JP7188716B2

JP7188716B2 - バッテリー管理装置、バッテリー管理方法、バッテリーパック及び電気車両

Info

Publication number: JP7188716B2
Application number: JP2021538098A
Authority: JP
Inventors: セオ、ボ－キュン
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: KR20210029878A; US20250340151A1; WO2021045387A1; US11912158B2; US20210370796A1; JP2022516264A; KR102743393B1; EP3923007B1; CN113784868B; EP3923007A4; EP3923007A1; US12370922B2; US20240300378A1; CN113784868A

Description

本発明は、バッテリーの充電にかかる時間を予測するための技術に関する。

本出願は、２０１９年９月６日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１１０７５９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。

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列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。

バッテリーの充電には、ＣＣ－ＣＶ（ＣｏｎｓｔａｎｔＣｕｒｒｅｎｔ－ＣｏｎｓｔａｎｔＶｏｌｔａｇｅ）充電が広く用いられている。ＣＣ－ＣＶ充電は、定電流充電と定電圧充電とを混用した充電技法であって、バッテリーの電圧（またはＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ））が所定のカットオフ電圧（または、切換ＳＯＣ）に到達するまで定電流充電が行われた後、定電圧充電に切り換えられる。定電圧充電の進行中に、バッテリーを通じて流れる電流が臨界値まで低下することに応じてバッテリーの充電が終了する。

ＣＣ－ＣＶ充電などを用いてバッテリーを充電する際、バッテリーを目標ＳＯＣ（例えば、９５％）まで充電するのに必要な時間（「充電残余時間」と称し得る）を予測することが重要である。

従来、バッテリーの現在ＳＯＣと目標ＳＯＣとの差をバッテリーに流れている電流で除することで充電残余時間の予測値を求めている。しかし、このような従来技術は、相異なる大きさの複数の許容定電流が規定された複数の充電区間（例えば、ＳＯＣ範囲）を活用する、いわゆるマルチステージ定電流充電過程には適さない。また、従来技術は、充電残余時間の予測において、バッテリーの退化による各充電区間の変化を反映できないため、予測した充電残余時間の正確度が低いという短所がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、異なる大きさの許容定電流が規定された複数の充電区間を用いてバッテリーを目標ＳＯＣまで充電するのに必要な充電残余時間を正確に予測するバッテリー管理装置、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、各充電区間の充電にかかると予測された時間と各充電区間の充電に実際にかかった時間との差に基づいて各充電区間の範囲を補正することで、バッテリーの退化によって充電残余時間の予測正確度が低下することを防止するバッテリー管理装置、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。

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、第１の温度区間～第ｍの温度区間と第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストと第１の電流リスト～第ｍの電流リストとの対応関係が書き込まれた充電シーケンステーブルを保存し、ｍが２以上の自然数であるメモリと、バッテリーの電圧、電流及び温度を検出するように構成されるセンシング部と、メモリ及びセンシング部に動作可能に結合された制御部と、を含む。各ＳＯＣリストは、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間を規定する。ｎは２以上の自然数である。各電流リストは、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間と一対一で対応する第１の許容定電流～第ｎの許容定電流を規定する。制御部は、検出された電圧及び検出された電流に基づいてバッテリーの現在ＳＯＣを決定する。制御部は、検出された温度に基づいて、充電シーケンステーブルから関心温度区間、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストを決定する。関心温度区間は、第１の温度区間～第ｍの温度区間のうち検出された温度が属する温度区間である。関心ＳＯＣリストは、第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストのうち関心温度区間に対応するＳＯＣリストである。関心電流リストは、第１の電流リスト～第ｍの電流リストのうち関心温度区間に対応する電流リストである。制御部は、検出された電流、現在ＳＯＣ、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストに基づいて、バッテリーを目標ＳＯＣまで充電するのに必要な時間である充電残余時間を決定するように構成される。

制御部は、関心ＳＯＣリストによって規定された第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する第１の設定容量～第ｎの設定容量を決定するように構成され得る。制御部は、現在ＳＯＣ及び第１の設定容量～第ｎの設定容量に基づいて、関心ＳＯＣリストによって規定された第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間のそれぞれにおけるバッテリーを充電するための第１の目標容量～第ｎの目標容量を決定するように構成され得る。制御部は、検出された電流、第１の目標容量～第ｎの目標容量及び関心電流リストによって規定された第１の許容定電流～第ｎの許容定電流に基づいて充電残余時間を決定するように構成され得る。

制御部は、下記数式１を用いて第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間のそれぞれにおけるバッテリーを充電するのに必要な時間である第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間を決定するように構成され得る。
［数式１］

数式１において、ｊはｎ以下の自然数、Ｉ_ｍは検出された電流、Ｉ［ｊ］は第ｊの許容定電流、ＭＩＮ（Ｉ_ｍ，Ｉ［ｊ］）はＩ_ｍ及びＩ［ｊ］のうち小さいもの、ΔＱ_ｔｇ［ｊ］は第ｊの目標容量、ΔＴ_ｒ［ｊ］は第ｊの区間予想時間を示す。

制御部は、第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間の総和と同一に充電残余時間を決定するように構成され得る。

制御部は、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストに対応する目標充電シーケンスに従ってバッテリーが目標ＳＯＣまで充電される間、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間それぞれの充電にかかった第１の区間所要時間～第ｎの区間所要時間を決定するように構成され得る。

制御部は、第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間及び第１の区間所要時間～第ｎの区間所要時間に基づいて、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する第１の容量損失～第ｎの容量損失を決定するように構成され得る。

制御部は、第１の容量損失～第ｎの容量損失に基づいて、関心ＳＯＣリストを更新するように構成され得る。

制御部は、下記数式２を用いて第１の容量損失～第ｎの容量損失を決定するように構成され得る。
［数式２］

数式２において、ΔＴ_ｓ［ｊ］は第ｊの区間所要時間、ΔＱ_ｌｏｓｓ［ｊ］は第ｊの容量損失を示す。

制御部は、下記数式３を用いて関心ＳＯＣリストを更新するように構成され得る。
［数式３］

数式３において、ΔＱ_ｓｅｔ［ｋ］は第ｋの設定容量、Ｑ_ｍａｘは所定の最大容量、ＳＯＣ_{ｌｉｍｉｔ}［ｊ］は更新された関心ＳＯＣリストが規定する第ｊのＳＯＣ区間の上限値を示す。

本発明の他の態様によるバッテリーパックは、バッテリー管理装置を含む。

本発明のさらに他の態様による電気車両は、バッテリーパックを含む。

本発明のさらに他の態様によるバッテリー管理方法は、バッテリー管理装置を用いる。バッテリー管理方法は、センシング部がバッテリーの電圧、電流及び温度を検出する段階と、制御部が検出された電圧及び検出された電流に基づいてバッテリーのＳＯＣを決定する段階と、制御部が充電シーケンステーブルから、関心温度区間、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストを決定する段階と、制御部が検出された電流、現在ＳＯＣ、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストに基づいて充電残余時間を決定する段階を含む。

本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、異なる大きさの許容定電流が規定された複数の充電区間を用いてバッテリーを目標ＳＯＣまで充電するのに必要な充電残余時間を正確に予測することができる。

また、本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、各充電区間の充電にかかると予測された時間と各充電区間の充電に実際にかかった時間との差に基づいて各充電区間の範囲を補正することで、バッテリーの退化によって充電残余時間の予測正確度が低下することを防止することができる。

本発明の効果は上記の効果に制限されず、他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

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形態を例示するものであり、発明の詳細な説明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ものであるため、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。

本発明による電気車両の構成を例示的に示した図である。本発明の第１実施例によるバッテリー管理方法を例示的に示したフロー図である。図２のバッテリー管理方法に用いられる例示的な充電シーケンステーブルを示した図である。本発明の第２実施例によるバッテリー管理方法を例示的に示したフロー図である。図４のバッテリー管理方法による例示的な充電手順の説明に参照する図である。

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。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事前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。

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。また、明細書に記載された＜制御ユニット＞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意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。

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）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。

図１は、本発明による電気車両１の構成を例示的に示した図である。

図１を参照すると、電気車両１は、バッテリーパック１００、スイッチ２０及び充電装置１０を含む。

バッテリーパック１００は、バッテリー２００及びバッテリー管理装置３００を含む。

バッテリー２００は、少なくとも一つのバッテリーセルを含む。バッテリー２００が複数のバッテリーセルを含む場合、各バッテリーセルは他のバッテリーセルと電気的に直列及び／または並列で接続され得る。バッテリーセルは、例えばリチウムイオン二次電池のように繰り返して充放電可能なものであれば、その種類は特に制限されない。

スイッチ２０は、バッテリー２００と充電装置１０との間を連結する電流経路に設けられる。すなわち、バッテリー２００と充電装置１０とは、スイッチ２０を介して相互電気的に接続される。スイッチ２０としては、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、リレーなどのように電気的信号を用いて制御可能な公知のスイッチング素子を用い得る。

充電装置１０は、バッテリー管理装置３００からの要請に応じて、要請に対応する大きさを有する定電流または定電圧をバッテリー２００に供給するように構成される。

バッテリー管理装置３００は、メモリ３１０、センシング部３２０及び制御部３３０を含む。

メモリ３１０は、バッテリー２００を管理するのに必要なプログラム及び各種のデータを保存する。メモリ３１０は、例えばフラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｉｓｋ）、ＳＤＤ（ＳｉｌｉｃｏｎＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、マルチメディアカードマイクロ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ)、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃＲＡＭ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）のうち少なくとも一つの形態の記録媒体を含み得る。

特に、メモリ３１０には、充電シーケンステーブルＤＴ（図３参照）が保存され得る。充電シーケンステーブルＤＴには、第１の温度区間～第ｍの温度区間と第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストと第１の電流リスト～第ｍの電流リストとの対応関係が書き込まれている。ｍは２以上の自然数である。ｉ＝１～ｍとするとき、第ｉの温度区間と第ｉのＳＯＣリストと第ｉの電流リストとは互いに関連し得る。

それぞれのＳＯＣリストには、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間が規定されている。それぞれの電流リストには、第１の許容定電流～第ｎの許容定電流が規定されている。ｎは２以上の自然数である。ｊ＝１～ｎとするとき、第ｊのＳＯＣ区間と第ｊの許容定電流とは互いに関連し得る。

第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストにおいて、相対的に低い温度区間と関連したＳＯＣリストの第ｎのＳＯＣ区間の上限値は、相対的に高い温度区間と関連したＳＯＣリストの第ｎのＳＯＣ区間の上限値よりも小さい。例えば、図３に示されたように、第１の温度区間と関連した第１のＳＯＣリストの第５のＳＯＣ区間の上限値２５％は、第１の温度区間よりも高い第２温度区間と関連した第２のＳＯＣリストの第５のＳＯＣ区間の上限値９５％よりも小さい。これは、低温環境でバッテリー２００の電気化学反応が遅くなる特性が考慮されたものである。

それぞれの電流リストにおいて、相対的に高いＳＯＣ区間と関連した許容定電流は、相対的に低いＳＯＣ区間と関連した許容定電流よりも小さい。各許容定電流は、充電電流によるバッテリー２００の退化要因（例えば、リチウム析出、過電圧など）を抑制するために予め決められたものである。

充電シーケンステーブルＤＴの詳細については図３を参照して後述する。

センシング部３２０は、バッテリー２００に電気的に接続可能に提供される。センシング部３２０は、電圧センサ３２１、電流センサ３２２及び温度センサ３２３を含む。

電圧センサ３２１は、バッテリー２００の正極端子及び負極端子に電気的に接続される。電圧センサ３２１は、バッテリー２００の両端にかかる電圧を検出し、検出された電圧を示す電圧信号を制御回路に出力するように構成される。電流センサ３２２は、バッテリー２００と充電装置１０との間で、スイッチ２０に直列で接続され得る。電流センサ３２２は、バッテリー２００を通じて流れる電流を検出し、検出された電流を示す電流信号を制御部３３０に出力するように構成される。温度センサ３２３は、バッテリー２００の温度を検出し、検出された温度を示す温度信号を制御部３３０に出力するように構成される。

制御部３３０は、充電装置１０、スイッチ２０、メモリ３１０及びセンシング部３２０に動作可能に連結される。制御部３３０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサ、その他機能を実行するための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現され得る。

制御部３３０は、組み込まれたＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いてセンシング部３２０からの各信号をデジタル信号に変換することで、バッテリー２００の状態を示すバッテリー情報を周期的に決定するように構成される。バッテリー情報は、最近の所定期間の電圧履歴、電流履歴及び温度履歴のうち少なくとも一つを含む。バッテリー情報は、バッテリー２００の充電状態（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）をさらに含み得る。ＳＯＣは、バッテリー２００の最大容量に対するバッテリー２００に残っている容量の比率を示すパラメータであって、０～１または０～１００％で表し得る。最大容量は、バッテリー２００に貯蔵可能な最大の電荷量（ａｍｏｕｎｔｏｆｃｈａｒｇｅ）を示す。寿命初期（ＢＯＬ：ＢｅｇｉｎｏｆＬｉｆｅ）のバッテリー２００の最大容量は「設計容量（ｄｅｓｉｇｎｃａｐａｃｉｔｙ）」とも称し得る。

制御部３３０は、所定の設定時間（例えば、０．００１秒）毎に収集される電圧信号、電流信号及び温度信号のうち少なくとも二つに基づいてバッテリー２００のＳＯＣを決定することができる。ＳＯＣの決定には公知の多様な推定技法が用いられ得る。例えば、ＳＯＣと開放電圧（ＯＣＶ：ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔＶｏｌｔａｇｅ）との対応関係が規定されたＳＯＣ－ＯＣＶテーブルを用いて、センシング部３２０によって検出されたバッテリー２００のＯＣＶからバッテリー２００のＳＯＣを決定し得る。勿論、バッテリー電流を周期的に積算するアンペアカウンティング、等価回路モデルまたは拡張カルマンフィルターなどのような他の推定技法をＳＯＣの決定に用いてもよい。

制御部３３０は、バッテリー情報に基づいて、充電装置１０を用いてバッテリー２００の充電を制御することができる。制御部３３０は、バッテリー２００の充電中にスイッチ２０にターンオン状態に制御する。

図２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的に示したフロー図であり、図３は図２のバッテリー管理方法に用いられる例示的な充電シーケンステーブルを示した図である。

図２のバッテリー管理方法は、バッテリー２００を現在ＳＯＣから目標ＳＯＣまで充電するのに必要な時間である充電残余時間を決定するため、バッテリー管理装置３００によって実行されるものである。

図１～図３を参照すると、段階Ｓ２００において、制御部３３０は、センシング部３２０を用いてバッテリー２００の電圧、電流及び温度を検出する。具体的には、センシング部３２０が電圧信号、電流信号及び温度信号を制御部３３０に出力すれば、制御部３３０は各信号に基づいてバッテリー２００の電圧、電流及び温度を示すバッテリー情報を生成する。

段階Ｓ２１０において、制御部３３０は、センシング部３２０からの各信号に基づいてバッテリー２００の現在ＳＯＣを決定する。

段階Ｓ２２０において、制御部３３０は、検出された温度に基づいて、充電シーケンステーブルＤＴから関心温度区間、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストを決定する。

図３はｍ＝３、ｎ＝５である場合のテーブルＤＴを示している。図３を参照すると、－１０℃以下は第１の温度区間、－１０～１０℃は第２の温度区間、１０℃以上は第３の温度区間と規定されている。第１のＳＯＣリストは、０～５％を第１のＳＯＣ区間、５～１０％を第２のＳＯＣ区間、１０～１５％を第３のＳＯＣ区間、１５～２０％を第４のＳＯＣ区間、２０～２５％を第５のＳＯＣ区間と規定している。第２のＳＯＣリストは、０～１０％を第１のＳＯＣ区間、１０～５０％を第２のＳＯＣ区間、５０～８０％を第３のＳＯＣ区間、８０～９０％を第４のＳＯＣ区間、９０～９５％を第５のＳＯＣ区間と規定している。第３のＳＯＣリストは、０～５０％を第１のＳＯＣ区間、５０～８０％を第２のＳＯＣ区間、８０～９０％を第３のＳＯＣ区間、９０～９５％を第４のＳＯＣ区間、９５～１００％を第５のＳＯＣ区間で規定している。第１の電流リストは、４Ａ（ａｍｐｅｒｅ）を第１の許容定電流、３Ａを第２の許容定電流、２Ａを第３の許容定電流、１Ａを第４の許容定電流、０．３Ａを第５の許容定電流と規定している。第２の電流リストは、１０Ａを第１の許容定電流、８Ａを第２の許容定電流、５Ａを第３の許容定電流、２Ａを第４の許容定電流、１Ａを第５の許容定電流と規定している。第３の電流リストは、２０Ａを第１の許容定電流、１０Ａを第２の許容定電流、５．５Ａを第３の許容定電流、２．３Ａを第４の許容定電流、１．１Ａを第５の許容定電流と規定している。

関心温度区間は、第１の温度区間～第ｎの温度区間のうち段階Ｓ２００で検出された温度が属する温度区間である。例えば、段階Ｓ２００で検出された温度が０℃であると、０℃は第２の温度区間に属するため、制御部３３０は第２の温度区間を関心温度区間として決定する。また、制御部３３０は、関心温度区間（－１０～１０℃）と関連した第２のＳＯＣリスト及び第２の電流リストをそれぞれ関心ＳＯＣリストと関心電流リストとして決定することができる。目標ＳＯＣは、関心ＳＯＣリストが規定する第ｎのＳＯＣ区間の上限値であり得る。一例として、第２の電流リストが関心ＳＯＣリストとして決定された場合、制御部３３０は、第２の電流リストが規定する第５のＳＯＣ区間の上限値である９５％と同一に目標ＳＯＣを決定することができる。

段階Ｓ２３０において、制御部３３０は、第１の設定容量～第ｎの設定容量を決定する。第１の設定容量～第ｎの設定容量は、関心ＳＯＣリストによって規定された第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する。ｊ＝１～ｎとすると、第ｊの設定容量は、関心ＳＯＣリストが規定する第ｊのＳＯＣ区間の下限値と上限値との差に対応する容量を示す。例えば、第２のＳＯＣリストが規定する第２のＳＯＣ区間の下限値と上限値はそれぞれ１０％と５０％であるため、第２設定容量は最大容量の４０％と同一であり得る。参考までに、第ｊのＳＯＣ区間の上限値は、第ｊ＋１のＳＯＣ区間の下限値と同一であり得る。

第２のＳＯＣリストが関心ＳＯＣリストであり、バッテリー２００の最大容量が１０Ａｈ（ａｍｐｅｒｅ－ｈｏｕｒ）としよう。すると、第１の設定容量は１Ａｈ、第２の設定容量は４Ａｈ、第３の設定容量は３Ａｈ、第４の設定容量は１Ａｈ、第５の設定容量は０．５Ａｈと決定される。

段階Ｓ２４０において、制御部３３０は、第１の目標容量～第ｎの目標容量を決定する。第１の目標容量～第ｎの目標容量も、関心ＳＯＣリストによって規定された第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する。ｊ＝１～ｎとすると、第ｊの目標容量は、関心ＳＯＣリストが規定する第ｊのＳＯＣ区間においてバッテリー２００を充電するために必要な総容量を示す。

第２のＳＯＣリストが関心ＳＯＣリストであり、バッテリー２００の最大容量が１０Ａｈであり、段階Ｓ２１０で決定された現在ＳＯＣが３０％としよう。この場合、３０％である現在ＳＯＣは既に第２のＳＯＣリストの第１のＳＯＣ区間０～１０％を超えて第２のＳＯＣ区間１０～５０％に属するため、第１の目標容量は０Ａｈと決定される。また、第２のＳＯＣ区間の上限値５０％に到達するためには最大容量の２０％に対応する容量を充電しなければならないため、第２の目標容量は２Ａｈと決定される。第３のＳＯＣ区間～第５のＳＯＣ区間は下限値が３０％よりも大きい区間であるため、第３の目標容量～第５の目標容量はそれぞれ第３の設定容量～第５の設定容量と同一に決定される。

段階Ｓ２５０において、制御部３３０は、第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間を決定する。第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間は、段階Ｓ２００で検出された電流、第１の目標容量～第ｎの目標容量及び関心電流リストによって規定された第１の許容定電流～第ｎの許容定電流に基づく。ｊ＝１～ｎとすると、第ｊの区間予想時間は、第ｊのＳＯＣ区間におけるバッテリー２００の充電にかかる時間の予測値である。制御部３３０は、下記数式１を用いて第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間を決定することができる。
［数式１］

数式１において、Ｉ_ｍは段階Ｓ２００で検出された電流、Ｉ［ｊ］は関心電流リストの第ｊの許容定電流、ΔＱ_ｔｇ［ｊ］は第ｊの目標容量、ΔＴ_ｒ［ｊ］は第ｊの区間予想時間を示す。ＭＩＮ（ｘ，ｙ）はｘ及びｙのうち小さいものを出力する関数である。ＭＩＮ（ｚ，ｚ）はｚである。

Ｉ_ｍ＝８Ａとしよう。すると、数式１によって、第１の区間予想時間は０Ａｈ／８Ａ＝０ｈ（ｈｏｕｒ）、第２の区間予想時間は２Ａｈ／８Ａ＝０．２５ｈ、第３の区間予想時間は３Ａｈ／５Ａ＝０．３７５ｈ、第４の区間予想時間は１Ａｈ／２Ａ＝０．５ｈ、第５の区間予想時間は０．５Ａｈ／１Ａ＝０．５ｈと決定される。

段階Ｓ２６０において、制御部３３０は、充電残余時間を決定する。充電残余時間は、第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間の総和と同一である。例えば、充電残余時間＝（０＋０．２５＋０．３７５＋０．５＋０．５）ｈ＝１．６２５ｈと決定され得る。

段階Ｓ２７０において、制御部３３０は、充電残余時間を示す通知メッセージを出力する。通知メッセージは、有線または無線の通信チャネルを通じて制御部３３０に連結された充電装置１０及び／または上位コントローラ２に伝送され得る。上位コントローラ２は、電気車両１のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であり得る。通信チャネルは、例えばＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）のような有線通信プロトコルを用いるか、または、ジグビー（登録商標）（ＺｉｇＢｅｅ（登録商標））やブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））のような無線通信プロトコルを用い得る。

一方、充電残余時間を決定する動作と独立して、制御部３３０は、段階Ｓ２２０でそれぞれ決定された関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストに対応する目標充電シーケンスに従って、バッテリー２００のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達するまでバッテリー２００の充電を制御することができる。

図４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的に示したフロー図であり、図５は図４のバッテリー管理方法による例示的な充電手順の説明に参照する図である。

図４のバッテリー管理方法は、目標充電シーケンスに従ってバッテリー２００を充電すると同時に、図２のバッテリー管理方法において充電残余時間の決定に活用された関心ＳＯＣリストを更新するためのものである。図４のバッテリー管理方法は、段階Ｓ２２０の後に実行できる。

図１～図４を参照すると、段階Ｓ４００において、制御部３３０は、バッテリー２００の現在ＳＯＣに基づいてシーケンスインデックスｋを決定する。ｊ＝１～ｎとすると、バッテリー２００の現在ＳＯＣが関心ＳＯＣリストの第ｊのＳＯＣ区間に属する場合、シーケンスインデックスｋはｊと同一に決定される。例えば、バッテリー２００のＳＯＣが３０％であれば、３０％は関心ＳＯＣリストの第２のＳＯＣ区間に属するため、ｋ＝２と決定され得る。

段階Ｓ４１０において、制御部３３０は、第ｋの充電電流を決定する。第ｋの充電電流は、段階Ｓ２００で検出された電流及び関心電流リストが規定する第ｋの許容定電流のうちより小さいものである。例えば、シーケンスインデックスｋが２である場合、段階Ｓ２００で検出された電流８Ａと第２の許容定電流８Ａとが同一であるため、８Ａが第２の充電電流と決定される。他の例として、シーケンスインデックスｋが３である場合、段階Ｓ２００で検出された電流８Ａ及び第３の許容定電流５Ａのうち小さい方である５Ａが第３充電電流と決定される。

段階Ｓ４２０において、制御部３３０は、第ｋの充電電流をバッテリー２００に供給することを要請する第ｋの命令メッセージを充電装置１０に伝送する。充電装置１０は、第ｋの命令メッセージに応えて第ｋの充電電流をバッテリー２００に供給するように構成される。

段階Ｓ４３０において、制御部３３０は、バッテリー２００のＳＯＣが関心ＳＯＣリストの第ｋのＳＯＣ区間の上限値に到達したか否かを判断する。段階Ｓ４３０の値が「はい」であることは、第ｋのＳＯＣ区間に対する充電手順が完了したことを示す。段階Ｓ４３０の値が「はい」であると、段階Ｓ４４０に進む。段階Ｓ４３０の値が「いいえ」であると、段階Ｓ４３０が再度行われ得る。

段階Ｓ４４０において、制御部３３０は、第ｋの区間所要時間を決定する。第ｋの区間所要時間は、第ｋのＳＯＣ区間においてバッテリー２００の充電にかかった時間である。例えば、第ｋの区間所要時間は、第ｋの充電電流が決定された時点からバッテリー２００のＳＯＣが第ｋのＳＯＣ区間の上限値に到達した時点までかかった時間と同一に決定され得る。

段階Ｓ４５０において、制御部３３０は、シーケンスインデックスｋがｎと同一であるか否かを判断する。段階Ｓ４５０の値が「いいえ」であると、段階Ｓ４６０に進む。段階Ｓ４５０の値が「はい」であることは、バッテリー２００のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達したことを示す。段階Ｓ４５０の値が「はい」であると、段階Ｓ４７０に進む。

段階Ｓ４６０において、制御部３３０は、シーケンスインデックスｋを１ほど増加させる。段階Ｓ４６０の後、段階Ｓ４１０に戻る。

段階Ｓ４７０において、制御部３３０は、第１の容量損失～第ｎの容量損失を決定する。ｊ＝１～ｎとすると、第ｊの容量損失は、第ｊの目標容量と第ｊの区間所要時間中のバッテリー２００の容量増加分との差である。すなわち、バッテリー２００が退化するほど、第ｊの容量損失は増加し得るため、第ｊの容量損失は第ｊのＳＯＣ区間の充電に必要な総容量の減少分を示すことができる。制御部３３０は、下記数式２を用いて第１の容量損失～第ｎの容量損失を決定することができる。
［数式２］

数式２において、ΔＴ_ｒ［ｊ］は第ｊの区間予想時間、ΔＴ_ｓ［ｊ］は第ｊの区間所要時間、ΔＱ_ｌｏｓｓ［ｊ］は第ｊの容量損失を示す。数式２は、下記数式２－１のように表すこともできる。
［数式２－１］

数式２－１において、ΔＱ_ｃｈ［ｊ］は第ｊの区間所要時間中のバッテリー２００の容量増加分を示す。

段階Ｓ４８０において、制御部３３０は、関心ＳＯＣリストを更新する。制御部３３０は、下記数式３を用いて充電シーケンステーブルＤＴに書き込まれた関心ＳＯＣリストを更新することができる。
［数式３］

数式３において、ΔＱ_ｓｅｔ［ｋ］は第ｋの設定容量、Ｑ_ｍａｘは最大容量、ＳＯＣ_{ｌｉｍｉｔ}［ｊ］は更新された関心ＳＯＣリストが規定する第ｊのＳＯＣ区間の上限値を示す。

図５に示されたグラフは、段階Ｓ２００で検出された電流が８Ａ、段階Ｓ２１０で決定されたＳＯＣが３０％、段階Ｓ２２０で決定された関心ＳＯＣリストと関心電流リストがそれぞれ充電シーケンステーブルＤＴの第２のＳＯＣリストと第２の電流リストである場合、目標充電シーケンスによるバッテリー２００の充電過程を例示する。

図１～図５を参照すると、時点ｔ_２から時点ｔ_３までバッテリー２００が第２の充電電流８Ａで充電される。時点ｔ_３はバッテリー２００のＳＯＣが第２のＳＯＣ区間の上限値５０％に到達した時点である。時点ｔ_２から時点ｔ_３までの時間ΔＴ_ｓ［２］が第２のＳＯＣ区間における充電にかかった第２の区間所要時間と決定される。

時点ｔ_３から時点ｔ_４までバッテリー２００が第３の充電電流５Ａで充電される。時点ｔ_４はバッテリー２００のＳＯＣが第３のＳＯＣ区間の上限値８０％に到達した時点である。時点ｔ_３から時点ｔ_４までの時間ΔＴ_ｓ［３］が第３のＳＯＣ区間における充電にかかった第３の区間所要時間と決定される。

時点ｔ_４から時点ｔ_５までバッテリー２００が第４の充電電流２Ａで充電される。時点ｔ_５はバッテリー２００のＳＯＣが第４のＳＯＣ区間の上限値９０％に到達した時点である。時点ｔ_４から時点ｔ_５までの時間ΔＴ_ｓ［４］が第４のＳＯＣ区間における充電にかかった第４の区間所要時間と決定される。

時点ｔ_５から時点ｔ_６までバッテリー２００が第５の充電電流１Ａで充電される。時点ｔ_６はバッテリー２００のＳＯＣが第５のＳＯＣ区間の上限値である目標ＳＯＣ９５％に到達した時点である。時点ｔ_５から時点ｔ_６までの時間ΔＴ_ｓ［５］が第５のＳＯＣ区間における充電にかかった第５の区間所要時間と決定される。時点ｔ_６では、定電流充電から定電圧充電に切り換えられ得る。

一方、第１のＳＯＣ区間に対する充電は省略されたため、第１の区間所要時間は０ｈである。

第１の区間予想時間～第５の区間予想時間がそれぞれ０ｈ、０．２５ｈ、０．３７５ｈ、０．５ｈ、０．５ｈであり、第１の区間所要時間～第５の区間所要時間がそれぞれ０ｈ、０．１８７５ｈ、０．３６５ｈ、０．３７５ｈ、０．５ｈであり、最大容量Ｑ_ｍａｘが１０Ａｈであるとしよう。すると、数式２（または数式２－１）によって、第１の容量損失～第５の容量損失はそれぞれ０Ａｈ、０．５Ａｈ、０．０５Ａｈ、０．２５Ａｈ、０Ａｈと決定される。その後、数式３によって、関心ＳＯＣリストが更新される。すなわち、関心ＳＯＣリストが規定する第１のＳＯＣ区間～第５のＳＯＣ区間のそれぞれの上限値は１０％、５０％、８０％、９０％、９５％から１０％、４５％、７４．５％、８２％、８７％に更新される。

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。

Claims

第１の温度区間～第ｍの温度区間と第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストと第１の電流リスト～第ｍの電流リストとの対応関係が書き込まれた充電シーケンステーブルを保存し、ｍは２以上の自然数であるメモリと、
バッテリーの電圧、電流及び温度を検出するように構成されるセンシング部と、
前記センシング部の検出結果を受信する制御部と、を含み、
それぞれの前記ＳＯＣリストは、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間を規定し、ｎは２以上の自然数であり、
それぞれの前記電流リストは、前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間と一対一で対応する第１の許容定電流～第ｎの許容定電流を規定し、
前記制御部は、
前記検出された電圧及び前記検出された電流に基づいて前記バッテリーの現在ＳＯＣを決定し、
前記検出された温度に基づいて前記充電シーケンステーブルから関心温度区間、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストを決定し、前記関心温度区間は前記第１の温度区間～第ｍの温度区間のうち前記検出された温度が属する温度区間であり、前記関心ＳＯＣリストは前記第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストのうち前記関心温度区間に対応するＳＯＣリストであり、前記関心電流リストは前記第１の電流リスト～第ｍの電流リストのうち前記関心温度区間に対応する電流リストであり、
前記関心ＳＯＣリストによって規定された前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する第１の設定容量～第ｎの設定容量を決定し、設定容量は、前記バッテリーの最大容量に対して、対応するＳＯＣ区間の下限値と上限値との差に対応する容量を示し、
前記現在ＳＯＣ及び前記第１の設定容量～第ｎの設定容量に基づいて、前記関心ＳＯＣリストによって規定された前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間のそれぞれにおける前記バッテリーを充電するための第１の目標容量～第ｎの目標容量を決定し、目標容量は、前記バッテリーを前記現在ＳＯＣから前記関心ＳＯＣリストによって規定された第ｎのＳＯＣ区間の上限値まで充電するために必要な、対応するＳＯＣ区間における容量を示し、
下記数式１を用いて前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間のそれぞれにおける前記バッテリーを充電するのに必要な時間である第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間を決定し、
［数式１］

（数式１において、ｊはｎ以下の自然数、Ｉ _ｍは前記検出された電流、Ｉ［ｊ］は第ｊの許容定電流、ＭＩＮ（Ｉ _ｍ，Ｉ［ｊ］）はＩ _ｍ及びＩ［ｊ］のうち小さいもの、ΔＱ _ｔｇ［ｊ］は第ｊの目標容量、ΔＴ _ｒ［ｊ］は第ｊの区間予想時間を示す。）
前記関心ＳＯＣリストによって規定された第ｎのＳＯＣ区間の上限値である目標ＳＯＣまで前記バッテリーを充電するために必要な時間である充電残余時間を、前記第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間の総和と同一に決定するように構成される、バッテリー管理装置。
前記制御部は、
前記関心ＳＯＣリスト及び前記関心電流リストに対応する目標充電シーケンスに従って前記バッテリーが前記目標ＳＯＣまで充電される間、前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間それぞれの充電にかかった第１の区間所要時間～第ｎの区間所要時間を決定するように構成される、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
前記制御部は、
下記数式２を用いて、前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する第１の容量損失～第ｎの容量損失を決定し、
［数式２］

（数式２において、ΔＴ _ｓ［ｊ］は第ｊの区間所要時間、ΔＱ _ｌｏｓｓ［ｊ］は第ｊの容量損失を示す。）
前記第１の容量損失～第ｎの容量損失に基づいて、前記関心ＳＯＣリストを更新するように構成される、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
前記制御部は、
下記数式３を用いて前記関心ＳＯＣリストを更新するように構成される、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
［数式３］

数式３において、ΔＱ_ｓｅｔ［ｋ］は第ｋの設定容量、Ｑ_ｍａｘは所定の最大容量、ＳＯＣ_{ｌｉｍｉｔ}［ｊ］は前記更新された関心ＳＯＣリストが規定する第ｊのＳＯＣ区間の上限値を示す。
請求項１から４のいずれか一項に記載の前記バッテリー管理装置を含むバッテリーパック。
請求項５に記載の前記バッテリーパックを含む電気車両。
バッテリー管理装置によって実行されるバッテリー管理方法であって、
バッテリーの電圧、電流及び温度を検出する段階と、
前記検出された電圧及び前記検出された電流に基づいて前記バッテリーの現在ＳＯＣを決定する段階と、
第１の温度区間～第ｍの温度区間と第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストと第１の電流リスト～第ｍの電流リストとの対応関係が書き込まれた充電シーケンステーブルから、前記検出された温度に基づいて、関心温度区間、関心ＳＯＣリスト及び関心電流リストを決定する段階であって、それぞれの前記ＳＯＣリストは、第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間を規定し、ｎは２以上の自然数であり、それぞれの前記電流リストは、前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間と一対一で対応する第１の許容定電流～第ｎの許容定電流を規定し、前記関心温度区間は前記第１の温度区間～第ｍの温度区間のうち前記検出された温度が属する温度区間であり、前記関心ＳＯＣリストは前記第１のＳＯＣリスト～第ｍのＳＯＣリストのうち前記関心温度区間に対応するＳＯＣリストであり、前記関心電流リストは前記第１の電流リスト～第ｍの電流リストのうち前記関心温度区間に対応する電流リストである、段階と、
前記関心ＳＯＣリストによって規定された前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間に一対一で対応する第１の設定容量～第ｎの設定容量を決定する段階であって、設定容量は、前記バッテリーの最大容量に対して、対応するＳＯＣ区間の下限値と上限値との差に対応する容量を示す、段階と、
前記現在ＳＯＣ及び前記第１の設定容量～第ｎの設定容量に基づいて、前記関心ＳＯＣリストによって規定された前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間のそれぞれにおける前記バッテリーを充電するための第１の目標容量～第ｎの目標容量を決定する段階であって、目標容量は、前記バッテリーを前記現在ＳＯＣから前記関心ＳＯＣリストによって規定された第ｎのＳＯＣ区間の上限値まで充電するために必要な、対応するＳＯＣ区間における容量を示す、段階と、
下記数式１を用いて前記第１のＳＯＣ区間～第ｎのＳＯＣ区間のそれぞれにおける前記バッテリーを充電するのに必要な時間である第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間を決定する段階と、
［数式１］

（数式１において、ｊはｎ以下の自然数、Ｉ _ｍは前記検出された電流、Ｉ［ｊ］は第ｊの許容定電流、ＭＩＮ（Ｉ _ｍ，Ｉ［ｊ］）はＩ _ｍ及びＩ［ｊ］のうち小さいもの、ΔＱ _ｔｇ［ｊ］は第ｊの目標容量、ΔＴ _ｒ［ｊ］は第ｊの区間予想時間を示す。）
前記関心ＳＯＣリストによって規定された第ｎのＳＯＣ区間の上限値である目標ＳＯＣまで前記バッテリーを充電するために必要な時間である充電残余時間を、前記第１の区間予想時間～第ｎの区間予想時間の総和と同一に決定する段階と、を含むバッテリー管理方法。