(57)【要約】  本発明は、バッテリーの残存容量に応じた充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定し、設定された退化残存容量区間における電圧差に基づいてバッテリーの退化度を推定するバッテリー管理装置及び方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの充電における前記バッテリーの残存容量に応じた充電電圧を測定し、前記バッテリーの放電における前記バッテリーの残存容量に応じた放電電圧を測定するように構成されたセンシング部と、
前記残存容量に応じた充電電圧と前記残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出し、前記残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定し、前記残存容量毎の電圧差のうち前記退化残存容量区間に含まれた残存容量に対応する退化区間電圧差及び前記退化残存容量区間における前記バッテリーの充放電回数の少なくとも一つに基づいて前記バッテリーの退化度を推定するように構成されたプロセッサとを含む、バッテリー管理装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、
前記残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差と前記残存容量毎の電圧差それぞれとの電圧差比率を算出し、算出された電圧差比率と基準比率とを比べて前記退化残存容量区間を設定するように構成された、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、
前記算出された電圧差比率のうち前記基準比率以上である電圧差比率に対応する残存容量が含まれた区間を前記退化残存容量区間として設定するように構成された、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、
前記バッテリーの充電及び放電における充放電Ｃ−レートと基準Ｃ−レートとを比べて、比較結果に応じて前記基準比率を変更するように構成された、請求項２または３に記載のバッテリー管理装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、
前記充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート以上であれば、前記基準比率を減少させ、前記充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート未満であれば、前記基準比率を増加させるように構成された、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、
前記退化区間電圧差の平均電圧差を算出し、前記平均電圧差と第１基準電圧差とを比べて前記バッテリーの退化度を推定するように構成された、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、
前記第１基準電圧差に対する前記平均電圧差の減少率を前記バッテリーの退化度として推定するように構成された、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、
前記退化区間電圧差のうち対応する残存容量が最も大きい第２電圧差と第２基準電圧差とを比べて前記バッテリーの退化度を推定するように構成された、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、
前記第２基準電圧差に対する前記第２電圧差の減少率を前記バッテリーの退化度として推定するように構成された、請求項８に記載のバッテリー管理装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、
前記バッテリーの総充放電回数と前記退化残存容量区間における退化充放電回数をそれぞれ累積して算出し、前記退化充放電回数と前記総充放電回数との回数比率を算出し、前記回数比率に対応して初期期待寿命を増減させて期待寿命を推定するように構成された、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、
推定されたバッテリーの退化度に応じて前記バッテリーの可用電圧範囲を変更するように構成された、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
【請求項１２】
前記プロセッサは、
前記残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差に対応する残存容量を選択し、選択された残存容量及び前記推定されたバッテリーの退化度に基づいて、前記バッテリーの可用電圧範囲の上限値及び下限値の少なくとも一つを変更するように構成された、請求項１１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項１３】
前記プロセッサは、
前記推定されたバッテリーの退化度が増加するほど前記バッテリーの可用電圧範囲の減少幅を増加させるように構成された、請求項１１または１２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含むバッテリーパック。
【請求項１５】
バッテリーの充電における前記バッテリーの残存容量に応じた充電電圧を測定する充電電圧測定段階と、
前記バッテリーの放電における前記バッテリーの残存容量に応じた放電電圧を測定する放電電圧測定段階と、
前記残存容量に応じた充電電圧と前記残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出する電圧差算出段階と、
前記残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定する退化残存容量区間設定段階と、
前記残存容量毎の電圧差のうち前記退化残存容量区間に含まれた残存容量に対応する退化区間電圧差及び前記退化残存容量区間における前記バッテリーの充放電回数の少なくとも一つに基づいて前記バッテリーの退化度を推定する退化度推定段階とを含む、バッテリー管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー管理装置及び方法に関し、より詳しくは、多種の活物質を使用するバッテリーの退化度及び期待寿命を推定するバッテリー管理装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年９月１２日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１０９２１０及び２０１９年９月１０日出願の韓国特許出願第１０−２０１９−０１１２３１６に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
二次電池は、電気化学的な酸化及び還元反応を通じて電気エネルギーを生成するものであって、幅広く多様な用途に用いられる。例えば、二次電池は、携帯電話、ラップトップパソコン、デジカメ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのようなハンドヘルド装置；電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気船、電気飛行機などのような各種の電気駆動動力装置；新材生エネルギーを通じて発電した電力や余剰発電電力の貯蔵に使用される電力貯蔵装置；サーバーコンピュータ及び通信用基地局を含む各種の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供給装置などに至るまで使用領域が徐々に拡がっている。
【０００４】
二次電池は、放電中に電子を放出しながら酸化する物質を含む負極（ａｎｏｄｅ）、放電中に電子を収容しながら還元する物質を含む正極（ｃａｔｈｏｄｅ）、及び負極と正極との間でイオンの移動を可能にする電解質の３種の基本構成要素を含む。また、電池は、放電した後は再使用できない一次電池と、電気化学反応が少なくとも部分的には可逆的であるため繰り返して充電及び放電できる二次電池とに分けられる。
【０００５】
そのうち、二次電池としては、鉛−酸電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−鉄電池、銀酸化物電池、ニッケル金属水和物電池、亜鉛−マンガン酸化物電池、亜鉛−臭素電池、金属−空気電池、リチウム二次電池などが公知されている。これらのうちリチウム二次電池は、他の二次電池に比べてエネルギー密度が高くて電池電圧が高く、保存寿命が長いという理由から、商業的に最大の関心を集めている。
【０００６】
最近は、高容量化のため、多種の電極活物質で電極を形成した二次電池が開発されている。例えば、シリコン及び黒鉛を使用して負極活物質を形成した二次電池は、一種の負極活物質を備える二次電池よりも容量特性及びエネルギー密度特性に優れる。
【０００７】
このような多種の電極活物質で電極を形成した二次電池は、電極活物質毎に充放電特性が相異なる。例えば、シリコン及び黒鉛を使用して負極活物質を形成した二次電池は、低容量区間ではシリコンが黒鉛よりも活発な化学反応を起こし、高容量区間では黒鉛がシリコンよりも活発な化学反応を起こす。
【０００８】
多種の電極活物質で電極を形成した二次電池の充放電特性のため、容量に応じた電圧を基準電圧と比べて退化度を推定する従来の退化度推定方法では二次電池の退化度を正確に推定できないという問題がある。
【０００９】
したがって、多種の電極活物質で電極を形成した二次電池の退化度を正確に推定できる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】
【００１０】
本発明は、バッテリーの残存容量に応じた充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出し、残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定し、残存容量毎の電圧差のうち対応する残存容量が退化残存容量区間に含まれた退化区間電圧差に基づいてバッテリーの退化度を推定するバッテリー管理装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の目的は上記の目的に制限されず、他の目的及び長所は下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに理解できるであろう。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】
【００１２】
本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、バッテリー充電時に前記バッテリーの残存容量に応じた充電電圧を測定し、前記バッテリー放電時に前記バッテリーの残存容量に応じた放電電圧を測定するように構成されたセンシング部と、前記残存容量に応じた充電電圧と前記残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出し、前記残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定し、前記残存容量毎の電圧差のうち前記退化残存容量区間に含まれた残存容量に対応する退化区間電圧差及び前記退化残存容量区間における前記バッテリーの充放電回数の少なくとも一つに基づいて前記バッテリーの退化度を推定するように構成されたプロセッサとを含む。
【００１３】
前記プロセッサは、前記残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差と前記残存容量毎の電圧差それぞれとの電圧差比率を算出し、算出された電圧差比率と基準比率とを比べて前記退化残存容量区間を設定するように構成され得る。
【００１４】
前記プロセッサは、前記算出された電圧差比率のうち前記基準比率以上である電圧差比率に対応する残存容量が含まれた区間を前記退化残存容量区間として設定するように構成され得る。
【００１５】
前記プロセッサは、前記バッテリーの充電及び放電における充放電Ｃ−レートと基準Ｃ−レートとを比べて、比較結果に応じて前記基準比率を変更するように構成され得る。
【００１６】
前記プロセッサは、前記充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート以上であれば、前記基準比率を減少させ、前記充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート未満であれば、前記基準比率を増加させるように構成され得る。
【００１７】
前記プロセッサは、前記退化区間電圧差の平均電圧差を算出し、前記平均電圧差と第１基準電圧差とを比べて前記バッテリーの退化度を推定するように構成され得る。
【００１８】
前記プロセッサは、前記第１基準電圧差に対する前記平均電圧差の減少率を前記バッテリーの退化度として推定するように構成され得る。
【００１９】
前記プロセッサは、前記退化区間電圧差のうち対応する残存容量が最も大きい第２電圧差と第２基準電圧差とを比べて前記バッテリーの退化度を推定するように構成され得る。
【００２０】
前記プロセッサは、前記第２基準電圧差に対する前記第２電圧差の減少率を前記バッテリーの退化度として推定するように構成され得る。
【００２１】
前記プロセッサは、前記バッテリーの総充放電回数と前記退化残存容量区間における退化充放電回数をそれぞれ累積して算出し、前記退化充放電回数と前記総充放電回数との回数比率を算出し、前記回数比率に対応して初期期待寿命を増減させて期待寿命を推定するように構成され得る。
【００２２】
前記プロセッサは、推定されたバッテリーの退化度に応じて前記バッテリーの可用電圧範囲を変更するように構成され得る。
【００２３】
前記プロセッサは、前記残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差に対応する残存容量を選択し、選択された残存容量及び前記推定されたバッテリーの退化度に基づいて、前記バッテリーの可用電圧範囲の上限値及び下限値の少なくとも一つを変更するように構成され得る。
【００２４】
前記プロセッサは、前記推定されたバッテリーの退化度が増加するほど前記バッテリーの可用電圧範囲の減少幅を増加させるように構成され得る。
【００２５】
本発明の他の態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるバッテリー管理装置を含む。
【００２６】
本発明のさらに他の態様によるバッテリー管理方法は、バッテリー充電時に前記バッテリーの残存容量に応じた充電電圧を測定する充電電圧測定段階と、前記バッテリー放電時に前記バッテリーの残存容量に応じた放電電圧を測定する放電電圧測定段階と、前記残存容量に応じた充電電圧と前記残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出する電圧差算出段階と、前記残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定する退化残存容量区間設定段階と、前記残存容量毎の電圧差のうち前記退化残存容量区間に含まれた残存容量に対応する退化区間電圧差及び前記退化残存容量区間における前記バッテリーの充放電回数の少なくとも一つに基づいて前記バッテリーの退化度を推定する退化度推定段階とを含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、バッテリーの残存容量に応じた充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出し、残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定し、残存容量毎の電圧差のうち対応する残存容量が退化残存容量区間に含まれた退化区間電圧差に基づいてバッテリーの退化度を正確に推定することができる。
【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形態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】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の構成を示した図である。
【図２】バッテリーの残存容量に応じたバッテリーの充電電圧及び放電電圧を示したグラフである。
【図３】バッテリーの残存容量に応じたバッテリーの充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差の一例を示したグラフである。
【図４】バッテリーの残存容量に応じたバッテリーの充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差の他の例を示したグラフである。
【図５】バッテリーの残存容量に応じたバッテリーの充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差のさらに他の例を示したグラフである。
【図６】バッテリーの残存容量に応じたバッテリーの充放電回数を示したグラフである。
【図７】バッテリーの退化度に応じた電圧減少幅の例を示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や事前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。
【００３１】
したがって、本明細書に記載された実施形態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形態に過ぎず、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。
【００３２】
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
【００３４】
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「プロセッサ」のような用語は少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
【００３５】
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されるとするとき、これは「直接的な連結」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結」も含む。
【００３６】
図１は本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００の構成を示した図であり、図２はバッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充電電圧及び放電電圧を示したグラフであり、図３はバッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差の一例を示したグラフである。
【００３７】
まず、図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーＢを含むバッテリーパック１に含まれ、バッテリーＢと連結されてバッテリーＢの退化度を推定することができる。
【００３８】
一方、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１に備えられたバッテリー管理装置（ＢＭＳ）に含まれてもよい。
【００３９】
前記バッテリーＢは、残存容量が推定される最小単位の電池であって、電気的に直列及び／または並列で連結された複数の単位セルを含む。勿論、前記バッテリーＢが一つの単位セルのみを含む場合も本発明の範疇に含まれる。
【００４０】
前記バッテリーＢは、正極及び負極の一つ以上を多種の活物質で形成することができる。例えば、前記バッテリーＢの負極は、黒鉛及びシリコンを含む活物質で形成され得る。
【００４１】
前記バッテリーＢは、外部端子を通じて多様な外部装置と電気的に結合される。前記外部装置は、一例として、電気自動車、ハイブリッド自動車、ドローンのような無人飛行体、電力グリッドに含まれた大容量の電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）、またはモバイルデバイスであり得る。
【００４２】
前記バッテリーＢの外部端子は、充電装置と選択的に結合され得る。前記充電装置は、バッテリーＢが搭載される外部装置の制御によってバッテリーＢに選択的に結合され得る。
【００４３】
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０、プロセッサ１３０及び通知部１４０を含むことができる。
【００４４】
前記センシング部１１０は、プロセッサ１３０と動作可能に結合される。すなわち、センシング部１１０は、プロセッサ１３０に電気的信号を送信するか又はプロセッサ１３０から電気的信号を受信できるように、プロセッサ１３０に接続され得る。
【００４５】
前記センシング部１１０は、バッテリーＢが充電状態であるとき、予め設定された周期毎にバッテリーＢの正極と負極との間に印加される充電電圧を繰り返して測定し、バッテリーＢが放電状態であるとき、予め設定された周期毎にバッテリーＢの正極と負極との間に印加される放電電圧を繰り返して測定することができる。
【００４６】
ここで、バッテリーＢの充電電圧及び放電電圧は、バッテリーＢの開放電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）であり得る。
【００４７】
前記センシング部１１０は、バッテリーＢが充電状態であるとき、バッテリーＢに流れ込む充電電流を繰り返して測定し、バッテリーＢが放電状態であるとき、バッテリーＢから流れ出る放電電流を繰り返して測定することができる。
【００４８】
前記センシング部１１０は、測定された充電電圧、放電電圧、充電電流及び放電電流を示す測定信号をプロセッサ１３０に提供することができる。
【００４９】
前記センシング部１１０は、バッテリーＢの充電電圧及び放電電圧を測定するように構成された電圧センサを含むことができる。また、前記センシング部１１０は、バッテリーＢの充電電流及び放電電流を測定するように構成された電流センサをさらに含むことができる。
【００５０】
前記プロセッサ１３０は、センシング部１１０から測定信号を受信すれば、信号処理を通じてバッテリーＢの充電電圧、放電電圧、充電電流及び放電電流それぞれのデジタル値を決定することができる。そして、プロセッサ１３０は、決定されたバッテリーＢの充電電圧、放電電圧、充電電流及び放電電流それぞれのデジタル値をメモリ部１２０に保存することができる。
【００５１】
前記メモリ部１２０は、半導体メモリ素子であって、前記プロセッサ１３０によって生成されるデータを記録、消去、更新し、バッテリーＢの退化度及び期待寿命を推定するために設けられた複数のプログラムコードを保存する。また、前記メモリ部１２０は、本発明の実施に使用される予め決められた各種パラメータの事前設定値を保存することができる。
【００５２】
前記メモリ部１２０は、データを記録、消去、更新できると知られた半導体メモリ素子であれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記メモリ部１２０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどであり得る。前記メモリ部１２０は、前記プロセッサ１３０の制御ロジックを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含むことができる。前記保存媒体は、フラッシュメモリやハードディスクのような不揮発性メモリを含む。前記メモリ部１２０は、プロセッサ１３０と物理的に分離されていてもよく、前記プロセッサ１３０と一体的に統合されていてもよい。
【００５３】
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢに入力される充電電流及びバッテリーＢから出力される放電電流に基づいてバッテリーＢの残存容量（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を推定することができる。
【００５４】
ここで、バッテリーＢの残存容量は、バッテリーＢの全体容量に対する充電容量の比率であり得る。例えば、残存容量は０％〜１００％で表され、０〜１で表されてもよい。
【００５５】
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電電流及び放電電流を積算する電流積算法を用いてバッテリーＢの残存容量を推定することができる。
【００５６】
前記プロセッサ１３０が電流積算法を用いてバッテリーＢの残存容量を推定すると説明したが、バッテリーＢの残存容量を推定できれば、推定方法は特に限定されない。
【００５７】
一方、前記プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの残存容量にバッテリーＢの充電電圧と放電電圧をマッピングしてバッテリーＢの残存容量−電圧データを生成することができる。
【００５８】
そのため、前記センシング部１１０は、バッテリーＢの充電時にバッテリーＢの残存容量に応じた充電電圧を測定し、バッテリーＢの放電時にバッテリーＢの残存容量に応じた放電電圧を測定し得る。
【００５９】
換言すれば、前記センシング部１１０は、バッテリーＢが充電状態であるとき、バッテリーＢの残存容量が推定された時点で充電電圧を測定し得る。また、センシング部１１０は、バッテリーＢが放電状態であるとき、バッテリーＢの残存容量が推定された時点で放電電圧を測定し得る。
【００６０】
このようなバッテリーＢの残存容量−電圧データは、図２に示されたように、バッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充電電圧及び放電電圧の曲線で表すことができる。
【００６１】
このとき、前記メモリ部１２０は、バッテリーＢの残存容量−電圧データをバッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充電電圧及び放電電圧の曲線で近似させた近似関数、並びにバッテリーＢの残存容量毎にバッテリーＢの充電電圧及び放電電圧がマッピングされたルックアップテーブルの一つ以上の形態で保存することができる。
【００６２】
前記プロセッサ１３０は、残存容量に応じた充電電圧と残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出し、残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定し、残存容量毎の電圧差のうち対応する残存容量が退化残存容量区間に含まれた退化区間電圧差に基づいてバッテリーの退化度を推定することができる。
【００６３】
具体的には、前記プロセッサ１３０は、図３に示されたように、同じ残存容量における充電電圧と放電電圧との間の電圧差を残存容量「０％〜１００％」の全体区間で算出することができる。
【００６４】
このとき、前記プロセッサ１３０は、下記数式１を用いて残存容量に応じた充電電圧と残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出することができる。
【数１】
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【００６５】
ここで、ΔＶ（ＳＯＣｎ）は残存容量ｎ％における充電電圧と放電電圧との電圧差であり、Ｖｃｈ（ＳＯＣｎ）は残存容量ｎ％における充電電圧であり、Ｖｄｉｓ（ＳＯＣｎ）は残存容量ｎ％における放電電圧であり、ｎは０％〜１００％である。
【００６６】
参考までに、バッテリーＢの負極活物質がシリコン及び黒鉛から形成された場合、シリコン及び黒鉛の含量によって残存容量毎の電圧差が相異なり得る。具体的には、負極活物質を形成するシリコンの含量が黒鉛の含量より多いバッテリーＢは、負極活物質を形成する黒鉛の含量がシリコンの含量より多いバッテリーＢよりも残存容量毎の電圧差が大きくなり得る。
【００６７】
また、バッテリーＢの退化程度によってシリコン及び黒鉛の含量によって残存容量毎の電圧差が相異なり得る。具体的には、バッテリーＢが退化するほど残存容量毎の電圧差が小さくなり得る。
【００６８】
本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの負極活物質を形成する負極素材の含量及びバッテリーＢの退化程度に応じて発生する残存容量毎の電圧差の変化を用いて、バッテリーＢの退化度及び期待寿命を推定することができる。
【００６９】
プロセッサ１３０は、残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差Ｖａと残存容量毎の電圧差それぞれとの電圧差比率を算出し、電圧差比率と基準比率とを比べて退化残存容量区間Ｒａｇを設定することができる。
【００７０】
図３に示されたように、前記プロセッサ１３０は、残存容量「０％〜１００％」に対応する電圧差のうち残存容量「１０％」に対応する電圧差「０．４Ｖ」を第１電圧差Ｖａとして選択することができる。その後、前記プロセッサ１３０は、第１電圧差Ｖａと他の残存容量毎の電圧差それぞれとの電圧差比率を算出することができる。
【００７１】
このとき、前記プロセッサ１３０は、下記数式２を用いて電圧差比率を算出することができる。
【数２】
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【００７２】
ここで、Ｒｖ（ＳＯＣｎ）は残存容量ｎ％における電圧差比率であり、ΔＶ（ＳＯＣｎ）は残存容量ｎ％における充電電圧と放電電圧との電圧差であり、Ｖａは残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差であり、ｎは０％〜１００％である。
【００７３】
例えば、図３に示されたように、前記プロセッサ１３０は、残存容量「４５％」における電圧差比率を算出し得る。ここで、残存容量「４５％」における電圧差Ｖ４５は「０．１６Ｖ」である。プロセッサ１３０は、第１電圧差Ｖ３ａ「０．４Ｖ」に対する電圧差Ｖ４５「０．１６Ｖ」の電圧差比率を「０．４」と算出する。
【００７４】
また、前記プロセッサ１３０は、残存容量「２％」における電圧差比率も算出し得る。ここで、残存容量「２％」における電圧差Ｖ２は「０．１６Ｖ」である。プロセッサ１３０は、第１電圧差Ｖ３ａ「０．４Ｖ」に対する電圧差Ｖ２「０．１６Ｖ」の電圧差比率を「０．４」と算出する。
【００７５】
前記プロセッサ１３０は、上述した方法で残存容量「０％〜１００％」の全区間における電圧差比率を算出することができる。
【００７６】
その後、前記プロセッサ１３０は、算出した電圧差比率が基準比率以上である区間を退化残存容量区間Ｒａｇとして設定することができる。具体的には、前記プロセッサ１３０は、算出された電圧差比率と基準比率との大小を比べて、比較の結果、電圧差比率が基準比率以上である残存容量が含まれた区間を退化残存容量区間Ｒａｇとして設定することができる。
【００７７】
例えば、図３の実施形態において、基準比率が「０．４」と設定されたと仮定する。プロセッサ１３０は、残存容量毎に算出された電圧差比率それぞれと基準比率「０．４」との大小を比べる。その後、前記プロセッサ１３０は、基準比率「０．４」以上である電圧差比率に対応する残存容量「２％〜４５％」の区間を退化残存容量区間Ｒａｇとして設定する。
【００７８】
一方、退化残存容量区間Ｒａｇでは、バッテリーＢの負極を形成する多種の負極活物質のうち、充電電圧と放電電圧との間の電圧差を発生させる特定一種の負極活物質の化学反応がより活発に生じ得る。したがって、退化残存容量区間Ｒａｇは、バッテリーＢの充電電圧と放電電圧との電圧差が特定電圧以上発生する残存容量区間であり得る。
【００７９】
一実施形態において、バッテリーＢの負極はシリコン及び黒鉛から形成され、退化残存容量区間ＲａｇでバッテリーＢが充放電されれば、充電電圧と放電電圧との間の電圧差を発生させるシリコンが黒鉛よりも活発な化学反応を起こし得る。したがって、前記退化残存容量区間ＲａｇではバッテリーＢの充電電圧と放電電圧との電圧差が特定電圧以上生じ得る。
【００８０】
また、上述した例のように、異種の物質を含む負極活物質で負極を形成したバッテリーＢは、退化するほど退化残存容量区間ＲａｇにおけるバッテリーＢの充電電圧と放電電圧との電圧差が減少する特性を有する。
【００８１】
一方、前記プロセッサ１３０は、算出された残存容量毎の電圧差のうち対応する残存容量が退化残存容量区間Ｒａｇに含まれる電圧差を退化区間電圧差として分類することができる。
【００８２】
例えば、図３に示されたように、前記プロセッサ１３０は、算出された残存容量毎の電圧差のうち対応する残存容量が退化残存容量区間Ｒａｇ「２％〜４５％」に含まれる電圧差を退化区間電圧差として分類することができる。
【００８３】
その後、前記プロセッサ１３０は、退化区間電圧差の平均電圧差を算出し、平均電圧差と第１基準電圧差とを比べて退化度を推定することができる。
【００８４】
そのため、前記プロセッサ１３０は、退化残存容量区間Ｒａｇ内に含まれる残存容量それぞれに対応する電圧差を合算し、合算した結果を退化残存容量区間Ｒａｇの最大残存容量と最小残存容量との間の残存容量差で分けて平均電圧差を算出することができる。
【００８５】
例えば、図３の実施形態において、プロセッサ１３０は、退化残存容量区間Ｒａｇに含まれた残存容量それぞれに対応する電圧差を合算し、合算した結果を退化残存容量区間Ｒａｇの残存容量差「４４％」で分けて、平均電圧差を算出することができる。ここで、退化残存容量区間Ｒａｇの残存容量差「４４％」は、退化残存容量区間Ｒａｇの大きさであって、最小残存容量「２％」と最大残存容量「４５％」に基づいて算出される。具体的には、プロセッサ１３０は、「４５−２＋１」（％）を算出して、退化残存容量区間Ｒａｇの大きさを算出することができる。
【００８６】
プロセッサ１３０は、算出した平均電圧差と第１基準電圧差とを比べて前記バッテリーＢの退化度を推定するように構成され得る。具体的には、前記プロセッサ１３０は、第１基準電圧差に対する平均電圧差の減少率を退化度として推定することができる。すなわち、前記プロセッサ１３０は、第１基準電圧差を基準にして平均電圧差が減少した比率を退化度として推定することができる。
【００８７】
ここで、第１基準電圧差は、退化していないＢＯＬ状態のバッテリーから上述した方法と同じ方法で算出した平均電圧差であり得る。このような第１基準電圧差は、ＢＯＬ状態のバッテリーから予め得られてメモリ部１２０に保存され得る。
【００８８】
一方、ＢＯＬ状態とは、バッテリーＢのサイクルカウントが予め決められた数値未満である寿命初期を意味する。
【００８９】
前記プロセッサ１３０は、下記数式３を用いてバッテリーＢの退化度を推定することができる。
【数３】
2021502545.tif 000005
【００９０】
ここで、ＤはバッテリーＢの退化度であり、Ｒ１は第１基準電圧差であり、ＶＡＶＲは平均電圧差である。
【００９１】
例えば、前記プロセッサ１３０は、算出された平均電圧差が「０．３Ｖ」であり、第１基準電圧差が「０．３５Ｖ」であれば、バッテリーＢの退化度を「１４．２８５％」と推定することができる。
【００９２】
ここで、退化度は、ＢＯＬ状態のバッテリーに対する退化度推定対象バッテリーＢの退化程度を意味し得る。
【００９３】
前記プロセッサ１３０は、多様な制御ロジックを実行するために当業界に知られた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み得る。プロセッサ１３０によって実行される多様な制御ロジックは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサ１３０によってアクセス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、記録媒体はＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、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一つ以上を含む。また、コード体系は、キャリア信号に変調されて特定時点で通信キャリアに含まれ、ネットワークで連結されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジック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によって容易に推論できる。
【００９４】
前記通知部１４０は、前記プロセッサ１３０の推定結果の入力を受けて外部に出力することができる。より具体的には、前記通知部１４０は、上述したバッテリーＢの退化度に対する推定結果を記号、数字及びコードのうち一つ以上を用いて表示するディスプレイユニット、及び音で出力するスピーカーユニットの一つ以上を備えることができる。
【００９５】
前記通知部１４０は、後述する他の実施形態によるプロセッサ１３０'のバッテリーＢに対する退化度の推定結果も入力を受けて外部に出力し得る。また、前記通知部１４０は、後述するさらに他の実施形態によるプロセッサ１３０"のバッテリーＢに対する期待寿命の推定結果も入力を受けて外部に出力し得る。
【００９６】
前記通知部１４０は、外部に推定結果を出力するため、外部端子ＣＯＭに推定結果を出力し得る。
【００９７】
プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電及び放電における充放電Ｃ−レートと基準Ｃ−レートとを比べるように構成され得る。
【００９８】
ここで、Ｃ−レートとは、バッテリーＢの容量に該当する電気量を１時間にわたって充電又は放電可能な充放電率である。例えば、満充電状態のバッテリーＢをＣ−レート「１Ｃ」で放電すれば、１時間後にバッテリーＢは満放電される。
【００９９】
また、基準Ｃ−レートとは、基準比率に対応するＣ−レートであって、メモリ部１２０に予め保存された値であり得る。すなわち、メモリ部に充放電Ｃ−レートと対応する比率がマッチングされたルックアップテーブルが予め保存され得る。
【０１００】
プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充放電時間及び残存容量に基づいて、充放電Ｃ−レートを推定することができる。
【０１０１】
例えば、図２の実施形態において、バッテリーＢの初期残存容量が「０％」であるとき充電が始まり、１時間後にバッテリーＢの残存容量が「１００％」になったとすれば、プロセッサ１３０は充電Ｃ−レートを「１Ｃ」と推定することができる。
【０１０２】
プロセッサ１３０は、充放電Ｃ−レートと基準Ｃ−レートとを比べた結果に応じて基準比率を変更するように構成され得る。例えば、充放電Ｃ−レートが変更されれば、充放電時にバッテリーＢの残存容量毎の電圧差が変わり得る。すなわち、残存容量毎の電圧差はＣ−レートの影響を受け得る。
【０１０３】
具体的には、図３及び図４を参照して、Ｃ−レートの変化による残存容量毎の電圧差を比較説明する。
【０１０４】
図４は、バッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差の他の例を示したグラフである。図３では基準Ｃ−レートでバッテリーＢの充放電が行われ、図４では基準Ｃ−レートより大きい充放電Ｃ−レートでバッテリーＢの充放電が行われたと仮定する。
【０１０５】
図３及び図４において、残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差が相異なることが分かる。すなわち、図３の実施例では第１電圧差Ｖ３ａが０．４Ｖであるが、図４の実施例では第１電圧差Ｖ４ａが０．５Ｖである。すなわち、充放電Ｃ−レートが大きくなるほど、残存容量毎の充電電圧と残存容量毎の放電電圧との差がより大きくなり得る。
【０１０６】
充放電Ｃ−レートが大きくなるほど残存容量毎の電圧差が大きくなるため、同じ基準比率で退化残存容量区間を設定すれば、バッテリーＢの退化度を正確に推定できないという問題がある。したがって、プロセッサ１３０は、充放電Ｃ−レートに対応するように基準比率を変更することで、バッテリーＢの退化度推定の基礎となる退化残存容量区間を変更し得る。
【０１０７】
上述した実施形態と同様に、基準比率が「０．４」に設定されたと仮定する。
【０１０８】
図３の実施例において、第１電圧差Ｖ３ａは「０．４Ｖ」であり、第１電圧差Ｖ３ａと基準比率とを乗じた値は「０．１６Ｖ」である。したがって、プロセッサ１３０は、残存容量毎の電圧差「０．１６Ｖ〜０．４Ｖ」に対応する残存容量「２％〜４５％」の区間を退化残存容量区間Ｒａｇとして設定する。
【０１０９】
図４の実施例において、第１電圧差Ｖ４ａは「０．５Ｖ」であり、第１電圧差Ｖ４ａと基準比率とを乗じた値は「０．２Ｖ」である。したがって、図３の実施形態と同じ基準比率によれば、プロセッサ１３０は「０．２Ｖ〜０．５Ｖ」に対応する残存容量「１％〜４５％」区間を退化残存容量区間Ｒａｇ１として設定する。この場合、図４の実施例の第１電圧差Ｖ４ａは、図３の実施例の第１電圧差Ｖ３ａより「２５％」も増加したが、退化残存容量区間の大きさは殆ど同じく設定される問題がある。すなわち、充放電Ｃ−レートによる比率を考慮しなかったため、バッテリーＢの退化度に影響を及ぼす一部区間が退化残存容量区間Ｒａｇ１から除外されたと見られる。
【０１１０】
したがって、望ましくは、図４の実施例において、バッテリーＢの充電及び放電が基準Ｃ−レートと異なるＣ−レートで行われたため、プロセッサ１３０はメモリ部１２０に保存されたルックアップテーブルを参照して基準比率を変更することができる。そして、プロセッサ１３０によって変更された基準比率に応じて、残存容量「０．８％〜５３％」の区間を退化残存容量区間Ｒａｇ２として設定することができる。
【０１１１】
バッテリー管理装置１００は、充放電Ｃ−レートによって退化残存容量区間Ｒａｇ２を設定するための基準比率を変更することで、バッテリーＢの退化度をより正確に推定できるという長所がある。また、充放電Ｃ−レートまで考慮してバッテリーＢの退化度が算出されるため、推定されたバッテリーＢの退化度に対する信頼度が向上するという長所がある。
【０１１２】
望ましくは、プロセッサ１３０は、前記充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート以上であれば、前記基準比率を減少させるように構成され得る。逆に、プロセッサ１３０は、前記充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート未満であれば、前記基準比率を増加させるように構成され得る。
【０１１３】
上述したように、充放電Ｃ−レートが大きくなるほど残存容量毎の電圧差は増加し得る。すなわち、充放電Ｃ−レートが大きくなったにもかかわらず、基準Ｃ−レートに対応する基準比率で退化残存容量区間Ｒａｇ１を設定するようになれば、実際にバッテリーＢの退化度に影響を及ぼし得る一部の区間が除外されるおそれがある。
【０１１４】
したがって、プロセッサ１３０は、充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート以上であれば、メモリ部１２０に保存されたルックアップテーブルを参照して、基準比率を減少させ得る。この場合、退化残存容量区間Ｒａｇ２の範囲がより大きくなるため、バッテリーＢの退化度をより正確に診断することができる。
【０１１５】
逆に、プロセッサ１３０は、充放電Ｃ−レートが基準Ｃ−レート未満であれば、メモリ部１２０に保存されたルックアップテーブルを参照して、基準比率を増加させ得る。この場合、退化残存容量区間の範囲はより小さくなり得る。しかし、基準Ｃ−レートより低率の充放電Ｃ−レートでバッテリーＢが充電及び放電されたため、バッテリーＢの退化度とあまり関連のない区間は除外され、バッテリーＢの退化度に大きく影響を及ぼす区間のみで退化残存容量区間が設定できる。したがって、プロセッサ１３０がバッテリーＢの退化度を推定するのに必要とする時間及び資源を節約できるという長所がある。
【０１１６】
このようにバッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの充放電Ｃ−レートに基づいて、基準比率を変更することで退化残存容量区間の大きさを変更することができる。したがって、充放電Ｃ−レートの増減を考慮してバッテリーＢの退化度が推定されるため、バッテリーＢの退化度推定の正確度及び信頼度を向上させることができる。また、バッテリーＢの退化度推定に必要となる時間及び資源が節約されて、バッテリーＢの退化度推定を効率的に行うことができる。
【０１１７】
以下、他の実施形態によるプロセッサ１３０'について説明する。
【０１１８】
図５は、バッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充電電圧と放電電圧との間の残存容量毎の電圧差のさらに他の例を示したグラフである。
【０１１９】
図５を参照すれば、他の実施形態によるプロセッサ１３０'は、一実施形態によるプロセッサ１３０とバッテリーＢの退化度を推定する過程のみが相異なる。すなわち、プロセッサ１３０'とプロセッサ１３０とでは、バッテリーＢの退化度を推定する前に残存容量毎の電圧差を算出し、退化残存容量区間Ｒａｇを設定し、退化区間電圧差を分類する過程が同一であるため、繰り返される説明は省略する。
【０１２０】
図５の実施形態において、プロセッサ１３０'は、残存容量毎の電圧差が最も大きい第１電圧差Ｖ５ａを判断することができる。そして、第１電圧差Ｖ５ａと基準比率に基づいて退化残存容量区間Ｒａｇを設定することができる。ここで、上述した実施形態と同様に、基準比率は「０．４」であり得る。
【０１２１】
プロセッサ１３０'は、退化区間電圧差のうち対応する残存容量が最も大きい第２電圧差Ｖｂと第２基準電圧差とを比べて退化度を推定することができる。
【０１２２】
図５の実施形態において、プロセッサ１３０'は、退化残存容量区間Ｒａｇのうち最も大きい残存容量を「５０％」と判断することができる。そして、プロセッサ１３０'は、残存容量「５０％」に対応する電圧差を第２電圧差Ｖｂとして選択することができる。
【０１２３】
すなわち、図５の実施形態において、プロセッサ１３０'は、退化区間電圧差のうち対応する残存容量が最も大きい退化区間電圧差を第２電圧差Ｖｂとして分類することができる。
【０１２４】
その後、プロセッサ１３０'は、第２基準電圧差に対する第２電圧差Ｖｂの減少率を退化度として推定することができる。より具体的には、プロセッサ１３０'は、第２基準電圧差を基準にして第２電圧差Ｖｂが減少した比率を退化度として推定することができる。
【０１２５】
例えば、図５の実施形態において、プロセッサ１３０'は、第２基準電圧差に対する第２電圧差Ｖｂの減少比率を算出し、算出した減少比率をバッテリーＢの退化度として推定し得る。
【０１２６】
ここで、第２基準電圧差は、退化していないＢＯＬ状態のバッテリーＢから上述した方法と同じ方法で得た電圧差であり得る。すなわち、他の実施形態によるプロセッサ１３０'が退化度推定の対象になるバッテリーＢから第２電圧差Ｖｂを得る方法と同じ方法でＢＯＬ状態のバッテリーから得た電圧差が第２基準電圧差であり得る。このような第２基準電圧差はＢＯＬ状態のバッテリーから予め得られてメモリ部１２０に保存され得る。
【０１２７】
他の実施形態によるプロセッサ１３０'は、数式４を用いて退化度を推定することができる。
【数４】
2021502545.tif 000006
【０１２８】
ここで、ＤはバッテリーＢの退化度であり、Ｒ２は第２基準電圧差であり、Ｖｂは第２電圧差である。
【０１２９】
例えば、他の実施形態によるプロセッサ１３０'は、図４に示されたように、退化区間電圧差のうち対応する残存容量が「５０％」と最も大きい第２電圧差Ｖｂ「０．１Ｖ」と第２基準電圧差「０．１５Ｖ」とを比べて退化度を推定することができる。ここで、第２基準電圧差「０．１５Ｖ」は上述したように、ＢＯＬ状態のバッテリーから予め得られてメモリ部１２０に保存され得る。
【０１３０】
他の実施形態によるプロセッサ１３０'は、第２基準電圧差「０．１５Ｖ」に対する第２電圧差Ｖｂ「０．１Ｖ」の減少率「３３．３３％」をバッテリーＢの退化度として推定することができる。
【０１３１】
以下、本発明のさらに他の実施形態によるプロセッサ１３０"について説明する。
【０１３２】
図６は、バッテリーＢの残存容量に応じたバッテリーＢの充放電回数を示したグラフである。
【０１３３】
図６を参照すれば、プロセッサ１３０"は、プロセッサ１３０に比べて期待寿命をさらに推定することができるが、残存容量毎の電圧差を算出して退化残存容量区間Ｒａｇを設定する過程は同一である。したがって、繰り返される説明は省略する。
【０１３４】
一方、退化残存容量区間Ｒａｇでは、バッテリーＢの充放電回数が増加するほど、多種の負極活物質のうち充電電圧と放電電圧との間の電圧差を発生させる特定の負極活物質がより頻繁に化学反応を起こし得る。このような場合、バッテリーＢの期待寿命が減少し得る。
【０１３５】
換言すれば、多種の負極活物質のうち充電電圧と放電電圧との間の電圧差を発生させる特定の負極活物質がより活発に化学反応を起こす退化残存容量区間ＲａｇでバッテリーＢが頻繁に充放電される場合、予想されるバッテリーＢの期待寿命が減少し得る。
【０１３６】
まず、プロセッサ１３０"は、バッテリーＢの総充放電回数と退化残存容量区間における退化充放電回数をそれぞれ累積して算出することができる。
【０１３７】
そして、プロセッサ１３０"は、退化充放電回数と総充放電回数との回数比率を算出することができる。プロセッサ１３０"は、算出した回数比率に対応してバッテリーＢの期待寿命を推定及び変更することができる。また、プロセッサ１３０"は、バッテリーＢの総充放電回数と推定された期待寿命に基づいて、バッテリーＢの退化度を算出することができる。
【０１３８】
ここで、初期期待寿命は、ＢＯＬ状態のバッテリーから推定された期待寿命であり得る。すなわち、初期期待寿命として設定されたバッテリーＢの期待寿命は、バッテリーＢの充放電とともにプロセッサ１３０"によって推定されて変更され得る。
【０１３９】
まず、プロセッサ１３０"は、バッテリーＢが充放電されれば、バッテリーＢの残存容量が退化残存容量区間Ｒａｇ内に含まれるか否かを確認し、残存容量が退化残存容量区間Ｒａｇ内に含まれれば、退化充放電回数を増加させることができる。また、プロセッサ１３０"は、バッテリーＢが充放電されれば、バッテリーＢの残存容量が退化残存容量区間Ｒａｇ内に含まれるか否かに関係なく、総充放電回数を増加させることができる。
【０１４０】
その後、プロセッサ１３０"は、総充放電回数に対する退化充放電回数の回数比率を算出し、算出された回数比率に対応して回数比率が増加するほど初期期待寿命を減少させて期待寿命を推定することができる。
【０１４１】
具体的には、プロセッサ１３０"は、下記数式５を用いて期待寿命Ｌを推定することができる。
【数５】
2021502545.tif 000007
【０１４２】
ここで、Ｌは期待寿命であり、ＬｉｎｉｔはバッテリーＢの初期期待寿命であり、ＮｔｏｔａｌはバッテリーＢの総充放電回数であり、ＮｄｅｇはバッテリーＢの退化充放電回数であり、ａは補正定数である。
【０１４３】
プロセッサ１３０"は、総充放電回数（Ｎｔｏｔａｌ）に対する退化充放電回数（Ｎｄｅｇ）の回数比率（Ｎｄｅｇ÷Ｎｔｏｔａｌ）を算出することができる。そして、プロセッサ１３０"は、算出した回数比率（Ｎｄｅｇ÷Ｎｔｏｔａｌ）と補正定数（ａ）に基づいて補正された回数比率（（Ｎｄｅｇ÷Ｎｔｏｔａｌ）−ａ）を算出することができる。プロセッサ１３０"は、補正された回数比率（（Ｎｄｅｇ÷Ｎｔｏｔａｌ）−ａ）及び総充放電回数（Ｎｔｏｔａｌ）に基づいて補正された総充放電回数（Ｎｔｏｔａｌ＋（Ｎｔｏｔａｌ×（（Ｎｄｅｇ÷Ｎｔｏｔａｌ）−ａ）））を算出することができる。最後に、プロセッサ１３０"は、初期期待寿命（Ｌｉｎｉｔ）から補正された総充放電回数（Ｎｔｏｔａｌ＋（Ｎｔｏｔａｌ×（（Ｎｄｅｇ÷Ｎｔｏｔａｌ）−ａ）））を引いて、バッテリーＢの期待寿命Ｌを算出することができる。
【０１４４】
例えば、初期期待寿命が「１０００サイクル」であり、補正定数が「０．５」であると仮定する。図６を参照すれば、残存容量「０％〜１００％」における総充放電回数は「３００サイクル」であり、退化残存容量区間Ｒａｇにおける退化充放電回数は「２００サイクル」であり得る。プロセッサ１３０"は、図６に示されたように、総充放電回数を累積して「３００サイクル」として算出し、退化充放電回数を「２００サイクル」として算出することができる。
【０１４５】
その後、プロセッサ１３０"は、回数比率「２／３」から補正定数「０．５」を引いた「１／６」を総充放電回数「３００サイクル」に乗じて「５０サイクル」を算出することができる。次いで、プロセッサ１３０"は、総充放電回数「３００サイクル」に算出された「５０サイクル」を足した「３５０サイクル」を初期期待寿命「１０００サイクル」から引いてバッテリーＢの期待寿命を「６５０サイクル」として推定することができる。
【０１４６】
すなわち、さらに他の実施形態によるプロセッサ１３０"は、単に初期期待寿命「１０００サイクル」から総充放電回数「３００サイクル」を引いて期待寿命を推定するものではなく、退化を加速させる退化残存容量区間ＲａｇでバッテリーＢが充放電された退化充放電回数と総充放電回数との回数比率に基づいてバッテリーＢの期待寿命を推定することができる。例えば、上述した例のように、プロセッサ１３０"はバッテリーＢの総充放電回数「３００サイクル」よりも多い「３５０サイクル」を初期期待寿命「１０００サイクル」から引いてバッテリーＢの期待寿命を「６５０サイクル」として推定することができる。
【０１４７】
また、プロセッサ１３０"は、初期期待寿命と推定された期待寿命との間の変化率を算出して、バッテリーＢの退化度を算出することができる。
【０１４８】
上述した実施形態において、プロセッサ１３０"は、初期期待寿命「１０００サイクル」と推定された期待寿命「６５０サイクル」との間の変化率を「３５％」として算出することができる。ここで、プロセッサ１３０"は、初期期待寿命と推定された期待寿命との間の変化率を「（１０００−６５０）÷１０００×１００」で計算し、バッテリーＢの退化度を「３５％」として算出することができる。
【０１４９】
プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの退化度に応じて前記バッテリーＢの可用電圧範囲を変更するように構成され得る。
【０１５０】
具体的には、ＢＯＬ状態のバッテリーＢと退化したバッテリーＢとは同じ電圧でも状態が相異なり得る。例えば、ＢＯＬ状態のバッテリーＢと退化したバッテリーＢの電圧がいずれも「４．２Ｖ」であると仮定しよう。ＢＯＬ状態のバッテリーＢは「４．２Ｖ」で満充電状態であり得るが、退化したバッテリーＢは「４．２Ｖ」で過充電状態であり得る。したがって、プロセッサ１３０はこのような点を考慮して、バッテリーＢの退化度に応じてバッテリーＢの可用電圧範囲を変更することができる。
【０１５１】
図７は、バッテリーＢの退化度に応じた電圧減少幅の例を示した図である。図７に示されたバッテリーＢの退化度及びそれに対応する電圧減少幅はメモリ部１２０に予め保存され得る。プロセッサ１３０はバッテリーＢの退化度を推定し、推定されたバッテリーＢの退化度に対応する電圧減少幅を参照して、バッテリーＢの可用電圧範囲を変更することができる。
【０１５２】
バッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの退化度を考慮してバッテリーＢの可用電圧範囲を変更することで、バッテリーＢの退化度に対応する可用電圧範囲を設定することができる。したがって、バッテリー管理装置は、バッテリーＢが過放電または過充電されることを予め防止することができる。
【０１５３】
また、プロセッサ１３０は、前記残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差に対応する残存容量を選択することができる。
【０１５４】
例えば、図３の実施形態において、プロセッサ１３０は、第１電圧差Ｖ３ａとして「０．４Ｖ」を選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、第１電圧差Ｖ３ａに対応する残存容量として「１０％」を選択することができる。
【０１５５】
プロセッサ１３０は、前記バッテリーＢの可用電圧範囲の上限値及び下限値の少なくとも一つを変更するように構成され得る。
【０１５６】
例えば、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの可用電圧範囲は「２．４Ｖ〜４．２Ｖ」に設定され得る。すなわち、プロセッサ１３０は、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの電圧が「２．４Ｖ」未満であれば、ＢＯＬ状態のバッテリーＢが過放電状態であると判断することができる。また、プロセッサ１３０は、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの電圧が「４．２Ｖ」を超過すれば、ＢＯＬ状態のバッテリーＢが過充電状態であると判断することができる。
【０１５７】
望ましくは、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの退化度に応じてバッテリーＢの可用電圧範囲の上限値及び下限値を全て変更させることができる。すなわち、プロセッサ１３０は、バッテリーＢが退化すれば、バッテリーＢの可用電圧範囲の上限値を減少させると同時に下限値を増加させて、バッテリーＢの可用電圧範囲の大きさを減らすことができる。
【０１５８】
また、望ましくは、プロセッサ１３０は、残存容量区間においてバッテリーＢの第１電圧値に対応する残存容量が属する区間によって、バッテリーＢの可用電圧範囲の上限値または下限値を変更させることもできる。
【０１５９】
上述した実施形態と同様に、第１電圧値（Ｖ３ａ）に対応する残存容量として「１０％」が選択された場合、プロセッサ１３０はバッテリーＢの退化度に基づいて、バッテリーＢの可用電圧範囲の下限値を増加させることができる。
【０１６０】
例えば、残存容量毎の電圧差のうち最も大きい電圧差対応する残存容量が「０％以上５０％未満」の区間に属すれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの退化度に基づいて、バッテリーＢの可用電圧範囲の下限値を増加させることができる。逆に、残存容量毎の電圧差のうち最も大きい電圧差に対応する残存容量が「５０％以上１００％以下」の区間に属すれば、プロセッサ１３０はバッテリーＢの退化度に基づいて、バッテリーＢの可用電圧範囲の上限値を減少させることができる。
【０１６１】
すなわち、バッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの退化度に応じてバッテリーＢの可用電圧範囲を変更することで、退化したバッテリーＢが過放電及び／または過充電されることを予め防止することができる。特に、バッテリー管理装置１００は、残存容量毎の電圧差が最も大きい残存容量に基づいて、バッテリーＢの可用電圧範囲の上限値または下限値を変更することで、バッテリーＢの状態をより具体的に反映し、バッテリーＢの過放電及び／または過充電を防止することができる。
【０１６２】
また、バッテリーＢの過放電及び／または過充電が防止されることで、リチウムメッキが発生するか、または、正極反応面積が減少するなどの異常状況の発生を予め防止することができる。したがって、最終的には、バッテリーＢの使用効率が極大化し、バッテリーＢの退化による事故を防止できるという長所がある。
【０１６３】
望ましくは、プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの退化度が増加するほど、前記バッテリーＢの可用電圧範囲の減少幅を増加させるように構成され得る。すなわち、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの退化度が増加するほど、バッテリーＢの可用電圧範囲をさらに多く減少させることができる。
【０１６４】
例えば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの退化度が増加するほど、バッテリーＢの可用電圧範囲の上限値をさらに多く減少させることができる。また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの退化度が増加するほど、バッテリーＢの可用電圧範囲の下限値をさらに多く増加させることもできる。
【０１６５】
図７を参照すれば、バッテリーＢの退化度が増加するほど、電圧減少幅がともに増加することが分かる。すなわち、バッテリーＢの退化度が増加するほど、バッテリーＢの可用電圧範囲の減少幅が増加し得る。
【０１６６】
例えば、図７の実施形態において、バッテリーＢの退化度が「０％〜２０％」の区間では電圧減少幅が約「０．０４Ｖ」増加する。しかし、バッテリーＢの退化度が「２０％〜４０％」の区間では電圧減少幅が約「０．１８Ｖ」増加する。
【０１６７】
この場合、退化度「０％」のバッテリーＢが退化して、バッテリーＢの退化度が「２０％」になれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの可用電圧範囲を「０．０４Ｖ」だけ減少させることができる。
【０１６８】
その後、退化度「２０％」のバッテリーＢがさらに退化して、バッテリーＢの退化度が「４０％」になったと仮定しよう。この場合、退化度が「０％」から「２０％」に増加した場合と同様に、バッテリーＢの退化度は「２０％」増加したが、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの可用電圧範囲を「０．１８Ｖ」だけさらに減少させることができる。すなわち、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの退化度が増加するほど可用電圧範囲の減少幅を増加させることができる。
【０１６９】
したがって、バッテリー管理装置は、バッテリーＢの退化度が増加するほどバッテリーＢの可用電圧範囲をさらに制限することで、バッテリーＢの過充電及び過放電の発生をより確実に防止できるという長所がある。
【０１７０】
一方、本発明による自動車は、上述したバッテリー管理装置１００を含むことができる。これを通じて、自動車に備えられたバッテリーの退化度及び期待寿命を推定することができる。
【０１７１】
一方、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、上述したバッテリー管理装置１００を含むことができる。これを通じて、エネルギー貯蔵装置に備えられたバッテリーの退化度及び期待寿命を推定することができる。
【０１７２】
図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示した図である。図８に示されたバッテリー管理方法は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置によって実行できる。
【０１７３】
図８を参照すれば、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法は、充電電圧測定段階Ｓ１００、放電電圧測定段階Ｓ２００、電圧差算出段階Ｓ３００、退化残存容量区間設定段階Ｓ４００及び退化度推定段階Ｓ５００を含むことができる。
【０１７４】
充電電圧測定段階Ｓ１００は、バッテリーＢの充電時に前記バッテリーの残存容量に応じた充電電圧を測定する段階であって、センシング部１１０によって実行できる。
【０１７５】
センシング部１１０は、バッテリーＢが充電状態であるとき、予め設定された周期毎にバッテリーＢの正極と負極との間に印加された充電電圧を繰り返して測定することができる。具体的には、センシング部１１０は、バッテリーＢの正極の電位及び負極の電位を測定し、測定した正極の電位と負極の電位との差を求めて、バッテリーＢの充電電圧を測定することができる。
【０１７６】
放電電圧測定段階Ｓ２００は、前記バッテリーＢの放電時に前記バッテリーＢの残存容量に応じた放電電圧を測定する段階であって、センシング部１１０によって実行できる。
【０１７７】
センシング部１１０は、バッテリーＢが放電状態であるとき、予め設定された周期毎にバッテリーＢの正極と負極との間に印加された放電電圧を繰り返して測定することができる。具体的には、センシング部１１０は、バッテリーＢの正極の電位及び負極の電位を測定し、測定した正極の電位と負極の電位との差を求めて、バッテリーＢの放電電圧を測定することができる。
【０１７８】
電圧差算出段階Ｓ３００は、前記残存容量に応じた充電電圧と前記残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
【０１７９】
まず、プロセッサ１３０は、センシング部１１０から充電電圧及び放電電圧を示す信号を受信し、信号処理を通じてバッテリーＢの充電電圧及び放電電圧を決定することができる。
【０１８０】
そして、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの残存容量にバッテリーＢの充電電圧及び放電電圧をマッピングさせてバッテリーＢの残存容量−電圧データを生成することができる。例えば、図３に示されたように、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの残存容量毎にバッテリーの充電電圧及び放電電圧がマッピングされた残存容量−電圧データを生成することができる。
【０１８１】
その後、プロセッサ１３０は、残存容量に応じた充電電圧と残存容量に応じた放電電圧との間の残存容量毎の電圧差を算出することができる。具体的には、プロセッサ１３０は、同じ残存容量に対して充電電圧と放電電圧との間の差を求めて、残存容量毎の電圧差を算出することができる。例えば、プロセッサ１３０が図３の残存容量−電圧データに基づいて算出した残存容量毎の電圧差は、図４に示された残存容量毎の電圧差であり得る。
【０１８２】
退化残存容量区間設定段階Ｓ４００は、前記残存容量毎の電圧差に基づいて退化残存容量区間を設定する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
【０１８３】
図３を参照すれば、プロセッサ１３０は、残存容量毎の電圧差のうち電圧差が最も大きい第１電圧差Ｖａに対する残存容量毎の電圧差それぞれの電圧差比率を算出し、算出した電圧差比率と基準比率とを比べて退化残存容量区間Ｒａｇを設定することができる。
【０１８４】
例えば、図３の実施形態において、基準比率は「４０％」に設定され、第１電圧差Ｖａは「０．４Ｖ」であり得る。この場合、プロセッサ１３０は、算出した電圧差比率のうち基準比率以上である電圧差比率に対応する残存容量「２％〜４５％」の区間を退化残存容量区間Ｒａｇとして設定することができる。
【０１８５】
退化度推定段階Ｓ５００は、前記残存容量毎の電圧差のうち前記退化残存容量区間に含まれた残存容量に対応する退化区間電圧差及び前記退化残存容量区間における前記バッテリーＢの充放電回数の少なくとも一つに基づいて前記バッテリーＢの退化度を推定する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
【０１８６】
まず、プロセッサ１３０は、算出した残存容量毎の電圧差のうち対応する残存容量が退化残存容量区間Ｒａｇに含まれる電圧差を退化区間電圧差として分類することができる。そして、プロセッサ１３０は、退化区間電圧差の平均電圧差を算出し、算出した平均電圧差と第１基準電圧差とを比べて退化度を推定することができる。ここで、第１基準電圧差は、退化していないＢＯＬ状態のバッテリーから上述した方法と同じ方法によって算出した平均電圧差であり得る。
【０１８７】
例えば、図３の実施形態において、算出された平均電圧差が「０．３Ｖ」であり、第１基準電圧差が「０．３５Ｖ」であれば、プロセッサ１３０はバッテリーＢの退化度を「１４．２８５％」と推定することができる。
【０１８８】
また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの総充放電回数と退化残存容量区間Ｒａｇにおける退化充放電回数をそれぞれ累積して算出することができる。そして、プロセッサ１３０は、退化充放電回数と総充放電回数との回数比率を算出することができる。プロセッサ１３０は、算出した回数比率に対応してバッテリーＢの期待寿命を推定及び変更することができる。また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの総充放電回数と推定された期待寿命に基づいて、バッテリーＢの退化度を算出することができる。
【０１８９】
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
【０１９０】
以上のように、本発明を限定された実施形態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。
【０１９１】
また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
【符号の説明】
【０１９２】
１：バッテリーパック
Ｂ：バッテリー
１００：バッテリー管理装置
１１０：センシング部
１２０：メモリ部
１３０、１３０'、１３０"：プロセッサ
１４０：通知部
【図１】
2021502545.tif 000008
【図２】
2021502545.tif 000009
【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】
2021502545.tif 000014
【図８】
2021502545.tif 000015
【国際調査報告】
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