JP7358704B2 - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２１年１月１２日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０００４１５８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。
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、バッテリーの性能効率を向上させることができるバッテリー管理装置及び方法に関する。
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バッテリーに対する研究が活発に行われている。
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って、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。
また、近年、バッテリーの高容量化及び高出力化などの多様な目標を達成するため、２種以上の物質を混合した負極活物質に対して研究が行われている。ただし、２種以上の物質は互いに充放電効率と反応電圧帯が相異なるため、相対的に充放電効率の低い物質が速く退化してバッテリーの退化問題が発生している。したがって、２種以上の物質が混合された負極活物質を含むバッテリーに対し、寿命を延ばすことができる方案が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの放電終了電圧を調整することで、バッテリーの性能効率及び寿命を延ばすことができ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。
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、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。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。
本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、サイクル毎に予め設定された放電終了電圧までバッテリーの放電が終了した後、バッテリーの電圧を測定するように構成された測定部と、サイクル毎に測定部からバッテリーの電圧情報を受信し、予め設定された第１基準電圧とバッテリーの電圧とに基づいてバッテリーの第１電圧差を算出し、それぞれのサイクルにおける第１電圧差と予め設定された第２基準電圧との第２電圧差を算出し、現在サイクルに対応するように設定された基準差及び現在サイクルで算出された第２電圧差に基づいて放電終了電圧を調整するように構成された制御部と、を含む。
制御部は、予め設定された複数のサイクル区間のうち、現在サイクルが属するサイクル区間を決定し、決定されたサイクル区間に対して設定された基準差及び算出された第２電圧差に基づいて放電終了電圧を調整するように構成され得る。
制御部は、算出された第２電圧差が基準差以上であれば、放電終了電圧を増加させるように構成され得る。
複数のサイクル区間は、バッテリーに対応する基準セルに対するサイクル毎の容量維持率に基づいて設定され得る。
制御部は、バッテリーに対応する基準セルに対してサイクルと容量との間の対応関係を示す容量プロファイルを取得し、容量プロファイルに含まれた複数のサイクルをサイクルに対する容量変化率に応じて複数のサイクル区間に区分して設定するように構成され得る。
制御部は、複数のサイクル区間のそれぞれに基準差を設定し、複数のサイクル区間のうちの最初サイクル区間に対応する基準差を残りのサイクル区間に対応する基準差よりも低く設定するように構成され得る。
制御部は、放電終了電圧が変更された後、第２基準電圧を放電終了電圧が変更された後のサイクルに対応する第１電圧差に変更するように構成され得る。
測定部は、バッテリーの放電が終了してから所定の時間が経過した後、バッテリーの休止電圧を測定し、バッテリーの電圧情報として休止電圧を送信するように構成され得る。
制御部は、休止電圧と第１基準電圧との差を計算して第１電圧差を算出するように構成され得る。
本発明の他の一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。
本発明のさらに他の一態様によるバッテリー管理方法は、サイクル毎に予め設定された放電終了電圧までバッテリーの放電が終了した後、バッテリーの電圧を測定する電圧測定段階と、予め設定された第１基準電圧とバッテリーの電圧とに基づいてバッテリーの第１電圧差を算出する第１電圧差算出段階と、それぞれのサイクルにおける第１電圧差と予め設定された第２基準電圧との第２電圧差を算出する第２電圧差算出段階と、現在サイクルに対応するように設定された基準差及び現在サイクルで算出された第２電圧差に基づいて放電終了電圧を調整する放電終了電圧調整段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、バッテリー管理装置がバッテリーの電圧に基づいて放電終了電圧を調整することで、バッテリーの性能効率を向上させ、バッテリーの寿命を延ばすことができる。
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、後述する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。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの電圧プロファイルと基準セルの電圧プロファイルを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの容量プロファイルと基準セルの容量プロファイルを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーのＣＥプロファイルと基準セルのＣＥプロファイルを概略的に示した図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の一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。
本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び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。
また、本発明の説明において、関連する公知の機能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、その詳細な説明を省略する。
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。
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。
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（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけでなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。
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。
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を概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、測定部１１０及び制御部１２０を含む。
測定部１１０は、サイクル毎に予め設定された放電終了電圧までバッテリーの放電が終了した後、バッテリーの電圧を測定するように構成され得る。
ここで、バッテリーは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムイオン電池をバッテリーとして見なし得る。
ここで、サイクルは、バッテリーが完全充電された後、完全放電する回数を示し得る。例えば、バッテリーのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、充電状態）が０％から１００％まで充電され、バッテリーのＳＯＣが１００％から０％まで放電する過程を１サイクルと表し得る。
具体的には、測定部１１０は、バッテリーの放電が終了してから所定の時間が経過した後、バッテリーの休止電圧を測定するように構成され得る。
例えば、測定部１１０は、バッテリーに対する放電が終了した後、所定の時間が経過した後のバッテリーの開放電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）を測定し得る。
そして、制御部１２０は、サイクル毎に測定部１１０からバッテリーの電圧情報を受信するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、測定部１１０と通信可能に接続され得る。したがって、制御部１２０は、測定部１１０からサイクル毎にバッテリーの電圧情報を受信し得る。
具体的には、測定部１１０は、サイクル毎にバッテリーの電圧情報を制御部１２０に送信し、このとき、バッテリーの電圧情報として休止電圧を送信するように構成され得る。
制御部１２０は、予め設定された第１基準電圧とバッテリーの電圧とに基づいてバッテリーの第１電圧差を算出するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、下記の数式１を計算して第１電圧差を算出し得る。
［数式１］
VD1 = V - VR1
ここで、ＶＤ１は第１電圧差であり、Ｖは測定部１１０によって測定されたバッテリーの電圧であり、ＶＲ１は第１基準電圧であり得る。
具体的には、第１基準電圧は、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーに対して設定されるものであって、ＢＯＬ状態のバッテリーに対する開放電圧として設定され得る。望ましくは、第１基準電圧は、ＢＯＬ状態のバッテリーに対する放電終了後の開放電圧として設定され得る。すなわち、第１電圧差ＶＤ１は、予め設定された第１基準電圧（開放電圧）と測定されたバッテリーの電圧（開放電圧）との差によって算出され得る。
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーの電圧プロファイルＰｖと基準セルの電圧プロファイルＲｖを概略的に示した図である。具体的には、バッテリーの電圧プロファイルＰｖは、サイクルとバッテリーの電圧との間の対応関係を示すプロファイルであり得る。
例えば、図２の実施形態において、第０サイクルでは、第１電圧差ＶＤ１が０ｍＶに予め設定され得る。第１９サイクルでは、数式１による「バッテリーの電圧（Ｖ）－第１基準電圧（ＶＲ１）」の計算結果として第１電圧差ＶＤ１が－７ｍＶに算出され得る。すなわち、第１９サイクルでは、第１基準電圧ＶＲ１よりもバッテリーの電圧Ｖが低いことがあり得る。
制御部１２０は、それぞれのサイクルにおける第１電圧差と予め設定された第２基準電圧との第２電圧差を算出するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、下記の数式２を計算して第２電圧差を算出し得る。
［数式２］
VD2 = |VD1 - VR2|
ここで、ＶＤ２は第２電圧差であり、ＶＤ１は数式１による第１電圧差であり、ＶＲ２は第２基準電圧であり得る。具体的には、第２基準電圧ＶＲ２は、第０サイクルまたは放電終了電圧が変更された直後のサイクルにおける第１電圧差ＶＤ１であり得る。
例えば、図２の実施形態において、第０サイクル～第１９サイクルの第２基準電圧ＶＲ２は０ｍＶであり得る。すなわち、第０サイクル～第１９サイクルにおける基準サイクルは第０サイクルであり、第２基準電圧ＶＲ２は第０サイクルの第１電圧差ＶＤ１である０ｍＶであり得る。すなわち、第０サイクルでは、第１電圧差ＶＤ１及び第２基準電圧ＶＲ２が０ｍＶに予め設定され得る。第０サイクル～第１９サイクルにおいて、制御部１２０は、数式２によってバッテリーの第１電圧差ＶＤ１と第２基準電圧ＶＲ２との差を計算し、第２電圧差ＶＤ２を算出し得る。
また、図２の実施形態において、第２０サイクル～第１３９サイクルの第２基準電圧ＶＲ２は２８ｍＶであり得る。すなわち、第２０サイクル～第１３９サイクルにおける基準サイクルは第２０サイクルであり、第２基準電圧ＶＲ２は第２０サイクルの第１電圧差ＶＤ１である２８ｍＶであり得る。第２０サイクル～第１３９サイクルにおいて、制御部１２０は、数式２によってバッテリーの第１電圧差ＶＤ１と第２基準電圧ＶＲ２との差を計算し、第２電圧差ＶＤ２を算出し得る。
また、図２の実施形態において、第１４０サイクル以後の基準サイクルは第１４０サイクルであり、第２基準電圧ＶＲ２は第１４０サイクルの第１電圧差ＶＤ１である５６ｍＶであり得る。第１４０サイクルの後、制御部１２０は、数式２によってバッテリーの第１電圧差ＶＤ１と第２基準電圧ＶＲ２との差を計算し、第２電圧差ＶＤ２を算出し得る。
制御部１２０は、現在サイクルに対応するように設定された基準差及び現在サイクルで算出された第２電圧差に基づいて放電終了電圧を調整するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、予め設定された複数のサイクル区間のうち、現在サイクルが属するサイクル区間を決定するように構成され得る。
例えば、図２の実施形態において、複数のサイクル区間は第１サイクル区間Ｒ１及び第２サイクル区間Ｒ２を含み得る。第１サイクル区間Ｒ１は第０サイクル～第１００サイクルを含み、第２サイクル区間Ｒ２は第１０１サイクル～第４００サイクルを含み得る。
そして、制御部１２０は、決定されたサイクル区間に対して設定された基準差及び算出された第２電圧差に基づいて放電終了電圧を調整するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、算出された第２電圧差が基準差以上であれば、放電終了電圧を増加させるように構成され得る。逆に、制御部１２０は、算出された第２電圧差が基準差未満であれば、放電終了電圧をそのまま維持させ得る。
図２の実施形態において、第１サイクル区間Ｒ１に対して設定された基準差は７ｍＶであり、第２サイクル区間Ｒ２に対して設定された基準差は１０ｍＶであり得る。そして、第１９サイクルで算出された第２電圧差は７ｍＶであり得る。すなわち、第１９サイクルでは、第２基準電圧（０ｍＶ）と第１電圧差（－７ｍＶ）との第２電圧差（７ｍｖ）が第１サイクル区間Ｒ１に対して設定された基準差（７ｍＶ）以上であるため、制御部１２０は、第２０サイクルから放電終了電圧を増加させ得る。
そして、第２基準電圧は、第２０サイクルから、０ｍＶから２８ｍＶに変更され得る。すなわち、制御部１２０は、放電終了電圧が変更された後、第２基準電圧を放電終了電圧が変更された後のサイクルに対応する第１電圧差に変更するように構成され得る。
また、第１３９サイクルで算出された第２電圧差は、１０ｍＶであり得る。すなわち、第１３９サイクルでは、第２基準電圧（２８ｍＶ）と第１電圧差（１８ｍＶ）との第２電圧差（１０ｍＶ）が第２サイクル区間Ｒ２に対して設定された基準差（１０ｍＶ）以上であるため、制御部１２０は、第１４０サイクルから放電終了電圧をさらに増加させ得る。
そして、第２基準電圧は、第１４０サイクルから、２８ｍＶから５６ｍＶに変更され得る。図２の実施形態において、第１４０サイクル以後は第２電圧差が基準差以上に算出されなかったため、制御部１２０によって放電終了電圧がさらに増加することはない。
図２をさらに参照すると、基準セルの電圧プロファイルＲｖは、制御部１２０によって放電終了電圧が調整されない基準セルに対する電圧プロファイルであり得る。ここで、基準セルは、バッテリーに対応するものであって、本発明による実施形態と比較される比較形態のために設けられたバッテリーであり得る。
基準セルに対しては放電終了電圧が調整されないため、略第２１０サイクルまで基準セルの第１電圧差が減少し、その後は第１電圧差が増加し得る。
バッテリーと基準セルとの具体的な比較は、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーの容量プロファイルＰｃｒと基準セルの容量プロファイルＲｃｒを概略的に示した図である。
具体的には、図３の容量プロファイルは、サイクルと容量維持率との間の対応関係を示すプロファイルであり得る。ここで、容量維持率とは、初期サイクルにおけるバッテリーの放電容量に対する現在サイクルにおける放電容量の割合であり得る。
一般に、バッテリーセルは、サイクルが増加するほど退化するため、サイクルが増加するにつれて容量維持率が減少し得る。
図３を参照すると、第０サイクル～第１９サイクルまではバッテリーと基準セルの容量維持率が同様に減少し得る。一方、バッテリーに対する放電終了電圧が調整された第２０サイクルからは、バッテリーの容量維持率の減少率が基準セルの容量維持率の減少率よりも低くなり得る。また、バッテリーに対する放電終了電圧がさらに調整された第１４０サイクルからは、バッテリーの容量維持率の減少率が基準セルの容量維持率の減少率よりもさらに低くなり得る。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーに対する放電終了電圧を適切に調整することで、バッテリーの容量維持率の減少率を低減させることができる。したがって、バッテリー及び基準セルが退化するほど、バッテリーが基準セルに比べてより多くの容量を維持できるため、バッテリーの寿命を延長可能である。
図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーのＣＥプロファイルＰｃｅと基準セルのＣＥプロファイルＲｃｅを概略的に示した図である。
具体的には、図４のＣＥプロファイルは、サイクルとクーロン効率（Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＣＥ）との対応関係を示すプロファイルである。ここで、クーロン効率とは、直前サイクルにおける容量に対する現在サイクルにおける容量の割合を意味する。
図４を参照すると、バッテリーに対するクーロン効率は、第０サイクル～略第１６０サイクルで一定水準内に維持され得る。図２をさらに参照すると、第２０サイクル及び第１４０サイクルで放電終了電圧が調整されたため、第２０サイクル及び第１４０サイクルにおけるクーロン効率は一時的に減少し得るが、その他のサイクルではクーロン効率が一定水準内で維持され得る。
また、バッテリーに対するクーロン効率は、略第１６０サイクル以後にも一定水準内に維持され、略第３００サイクル以後から増加し得る。
一方、基準セルに対するクーロン効率は、サイクルの増加とともに減少し、略第３００サイクル以後から増加し得る。
すなわち、制御部によって放電終了電圧が調整されるバッテリーのクーロン効率は一定範囲内で維持されるが、放電終了電圧が全く調整されない基準セルは、サイクルの増加とともに（基準セルが退化するにつれて）減少する傾向を見せる。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーの電圧に基づいて放電終了電圧を調整することで、バッテリーに対するクーロン効率を一定水準に維持することができる。したがって、基準セルと比べて、バッテリーの性能効率が向上することができる。
一方、バッテリー管理装置１００に備えられた制御部１２０は、本発明で行われる多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、特定用途向け集積回路）、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。また、制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、制御部１２０は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、制御部１２０によって実行され得る。メモリは、制御部１２０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１２０と接続され得る。
また、バッテリー管理装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、バッテリー管理装置１００の各構成要素が動作及び機能を遂行するのに必要なデータ、若しくは、プログラムまたは動作及び機能が行われる過程で生成されるデータなどを保存し得る。保存部１３０は、データを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記録手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、情報記録手段にはＲＡＭ、フラッシュ（登録商標）メモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどが含まれ得る。また、保存部１３０は、制御部１２０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを保存し得る。
例えば、保存部１３０には、基準セルに対する電圧プロファイル、容量プロファイル及びＣＥプロファイルが予め保存され得る。
複数のサイクル区間は、バッテリーに対応する基準セルに対するサイクル毎の容量維持率に基づいて設定され得る。
望ましくは、バッテリー及び基準セルは、２種以上の物質が混合されて製作された負極活物質を含み得る。具体的には、バッテリー及び基準セルは、充放電効率と反応電圧帯が互いに異なる２種以上の物質が混合された負極活物質を含み得る。
例えば、図２～図４の実施形態において、バッテリー及び基準セルは、ＳｉＯ及びグラファイトが混合された負極活物質を含み得る。この場合、ＳｉＯは、グラファイトに比べて充放電効率及び反応電圧帯が低く、初期サイクルでより大きい容量を発現し得る。
したがって、複数のサイクル区間は、ＳｉＯによってより大きい容量が発現されるサイクル区間とグラファイトによってより大きい容量が発現されるサイクル区間とに予め区分されて設定され得る。
例えば、図３の実施形態において、複数のサイクル区間は、ＳｉＯに対応する第０サイクル～第１００サイクルを含む第１サイクル区間Ｒ１と、グラファイトに対応する第１０１サイクル以後の第２サイクル区間Ｒ２とに予め区分されて設定され得る。
したがって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーに含まれた複合負極活物質を考慮して複数のサイクル区間を設定し、それぞれのサイクル区間に対する基準差を設定することで、バッテリーの退化に対応するように放電終了電圧を調整することができる。したがって、複合負極活物質を含むバッテリーの寿命を延ばすことができる。
以下、複数のサイクル区間が制御部１２０によって設定される実施形態を説明する。
制御部１２０は、バッテリーに対応する基準セルに対してサイクルと容量との間の対応関係を示す容量プロファイルを取得するように構成され得る。
例えば、図３の実施形態において、制御部１２０は、基準セルの容量プロファイルＲｃｒを取得し得る。制御部１２０は、外部サーバーまたは外部装置から基準セルの容量プロファイルＲｃｒを取得し得る。また、制御部１２０は、保存部１３０にアクセスして、保存部１３０に予め保存された基準セルの容量プロファイルＲｃｒを取得してもよい。
制御部１２０は、容量プロファイルに含まれた複数のサイクルをサイクルに対する容量変化率に応じて複数のサイクル区間に区分して設定するように構成され得る。
例えば、容量変化率とは、サイクルに対する容量維持率の瞬間変化率であり得る。すなわち、制御部１２０は、取得した基準セルの容量プロファイルＲｃｒに基づいて、サイクルに対する容量維持率の瞬間変化率を容量変化率として算出し得る。
制御部１２０は、算出された容量変化率と基準変化率とを比較し、比較結果に応じて複数のサイクル区間を設定するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、第０サイクルから１サイクルずつサイクルを増加させながら、容量変化率と基準変化率とを比較し得る。そして、制御部１２０は、容量変化率が基準変化率以下であるサイクルを決定し、決定されたサイクルを基準にして複数のサイクル区間を区分し得る。すなわち、制御部１２０は、基準セルの退化が加速するサイクルを基準にして複数のサイクル区間を区分するように構成され得る。
図３の実施形態において、第１００サイクルにおける容量変化率は基準変化率以下であり得る。したがって、制御部１２０は、第１００サイクルを基準にして以前のサイクルを第１サイクル区間Ｒ１に設定し、以後のサイクルを第２サイクル区間Ｒ２に設定し得る。
したがって、バッテリー管理装置１００は、２種以上の物質が混合された複合負極活物質を含む基準セルの容量プロファイルＲｃｒに基づいて複数のサイクル区間を設定し、複数のサイクルにそれぞれ対応する基準差を設定することで、バッテリーの放電終了電圧を適切に調整することができる。
制御部１２０は、複数のサイクル区間のそれぞれに対して基準差を設定し、このとき、複数のサイクル区間のうちの最初サイクル区間に対応する基準差を残りのサイクル区間に対応する基準差よりも低く設定するように構成され得る。
例えば、図２～図４の実施形態において、第１サイクル区間Ｒ１に設定された基準差は、第２サイクル区間Ｒ２に設定された基準差よりも小さく設定され得る。
具体的には、２種以上の複合負極活物質を含むバッテリーは、初期サイクルにおいて、充放電効率及び反応電圧帯が低い活物質の使用領域が拡張されて容量が発現されるため、初期サイクルにおける容量変化率の減少幅が小さい。
ただし、充放電効率及び反応電圧帯が低い活物質の容量が発現されることによって、バッテリーの総容量は保存されているかのように見えても、バッテリーの退化は加速しているおそれがある。
例えば、図３の基準セルの容量プロファイルＲｃｒを参照すると、第１サイクル区間Ｒ１における容量維持率の変化率は、ＳｉＯの容量発現によって、第２サイクル区間Ｒ２における容量維持率の変化率よりも低い。ただし、ＳｉＯの容量発現によって基準セルの退化が進んでいるため、制御部１２０は、第１サイクル区間Ｒ１に対する基準差を第２サイクル区間Ｒ２に対する基準差よりも低く設定し得る。そして、制御部１２０は、第１サイクル区間Ｒ１及び第２サイクル区間Ｒ２で相異なるように設定された基準差に基づいてバッテリーの放電終了電圧を調整することで、バッテリーに含まれたＳｉＯの容量発現をさらに抑制することができる。したがって、初期サイクルにおいて、バッテリーでのＳｉＯの容量発現を効果的に減少できるため、バッテリーの寿命が延び、性能効率が向上することができる。
本発明によるバッテリー管理装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリー管理システム）に適用可能である。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー管理装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー管理装置１００の各構成要素の少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、バッテリー管理装置１００の測定部１１０、制御部１２０及び保存部１３０は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
図５は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。
本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、上述したバッテリー管理装置１００及び一つ以上のバッテリーセルＢを含み得る。また、バッテリーパック１は、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含み得る。
図５を参照すると、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋及び負極端子Ｐ－を通じて負荷２がバッテリーＢに接続され得る。負荷２は、バッテリーＢを充電及び放電させるように構成され得る。望ましくは、負荷２は、バッテリーＢを放電終了電圧まで放電させ得る。また、負荷２は、制御部１２０によって変更された放電終了電圧に対応するようにバッテリーＢを放電させ得る。
測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１及び第２センシングラインＳＬ２を通じてバッテリーＢと接続され得る。測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１を通じてバッテリーＢの正極電圧を測定し、第２センシングラインＳＬ２を通じてバッテリーＢの負極電圧を測定し得る。そして、測定部１１０は、測定した正極電圧と負極電圧との差を計算し、バッテリーＢの電圧を測定し得る。
もし、バッテリーパック１に基準セルＲＢが含まれた場合、測定部１１０は、基準セルＲＢの電圧を測定するものの、制御部１２０によって基準セルＲＢに対する放電終了電圧が調整されることはない。
図６は、本発明のさらに他の一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。
望ましくは、バッテリー管理方法の各段階はバッテリー管理装置１００によって実行できる。以下では、上述した説明と重なる内容は省略するか又は簡単に説明する。
図６を参照すると、バッテリー管理方法は、電圧測定段階Ｓ１００、第１電圧差算出段階Ｓ２００、第２電圧差算出段階Ｓ３００、及び放電終了電圧調整段階Ｓ４００を含み得る。
電圧測定段階Ｓ１００は、サイクル毎に予め設定された放電終了電圧までバッテリーＢの放電が終了した後、バッテリーＢの電圧を測定する段階であって、測定部１１０によって実行できる。
第１電圧差算出段階Ｓ２００は、予め設定された第１基準電圧とバッテリーＢの電圧とに基づいてバッテリーＢの第１電圧差を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、測定されたバッテリーＢの電圧及び予め設定された第１基準電圧に基づいて、バッテリーＢに対する第１電圧差をサイクル毎に算出し得る。
第２電圧差算出段階Ｓ３００は、それぞれのサイクルにおける第１電圧差と予め設定された第２基準電圧との第２電圧差を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態の第０サイクル～第１９サイクルにおいて、制御部１２０は、数式２によってバッテリーの第１電圧差ＶＤ１と第２基準電圧ＶＲ２との差を計算し、第２電圧差ＶＤ２を算出し得る。第０サイクル～第１９サイクルの第２基準電圧ＶＲ２は、第０サイクルの第１電圧差ＶＤ１である０ｍＶであり得る。
また、図２の実施形態の第２０サイクル～第１３９サイクルにおいて、制御部１２０は、数式２によってバッテリーの第１電圧差ＶＤ１と第２基準電圧ＶＲ２との差を計算し、第２電圧差ＶＤ２を算出し得る。第２０サイクル～第１３９サイクルの第２基準電圧ＶＲ２は、第２０サイクルの第１電圧差ＶＤ１である２８ｍＶであり得る。
また、図２の実施形態の第１４０サイクル以後の基準サイクルは第１４０サイクルであり、第２基準電圧ＶＲ２は第１４０サイクルの第１電圧差ＶＤ１である５６ｍＶであり得る。
放電終了電圧調整段階Ｓ４００は、現在サイクルに対応するように設定された基準差及び現在サイクルで算出された第２電圧差に基づいて放電終了電圧を調整する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
図２の実施形態において、第１サイクル区間Ｒ１に対して設定された基準差は７ｍＶであり、第２サイクル区間Ｒ２に対して設定された基準差は１０ｍＶであり得る。そして、第１９サイクルで算出された第２電圧差は７ｍＶであり得る。すなわち、第１９サイクルでは、第２基準電圧（０ｍＶ）と第１電圧差（－７ｍＶ）との第２電圧差（７ｍｖ）が第１サイクル区間Ｒ１に対して設定された基準差（７ｍＶ）以上であるため、制御部１２０は、第２０サイクルから放電終了電圧を増加させることができる。
そして、第２基準電圧は、第２０サイクルから、０ｍＶから２８ｍＶに変更され得る。すなわち、制御部１２０は、放電終了電圧が変更された後、第２基準電圧を放電終了電圧が変更された後のサイクルに対応する第１電圧差に変更するように構成され得る。
また、第１３９サイクルで算出された第２電圧差は１０ｍＶであり得る。すなわち、第１３９サイクルでは、第２基準電圧（２８ｍＶ）と第１電圧差（１８ｍＶ）との第２電圧差（１０ｍＶ）が第２サイクル区間Ｒ２に対して設定された基準差（１０ｍＶ）以上であるため、制御部１２０は、第１４０サイクルから放電終了電圧をさらに増加させることができる。
そして、第２基準電圧は、第１４０サイクルから、２８ｍＶから５６ｍＶに変更され得る。図２の実施形態において、第１４０サイクル以後は基準差以上の第２電圧差が算出されなかったため、制御部１２０によって放電終了電圧がさらに増加することはない。
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。
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。
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。
１：バッテリーパック
２：負荷
１００：バッテリー管理装置
１１０：測定部
１２０：制御部
１３０：保存部

Claims (10)

  1. サイクル毎に予め設定された放電終了電圧までバッテリーの放電が終了した後、前記バッテリーの電圧を測定する測定部と、
    前記サイクル毎に前記測定部から前記バッテリーの電圧情報を受信し、予め設定された第１基準電圧と前記バッテリーの電圧とに基づいて前記バッテリーの第１電圧差を算出し、それぞれのサイクルにおける前記第１電圧差と予め設定された第２基準電圧との第２電圧差を算出し、現在サイクルに対応するように設定された基準差及び前記現在サイクルで算出された第２電圧差に基づいて前記放電終了電圧を調整する制御部と、を含む、バッテリー管理装置。
  2. 前記制御部は、
    予め設定された複数のサイクル区間のうち、前記現在サイクルが属するサイクル区間を決定し、
    決定されたサイクル区間に対して設定された基準差及び前記算出された第２電圧差に基づいて前記放電終了電圧を調整する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記算出された第２電圧差が前記基準差以上である場合、前記放電終了電圧を増加させる、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記複数のサイクル区間は、
    前記バッテリーに対応する基準セルに対するサイクル毎の容量維持率に基づいて設定される、請求項２または３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記制御部は、
    前記バッテリーに対応する基準セルに対してサイクルと容量との間の対応関係を示す容量プロファイルを取得し、
    前記容量プロファイルに含まれた複数のサイクルを前記サイクルに対する容量変化率に応じて複数のサイクル区間に区分して設定する、請求項２または３に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記複数のサイクル区間のそれぞれに前記基準差を設定し、前記複数のサイクル区間のうちの最初サイクル区間に対応する前記基準差を残りのサイクル区間に対応する前記基準差よりも低く設定する、請求項２から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記制御部は、
    前記放電終了電圧が変更された後、前記第２基準電圧を前記放電終了電圧が変更された後のサイクルに対応する前記第１電圧差に変更する、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記測定部は、
    前記バッテリーの放電が終了してから所定の時間が経過した後、前記バッテリーの休止電圧を測定し、前記バッテリーの電圧情報として前記休止電圧を送信し、
    前記制御部は、
    前記休止電圧と前記第１基準電圧との差を計算して前記第１電圧差を算出する、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。
  9. 請求項１から８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。
  10. サイクル毎に予め設定された放電終了電圧までバッテリーの放電が終了した後、前記バッテリーの電圧を測定する電圧測定段階と、
    予め設定された第１基準電圧と前記バッテリーの電圧とに基づいて前記バッテリーの第１電圧差を算出する第１電圧差算出段階と、
    それぞれのサイクルにおける前記第１電圧差と予め設定された第２基準電圧との第２電圧差を算出する第２電圧差算出段階と、
    現在サイクルに対応するように設定された基準差及び前記現在サイクルで算出された第２電圧差に基づいて前記放電終了電圧を調整する放電終了電圧調整段階と、を含む、バッテリー管理方法。
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