(57)【要約】【課題】本発明は、複数の単位電池を含む二次電池の電池管理システムにおいて、ＳＯＣを判断する、電池管理システム及びその駆動方法に関する。【解決手段】本発明による電池管理システムは、センシング部、ＯＣＶ算出部、ＳＯＣ判断部、及び制御部を含む。センシング部は、二次電池全体の電圧を測定し、制御部は、キーオン（ｋｅｙ−ｏｎ）時に、第１期間の間は二次電池を開放回路（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）状態に維持し、第１期間が終了すれば、二次電池を外部装置と連結する。ＯＣＶ算出部は、第１期間の間に、センシング部から全体の電圧の伝達を受けて、二次電池のＯＣＶ（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を算出する。ＳＯＣ判断部は、ＯＣＶ算出部からＯＣＶの入力を受けて、ＯＣＶに対応するＳＯＣを判断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池を含む二次電池の電池管理システムにおいて、
前記二次電池全体の電圧を測定するセンシング部と、
キーオン時に、第１期間の間は前記二次電池を開放回路状態に維持し、第１期間が終了すれば、前記二次電池を外部装置と連結する制御部と、
前記第１期間の間に、前記センシング部から前記全体の電圧の伝達を受けて、前記二次電池のＯＣＶを算出するＯＣＶ算出部と、
前記ＯＣＶ算出部から前記ＯＣＶの入力を受けて、前記ＯＣＶに対応するＳＯＣを判断するＳＯＣ判断部と
を含む、電池管理システム。
【請求項２】
前記第１期間は、前記ＯＣＶを算出するのに必要な時間以上である、請求項１に記載の電池管理システム。
【請求項３】
前記ＯＣＶに対応する前記ＳＯＣに関するデータを保存するデータベースをさらに含む、請求項１に記載の電池管理システム。
【請求項４】
前記データベースは、
前記ＯＣＶに対応する前記ＳＯＣに関するデータをボルツマン式を利用して算出して、その結果を保存する、請求項３に記載の電池管理システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１期間を測定するためにタイマーを含む、請求項１に記載の電池管理システム。
【請求項６】
前記センシング部は、前記第１期間の間に前記全体の電圧を繰返し測定し、
前記ＯＣＶ算出部は、前記繰返し測定された全体の電圧の平均から前記ＯＣＶを算出する、請求項１に記載の電池管理システム。
【請求項７】
複数の単位電池を含む二次電池のＳＯＣを判断する電池管理システムの駆動方法において、
ａ）キーオン時に、第１期間の間は前記二次電池を開放回路状態に維持する段階と、
ｂ）前記第１期間の間にＯＣＶを測定する段階と、そして
ｃ）前記ＯＣＶに対応するＳＯＣを判断する段階と
を含む、電池管理システムの駆動方法。
【請求項８】
前記ｃ）段階は、
前記測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣに関するデータを予め保存して、前記データを利用して前記測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣを判断する、請求項７に記載の電池管理システムの駆動方法。
【請求項９】
前記第１期間は、
前記ｂ）段階で前記ＯＣＶを測定するのに十分な時間である、請求項７に記載の電池管理システムの駆動方法。
【請求項１０】
前記ｂ）段階は、
前記第１期間の間に前記二次電池全体の電圧を繰返し測定し、複数の測定値の平均から前記ＯＣＶを算出する、請求項９に記載の電池管理システムの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池モジュールの電池管理システムに関し、より詳しくは、二次電池の残存容量（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；以下、ＳＯＣとする）をより精密に算出することができる、二次電池モジュールの電池管理システム及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近になって、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されており、大電力を必要とする機器、例えば電気自動車などのモータの駆動に使用されるように、複数の前記高出力二次電池を直列に連結して、大容量二次電池を構成している。
【０００３】
このように、一つの大容量二次電池（以下、明細書全般で、説明の便宜上、電池モジュールとする）は、通常、直列に連結される複数の二次電池（以下、明細書全般で、説明の便宜上、単位電池とする）からなる。
【０００４】
前記電池モジュール、特にＨＥＶ（ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ、以下、ＨＥＶとする）用二次電池モジュールは、数個から多くは数十個の単位電池が充電及び放電を交互に行うので、このような充放電などを制御して、電池モジュールが適正な動作状態を維持するように管理する必要性がある。
【０００５】
このために、ＨＥＶ用電池モジュールは、電池の電圧、電流、温度などを検出し、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を演算によって推定して、車両の燃料消費効率が最も良くなるようにＳＯＣを制御している。また、この時のＳＯＣのレベルは、加速時のモータの駆動のためのパワーアシスト及び減速時のエネルギーの回収（回生制動）をバランス良く動作させる必要がある。そのために、具体的に、ＳＯＣが５０％から７０％の範囲内になるように電池モジュールを制御する。充電時に、ＳＯＣが上昇してＳＯＣが７０％に接近した場合には、充電過多の制御を行い、放電時に、ＳＯＣが減少してＳＯＣが５０％に接近した場合には、放電過多の制御を行って、ＳＯＣを制御中心に近接するようにするのである。
【０００６】
このようなＳＯＣの制御を正確に行うためには、充放電を行っている二次電池のＳＯＣを正確に推定する必要がある。
【０００７】
従来の一般的な電池のＳＯＣの算出方法は、残存容量の判断の基準としてどのような値を利用するかによって、いくつかの方法に分類されている。
【０００８】
まず、Ａｈ法があり、これは使用電流（Ａｍｐｅｒｅ）及び時間（ｈｏｕｒ）の関係から容量を算出して、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の判断に反映する方法であり、次に、電圧測定法があり、これは電池端子の電圧（ＯＣＶ；Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を測定して、予め測定されたＯＣＶ及びＳＯＣ関係から残存容量を算出する方法であり、また、抵抗測定法があり、これはバッテリーの内部抵抗（ＩＲ−ｄｒｏｐ；Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ−ｄｒｏｐ）及びＳＯＣの関係から残存容量を算出する方法である。
【０００９】
しかし、Ａｈ法は、電池モジュールと連結された負荷条件による使用可能容量の表示が不可能であって、充電または放電時に電流のセンシングの誤差によってＳＯＣ値にも誤差が累積する短所がある。そのため、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）に比べて相対的に電流の大きさ及び方向が非常に頻繁に変化するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などに単独で使用するには不適切である。電圧測定法は、瞬間的な電流、温度、及び老朽化などの他の要因による変化が深刻な問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記諸般の問題点を解決するために、電池のＳＯＣを精密に算出することができる電池モジュールの電池管理システム及びその駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の一特徴による複数の単位電池を含む二次電池の電池管理システムは、前記二次電池全体の電圧を測定するセンシング部、キーオン（ｋｅｙ−ｏｎ）時に、第１期間の間は前記二次電池を開放回路（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）状態に維持し、第１期間が終了すれば、前記二次電池を外部装置と連結する制御部、前記第１期間の間に、前記センシング部から前記全体の電圧の伝達を受けて、前記二次電池のＯＣＶ（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を算出するＯＣＶ算出部、及び前記ＯＣＶ算出部から前記ＯＣＶの入力を受けて、前記ＯＣＶに対応するＳＯＣを判断するＳＯＣ判断部を含む。
【００１２】
前記第１期間は、前記ＯＣＶを算出するのに必要な時間以上である。
また、前記ＯＣＶに対応する前記ＳＯＣに関するデータをテーブルマップ化して保存するデータベースをさらに含む。
【００１３】
前記データベースは、前記ＯＣＶに対応する前記ＳＯＣに関するデータをボルツマン式を利用して算出して、その結果を保存する。
【００１４】
前記センシング部は、前記第１期間の間に前記全体の電圧を繰返し測定し、前記ＯＣＶ算出部は、前記繰返し測定された全体の電圧の平均から前記ＯＣＶを算出する。
【００１５】
本発明の他の特徴による複数の単位電池を含む二次電池のＳＯＣを判断する電池管理システムの駆動方法は、ａ）キーオン（ｋｅｙ−ｏｎ）時に、第１期間の間は前記二次電池を開放回路状態に維持する段階、ｂ）前記第１期間の間にＯＣＶを測定する段階、そしてｃ）前記ＯＣＶに対応するＳＯＣを判断する段階を含む。
【００１６】
前記ｃ）段階は、前記測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣに関するデータを予め保存して、前記データを利用して前記測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣを判断する。
【００１７】
前記第１期間は、前記ｂ）段階で前記ＯＣＶを測定するのに十分な時間である。
【００１８】
そして、前記ｂ）段階は、前記第１期間の間に前記二次電池全体の電圧を繰返し測定し、複数の測定値の平均から前記ＯＣＶを算出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、キーオン時に正確なＯＣＶ値を測定することによって、これによる精密なＳＯＣ値を算出することができる。また、電池の正確なＳＯＣ値を算出することができるので、電池の安全性を高めて、正確な充放電の制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。
【００２１】
しかし、本発明は、多様な相異した形態に具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００２２】
図１は本発明の実施形態による二次電池モジュール及び電池管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ；以下、ＢＭＳとする）を示した概略的な構成図である。
【００２３】
図１を参照して、まず、本発明の実施形態による二次電池モジュール１０を見てみると、二次電池モジュール１０は、大容量の電池モジュールであって、複数の単位電池１１が一定の間隔をおいて連続的に配置されて構成される少なくとも一つ以上の電池集合体、電池集合体が内部に配置されて、冷却媒体が流れているハウジング１３、及び電池集合体の各単位電池１１を管理するＢＭＳ２０を含む。
【００２４】
各単位電池１１は、セパレータを間においてその両側に正極板及び負極板が配置される電極組立体を含み、予め設定された量の電力を充放電させる通常の構造の二次電池である。電池集合体は、前記のように、単位電池１１が一定の間隔で配置されて、一つの列をなす構造を意味するものと定義する。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、電池集合体は、各々の単位電池１１がほぼ四角形（本実施形態では、一対の長辺及び一対の短辺からなる横幅が広い長方形）の外形で直立するように配置されて構成されるのが好ましい。本発明の実施形態による単位電池は、角型以外に、円筒型の構造からなることができる。
【００２６】
このような電池集合体は、各単位電池１１の間及び最外側の単位電池１１に電池隔壁１２が形成されているが、この電池隔壁１２は、各単位電池１１の間隔を一定に維持して、熱伝逹媒体を流通させて、各単位電池１１の側面を支持する機能をする。
【００２７】
一方、ＢＭＳ２０は、電池モジュール１０を構成する各単位電池の温度、電流、電圧値を検出してこれを管理し、本実施形態では、車両の始動キーのキーオン信号によって電池モジュール１０をモータなどの外部装置と直ちに連結させずに、一定の期間の間は開放回路状態に維持する。開放回路状態の電池モジュール１０には充／放電電流が流れず、電流が流れない期間の間にＯＣＶを算出する。本発明の実施形態によるＢＭＳ２０において、一定の期間は、ＯＣＶを算出するのに十分な時間に設定される。以下では、この期間を‘開放回路維持期間’とする。
【００２８】
車両の始動キー３０は、ＢＭＳ２０に電気的に連結されている。始動キー３０がキーオンされると、ＢＭＳ２０はこれを認識して、開放回路維持期間の間は電池モジュールを開放回路状態に維持する。
【００２９】
以下、図２を参照して、ＢＭＳ２０について詳しく説明する。
【００３０】
図２は本発明の実施形態によるＢＭＳ２０の構成を示した図面である。
【００３１】
図２に示したように、ＢＭＳ２０は、センシング部２１、ＯＣＶ算出部２２、データベース２３、ＳＯＣ判断部２４、及び制御部２５を含む。
【００３２】
センシング部２１は、電池モジュール全体の電圧、温度、電流を検出する。センシング部２１は、キーオン時に、電池モジュールが開放回路維持期間の間は繰返し電池モジュール全体の電圧を測定し、測定された全体の電圧をＯＣＶ算出部２２に伝達する。
【００３３】
ＯＣＶ算出部２２は、センシング部２１から伝達を受けた全体の電圧を利用してＯＣＶ電圧を算出する。ＯＣＶ算出部２２は、センシング部２１が開放回路維持期間の間に繰返し測定した結果の電圧の伝達を受けて、これらの平均値からＯＣＶを算出することができる。
【００３４】
データベース２３は、電池モジュール１０のＯＣＶ値及びそれに対応するＳＯＣ値の関係をボルツマン式によって算出し、その結果をテーブルマップ化したデータを保存している。ボルツマン式を利用して、数式１のように、ＯＣＶ値に対応するＳＯＣ値のデータを算出することができる。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
式（１）で、Ａ１はＯＣＶ値が−∞である時のＳＯＣ値であり、Ａ２はＯＣＶ値が＋∞である時のＳＯＣ値である。ＶＯＣＶは測定されたＯＣＶ値であり、ＶＯは中間値（ｃｅｎｔｅｒ ｖａｌｕｅ）であって、（Ａ１＋Ａ２）／２の値である。ＶＷはＶＯを中心にした一定の範囲の値であって、テーブルマップ化の作業で設定される値である。Ａ１、Ａ２、ＶＷ、及びＶＯの値は全て設定される値であって、ＯＣＶ値を測定して、式（１）を利用して測定されたＯＣＶ値に対応するＳＯＣ値のデータを算出して、ＯＣＶ及びＳＯＣをテーブルマップ化することができる。
【００３７】
ＳＯＣ判断部２４は、ＯＣＶ算出部２２で算出された電池モジュールのＯＣＶの入力を受けて、入力されたＯＣＶに対応するＳＯＣをデータベース２３から検出する。
【００３８】
制御部２５は、キーオンされたのを感知して、一定の期間は電池モジュールを無負荷状態に維持し、開放回路維持期間が終了すれば、電池モジュールをモータなどの外部装置と連結する。本発明の実施形態によるＢＭＳ２０において、一定の期間は１秒に設定されるが、本発明が１秒に限定されるのではない。また、制御部２５は、一定の期間を感知するためにタイマーを含むことができる。
【００３９】
以下、本発明の実施形態によるＢＭＳ２０が電池モジュール１０の初期ＳＯＣ値を算出する、その駆動方法について説明する。
【００４０】
図３は本発明の実施形態によるＢＭＳ２０の駆動方法を示したフローチャートである。
まず、始動キーを作動して始動キーオンさせると（Ｓ１００）、制御部２５は、キーオンされたのを感知して、外部装置との連結を遅延させる。そうすると、電池モジュールは、一定の期間の間は開放回路（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）状態に維持される（Ｓ１１０）。開放回路状態の間は電流は流れずに遮断される。本実施形態において、ＢＭＳ２０による遅延時間は１秒に設定されるが、必ずしもこの時間に限定されない。そして、電池モジュールが開放回路状態で、外部装置と連結が遅延される一秒間の間に、下記の過程を経てＳＯＣを判断することができる。
【００４１】
センシング部２１は、開放回路維持期間の間に電池モジュール全体の電圧を測定して、ＯＣＶ算出部２２に伝達する（Ｓ１２０）。
【００４２】
ＯＣＶ算出部２２は、センシング部２１から伝達を受けた電池モジュール全体の電圧を利用してＯＣＶを算出する（Ｓ１３０）。
【００４３】
そして、ＳＯＣ判断部２４は、ＯＣＶ算出部２２からＯＣＶの入力を受けて、データベース２３に保存されているデータテーブルから入力を受けたＯＣＶに関するデータを検出する（Ｓ１４０）。
【００４４】
ＳＯＣ判断部２４は、検出結果によってＯＣＶに対応するＳＯＣを検出して、ＳＯＣを決定する（Ｓ１５０）。
【００４５】
このように、キーオン時に、電池モジュール１０に流れる電流を一定の期間は遮断して、遅延された時間内に無負荷状態のＯＣＶ値を算出することによって、最終的により精密なＳＯＣ値を算出することができる。
【００４６】
一方、制御部２５は、開放回路維持期間が経過すれば、電池モジュールを外部装置と連結する（Ｓ１６０）。
【００４７】
そうすると、電池モジュール１０は、モータなどの外部装置と連結されて、正常に充電または放電される（Ｓ１７０）。
【００４８】
本発明の電池モジュールは、高出力／大容量が要求されるＨＥＶ用電池として効果的に使用されるが、必ずしもその用途がＨＥＶ用だけに限定されない。
【００４９】
上述において、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態による二次電池モジュールを示した概略的な構成図である。
【図２】本発明の実施形態による電池管理システムの構成を示した図面である。
【図３】本発明の実施形態による電池管理システムの駆動方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  二次電池モジュール
１１  単位電池
１２  電池隔壁
１３  ハウジング
２０  ＢＭＳ
２１  センシング部
２２  ＯＣＶ算出部
２３  データベース
２４  ＳＯＣ判断部
２５  制御部
３０  始動キー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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