特許 6622448 バッテリ管理システムおよびその駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6622448

(24)【登録日】2019年11月29日

(45)【発行日】2019年12月18日

(54)【発明の名称】バッテリ管理システムおよびその駆動方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/36 20190101AFI20191209BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20191209BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20191209BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/36

   H01M10/48 P

   H01M10/48 301

   H02J7/00 X

【請求項の数】18

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-215323(P2013-215323)

(22)【出願日】2013年10月16日

(65)【公開番号】特開2014-211427(P2014-211427A)

(43)【公開日】2014年11月13日

【審査請求日】2016年10月6日

【審判番号】不服2018-11314(P2018-11314/J1)

【審判請求日】2018年8月21日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0043023

(32)【優先日】2013年4月18日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】趙 永信

(72)【発明者】

【氏名】李 守眞

(72)【発明者】

【氏名】沈 ▲ヨン▼祐

【合議体】

【審判長】 中塚 直樹

【審判官】 梶田 真也

【審判官】 小林 紀史

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００４１６０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／０１９００５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２４７３３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01R31/36, H01M10/48, H02J7/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリの電流および電圧を測定して電流データおよび電圧データを取得するセンシング部と、
前記電流データおよび前記電圧データを用いて前記バッテリの容量を管理するＭＣＵとを含み、
前記ＭＣＵは、
前記電流データおよび前記バッテリの内部抵抗を用いて、前記バッテリの現在の放電条件で使用不可能な使用不能容量を算出する使用不能容量算出部と、
前記バッテリが安定した時点で測定された電圧データのＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を用いて、前記バッテリの既使用容量を算出する既使用容量算出部と、
前記既使用容量と前記既使用容量が算出された時点から前記バッテリの満充電時点までの電流データが積算された第１電流積算値との差分に基づいて、前記バッテリの未充電容量を算出する未充電容量算出部とを含むことを特徴とするバッテリ管理システム。

【請求項2】

前記使用不能容量は、前記電圧データが放電中止電圧に到達して前記バッテリが完全放電になった場合、前記バッテリに残っている残余容量を意味することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。

【請求項3】

前記センシング部は、前記バッテリの温度を測定して温度データをさらに取得するが、前記放電条件は、現在の放電時点で取得される前記電流データの大きさおよび前記温度データの大きさのうちの少なくとも１つを意味することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。

【請求項4】

前記使用不能容量算出部は、前記ＭＣＵに予め格納された電流データおよび内部抵抗と使用不能容量との比例係数をさらに用いて、前記放電条件での使用不能容量を算出することを特徴とする請求項３に記載のバッテリ管理システム。

【請求項5】

前記使用不能容量算出部は、前記バッテリの内部抵抗を、前記放電条件での電流データの大きさによって決定される補正変数を用いて補正することを特徴とする請求項４に記載のバッテリ管理システム。

【請求項6】

前記ＭＣＵは、前記バッテリの最大容量、前記バッテリの未充電容量、前記使用不能容量を用いて、前記バッテリの使用可能な全体容量を算出する全体容量算出部を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。

【請求項7】

前記ＭＣＵは、前記電流データを積算して電流積算値を算出する電流積算部をさらに含み、
前記既使用容量が算出される時点の電流積算値は０であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリ管理システム。

【請求項8】

前記満充電時点は、前記取得される電圧データの大きさが予め設定された満充電電圧値以上であり、前記取得される電流データの大きさが予め設定された値未満になる時点を意味することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。

【請求項9】

前記ＭＣＵは、前記バッテリの最後の充電または放電直前の第１の安定した時点で取得された電圧データの第１ＯＣＶを用いて算出された第１放電深度、前記バッテリの最後の充電または放電後の第２の安定した時点で取得された電圧データの第２ＯＣＶを用いて算出された第２放電深度、および前記第１の安定した時点から前記第２の安定した時点までの前記電流データが積算された第２電流積算値を用いて、前記最大容量を算出する最大容量算出部をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ管理システム。

【請求項10】

前記安定した時点は、予め設定された時間の間、前記バッテリから放電される電流データの大きさが予め設定された値未満であるか、または前記電圧データの大きさの変化が予め設定された値未満の場合のうちの少なくとも１つを満足する時点を意味することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。

【請求項11】

前記最大容量算出部は、前記第２電流積算値が予め設定された値以上の場合、前記最大容量を算出することを特徴とする請求項９に記載のバッテリ管理システム。

【請求項12】

前記ＭＣＵは、前記全体容量、前記未充電容量、前記既使用容量、および前記既使用容量が算出された時点から現時点までの前記電流データが積算された第３電流積算値を用いて、前記バッテリの実際に使用可能な残余容量を算出する残余容量算出部をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ管理システム。

【請求項13】

前記内部抵抗は、基準内部抵抗、前記放電条件での温度データおよび温度補正変数を用いて算出されるが、
前記基準内部抵抗は、任意の一地点でのＳＯＣを用いて推定されたＯＣＶ、前記任意の一地点で測定された電流、電圧、温度データおよび前記温度補正変数のうちの少なくとも１つを用いて算出される抵抗を意味し、前記温度補正変数は、前記内部抵抗を標準化するための温度と内部抵抗との関係の関係データを意味することを特徴とする請求項３に記載のバッテリ管理システム。

【請求項14】

バッテリの電流、電圧および温度を測定して電流データを取得するセンシング部と、
前記電流データおよび電圧データを用いて前記バッテリの容量を管理するＭＣＵとを含み、
前記ＭＣＵは、
前記バッテリが安定した時点で取得された電圧データのＯＣＶを用いて、前記バッテリの既使用容量を算出する既使用容量算出部と、
前記既使用容量と前記既使用容量の算出時点から前記バッテリの満充電時点までの電流データが積算された電流積算値との差分に基づいて、前記バッテリの未充電容量を算出する未充電容量算出部とを含むことを特徴とするバッテリ管理システム。

【請求項15】

バッテリの電流データおよび電圧データを受信するステップと、
前記バッテリの安定した時点で受信された電圧データのＯＣＶを用いて、前記バッテリの既使用容量を算出するステップと、
前記既使用容量と前記既使用容量の算出時点から前記バッテリの満充電時点までの電流データが積算された電流積算値との差分に基づいて、前記バッテリの未充電容量を算出するステップとを含むことを特徴とするバッテリの管理方法。

【請求項16】

前記電流データおよび前記バッテリの内部抵抗を用いて、前記バッテリの現在の放電条件で使用不可能な使用不能容量を算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のバッテリの管理方法。

【請求項17】

前記バッテリの最大容量、前記バッテリの未充電容量、前記使用不能容量を用いて、前記バッテリの使用可能な全体容量を算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリの管理方法。

【請求項18】

前記全体容量、前記未充電容量、前記既使用容量、および前記既使用容量算出時点から現時点までの前記電流データが積算された電流積算値を用いて、前記バッテリの実際に使用可能な残余容量を算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリの管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリ管理システムおよびその駆動方法に関するものであって、より詳細には、バッテリの容量を管理するバッテリ管理システムおよびその駆動方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

最近、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力二次電池が開発されている。電気自動車などのように、モータ駆動のための大電力を必要とする機器に使用できるように、前記高出力二次電池は、複数個を直列に連結して大容量の二次電池（以下、「バッテリ」という）を構成する。

【0003】

前記のようなバッテリの場合、複数の二次電池の充放電などを制御してバッテリが適正な動作状態に維持されるように管理する必要性がある。このために、各二次電池の電圧、バッテリの電圧および電流などを測定して各二次電池の充放電を管理するバッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）が備えられる。

【0004】

バッテリを効率的に用いるためには、バッテリ管理システムでバッテリの容量を正確に推定することが要求される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の従来技術の問題を解決するために、本発明の目的は、バッテリの容量を正確に推定することができるバッテリ管理システムおよびその駆動方法を提供することである。

【0006】

本発明の他の目的は、下記の実施形態を通じて当業者によって導出できる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明の好ましい一実施形態によれば、バッテリの電流、電圧を測定して電流データおよび電圧データを取得するセンシング部と、前記電流データおよび前記電圧データを用いて前記バッテリの容量を管理するＭＣＵとを含むが、前記ＭＣＵは、前記電流データおよび前記バッテリの内部抵抗を用いて、前記バッテリの現在の放電条件で使用不可能な使用不能容量を算出する使用不能容量算出部を含むバッテリ管理システムが提供される。

【0008】

前記使用不能容量は、前記電圧データが放電中止電圧に到達して前記バッテリが満放電になった場合、前記バッテリに残っている残余容量を意味することができる。

【0009】

前記センシング部は、前記バッテリの温度を測定して温度データをさらに取得するが、前記放電条件は、現在の放電時点で取得される前記電流データの大きさおよび前記温度データの大きさのうちの少なくとも１つを意味することができる。

【0010】

前記使用不能容量算出部は、前記ＭＣＵに予め格納された電流データおよび内部抵抗と使用不能容量との比例係数をさらに用いて、前記放電条件での使用不能容量を算出することができる。

【0011】

前記使用不能容量算出部は、前記バッテリの内部抵抗を、前記放電条件での電流データの大きさによって決定される補正変数を用いて補正することができる。

【0012】

前記ＭＣＵは、前記バッテリの最大容量、前記バッテリの未充電容量、前記使用不能容量を用いて、前記バッテリの使用可能な全体容量を算出する全体容量算出部を含むことができる。

【0013】

前記ＭＣＵは、前記バッテリが安定した時点で測定された電圧データのＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を用いて、前記バッテリの既使用容量を算出する既使用容量算出部をさらに含むことができる。

【0014】

前記ＭＣＵは、前記電流データを積算して電流積算値を算出する電流積算部をさらに含むが、前記電流積算部は、前記既使用容量が算出される時点の電流積算値を０に設定することができる。

【0015】

前記ＭＣＵは、前記既使用容量、および前記既使用容量が算出された時点から前記バッテリの満充電時点までの電流データが積算された第１電流積算値を用いて、前記バッテリの未充電容量を算出する未充電容量算出部をさらに含むことができる。

【0016】

前記満充電時点は、前記取得される電圧データの大きさが予め設定された満充電電圧値以上であり、前記取得される電流データの大きさが予め設定された値未満になる時点を意味することができる。

【0017】

前記ＭＣＵは、前記バッテリの最後の充電または放電直前の第１の安定した時点で取得された電圧データの第１ＯＣＶを用いて算出された第１放電深度、前記バッテリの最後の充電または放電後の第２の安定した時点で取得された第２ＯＣＶを用いて算出された第２放電深度、および前記第１の安定した時点から前記第２の安定した時点までの前記電流データが積算された第２電流積算値を用いて、前記最大容量を算出する最大容量算出部をさらに含むことができる。

【0018】

前記安定した時点は、予め設定された時間の間、前記バッテリから放電される電流データの大きさが予め設定された値未満であるか、または前記電圧データの大きさの変化が予め設定された値未満の場合のうちの少なくとも１つを満足する時点を意味することができる。

【0019】

前記最大容量算出部は、前記第２電流積算値が予め設定された値以上の場合、前記最大容量を算出することができる。

【0020】

前記ＭＣＵは、前記全体容量、前記未充電容量、前記既使用容量、および前記既使用容量が算出された時点から現時点までの前記電流データが積算された第３電流積算値を用いて、前記バッテリの実際に使用可能な残余容量を算出する残余容量算出部をさらに含むことができる。

【0021】

前記内部抵抗は、基準内部抵抗、前記放電条件での温度データおよび温度補正変数を用いて算出されるが、前記基準内部抵抗は、前記任意の一地点でのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を用いて推定されたＯＣＶ、前記任意の一地点で測定された電流、電圧、温度データ、および前記温度補正変数のうちの少なくとも１つを用いて算出される抵抗を意味し、前記温度補正変数は、前記内部抵抗値を標準化するための温度と内部抵抗との関係の関係データを意味することができる。

【0022】

本発明の他の実施形態によれば、バッテリの電流、電圧および温度を測定して電流データを取得するセンシング部と、前記電流データおよび前記電圧データを用いて前記バッテリの容量を管理するＭＣＵとを含むが、前記ＭＣＵは、前記バッテリが安定した時点で取得された電圧データのＯＣＶを用いて、前記既使用容量を算出する既使用容量算出部と、前記既使用容量、および前記既使用容量算出時点から前記バッテリの満充電時点までの電流データが積算された電流積算値を用いて、前記バッテリの未充電容量を算出する未充電容量算出部とを含むバッテリ管理システムが提供される。

【0023】

本発明の他の実施形態によれば、バッテリの電流データおよび電圧データを受信するステップと、前記バッテリの安定した時点で受信された電圧データのＯＣＶを用いて、前記バッテリの既使用容量を算出するステップと、前記既使用容量、および前記既使用容量算出時点から前記バッテリの満充電時点までの電流データが積算された電流積算値を用いて、前記バッテリの未充電容量を算出するステップとを含むバッテリ管理システムの駆動方法が提供される。

【0024】

前記電流データおよび前記バッテリの内部抵抗を用いて、前記バッテリの現在の放電条件で使用不可能な使用不能容量を算出するステップをさらに含むことができる。

【0025】

前記バッテリの最大容量、前記バッテリの未充電容量、前記使用不能容量を用いて、前記バッテリの使用可能な全体容量を算出するステップをさらに含むことができる。

【0026】

前記全体容量、前記未充電容量、前記既使用容量、および前記既使用容量算出時点から現時点までの前記電流データが積算された電流積算値を用いて、前記バッテリの実際に使用可能な残余容量を算出するステップをさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、現在の放電条件を考慮したバッテリの容量を効率的に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態にかかるバッテリを示す図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかるバッテリ管理システムのブロック図を概略的に示す図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかるＯＣＶとＳＯＣとの関係を示すグラフである。

【図4】本発明の一実施形態にかかる使用不能容量と、電流、温度、内部抵抗との関係を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態にかかるバッテリの内部抵抗とＤｏＤの関係を示すグラフである。

【図6】本発明の一実施形態にかかるバッテリの最大容量、全体容量、未充電容量、既使用容量、使用不能容量、残余容量の間の関係を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態にかかるバッテリ管理システムの駆動方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

その他実施形態の具体的な事項は詳細な説明および図面に含まれている。

【0030】

本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、以下の説明において、ある部分が他の部分に連結されているとする時、これは、直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に別の素子を挟んで電気的に連結されている場合も含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体にわたって類似の部分については同一の図面符号を付した。

【0031】

以下、添付した図面を参照して、本発明について説明する。

【0032】

図１は、本発明の一実施形態にかかるバッテリを示す図である。

【0033】

図１を参照すれば、バッテリ１０は、大容量の電池モジュールで、複数の二次電池１１が一定間隔をおいて連続的に配列され、前記複数の二次電池が内部に配置され、冷却媒体が流通するハウジング１３と、前記バッテリの充放電を管理するバッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）２０とを含むことができる。

【0034】

二次電池１１の間および最外側の二次電池１１に電池隔壁１２が配置され、この電池隔壁１２は、各二次電池１１の間隔を一定に維持させながら温度制御用空気を流通させ、各二次電池１１の側面を支持する機能を果たす。

【0035】

図１では、二次電池１１が四角形の外形を有するものとして示されているが、二次電池１１は円筒形構造であり得ることはもちろんである。

【0036】

バッテリ管理システム２０は、バッテリ１０に設けられた電流センサ、電圧センサおよび温度センサからデータを受け、前記データを用いてバッテリの容量を管理する。

【0037】

従来の一般的なバッテリ１０の容量計算方法は、バッテリ１０の放電効率を利用した電流積算と、放電末期の電圧を利用した容量補正を並行して使用するものである。満充電のバッテリ１０を例に挙げると、放電初期および中期には放電効率テーブルと電流積算値を用いて容量を計算し、放電末期にはバッテリ１０の電圧を用いて容量を補正する。

【0038】

しかし、前記方法は、３つの問題を抱えている。第一は、容量を計算するために用いられるパラメータ（放電効率テーブル、電圧補正テーブル）を固定された値として使用する。しかし、バッテリ１０の特性は、劣化が進行するにつれて変化するため、前記方法は、時間の経過に伴って精度が減少する。

【0039】

第二の問題は、自己放電の計算にある。自己放電は、バッテリ１０が不使用期間に自然に放電される現象である。このように放電される容量は電流計測で測定できないため、前記方法は、任意の固定された値を時間に応じて反映するが、正確度が低い問題がある。

【0040】

第三の問題は、バッテリ１０の全体容量を知るためには、満充電から満放電まで放電経験が必要であることである。しかし、実際の使用環境では満放電近傍まで放電される場合が多くないため、バッテリ１０の全体容量を計算することができる機会が少ない。前記３つの問題は、バッテリ１０の容量計算において誤差を発生させる主な原因となる。

【0041】

したがって、本発明のバッテリ管理システム２０は、バッテリの容量である既使用容量、未充電容量、最大容量、バッテリの使用不能容量、バッテリの実際に使用可能な全体容量、バッテリの残っている残余容量などを現在の放電条件を考慮して算出することによって、部分的に充放電が行われる環境においてもバッテリの容量を正確に計算することができる。

【0042】

図２は、本発明の一実施形態にかかるバッテリ管理システムのブロック図を概略的に示す図である。

【0043】

図２に示されるように、バッテリ管理システム２０は、センシング部２００と、ＭＣＵ（Ｍａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）３００とを含むことができる。

【0044】

センシング部２００は、電流センサ、電圧センサおよび温度センサによりバッテリの出力電流、電圧および温度を測定して電流データ、電圧データおよび温度データを取得し、これをＭＣＵ３００に伝達する。

【0045】

本発明の一実施形態によれば、ＭＣＵ３００は、既使用容量算出部３０１と、電流積算部３０３と、未充電容量算出部３０５と、最大容量算出部３０７と、使用不能容量算出部３０９と、内部抵抗算出部３１１と、全体容量算出部３１３と、残余容量算出部３１５とを含むことができる。

【0046】

既使用容量算出部３０１は、バッテリが安定した時点で取得された電圧データのＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を用いて、バッテリの既に使用された容量の既使用容量を算出する。

【0047】

ここで、バッテリの安定した時点は、予め設定された時間の間放電される電流データの大きさが予め設定された値未満であるか、またはバッテリの電圧の変化が予め設定された値未満の場合のうちの少なくとも１つを満足する時点を意味することができる。

【0048】

より詳細には、既使用容量算出部３０１は、バッテリが安定した時点の電圧データのＯＣＶ、およびＯＣＶと固有容量（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、以下、ＳＯＣという）との関係データからＳＯＣを推定する。具体的には、ＭＣＵ３００は、ＯＣＶとＳＯＣとの間の関係を実験的に求めた関係データを予め格納することができる。このような関係をグラフで示すと図３の通りである。図３に示されるように、既使用容量算出部３０１は、前記ＯＣＶ（Ｖｏｃｖ１）に対応するＳＯＣ（ＳＯＣ１）を検出する。次に、既使用容量算出部３０１は、前記推定されたＳＯＣから既使用容量を算出する。

【0049】

一例として、バッテリの最大容量が１０００ｍＡ／ｈで、推定されたバッテリの固有容量のＳＯＣが４０％であれば、バッテリの既に使用された容量の既使用容量は、最大容量の６０％である６００ｍＡ／ｈとして計算できる。

【0050】

電流積算部３０３は、センシング部２００で取得される電流データを積算した電流積算値を算出する。

【0051】

ここで、電流データは、正（＋）の値を有する充電電流、および負（−）の値を有する放電電流を含むことができる。したがって、同一量の充電および放電が行われると、電流積算値は０になる。

【0052】

本発明では、既使用容量が算出される時点が電流積算の基準点となる。すなわち、電流積算部３０３は、前記既使用容量が算出される時点の電流積算値を０に設定し、以後取得される電流データを積算して電流積算値を算出する。

【0053】

未充電容量算出部３０５は、既使用容量算出部３０１で算出された前記バッテリの既使用容量、および前記電流積算部３０３で算出された電流積算値を用いて、バッテリの未充電容量を算出する。

【0054】

一般的に、バッテリは、温度と内部抵抗によって最大容量まで充電されない。すなわち、バッテリが満充電と認識されたにもかかわらず充電されない容量が発生し、このような容量を、本発明では未充電容量として定義する。

【0055】

したがって、未充電容量を算出するための電流積算値は、バッテリの満充電時点までの電流データが積算された第１電流積算値であり得る。

【0056】

ここで、満充電時点は、センシング部２００で取得される電圧データの大きさが予め設定された満充電電圧値以上であり、前記取得される電流データの大きさが予め設定された値未満になる時点を意味することができる。ここで、満充電電圧値は、バッテリの容量に応じて変化し得る値である。前記定義された満充電時点を認識する方法は一例に過ぎず、満充電時点を認識する多様な実施形態があり得ることは当業者にとって自明である。

【0057】

本発明の一実施形態によれば、未充電容量を算出する＜数式１＞は、下記の通りである。

【数1】

【0058】

【数2】

【0059】

一例として、既使用容量が６００ｍＡ／ｈで、電圧データが満充電電圧値以上になる瞬間の第１電流積算値が５００ｍＡ／ｈの場合、未充電容量は１００ｍＡ／ｈであり得る。

【0060】

最大容量算出部３０７は、バッテリの理論的最大容量を算出する。より詳細には、最大容量算出部３０７は、バッテリの最後の充電または放電直前の第１の安定した時点で取得された電圧データの第１ＯＣＶを用いて算出された第１放電深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ＤｏＤ）、前記バッテリの最後の充電または放電後の第２の安定した時点で取得された電圧データの第２ＯＣＶを用いて算出された第２放電深度、および前記第１の安定した時点から前記第２の安定した時点までの電流データが積算された第２電流積算値を用いて、最大容量を算出することができる。

【0061】

ここで、バッテリの安定した時点は、予め設定された時間の間バッテリの電流が放電されないか、またはバッテリの電圧の変化が予め設定された値未満の場合のうちの少なくとも１つを満足する時点を意味することができる。

【0062】

本発明の一実施形態によれば、最大容量を算出する数式２は、下記の通りである。

【数3】

【0063】

【数4】

【0064】

この時、放電深度は、下記の数式３のように表現できる。

【数5】

【0065】

ここで、ＤｏＤは０〜１の範囲を有する。すなわち、バッテリの満充電時にＤｏＤは０の値を、満放電時にＤｏＤは１の値を有する。

【0066】

したがって、最大容量算出部３０７は、前記第１の安定した時点および第２の安定した時点で取得された第１ＯＣＶおよび第２ＯＣＶを用いてＳＯＣをそれぞれ推定し、前記数式３を用いて第１放電深度および第２放電深度を算出する。

【0067】

本発明の一実施形態によれば、最大容量算出部３０７は、第２電流積算値が予め設定された値以上の場合に前記最大容量を算出することができる。好ましくは、最大容量算出部３０７は、第２電流積算値が前に算出された最大容量の２０％以上の時に最大容量を算出することができる。第２電流積算値が少なすぎる場合、算出される最大容量の誤差が大きくなり得るからである。

【0068】

使用不能容量算出部３０９は、電流データおよびバッテリの内部抵抗を用いて、バッテリの現在の放電条件での使用不能容量を算出する。

【0069】

ここで、使用不能容量は、バッテリの放電に応じて電圧データが放電中止電圧に到達した場合、バッテリに残っている残存容量を意味する。すなわち、バッテリを使用する機器の駆動のためには最小必要電圧が存在し、最小必要電圧以下にバッテリの出力電圧が低下させる場合、機器は動作することができない。すなわち、バッテリの使用不能容量とは、バッテリが完全放電したわけではないが、バッテリの電圧データが機器駆動のための最小限の電圧、すなわち放電中止電圧以下に低下させる場合の、バッテリに残っている残存容量を意味する。

【0070】

本発明の一実施形態によれば、使用不能容量算出部３０９は、ＭＣＵに予め格納された放電電流および前記バッテリの内部抵抗と使用不能容量との比例係数をさらに用いて、バッテリの現在の放電条件での使用不能容量を算出することができる。

【0071】

この時、放電条件は、バッテリの放電時の電流データの大きさおよび前記温度データの大きさのうちの少なくとも１つを意味することができ、使用不能容量は、下記の数式４のように表現できる。

【数6】

【0072】

【数7】

【0073】

ここで、補正変数は、バッテリ放電時の電流データの大きさに応じて決定される値を意味し、使用不能容量の算出時に内部抵抗値を補正する。

【0074】

図４は、本発明の一実施形態にかかる使用不能容量と電流、温度、内部抵抗との関係を示す図である。

【0075】

図４を参照すれば、Ａ、Ｂ、Ｃグラフは、バッテリの放電電流の大きさがそれぞれａ、ｂ、ｃの時の、数式４によるグラフであり、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’グラフは、バッテリの放電電流の大きさがそれぞれａ、ｂ、ｃの時の、実験的に求めた使用不能容量と電流、温度、内部抵抗との関係グラフである。ここで、ａ、ｂ、ｃは、ａ＜ｂ＜ｃのような関係を有する。

【0076】

【数8】

【0077】

本発明の一実施形態によれば、前記内部抵抗は、バッテリの温度に応じて標準化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）された抵抗値であり得、内部抵抗算出部３１１は、下記の数式５を用いてバッテリの内部抵抗を算出することができる。

【数9】

【0078】

【数10】

【0079】

より詳細には、基準内部抵抗（

【数11】

）は、バッテリの放電深度（ＤｏＤ）が０〜０．７の領域中の、任意の一地点でのＳＯＣを用いて推定されたＯＣＶ、電流データ、電圧データおよび温度補正変数を用いて算出された値であり得る。好ましくは、放電深度が０．４の状態で算出された抵抗値であり得る。

【0080】

図５は、本発明の一実施形態にかかるバッテリの内部抵抗とＤｏＤとの関係を示すグラフである。

【0081】

図５を参照すれば、ＤｏＤが０〜０．７の領域の内部抵抗値は平坦であり、ＤｏＤが０．７を超える場合の内部抵抗値対比小さい値を有する。したがって、ＤｏＤが０〜０．７の領域、好ましくは、ＤｏＤが０．４の場合の内部抵抗値を利用する場合、算出される使用不能容量の誤差値を小さくすることができるという利点がある。

【0082】

【数12】

【0083】

【数13】

【0084】

全体容量算出部３１３は、前記算出されたバッテリの未充電容量、最大容量および使用不能容量を用いて、バッテリの現在の放電条件で使用可能な全体容量を算出する。バッテリの使用可能な全体容量は、下記の数式６のように表現できる。

【数14】

【0085】

【数15】

【0086】

残余容量算出部３１５は、バッテリの全体容量、未充電容量、既使用容量、および前記既使用容量が算出された時点から現時点までの電流データが積算された第３電流積算値を用いて、バッテリの現在の放電条件で残っている残余容量を算出する。バッテリの残余容量は、下記の数式７のように表現できる。

【数17】

【0087】

【数18】

【0088】

図６は、本発明の一実施形態にかかる、バッテリの最大容量、全体容量、未充電容量、既使用容量、使用不能容量、残余容量の間の関係を示す図である。

【0089】

図６を参照すれば、本発明のバッテリ管理システム２０は、既使用容量（Ｑｓｔａｒｔ）および第１電流積算値（Ｑｃｃ１）の差を用いて未充電容量（Ｑｅｏｃ）を算出し、現時点の使用不能容量（Ｑｒｅｓ）を算出してバッテリの現時点の放電条件による使用可能な全体容量（Ｑａｖ）を算出することができる。すなわち、本発明は、現時点の放電条件を考慮して全体容量を新たに算出することによって、より正確なバッテリの容量管理が可能である。また、バッテリ管理システムは、現時点での使用可能な全体容量（Ｑａｖ）、未充電容量（Ｑｅｏｃ）、既使用容量（Ｑｓｔａｒｔ）、および第３電流積算値（Ｑｃｃ３）を用いて、現時点でのバッテリの残余容量（Ｑｒｍ）を正確に算出することができる。

【0090】

つまり、本発明は、現時点の放電条件による容量（使用不能容量、全体容量、残余容量など）を毎回新たに算出することによって、放電効率テーブルと電流積算を用いてバッテリの容量を計算していた従来方式に比べて、バッテリの使用に応じて変更される劣化特性をさらに反映することができ、部分充放電の環境においてもバッテリの容量を正確に管理することができる。

【0091】

図７は、本発明の一実施形態にかかるバッテリ管理システムの駆動方法を示すフローチャートである。

【0092】

図７に示されるように、ＭＣＵ(３００)は、センシング部２００から取得されたバッテリの電流データおよび電圧データを受信する（Ｓ７００）。

【0093】

次に、ＭＣＵ(300)は、前記取得された電流データおよび電圧データを用いて、バッテリが安定した状態、放電状態または満充電状態であるかを判断する（Ｓ７０５）。

【0094】

ステップＳ７０５でバッテリが安定した状態の場合、既使用容量算出部３０１は、安定した時点で測定された電圧データのＯＣＶを用いて、既使用容量を算出する（Ｓ７１０）。

【0095】

ステップＳ７０５でバッテリが満充電状態の場合、未充電容量算出部３０５は、前記算出された既使用容量、および既使用容量が算出された時点から満充電時点までの電流データを積算した電流積算値を用いて、未充電容量を算出する（Ｓ７１５）。

【0096】

ステップＳ７０５でバッテリが放電状態の場合、使用不能容量算出部３０９は、放電時の電流データおよび内部抵抗を用いて、使用不能容量を算出する（Ｓ７２０）。

【0097】

次に、全体容量算出部３１３は、バッテリの最大容量、未充電容量、使用不能容量を用いて、バッテリの全体容量を算出する（Ｓ７２５）。

【0098】

最後に、残余容量算出部３１５は、バッテリの全体容量、未充電容量、既使用容量、および既使用容量が算出された時点から現在の放電時点までの電流積算値を用いて、バッテリの残余容量を算出する（Ｓ７３０）。

【0099】

以上、本発明では、具体的な構成要素などのような特定事項と限定された実施形態および図面によって説明されたが、これは、本発明のより全般的な理解のために提供されたに過ぎず、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、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、このような記載から多様な修正および変形が可能である。したがって、本発明の思想は、説明された実施形態に限って定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等または等価的変形があるすべてのものは本発明の思想の範疇に属する。

【符号の説明】

【0100】

１０ バッテリ
２０ バッテリ管理システム
２００ センシング部
３００ ＭＣＵ
３０１ 既使用容量算出部
３０３ 電流積算部
３０５ 未充電容量算出部
３０７ 最大容量算出部
３０９ 使用不能容量算出部
３１１ 内部抵抗算出部
３１３ 全体容量算出部
３１５ 残余容量算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】