(57)【要約】  バッテリー管理装置、バッテリー管理方法、バッテリーパック及び電気車両を提供する。前記バッテリー管理装置は、バッテリー情報を生成するセンシング部及び制御部を含む。前記制御部は、前記バッテリーが第１電流レートの電流で充電されるセンシング期間中の前記バッテリー情報の履歴に基づいて微分電圧カーブを決定する。前記制御部は、前記微分電圧カーブから複数の特徴点を検出する。前記制御部は、前記複数の特徴点それぞれの特徴値に基づいて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断する。前記制御部は、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記バッテリーが第２電流レートの電流で放電するように誘導する制御信号を出力する。前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー管理装置であって、
バッテリーの電圧及び電流を示すバッテリー情報を生成するように構成されたセンシング部と、
前記センシング部に動作可能に結合された制御部とを含み、
前記制御部は、
前記バッテリーが第１電流レートの電流で充電されるセンシング期間の間に前記センシング部から提供された前記バッテリー情報の履歴に基づいて微分電圧カーブを決定し、前記微分電圧カーブは、前記センシング期間中の前記バッテリーの蓄電量と前記バッテリーの蓄電量の変化量に対する前記バッテリーの電圧変化量の比率との関係を示し、
前記微分電圧カーブから複数の特徴点を検出し、
前記複数の特徴点それぞれの特徴値に基づいて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断し、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記バッテリーが第２電流レートの電流で放電するように誘導する制御信号を出力するように構成され、
前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい、バッテリー管理装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記複数の特徴点のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の前記特徴値の差の絶対値を算出し、
前記対毎に算出された前記絶対値の平均を基準値と比べて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断するように構成される、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記平均が前記基準値以上である場合、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断するように構成される、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記基準値と前記平均との比率に関連した第１安定化ファクターに基づいて前記第２電流レートを決定するように構成される、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項５】
前記第２電流レートは、前記第１安定化ファクターと臨界電流レートとの積と同一であり、
前記臨界電流レートは、安定化プロセスで使用可能な最大電流レートである、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記基準値と前記平均との比率に関連した第２安定化ファクターに基づいて休止時間を決定し、
前記センシング期間が終了した時点から前記休止時間が経過した時点で前記制御信号を出力す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７】
前記第２安定化ファクターは、前記第１安定化ファクターの逆数であり、
前記休止時間は、前記第２安定化ファクターと臨界時間との積と同一である、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の前記バッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
【請求項９】
請求項８に記載の前記バッテリーパックを含む、電気車両。
【請求項１０】
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を用いるバッテリー管理方法であって、
前記センシング期間の間に前記センシング部からの前記バッテリー情報を収集する段階と、
前記収集されたバッテリー情報の履歴に基づいて前記微分電圧カーブを決定する段階と、
前記微分電圧カーブから前記複数の特徴点を検出する段階と、
前記複数の特徴点それぞれの特徴値に基づいて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断する段階と、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記バッテリーが前記第２電流レートの電流で放電するように誘導する前記制御信号を出力する段階とを含み、
前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい、バッテリー管理方法。
【請求項１１】
前記複数の特徴点のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の前記特徴値の差の絶対値の平均が基準値以上である場合、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断する、請求項１０に記載のバッテリー管理方法。
【請求項１２】
前記第２電流レートは、前記基準値と前記平均との比率に関連した第１安定化ファクターと臨界電流レートとの積と同一であり、
前記臨界電流レートは、安定化プロセスで使用可能な最大電流レートである、請求項１１に記載の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、バッテリーの状態をモニタリングするためのバッテリー管理装置、バッテリー管理方法、バッテリーパック及び電気車両に関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年８月２９日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１０２２５９号及び２０１９年８月２８日出願の韓国特許出願第１０−２０１９−０１０６０２５号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】
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
【０００４】
現在、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、リチウムバッテリーなどのバッテリーが商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系列のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くて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】
バッテリーは充放電が繰り返されるにつれて徐々に退化する。そこで、バッテリーの退化状態を診断するため、バッテリーの微分電圧カーブ（「Ｑ−ｄＶ／ｄＱカーブ」とも称する）からバッテリーの退化状態に関する情報を取得する微分電圧分析法（ＤＶＡ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）を活用し得る。
【０００６】
しかし、バッテリーの電極物質が不安定な状態で収集されたバッテリー情報に微分電圧分析法を適用すると、バッテリー情報内のノイズ成分のため、導出されるバッテリーの退化状態に対する結果が正確ではないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するために創案されたものであり、バッテリーの電圧履歴及び電流履歴を示すバッテリー情報から決定される微分電圧カーブの複数の特徴点を分析して、前記バッテリーの電極物質を安定化するためのプロセスを選択的に実行することができるバッテリー管理装置、バッテリー管理方法、バッテリーパック及び電気車両を提供することにその目的がある。
【０００８】
また、本発明は、前記微分電圧カーブの複数の特徴点のうち前記バッテリーの電極の退化状態に関連した２つの特徴点間の蓄電量差から電極の退化程度を決定することができるバッテリー管理装置、バッテリー管理方法、バッテリーパック及び電気車両を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、バッテリーの電圧及び電流を示すバッテリー情報を生成するように構成されたセンシング部と、前記センシング部に動作可能に結合された制御部とを含む。前記制御部は、前記バッテリーが第１電流レートの電流で充電されるセンシング期間の間に前記センシング部から提供された前記バッテリー情報の履歴に基づいて微分電圧カーブを決定するように構成される。前記微分電圧カーブは、前記センシング期間中の前記バッテリーの蓄電量と、前記バッテリーの蓄電量の変化量に対する前記バッテリーの電圧変化量の比率との関係を示す。前記制御部は、前記微分電圧カーブから複数の特徴点を検出するように構成される。前記制御部は、前記複数の特徴点それぞれの特徴値に基づいて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断するように構成される。前記制御部は、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記バッテリーが第２電流レートの電流で放電するように誘導する制御信号を出力するように構成される。前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい。
【００１０】
前記制御部は、前記複数の特徴点のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の前記特徴値の差の絶対値を算出するように構成される。前記制御部は、前記対毎に算出された前記絶対値の平均を基準値と比べて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断するように構成され得る。
【００１１】
前記制御部は、前記平均が前記基準値以上である場合、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断するように構成され得る。
【００１２】
前記制御部は、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記基準値と前記平均との比率に関連した第１安定化ファクターに基づいて前記第２電流レートを決定するように構成され得る。
【００１３】
前記第２電流レートは、前記第１安定化ファクターと臨界電流レートとの積と同一であり得る。前記臨界電流レートは、前記安定化プロセスで使用可能な最大電流レートであり得る。
【００１４】
前記制御部は、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記基準値と前記平均との比率に関連した第２安定化ファクターに基づいて休止時間を決定するように構成され得る。前記センシング期間が終了した時点から前記休止時間が経過した時点で前記制御信号を出力するように構成され得る。
【００１５】
前記第２安定化ファクターは、前記第１安定化ファクターの逆数であり得る。前記休止時間は、前記第２安定化ファクターと臨界時間との積と同一であり得る。
【００１６】
本発明の他の態様によるバッテリーパックは、前記バッテリー管理装置を含む。
【００１７】
本発明のさらに他の態様による電気車両は、前記バッテリーパックを含む。
【００１８】
本発明のさらに他の態様によるバッテリー管理方法は、前記センシング期間の間に前記センシング部からの前記バッテリー情報を収集する段階と、前記収集されたバッテリー情報の履歴に基づいて前記微分電圧カーブを決定する段階と、前記微分電圧カーブから前記複数の特徴点を検出する段階と、前記複数の特徴点それぞれの特徴値に基づいて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断する段階と、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記バッテリーが前記第２電流レートの電流で放電するように誘導する前記制御信号を出力する段階とを含む。前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい。
【００１９】
前記複数の特徴点のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の前記特徴値の差の絶対値の平均が基準値以上である場合、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断され得る。
【００２０】
前記第２電流レートは、前記基準値と前記平均との比率に関連した第１安定化ファクターと臨界電流レートとの積と同一であり得る。前記臨界電流レートは、前記安定化プロセスで使用可能な最大電流レートであり得る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のいずれか一態様によれば、バッテリーの電圧履歴及び電流履歴を示すバッテリー情報から決定される微分電圧カーブの複数の特徴点を分析して、バッテリーの電極物質を安定化するためのプロセスを選択的に実行することができる。
【００２２】
また、本発明のいずれか一態様によれば、三電極実験を施さなくても、前記微分電圧カーブの複数の特徴点のうち前記バッテリーの電極（すなわち、正極または負極）の退化状態に関連した２つの特徴点間の蓄電量差から電極の退化程度を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの構成を概略的に示した図である。
【図２】図１に示されたバッテリーの電圧カーブを例示的に示したグラフである。
【図３】図２の電圧カーブに関連した微分電圧カーブを例示的に示したグラフである。
【図４】図３に示された領域Ａを拡大したグラフである。
【図５】図１に示されたバッテリーの微分電圧カーブの他の例を示したグラフである。
【図６】図５に示された微分電圧カーブを分析して図１に示されたバッテリーの劣化を診断するプロセスを説明するために参照されるグラフである。
【図７】図１に示されたバッテリー管理装置によって実行される安定化プロセスを示したフロー図である。
【図８】図１に示されたバッテリー管理装置によって実行される退化診断プロセスを示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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一つを他のものと区別するために使われるものであって、このような用語によって構成要素が限定されることはない。
【００２７】
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「制御ユニット」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。
【００２８】
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。
【００２９】
図１は本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの構成を概略的に示した図であり、図２は図１に示されたバッテリーの電圧カーブを例示的に示したグラフであり、図３は図２の電圧カーブに関連した微分電圧カーブを例示的に示したグラフであり、図４は図３に示された領域Ａを拡大したグラフである。
【００３０】
図１を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーＢ、リレー１０、充放電回路２０及びバッテリー管理装置１００を含む。バッテリーパック１は、電気車両のような電力装置に装着されて、電力装置の駆動に必要な電気エネルギーを供給する。バッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの正極端子及び負極端子に電気的に連結可能に提供される。バッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの電極物質を安定化させるためのプロセスを選択的に実行することができる。
【００３１】
バッテリーＢは、一つの単位セルまたは電気的に直列及び／または並列で連結された複数の単位セルを含む。前記単位セルは、パウチタイプのリチウムイオンセルなどのように繰り返して充放電できれば、その種類に特に制限がない。
【００３２】
バッテリーＢは、バッテリーパック１の電源端子（＋、−）を通じて外部装置と電気的に結合される。前記外部装置は、一例として電気車両などの電気負荷（例えば、モータ）、ＤＣ−ＡＣインバータ、充電器などであり得る。
【００３３】
前記バッテリー管理装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０、制御部１３０及びインタフェース部１４０を含むことができる。
【００３４】
センシング部１１０は、制御部１３０と動作可能に結合される。すなわち、センシング部１１０は、制御部１３０に電気的信号を送信するか又は制御部１３０から電気的信号を受信できるように、制御部１３０と通信可能に連結できる。
【００３５】
センシング部１１０は、バッテリーＢの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。前記電圧センサは、周期的に、バッテリーＢの両端に印加された電圧を測定し、測定された電圧を示す電圧測定信号を制御部１３０に提供することができる。
【００３６】
センシング部１１０は、バッテリーＢの電流を測定するように構成された電流センサを含むことができる。前記電流センサは、周期的に、バッテリーＢを通じて流れる電流を測定し、測定された電流の方向及び大きさを示す電流測定信号を制御部１３０に提供することができる。以下、電圧測定信号及び電流測定信号を「バッテリー情報」と総称する。
【００３７】
前記制御部１３０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサ、その他の機能遂行のための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現できる。
【００３８】
制御部１３０は、センシング部１１０、メモリ部１２０、インタフェース部１４０及び充放電回路２０に動作可能に結合される。制御部１３０は、信号処理（例えば、アナログ−デジタル変換）を通じて、前記バッテリー情報をバッテリーＢの電圧を示すデジタル値（以下、「電圧値」と称する）及びバッテリーＢの電流を示すデジタル値（以下、「電流値」と称する）に変換し、各デジタル値をメモリ部１２０に保存することができる。
【００３９】
前記メモリ部１２０は、前記制御部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の電極を安定化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。前記メモリ部１２０は、本発明の実施に使われる予め決められた各種のパラメータの事前設定値を保存することができる。
【００４０】
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、前記制御部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、制御部１３０と物理的に分離されていてもよく、前記制御部１３０と一体的に統合されていてもよい。
【００４１】
前記制御部１３０は、バッテリーＢの充電時または放電時にバッテリーＢを通じて流れる電流の電流レート（「Ｃ−ｒａｔｅ」とも称する）を制御することができる。
【００４２】
前記制御部１３０は、バッテリーＢを通じて流れる電流の値を時間経過に従って周期的に積算することで、バッテリーＢの蓄電量を周期的に更新することができる。勿論、蓄電量の更新にはカルマンフィルターなどのような公知の他の方式を活用してもよい。
【００４３】
前記制御部１３０は、電源端子（＋、−）間の電流経路を開閉するように設けられたリレー１０のオンオフ状態を制御することができる。制御部１３０は、バッテリーＢを通じて流れる電流の電流レートを調節するように設けられた充放電回路２０を制御することができる。
【００４４】
制御部１３０は、下記数式１を用いて第１電流レートを決定することができる。
【数１】
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【００４５】
数式１において、Ｉｃは前記第１電流レートであり、Ｋ１は１以下の定数である所定の第１調整値であり、ＣｎはバッテリーＢに関連した所定の最大電流レートである。Ｋ１はバッテリーＢの電気化学的特性を考慮して予め決定され得る。Ｋ１が１以下であるため、第１電流レートＩｃは最大許容電流レートＣｎ以下である。バッテリーＢの電極物質に対する安定化が不要である場合、第１電流レートＩｃの定電流でバッテリーＢを充電または放電しながら得られるバッテリーＢの電圧履歴及び電流履歴からバッテリーＢの微分電圧カーブを決定することができる。
【００４６】
図２を参照すると、前記制御部１３０は、バッテリーＢが定電流（例えば、第１電流レート）で充電（または放電）されるセンシング期間の間にセンシング部１１０から提供された前記バッテリー情報の履歴に基づいて、前記センシング期間中のバッテリーＢの蓄電量履歴と電圧履歴との対応関係を示すバッテリーＢの電圧カーブ（「Ｑ−Ｖカーブ」とも称する）を決定することができる。前記センシング期間は、所定の時間の長さを有し得る。例えば、前記制御部１３０は、バッテリーＢの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定の初期値（例えば、０％）である時点から前記所定の時間の長さの間に前記定電流でバッテリーＢを充電するように、前記充放電回路２０を誘導する制御信号を前記充放電回路２０に出力することができる。前記電圧カーブは、バッテリーＢの電圧に応じたバッテリーＢの蓄電量を曲線で近似させた関数の形態で前記メモリ部１２０に保存される。または、前記Ｖ−Ｑカーブは、ルックアップテーブルの形態で前記メモリ部１２０に保存されてもよい。
【００４７】
前記制御部１３０は、バッテリーＢの電圧カーブ（図２参照）から微分電圧カーブ（「Ｑ−ｄＶ／ｄＱカーブ」とも称する）（図３を参照）を生成することができる。具体的には、制御部１３０は、図２に示された電圧カーブから、単位時間毎のバッテリーＢの電圧Ｖ、蓄電量Ｑ、電圧変化量ｄＶ及び蓄電量の変化量ｄＱを決定することができる。図３に示された微分電圧カーブは、（ｉ）バッテリーＢの蓄電量Ｑと、（ｉｉ）バッテリーＢの蓄電量の変化量ｄＱに対するバッテリーＢの電圧変化量ｄＶの比率ｄＶ／ｄＱとの対応関係を示す。
【００４８】
制御部１３０は、前記微分電圧カーブを分析して、バッテリーＢの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断することができる。具体的には、前記制御部１３０は、前記微分電圧カーブから複数の特徴点を検出することができる。それぞれの特徴点は、所定の条件を満足する前記微分電圧カーブ上の蓄電量Ｑを示し得る。それぞれの特徴点は、「ピーク」とも称し、前記微分電圧カーブ上に位置する極大点または極小点であり得る。すなわち、前記微分電圧カーブの特徴点は、前記電圧カーブの変曲点であり得る。
【００４９】
一例として、制御部１３０は、前記微分電圧カーブの一階微分係数と二階微分係数がそれぞれ０と負数になる各極大点の蓄電量Ｑを特徴点として検出する。他の例として、前記微分電圧カーブの一階微分係数と二階微分係数がそれぞれ０と正数になる各極小点の蓄電量Ｑを特徴点として検出し得る。それぞれの特徴点におけるｄＶ／ｄＱを「特徴値」または「微分電圧」と称し得る。特徴値の単位はＶ／ｍＡｈであり得、以下の説明では単位を省略することもある。
【００５０】
図４に示されたように、図３に示された前記微分電圧カーブのうち領域aから４つの特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４が検出されたと仮定しよう。領域aは所定の範囲（例えば、１．５〜２．５ｍＡｈ）に対応し得る。
【００５１】
前記制御部１３０は、特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４それぞれの特徴値間の差に基づいて、バッテリーＢの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断することができる。
【００５２】
前記制御部１３０は、特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の特徴値の差の絶対値を算出することができる。
【００５３】
その後、前記制御部１３０は、特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎に算出された絶対値の平均を算出することができる。このとき、制御部１３０は、下記数式２を用いることができる。
【数２】
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【００５４】
数式２において、ｎは領域ａで検出された特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の総個数であり、ＣＶｉは特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４のうちｉ番目特徴点の特徴値であり、Ｅｃｖは前記平均である。
【００５５】
特徴点Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の特徴値が順に０．０３９０、０．０３０、０．０５１０及び０．０４３０であるとしよう。すると、制御部１３０は、相互隣接した２つの特徴点Ｉ１及び特徴点Ｉ２の特徴値である０．０３９０と０．０３００との差の絶対値０．００９０を算出する。制御部１３０は、相互隣接した２つの特徴点Ｉ２及び特徴点Ｉ３の特徴値である０．０３００と０．０５１０との差の絶対値０．０２１０を算出する。制御部１３０は、相互隣接した２つの特徴点Ｉ３及び特徴点Ｉ４の特徴値である０．０５１０と０．０４３０との差の絶対値０．００８０を算出する。したがって、前記平均Ｅｃｖは約０．０１２７と算出される。
【００５６】
制御部１３０は、前記平均を基準値と比べて、安定化プロセスを進行するか否かを決定することができる。前記基準値は所定の定数であり得る。
【００５７】
前記制御部１３０は、前記平均が前記基準値より大きい場合、前記安定化プロセスの進行を決定することができる。一方、前記制御部１３０は、前記平均が前記基準値以下である場合、前記安定化プロセスの保留を決定することができる。例えば、前記基準値が前記平均Ｅｃｖより小さい０．０１２０である場合、制御部１３０はバッテリーＢの電極物質に対する安定化が必要であると判断し得る。他の例として、前記基準値がＥｃｖより大きい０．０１３０である場合、制御部１３０はバッテリーＢの電極物質に対する安定化が不要であると判断し得る。
【００５８】
前記制御部１３０は、前記安定化プロセスを進行すると決定された場合、前記安定化プロセスを開始する前に、第１安定化ファクターに基づいて前記安定化プロセスのための第２電流レートを決定することができる。
【００５９】
前記制御部１３０は、下記数式３を用いて第１安定化ファクターを算出することができる。
【数３】
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【００６０】
数式３において、Ｆ１は第１安定化ファクターであり、ＲＤＶは前記基準値であり、Ｋ２は１以下の定数である所定の第２調整値である。Ｋ２はバッテリーＢの電気化学的特性を考慮して予め決められ得る。
【００６１】
前記基準値ＲＤＶが０．０１２０であり、前記平均Ｅｃｖが０．０１２７であり、第２調整値Ｋ２が１である場合、第１安定化ファクターＦ１は約０．９４５と算出される。
【００６２】
その後、前記制御部１３０は、バッテリーＢの臨界電流レートと第１安定化ファクターとの積と同一に前記第２電流レートを決定することができる。前記臨界電流レートは、前記安定化プロセスを通じてバッテリーＢを放電させる過程で使用可能な電流レートの最大値（例えば、０．０５Ｃ）として予め決められたものであり得る。第１安定化ファクターが１未満であるため、前記第２電流レートは前記臨界電流レート未満である。例えば、第１安定化ファクターが０．９４５であって、前記臨界電流レートが０．０５Ｃである場合、前記第２電流レートは０．０４７２５Ｃと決定され得る。
【００６３】
制御部１３０は、前記安定化プロセスを開始する前に、第２安定化ファクターに基づいて、バッテリーＢを休止状態（すなわち、無負荷状態）に維持するための休止時間を決定することができる。制御部１３０は、バッテリーＢの臨界時間と第２安定化ファクターとの積を前記休止時間として決定することができる。前記臨界時間は、バッテリーＢの電極物質の安定化に必要な最小時間であって、予め決められたものであり得る。
【００６４】
第２安定化ファクターは、第１安定化ファクターの逆数であり得る。この場合、第２安定化ファクターが１より大きいため、前記休止時間は前記臨界時間より長い。例えば、第２安定化ファクターが１．０５であり、前記臨界時間が１２時間である場合、前記休止時間は１２．６時間と決定され得る。
【００６５】
代案的に、前記休止時間は、１２時間または２４時間などに予め決められ得る。
【００６６】
制御部１３０は、前記センシング期間の終了時点または前記安定化プロセスの開始時点から前記休止時間の間にリレー１０がオフ状態を維持するように、リレー１０を制御することができる。制御部１３０は、内部に備えられたタイマーを用いて前記休止時間が経過したか否かをモニタリングすることができる。前記休止時間の間にバッテリーＢの電極物質は徐々に安定化し得る。
【００６７】
制御部１３０は、前記休止時間が経過したと検出されれば、リレー１０をオン状態に制御すると同時に、前記第２電流レートの電流でバッテリーＢを放電するように誘導する制御信号を前記充放電回路２０に出力することができる。前記第２電流レートによるバッテリーＢの放電は、バッテリーＢの充電状態が前記初期値に到達した時点に終了し得る。
【００６８】
以上のように、バッテリーＢの電極物質が不安定であるほど（すなわち、第１安定化ファクターＦ１が小さいほど）、前記第２電流レートは減少し、前記休止時間は増加する。したがって、前記安定化プロセスを通じてバッテリーＢの電極物質を効果的に安定化させることができる。
【００６９】
前記インタフェース部１４０は、外部装置とバッテリー管理装置１００との間の有線または無線通信を支援する。有線通信は、例えばＣＡＮ（ｃｏｎｔｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信であり得、無線通信は、例えばジグビー（ＺｉｇＢｅｅ（登録商標））やブルートゥース（登録商標）通信であり得る。制御部１３０によって進行される前記安定化プロセスに関連したデータを通信端子ＣＯＭを通じて外部装置に出力することができる。
【００７０】
前記インタフェース部１４０は、ディスプレイ及びスピーカーの少なくとも一つを含む。前記安定化プロセスに関連したデータは、前記ディスプレイを通じて視覚的形態（例えば、記号、数字など）で出力されるか、または、前記スピーカーを通じて聴覚的形態（例えば、ビープ音）で出力され得る。
【００７１】
図５は図１に示されたバッテリーの微分電圧カーブの他の例を示したグラフであり、図６は図５に示された微分電圧カーブを分析して図１に示されたバッテリーの劣化を診断するプロセスを説明するために参照されるグラフである。
【００７２】
図５に示された微分電圧カーブは、ある程度退化が進行したバッテリーＢの電極物質に対する前記安定化プロセスを進行した後、新たに決められたものであり得る。
【００７３】
制御部１３０は、前記微分電圧カーブの特徴点ａ１〜ａ９を検出することができる。以下、特徴点ａ１〜ａ９のそれぞれの蓄電量を順に４．５ｍＡｈ、８．２ｍＡｈ、１１．５ｍＡｈ、１２．５ｍＡｈ、１８．０ｍＡｈ、３２．５ｍＡｈ、３７．０ｍＡｈ、４３．５ｍＡｈ及び４８．０ｍＡｈと仮定する。
【００７４】
図６を参照すると、制御部１３０は、所定の第１基準範囲ΔＲ１に基づいて特徴点ａ１〜ａ９のうち２つを第１電極特徴点として決め、第２基準範囲ΔＲ２に基づいて特徴点ａ１〜ａ９のうち他の２つを第２電極特徴点として決めることができる。第１電極特徴点は、バッテリーＢの第１電極（例えば、負極）の退化程度の判定に活用するパラメータである。第２電極特徴点は、バッテリーＢの第２電極（例えば、正極）の退化程度の判定に活用するパラメータである。
【００７５】
第１基準範囲ΔＲ１は、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーＢの第１電極に対する第１基準電圧カーブから検出された複数の変曲点のうち特定順位に位置する変曲点の蓄電量に基づいて予め決められたものであり得る。第１基準電圧カーブは、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの蓄電量とバッテリーＢの第１電極の電圧との対応関係を示すものであり得る。例えば、第１基準範囲ΔＲ１は、第１基準電圧カーブから検出された複数の変曲点の蓄電量のうち小さい順で２番目の蓄電量を基準にして予め決められたものであり得る。
【００７６】
第２基準範囲ΔＲ２は、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの第２電極に対する第２基準電圧カーブから検出された複数の変曲点のうち特定順位に位置する変曲点の蓄電量に基づいて予め決められたものであり得る。第２基準電圧カーブは、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの蓄電量とバッテリーＢの第２電極の電圧との対応関係を示すものであり得る。例えば、第２基準範囲ΔＲ２は、第２基準電圧カーブから検出された複数の変曲点の蓄電量のうち大きい順で２番目の蓄電量を基準にして予め決められたものであり得る。
【００７７】
第１基準電圧カーブ及び第２基準電圧カーブを得る過程は、図３の微分電圧カーブを決定する過程と同一であり得る。また、第１基準電圧カーブの複数の変曲点及び第２基準電圧カーブの複数の変曲点を検出する過程は、図５の微分電圧カーブの特徴点ａ１〜ａ９を検出する過程と同一であり得る。
【００７８】
第１基準範囲ΔＲ１が８〜１２ｍＡｈであり、第２基準範囲ΔＲ２が３５〜４５ｍＡｈであるとしよう。
【００７９】
制御部１３０は、特徴点ａ１〜ａ９のうち第１基準範囲ΔＲ１内で最も小さい蓄電量を有する特徴点ａ２を第１電極特徴点として決定することができる。次いで、制御部１３０は、特徴点ａ２の蓄電量より大きい蓄電量を有する特徴点ａ３〜ａ９のうち特徴点ａ２の蓄電量との差が最も小さい蓄電量を有する特徴点ａ３を第１電極特徴点としてさらに決定することができる。
【００８０】
制御部１３０は、特徴点ａ１〜ａ９のうち第２基準範囲ΔＲ２内で最大蓄電量を有する特徴点ａ８を第２電極特徴点として決定することができる。次いで、制御部１３０は、特徴点ａ８の蓄電量より小さい蓄電量を有する特徴点ａ１〜ａ７のうち特徴点ａ８の蓄電量との差が最も小さい蓄電量を有する特徴点ａ７を第２電極特徴点としてさらに決定することができる。
【００８１】
代案的に、制御部１３０は、第１基準範囲ΔＲ１を用いずに、特徴点ａ１〜ａ９のうち第１所定順位及び第２所定順位に位置する２つの特徴点を第１電極特徴点として決定し得る。また、制御部１３０は、第２基準範囲ΔＲ２を用いずに、特徴点ａ１〜ａ９のうち第３所定順位及び第４所定順位に位置する２つの特徴点を第２電極特徴点として決定し得る。第１〜第４所定順位は、バッテリーＢの正極材料、負極材料などの電気化学的特性を考慮して予め決められたものであり得る。
【００８２】
以下、三電極実験を施すことなく、制御部１３０が２つの第１電極特徴点及び２つの第２電極特徴点に基づいて、バッテリーＢの第１電極及び第２電極の退化状態を決定する動作を説明する。
【００８３】
制御部１３０は、２つの第１電極特徴点ａ２、ａ３間の蓄電量差ΔＱ１を示す第１差値を決定することができる。本発明者らは第１電極が退化するほど蓄電量差ΔＱ１が減少することを認識した。制御部１３０は、第１差値を第１基準差値と比べた結果に基づいて、第１電極の退化程度を決定することができる。第１基準差値は、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの微分電圧カーブから決められた２つの第１電極特徴点間の蓄電量差を示す。制御部１３０は、下記数式４を用いて第１電極の退化程度を示す第１退化値を算出することができる。
【数４】
2021500700.tif 000006
【００８４】
数式４において、ＤB１は第１差値、ＤＲ１は第１基準差値、Ｕ１は１以下の定数である所定の第１補正値、Ｗ１は第１退化値である。第１補正値は、バッテリーＢの電気化学的特性を考慮して予め決定され得る。第１退化値Ｗ１が大きいほど、第１電極がさらに退化したことを示す。
【００８５】
制御部１３０は、２つの第２電極特徴点ａ７、ａ８間の蓄電量差ΔＱ２を示す第２差値を決定することができる。本発明者らは第２電極が退化するほど蓄電量差ΔＱ２が減少することを認識した。制御部１３０は、第２差値を第２基準差値と比べた結果に基づいて、第２電極の退化程度を決定することができる。第２基準差値は、ＢＯＬ状態のバッテリーＢの微分電圧カーブから決められた２つの第２電極特徴点間の蓄電量差を示す。制御部１３０は、下記数式５を用いて第２電極の退化程度を示す第２退化値を算出することができる。
【数５】
2021500700.tif 000007
【００８６】
数式５において、ＤB２は第２差値、ＤＲ２は第２基準差値、Ｕ２は１以下の定数である所定の第２補正値、Ｗ２は第２退化値である。第２補正値は、バッテリーＢの電気化学的特性を考慮して予め決定され得る。第２退化値Ｗ２が大きいほど、第２電極がさらに退化したことを示す。
【００８７】
制御部１３０は、インタフェース部１４０を用いて、第１電極及び第２電極の少なくとも一つの退化程度を示すメッセージを通信端子ＣＯＭを通じて外部装置に伝送することができる。
【００８８】
図７は、図１に示されたバッテリー管理装置によって実行される安定化プロセスを示したフロー図である。
【００８９】
図１〜図４及び図７を参照すると、段階Ｓ７１０において、制御部１３０は、バッテリーＢが第１電流レートの電流で充電されるセンシング期間の間にセンシング部１１０からのバッテリー情報を収集する。
【００９０】
段階Ｓ７２０において、制御部１３０は、前記収集されたバッテリー情報の履歴に基づいて微分電圧カーブを決定する。
【００９１】
段階Ｓ７３０において、制御部１３０は、微分電圧カーブから複数の特徴点を検出する。
【００９２】
段階Ｓ７４０において、制御部１３０は、複数の特徴点それぞれの特徴値に基づいて、バッテリーＢの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断する。段階Ｓ７４０の値が「はい」である場合、段階Ｓ７５０に進む。段階Ｓ７４０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ８１０（図８参照）に進む。
【００９３】
段階Ｓ７５０において、制御部１３０は、安定化プロセスのための休止時間及び第２電流レートを決定する。第２電流レートは前記第１電流レートより小さい。
【００９４】
段階Ｓ７６０において、制御部１３０は、安定化プロセスを行う。段階Ｓ７６０の終了後、前記方法は段階Ｓ７１０に戻る。
【００９５】
図８は、図１に示されたバッテリー管理装置によって実行される退化診断プロセスを示したフロー図である。
【００９６】
図１、図５、図６及び図８を参照すると、段階Ｓ８１０において、制御部１３０は、複数の特徴点から２つの第１電極特徴点（ａ２、ａ３）及び２つの第２電極特徴点（ａ７、ａ８）を決定する。
【００９７】
段階Ｓ８２０において、制御部１３０は、２つの第１電極特徴点（ａ２、ａ３）間の蓄電量差を示す第１差値、及び２つの第２電極特徴点（ａ７、ａ８）間の蓄電量差を示す第２差値を決定する。
【００９８】
段階Ｓ８３０において、制御部１３０は、バッテリーＢの第１電極の退化程度を示す第１退化値、及びバッテリーＢの第２電極の退化程度を示す第２退化値を決定する。
【００９９】
段階Ｓ８４０において、制御部１３０は、第１退化値及び第２退化値を示すメッセージを出力する。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【図１】
2021500700.tif 000008
【図２】
2021500700.tif 000009
【図３】
2021500700.tif 000010
【図４】
2021500700.tif 000011
【図５】
2021500700.tif 000012
【図６】
2021500700.tif 000013
【図７】
2021500700.tif 000014
【図８】
2021500700.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月21日(2020.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー管理装置であって、
バッテリーの電圧及び電流を示すバッテリー情報を生成するように構成されたセンシング部と、
前記センシング部に動作可能に結合された制御部とを含み、
前記制御部は、
前記バッテリーが第１電流レートの電流で充電されるセンシング期間の間に前記センシング部から提供された前記バッテリー情報の履歴に基づいて微分電圧カーブを決定し、前記微分電圧カーブは、前記センシング期間中の前記バッテリーの蓄電量と前記バッテリーの蓄電量の変化量に対する前記バッテリーの電圧変化量の比率との関係を示し、
前記微分電圧カーブから複数の特徴点を検出し、
前記複数の特徴点の特徴値に基づいて、前記バッテリーが第２電流レートの電流で放電するように誘導する制御信号を出力するように構成され、
前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい、バッテリー管理装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記複数の特徴点のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の前記特徴値の差の絶対値を算出し、
前記対毎に算出された前記絶対値の平均を基準値と比べて、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であるか否かを判断し、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記制御信号を出力するように構成される、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記平均が前記基準値以上である場合、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断するように構成される、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記基準値と前記平均との比率に関連した第１安定化ファクターに基づいて前記第２電流レートを決定するように構成される、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項５】
前記第２電流レートは、前記第１安定化ファクターと臨界電流レートとの積と同一であり、
前記臨界電流レートは、安定化プロセスで使用可能な最大電流レートである、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断したとき、前記基準値と前記平均との比率に関連した第２安定化ファクターに基づいて休止時間を決定し、
前記センシング期間が終了した時点から前記休止時間が経過した時点で前記制御信号を出力するように構成された、請求項４または５に記載のバッテリー管理装置。
【請求項７】
前記第２安定化ファクターは、前記第１安定化ファクターの逆数であり、
前記休止時間は、前記第２安定化ファクターと臨界時間との積と同一である、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の前記バッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
【請求項９】
請求項８に記載の前記バッテリーパックを含む、電気車両。
【請求項１０】
バッテリー管理装置を用いるバッテリー管理方法であって、
バッテリーが第１電流レートの電流で充電されるセンシング期間の間に前記バッテリー管理装置のセンシング部からのバッテリー情報を収集する段階と、
前記収集されたバッテリー情報の履歴に基づいて微分電圧カーブを決定する段階と、
前記微分電圧カーブから複数の特徴点を検出する段階と、
前記複数の特徴点の特徴値に基づいて、前記バッテリーが第２電流レートの電流で放電するように誘導する制御信号を出力する段階とを含み、
前記第２電流レートは前記第１電流レートより小さい、バッテリー管理方法。
【請求項１１】
前記複数の特徴点のうち相互隣接した２つの特徴点の対毎の前記特徴値の差の絶対値の平均が基準値以上である場合、前記バッテリーの電極物質に対する安定化が必要であると判断し、前記制御信号を出力する、請求項１０に記載のバッテリー管理方法。
【請求項１２】
前記第２電流レートは、前記基準値と前記平均との比率に関連した第１安定化ファクターと臨界電流レートとの積と同一であり、
前記臨界電流レートは、安定化プロセスで使用可能な最大電流レートである、請求項１１に記載のバッテリー管理方法。
【国際調査報告】
2021500700.tif 000016
2021500700.tif 000017
2021500700.tif 000018
2021500700.tif 000019