特許 7544876 バッテリーＳＯＣ制御方法、バッテリーＳＯＣ制御装置、及び前記方法を実行させるために記録媒体に保存されたコンピュータプログラム

(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】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】バッテリーＳＯＣ制御方法、バッテリーＳＯＣ制御装置、及び前記方法を実行させるために記録媒体に保存されたコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20240827BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240827BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240827BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20240827BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 J

H02J7/00 302C

H01M10/48 P

G01R31/382

G01R31/385

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023000662

(22)【出願日】2023-01-05

(65)【公開番号】P2023100599

(43)【公開日】2023-07-19

【審査請求日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】10-2022-0002162

(32)【優先日】2022-01-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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．

【住所又は居所原語表記】１５０－２０ Ｇｏｎｇｓｅ－ｒｏ，Ｇｉｈｅｕｎｇ－ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， ４４６－９０２ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(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】奥井 芳明

(72)【発明者】

【氏名】金 栽範

(72)【発明者】

【氏名】金 石基

【審査官】右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１４０７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３８９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０１０１７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０９３８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０３９９３５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９４７０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｇ０１Ｒ ３１／３８２

Ｇ０１Ｒ ３１／３８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに並列に連結された第１バッテリー及び第２バッテリーのＳＯＣ（state of charge）を制御する方法において、
前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ算出する段階と、
前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣに基づいて、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーの一端と電気的にそれぞれ連結された第１ＤＣ（direct current）－ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値をそれぞれ制御し、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階と、を含み、
前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階は、
前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーの平均ＳＯＣと、前記第１バッテリーのＳＯＣまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとの差を増幅させるＳＯＣ平均制御段階と、
前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣ制限値と、前記第１バッテリーまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとを比較して超過した値を出力する超過成分出力段階と、
前記超過成分出力段階の出力値を、前記ＳＯＣ平均制御段階の増幅前の信号と乗じた値を出力するＳＯＣ制限値制御段階と、を含む、バッテリーＳＯＣ制御方法。

【請求項2】

前記ＳＯＣ制限値制御段階は、アナログ回路またはデジタル回路の制御によって遂行される、請求項１に記載のバッテリーＳＯＣ制御方法。

【請求項3】

前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階は、
前記ＳＯＣ平均制御段階の出力値と、前記ＳＯＣ制限値制御段階の出力値との差を、前記第１ＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値からそれぞれ減算し、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ制御する段階をさらに含む、請求項１に記載のバッテリーＳＯＣ制御方法。

【請求項4】

コンピューティング装置を利用して請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の方法を実行させるために、記録媒体に保存されたコンピュータプログラム。

【請求項5】

互いに並列に連結された第１バッテリー及び第２バッテリーの一端と電気的にそれぞれ連結された第１ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ－ＤＣコンバータを制御し、バッテリーのＳＯＣを制御する装置において、
前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ算出し、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣに基づいて、前記第１ＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値をそれぞれ制御し、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御するプロセッサを含み、
前記プロセッサは、
前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーの平均ＳＯＣと、前記第１バッテリーのＳＯＣまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとの差を増幅させるＳＯＣ平均制御回路と、
前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣ制限値と、前記第１バッテリーまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとを比較して超過した値を出力する超過成分出力回路と、
前記超過成分出力回路の出力値を、前記ＳＯＣ平均制御回路の増幅前の信号と乗じた値を出力するＳＯＣ制限値制御回路と、を含む、バッテリーＳＯＣ制御装置。

【請求項6】

前記ＳＯＣ制限値制御回路は、アナログ回路またはデジタル回路を含む、請求項５に記載のバッテリーＳＯＣ制御装置。

【請求項7】

前記プロセッサは、前記ＳＯＣ平均制御回路の出力値と、前記ＳＯＣ制限値制御回路の出力値との差を、前記第１ＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値からそれぞれ減算し、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ制御する、請求項５に記載のバッテリーＳＯＣ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーＳＯＣ制御方法、バッテリーＳＯＣ制御装置、及び前記方法を実行させるために記録媒体に保存されたコンピュータプログラムに係り、さらに具体的には、二次電池を充放電する過程において効果的にバッテリーのＳＯＣを制御することができるバッテリーＳＯＣ制御方法、バッテリーＳＯＣ制御装置、及び前記方法を実行させるために記録媒体に保存されたコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ノート型パソコン、ビデオカメラ、携帯電話のような携帯用電子製品の需要が急増し、エネルギー保存用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。

【0003】

現在、商用化した二次電池としては、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、リチウム二次電池などがあるが、そのうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、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。

【0004】

前記のような二次電池を含むバッテリーは、自動車のような各種移動性装置に使用されるものであり、複数のバッテリーが並列に連結された並列バッテリーシステムを利用してバッテリーを充放電する場合、最初にバッテリーのＳＯＣ（State Of Charge）が０％あるいは１００％に達するバッテリーにより、並列バッテリーシステム全体の充放電を停止しなければならない。この場合、各バッテリーのＳＯＣ均衡が異なって、使用しない残存エネルギーが大きくなり、バッテリー容量を十分に使用することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、前述の問題点を克服するためのものであって、二次電池を充放電する過程において効果的にバッテリーのＳＯＣを制御することができるバッテリーＳＯＣ制御方法、バッテリーＳＯＣ制御装置、及び前記方法を実行させるために記録媒体に保存されたコンピュータプログラムを提供することである。
しかしながら、そのような課題は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述の技術的課題を解決するための技術的手段として、互いに並列に連結された第１バッテリー及び第２バッテリーのＳＯＣを制御する方法において、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ算出する段階と、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣに基づいて、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーの一端と電気的にそれぞれ連結された第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値をそれぞれ制御し、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階と、を含む、バッテリーＳＯＣ制御方法が提供される。

【0007】

一例によれば、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階は、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーの平均ＳＯＣと、前記第１バッテリーのＳＯＣまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとの差を増幅させるＳＯＣ平均制御段階と、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣ制限値と、前記第１バッテリーまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとを比較して超過した値を出力する超過成分出力段階と、を含んでもよい。

【0008】

他の例によれば、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階は、前記超過成分出力段階の出力値を、前記ＳＯＣ平均制御段階の増幅前の信号と乗じた値を出力するＳＯＣ制限値制御段階をさらに含んでもよい。

【0009】

さらに他の例によれば、前記ＳＯＣ制限値制御段階は、アナログ回路またはデジタル回路の制御によっても遂行される。

【0010】

さらに他の例によれば、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御する段階は、前記ＳＯＣ平均制御段階の出力値と、前記ＳＯＣ制限値制御段階の出力値との差を、前記第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値からそれぞれ減算し、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ制御する段階をさらに含んでもよい。

【0011】

上述の技術的課題を解決するための技術的手段として、コンピューティング装置を利用して上述の方法を実行させるために記録媒体に保存されたコンピュータプログラムが提供される。

【0012】

上述の技術的課題を解決するための技術的手段として、互いに並列に連結された第１バッテリー及び第２バッテリーの一端と電気的にそれぞれ連結された第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータを制御し、バッテリーのＳＯＣを制御する装置において、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ算出し、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣに基づいて、前記第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値をそれぞれ制御し、前記第１バッテリーのＳＯＣ及び前記第２バッテリーのＳＯＣを制御するプロセッサを含む、バッテリーＳＯＣ制御装置が提供される。

【0013】

一例によれば、前記プロセッサは、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーの平均ＳＯＣと、前記第１バッテリーのＳＯＣまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとの差を増幅させるＳＯＣ平均制御回路と、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣ制限値と、前記第１バッテリーまたは前記第２バッテリーのＳＯＣとを比較して超過した値を出力する超過成分出力回路と、を含んでもよい。

【0014】

他の例によれば、前記プロセッサは、前記超過成分出力回路の出力値を、前記ＳＯＣ平均制御回路の増幅前の信号と乗じた値を出力するＳＯＣ制限値制御回路をさらに含んでもよい。

【0015】

さらに他の例によれば、前記ＳＯＣ制限値制御回路は、アナログ回路またはデジタル回路を含んでもよい。

【0016】

さらに他の例によれば、前記プロセッサは、前記ＳＯＣ平均制御回路の出力値と、前記ＳＯＣ制限値制御回路の出力値との差を、前記第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値からそれぞれ減算し、前記第１バッテリー及び前記第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ制御することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、並列バッテリーのＳＯＣを効果的に制御することにより、並列バッテリーのＳＯＣ偏差による残存エネルギーを最小化し、並列バッテリーの使用容量を最大化することができる。もちろん、そのような効果によって本発明の範囲が限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置、バッテリー及びＤＣ－ＤＣコンバータなどを概略的に示す図面である。

【図2】図１のバッテリーＳＯＣ制御装置の構成要素を概略的に示すブロック図である。

【図3】従来のＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態によるＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態によるＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図である。

【図6】本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【図7】本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【図8】本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【図9】本発明の他の実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【図10】本発明の他の実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【図11】本発明の他の実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【図12】本発明の他の実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して、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できるように、多様な実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明の技術的思想は、多様な形態に変形されて具現されるので、本明細書で説明する実施形態に制限されない。本明細書に開示された実施形態を説明するにあたって関連した公知技術についての具体的な説明が、本発明の技術的思想の要旨を不明確にすると判断される場合、その公知技術についての具体的な説明を省略する。同一または類似した構成要素は、同じ参照番号を付与し、それについての重複説明は省略する。

【0020】

本明細書において、ある要素が他の要素と「連結」されていると記述されるとき、それは、「直接的に連結」されている場合だけではなく、その中間に他の要素を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。ある要素が他の要素を「含む」とするとき、それは、特に逆の記載がない限り、他の要素以外にさらに他の要素を排除するものではなく、さらに他の要素をさらに含んでもよいということを意味する。

【0021】

一部実施形態は、機能的なブロック構成及び多様な処理段階によっても説明される。そのような機能ブロックの一部または全部は、特定機能を実行する多様な個数のハードウェア及び／またはソフトウェア構成によっても具現される。例えば、本発明の機能ブロックは、１以上のマイクロプロセッサによって具現されるか、あるいは所定の機能のための回路構成によって具現される。本発明の機能ブロックは、多様なプログラミングまたはスクリプト言語によっても具現される。本発明の機能ブロックは、１以上のプロセッサで実行されるアルゴリズムによっても具現される。本発明の機能ブロックが行う機能は、複数の機能ブロックによって遂行されてもよく、本発明において複数の機能ブロックが行う機能は、１つの機能ブロックによって遂行されてもよい。また、本発明は、電子的な環境設定、信号処理及び／またはデータ処理などのために従来の技術を採用することができる。

【0022】

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置、バッテリー及びＤＣ－ＤＣコンバータなどを概略的に示す図面である。また、図２は、図１のバッテリーＳＯＣ制御装置の構成要素を概略的に示すブロック図である。例えば、図１に示されたように、本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置は、システムＢＭＳ（Battery Management System）３０を示すことができる。あるいは、本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置は、システムＢＭＳ ３０及び各バッテリーラックに含まれたＢＭＳを示すことができる。

【0023】

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態によるシステムＢＭＳ ３０は、互いに並列に連結された第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１の一端と電気的にそれぞれ連結された第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１と電気的に連結される。また、システムＢＭＳ ３０は、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１を制御し、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１のＳＯＣをそれぞれ制御することができる。また、図１に示されたように、各バッテリーラックには、ＢＭＳが具備される。ここで、各ＢＭＳは、各バッテリーのＳＯＣを推正することができる。また、各ＢＭＳは、各ＤＣ－ＤＣコンバータと電気的に連結され、各ＤＣ－ＤＣコンバータを制御することができる。

【0024】

各バッテリーラックは、平均ＳＯＣの算出のためにＳＯＣ情報を送受信することができる。例えば、システムＢＭＳ ３０は、各バッテリーラックのＢＭＳと通信して平均ＳＯＣを算出することができる。また、システムＢＭＳ ３０は、各バッテリーラックのＢＭＳに平均ＳＯＣに係わる情報を送信することができる。

【0025】

また、図１に示されたように、各バッテリーラック別にＢＭＳを分散配置することにより、マスターＢＭＳを１台のみ配置する場合に比べて、システム全体が停止する確率が低くなる。また、Ｉ／Ｆ情報量が多く、ラック数が多ければ、制御速度の制約により、並列に連結可能なバッテリーラック数が制限されることもあるので、各バッテリーラック別にＢＭＳを分散配置する方がさらに有利である。そして、２並列だけでなく、３並列以上の複数のラックにも容易に分散配置することができる。

【0026】

第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１は、少なくとも１つのバッテリーセルを含み、バッテリーセルは、充電可能な二次電池でもある。例えば、バッテリーセルは、ニッケルカドミウム電池（nickel-cadmium battery）、鉛蓄電池、ニッケル水素電池（NiMH: nickel metal hydride battery）、リチウムイオン電池（lithium ion battery）、リチウムポリマー電池（lithium polymer battery）などからなるグループから選択される少なくとも１つを含んでもよい。

【0027】

第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１に含まれるバッテリーセルの個数及び連結方式は、バッテリーパックに要求される電力量及び電圧などに基づいて決定されうる。図１には、概念的な目的にのみ、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１に含まれたバッテリーセルが直列に連結されるものと示しているが、バッテリーセルは、互いに並列に連結されてもよく、直列及び並列に連結されてもよい。また、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１は、１つのみのバッテリーセルを含むこともできる。また、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１は、それぞれ複数のバッテリーセルから構成される複数のバッテリーモジュールを含むものでもある。また、図１に示されていないが、バッテリーＳＯＣ制御システムは、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ及びバッテリーＳＯＣ制御装置以外に、スイッチ、バッテリー保護回路、ヒューズ、電流センサ、温度センサなどをさらに含んでもよい。

【0028】

本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御システムは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータを含むものでもある。例えば、バッテリーＳＯＣ制御システムは、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１を含む。ＤＣ－ＤＣコンバータは、直流入力電源を供給され、出力側負荷が要求する形態の直流電源に変換させて出力する電力変換器である。例えば、図１に示されたように、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１は、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１の一端と電気的にそれぞれ連結される。また、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１は、出力電圧をそれぞれ負荷に供給することができる。

【0029】

本発明において、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１は、それぞれ第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１の反対側のリンク電圧を制御することができる。例えば、図１に示されたように、本発明において、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１が出力するリンク電圧は、一定に制御される。また、バッテリー充放電電力は、ＤＣ－ＤＣコンバータリンクに連結された負荷の負荷状態によって決定される。ここで、リンク電圧が一定であるので、負荷には、負荷電力をリンク電圧で割った電流値を有する電流が流れることになる。例えば、負荷が１ＭＷ、リンク電圧がＤＣ－ＤＣコンバータによって１０００Ｖに制御される場合、リンクには１０００Ａ電流が流れることになる。そして、２並列バッテリーラックがある場合、それぞれのラックインピーダンス（ＤＣ／ＤＣ＋バッテリーインピーダンス）が１００ｍΩ及び１５０ｍΩとすれば、それぞれ６００Ａ及び４００Ａが流れることになる。しかしながら、この状態で充放電を続ければ、１００ｍΩがさらに多く充放電するので、ＳＯＣ変動幅が大きくなる。このとき、本発明では、各バッテリーラックのＳＯＣに基づいて、各ラックのインピーダンスを変化させ、充放電量を制御することができる。具体的には、本発明では、バッテリーのインピーダンスは固定であるので、ＤＣ－ＤＣコンバータのインピーダンスを変化させることができる。この場合、リンク電圧は一定に維持されうる。このとき、ＤＣ－ＤＣコンバータのインピーダンスは、リンク電圧を制御している制御ゲインによっても決定される。例えば、制御ゲイン値が高ければ、インピーダンスは低くなり、制御ゲイン値が低ければ、インピーダンスは高くなる。

【0030】

このように、バッテリーの各ＳＣＯによってＤＣ－ＤＣコンバータのインピーダンスを変化させる方法が本発明の特徴である。また、バッテリーのＳＯＣが０％や１００％付近で各バッテリーラックのＳＯＣ差が大きい場合、ＳＯＣ制限動作（ＳＯＣ臨界制御）により、各バッテリーラックのＳＯＣをほぼ同一に合わせた後、全てのバッテリーラックを同時に０％や１００％にすることも、本発明の特徴である。ここで、本発明によれば、負荷電力は一定でなく、随時に変化する充放電でも、ＳＯＣをほぼ同一に制御することができ、ＳＯＣが０％及び１００％付近でＳＯＣ差が大きくても、ＳＯＣ制限動作によって一致させることにより、並列バッテリーの全エネルギーを無駄にせずに使用することができる効果がある。

【0031】

本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御システムは、システムＢＭＳ ３０及び各バッテリーラックのＢＭＳを含むものでもある。例えば、図２に示されたように、本発明の一実施形態によるシステムＢＭＳ ３０及び各バッテリーラックのＢＭＳは、通信モジュール３１、プロセッサ３２及びメモリ３３を含むものでもある。

【0032】

プロセッサ３２は、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１を制御することができる。例えば、プロセッサ３２は、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の出力電圧指令値をそれぞれ制御することができる。

【0033】

また、プロセッサ３２は、バッテリーＳＯＣ制御システムの全般的な動作を制御するＢＭＳでもある。例えば、プロセッサ３２は、システムＢＭＳ ３０の動作を遂行するために、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application-Specific Integrated Circuit）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム及び／またはデータ処理装置などを選択的に含む形態にも具現される。また、プロセッサ３２は、基本的な算術、ロジック及び入出力演算を行い、例えば、メモリに保存されたプログラムコードを実行することができる。プロセッサ３２は、データをメモリ３３に保存するか、あるいはメモリ３３に保存されたデータをローディングすることができる。

【0034】

メモリ３３は、プロセッサ３２で読み取り可能な記録媒体であって、ＲＡＭ（random-access memory）、ＲＯＭ（read-only memory）及びディスクドライブのような永久大容量記録装置（permanent mass storage device）を含むものでもある。メモリ３３には、オペレーティングシステムと少なくとも１つのプログラムまたはアプリケーションコードが保存されうる。メモリ３３には、本発明の一実施形態によってバッテリーＳＯＣ制御方法のためのプログラムコードが保存されうる。メモリ３３には、充電中のバッテリーの少なくとも１つのパラメータを測定することによって生成されるデータが保存されうる。例えば、前記データは、バッテリーの充放電電流、端子電圧及び／または温度を含んでもよい。メモリ３３には、バッテリーの少なくとも１つのパラメータを測定することによって生成されるデータを利用してバッテリーのＳＯＣを推正するためのプログラムコード、ＳＯＣ－ＯＣＶ（open circuit voltage）データが保存されうる。バッテリーの少なくとも１つのパラメータは、バッテリーの端子電圧、充放電電流及び／または周辺温度のような要素（component）または変数（variable）を意味する。

【0035】

システムＢＭＳ ３０は、通信モジュール３１をさらに含んでもよい。例えば、図１に示されたように、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１は、通信モジュール３１を利用してシステムＢＭＳ ３０と互いにデータを送受信することができる。また、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１は、通信モジュール３１を利用してシステムＢＭＳ ３０と互いにデータを送受信することができる。例えば、システムＢＭＳ ３０は、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１のＳＯＣデータを受信することができる。また、システムＢＭＳ ３０は、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１に出力電圧指令値制御命令を送信することができる。

【0036】

通信モジュール３１の通信方式は制限されず、ネットワークが含む通信網（一例として、移動通信網、有線インターネット、無線インターネット、放送網）を活用する通信方式だけではなく、機器間の近距離無線通信も含まれる。例えば、ネットワークは、ＰＡＮ（personal area network）、ＬＡＮ（local area network）、ＣＡＮ（campus area network）、ＭＡＮ（metropolitan area network）、ＷＡＮ（wide area network）、ＢＢＮ（broadband network）、インターネットなどのネットワークのうち１以上の任意のネットワークを含んでもよい。また、ネットワークは、バスネットワーク、スターネットワーク、リングネットワーク、メッシュネットワーク、スター・バスネットワーク、ツリーまたは階層的（hierarchical）ネットワークなどを含むネットワークトポロジーのうち任意の１以上を含むが、それらに制限されない。

【0037】

また、本発明によるバッテリーＳＯＣ制御システムは、入出力インターフェースを含むものでもある。入出力インターフェースは、入出力装置とのインターフェースのための手段でもある。例えば、入力装置は、キーボードまたはマウスなどの装置を含み、出力装置は、アプリケーションの通信セッションを表示するためのディスプレイのような装置を含む。他の例として、入出力インターフェースは、タッチスクリーンのように、入力と出力のための機能が１つに統合された装置とのインターフェースのための手段でもある。

【0038】

図３は、従来のＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図である。また、図４及び図５は、本発明の一実施形態によるＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図である。

【0039】

まず、図３を参照すれば、ＤＣ－ＤＣコンバータの制御ブロックが示されている。例えば、図３に示されたように、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧が低ければ、ゲインがプラス増幅され、図３のＰＷＭ（pulse width modulation）を作る過程によってオンパルス幅が大きくなり、出力電圧が上昇する。逆に出力電圧が高ければ、マイナス増幅され、オンパルス幅が狭くなり、出力電圧が低下する。例えば、ゲイン＝１０とし、Ｖｏｕｔを無負荷状態で１０００Ｖで制御し、１００Ａの負荷を連結したときに得られる出力電圧が９９０Ｖと仮定すれば、１０Ｖほど電圧が降下するが、それは、電源インピーダンスが０．１Ωほどあるためである。（Ｒｉ＝１０Ｖ／１００Ａ＝０．１Ω）また、ゲイン＝１であるとき、２０Ｖほど電圧が降下したならば、０．２Ωの電源インピーダンスがあると言える。このように、ＤＣ－ＤＣコンバータには、制御ゲイン及び回路内の抵抗成分などによって電源インピーダンス（内部インピーダンス）が存在する。

【0040】

例えば、複数のバッテリーに連結されたそれぞれのＤＣ－ＤＣコンバータを個々に制御する場合、出力電圧指令値Ｖｏを同一にしたとしても、電源インピーダンス差によって同じ出力電圧が得られない。（Ｖｏ１≠Ｖｏ２）そのような特性によって制御出力電圧指令値を変えることにより、出力電圧を一致させることができる。例えば、図３に示されたように、｛Ｖｏｕｔ指令値－ΔＶ（＝Ｋｄｒ×Ｉｏｕｔ）｝によって出力電圧を制御的に一致させることができる。そのような図３に示されたＤＣ－ＤＣコンバータ制御方法は、ドループ制御である。

【0041】

図４は、本発明の一実施形態によるＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図である。

【0042】

図３のドループ制御だけではバッテリーそれぞれのＳＯＣを制御することができないので、各バッテリーのＳＯＣに基づいてＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値を制御することができる。例えば、図４に示されたように、ドループ制御と共に、出力電圧指令値を変化させ、ＤＣ－ＤＣコンバータの循環電流を個々に制御し、各バッテリーのＳＯＣを一致させることができる。

【0043】

本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置は、第１バッテリーのＳＯＣ及び第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ算出し、第１バッテリーのＳＯＣ及び第２バッテリーのＳＯＣに基づいて、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値をそれぞれ制御し、第１バッテリーのＳＯＣ及び第２バッテリーのＳＯＣを制御するプロセッサを含むものでもある。

【0044】

また、プロセッサは、ＳＯＣ平均制御回路４１、超過成分出力回路４２及びＳＯＣ制限値制御回路４３を含むものでもある。

【0045】

ＳＯＣ平均制御回路４１は、第１バッテリー及び第２バッテリーの平均ＳＯＣと、第１バッテリーのＳＯＣまたは第２バッテリーのＳＯＣとの差を増幅させることができる。例えば、図４に示されたように、ＳＯＣ平均制御回路４１は、（ＳＯＣ＿ａｖｅ－ＳＯＣ＿Ｘ）によってＳＯＣ差を一致させるように、出力電圧Ｖｏｕｔ指令値を変化させることができる。例えば、ＳＯＣ＿ａｖｅは、第１バッテリー及び第２バッテリーのＳＯＣ平均値であり、ＳＯＣ＿Ｘは、第１バッテリーまたは第２バッテリーのＳＯＣ値である。また、図４に示されたように、ＳＯＣ平均制御回路４１は、第１バッテリー及び第２バッテリーの平均ＳＯＣと、第１バッテリーのＳＯＣまたは第２バッテリーのＳＯＣとの差をＫ倍増幅させることができる。

【0046】

超過成分出力回路４２は、第１バッテリー及び第２バッテリーのＳＯＣ制限値と、第１バッテリーまたは第２バッテリーのＳＯＣとを比較して超過した値を出力することができる。例えば、図４に示されたように、超過成分出力回路４２は、各バッテリーのＳＯＣが上下ＳＯＣ＿Ｌｉｍ範囲を超える場合、超過した成分を抽出することができる。例えば、ＳＯＣ制限値範囲内にあるならば、超過成分出力回路４２の出力値が０であるので、超過成分出力回路４２は、ＳＯＣ制限値範囲を超える場合にのみ作動する。例えば、図４に示されたように、超過成分は、ΔＳＯＣ＿ｌｉｍで表されうる。超過成分出力回路４２の動作を数式で表せば、以下の通りである。

【0047】

ＳＯＣ＿ｌｉｍ＿Ｌ＜ＳＯＣ＜ＳＯＣ＿ｌｉｍ＿Ｈ：ΔＳＯＣ＿ｌｉｍ＝０
ＳＯＣ＞ＳＯＣ＿ｌｉｍ＿Ｈ：ΔＳＯＣ＿ｌｉｍ＝ＳＯＣ－ＳＯＣ＿ｌｉｍ＿Ｈ
ＳＯＣ＜ＳＯＣ＿ｌｉｍ＿Ｌ：ΔＳＯＣ＿ｌｉｍ＝ＳＯＣ－ＳＯＣ＿ｌｉｍ＿Ｌ

【0048】

ＳＯＣ制限値制御回路４３は、超過成分出力回路の出力値を、ＳＯＣ平均制御回路の増幅前の信号と乗じた値を出力することができる。例えば、図４に示されたように、ＳＯＣ制限値制御回路４３は、ＳＯＣ平均制御回路の増幅前の値と前記超過成分ΔＳＯＣ＿ｌｉｍとを乗じて出力することができる。例えば、ＳＯＣ制限値制御回路４３は、ＳＯＣ＿ａｖｅと各バッテリーのＳＯＣとの差が大きい場合、ＳＯＣ制限値を超過した成分の大きさを乗じて結果値をさらに大きくすることができる。また、ＳＯＣ制限値制御回路４３は、ＳＯＣ制限値を超過したが、ＳＯＣ＿ａｖｅと各バッテリーのＳＯＣとの差が小さい場合、結果値を小さくすることができる。例えば、図４に示されたように、ＳＯＣ制限値制御回路４３のＫは、増幅ゲインを示す。

【0049】

また、本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置は、ＳＯＣ平均制御回路４１の出力値とＳＯＣ制限値制御回路４３の出力値との差を、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値からそれぞれ減算し、第１バッテリー及び第２バッテリーのＳＯＣをそれぞれ制御することができる。

【0050】

本発明の一実施形態において、ＳＯＣ制限値制御回路４３は、アナログ回路またはデジタル回路を含む。例えば、図５を参照すれば、デジタル方式で構成された本発明の一実施形態によるＤＣ－ＤＣコンバータの制御方法を説明するためのブロック図が示されている。例えば、図５に示されたように、図４のＳＯＣ制限値制御回路４３がデジタル方式にも具現される。

【0051】

例えば、Ｄ１において、ＳＯＣ差が０．１％以内となれば、ＡＮＤ回路の入力がローとなり、スイッチがオフとなる。また、Ｄ２において、ＳＯＣ＿Ｌｉｍ＿Ｈ／Ｌを超過しなければ、ＡＮＤ回路の入力がローとなり、スイッチがオフとなる。
図６ないし図８は、本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【0052】

まず、図６を参照すれば、本発明の一実施形態において、第１バッテリーＢａｔ１のＳＯＣは９０％であり、第２バッテリーＢａｔ２のＳＯＣは８５％でもある。この場合、第１バッテリーのＳＯＣと第２バッテリーのＳＯＣとのＳＯＣ平均値は８８％でもある。

【0053】

システムＢＭＳ ３０は、ＳＯＣ平均値８８％及び第１バッテリーのＳＯＣに基づいて、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値を制御することができる。また、システムＢＭＳ ３０は、ＳＯＣ平均値８８％及び第２バッテリーのＳＯＣに基づいて、第２ ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値を制御することができる。例えば、図６に示されたように、第１バッテリーＢａｔ１及び第２バッテリーＢａｔ２のＳＯＣは、ＳＯＣ平均値８８％で制御されうる。

【0054】

図６及び図７を共に参照すれば、第１時間ｔ１において、第１バッテリーＢａｔ１及び第２バッテリーＢａｔ２のＳＯＣがＳＯＣ平均値８８％で制御されうる。

【0055】

本発明によれば、ＳＯＣ平均値及びＳＯＣに基づいてＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧指令値を制御することにより、並列バッテリーのＳＯＣを均一に制御し、ＳＯＣ偏差による残存エネルギーを最小化することができる効果がある。

【0056】

図６及び図８を共に参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御装置は、ＳＯＣを均一に制御すると共にバッテリーを充電することができる。例えば、図８を参照すれば、第２時間ｔ２において、第１バッテリーＢａｔ１及び第２バッテリーＢａｔ２のＳＯＣが均一化されうる。ＳＯＣ平均制御と充電が同時に進められるので、第１バッテリーＢａｔ１及び第２バッテリーＢａｔ２のＳＯＣが均一化されるＳＯＣは、ＳＯＣ平均値である８８％以上の値でもある。また、第３時間ｔ３において、第１バッテリーＢａｔ１と第２バッテリーＢａｔ２が満充電されうる。

【0057】

本発明によれば、並列バッテリーにおいて各バッテリーのＳＯＣを均一化し、充放電終了時にＳＯＣ偏差による残存エネルギー容量を最小化することができる。

【0058】

図９ないし図１２は、本発明の他の実施形態によるバッテリーＳＯＣ制御方法を説明するための図面である。

【0059】

まず、図９を参照すれば、本発明の一実施形態において、第１バッテリーＢａｔ１のＳＯＣは９５％であり、第２バッテリーＢａｔ２のＳＯＣは８０％でもある。この場合、第１バッテリーのＳＯＣと第２バッテリーのＳＯＣとのＳＯＣ平均値は８８％でもある。また、第１バッテリーのＳＯＣとＳＯＣ平均値との第１差は７％であり、第２バッテリーのＳＯＣとＳＯＣ平均値との第２差は８％でもある。

【0060】

本発明の一実施形態によるＳＯＣ制限値は、特定数値を有する値にも設定される。例えば、ＳＯＣ制限値は９８％でもある。

【0061】

図１０ないし図１２において、図１０は、時間別の各バッテリーのＳＯＣを示し、図１１及び図１２は、各ＤＣ－ＤＣコンバータの制御ブロック図を示す図面である。例えば、図１０ないし図１２の実施形態は、ＳＯＣ制限値制御回路４３のゲインＫが１であり、Ｋｓｏｃｌｉｍは３である実施形態である。また、各バッテリーのＳＯＣ制限値は９８％である。

【0062】

図１０には、各バッテリーの経時的なＳＯＣとＳＯＣ平均が示されている。

【0063】

図１０ないし図１２を共に参照すれば、時間０～ｔ４の区間において、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の制御には、ＳＯＣ平均制御が行われうる。例えば、第１バッテリー１０のＳＯＣが９７％である時点で、第２バッテリー１１のＳＯＣは８７％であり、ＳＯＣ平均と各ＳＯＣとの差は５％でもある。この場合、図１１及び図１２において、Ａ１＝０、Ｂ１＝－５、Ｃ１＝０であり、Ａ２＝０、Ｂ２＝５、Ｃ２＝０でもある。

【0064】

時間ｔ４～ｔ５の区間において、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の制御には、ＳＯＣ平均制御が行われうる。また、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０の制御には、ＳＯＣ臨界制御が行われうる。例えば、第１バッテリー１０のＳＯＣが９８．５％である時点で、第２バッテリー１１のＳＯＣは９２．５％であり、ＳＯＣ平均と各ＳＯＣとの差は３％でもある。この場合、図１１及び図１２において、Ａ１＝－０．５、Ｂ１＝－３、Ｃ１＝４．５であり、Ａ２＝０、Ｂ２＝３、Ｃ２＝０でもある。

【0065】

時間ｔ５～ｔ６の区間において、第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及び第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の制御には、ＳＯＣ平均制御及びＳＯＣ臨界制御が行われうる。例えば、第１バッテリー１０のＳＯＣが９８．７％である時点で、第２バッテリー１１のＳＯＣは９８．３％であり、ＳＯＣ平均と各ＳＯＣとの差は０．２％でもある。この場合、図１１及び図１２において、Ａ１＝－０．７、Ｂ１＝－０．２、Ｃ１＝０．４２であり、Ａ２＝－０．３、Ｂ２＝０．２、Ｃ２＝－０．１８でもある。

【0066】

時間ｔ６～ｔ７の区間において、第１バッテリー１０及び第２バッテリー１１のＳＯＣが９９％と一致することができる。この場合、ＳＯＣ平均と各ＳＯＣとの差は０％であり、図１１及び図１２において、Ａ１＝－１、Ｂ１＝０、Ｃ１＝０であり、Ａ２＝－１、Ｂ２＝０、Ｃ２＝０でもある。そして、第１バッテリー１０と第２バッテリー１１は共に満充電されうる。

【0067】

本発明によれば、ＳＯＣ平均制御及びＳＯＣ臨界制御を利用して、充放電終了時に互いに並列連結された各バッテリーのＳＯＣ偏差による残存エネルギーを最小化し、並列バッテリーの使用容量を最大化することができる。

【0068】

互いに並列連結された各バッテリーのＳＯＣが均一化され、充放電終了時にＳＯＣ偏差による残存エネルギー容量を最小化することができる。また、並列連結された複数のバッテリーに劣化バッテリーが含まれているか、あるいは他の種類のバッテリーが含まれていても、各バッテリーのＳＯＣは同一であるように制御される。

【0069】

また、メンテナンスなどによって一部バッテリーが全体バッテリーシステムから分離される場合、復旧時にＳＯＣ差が大きければ、ＳＯＣ平均制御を行っても、十分な応答前にＳＯＣ差を有したまま充放電を終了する場合がある。しかしながら、本発明では、ＳＯＣが均一化されていない場合にも、ＳＯＣ制限値に達したバッテリーの充放電量を他のバッテリーとほぼ同一になるまで抑制するので、メンテナンス復旧時にＳＯＣ偏差が大きいとしても、そのまま運用して並列バッテリー容量を最大限利用することができる。

【0070】

ＳＯＣ臨界制御機能がない場合、事前に各バッテリーのＳＯＣを同一にして運用しなければならず、運用開始前まで調整作業量及び時間がかかるが、本発明によるＳＯＣ臨界制御機能を使用することにより、復旧時間を短縮することができる。

【0071】

前述の多様な実施形態は例示的であり、互いに区別されて独立して実施されるべきではない。本明細書で説明された実施形態は、互いに組み合わせられた形態にも実施される。

【0072】

前述の多様な実施形態は、コンピュータ上で多様な構成要素を介して実行可能なコンピュータプログラムの形態にも具現され、当該コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に記録される。このとき、該媒体は、コンピュータで実行可能なプログラムを継続保存してもよく、実行またはダウンロードのために臨時保存してもよい。また、該媒体は、単一または数個のハードウェアが結合された形態の多様な記録手段または保存手段でもあるが、あるコンピュータシステムに直接接続される媒体に限定されず、ネットワーク上に分散存在するものでもある。該媒体の例示には、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ及びＤＶＤ（digital versatile disc）のような光記録媒体、フロプティカルディスク（floptical disk）のような磁気・光媒体（magneto-optical medium）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどを含んでプログラム命令語が保存されるように構成されたものがありうる。また、他の媒体の例示として、アプリケーションを流通するアプリストアやその他多様なソフトウェアを供給または流通するサイト、サーバなどで管理する記録媒体または保存媒体も挙げられる。

【0073】

本明細書において、「部」、「モジュール」などは、プロセッサまたは回路のようなハードウェア構成（hardware component）、及び／またはプロセッサのようなハードウェア構成によって実行されるソフトウェア構成（software component）でもある。例えば、「部」、「モジュール」などは、ソフトウェア構成要素、オブジェクト指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素及びタスク構成要素のような構成要素、プロセス、関数、属性、プロシージャ、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバ、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ及び変数によっても具現される。

【0074】

前述の本発明の説明は、例示のためのものであり、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は、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形が可能であるということを理解できるであろう。従って、前述の実施形態は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。例えば、単一型と説明されている各構成要素は、分散されて実施可能であり、同様に、分散されたものと説明されている構成要素も、結合された形態に実施可能である。

【0075】

本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等な概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

【符号の説明】

【0076】

１０ 第１バッテリー
１１ 第２バッテリー
２０ 第１ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２１ 第２ ＤＣ－ＤＣコンバータ
３０ システムＢＭＳ
３１ 通信モジュール
３２ プロセッサ
３３ メモリ
４１ ＳＯＣ平均制御回路
４２ 超過成分出力回路
４３ ＳＯＣ制限値制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】