(57)【要約】  本発明は、電池のＦＣＣ（ｆｕｌｌ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を用いて二次電池のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を推定する方法であって、（Ｓ１）電池の電圧及び電流を測定するステップと、（Ｓ２）前記電池の一定時間の間の電圧変化量及び電流積算量を用いて、ＦＣＣを算定するステップと、（Ｓ３）前記算定されたＦＣＣと前記測定された電圧及び電流を用いて、前記電池が完全放電されるまでの予想時間を推定して自己放電率を計算するステップと、（Ｓ４）前記電池の充電サイクル別の容量劣化率を計算するステップと、（Ｓ５）前記計算された電池が完全放電されるまでの前記自己放電率及び前記容量劣化率を適用して、電池のＳＯＣを推定するステップとを含むことを特徴とする電池のＳＯＣ推定方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池のＦＣＣ（ｆｕｌｌ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を用いて二次電池のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を推定する方法であって、
（Ｓ１）電池の電圧及び電流を測定するステップと、
（Ｓ２）前記電池の一定時間の間の電圧変化量及び電流積算量を用いて、ＦＣＣを算定するステップと、
（Ｓ３）前記算定されたＦＣＣおよび前記測定された電圧及び電流を用いて、前記電池が完全放電されるまでの予想時間を推定して自己放電率を計算するステップと、
（Ｓ４）前記電池の充電サイクル別の容量劣化率を計算するステップと、
（Ｓ５）前記計算された電池が完全放電されるまでの前記自己放電率及び前記容量劣化率が加減されたＦＣＣを計算して、電池のＳＯＣを推定するステップと
を含むことを特徴とする、電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項２】
前記ステップＳ２〜Ｓ５は、ＢＭＳ（ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）によって実行されることを特徴とする、請求項１に記載の電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項３】
前記ステップＳ５は、次の関係式
FCC(NEW)=(Calculated  FCC)*(Cell  Self-discharge  Rate)*(Capacity  Deterioration  by  Cycle  Rate)
によりＦＣＣを算定し、式中、Ｓｅｌｆ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｒａｔｅ及びＣａｐａｃｉｔｙ  Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｙｃｌｅ  Ｒａｔｅは、それぞれ前記自己放電率及び前記容量劣化率であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項４】
前記自己放電率は、次の関係式
Self-discharge  Rate=1-(Y1*t_y1+Y2*t_y2+Y3*t_y3+Y4*t_y4)*(Parallel  number  of  cell/Design  Capacity)
により算定され、式中、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４は、一定の電圧及び温度を基準として設定されることを特徴とする、請求項３に記載の電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項５】
前記容量劣化率は、次の関係式
Capacity  Deterioration=1-(C1*cycle  1+C2*cycle  2+C3*cycle  3+C4*cycle  4)*(Parallel  number  of  cell/Design  Capacity)
により算定され、式中、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４は、一定の期間及び温度を基準として設定されることを特徴とする、請求項３に記載の電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項６】
前記Ｃｙｃｌｅ  １〜４は、ＦＣＣが８５％以上充電された時点で前記Ｃ１〜Ｃ４を確認した後に設定されることを特徴とする、請求項５に記載の電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項７】
前記ＦＣＣは、完全充電後にアップデートされ、完全充電の直後、最初の使用時点または最下訂正地点でリセットされることを特徴とする、請求項１に記載の電池のＳＯＣ推定方法。
【請求項８】
請求項１に記載の電池のＳＯＣ推定方法を実施することを特徴とする、二次電池のＳＯＣ推定システム。
【請求項９】
請求項８に記載のＳＯＣ推定システムを含むことを特徴とする、二次電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の二次電池を動力源または電源として使用するデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池のＳＯＣ推定方法及びシステムに係り、より詳細には、電池のＦＣＣ（ｆｕｌｌ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を用いて二次電池のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を推定する方法であって、前記電池の電圧及び電流を測定するステップと、前記電池の一定時間の間の電圧変化量及び電流積算量を用いてＦＣＣを算定するステップと、前記算定されたＦＣＣと前記測定された電圧及び電流を用いて、前記電池が完全放電されるまでの予想時間を推定して自己放電率を計算するステップと、前記電池の充電サイクル別の容量劣化率を計算するステップと、前記計算された電池が完全放電されるまでの前記自己放電率及び前記容量劣化率が加減されたＦＣＣを計算して、電池のＳＯＣを推定するステップとを含むことを特徴とする電池のＳＯＣ推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充放電可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源または補助電力装置などとして広範囲に使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などによる大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ  ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
【０００３】
このような二次電池は、各種モバイルまたは移動デバイスに使用され、使用時間に限界があるので、二次電池のＳＯＣに関する正確な情報を把握することが重要である。このようなＳＯＣは、二次電池がどれぐらいの時間だけ使用可能であるかを計る尺度となるので、使用者が当該装置を使用するに当たって非常に重要な情報である。したがって、ノートブックや携帯電話、自動車などの一般的な二次電池装着デバイスおよび装置は、二次電池のＳＯＣを推定し、それから二次電池の使用可能時間や使用可能量などの情報を把握して使用者に提供している。
【０００４】
二次電池のＳＯＣは、二次電池の完全充電容量（ＦＣＣ、Ｆｕｌｌ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）に対する残量を百分率で表示する形態が一般的である。二次電池のＳＯＣを推定する方法としては様々な方式を用いることができるが、代表的な方式は、電流積算法を用いてＳＯＣを推定する方式である。このような電流積算方式は、二次電池の入出力電流を積算し、初期容量から加減することによってＳＯＣを求める形態である。
【０００５】
しかし、前記電流積算方式の場合、二次電池の初期サイクルでは比較的正確なＳＯＣ値を導出することができるが、二次電池が充放電サイクルを繰り返すほど、放電末期にＳＯＣが急激に減少するＳＯＣドロップ（ｄｒｏｐ）現象の発生により、ＳＯＣ推定の正確度が低下することがある。したがって、長期間使用した二次電池であるほど、放電末期にＳＯＣが急激に低下する現象が発生し得るため、このような状況で従来の電流積算法をそのまま利用すれば、ＳＯＣドロップ現象により放電末期のＳＯＣを正確に推定できないという問題が発生することがある。結果的に、当初の予想よりもＳＯＣが速く減少して、二次電池の使用可能時間が減少し得るにもかかわらず、使用者がこれを予想できず、二次電池の完全放電状況にきちんと備えられなくなるため、使用者に大きな不便を招くことがある。
【０００６】
したがって、このような問題点を根本的に解決できる、二次電池の残存容量（ＳＯＣ）を推定する方法及びシステムに対する必要性が非常に高い実情がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
【０００８】
本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、後述するように、二次電池の残存容量を正確に測定するために、電池の容量劣化率を追加的に計算してアップデートされる電池のＳＯＣ推定方法及びシステムを開発して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、二次電池の放電中、放電末期にＳＯＣが急激に低下する現象が発生しても、容量劣化率を加算して補正することによって、ＳＯＣを正確に推定して使用者に正確なＳＯＣ情報を提供することができる方法及びシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための本発明に係る電池のＳＯＣ推定方法及びシステムは、電池のＦＣＣ（ｆｕｌｌ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を用いて二次電池のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を推定する方法であって、
（Ｓ１）電池の電圧及び電流を測定するステップと、
（Ｓ２）前記電池の一定時間の間の電圧変化量及び電流積算量を用いてＦＣＣを算定するステップと、
（Ｓ３）前記算定されたＦＣＣと前記測定された電圧及び電流を用いて、前記電池が完全放電されるまでの予想時間を推定して自己放電率を計算するステップと、
（Ｓ４）前記電池の充電サイクル別の容量劣化率を計算するステップと、
（Ｓ５）前記計算された、電池が完全放電されるまでの前記自己放電率及び前記容量劣化率が加減されたＦＣＣを計算して、電池のＳＯＣを推定するステップと
を含む。
【００１１】
したがって、本発明によれば、前記一定時間（電池が充電後に放電される時間）の間に自己放電率を補正し、容量劣化率をアップデートして電池のＦＣＣを予測することによって、正確な電池のＳＯＣを推定することができる。
【００１２】
一つの好ましい例において、前記ステップＳ２〜Ｓ５は、ＢＭＳ（ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）によって行われる構成であってもよい。
【００１３】
より好ましくは、前記ステップＳ５において、次の関係式によりＦＣＣを算定することができる。
FCC(NEW)=(Calculated  FCC)*(Cell  Self-discharge  Rate)*(Capacity  Deterioration  by  Cycle  Rate)
【００１４】
上記式中、Ｓｅｌｆ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｒａｔｅ及びＣａｐａｃｉｔｙ  Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｙｃｌｅ  Ｒａｔｅは、それぞれ前記自己放電率及び容量劣化率を示す。
【００１５】
前記自己放電率（Ｓｅｌｆ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｒａｔｅ）は、次の関係式により算定することができる。
Self-discharge  Rate=1-(Y1*t_y1+Y2*t_y2+Y3*t_y3+Y4*t_y4)*(Parallel  number  of  cell/Design  Capacity)
【００１６】
上記式中、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３及びＹ４は、一定の電圧及び温度を基準として設定可能であり、例えば、３．８Ｖ〜４．５Ｖの範囲及び３０℃〜５０℃の範囲で決定されてもよい。４．１Ｖ及び４０℃に設定された例が図１に開示されている。
【００１７】
前記容量劣化率（Ｃａｐａｃｉｔｙ  Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｙｃｌｅ  Ｒａｔｅ）は、次の関係式により算定することができる。
Capacity  Deterioration  Rate=1-(C1*cycle  1+C2*cycle  2+C3*cycle  3+C4*cycle  4)*(Parallel  number  of  cell/Design  Capacity)
【００１８】
上記式中、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４は、一定の期間及び温度を基準として設定可能であり、例えば、５０日〜１５０日の範囲及び３０℃〜５０℃の範囲で決定されてもよい。９０日及び４０℃に設定された例が図２に開示されている。
【００１９】
より好ましくは、前記ｃｙｃｌｅ  １〜４は、ＦＣＣが８５％以上充電された時点で前記Ｃ１〜Ｃ４を確認した後に設定されてもよい。具体的には、ｃｙｃｌｅ  １〜４は、電池が８５％以上充電された後、当該電池がＣ１乃至Ｃ４のいずれの領域に該当するかを判断し、決定された値を当該ｃｙｃｌｅに加算して計算することができる。
【００２０】
一方、前記ＦＣＣは、完全充電後にアップデートされ、完全充電の直後、最初の使用時点または最下訂正地点でリセット（ｒｅｓｅｔ）されるように設定することができる。
【００２１】
また、本発明は、電池のＳＯＣ推定方法を実施する二次電池のＳＯＣ推定システム、及び前記充電システムを含む二次電池を提供する。
【００２２】
前記二次電池は、１つの電池セルで構成される単位電池であってもよく、２つ以上の電池セルが組み合わされた組立電池であってもよいので、特定の名称に制限されるものではない。また、前記二次電池は、その種類が特に制限されるものではなく、好ましくは、リチウム二次電池であってもよい。
【００２３】
リチウム二次電池を含め、二次電池の構成、構造、製造方法は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明であるので、これらについての具体的な説明は省略する。
【００２４】
前記の二次電池は、携帯電話、ノートブックなどのような小型デバイスの動力源または電源として使用されてもよく、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）または電力貯蔵装置などの動力源または電源として使用されてもよい。
【００２５】
上記のようなデバイスおよび装置は当業界で公知となっているので、本明細書では、それについての具体的な説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池セルの自己放電特性を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に係るサイクル別の電池セルの容量劣化を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係るＦＣＣがリセットされる時点を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る電池セルの充電量を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る電池セルの充電量推定値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本発明の実施形態に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範囲がそれによって限定されるものではない。
【００２８】
図１には、本発明の一実施形態に係る電池セルの自己放電特性を示すグラフが模式的に示されており、図２には、本発明の一実施形態に係るサイクル別の電池セルの容量劣化を示すグラフが模式的に示されている。
【００２９】
これら図面を参照すると、本発明に係る電池のＳＯＣ推定方法及びシステムは、充電が開始されると、全電池のＦＣＣ（ｆｕｌｌ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を計算する。電池の充放電が行われながら前記ＦＣＣを補正するために、自己放電率（Ｓｅｌｆ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｒａｔｅ）及び容量劣化率（Ｃａｐａｃｉｔｙ  Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ）を計算して補正されたＦＣＣを計算することによって、電池の残存容量（ＳＯＣ）を推定する。
【００３０】
自己放電率は、電池セルの劣化温度４０℃（Ｘ軸）及び充電電圧４．１Ｖ（Ｙ軸）を基準としてＹ１〜Ｙ４の領域に区分され、Ｙ１〜Ｙ４が反映された自己容量率は、下記の数式１により計算する。
＜数式１＞
Self-discharge  Rate=1-(Y1*t_y1+Y2*t_y2+Y3*t_y3+Y4*t_y4)*(Parallel  number  of  cell/Design  Capacity)
【００３１】
前記数式１において、‘ｔ’は、放電時間を示し、電池の放電が行われる‘ｔ’時間の間、電池セルの劣化温度（４０℃）及び充電電圧（４．１Ｖ）を基準として、充電状態がＹ１、Ｙ２、Ｙ３またはＹ４のいずれの領域に該当するかを判断し、これに該当する値に、電池の最初の設計容量（Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）に対比した電池セルの数（総電圧）を乗じて自己容量率を計算する。
【００３２】
一方、容量劣化率は、電池の充放電サイクルの進行による、期間９０日（Ｙ軸）及び４０℃（Ｘ軸）を基準としてＣ１〜Ｃ４の領域に区分され、Ｃ１〜Ｃ４が反映された容量劣化率は、下記の数式２により計算する。
＜数式２＞
Capacity  Deterioration  Rate=1-(C1*cycle  1+C2*cycle  2+C3*cycle  3+C4*cycle  4)*(Parallel  number  of  cell/Design  Capacity)
【００３３】
前記数式２において、電池の放電が行われる間、電池セルの劣化温度及び使用期間がそれぞれ４０℃及び９０日を基準として、充電状態がＣ１、Ｃ２、Ｃ３またはＣ４のいずれの領域に該当するかを判断し、これに該当する値と電池の最初の設計容量（Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）に対比した電池セルの数（総電圧）を乗じた値を計算して、最終の容量劣化率を計算する。ここで、Ｃ１〜Ｃ４に対して計算された劣化容量値を下記の表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
前記表１からわかるように、電池の使用期間は短く、温度が高い場合に、電池セルのサイクル別のＣａｐａｃｉｔｙ値が大きいことを確認することができる。すなわち、電池の使用期間が増加するほど電池セルの発熱は増加するので、電池の容量劣化率は高く現れる。
【００３６】
図３には、本発明の一実施形態に係るＦＣＣがリセットされる時点を示すグラフが模式的に示されている。
【００３７】
図３を参照すると、本発明に係る電池のＳＯＣ推定方法及びシステムは、電池の残量率（ＲＳＯＣ）に対して完全充電後にアップデートされ、最初の使用時点及び最下訂正地点（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  Ｐｏｉｎｔ  Ｌｏｗ）でリセットされることによって、電池の残存容量を正確に予測する。
【００３８】
具体的には、電池のＦＣＣ（ｆｕｌｌ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ）は、電池が最初に完全充電された直後にアップデートされる。充電が終了した後に、電池の最初の使用時点でＦＣＣは初期値にリセットされ、電池の残量率（ＲＳＯＣ）が再充電されて完全充電（１００％）される時点、または電池が最下放電時点（６％）に到達した時点で再びリセットされることによって、リアルタイムで電池の残存容量を計算する。
【００３９】
図４には、本発明の一実施形態に係る電池セルの充電量を示すグラフが模式的に示されており、図５には、本発明の一実施形態に係る電池セルの充電量推定値を示すグラフが模式的に示されている。
【００４０】
これら図面を参照すると、自己放電率及び容量劣化率が補正されたＦＣＣ（ｎｅｗ）値は、実際に測定された電池容量と比較して、正確な電池の残存容量（ＳＯＣ）を示すことによって、使用者が電池の正確な残存容量を確認して、リアルタイムで使用可能な二次電池の容量を正確に予測することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態に係る図面を参照して説明したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範囲内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上で説明したように、本発明に係る電池のＳＯＣ推定方法及びシステムは、二次電池の放電中、放電末期にＳＯＣが急激に低下する現象が発生しても、容量劣化率を計算して補正することによって、ＳＯＣを正確に推定し、使用者に正確なＳＯＣ情報を提供することができる。
【００４３】
また、本発明の電池のＳＯＣ推定方法及びシステムは、正確な二次電池の容量を二次電池が認識することで、電池の長寿命（Ｌｏｎｇｅｖｉｔｙ）が向上するという効果がある。
【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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【国際調査報告】
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