(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリーセルが電気的に接続したバッテリーパックを管理する装置であって、
前記バッテリーセル各々の充放電サイクルの回数を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する選定部と、
前記選定部によって選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる遮断部と、
前記遮断部によって動作の中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、中断前のＣレートよりも低いＣレートで第２基準時間の間、充電及び放電が行われるようにする減速部と、を備えてなることを特徴とする、バッテリーパックの管理装置。
【請求項２】
前記第２基準時間が、１回の充放電サイクルであ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の管理装置。
【請求項３】
前記減速部が、動作の中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、第２基準時間の間、中断前のＣレートの１／２以下のＣレートで充電及び放電が行われるようにすることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリーパックの管理装置。
【請求項４】
前記選定部は、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルが複数存在する場合、バッテリーセルを一つずつ順次選定することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
【請求項５】
前記基準回数が、２００回から４００回のうち少なくとも一つの回数に設定されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
【請求項６】
前記第１基準時間が、二日から四日のうち少なくとも一つの時間に設定されたことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
【請求項７】
前記基準回数が、二つ以上に設定されることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
【請求項８】
前記遮断部が、前記バッテリーセル各々の電気的接続をオンオフするスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子の制御によって前記バッテリーセル各々の動作を中断及び再開させることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置を備えてなる、バッテリーパック。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置を備えてなる、電力貯蔵装置。
【請求項１１】
複数のバッテリーセルが電気的に接続したバッテリーパックを管理する方法であって、
前記バッテリーセル各々の充放電サイクルの回数を測定する段階と、
前記測定段階で測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する段階と、
前記選定段階で選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる段階と、
前記中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、中断前のＣレートよりも低いＣレートで第２基準時間の間、充電及び放電が行われる段階と、を含んでなることを特徴とする、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、バッテリーパックを管理する技術に関し、より詳しくは、充放電制御によってバッテリーパックの寿命を向上させるバッテリーパックの管理装置及びバッテリーパックの管理方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年１１月１８日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１６１８２０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】
現代社会において、バッテリーは、ノートブックＰＣ、カメラ、携帯電話、ＭＰ３などのような携帯用電子製品から、自動車、ロボット、衛星などの各種装置に至るまで広範囲に用いられている。バッテリーは、一次電池と二次電池とに分けられ、特に、二次電池は反復的な充放電が可能であるだけでなく、エネルギーの貯蔵が可能であるという長所から広く用いられている。
【０００４】
現在、商用化した二次電池には、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、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず充放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
【０００５】
このような二次電池は単独で用いることもできるが、多くの場合、一つのバッテリーパック内で複数のバッテリーセルが相互電気的に接続し、より高い出力及び容量を確保するように構成される。特に、最近は、電力供給の不均衡を解消する次元でスマートグリッドシステム（Ｓｍａｒｔ  Ｇｒｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍ）が注目されている。スマートグリッドシステムとは、電力の生産、輸送、消費過程に情報通信技術を組み合わせることで、電力供給と消費との相互作用によって電力利用の効率性を高めようとする知能型電力網システムである。消費者が用いる電力量は常に一定ではなく、いつでも変動し得る。代表的に、夏の午後には冷房装置の使用によって電力使用量が急増し、夜間には電力使用量が急減することが挙げられる。このように、電力消費面では電力消費量が一定ではなく変動することがあり、電力供給面ではある程度電力生産量を調節するとしてもそのような電力消費量に合わせることは現実的に困難である。したがって、このような電力供給と消費との不均衡によって電力供給の過剰または電力供給の不足が起こり得、スマートグリッドシステムは、このような問題を解決するために電力使用現況をリアルタイムで把握して電力供給量を弾力的に調節する。このようなスマートグリッドシステムを構築するための重要な核心構成要素の一つが電力貯蔵装置である。そして、このような電力貯蔵装置には通常の電子装備や携帯用電子製品に用いられるバッテリーパックよりもさらに多い数のバッテリーセルが電気的に接続した形態で構成される。
【０００６】
このように複数のバッテリーセルを電気的に接続して用いるバッテリーパックは、スマートグリッドシステムのみならず、マイクログリッドシステム（Ｍｉｃｒｏ  Ｇｒｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍ）、電気自動車に充電電力を供給する電気自動車充電所のような他の多様な分野にも用いることができる。
【０００７】
このようにバッテリーパックの適用領域は、大型のバッテリーパックにまでさらに拡張し、バッテリーパックが適用された装置の性能が向上するにつれ、バッテリーパック自体の性能向上についての要求も続いている。バッテリーパックの性能を評価するための要素には色々が含まれるが、そのうちバッテリーパックの性能を示す代表的なものの一つが寿命であると言える。
【０００８】
バッテリーパックは、反復的な充放電が可能に構成された装置であるが、充放電サイクルが反復し続けると、もうそれ以上バッテリーパックの使用が不可能になる。特に、バッテリーパックに含まれた二次電池は、充放電を繰り返す過程で内部素材が劣化することで性能が低下してしまい、まともに動作できないことがある。
【０００９】
このような状況で、バッテリーパックは、最大限の長期使用が可能になるよう、その寿命を長く維持することが良い。さらに、バッテリーパックに含まれた多くの二次電池のうち一部の二次電池の寿命が尽きた場合、バッテリーパックの全体性能が劣り得る。したがって、バッテリーパックに含まれた各二次電池の寿命を最大限に長く確保する必要がある。
【００１０】
特に、電力貯蔵装置の場合、その規模が非常に大きいため、寿命が尽きた二次電池を探すか、入替え及び修理することが容易でない。そのため、電力貯蔵装置に含まれるバッテリーパックは、長い寿命を有させて長期間の使用を可能にすることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーパックの寿命を効果的に向上させるバッテリーパックの管理装置及びバッテリーパックの管理方法を提供することを目的とする。
本発明の一の態様は以下の通りである。
〔１〕  複数のバッテリーセルが電気的に接続したバッテリーパックを管理する装置であって、
前記バッテリーセル各々の充放電サイクルの回数を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する選定部と、
前記選定部によって選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる遮断部と、を備えてなることを特徴とする、バッテリーパックの管理装置。
〔２〕  前記遮断部によって動作の中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、中断前のＣレートよりも低いＣレートで第２基準時間の間、充電及び放電が行われるようにする減速部をさらに備えてなることを特徴とする、〔１〕に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔３〕  前記第２基準時間が、１回の充放電サイクルであることを特徴とする、〔２〕に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔４〕  前記減速部が、動作の中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、第２基準時間の間、中断前のＣレートの２／１以下のＣレートで充電及び放電が行われるようにすることを特徴とする、〔２〕又は〔３〕に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔５〕  前記選定部は、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルが複数存在する場合、バッテリーセルを一つずつ順次選定することを特徴とする、〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔６〕  前記基準回数が、２００回から４００回のうち少なくとも一つの回数に設定されることを特徴とする、〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔７〕  前記第１基準時間が、二日から四日のうち少なくとも一つの時間に設定されたことを特徴とする、〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔８〕  前記基準回数が、二つ以上に設定されることを特徴とする、〔１〕〜〔７〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔９〕  前記遮断部が、前記バッテリーセル各々の電気的接続をオンオフするスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子の制御によって前記バッテリーセル各々の動作を中断及び再開させることを特徴とする、〔１〕〜〔８〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置。
〔１０〕  〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置を備えてなる、バッテリーパック。
〔１１〕  〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載のバッテリーパックの管理装置を備えてなる、電力貯蔵装置。
〔１２〕  複数のバッテリーセルが電気的に接続したバッテリーパックを管理する方法であって、
前記バッテリーセル各々の充放電サイクルの回数を測定する段階と、
前記測定段階で測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する段階と、
前記選定段階で選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる段階と、を含んでなることを特徴とする、バッテリーパックの管理方法。
【００１２】
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックの管理装置は、複数のバッテリーセルが電気的に接続したバッテリーパックを管理する装置であって、前記バッテリーセル各々の充放電サイクルの回数を測定する測定部と、前記測定部によって測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する選定部と、前記選定部によって選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる遮断部と、を含む。
【００１４】
ここで、本発明によるバッテリーパックの管理装置は、前記遮断部によって動作の中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、中断前のＣレートよりも低いＣレートで第２基準時間の間、充電及び放電が行われるようにする減速部をさらに含み得る。
【００１５】
また、前記第２基準時間は、１回の充放電サイクルであり得る。
【００１６】
また、前記減速部は、動作の中断したバッテリーセルの動作が再開されるとき、第２基準時間の間、中断前のＣレートの１／２以下のＣレートで充電及び放電が行われるようにすることができる。
【００１７】
また、前記選定部は、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルが複数存在する場合、バッテリーセルを一つずつ順次選定できる。
【００１８】
また、前記基準回数は、２００回から４００回のうち少なくとも一つの回数に設定され得る。
【００１９】
また、前記第１基準時間は、二日から四日のうち少なくとも一つの時間に設定され得る。
【００２０】
また、前記基準回数は、二つ以上に設定され得る。
【００２１】
また、前記遮断部は、前記バッテリーセル各々の電気的接続をオンオフするスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子の制御によって前記バッテリーセル各々の動作を中断及び再開させ得る。
【００２２】
なお、上記の課題を達成するために、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーパックの管理装置を含む。
【００２３】
なお、上記の課題を達成するために、本発明による電力貯蔵装置は、本発明によるバッテリーパックの管理装置を含む。
【００２４】
なお、上記の課題を達成するために、本発明によるバッテリーパックの管理方法は、複数のバッテリーセルが電気的に接続したバッテリーパックを管理する方法であって、前記バッテリーセル各々の充放電サイクルの回数を測定する段階と、前記測定段階で測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する段階と、前記選定段階で選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる段階と、を含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一面によれば、バッテリーパックの寿命が効果的に向上する。
【００２６】
特に、本発明の場合、リチウム二次電池の素材を変更することなく充電及び放電の制御によってバッテリーパックの寿命を向上させることができる。
【００２７】
したがって、本発明によれば、バッテリーパックの入替えや修理を最小化させることができ、電力貯蔵装置のようにバッテリーパックが適用された装置に対し、長時間の安定的な駆動を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
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】図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの管理装置の機能的構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるバッテリーパックの管理装置がバッテリーパックに連結された構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施例による遮断部が含まれたバッテリーパックの管理装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の実施例によるバッテリーパックの管理装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施例によるバッテリーパックの管理方法を概略的に示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例及び比較例において、サイクルの進行による容量維持率の減少結果を測定して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの管理装置の機能的構成を概略的に示すブロック図である。また、図２は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの管理装置がバッテリーパックと連結された構成を概略的に示す図である。
【００３１】
図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーパックの管理装置は、測定部１００、選定部２００及び遮断部３００を含む。
【００３２】
本発明によるバッテリーパックの管理装置は、複数のバッテリーセル１０が電気的に接続したバッテリーパックを管理できる。例えば、本発明によるバッテリーパックの管理装置は、図２に示したように複数のバッテリーセル１０が並列で接続したバッテリーパックへの管理機能を行い得る。
【００３３】
前記測定部１００は、バッテリーパックに含まれたバッテリーセル１０  各々の充放電サイクルの回数を測定できる。例えば、図２に示したように、バッテリーパックに４つのバッテリーセル１０が含まれた場合、前記測定部１００は、４つのバッテリーセル１０各々に対して充電及び放電サイクルが何回行われたかを測定することができる。
【００３４】
ここで、充放電サイクルの回数は、該当のバッテリーセル１０が満放電状態から満充電状態に充電されてからさらに満放電された場合を１回のサイクルとしてカウントする。即ち、前記測定部１００は、バッテリーセル１０が、充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）が０の状態から１００の状態になってからさらに０の状態に戻ることを１回の充放電サイクルとしてカウントできる。
【００３５】
但し、バッテリーセル１０は、満放電されていない状態でさらに充電が行われ得、満充電されていない状態でさらに放電が行われ得る。この場合、前記測定部１００は、多様な方式で充放電サイクルをカウントすることができる。
【００３６】
一例で、前記測定部１００は、充電または放電したＳＯＣ量に比例して充放電サイクルをカウントし得る。例えば、バッテリーセル１０に対し、ＳＯＣが  ０から５０まで充電されてからさらに０に放電した場合、前記測定部１００は充放電サイクルを０．５回としてカウントすることができる。
【００３７】
他の例で、前記測定部１００は、充電または放電したＳＯＣ量を積算して充放電サイクルをカウントし得る。例えば、前記測定部１００は、充電時のＳＯＣ量を相互合算し、放電時のＳＯＣ量を相互合算し、ＳＯＣ充電量の総合が１００となり、ＳＯＣ放電量の総合が１００となるとき、充放電サイクルを１回としてカウントできる。
【００３８】
ここで、前記測定部１００がＳＯＣからバッテリーセル１０の充放電回数をカウントする場合、前記測定部１００は、本願発明の出願時点における公知の多様なＳＯＣ測定方式を用いることができる。例えば、前記測定部１００は、各バッテリーセル１０の両端の電圧を測定し、電流を積算することでＳＯＣを推定することができる。
【００３９】
前記選定部２００は、測定部１００によって充放電サイクルの回数が測定されれば、測定されたサイクルの回数の情報を測定部１００から受ける。そして、前記選定部２００は、各バッテリーセル１０から測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したか否かを判断できる。また、前記選定部２００は、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセル１０がどれかを把握する。特に、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセル１０が複数存在する場合、前記選定部２００は、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したものに把握された複数のバッテリーセル１０のうち、少なくとも一部のバッテリーセル１０を選定できる。
【００４０】
例えば、図２の構成において、前記選定部２００は、四つのバッテリーセル１０のうちどのバッテリーセル１０の充放電サイクルの回数が基準回数に到達したか否かを把握することができる。この際、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセル１０が四つのバッテリーセル１０全部である場合、前記選定部２００は、そのうち一つまたはそれ以上のバッテリーセル１０を選定し得る。そして、前記選定部２００は、選定されたバッテリーセル１０の情報を遮断部３００に伝送し得る。
【００４１】
前記遮断部３００は、前記選定部２００によってバッテリーセル１０が選定されれば、選定されたバッテリーセル１０の動作を、所定時間、即ち、第１基準時間の間、中断し得る。例えば、図２の構成において、選定部２００によって一つのバッテリーセル１０が選定された場合、前記遮断部３００は、選定された一つのバッテリーセル１０に対し、第１基準時間の間、充電及び放電が行われないようにすることができる。
【００４２】
本発明のこのような構成によれば、充放電サイクルの回数が一定水準（基準回数）に到達したバッテリーセル１０は、一定時間（第１基準時間）の間、休止期を有することができる。そして、これによってバッテリーセル１０の寿命は増大でき、結局はバッテリーパックの性能がより長期間、安定的に維持される。
【００４３】
一方、前記選定部２００によって所定のバッテリーセル１０が選定されるための基準となる基準回数は、バッテリーセル１０の特性やバッテリーパックの運用方式など、多様な要素を考慮して決定できる。
【００４４】
特に、前記基準回数は、２００回から４００回のうち少なくとも一つの回数に設定できる。さらに、前記基準回数は、２５０回から３５０回のうち少なくとも一つの回数に設定され得る。例えば、前記基準回数は、３００回に設定され得る。この場合、前記選定部２００は、測定部１００によって測定された充放電サイクルの回数が３００回に到達したバッテリーセル１０を把握する。そして、前記選定部２００は、把握されたバッテリーセル１０の全部、またはそのうち一部のバッテリーセル１０を選定して遮断部３００に選定情報を提供し得る。このような基準回数の具体的な実施例は、リチウム二次電池への反復実験によって望ましい数値として設定されたが、本発明が必ずしもかかる基準回数の具体的な数値に限定されることではない。
【００４５】
望ましくは、充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセル１０が複数存在する場合、前記選定部２００は、バッテリーセル１０を一つずつ順次選定して遮断部３００に情報を提供し得る。
【００４６】
例えば、図２の構成において、第１基準回数が３００回であり、四つのバッテリーセル１０のいずれもサイクルの回数が同時に３００回に至った場合、前記選定部２００は、優先的にそのうち一つのバッテリーセル１０のみを選定して遮断部３００に通報できる。そして、前記選定部２００は、残り三つのバッテリーセル１０に対し、一つずつ次第に選定して遮断部３００に通報できる。
【００４７】
特に、前記選定部２００は、選定された一つのバッテリーセル１０に対し、第１基準時間の間、動作が中断した後、動作の再開と同時にまたはその後に他の一つのバッテリーセル１０を選定して遮断部３００に通報できる。本発明のこのような構成によれば、二つ以上のバッテリーセル１０が同時に中断されないようにすることで、バッテリーパックの容量や出力が低下することを最小化することができる。但し、このように同時に中断されないようにする構成は、選定部２００ではなく遮断部３００によって行われてもよい。例えば、選定部２００は、二つ以上のバッテリーセル１０を選定して遮断部３００に通報し、遮断部３００が一つのバッテリーセル１０ずつ順次に動作が中断されるようにすることもできる。
【００４８】
また、前記遮断部３００によってバッテリーセル１０の動作が中断される時間である第１基準時間は、バッテリーセル１０の特性やバッテリーパックの運用方式など、多様な要素を考慮して決定できる。特に、前記第１基準時間は、二日（４８時間）から４日（９６時間）のうち少なくとも一つの時間に設定され得る。より具体的に、前記第１基準時間は、６０時間から８０時間のうち少なくとも一つの期間に設定され得る。
【００４９】
例えば、前記第１基準時間は、３日（７２時間）に設定され得る。この場合、前記遮断部３００は、選定部２００によって選定されたバッテリーセル１０に対し、三日間動作が中断されるようにした後、三日経過後にさらに動作が再開されるようにすることができる。このような第１基準時間の具体的な実施例は、リチウム二次電池に対する反復実験によって望ましい数値に設定されたが、本発明が必ずしもこのような第１基準時間の具体的な数値に限定されることではない。
【００５０】
また、望ましくは、本発明によるバッテリーパックの管理装置は、減速部４００をさらに含み得る。
【００５１】
前記減速部４００は、遮断部３００によって動作が中断したバッテリーセル１０の動作が再開されるとき、中断前のＣレート（Ｃ−ｒａｔｅ）よりも低いＣレートで、即ち、第２基準時間の間、充電及び放電が行われるようにすることができる。即ち、前記減速部４００は、動作が中断してから再開されるバッテリーセル１０に対し、一定時間の間、充放電率が低い状態で充放電が行われるように構成できる。
【００５２】
本発明のこのような構成によれば、休止期を有したバッテリーセル１０の動作が再開されるとき、即時に高い充放電率で充電や放電が行われるようにすることなく、一定期間の間、低い充放電率で充放電が行われるようにすることで、動作が中断されたバッテリーセル１０が円滑に正常水準に回復するようにすることができる。即ち、前記減速部４００は、動作が中断されたバッテリーセル１０が回復時間を有するようにすることができる。そして、このような回復時間の付与は、バッテリーセル１０の寿命をさらに向上させる。
【００５３】
ここで、前記第２基準時間は、バッテリーセル１０の特性やバッテリーパックの運用方式など、多様な要素を考慮して決定することができる。特に、前記第２基準時間は、１回の充放電サイクルが行われる期間を意味するといえる。例えば、前記減速部４００は、遮断部３００によって動作が中断された後、動作が再開されるバッテリーセル１０に対し、正常水準よりも低い充放電率で１回の満充電及び１回の満放電が行われるようにすることができる。
【００５４】
望ましくは、前記減速部４００は、動作が中断されたバッテリーセル１０の動作が再開されるとき、第２基準時間の間、中断前のＣレートの１／２以下のＣレートで充電及び放電が行われるようにすることができる。例えば、バッテリーセル１０が遮断部３００によって動作が中断される前、定常状態では１Ｃで充放電が行われたとしたら、遮断部３００によって動作が中断された後に再開されるときは、第２基準時間の間、０．５Ｃ以下に充放電が行われるように構成できる。
【００５５】
さらに、前記減速部４００は、中断前のＣレートに対する中断後のＣレートの比率が１／４以下に構成されるようにすることができる。例えば、前記減速部４００は、バッテリーセル１０に対し、中断前に１Ｃで充放電が行われた場合、中断後の再開時には、回復時間の間、０．２Ｃで充放電が行われるようにすることができる。この場合、前記減速部４００は、バッテリーセル１０の動作が再開される時、０．２Ｃの速度で１回の満充電及び０．２Ｃの速度で１回の満放電後、正常速度である１Ｃの速度で充放電が行われるようにすることができる。
【００５６】
一方、前記選定部２００によって考慮される基準回数は、二つ以上に設定できる。
【００５７】
一例で、前記選定部２００は、充放電サイクルが所定回数の倍数に至る度に該当のバッテリーセル１０を選定し得る。例えば、前記選定部２００は、充放電回数が３００サイクル、６００サイクル、９００サイクル、１２００サイクル、…のように３００サイクルの倍数に至る度にそれに到達したバッテリーセル１０があるかを把握し、そのうち少なくとも一部のバッテリーセル１０を選定できる。この場合、前記遮断部３００は、３００サイクルの倍数に至る度に該当のバッテリーセル１０の動作を反復的に中断してから再開することができる。
【００５８】
本発明のこのような構成によれば、充放電サイクルの回数を基準で周期的にバッテリーセル１０が休止期を有するようにすることができる。
【００５９】
また、他の例として、前記選定部２００は、充放電サイクルが多くなるほど徐々に狭い間隔で、それに到達したバッテリーセル１０を把握及び選定し得る。例えば、前記選定部２００は、充放電回数が５００サイクル、９００サイクル、１２００サイクル、１４００サイクル、・・・のように選定するサイクルの回数の間隔を徐々に狭くすることができる。
【００６０】
本発明のこのような構成によれば、バッテリーセル１０は、休止期及び回復期を有する時期が、バッテリーセル１０の使用につれてますます早くなり得る。バッテリーセル１０は、充放電の反復につれて劣化し得るため、この場合、バッテリーセル１０の劣化に応じて適応的に休止期及び回復期を有するようにすることで、バッテリーセル１０の寿命向上にさらに寄与できる。
【００６１】
また、望ましくは、前記遮断部３００は、バッテリーセル１０各々の電気的接続をオンオフするスイッチング素子を備えることができる。そして、前記遮断部３００は、このようなスイッチング素子の制御によってバッテリーセル１０各々の動作を遮断及び再開させることができる。これについては、図３を参照してより具体的に説明する。
【００６２】
図３は、本発明の一実施例による遮断部３００が含まれたバッテリーパックの管理装置の構成を概略的に示す図である。
【００６３】
図３を参照すれば、四つのバッテリーセル１０が並列で接続したバッテリーパックであって、前記遮断部３００は、四つのスイッチング素子３１０を備え、各バッテリーセル１０の充放電経路ごとに一つのスイッチング素子３１０が位置するように構成できる。この場合、前記遮断部３００は、内部に備えられた各スイッチング素子３１０をオンオフすることで、バッテリーセル１０の動作を中断または再開させることができる。
【００６４】
例えば、前記遮断部３００は、最左側に位置したスイッチング素子３１０をターンオフし、残りのスイッチング素子３１０は全てターンオン状態で維持することで、最左側に位置したバッテリーセル１０の動作のみを中断させることができる。
【００６５】
さらに、四つのバッテリーセル１０のいずれも動作の中断が必要となる場合、前記遮断部３００は、左側に位置したスイッチング素子３１０から右側に位置したスイッチング素子３１０へ順次ターンオフすることができる。
【００６６】
図面で前記スイッチング素子３１０は、簡単な形態に示しているが、ＦＥＴやＢＪＴのように本発明の出願時点における公知の多様な形態のスイッチング素子が本願発明の遮断部３００に採用できることは勿論である。
【００６７】
また、図示していないが、前記遮断部３００は、このようなスイッチング素子３１０に加え、スイッチング素子３１０を制御するための制御素子をさらに備えることができる。この場合、前記制御素子は、選定部２００からどのセルが選定されたかについての情報を受信し、選定されたバッテリーセル１０の充放電経路に位置した充放電素子をターンオフすることができる。そして、前記制御素子は、ターンオフされた時間が第１基準時間を経過すれば、該当のスイッチング素子３１０をさらにターンオンし、それに対応するバッテリーセル１０を再度動作させることができる。また、前記制御素子は、選定部２００から他のバッテリーセル１０についての選定情報を受け、該当のバッテリーセル１０の充放電経路に位置した充放電素子をターンオフすることができる。
【００６８】
一方、前記図２及び図３の実施例では、バッテリーセル１０が並列で接続したバッテリーパックの構成を中心に示したが、本発明が必ずしもこのようなバッテリーパックの構成に限定されることではない。
【００６９】
図４は、本発明の他の実施例によるバッテリーパックの管理装置の構成を概略的に示す図である。このような図４の構成については、前述の実施例との差異点を主として説明し、同一または類似な説明が適用できる部分については詳細な説明を省略する。
【００７０】
図４を参照すれば、バッテリーパックに四つのバッテリーセル１０が含まれ、各バッテリーセル１０は、電気的に直列で接続する。また、各バッテリーセル１０は、該当のバッテリーセル１０を経由しないよう迂回Ｐ１〜Ｐ４が並列で形成できる。そして、前記遮断部３００は、四つのスイッチング素子３１０を備え得る。この際、各スイッチング素子３１０は、三接点スイッチの形態で構成され得る。即ち、各スイッチング素子３１０は、第１接点がバッテリーセル１０の負極端子側に形成され、第２接点がバッテリーセル１０の迂回Ｐ１〜Ｐ４側に形成され、第３接点が他のバッテリーセル１０の正極端子側または充放電経路に形成されるように構成できる。
【００７１】
このような構成において、前記遮断部３００は、各スイッチング素子３１０の連結接点を変化させることでそれに対応するバッテリーセル１０の動作を中断させることができる。例えば、図４の構成で最上部に位置するスイッチング素子３１０を迂回Ｐ１側に接続し、残りのスイッチング素子３１０は各バッテリーセル１０の負極端子側に接続し得る。この場合、最上部に位置するバッテリーセル１０の動作のみが中断され、残りの三つのバッテリーセル１０は正常動作できる。
【００７２】
そして、最上部に位置するスイッチング素子３１０をバッテリーセル１０の負極端子側に接続し、上部から二番目に位置するスイッチング素子３１０は迂回Ｐ２側に接続することができる。この場合、上部から二番目に位置するバッテリーセル１０の動作のみが中断され、残りの三つのバッテリーセル１０は正常動作できる。そして、このようなスイッチング動作を残りのスイッチング素子３１０に対しても順次に行われるようにすることで、全てのバッテリーセル１０に対して動作が順次中断されるようにすることができる。
【００７３】
一方、本発明によるバッテリーセル１０は、一つ以上の二次電池を含むことができる。図２から図４においては、各バッテリーセル１０に一つの二次電池が含まれた形態で示しているが、本発明が必ずしもこのような形態に限定されることではなく、各バッテリーセル１０には二つ以上の二次電池が直列及び／または並列で接続した形態で含まれ得る。
【００７４】
本発明によるバッテリーパックの管理装置は、バッテリーパック自体に適用できる。即ち、本発明によるバッテリーパックは、上述のバッテリーパックの管理装置を含むことができる。この場合、測定部１００、選定部２００、遮断部３００及び減速部４００のうち少なくとも一部は、バッテリーパックに既に備えられた構成要素によって具現できる。例えば、バッテリーパックには、バッテリーパックの充放電を管理するためにＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）が備られ得、前記測定部１００、選定部２００、遮断部３００及び減速部４００の少なくとも一部は、このようなＢＭＳによって具現され得る。
【００７５】
また、本発明によるバッテリーパックの管理装置は、電力貯蔵装置に適用できる。この場合、本発明による電力貯蔵装置は、上述の本発明によるバッテリーパックの管理装置を含むといえる。特に、電力貯蔵装置は、スマートグリッドシステムや電気自動車充電所などで電力を貯蔵するために用いる装置であって、寿命が非常に重要な要素となる。本発明によるバッテリーパックの管理装置の場合、充放電制御によって二次電池の寿命を増大させることができるため、電力貯蔵装置により有利に適用可能である。さらに、電力貯蔵装置に用いられるバッテリーパックの場合、電気自動車に用いられるバッテリーパックに比べて出力が高くなく、非常に多い数の二次電池が含まれている。したがって、本発明の一面によるバッテリーパックの管理装置のように、一部のバッテリーセル１０に対し、所定時間の間、動作を中断させるか低いＣレートで充放電されるようにするとしても、動作性能に大きな無理なく稼動させることができる。
【００７６】
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの管理方法を概略的に示すフローチャートである。このようなフローチャートにおいて、各動作の主体は、上述のバッテリーパックの管理装置の構成要素となり得る。
【００７７】
複数のバッテリーセル１０が電気的に接続したバッテリーパックを管理する方法であって、本発明によれば、図５に示したように、先ずバッテリーセル各々の充放電サイクルの回数が測定される（Ｓ１１０）。次に、前記Ｓ１１０段階で測定された充放電サイクルの回数が基準回数に到達したバッテリーセルを把握し、そのうち少なくとも一部のバッテリーセルを選定する（Ｓ１２０）。それから、前記Ｓ１２０段階で選定されたバッテリーセルの動作を第１基準時間の間、中断させる（Ｓ１３０）。
【００７８】
そして、第１基準時間が経過すれば、動作が中断されたバッテリーセルの動作を再開させる。
【００７９】
この際、本発明によるバッテリーパックの管理方法は、動作が再開されるバッテリーセルに対し、中断前のＣレートよりも低いＣレートで第２基準時間の間、充電及び放電が行われるようにする段階をさらに含み得る（Ｓ１４０）。
【００８０】
そして、第２基準時間が経過すれば、該当のバッテリーセルに対しては正常のＣレート、即ち、中断前のＣレートに類似な水準で充放電が行われるようにすることができる（Ｓ１５０）。
【００８１】
以下、本発明を具体的な実施例を挙げて説明する。しかし、本発明による実施例は多くの他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００８２】
比較例
リチウム二次電池に対し、１Ｃで満充電と満放電とを繰り返す充放電サイクルを連続的に行った。そして、各サイクルの回数ごとにリチウム二次電池の容量維持率（ｃａｐａｃｉｔｙ  ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）を測定し、その結果を図６のグラフに比較例として示した。ここで、容量維持率とは、二次電池の初期（工場出荷時）満充電容量に対する、各サイクルにおける満充電容量の比を意味する。
【００８３】
実施例
前記比較例と同種のリチウム二次電池に対し、１Ｃで満充電と満放電とを繰り返して行った。但し、前記比較例とは相違に、実施例に対しては、３００サイクルごとに三日間動作を中断し、動作中断後の再開時点では１サイクルの間に０．２Ｃで充放電が行われるようにした。そして、比較例と同様に各サイクルの回数ごとにリチウム二次電池の容量維持率を測定し、その結果を図６のグラフに実施例として示した。
【００８４】
図６のグラフを参照すれば、所定サイクルごとに動作が中断される休止期及び低い充放電率で充放電が行われる回復期が行われた実施例の二次電池は、充放電が連続して行われた比較例の二次電池に比べて、容量維持率が著しく高いことが分かる。
【００８５】
より具体的には、比較例の二次電池は、実施例の二次電池に比べて約５００サイクルまでは類似な水準の容量維持率を示し、５００サイクル以後には、容量維持率が実施例とは大きい差を示しながら減少した。特に、比較例の二次電池は、約１９００サイクルの前に容量維持率が６５％水準に低下する一方、実施例二次電池は、１９００サイクルの付近でも容量維持率が約９０％に近い結果を示している。さらに、実施例の二次電池は、実験が続いた４５００サイクルまでも６７．５％水準の容量維持率を示すことから、１９００サイクルの付近で６５％の容量維持率を示した比較例とは顕著な差を示した。
【００８６】
そこで、このような実施例及び比較例の実験結果から、本発明の実施例によって二次電池の充放電が行われる場合、容量維持率が大幅改善することで、その寿命が顕著に向上することが分かる。
【００８７】
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。
【００８８】
なお、本明細書において、「測定部」、「選定部」、「遮断部」及び「減速部」などのように「〜部」という用語が用いられたが、これは論理的な構成単位を示すだけで、必ず物理的に分離可能であるか、物理的に分離すべき構成要素を示すことではない。
【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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