初期電圧データからそれぞれの充電状態に対応する充電初期Ｉ−Ｖプロファイル（図５及び図６の点線グラフ）を決定する（Ｓ１８０）。
【０１０２】
そして、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、各充電状態毎に、Ｓ１７０段階で決定された最大充電電流Ｉmax、chを基準にＳ１８０段階で決定された充電初期Ｉ−Ｖプロファイルの一次微分値（ｄＶ／ｄＩ）@Imax、chを計算し、計算された値を二次電池Ｂの抵抗ファクタＲch@SOCとして決定することができる（Ｓ１９０）。
【０１０３】
図５に示されたグラフにおいて、リチウム二次電池の充電状態が２０％であるときの抵抗ファクタＲch@20%は、充電電流がＩlimit、chに該当するときに計算された点線プロファイルに対する一次微分値（ｄＶ／ｄＩ）に該当する。
【０１０４】
同様に、図６に示されたグラフにおいて、リチウム二次電池の充電状態が７０％であるときの抵抗ファクタＲch@70%は、充電電流がＩmax、chに該当するときに計算された点線プロファイルに対する一次微分値（ｄＶ／ｄＩ）に該当する。
【０１０５】
次いで、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、二次電池Ｂの充電状態毎に決定された抵抗ファクタＲch@SOCをメモリ５０に定義された抵抗ファクタルックアップテーブルに保存することができる（Ｓ２００）。
【０１０６】
望ましくは、前記抵抗ファクタルックアップテーブルは、二次電池Ｂの充電状態によって二次電池Ｂの抵抗ファクタＲch@SOCをマッピングできるデータ構造を有する。
【０１０７】
一方、本発明による抵抗ファクタ決定システム１０は、図４に示されたように、二次電池の充電状態毎に充電テストが行われる間に二次電池Ｂの温度を一定に維持する温度調節装置７０をさらに含むことができる。
【０１０８】
この場合、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、図４に示されたアルゴリズムに従って充電テストを行うとき、温度調節装置７０を制御して二次電池Ｂの温度をシステムオペレータが設定した値に一定に維持することができる。
【０１０９】
望ましくは、前記温度調節装置７０は、前記コンピューター装置４０と連結され、二次電池Ｂの温度を低める空冷式冷却ファン、二次電池Ｂの温度を上昇させるヒーター、前記二次電池Ｂの温度を測定する温度センサー、及び前記抵抗ファクタ決定プログラム６０から温度設定値の提供を受け、前記温度センサーを用いて二次電池Ｂの温度を測定し、前記冷却ファンまたは前記ヒーターを制御して二次電池Ｂの温度を前記温度設定値に制御する制御機を含むことができる。また、前記温度調節装置７０は、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０の要請に応じて温度センサーを用いて二次電池Ｂの温度を測定し、測定された温度値を前記コンピューター装置４０に提供することができる。
【０１１０】
また、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、図４に示された段階を複数の温度条件に対して繰り返して行うことができ、それぞれの充電状態に対応する二次電池の抵抗ファクタＲch@SOCも二次電池Ｂの温度によって決定することができる。
【０１１１】
具体的に、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、温度調節装置７０を用いて二次電池Ｂの温度をシステムオペレータが設定した条件に一定に維持しながら、二次電池の充電状態毎に充電初期電圧データと充電終了電圧データを測定してメモリ５０に保存することができ、このような過程をシステムオペレータが設定した複数の温度条件に対して繰り返すことで、二次電池の温度設定値によって充電状態毎に充電初期電圧データと充電終了電圧データを測定しメモリ５０に保存することができる。
【０１１２】
また、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、メモリ５０に保存された充電初期電圧データと充電終了電圧データを用いて二次電池Ｂの充電状態に対応する抵抗ファクタＲch@SOCを温度毎に決定することができる。
【０１１３】
また、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、温度毎に抵抗ファクタルックアップテーブルをメモリ５０に定義し、温度条件によって決定された充電状態毎の抵抗ファクタＲch@SOCを、温度毎に定義された抵抗ファクタルックアップテーブルに保存することができる。
【０１１４】
前記抵抗ファクタＲch@SOCが決定される複数の温度値は、システムオペレータが予め設定することができる。そのため、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０によって提供される充電条件設定インターフェースは、システムオペレータが複数の温度値を設定できるＧＵＩをさらに含むことができる。また、前記抵抗ファクタ決定プログラム６０は、システムオペレータが設定した複数の温度値をメモリ５０に保存することができる。
以上説明した二次電池Ｂの抵抗ファクタＲch@SOCは、二次電池Ｂの充電出力をリアルタイムで推定するときに用いることができる。
【０１１５】
図８は、本発明の実施例による二次電池の充電出力推定装置１００の概略的な構成図である。
図８を参照すれば、前記充電出力推定装置１００は、センサーユニット１１０及び制御ユニット１２０を含み、二次電池Ｂと電気的に連結されて、二次電池Ｂが充電される間に二次電池Ｂの充電出力を推定することができる。
【０１１６】
前記二次電池Ｂは、充電器１３０と電気的に連結される。前記充電器１３０は、二次電池Ｂが搭載される装置に含まれるものであって、一例として電気自動車やハイブリッド自動車に含まれた充電ユニットであり得る。
【０１１７】
望ましくは、前記充電ユニットは、電気自動車やハイブリッド自動車が減速するときに発生する再生充電電流を後述する充電器制御機１８０の統制下で二次電池Ｂ側に供給することができる。
【０１１８】
望ましくは、前記充電出力推定装置１００は、記憶ユニット１４０を含むことができる。前記記憶ユニット１４０は、情報を記録し消去できる記憶媒体であれば、その種類に特に制限がない。
一例として、前記記憶ユニット１４０はＲＡＭ、ＲＯＭまたはレジスターであり得るが、本発明がこれらに限られることはない。
【０１１９】
望ましくは、前記記憶ユニット１４０は、前記制御ユニット１２０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介して前記制御ユニット１２０と連結することができる。
【０１２０】
また、前記記憶ユニット１４０は、前記制御ユニット１２０が行う各種制御ロジッグを含むプログラム及び／又は前記制御ロジッグが行われるときに生じるデータを、保存及び／又は更新及び／又は消去及び／又は伝送する。
前記記憶ユニット１４０は、論理的に２以上に分割可能であり、前記制御ユニット１２０内に含まれることを制限しない。
【０１２１】
望ましくは、前記記憶ユニット１４０は、二次電池Ｂの充電状態毎に抵抗ファクタＲch@SOCを定義している抵抗ファクタルックアップテーブルを保存している。
【０１２２】
より望ましい例において、前記抵抗ファクタルックアップテーブルは二次電池Ｂの温度毎に定義され得る。この場合、抵抗ファクタＲch@SOCは二次電池Ｂの温度及び充電状態によってマッピングされ得る。
【０１２３】
前記抵抗ファクタルックアップテーブルは、図３及び図４を参照して説明したアルゴリズムを用いて予め定義されるものであって、実験を通じてそれを生成する方法は上述した。また、実験を通じて生成した抵抗ファクタルックアップテーブルを記憶ユニット１４０に保存するときは、通常のデータ複製技術を使用することができる。
前記センサーユニット１１０は、制御ユニット１２０と電気的信号を送受信できるように電気的に結合される。
【０１２４】
前記センサーユニット１１０は、前記制御ユニット１２０の統制の下、時間間隔を置いて二次電池Ｂの正極と負極との間に印加される電圧、二次電池Ｂに入力されるか又は二次電池Ｂから出力される電流、及び二次電池Ｂの温度を繰り返して測定し、前記測定された電圧、電流及び温度を制御ユニット１２０に提供する。ここで、前記電圧、電流及び温度は、同一時点または異なる時点で測定することができる。
【０１２５】
前記センサーユニット１１０は、二次電池Ｂの電圧を測定するための電圧測定部、二次電池Ｂの電流を測定するための電流測定部、及び二次電池Ｂの温度を測定するための温度測定部を含むことができる。
【０１２６】
一例において、前記電圧測定部は、接地（ＧＮＤ）を基準に二次電池Ｂの電圧を測定可能な通常の電圧測定回路１１１を含むことができる。また、前記電流測定部は、電流の大きさを測定するためのセンス抵抗１１２を含むことができる。また、前記温度測定部は、二次電池の温度を測定するための熱電対１１３を含むことができる。
【０１２７】
前記制御ユニット１２０は、センサーユニット１１０から二次電池Ｂの電圧、電流及び温度の測定結果を受信した後、二次電池Ｂの充電状態を推定することができる。
【０１２８】
一例において、前記制御ユニット１２０は、電流積算法（Ａｍｐｅｒｅ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ）によって二次電池Ｂの充電状態を推定することができる。すなわち、前記制御ユニット１２０は、センサーユニット１１０によって測定された電流を時間について積分し、二次電池Ｂの充電状態を推定することができる。
【０１２９】
電流積算法で二次電池Ｂの充電状態を推定するためには充電状態の初期値が必要である。充電状態の初期値は二次電池Ｂの開放電圧を測定して決定することができる。
【０１３０】
すなわち、前記制御ユニット１２０は二次電池Ｂの動作開始前に前記センサーユニット１１０を制御して開放電圧及び温度を測定し、記憶ユニット１４０に保存されたＯＣＶ−ＳＯＣルックアップテーブルを参照して、測定された開放電圧及び温度に対応する充電状態を初期値として決定することができる。前記ＯＣＶ−ＳＯＣルックアップテーブルは開放電圧及び温度によって充電状態をマッピングできるデータ構造を有する。
【０１３１】
他の例において、前記制御ユニット１２０は、拡張カルマンフィルターを用いて二次電池Ｂの充電状態を推定することができる。このとき、センサーユニット１１０によって測定された電圧、電流及び温度を用いることができる。拡張カルマンフィルターを用いて充電状態を推定する方法は当業界に周知されている。一例として、米国特許ＵＳ７，４４６，５０４、ＵＳ７，５８９，５３２などに開示された技術を活用でき、これら文献に開示された内容は本発明の一部として合体され得る。
【０１３２】
前記制御ユニット１２０は、二次電池Ｂの充電中に記憶ユニット１４０に保存された抵抗ファクタルックアップテーブルを用いて充電出力を推定することができる。
【０１３３】
すなわち、制御ユニット１２０は、二次電池Ｂの測定された温度に対応する抵抗ファクタルックアップテーブルを識別し、識別された抵抗ファクタルックアップテーブルから推定された充電状態に対応する抵抗ファクタＲch@SOCを決定し、決定された抵抗ファクタＲch@SOC及び二次電池Ｂの測定された電流を用いて数式３〔Ｐch＝Ｒch@SOC×Ｉ2    （３）〕によって二次電池Ｂの充電出力を推定することができる。
【０１３４】
上記数式において、Ｐchは二次電池Ｂの充電出力であり、Ｒch@SOCは二次電池Ｂの温度及び充電状態に対応する抵抗ファクタであり、Ｉは二次電池Ｂの測定された電流であって充電電流の大きさに該当する。
【０１３５】
上記数式３によって計算される充電出力は測定し易い電流を用いて計算するため、誤差が小さいという長所がある。また、二次電池Ｂが充電される間には二次電池Ｂの内部抵抗と分極電圧のため正確な電圧測定が困難である。したがって、電流を用いて充電出力を計算する方式がより望ましい。
【０１３６】
上記数式３によって計算される充電出力は、センサーユニット１１０によって測定された充電電流が二次電池Ｂに印加されたとき、充電初期に現れる電圧応答特性を用いて予め決定された抵抗ファクタＲch@SOCを用いて決定されたものである。
【０１３７】
したがって、前記充電出力を基準に二次電池Ｂの充電を制御すれば、二次電池Ｂの電圧や充電電流が充電上限条件を超えることを防止することができる。
すなわち、二次電池Ｂに過度な充電電流が印加されるか又は二次電池Ｂが過電圧状態に充電されることを防止できるため、より安全な充電制御が可能である。
【０１３８】
前記制御ユニット１２０は、推定された二次電池Ｂの充電出力及び充電出力の変化履歴を記憶ユニット１４０に保存することができる。
【０１３９】
他の態様において、前記充電出力推定装置１００は表示ユニット１５０をさらに含むことができる。前記表示ユニット１５０は、前記制御ユニット１２０が推定した充電出力を数字、文字、グラフィックなどのＧＵＩで表示できるものであれば、その種類に特に制限がない。
【０１４０】
一例として、前記表示ユニット１５０は、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、Ｅ−ＩＮＫディスプレイ、フレキシブルディスプレイなどであり得る。
【０１４１】
前記表示ユニット１５０は、前記制御ユニット１２０と直接または間接的に連結することができる。後者の方式が採択されるとき、前記表示ユニット１５０は前記制御ユニット１２０が位置する領域と物理的に分離した領域に位置することができる。そして、前記表示ユニット１５０と前記制御ユニット１２０との間に第３制御ユニットが介在され、前記第３制御ユニットが前記制御ユニット１２０から表示ユニット１５０に出力する情報の提供を受けて表示ユニット１５０に表示することができる。そのため、前記第３制御ユニットと前記制御ユニット１２０とをデータを送受信できるように連結することができる。
【０１４２】
また、他の態様において、前記充電出力推定装置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。前記通信インターフェース１６０は、制御ユニット１２０と充電器１３０の動作を制御する充電器制御機１８０との間でデータの送受信を支援する。
【０１４３】
このような例において、前記制御ユニット１２０は推定された二次電池Ｂの充電出力を充電器制御機１８０に伝送することができる。すると、前記充電器制御機１８０は、二次電池Ｂの充電出力を用いて二次電池Ｂの充電動作をある程度の安全マージンを置いて充電上限条件内で制御することができる。
【０１４４】
前記制御ユニット１２０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周知されたプロセッサ、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むことができる。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、前記制御ユニット１２０はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、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あり得、周知された多様なコンピューターの部品でプロセッサと連結され得る。また、前記メモリは、本発明の記憶ユニット１４０に含まれ得る。また、前記メモリは、装置の種類に関係なく情報が保存される装置を総称し、特定メモリ装置を称しない。
上述した制御ユニット１２０の制御ロジッグが本発明の実施例による二次電池の充電出力推定方法のプロセスを構成できることは自明である。
【０１４５】
図９は、本発明の実施例による二次電池の充電出力推定方法を順次示したフロー図である。
まず、段階Ｓ２００において、制御ユニット１２０は記憶ユニット１４０から抵抗ファクタルックアップテーブルを読み込む。前記抵抗ファクタルックアップテーブルは、充電状態毎に二次電池の抵抗ファクタＲch@SOCを定義する。望ましくは、前記抵抗ファクタルックアップテーブルは温度条件毎に別に定義され得る。
【０１４６】
次いで、制御ユニット１２０は、段階Ｓ２１０でセンサーユニット１１０を通じて二次電池の電圧、電流及び温度を測定して記憶ユニット１４０に保存し、段階Ｓ２２０で二次電池の充電状態を推定する。
【０１４７】
その後、制御ユニット１２０は、段階Ｓ２３０において、測定された温度に対応する抵抗ルックアップファクタテーブルを識別し、識別された抵抗ファクタルックアップテーブルを用いて推定された充電状態に対応する抵抗ファクタＲch@SOCを決定する。
【０１４８】
そして、制御ユニット１２０は、上述した数式３を用いて決定された抵抗ファクタＲch@SOCと測定された充電電流Ｉとを用いて二次電池の充電出力Ｐchを推定する。
【０１４９】
選択的に、制御ユニット１２０は、段階Ｓ２５０において、推定された充電出力を記憶ユニット１４０に保存するか、表示ユニット１５０に表示するか、又は、通信インターフェース１６０を通じて外部に伝送することができる。
【０１５０】
前記制御ユニット１２０の多様な制御ロジッグは少なくとも１つが組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグはコンピューター可読のコード体系に作成されてコンピューター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ーに含まれたプロセッサによってアクセスが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、磁気デープ、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ー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。
【０１５１】
本発明の多様な実施様態の説明において、「〜ユニット」と称され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として理解されねばならない。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ー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定できれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内であると解釈すべきであることは自明である。
【０１５２】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明の一態様によれば、二次電池の充電出力を安全マージン内で推定するとき用いられる抵抗ファクタを容易に決定することができる。
本発明の他の態様によれば、二次電池の充電上限条件から安全マージンを置いて二次電池の充電出力を信頼性高く推定することができる。
本発明のさらに他の態様によれば、二次電池の充電制御過程で二次電池の電圧や充電電流が過度に上昇することを防止することができる。
【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】
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