JP2024020493A - バッテリー管理システム、バッテリー管理方法、バッテリーパック及び電気車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】多段定電流充電マップを用いた充電中にモニターされるバッテリーの電圧及び電流に基づいてバッテリーの動作状態に合わせて多段定電流充電マップをアップデートする。【解決手段】電気車両1において、バッテリーパック10は、バッテリー電圧の測定のための電圧センサー111、バッテリー電流の測定のための電流センサー112と、多段定電流充電のための第1~第n基準SOC範囲と第1~第n基準電流との対応関係が記録された充電マップを保存するメモリー部120及び充電開始命令に応じて、第1~第n基準SOC範囲のうちバッテリーBのSOCが属する第k基準SOC範囲に対応する第k基準電流を用いた定電流充電を開始し、バッテリーのSOCが第k基準SOC範囲の上限値に到達する前にバッテリー電圧が第k基準SOC範囲に対応する第k基準電圧に到達したことに応じて、第k基準電圧を用いた定電圧充電に切り換える制御部140を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、バッテリーの充電を制御する技術に関する。
本出願は、2020年8月13日出願の韓国特許出願第10-2020-0101934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、すべて本出願に組み込まれる。
最近、ノートブックPC、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増し、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、反復的な充放電の可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化したバッテリーとしては、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、リチウムバッテリーなどがあり、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリー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、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。
バッテリーを定電流充電することにおいて、充電電流の電流レートが小さい場合には、バッテリーを満充電するまで非常に長い時間が要求される。一方、充電電流の電流レートが高すぎる場合、バッテリーが速く退化する副作用がある。
上記のような問題を解決するために提案された充電プロトコールのうち一つは、充電中のバッテリーの充電状態や電圧に応じて充電電流の電流レートを段階的に調節する「多段定電流充電(multi-stage constant-current charging)」である。電流レートとは、充電電流をバッテリーの最大容量で割った値であって、「C-rate」と称することもあり、単位としては「C」を使用する。多段定電流充電マップは、複数の電流レートと複数のSOC(State of Charge)範囲との対応関係が記録された少なくとも一つのデータ配列を含む。多段定電流充電マップを用いた充電段階は、バッテリーのSOCが各SOC範囲の上限値に到達する度に、次の順序の電流レートの充電電流がバッテリーに供給される過程が繰り返されることで行われる。
バッテリーが新品状態(BOL:Beginning Of Life)から退化していくほど、同じ電流レートによる退化が加速化し得る。
しかし、従来の多段定電流充電マップを用いた充電は、バッテリーの退化を考慮していないという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、多段定電流充電マップを用いた充電中にモニターされるバッテリー電圧及びバッテリー電流に基づいて、多段定電流充電マップをアップデートするバッテリー管理システム、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を目的とする。
また、本発明は、充電段階が複数のSOC範囲のうち一部のみにに対して行われたままで終了されるとしても、一部のSOC範囲の電流レートに対するアップデート結果に基づき、複数のSOC範囲のうち残りの各SOC範囲の電流レートをアップデートするバッテリー管理システム、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を他の目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。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。
本発明の一面によるバッテリー管理システムは、バッテリー電圧の測定の測定のための電圧センサーと、バッテリー電流の測定のための電流センサーと、多段定電流充電のための第1~第n基準SOC範囲と第1~第n基準電流との対応関係が記録された充電マップを保存するメモリー部と、充電開始命令に応じて、前記第1~第n基準SOC範囲のうちバッテリーのSOCが属する第k基準SOC範囲に対応する第k基準電流を用いた定電流充電を開始し、前記定電流充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の上限値に到達する前にバッテリー電圧が前記第k基準SOC範囲に対応する第k基準電圧に到達したことに応じて、前記定電流充電から前記第k基準電圧を用いた定電圧充電に切り換える制御部と、を含む。
前記制御部は、前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電から第(k+1)基準SOC範囲に対応する第(k+1)基準電流を用いた定電流充電に切り換え得る。
前記制御部は、前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電の充電期間にわたる前記バッテリー電流の電流履歴に基づいて前記充電マップの第k基準電流をアップデートし得る。
前記制御部は、前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定するように構成され得る。前記制御部は、前記平均電流と同一に前記第k基準電流をアップデートするように構成され得る。
前記制御部は、前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定するように構成され得る。前記制御部は、前記第k基準電流と第1加重値の積及び前記平均電流と第2加重値の積の和と同一に前記第k基準電流をアップデートするように構成され得る。
前記第1加重値及び前記第2加重値は各々1未満の正数であり、前記第1加重値と前記第2加重値の和が1であり得る。
前記制御部は、前記第k基準電流に対する前記アップデートされた第k基準電流の割合に基づいて、前記第k基準電流を除いた残りの各基準電流をアップデートするように構成され得る。
本発明の他面によるバッテリーパックは、前記バッテリー管理システムを含む。本発明のさらに他面による電気車両は、前記バッテリーパックを含む。
本発明のさらに他面によるバッテリー管理方法は、充電開始命令に応じて、多段定電流充電のための第1~第n基準SOC範囲と、第1~第n基準電流との対応関係が記録された充電マップを読み出す段階と、前記第1~第n基準SOC範囲のうちバッテリーのSOCが属する第k基準SOC範囲に対応する第k基準電流を用いた定電流充電を開始する段階と、前記定電流充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の上限値に到達する前にバッテリー電圧が前記第k基準SOC範囲に対応する第k基準電圧に到達したことに応じて、前記定電流充電から前記第k基準電圧を用いた定電圧充電に切り換える段階と、を含む。
前記バッテリー管理方法は、前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電から第(k+1)基準SOC範囲に対応する第(k+1)基準電流を用いた定電流充電に切り換える段階をさらに含み得る。
前記バッテリー管理方法は、前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電の充電期間にわたるバッテリー電流の電流履歴に基づいて充電マップの第k基準電流をアップデートする段階をさらに含み得る。
前記充電マップの前記第k基準電流をアップデートする段階は、前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定する段階と、前記平均電流と同一に前記第k基準電流をアップデートする段階と、を含み得る。
前記バッテリー管理方法は、前記第k基準電流と前記アップデートされた第k基準電流との割合を決定する段階と、前記割合に基づいて、前記第k基準電流を除いた残りの各基準電流をアップデートする段階と、をさらに含み得る。
前記バッテリー管理方法は、前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電の充電期間にわたるバッテリー電流の電流履歴に基づいて充電マップの第k基準電流をアップデートする段階をさらに含み得る。
前記充電マップの前記第k基準電流をアップデートする段階は、前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定する段階と、前記平均電流と同一に前記第k基準電流をアップデートする段階と、を含み得る。
前記バッテリー管理方法は、前記第k基準電流と前記アップデートされた第k基準電流との割合を決定する段階と、前記割合に基づいて、前記第k基準電流を除いた残りの各基準電流をアップデートする段階と、をさらに含み得る。
本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、多段定電流充電マップを用いた充電中にモニターされるバッテリー電圧及びバッテリー電流に基づいて多段定電流充電マップをアップデート可能である。
また、本発明の実施例の少なくとも一つによると、充電段階が複数のSOC範囲のうち一部のみに対して行われたままで終了してしまっても、一部のSOC範囲の電流レートに対するアップデート結果に基づいて、複数のSOC範囲のうち残りの各SOC範囲の電流レートをアップデート可能である。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。
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。
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。
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。
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いずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。
なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御部」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示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。
さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結(接続)」されているとするとき、これは、「直接的に連結(接続)」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結(接続)」されている場合も含む。
図1は、本発明による電気車両の構成を例示した図である。
図1を参照すると、電気車両1は、バッテリーパック10、インバータ30、電気モーター40及び充電回路50を含む。
バッテリーパック10は、バッテリーB、スイッチ20及びバッテリー管理システム100を含む。
バッテリーBは、少なくとも一つのバッテリーセルを含む。各バッテリーセルは、例えば、リチウムイオンセルなどのように反復的な充放電が可能なものであれば、その種類は特に限定されない。バッテリーBは、バッテリーパック10に設けられた一対の電源端子を通じてインバータ30及び/または充電回路50に結合し得る。
スイッチ20は、バッテリーBに直列で接続される。スイッチ20は、バッテリーBの充放電のための電流経路に設けられる。スイッチ20は、バッテリー管理システム100からのスイッチング信号に応じて、オンオフ制御される。スイッチ20は、コイルの磁気力によってオンオフされる機械式リレーであるか、またはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)のような半導体スイッチであり得る。
インバータ30は、バッテリー管理システム100からの命令に応じて、バッテリーBからの直流電流を交流電流に変換するように提供される。電気モーター40は、例えば、三相交流モーターであり得る。電気モーター40は、インバータ30からの交流電力を用いて駆動する。
バッテリー管理システム100は、バッテリーBの充放電に関わる全般的な制御を担当し得る。
バッテリー管理システム100は、センシング部110、メモリー部120及び制御部140を含む。バッテリー管理システム100は、インターフェース部130及びスイッチドライバー150のうち少なくとも一つをさらに含み得る。
センシング部110は、電圧センサー111及び電流センサー112を含む。センシング部110は、温度センサー113をさらに含み得る。
電圧センサー111は、バッテリーBに並列で接続され、バッテリーBの両端にかかったバッテリー電圧を検出し、検出されたバッテリー電圧を示す電圧信号を生成するように構成される。電流センサー112は、電流経路を通してバッテリーBに直列で接続される。電流センサー112は、バッテリーBを通じて流れるバッテリー電流を検出し、検出されたバッテリー電流を示す電流信号を生成するように構成される。温度センサー113は、バッテリーBの温度を検出し、検出された温度を示す温度信号を生成するように構成される。
メモリー部120は、フラッシュメモリー(登録商標)タイプ(flash memory type)、ハードディスクタイプ(hard disk type)、SSDタイプ(Solid State Disk type,ソリッドステートディスクタイプ)、SDDタイプ(Silicon Disk Drive type,シリコンディスクドライブタイプ)、マルチメディアカードマイクロタイプ(multimedia card micro type)、RAM(random access memory,ランダムアクセスメモリー)、SRAM(static random access memory,スタティックランダムアクセスメモリー)、ROM(read‐only memory,リードオンリーメモリー)、EEPROM(electrically erasable programmable read‐only memory,エレクトリカリーイレーサブルプログラマブルリードオンリーメモリー)、PROM(programmable read‐only memory,プログラマブルリードオンリーメモリー)の少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。メモリー部120は、制御部140による演算動作に要求されるデータ及びプログラムを保存し得る。メモリー部120は、制御部140による演算動作の結果を示すデータを保存し得る。
メモリー部120は、充電マップを保存している。充電マップは、バッテリー管理システム100の出荷前にメモリー部120に予め保存されたものであるか、またはインターフェース部130を介して外部(例えば、バッテリー製造メーカー)や上位コントローラー2から受信されたものであり得る。
充電マップは、バッテリーBの多段定電流充電のための充電段階に用いられる。充電マップには、多段定電流充電のための、第1~第n基準SOC範囲と、第1~第n基準電流と、第1~第n基準電圧との対応関係が記録されている。nは2以上の自然数である。後順位の基準電流は、先順位の基準電流よりも小さくてもよい。
インターフェース部130は、制御部140と上位コントローラー2(例えば、ECU:Electronic Control Unit)との間の有線通信または無線通信を支援するように構成される通信回路を含み得る。有線通信は、例えば、CAN(contoller area network)通信であり、無線通信は、例えば、ジグビー(登録商標)やブルートゥース(登録商標)通信であり得る。勿論、制御部140と上位コントローラ2との間の有無線通信を支援するものであれば、通信プロトコールの種類は特に限定されない。インターフェース部130は、制御部140及び/または上位コントローラー2から受信された情報を使用者が認識可能な形態で提供する出力デバイス(例えば、ディスプレイ、スピーカー)を含み得る。上位コントローラー2は、バッテリー管理システム100との通信によって収集されるバッテリー情報(例えば、電圧、電流、温度、SOC)に基づき、インバータ30を制御し得る。
制御部140は、上位コントローラー2、スイッチ20、充電回路50、センシング部110、メモリー部120、インターフェース部130及び/またはスイッチドライバー150に動作可能に結合し得る。二つの構成が動作可能に結合するということは、単方向または双方向に信号を送受信可能に二つの構成が直・間接的に接続されていることを意味する。
スイッチドライバー150は、制御部140及びスイッチ20に電気的に結合する。スイッチドライバー150は、制御部140からの命令に応じて、スイッチ20を選択的にオンオフするように構成される。制御部140は、充電段階の進行中に、スイッチ20をターンオンすることをスイッチドライバー150に命令し得る。
制御部140は、センシング信号をセンシング部110から収集し得る。センシング信号は、同期検出された電圧信号、電流信号及び/または温度信号を指す。
制御部140は、ハードウェア的に、ASIC(application specific integrated circuit,特定用途向け集積回路 )、DSP(digital signal processor,デジタルシグナルプロセッサ)、DSPD(digital signal processing device,デジタル信号処理デバイス)、PLD(programmable logic device,プログラマブルロジックデバイス)、FPGA(field programmable gate array,フィールドプログラマブルゲートアレイ)、マイクロプロセッサ(microprocessor)、その他の機能遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを用いて具現され得る。
インターフェース部130は、制御部140と充電回路50との双方向通信及び制御部140と上位コントローラー2との双方向通信を中継し得る。充電回路50は、バッテリー管理システム100から要請される電流レートの充電電流をバッテリーBに供給するように構成される。充電回路50は、バッテリー管理システム100から要請される電圧レベルを有する充電電圧をバッテリーBに供給するように構成され得る。制御部140は、インターフェース部130を介して充電開始命令を受信したことに応じて、充電マップを用いた充電段階を開始するように構成される。制御部140は、インターフェース部130を介して充電中断命令を受信したことに応じて、充電マップを用いた充電段階を終了し得る。
制御部140は、センシング信号に基づいてバッテリーBのSOCを決定し得る。SOCを決定することにおいて、OCV(open circuit voltage)-SOC曲線、アンペアカウンティング、カルマンフィルターなどのような公知のアルゴリズムが用いられ得る。
図2は、充電マップに記録された基準SOC範囲と基準電流との対応関係を例示した図であり、図3は、充電マップに記録された基準SOC範囲と基準電圧との対応関係を例示した図である。説明の便宜のために、図2及び図3においては、n=4、即ち、充電マップが、4個の基準SOC範囲と、4個の基準電流と、4個の基準電圧との対応関係を定義することに示した。
図2に示した第1電流プロファイル210は、新品状態であるバッテリーBのための、第1~第4基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOC4と第1~第4基準電流I1~I4との対応関係を示す。第1電流プロファイル210は、データテーブルなどのフォーマットで充電マップに記録され得る。kはn以下の自然数とするとき、Skは第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値である。mがn未満の自然数とするとき、Smは、第m+1基準SOC範囲ΔSOCm+1の下限値と同一である。例えば、S1は、S2を上限値として有する第2基準SOC範囲ΔSOC2の下限値である。第1基準SOC範囲ΔSOC1の下限値S0は、0%であり得る。
制御部140は、バッテリーBのSOCが第m基準SOC範囲ΔSOCm内である場合、第m基準電流Imを用いた定電流充電を充電回路50に命令し得る。
制御部140は、第m基準電流Imを用いた定電流充電中に、バッテリーBの SOCが第m基準SOC範囲ΔSOCmの上限値Smに到達する場合、第m+1基準電流Im+1を用いた定電流充電を充電回路50に命令し得る。
制御部140は、第n基準電流Inを用いた定電流充電中に、バッテリーBの SOCが第n基準SOC範囲ΔSOCnの上限値Snに到達する場合、定電圧充電を充電回路50に命令し得る。これによって、充電マップを用いた多段定電流充電が終了し、定電圧充電に切り換えられ得る。
図3に示した第1電圧プロファイル310は、新品状態であるバッテリーBのための、第1~第4基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOC4と第1~第4基準電圧V1~V4との対応関係を示す。第1電圧プロファイル310は、データテーブルなどのフォーマットで充電マップに記録され得る。Vkは、新品状態であるバッテリーBのSOCが第k基準電流Ikによって第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値Skに到達したときのバッテリー電圧を示す基準電圧として予め決められたものである。
一方、前述したように、バッテリーBが次第に退化していくにつれ、新品状態に比べて同じ大きさの充電電流による電圧上昇が速くなる。これによって、充電マップの第k基準電流Ikを用いた定電流充電中に、バッテリー電圧が第k基準電圧Vkに到達したというのは、バッテリーBが新品状態に比べて退化したことを示す。図3に示した第2電圧プロファイル320は、第1~第4基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOC4に対して第1~第4基準電流I1~I4を順次に用いて、退化したバッテリーBを定電流充電する過程を通じてモニターされたバッテリー電圧の変化を示す。第2電圧プロファイル320を参照すると、V1kは、退化したバッテリーBのSOCが第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値Skに到達したときのバッテリー電圧であって、第k基準電圧Vkより大きいことを確認することができる。即ち、V11>V1、V12>V2、V13>V3、V14>V4である。
第k基準電圧Vkは、第k基準電流Ikを用いた定電流充電が許容される最大電圧であるため、第k基準SOC範囲ΔSOCk内でバッテリー電圧が第k基準電圧Vkを超過することによって、バッテリーBの退化が加速化し得る。したがって、第k基準電流Ikを用いた定電流充電中に、バッテリー電圧が第k基準電圧Vkに到達した場合、バッテリーBの退化を抑制するために充電電流の大きさを第k基準電流Ikよりも小さく調節する必要がある。
図2に示した第2電流プロファイル220及び図3に示した第3電圧プロファイル330は、本発明によるバッテリー管理方法を適用し、退化したバッテリーBを充電する過程を通じてモニターされたバッテリー電流及びバッテリー電圧の各々時系列、即ち、充電中の経時的な変化履歴を示す。
第3電圧プロファイル330を参照すると、制御部140は、第k基準電流Ikを用いた定電流充電中に、設定時間(例えば、0.001秒)毎に、バッテリー電圧、バッテリー電流及びバッテリーSOCをモニターする。制御部140は、バッテリーBのSOCが第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値Skに到達する前にバッテリー電圧が第k基準電圧Vkに到達したことに応じて、第k基準電流Ikを用いた定電流充電から第k基準電圧Vkを用いた定電圧充電へ切り換え得る。これによって、バッテリー電圧が第k基準電圧Vkに到達したときからバッテリーBのSOCが第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値Skに到達するまで、バッテリーBは、第k基準電圧Vkで定電圧充電される。第2電流プロファイル220を参照すると、第k基準電圧Vkを用いた定電圧充電の間、バッテリー電圧が次第に増加することによってバッテリー電流は次第に減少する。
例えば、S1~Z2%のSOC範囲にわたって第2基準電流I2を用いた定電流充電が行われ、その後、Z2~S2%のSOC範囲(第2定電圧充電範囲)にわたってバッテリーBのバッテリー電圧は、第2基準電圧V2と同一に維持された状態で定電圧充電される。また、バッテリーBの第2基準電圧V2による定電圧充電中に、バッテリー電流は、第2基準電流I2から次第に小さくなることを第2電流プロファイル220から確認し得る。
制御部140は、第1~第4基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOC4のうち少なくとも一つに対する充電段階が順次に行われる間にモニターされた、バッテリー電圧及びバッテリー電流に基づき、図2の第1電流プロファイル210及び図3の第1電圧プロファイル310を含む充電マップをアップデートし得る。
具体的には、制御部140は、第k定電圧充電範囲Zk~Skの充電期間である第k定電圧充電期間にわたってモニターされたバッテリー電流の時系列(「電流履歴」と称し得る。)から、第k平均電流を決定し得る。第k平均電流は、第k定電圧充電期間において設定時間毎に反復的にセンシングされたバッテリー電流の平均であり得る。したがって、第k平均電流は、第k基準電流Ikより小さい。
続いて、制御部140は、第k平均電流に基づいて充電マップの第k基準電流Ikをアップデートし得る。図2の第3電流プロファイル230の電流I11~I14は各々、充電マップの基準電流I1~I4をアップデートした結果であり得る。
制御部140は、第k基準電流Ikを第k平均電流と同一にアップデートし得る。例えば、図2を参照すると、第2基準電流I2=120A、第2平均電流=100Aである場合、120Aの第2基準電流I2はそれより小さい100AのI12に変更される。
または、制御部140は、第k基準電流Ikと第1加重値の積及び第k平均電流と第2加重値の積の和と同一に第k基準電流Ikをアップデートし得る。第1加重値及び第2加重値は各々1未満の正数であり、第1加重値と第2加重値の和は1であり得る。例えば、第2基準電流I2=120A、第2平均電流=100A、第1加重値=0.4、第2加重値=0.6である場合、120Aの第2基準電流I2はそれより小さい108AのI12に変更されて充電マップに記録され得る。
一方、前述したバッテリー管理方法による充電段階は、全ての基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOC4各々に対して順次に行われないままで終了される場合が頻繁である。例えば、バッテリーBが完全放電する前に充電が開始されるか、または定電流充電から定電圧充電に切り換えられる前に車両使用者が充電ケーブルを電気車両1から分離することがある。このような場合、前述したことによって充電段階が行われた一部の基準SOC範囲に対応する基準電流のアップデートは可能である一方、残りの基準SOC範囲に対応する基準電流はアップデートされないことがある。
前記のような問題点を解決するために、制御部140は、バッテリーBのSOCがS0より大きいときから充電が開始されるか、またはバッテリーBのSOCがS4より小さいときに充電が終了する場合、全ての基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOC4のうち少なくとも一つの基準SOC範囲に対するアップデート情報に基づいて、残りの各基準SOC範囲に関わる基準電流をアップデートし得る。
第k基準SOC範囲ΔSOCkに対応する第k基準電流Ikのみが前述したバッテリー管理方法によってI1kにアップデートされたと仮定する。制御部140は、Ikに対するI1kの割合を決定した後、決定された割合に基づいて残りの各基準電流をアップデートし得る。例えば、第2基準電流I2が120Aから100Aにアップデートされた場合、制御部140は、第1基準電流I1、第3基準電流I3及び第4基準電流I4に各々100/120=5/6を掛け、第1基準電流I1、第3基準電流I3及び第4基準電流I4をアップデートし得る。
i及びjが各々自然数であり、i≦jであり、iが2以上であり、jはn未満であると仮定する。第i~第j基準SOC範囲ΔSOCi~ΔSOCjに対応する第i~第j基準電流Ii~Ijのみがバッテリー管理方法(図4参照)によってIi~IjからI1i~I1jに各々アップデートされたままで充電段階が終了し得る。そうすると、制御部140は、下記の数式を用いて残りの各基準電流をアップデートできる。
前記数式において、xは、i~jを除いたn以下の自然数であり、Ixは、アップデート前の基準電流であり、I1xは、アップデートされた基準電流である。μavgは、第i~第j基準電流Ii~Ijに対する第i~第jアップデートされた基準電流I1i~I1jの平均の割合である。
一例で、i=2、j=3、n=4、i1=150A、i2=120A、i12=100A、i3=110A、i13=95A、i4=90Aである場合、i11=i1×1/2×{100/120+95/110}A≒127Aであり、i14=i4×1/2×{100/120+95/110}A≒76Aである。
図4は、本発明の第1実施例によるバッテリー管理方法を例示したフローチャートである。
図1~図4を参照すると、段階S410で、制御部140は、充電開始命令に応じて、第1~第n基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOCnと、第1~第n基準電流I1~Inと、第1~第n基準電圧V1~Vnとの対応関係が記録された充電マップ210、310をメモリー部120から読み込む。
段階S420で、制御部140は、第1~第n基準SOC範囲ΔSOC1~ΔSOCnのうちバッテリーBのSOCが属する第k基準SOC範囲ΔSOCkを選択する。例えば、バッテリーBのSOCがS1以上S2未満である場合、第2基準SOC範囲ΔSOC2が選択される。
段階S430で、制御部140は、第k基準SOC範囲ΔSOCkに対応する第k基準電流Ikを用いた定電流充電を開始する。
段階S440で、制御部140は、バッテリーのSOCが第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値Skに到達する前に、バッテリー電圧が第k基準SOC範囲ΔSOCkに対応する第k基準電圧Vkに到達したか否かを判定する。段階S440の値が「はい」である場合、段階S450へ進む。
段階S450で、制御部140は、第k基準電流Ikを用いた定電流充電から第k基準電圧Vkを用いた定電圧充電に切り換える。
段階S460で、制御部140は、バッテリーのSOCが第k基準SOC範囲ΔSOCkの上限値Skに到達したか否かを判定する。段階S460の値が「はい」である場合、段階S470へ進む。
段階S470で、制御部140は、第k基準電圧Vkを用いた定電圧充電の充電期間にわたるバッテリー電流の電流履歴に基づいて充電マップの第k基準電流Ikをアップデートする。
段階S480で、制御部140は、第k基準SOC範囲ΔSOCkが第n基準SOC範囲ΔSOCnであるか否かを判定する。即ち、制御部140は、バッテリーBのSOCが充電マップが規定する多段定電流充電の最大SOC Snに到達したか否かを判定する。段階S480の値が「いいえ」である場合、段階S420へ戻る。段階S480の値が「はい」である場合、図4の方法は終了する。
参考で、アップデート条件が満たされない状態で、充電開始命令が受信された場合、図4の方法から段階S440~S470は省略し得る。
図4の方法は、所定のアップデート条件が満たされた状態で、充電開始命令に応じて開始され得る。アップデート条件は、充電マップ210、310のアップデートが無駄に頻繁に施されないようにするためである。バッテリーBの退化度が一定の水準以上に増加したことを示すこととして、例えば、バッテリーBの累積容量(accumulated capacity)が前回のアップデート時点における累積容量よりも第1臨界値(例えば、100Ah[ampere-hour])以上増加、バッテリーBのサイクル回数が前回のアップデート時点におけるサイクル回数よりも第2臨界値(例えば、50回)以上増加、バッテリーBの容量維持率が前回のアップデート時点における容量維持率(capacity retention rate)よりも第3臨界値(例えば、5%)以上減少、前回のアップデート時点から臨界時間(例えば、一ヶ月)以上の結果などであり得る。
図5は、本発明の第2実施例によるバッテリー管理方法を例示するフローチャートである。図5の方法は、第1~第n基準電流I1~Inのうち第i~j基準電流Ii~Ijのみが図4の方法によってアップデートされた場合、残りの各基準電流をアップデートするのに用いられ得る。即ち、図5の方法は、バッテリーBが第4の方法によってS0~Snの全体SOC範囲のうち一部(例えば、図2のZ1~S3)のみに対して充電された場合に行われ得る。前述したように、i及びjは各々自然数であり、i<jであり、iは2以上であるか、jはn未満である。
段階S510で、制御部140は、第i~第j基準電流Ii~Ijに対する第i~第jアップデートされた基準電流I1i~I1jの平均割合を演算する(上記数式のμavg参照)。
段階S520で、制御部140は、第1~第n基準電流I1~Inのうち、第i~第j基準電流Ii~Ijを除いた各基準電流に平均割合を掛け、各基準電流をアップデートする。
以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例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具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。
以上、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ず、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。
また、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。
Claims (14)
- バッテリー電圧の測定のための電圧センサーと、
バッテリー電流の測定のための電流センサーと、
多段定電流充電のための第1~第n基準SOC範囲と第1~第n基準電流との対応関係が記録された充電マップを保存するメモリー部と、
充電開始命令に応じて、前記第1~第n基準SOC範囲のうちバッテリーのSOCが属する第k基準SOC範囲に対応する第k基準電流を用いた定電流充電を開始し、前記定電流充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の上限値に到達する前にバッテリー電圧が前記第k基準SOC範囲に対応する第k基準電圧に到達したことに応じて、前記定電流充電から前記第k基準電圧を用いた定電圧充電に切り換える制御部と、を含む、バッテリー管理システム。 - 前記制御部は、
前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電から第(k+1)基準SOC範囲に対応する第(k+1)基準電流を用いた定電流充電に切り換える、請求項1に記載のバッテリー管理システム。 - 前記制御部は、
前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電の充電期間にわたる前記バッテリー電流の電流履歴に基づいて前記充電マップの第k基準電流をアップデートする、請求項1に記載のバッテリー管理システム。 - 前記制御部は、
前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定し、
前記平均電流と同一に前記第k基準電流をアップデートする、請求項3に記載のバッテリー管理システム。 - 前記制御部は、
前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定し、
前記第k基準電流と第1加重値の積及び前記平均電流と第2加重値の積の和と同一に前記第k基準電流をアップデートする、請求項3に記載のバッテリー管理システム。 - 前記第1加重値及び前記第2加重値は各々1未満の正数であり、前記第1加重値と前記第2加重値の和が1である、請求項5に記載のバッテリー管理システム。
- 前記制御部は、
前記第k基準電流に対する前記アップデートされた第k基準電流の割合に基づいて、前記第k基準電流を除いた残りの各基準電流をアップデートする、請求項3に記載のバッテリー管理システム。 - 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システムを含む、バッテリーパック。
- 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。
- バッテリー管理方法であって、
充電開始命令に応じて、多段定電流充電のための第1~第n基準SOC範囲と、第1~第n基準電流との対応関係が記録された充電マップを読み出す段階と、
前記第1~第n基準SOC範囲のうちバッテリーのSOCが属する第k基準SOC範囲に対応する第k基準電流を用いた定電流充電を開始する段階と、
前記定電流充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の上限値に到達する前にバッテリー電圧が前記第k基準SOC範囲に対応する第k基準電圧に到達したことに応じて、前記定電流充電から前記第k基準電圧を用いた定電圧充電に切り換える段階と、を含む、バッテリー管理方法。 - 前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電から第(k+1)基準SOC範囲に対応する第(k+1)基準電流を用いた定電流充電に切り換える段階をさらに含む、請求項10に記載のバッテリー管理方法。
- 前記定電圧充電中に、前記バッテリーのSOCが前記第k基準SOC範囲の前記上限値に到達したことに応じて、前記定電圧充電の充電期間にわたる前記バッテリーの電流の電流履歴に基づいて前記充電マップの第k基準電流をアップデートする段階をさらに含む、請求項10に記載のバッテリー管理方法。
- 前記充電マップの前記第k基準電流をアップデートする段階は、
前記電流履歴に基づいて前記充電期間における平均電流を決定する段階と、
前記平均電流と同一に前記第k基準電流をアップデートする段階と、を含む、請求項12に記載のバッテリー管理方法。 - 前記第k基準電流と前記アップデートされた第k基準電流との割合を決定する段階と、
前記割合に基づいて、前記第k基準電流を除いた残りの各基準電流をアップデートする段階と、をさらに含む、請求項12に記載のバッテリー管理方法。
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