(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、
前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部に電気的に接続した制御部と、を含み、
前記制御部は、二次電池が放電する間、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から算出された低減目標電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供するように構成されたことを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項２】
前記出力パラメータが適用されるまでかかる時間を遅延時間として定義すれば、前記臨界電圧のレベルは、二次電池が前記充電状態及び前記温度に対応する最大放電電流値で放電されるとき、二次電池の電圧が前記臨界電圧から放電下限電圧まで低下するのにかかる時間が前記遅延時間よりも大きく、かつ前記出力維持時間よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項３】
前記制御部が、下記の数式によって二次電池の低減目標電流値を決定するように構成され、
【数１】
0006513879.tif 000005
Ｉｄｅｒａｔｅは低減目標電流値であり、Ｖｍｉｎは放電下限電圧であり、Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄは臨界電圧であり、Ｉ０は二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値または二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であり、Ｒ０は二次電池の内部抵抗であり、ｔ１−ｔ０は出力維持時間であり、（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘは二次電池の充電状態及び温度に対応する放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及び直線Ｖ＝Ｖｍｉｎと交わる二つの交点の間で計算した一次微分値ｄＶ／ｄｔの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるＩｍａｘで割った値であり、Ｉｍａｘは二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項４】
前記制御部が、低減目標電流値と放電下限電圧との掛け算によって低減目標出力値を決定するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項５】
前記充電状態及び前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値を保存しているメモリ部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項６】
前記制御部と電気的に結合した通信インターフェースをさらに含み、
前記制御部が、前記通信インターフェースを介して前記出力パラメータを前記制御システムに周期的に伝送することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項７】
前記制御部は、二次電池の電圧が前記臨界電圧よりも高ければ、二次電池の充電状態及び温度ごとに予め定義された最大放電電流値のデータを参照して二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値を決定し、
前記最大放電電流値及びこれによって算出された許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、前記負荷装置の制御システムに提供するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項８】
（ａ）二次電池が放電する間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、
（ｂ）前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、
（ｃ）二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、
（ｄ）前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、
（ｅ）前記出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含むことを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整方法。
【請求項９】
前記出力パラメータが適用されるまでかかる時間を遅延時間として定義すれば、前記臨界電圧のレベルは、二次電池が前記充電状態及び前記温度に対応する最大放電電流値で放電されるとき、二次電池の電圧が前記臨界電圧から放電下限電圧まで低下するのにかかる時間が前記遅延時間よりも大きく、かつ前記出力維持時間よりも小さく設定されることを特徴とする請求項８に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。
【請求項１０】
前記（ｃ）段階は、下記の数式によって二次電池の低減目標電流値を決定する段階であり、
【数２】
0006513879.tif 000006
Ｉｄｅｒａｔｅは低減目標電流値であり、Ｖｍｉｎは放電下限電圧であり、Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄは臨界電圧であり、Ｉ０は二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値または二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であり、Ｒ０は二次電池の内部抵抗であり、ｔ１−ｔ０は出力維持時間であり、（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘは二次電池の充電状態及び温度に対応する放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及び直線Ｖ＝Ｖｍｉｎと交わる二つの交点の間で計算した一次微分値ｄＶ／ｄｔの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるＩｍａｘで割った値であり、Ｉｍａｘは二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であることを特徴とする請求項８に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。
【請求項１１】
前記（ｄ）段階が、前記低減目標電流値と放電下限電圧との掛け算によって低減目標出力値を決定する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。
【請求項１２】
前記（ｅ）段階が、通信インターフェースを介して前記出力パラメータを前記制御システムに伝送する段階であることを特徴とする請求項８に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。
【請求項１３】
二次電池の電圧が前記臨界電圧よりも高ければ、二次電池の充電状態及び温度ごとに予め定義された最大放電電流値のデータを参照して二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値を決定する段階と、
前記最大放電電流値及びこれによって算出された許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、
前記負荷装置の制御システムに前記出力パラメータを提供する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。
【請求項１４】
二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、
前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と電気的に接続した制御部と、を含み、
前記制御部は、二次電池が充電される間に、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に増加すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から算出された低減目標電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供することを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整システム。
【請求項１５】
（ａ）二次電池が充電される間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、
（ｂ）前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、
（ｃ）二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に上昇すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、
（ｄ）前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、
（ｅ）前記出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含むことを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の電圧が速く変化する電圧区間で安定的に二次電池の出力パラメータを調整するシステム及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年１１月１３日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１５９８１３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】
二次電池は、反復的な充電と放電が可能であるため、多様な分野で電力ソースとして用いられる。
【０００４】
二次電池は、携帯電話、ラップトップコンピューター、デジタルカメラ、ビデオカメラ、タブレットコンピューター、電動工具などのような携帯装置に用いられる。
【０００５】
また、二次電池は、電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気推進船、電気飛行機などのような各種電気駆動動力装置に用いられる。
【０００６】
また、二次電池は、新再生エネルギーによって発電した電力や余剰発電電力の貯蔵に用いられる電力貯蔵装置またはサーバーコンピューターと通信用基地局を含めた各種情報通信装置に電力を安定的に供給するための無停電電源装置（ＵＰＳ；Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）などに至るまで使用領域が次第に拡がりつつある。
【０００７】
二次電池は、インバータのような電力変換デバイスを介して負荷装置に接続される。負荷装置は、前述の二次電池に貯蔵された電力を用いる任意の装置を意味する。
【０００８】
負荷装置は、制御システムを含む。制御システムは、通信によってＢＭＳシステムから二次電池についての出力パラメータの提供を受ける。
【０００９】
出力パラメータは、二次電池の放電性能または充電性能を示す指標であり、二次電池の充電状態と温度によって更新される。出力パラメータは、二次電池が放電または充電されるとき、二次電池を介して流れることができる最大電流値またはこれによって計算される許容出力値（Ｐｏｗｅｒ）である。
【００１０】
制御システムは、ＢＭＳシステムから出力パラメータの提供を受ければ、出力パラメータの範囲内で二次電池の充電及び放電を制御する。即ち、制御システムは、電力変換デバイスを制御することで二次電池の出力を許容出力値以下に統制するか、充電または放電電流の大きさを最大電流値以下に統制する。
【００１１】
一方、二次電池の電圧は、放電下限電圧または充電上限電圧に近くなれば、速く変化する。
【００１２】
図１は、３６Ａｈの容量を持つリチウム二次電池の充電状態が２０％であるとき、３６０Ａの定電流で放電が行われるときの電圧変化概形を示す。
【００１３】
図示したように、二次電池の電圧が放電下限電圧（Ｖｍｉｎ）に近くなれば（点Ａ参照）、電圧の減少速度が急に速くなる。これは、二次電池の充電状況においても同様である。即ち、二次電池が３６０Ａで定電流充電される場合、電圧が充電上限電圧に近くなれば、電圧の増加速度が急に速くなる。
【００１４】
したがって、二次電池の電圧変化が速くなり始めると、ＢＭＳシステムは制御システムに提供する出力パラメータを低減（ｄｅｒａｔｅ）させる必要がある。そうしてこそ放電後半部または充電後半部で二次電池が動作電圧範囲から外れることを防止することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌ．Ｐｌｅｔｔ、“Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  ＬｉＰＢ‐ｂａｓｅｄ  ＨＥＶ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋｓ  Ｐａｒｔ  １”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ、第１３４巻、２００４年、ｐ．２５２−２６１
【非特許文献２】Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌ．Ｐｌｅｔｔ、“Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  ＬｉＰＢ‐ｂａｓｅｄ  ＨＥＶ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋｓ  Ｐａｒｔ  ２”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ、第１３４巻、２００４年、ｐ．２６２−２７６
【非特許文献３】Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌ．Ｐｌｅｔｔ、“Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  ＬｉＰＢ‐ｂａｓｅｄ  ＨＥＶ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋｓ  Ｐａｒｔ  ３”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ、第１３４巻、２００４年、ｐ．２７７−２９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上述の従来技術の背景から創案されたものであり、二次電池の電圧が動作電圧範囲の限界値に近接したとき、適切な時点で出力パラメータを調整することができるシステム及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を達成するため、本発明の一面による二次電池の出力パラメータの調整システムは、二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部に電気的に接続した制御部と、を含む。
【００１８】
望ましくは、前記制御部は、二次電池が放電する間、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から算出された低減目標電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する。
【００１９】
望ましくは、前記出力パラメータが適用されるまでかかる時間を遅延時間として定義すれば、前記臨界電圧のレベルは、二次電池が前記充電状態及び前記温度に対応する最大放電電流値で放電されるとき、二次電池の電圧が前記臨界電圧から放電下限電圧まで低下するのにかかる時間が前記遅延時間よりも大きく、かつ前記出力維持時間よりも小さく設定され得る。
【００２０】
望ましくは、前記制御部は、下記の数式によって二次電池の低減目標電流値を決定するように構成され得る。
【００２１】
【数１】
0006513879.tif 000002
【００２２】
Ｉｄｅｒａｔｅは低減目標電流値であり、Ｖｍｉｎは放電下限電圧であり、Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄは臨界電圧であり、Ｉ０は二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値または二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であり、Ｒ０は二次電池の内部抵抗であり、ｔ１−ｔ０は出力維持時間であり、（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘは二次電池の充電状態及び温度に対応する放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及び直線Ｖ＝Ｖｍｉｎと交わる二つの交点の間で計算した一次微分値ｄＶ／ｄｔの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるＩｍａｘで割った値であり、Ｉｍａｘは二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値である。
【００２３】
望ましくは、前記制御部は、低減目標電流値と放電下限電圧との掛け算によって低減目標出力値を決定するように構成され得る。
【００２４】
一面によれば、本発明によるシステムは、前記充電状態及び前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値を保存しているメモリ部をさらに含み得る。
【００２５】
一面によれば、本発明によるシステムは、前記制御部と電気的に結合した通信インターフェースをさらに含み、前記制御部が、前記通信インターフェースを介して前記出力パラメータを前記制御システムに周期的に伝送することができる。
【００２６】
選択的に、前記制御部は、二次電池の電圧が前記臨界電圧よりも高ければ、二次電池の充電状態及び温度ごとに予め定義された最大放電電流値のデータを参照して二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値を決定し、前記最大放電電流値及びこれによって算出された許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、前記負荷装置の制御システムに提供するように構成され得る。
【００２７】
前記技術的課題を達成するための本発明の一面による二次電池の出力パラメータの調整方法は、二次電池が放電する間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、前記出力パラメータを、二次電池から電極の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含む。
【００２８】
前記技術的課題を達成するための本発明の他面による二次電池の出力パラメータの調整システムは、二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と電気的に接続した制御部と、を含む。
【００２９】
望ましくは、前記制御部は、二次電池が充電される間に、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に増加すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から算出された低減目標電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供する。
【００３０】
前記技術的課題を達成するための本発明の更なる他面による二次電池の出力パラメータの調整方法は、二次電池が充電される間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に上昇すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、前記出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、二次電池を通じて流れる電流の大きさや出力が適切な時点で低減するため、出力パラメータが遅延時間以後に適用されても二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れない。
【００３２】
また、二次電池の電圧が臨界電圧から動作限界電圧に変化するまでにかかる時間が予め設定された出力維持時間よりも短くなる時点から二次電池の出力を積極的に低減させることで、前記出力維持時間以上に二次電池の出力を維持することができる。
【００３３】
本発明の二次電池の電圧が動作限界電圧の付近まで変化したとき、二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れることを防止する。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】３６Ａｈの容量を持つリチウム二次電池の充電状態が２０％である場合、３６０Ａの定電流で放電が行われるときの電圧変化概形を示す放電プロファイルである。
【図２】本発明の実施例による二次電池の出力パラメータの調整システムのブロックダイヤグラムである。
【図３】容量は３６Ａｈとして同一であり、充電状態が１０％、１５％、２０％、３０％、４０％及び５０％として相異なる六つのリチウム二次電池の放電プロファイルを測定した結果を示したグラフである。
【図４】図３に示した各放電プロファイルが横点線Ａ及びＢと交わる二点の時間差（マーク▲を参照）を計算して示したグラフである。
【図５】本発明の実施例で低減目標電流値を決定するときに用いる数式のパラメータを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例による二次電池の出力パラメータの調整方法を順次図示したフローチャートである。
【図７】容量が３６Ａｈであり、かつ充電状態が２０％であるリチウム二次電池を、３６０Ａで放電するとき、本発明の実施例によって出力を低減させた場合とそうでない場合との電圧変化概形を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明の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。
【００３７】
以下で説明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意味する。ここで、リチウム二次電池とは、充電と放電とが行われる間にリチウムイオンが作動イオンとして作用し、正極及び負極で電気化学的反応を誘発する二次電池を総称する。
【００３８】
一方、リチウム二次電池に用いられた電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に用いられた包装材の種類、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用いら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すべきものである。
【００３９】
本発明は、リチウム二次電池以外の他の二次電池にも適用できる。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できる二次電池であれば、その種類を問わずいずれも本発明の範疇に含まれると解釈すべきものである。
【００４０】
また、二次電池は、その構成要素の数によって限定されない。したがって、二次電池は、一つの包装材内に正極／分離膜／負極の組立体及び電解質が含まれた単位セルを始め、単位セルが直列及び／または並列で接続したアセンブリー、複数のアセンブリーが直列及び／または並列で接続したモジュール、複数のモジュールが直列及び／または並列で接続したパック、複数のパックが直列及び／または並列で接続した電池システムなども含むと解釈すべきものである。
【００４１】
図２は、本発明の一実施例による二次電池の出力パラメータを調整するシステム１００の一実施例を示したブロックダイヤグラムである。
【００４２】
図２を参照すれば、本発明の実施例によるシステム１００は、電圧測定部１１０、電流測定部１２０、温度測定部１３０及び制御部１２０を含み、二次電池Ｂが放電される間、二次電池Ｂの電圧が予め設定された臨界電圧にまで低くなったとき、二次電池Ｂの出力パラメータを低減させる。
【００４３】
前記二次電池Ｂは、高電位端子ＰＡＣＫ＋及び低電位端子ＰＡＣＫ−によって負荷装置２００と電気的に接続する。負荷装置２００は、二次電池Ｂから出力される電力で動作する装置をいう。
【００４４】
負荷装置２００は、制御システム２１０、電力変換部２２０及び負荷２３０を含む。負荷装置２００は、選択的に、充電器２４０をさらに含み得る。充電器２４０は、二次電池Ｂを充電できる充電電流を電力変換部２２０を介して二次電池Ｂ側に提供できる。充電器２４０は、自体的に充電電流を生成可能であるか、商用電源から電力を受けて充電電流を生成することができる。
【００４５】
望ましい例で、負荷２３０は、電気自動車やハイブリッド自動車に含まれたモーターであってもよく、電力変換部２２０は、双方向の電力変換が可能なインバータであってもよい。
【００４６】
制御システム２１０は、負荷装置２００の全般的な動作を制御するコンピュータシステムである。特に、制御システム２１０は、制御部１４０が提供する二次電池Ｂの出力パラメータを用いて二次電池Ｂの放電を制御する。即ち、制御システム２１０は、出力パラメータに対応する放電条件で電力変換部２２０を制御することで二次電池Ｂの放電を制御する。
【００４７】
電力変換部２２０は、二次電池Ｂの放電出力を負荷２３０側に伝達する。この際、電力変換部２２０は、制御システム２１０の統制下に出力パラメータの範囲内で二次電池が放電できるよう電力変換の程度を調節できる。
【００４８】
逆に、電力変換部２２０は、充電器２４０から供給される充電出力を二次電池Ｂ側に伝達できる。この際、電力変換部２２０は、制御システム２１０の統制下に出力パラメータの範囲内で二次電池が充電できるように電力変換の程度を調節できる。
【００４９】
本発明によるシステム１００は、メモリ部１５０をさらに含むことができる。メモリ部１５０は、情報を記録及び消去できる保存媒体であれば、その種類に特に制限されない。
一例として、メモリ部１５０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスター、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。
【００５０】
また、メモリ部１５０は、制御部１４０によるアクセスが可能となるよう、例えば、データバスなどを介して制御部１４０と電気的に接続できる。
【００５１】
また、メモリ部１５０は、制御部１４０が実行する各種制御ロジッグを含むプログラム、及び／または制御ロジッグが実行されるときに発生するデータを保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。
【００５２】
メモリ部１５０は、論理的に二つ以上に分割でき、制御部１４０内に含まれることを制限しない。
【００５３】
電圧測定部１１０は、電気的信号を交換できるよう制御部１４０と電気的に結合する。電圧測定部１１０は、制御部１４０の統制下に、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を測定し、測定された電圧の大きさを示す信号を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、電圧測定部１１０から出力される信号から二次電池Ｂの電圧を決定し、決定された電圧値をメモリ部１５０に保存する。電圧測定部１１０は、当業界で通常使用される電圧測定回路で構成され得る。
【００５４】
電流測定部１２０は、電気的信号を交換できるように制御部１４０と電気的に結合する。電流測定部１２０は、制御部１４０の統制下に、時間間隔を置いて二次電池Ｂを通じて流れる電流の大きさを周期的に測定し、測定された電流の大きさを示す信号を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、電流測定部１２０から出力される信号から電流の大きさを決定し、決定された電流値をメモリ部１５０に保存する。電流測定部１２０は、当業界で通常使用されるホールセンサまたはセンス抵抗で構成され得る。
【００５５】
温度測定部１３０は、電気的信号を交換できるように制御部１４０と電気的に結合する。温度測定部１３０は、時間間隔を置いて二次電池Ｂの温度を周期的に測定し、測定された温度の大きさを示す信号を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、温度測定部１３０から出力される信号から二次電池Ｂの温度を決定し、決定された温度値をメモリ部１５０に保存する。温度測定部１３０は、当業界で通常使用される熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）で構成され得る。
【００５６】
本発明によるシステム１００は、通信インターフェース１６０をさらに含み得る。通信インターフェース１６０は、制御部１４０が負荷装置２００に含まれた制御システム２１０との通信を行うために必要な構成要素である。
【００５７】
通信インターフェース１６０としては、相異なる二つのシステムの通信を支援する公知の通信インターフェースであれば、いずれも使用可能である。通信インターフェースは、有線または無線通信を支援できる。望ましくは、通信インターフェースは、ＣＡＮ通信やデイジーチェーン（Ｄａｉｓｙ  Ｃｈａｉｎ）通信を支援するものであり得る。
【００５８】
制御部１４０は、メモリ部１５０に保存された電圧測定値、電流測定値及び温度測定値を選択的に活用して二次電池Ｂの充電状態を決定できる。
【００５９】
充電状態は、電流測定部１２０によって周期的に測定される電流値を積算して決定することができる。このような方式は、アンペアカウント法という名称として知られているため、これについての詳細な説明は省略する。
【００６０】
充電状態は、二次電池Ｂの回路モデリングに基づいた拡張カルマンフィルターのような適応的アルゴリズムを用いて決定できる。拡張カルマンフィルターを用いた充電状態の推定は、一例として、グレゴリー・エル・プレット（Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌ．  Ｐｌｅｔｔ）氏の論文「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  ＬｉＰＢ−ｂａｓｅｄ  ＨＥＶ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋｓ  Ｐａｒｔｓ  １，  ２  ａｎｄ  ３」（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ  １３４、２００４）（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３）を参照することができ、本明細書の一部として上記論文が含まれることがある。
【００６１】
充電状態は、前述のアンペアカウント法または拡張カルマンフィルターの外にも、二次電池Ｂの電圧、温度及び電流を選択的に活用して充電状態を推定できる他の公知の方法によっても決定することができる。
【００６２】
制御部１４０は、二次電池Ｂが放電される間、電圧測定部１１０によって測定された二次電池Ｂの電圧レベルをモニターする。
【００６３】
制御部１４０は、二次電池Ｂの電圧レベルに応じて二次電池の出力パラメータを相違に決定する。即ち、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧よりも大きければ、一般モードで出力パラメータを決定する。これに対し、二次電池Ｂの電圧が予め設定された臨界電圧以下に低くなれば、低減モードで出力パラメータを決定する。
【００６４】
臨界電圧のレベルは、二つの時間ファクターを考慮して予め決定する。一つの時間ファクターは、制御部１４０が決定した出力パラメータが負荷装置２００の制御システム２１０に伝達され、二次電池Ｂの放電制御に実際に反映されるまでかかる遅延時間である。他の一つの時間ファクターは、出力パラメータによる二次電池Ｂの放電出力が少なくとも維持されるべき出力維持時間である。
【００６５】
遅延時間ファクターは、制御部１４０と負荷装置２００に含まれた制御システム２１０の動作速度及びこれらの相互間の通信速度などによって変わる。遅延時間ファクターは、数秒以内の時間値、例えば、２秒であり得る。
【００６６】
出力維持時間ファクターは、負荷装置２００に含まれた負荷２３０が要求する出力特性によって変わる。出力維持時間ファクターは、数秒以内の時間値、例えば、６秒であり得る。
【００６７】
遅延時間ファクター及び出力維持時間ファクターを考慮した臨界電圧の設定方法は、次のようである。
【００６８】
まず、二次電池Ｂの充電状態ごとに常温（２５℃）で定電流放電試験を施し、複数の放電プロファイルを得る。
【００６９】
図３は、容量は３６Ａｈとして同一であり、充電状態が、１０％、１５％、２０％、３０％、４０％及び５０％として相異なる６つのリチウム二次電池の放電プロファイルを測定した結果を示したグラフである。左側から右側に進むほど放電プロファイルを測定した二次電池Ｂの充電状態は高い。
【００７０】
各々の定電流放電試験で適用された放電電流の大きさは、二次電池Ｂの充電状態及び温度に対応する最大放電電流値である。特定の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値は、ＨＰＰＣ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法で二次電池Ｂをパルス放電させたとき、二次電池Ｂの電圧が放電下限電圧Ｖｍｉｎに到達するようにする放電電流値である。
【００７１】
望ましくは、ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値が、二次電池Ｂの安全のために設定した放電上限電流値よりも大きければ、最大放電電流値は放電上限電流値に代替され得る。
【００７２】
図３に示した放電プロファイルを得るための定電流放電実験に際し、放電上限電流値は３６０Ａに設定した。
【００７３】
図３において、各放電プロファイルを得るときに適用した最大放電電流値は、グラフの上部に示した。即ち、充電状態、２０％、３０％、４０％及び５０％に対応する最大放電電流値は、３６０Ａとして同一である。ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値が放電上限電流値に設定された３６０Ａを超過したことから、最大放電電流値を放電上限電流値に代替したためである。なお、二次電池Ｂの状態が１０％及び１５％である場合は、ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値が放電上限電流値である３６０Ａよりも小さいため、ＨＰＰＣ法で決定した最大放電電流値がそのまま適用された。
【００７４】
図３において、横点線Ａは、遅延時間ファクター及び出力維持時間ファクターを考慮して設定された臨界電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄのレベルを示し、横点線Ｂは、放電下限電圧Ｖｍｉｎのレベルを示す。
【００７５】
望ましくは、臨界電圧のレベルは、各放電プロファイルが横点線Ａ及びＢと交わる二点の時間差が遅延時間よりも大きく、出力維持時間よりも小さく設定する。
【００７６】
上記のように臨界電圧のレベルが設定されれば、低減モードで決定された出力パラメータが適用される時点が遅延時間分に遅延されても、二次電池Ｂの電圧が放電下限電圧以下に急に減少する現象を防止することができる。また、二次電池Ｂの電圧が放電下限電圧に低くなるまでにかかる時間が出力維持時間よりも小さいとき、二次電池Ｂの出力を低減させて最小限の出力維持時間を確保することが可能となる。
【００７７】
図４は、図３に示した各放電プロファイルが、横点線Ａ及びＢと交わる二点の時間差（マーク▲を参照）を計算して示したものである。遅延時間は２秒であり、出力維持時間は６秒に設定されており、臨界電圧のレベルは２．８７Ｖに設定された。図４を参照すれば、図３の横点線Ａで示した臨界電圧のレベルは、前述した条件をよく満たしていることが分かる。したがって、二次電池Ｂの電圧が２．８７Ｖに到達したとき、低減モードで出力パラメータを決定し、決められた出力パラメータを負荷装置２００の制御システム２１０に提供すれば、二次電池Ｂの出力が最小限６秒間維持できる。また、出力パラメータが負荷装置２００に反映されるまで２秒の遅延時間が生じても、二次電池Ｂの電圧が急に放電下限電圧まで減少することを防止することができる。
【００７８】
本発明において、図３に示した放電プロファイルは、常温条件で得たものである。しかし、二次電池Ｂの動作温度範囲に属する温度条件ごとに放電プロファイルを追加で獲得し、温度ごとに獲得した全ての複数の放電プロファイルに対しても上述の条件を満すように臨界電圧のレベルを決定することが望ましいということは、当業者にとって自明である。
【００７９】
即ち、臨界電圧のレベルは、充電状態及び温度ごとに測定された各々の放電プロファイルが横点線Ａ及びＢと交わる二点の時間差が遅延時間よりも大きく、かつ出力維持時間よりも小さく設定することが望ましい。
【００８０】
一例で、臨界電圧のレベルは、二次電池Ｂの温度によって可変し得る。即ち、二次電池Ｂの温度が高いほど臨界電圧のレベルは増加し得る。臨界電圧のレベルが増加すれば、低減モードの開始時点が早くなる。
【００８１】
制御部１４０は、電圧測定部１１０によって測定した二次電池Ｂの現在電圧が、予め設定された臨界電圧よりも大きい場合は、一般モードで出力パラメータを決定する。出力パラメータは、二次電池Ｂの最大放電電流値及び許容出力値のうち少なくとも一つを含む。制御部１４０は、メモリ部１５０に保存されたパワーマップを用いて最大放電電流値を決定できる。パワーマップは、二次電池Ｂの充電状態及び温度によって最大放電電流値を参照できるデータ構造を有する。
【００８２】
許容出力値は、次の数式１によって決定できる。数式１において、最大放電電流値は、電流ファクターであるＩｍａｘである。
［数式１］
許容出力Ｐ＝Ｖｍｉｎ×Ｉｍａｘ
【００８３】
数式１において、Ｖｍｉｎは、二次電池Ｂの放電下限電圧として予め設定される電圧ファクターである、Ｉｍａｘは、二次電池Ｂの充電状態及び温度によって変わる電流ファクターであって、特定の充電状態及び温度条件下で二次電池Ｂが出し得る最大放電電流値である。Ｉｍａｘは、二次電池Ｂの充電状態及び温度を用いてメモリ部１５０に保存されたパワーマップからマッピング可能な値である。
【００８４】
一方、制御部１４０は、電圧測定部１１０によって測定した二次電池Ｂの電圧が、予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、低減モードで出力パラメータを決定する。低減モードで決定される出力パラメータは、二次電池Ｂの低減目標電流値及び低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む。
【００８５】
制御部１４０は、下記の数式２によって低減目標電流値Ｉｄｅｒａｔｅを決定できる。
［数式２］
【００８６】
【数２】
0006513879.tif 000003
【００８７】
図５は、数式２に含まれたパラメータを説明するための図である。
【００８８】
図５のグラフ（ａ）に示した放電プロファイルは、３６Ａｈの容量を有した二次電池Ｂの充電状態が２０％であるとき、２５℃の条件で３６０Ａ（Ｉｍａｘ）で定電流放電実験を施して得た放電プロファイルである。Ｉｍａｘは、二次電池Ｂの充電状態が２０％であるとき、許容される最大放電電流値である。
【００８９】
図５のグラフ（ｂ）は、充電状態が２０％である二次電池Ｂが３６０Ａで放電するとき、時間の経過による抵抗変化（ｄＲ／ｄｔ）を示したものである。オームの法則によれば、Ｖ＝ＩＲであり、ＩはＩｍａｘとして一定である。Ｖ＝ＩＲの両辺を時間で微分すれば、ｄＶ／ｄｔ＝ＩｍａｘｄＲ／ｄｔとなるので、ｄＲ／ｄｔは（ｄＶ／ｄｔ）／Ｉｍａｘと実質的に同一である。即ち、ｄＲ／ｄｔは、放電プロファイルの接線の傾き（ｄＶ／ｄｔ）を用いて決定できる。
【００９０】
図５を参照すれば、数式２において、Ｖｍｉｎは放電下限電圧である。Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄは臨界電圧である。Ｒ０は、二次電池Ｂの内部抵抗値であって、実験によって予め知ることができる値である。Ｖｍｉｎ、Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及びＲ０は、メモリ部１５０に予め保存できる。Ｉ０は、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値である。放電電流値は、電流測定部１２０によって測定できる。代案的に、Ｉ０値として二次電池Ｂの充電状態と温度に対応する最大放電電流値Ｉｍａｘが用いられることを制限しない。（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘは（ｄＲ／ｄｔ）の最大値である。（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘは、放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及び直線Ｖ＝Ｖｍｉｎと交わる２つの交点の間で計算した一次微分値ｄＶ／ｄｔの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるＩｍａｘで割った値である。一次微分値ｄＶ／ｄｔの絶対値が最大となる時点は、放電プロファイルの概形によって変わる。図５に示した放電プロファイルでは、放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｍｉｎと交わる時点でｄＶ／ｄｔの絶対値が最大となる。（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘについてのデータは、二次電池Ｂの充電状態と温度ごとに測定した放電プロファイルを用いて予め決定することができ、充電状態及び温度ごとに定義された（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘについてのデータは、メモリ部１５０に予め保存できる。（ｔ１−ｔ０）は、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧から放電下限電圧まで減少するのにかかる時間である。一実施例で、本発明は、（ｔ１−ｔ０）の値として予め設定された出力維持時間を割り当てる。
【００９１】
数式２は、次のように誘導される。二次電池Ｂの電圧は、二次電池Ｂの充電状態及び温度によって変わる開放電圧成分、内部抵抗Ｒ０及びＲＣ回路（Ｒ／／Ｃ）が相互直列で接続した回路によって等価的にモデリングできる。
【００９２】
前記回路モデリングによれば、二次電池Ｂの電圧Ｖは、下記の数式３のように３つの電圧成分、即ち、充電状態（ｚ）によって固有に決定される開放電圧成分ＯＣＶ（ｚ）と、電流Ｉが流れるとき、内部抵抗Ｒ０（定数）の両端にかかる電圧成分ＩＲ０と、ＲＣ回路の抵抗Ｒに電流ＩＲＣが流れるとき、ＲＣ回路の両端にかかる電圧成分ＩＲＣＲとの和で表すことができる。
［数式３］
Ｖ＝ＯＣＶ（ｚ）＋ＩＲ０＋ＩＲＣＲ
【００９３】
前記数式３の両辺を時間ｔで微分すれば、下記の数式４が得られる。
［数式４］
ｄＶ／ｄｔ＝ｄＯＣＶ／ｄｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）Ｒ０＋（ｄＩＲＣ／ｄｔ）Ｒ
＋ＩＲＣ（ｄＲ／ｄｔ）
【００９４】
時間ｄｔの間に二次電池Ｂの充電状態と、ＲＣ回路の抵抗に流れる電流ＩＲＣとが一定であると仮定すれば、ｄＯＣＶ／ｄｔとｄＩＲＣ／ｄｔは０となるので、数式４は、下記の数式５のように近似できる。
［数式５］
ｄＶ／ｄｔ＝（ｄＩ／ｄｔ）Ｒ０＋ＩＲＣ（ｄＲ／ｄｔ）
【００９５】
一方、放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄと交わる点の時間ｔ０における二次電池Ｂの電圧及び放電電流を各々Ｖ０及びＩ０とする。また、放電プロファイルが直線Ｖ＝Ｖｍｉｎと交わる点の時間ｔ１における二次電池Ｂの電圧及び放電電流を各々Ｖ１及びＩ１とする。また、時間ｔ０とｔ１との間で、ＩＲＣはＩ１と同一であり、（ｄＲ／ｄｔ）は一定であると仮定しよう。このような定義下で数式５の両辺を時間ｔ０とｔ１との間で積分すれば、下記の数式６が得られる。
［数式６］
Ｖ１−Ｖ０＝（Ｉ１−Ｉ０）Ｒ０＋Ｉ１（ｄＲ／ｄｔ）（ｔ１−ｔ０）
【００９６】
数式６をＩ１に対して整理すれば、数式７が得られる。
［数式７］
【００９７】
【数３】
0006513879.tif 000004
【００９８】
数式７において、Ｖ０及びＶ１は、各々臨界電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及び放電下限電圧Ｖｍｉｎとなるので、Ｖ０及びＶ１にあたる値を各々代入する。また、分母の項のうち、（ｄＲ／ｄｔ）値として（ｄＲ／ｄｔ）における最大値を割り当てる（図５参照）。また、（ｔ１−ｔ０）値には、予め設定された出力維持時間を割り当てる。そうすれば、数式７は、数式２のような形態として最終整理される。
【００９９】
前記のように、二次電池Ｂの充電状態及び温度に対応する放電プロファイルを用いて計算された（ｄＲ／ｄｔ）値のうち最大値を（ｄＲ／ｄｔ）値として割り当てれば、Ｉ１値を低減目標電流値Ｉｄｅｒａｔｅ値として用いることができる。
【０１００】
数式７の右辺において、（ｄＲ／ｄｔ）値として（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘ値が割り当てれば、許容される範囲で分母値が最大に増加する。そうすれば、時点ｔ１における放電電流の大きさをパワーマップからマッピングされる最大放電電流値よりも充分に低減させることで、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧以下に減少しても遅延時間よりも短い時間内、または出力維持時間が経過する前に放電下限電圧の下に低下することを防止することができる。
【０１０１】
制御部１４０は、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧以下に低下すれば、数式２によって低減目標電流値を算出し、追加的に低減目標電流値から低減目標出力値Ｐｄｅｒａｔｅを決定することができる。Ｐｄｅｒａｔｅの計算式は、下記の数式８のようである。
［数式８］
Ｐｄｅｒａｔｅ＝Ｖｍｉｎ×Ｉｄｅｒａｔｅ
【０１０２】
制御部１４０は、低減目標電流値及び低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを通信インターフェース１６０を介して負荷装置２００の制御システム２１０に伝送できる。
【０１０３】
制御システム２１０は、遅延時間が経過した後に制御部１４０から伝送された出力パラメータを用いて電力変換部２２０を制御することで二次電池Ｂの放電電流または出力を低減させる。即ち、制御システム２１０は、出力パラメータに含まれた低減目標電流値または低減目標出力値を用いて電力変換部２２０を制御することで、二次電池Ｂから出力される放電電流の大きさを低減目標電流値よりも小さく統制するか、二次電池Ｂの出力を低減目標出力値よりも小さく統制することができる。
【０１０４】
制御システム２１０は、望ましい例として、電力変換部２２０を制御して二次電池Ｂの放電電流を一定の時間間隔を置いて段階的に減少させることで低減目標電流値と同一に放電電流の大きさを低減させることができる。類似に、制御システム２１０は、電力変換部２２０を制御して二次電池Ｂの出力を一定の時間間隔を置いて段階的に減少させて低減目標出力値と同一に二次電池Ｂの出力を低減させることができる。
【０１０５】
前記制御部１４０は、上述の多様な制御ロジッグを実行するために当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスター、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。また、前記制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、制御部１４０は、プログラムモジュールの集合により具現できる。この際、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可能である。前記メモリは、プロセッサの内部または外部に存在し得、よく知られている多様なコンピューター部品でプロセッサと連結され得る。また、前記メモリは、本発明のメモリ部１５０に含まれ得る。また、前記メモリは、デバイスの種類を問わず情報が保存されるデバイスを総称し、特定のメモリデバイスを指称することではない。
【０１０６】
制御部１４０の多様な制御ロジッグは、少なくとも一つ以上が組み合わされ、組み合わされた制御ロジッグはコンピューターが判読可能なコード体系で作成され、コンピューターが判読可能な記録媒体に収録され得る。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可能なものであれば、その種類は特に制限されない。一例として、前記記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスター、ＣＤ‐ＲＯＭ、磁気デープ、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）及び光データ記録装置を含む群より選択された少なくとも一つ以上を含む。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し実行され得る。また、前記組み合わさ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。
【０１０７】
以下では、図６を参照して本発明の実施例によって制御部１４０が行う二次電池の出力パラメータの調整方法について具体的に説明する。
【０１０８】
図６は、本発明の実施例による二次電池の出力パラメータの調整方法を順次に示したフローチャートである。
【０１０９】
先ず、Ｓ１０段階で、制御部１４０は、二次電池の出力パラメータを調整するためのプロセスが開始されれば、時間インデックスｋを初期化する。
【０１１０】
続いて、Ｓ２０段階で、制御部１４０は、電圧測定部１１０、電流測定部１２０及び温度測定部１３０を用いて二次電池Ｂの電圧、電流及び温度を測定し、測定された電圧値、電流値及び温度値をメモリ部１５０に保存する。
【０１１１】
続いて、Ｓ３０段階で、制御部１４０は、メモリ部１５０に保存された電圧値、電流値及び温度値を選択的に用いて二次電池Ｂの充電状態を決定する。充電状態は、アンペアカウント法や拡張カルマンフィルターなどを用いて決定し得る。
【０１１２】
続いて、Ｓ４０段階で、制御部１４０は、二次電池Ｂの電圧が予め定義された臨界電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも大きいかを判断する。臨界電圧のレベルを定義する方法については、図３及び図４を参照して上述した。
【０１１３】
もし、段階Ｓ４０で「はい」と判別されれば、制御部１４０は、プロセスを段階Ｓ５０に移して一般モードで出力パラメータを決定し、決定されたパラメータを通信インターフェース１６０を介して負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。
【０１１４】
具体的に、段階Ｓ５０で、制御部１４０は、メモリ部１５０を参照して二次電池Ｂの現在温度及び現在充電状態を決定する。また、制御部１４０は、メモリ部１５０に予め保存されたパワーマップから現在充電状態及び現在温度に対応する最大放電電流値をマッピングして最大放電電流値Ｉｍａｘを決定する。
【０１１５】
次に、段階Ｓ６０で、制御部１４０は、最大放電電流値Ｉｍａｘと予め定義された放電下限電圧Ｖｍｉｎを用いて数式１によって二次電池Ｂの許容出力値を決定する。
【０１１６】
続いて、段階Ｓ７０で、制御部１４０は、最大放電電流値及び許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを通信インターフェース１６０を介して負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。そうすれば、制御システム２１０は、伝送された出力パラメータに含まれた許容出力値または最大放電電流値を参照して電力変換部２２０を制御することで出力許容値または最大放電電流値の範囲内で二次電池Ｂの放電を適応的に制御する。即ち、二次電池Ｂの放電出力を許容出力値以下に統制するか、二次電池Ｂの放電電流を最大放電電流値以下に統制する。
【０１１７】
続いて、段階Ｓ８０で、制御部１４０は予め設定された設定時間が経過したかを判別する。ここで、設定時間は、二次電池Ｂの出力パラメータを更新する周期となる。
【０１１８】
もし、段階Ｓ８０で、「はい」と判別されれば、制御部１４０は、プロセスを段階Ｓ９０に移し、逆に段階Ｓ８０で「いいえ」と判別されれば、制御部１４０はプロセスの進行を止める。
【０１１９】
段階Ｓ９０で、制御部１４０は、二次電池Ｂの動作状態がキーオフ（Ｋｅｙ‐ｏｆｆ）状態であるかを判別する。ここで、キーオフ状態とは、二次電池Ｂの充電や放電が止まった場合をいう。このようなキーオフ状態は、二次電池Ｂと負荷装置２００との連結を制御するスイッチ部品のオンオフ状態によって判別できる。
【０１２０】
もし、段階Ｓ９０で、「はい」と判別されれば、制御部１４０は、二次電池Ｂの出力パラメータを調整する必要がないため、プロセスを終了する。一方、段階Ｓ９０で、「いいえ」と判別されれば、制御部１４０は、プロセスを段階Ｓ１００に移して時間インデックスｋを更新し、さらにプロセスを段階Ｓ２０に戻して前述の段階を再度反復する。
【０１２１】
一方、段階Ｓ４０で「いいえ」と判別されれば、制御部１４０は、プロセスを段階Ｓ１１０に移す。即ち、制御部１４０は、低減モードで二次電池Ｂの出力パラメータを決定し、出力パラメータを通信インターフェース１６０を介して負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。
【０１２２】
具体的に、段階Ｓ１１０で、制御部１４０は、メモリ部１５０に保存された充電状態及び温度データを参照して二次電池Ｂの現在充電状態及び現在温度を決定する。また、制御部１４０は、充電状態及び温度によって予め定義されてメモリ部１５０に保存された（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘデータを参照して現在充電状態と現在温度に対応する（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘ値を決定する。また、制御部１４０は、上述の数式２を用いて低減目標電流値Ｉｄｅｒａｔｅを決定する。低減目標電流値の決定時において、Ｉ０値としてはメモリ部１５０に保存された現在の放電電流値を割り当てるか、現在の充電状態及び現在の温度に対応する最大放電電流値をパワーマップからマッピングして割り当て得る。数式２の他のファクター、即ち、放電下限電圧Ｖｍｉｎ、臨界電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ及び二次電池Ｂの内部抵抗Ｒ０値としては、メモリ部１５０に予め保存されたデータを割り当てる。また、（ｔ１−ｔ０）の値としては、予め設定された出力維持時間を割り当てる。
【０１２３】
その後、段階Ｓ１２０で、制御部１４０は低減目標電流値Ｉｄｅｒａｔｅ及び予め定義された放電下限電圧Ｖｍｉｎを用いて二次電池Ｂの低減目標出力値Ｐｄｅｒａｔｅを決定する。
【０１２４】
続いて、段階Ｓ１３０で、制御部１４０は、低減目標電流値Ｉｄｅｒａｔｅ及び低減目標出力値Ｐｄｅｒａｔｅのうち少なくとも一つを含む出力パラメータを通信インターフェース１６０を介して負荷装置２００の制御システム２１０に伝送する。そうすれば、制御システム２１０は、送信された出力パラメータに含まれた低減目標電流値または低減目標出力値を参照して電力変換部２２０を制御することで低減目標電流値または低減目標出力値の範囲内で二次電池Ｂの放電を制御する。即ち、二次電池Ｂの放電出力を低減目標出力値以下に統制するか、二次電池Ｂの放電電流を低減目標電流値以下に統制する。望ましくは、制御システム２１０は、電力変換部２２０を制御して低減目標電流値に向けて二次電池Ｂの放電電流の大きさを段階的に減少させるか、低減目標出力値に向けて二次電池Ｂの出力を段階的に減少させることができる。
【０１２５】
続いて、段階Ｓ８０で、制御部１４０は、予め設定された設定時間が経過しかを判別する。
【０１２６】
もし、段階Ｓ８０で、「はい」と判別されれば、制御部１４０は、プロセスを段階Ｓ９０に移し、逆に段階Ｓ８０で、「いいえ」と判別されれば、制御部１４０はプロセスの進行を止める。
【０１２７】
段階Ｓ９０で、制御部１４０は、二次電池Ｂの動作状態がキーオフ状態であるかを判別する。
【０１２８】
もし、段階Ｓ９０で、「はい」と判別されれば、制御部１４０は、二次電池Ｂの出力パラメータを調整する必要がないため、プロセスを終了する。一方、段階Ｓ９０で、「いいえ」と判別されれば、制御部１４０は、プロセスを段階Ｓ１００に移して時間インデックスｋを更新し、さらにプロセスを段階Ｓ２０に戻して前述の段階を再度反復する。
【０１２９】
図６に示した一連の段階は、周期的に実行される。したがって、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧以下に低下すれば、低減目標電流値及び低減目標出力値のうち少なくとも一つが含まれた出力パラメータが負荷装置２００の制御システムに提供されることで、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧を超過するまで二次電池Ｂの放電電流または放電出力が低減する。勿論、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧を超過できなければ、低減目標電流値及び低減目標出力値が次第に低くなる。
【０１３０】
本発明において、低減モードが開始される基準となる臨界電圧は、遅延時間及び出力維持時間という時間ファクターを共に考慮して決定されたものである。したがって、出力パラメータが遅延時間以後に適用されても二次電池Ｂの電圧が放電下限電圧の下に低下することを防止することができる。また、低減モードで決定される出力パラメータは、（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘを考慮して充分低減した電流値または出力値を含んでいるため、出力パラメータが適用される間に二次電池Ｂの電圧が放電下限電圧の下に低下することを防止することができる。
【０１３１】
特に、負荷装置２００の制御システム２１０で二次電池Ｂの放電を制御する時、出力パラメータに含まれた値を基準ターゲット値と設定し、放電電流または出力を段階的に減少させれば、放電末期の状況で二次電池Ｂの出力を安定的かつ信頼性よく低減させることができる。
【０１３２】
上述の実施例は、二次電池の放電状況で適用することができる。しかし、本発明は、二次電池が充電される状況でも類似に適用することができる。
【０１３３】
二次電池が充電される場合、臨界電圧は充電上限電圧に近く設定され、遅延時間ファクターと出力維持時間とを同時に考慮して決定されることは同一である。
【０１３４】
また、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧以上に増加すれば、充電電流または充電出力を低減させるために低減モードで出力パラメータを決定することができる。
【０１３５】
低減目標電流値の決定時に用いられる数式２において、ＶｍｉｎはＶｍａｘ値に代替できる。
【０１３６】
また、臨界電圧のレベルの決定時に用いられる放電プロファイルは、充電プロファイルに代替される。
【０１３７】
充電プロファイルは、二次電池Ｂの充電状態と温度ごとに定電流充電実験を施して得ることができる。
【０１３８】
各定電流充電実験で用いられる充電電流の大きさは、ＨＰＰＣ法で決めた最大充電電流値を設定する。充電最大電流値は、二次電池Ｂの充電状態と温度によって変わり得る。
【０１３９】
一方、ＨＰＰＣ法によって決めた最大充電電流値が二次電池Ｂが耐える充電上限電流値よりも大きければ、最大充電電流値は充電上限電流値に代替され得る。
【０１４０】
また、低減モードで二次電池Ｂが充電されるときの出力は、低減目標電流値に決定された電流値を基準で決定され得る。
【０１４１】
二次電池Ｂが充電される間に決定された出力パラメータは、通信インターフェース１６０を介して負荷装置２００の制御システム２１０に提供され得る。
【０１４２】
制御システム２１０は、出力パラメータが提供されれば、電力変換部２２０を制御することで二次電池Ｂの充電電流を出力パラメータに含まれた電流値以下に統制するか、二次電池Ｂの充電出力を出力パラメータに含まれた出力値以下に統制する。
【０１４３】
また、望ましくは、制御システム２１０は、二次電池Ｂの充電電流または充電出力を出力パラメータに含まれた電流値または出力値に向けて収めるように段階的に低減させる制御を行い得る。
【０１４４】
二次電池Ｂが充電される間、二次電池Ｂの電圧が臨界電圧を超過しなければ、パワーマップを用いて二次電池Ｂの最大充電電流値を決定し得、決定された最大充電電流値から二次電池Ｂの充電出力を決定し得る。このために、パワーマップは、二次電池Ｂの充電状態及び温度ごとに予め定義された最大充電電流値についての参照データをさらに含み得る。
【０１４５】
＜実験例＞
以下、本発明による実験例を説明する。ここで、説明される実験例は、本発明の効果を述べるために提供されるものであり、本発明の技術的思想が実験例として開示される内容によって限定されない。
【０１４６】
先ず、総容量が３６Ａｈであり、充電状態が２０％であるリチウム二次電池を準備した。リチウム二次電池は、正極材としてリチウム金属酸化物を含み、負極材としてグラファイトを含む。続いて、充放電電力を調節できる充放電シミューレーターにリチウム二次電池を連結した。その後、２５℃の条件で３６０Ａの大きさを有する放電電流で放電させながら放電プロファイルを測定した。
【０１４７】
二次電池Ｂの出力を低減させる基準となる臨界電圧は２．８７Ｖに設定した。臨界電圧の決定時における遅延時間ファクターは２秒であり、出力維持時間ファクターは６秒に設定した。
【０１４８】
二次電池Ｂが３６０Ａの大きさで定電流放電される間、二次電池Ｂの電圧が２．８７Ｖに低くなったときから本発明の実施例によって二次電池Ｂの放電出力を低減させた。即ち、数式２を用いて低減目標電流値を決定し、低減目標電流値に段階的に近接するように充放電シミューレーターを制御して二次電池Ｂの放電電流の大きさを３０Ａずつ段階的に低下させた。このような過程で二次電池Ｂの電圧変化を測定した。
【０１４９】
数式２のパラメータ値として、Ｖｍｉｎは２．５Ｖ、Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄは２．８７Ｖ、（ｄＲ／ｄｔ）ｍａｘは０．４３０５７５９ｍΩ、Ｒ０は０．００１０６１８ｍΩ、（ｔ１−ｔ０）は６秒、Ｉ０は３６０Ａに設定した。
【０１５０】
図７は、本実験で測定した電圧測定結果を示す。図７で、実線グラフは、リチウム二次電池の出力を低減させなかったときの電圧変化概形を示す。なお、点線は、リチウム二次電池の出力を２．８７Ｖから低減させたときの電圧変化概形を示す。
【０１５１】
２つの電圧変化概形を比較すれば、本発明の実施例よってリチウム二次電池の出力が低減した場合、リチウム二次電池の電圧が臨界電圧に到達した後に急激に低下せず電圧減少の程度が低減することが分かる。
【０１５２】
また、リチウム二次電池の出力が低減しなかった場合は、リチウム二次電池の電圧が４．５秒ぶりに放電の下限電圧に到達した。しかし、リチウム二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときから出力低減が適用された場合は、リチウム二次電池の電圧レベルが６秒以上の十分な時間の間、放電下限電圧よりも高く維持されたことを確認することができる。このような実験結果は、本発明が安定性及び信頼性を有する出力調整技術であることを裏付ける。
【０１５３】
一方、本発明を説明することにおいて、「〜部」と命名された構成要素は、物理的に区分される構成要素と言うより、論理的に区分される構成要素として理解されるべきである。即ち、各々の構成は、本発明の技術思想を実現するために論理的な構成要素に該当するので、各々の構成要素が統合または分離しても本発明の論理構成が行う機能が実現されるなら、本発明の範囲内にあると解釈されるべきであり、同一または類似の機能を行う構成要素であれば、その名称如何に関わらず、本発明の範囲内にあると解釈されるべきであることは言うまでもない。
【０１５４】
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。
【０１５５】
本発明によれば、二次電池を通じて流れる電流の大きさや出力が適切な時点で低減するため、出力パラメータが遅延時間以後に適用されても二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れない。
【０１５６】
また、二次電池の電圧が臨界電圧から動作限界電圧にまで変化するのにかかる時間が予め設定された出力維持時間よりも短くなる時点から二次電池の出力を積極的に低減させることで、前記出力維持時間以上に二次電池の出力を維持することができる。
【０１５７】
本発明の二次電池の電圧が動作限界電圧の付近まで変化したとき、二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れることを防止する。
【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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