JP7355478B2 - 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

Description

本発明は、バッテリーを充電する技術に関する。

本出願は、２０２０年６月１８日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００７４４２１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。そこで、定電流充電中にバッテリーの状態に合わせて充電電流の電流レートを段階的に調節する必要がある。

定電流充電時の電流レートを段階的に調節するために「多段定電流充電プロトコル（ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）」を有する充電マップが主に活用される。充電マップは、複数の電流レートと複数の切換条件との関係が記録された少なくとも一つのデータ配列を含む。各切換条件が満される度に、次の順序の電流レートが充電電流としてバッテリーに供給され得る。電流レート（「Ｃ－ｒａｔｅ」とも称する。）とは、充電電流をバッテリーの最大容量で割った値であり、単位としては「Ｃ」を使用する。

同じ充電サイクルにおいて、充電が行われるにつれ、分極電圧が増加するなど、充電電流によるストレスが累積されてバッテリーに損傷（例えば、リチウム金属析出）を与え得る。したがって、充電マップは、充電初期から充電末期まで充電電流の電流レートが段階的に減少するように作成されることが一般的である。例えば、充電マップにおいて、現在の切換条件（例えば、ＳＯＣ５０％）に対応する電流レート（例えば、１．５Ｃ）は、次の切換条件（例えば、ＳＯＣ６０％）に対応する電流レート（例えば、１．４Ｃ）より高い。

ところが、従来の充電マップは、バッテリーが完全放電状態（例えば、ＳＯＣ ０％）から充電サイクルが開始されることを前提にして作成されたものである。したがって、バッテリーが完全放電状態ではないとしても、充電電流の電流レートが充電マップによって無条件的に制限される。例えば、バッテリーのＳＯＣが５５％であるときに充電サイクルが開始される場合、複数の電流レートのうち最大値（例えば、２．０Ｃ）が充電電流に用いられず、最大値より小さい電流レートが（例えば、１．５Ｃ）が充電電流によって定電流充電が開始される。結果的に、充電完了までかかる時間が無駄に増加するという短所がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、充電サイクルの開始時点におけるバッテリーの充電ファクター（例えば、ＳＯＣ、電圧）に基づいて複数の電流レートの各々に対する切換条件を設定することで、複数の電流レート全部を順次に活用してバッテリーの定電流充電を行うことができ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。

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、バッテリーの電圧及び電流を示すセンシング信号を生成するように構成されるセンシング部と、第１～第ｍ基準電流レートを用いた定電流充電のための基準充電マップを保存するように構成され、ｍは２以上の自然数であるメモリー部と、充電命令が受信される場合、センシング信号に基づいて充電命令の受信時点におけるバッテリーの充電ファクターを示す開始値を決定するように構成される制御部と、を含む。制御部は、基準充電マップから第１～第ｍ基準電流レートに一対一に対応する第１～第ｍ基準充電関数を生成するように構成される。制御部は、定電流充電を含む充電サイクルが開始される場合、センシング信号、開始値及び第１～第ｍ基準充電関数に基づいて、第１～第ｍ基準電流レートを順次に用いてバッテリーに供給される充電電流を制御するように構成される。

また、制御部は、メモリー部に保存された基準充電マップを第１～第ｍ基準充電関数で代替するように構成され得る。

基準充電マップは、第１～第ｍ基準電流レートに一対一に対応する第１～第ｍ基準配列を含み得る。各基準配列は、第１～第ｎ基準値及び第１～第ｎ境界値を含み得る。ｎは２以上の自然数である。ｉが２以上ｍ以下の自然数であり、ｊは１以上ｎ以下の自然数とするとき、第１基準配列の第ｊ境界値は、バッテリーの充電ファクターが第ｊ基準値と同じ時点で充電サイクルが開始される場合、第１基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を示す。第ｉ基準配列の第ｊ境界値は、バッテリーの充電ファクターが第ｉ－１基準配列の第ｊ境界値に到達した時点から、第ｉ基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を示す。

第ｉ基準電流レートは、第ｉ－１基準電流レートより小さいことがある。

ｋを、２以上ｎ以下の自然数とするとき、第ｋ基準値は、第ｋ－１基準値より大きく、第ｉ基準配列の第ｋ境界値は、第ｉ基準配列の第ｋ－１境界値より大きいことがある。

制御部は、開始値に基づいて、第１～第ｍ基準充電関数から第１～第ｍ切換値を各々決定した後、第１制御信号を出力するように構成され得る。第１制御信号は、充電電流を第１基準電流レートと同一に設定することを要請する信号であり得る。

制御部は、電流インデックスを示す自然数であるｚがｍ未満である場合、第ｚ基準電流レートの充電電流によってバッテリーの充電ファクターが第ｚ切換値に到達したことに応じて、ｚを１だけ増加させた後、第ｚ制御信号を出力するように構成され得る。第ｚ制御信号は、充電電流を第ｚ基準電流レートと同一に設定することを要請する信号であり得る。

制御部は、第ｍ基準電流レートの充電電流によってバッテリーの充電ファクターが第ｍ切換値に到達したことに応じて、定電流充電から閾値電圧による定電圧充電に切り換えることを要請する切換信号を出力するように構成され得る。

制御部は、閾値電圧をバッテリーの充電ファクターが第ｍ切換値に到達した時点におけるバッテリーの電圧と同一に設定するように構成され得る。

制御部は、定電圧充電中にバッテリーの電流が閾値電流に到達したことに応じて定電圧充電を終了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、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、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、第１～第ｍ基準電流レートを用いた定電流充電のための基準充電マップから第１～第ｍ基準電流レートに一対一に対応する第１～第ｍ基準充電関数を生成する段階と、充電命令が受信される場合、充電命令の受信時点におけるバッテリーの充電ファクターである開始値を決定する段階と、開始値に基づいて、第１～第ｍ基準充電関数から第１～第ｍ切換値を各々決定する段階と、定電流充電を含む充電サイクルを開始するために、充電電流を第１基準電流レートと同一に設定することを要請する第１制御信号を出力する段階と、電流インデックスを示す自然数であるｚがｍ未満である場合、第ｚ基準電流レートの充電電流によってバッテリーの充電ファクターが第ｚ切換値に到達したことに応じて、ｚを１だけ増加させた後、充電電流を第ｚ基準電流レートと同一に設定することを要請する第ｚ制御信号を出力する段階と、を含む。

本発明の実施例の少なくとも一つによると、充電サイクルの開始時点におけるバッテリーの充電ファクター（例えば、ＳＯＣ、電圧）に基づいて複数の電流レート各々に対する切換条件を設定することで、複数の電流レート全部を順次に活用してバッテリーの定電流充電を行うことができる。これによって、バッテリーが完全放電状態ではないときに充電サイクルが開始されても、充電電流が複数の電流レートのうち最大値から最小値まで段階的に調節されるため、充電完了までの所要時間を短縮することができる。

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、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。

本発明の一実施例による電気車両の構成を例示した図である。 基準充電マップを例示した図である。 基準充電マップから生成される例示的な基準充電関数の説明に参照される図である。 本発明の第１実施例によるバッテリー管理方法を例示したフローチャートである。 本発明の第２実施例によるバッテリー管理方法を例示したフローチャートである。

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「～部（ｕｎｉｔ）」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１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及び電気モーター４０を含む。

バッテリーパック１０は、バッテリー１１、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１１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１１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／または充電器５０に結合し得る。

スイッチ２０は、バッテリー１１に直列で接続される。スイッチ２０は、バッテリー１１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１１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１１の充放電に関わる全般的な制御を担当するように提供される。

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１１に並列で接続され、バッテリー１１の両端にかかった電圧を検出し、検出された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１１に直列で接続される。電流センサー１１２は、バッテリー１１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１１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、少なくとも一つの基準充電マップを保存している。基準充電マップは、バッテリー管理システム１００の出荷前にメモリー部１２０に保存されたものであるか、または充電命令が受信される前に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。メモリー部１２０に二つ以上の基準充電マップが保存されている場合、各基準充電マップは相異なる温度に関わるものであり得る。

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、センシング部１１０、上位コントローラー２、スイッチ２０、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。

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、充電サイクルの進行中に、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。

制御部１４０は、インターフェース部１３０を介して充電器５０と双方向通信を行う。充電器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１１に供給するように構成される。充電器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１１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を介して車両１の使用者から充電命令を受信したことに応じて、バッテリー１１の初期状態情報を決定した後、定電流充電のための充電サイクルを開始するように構成される。

初期状態情報は、充電サイクルによる初期充電電流がバッテリー１１に供給される前のバッテリー１１の充電ファクターを示すデータを含む。充電ファクターは、バッテリー１１に保存された電気エネルギーに対応するものであって、ＳＯＣまたは電圧である。即ち、充電ファクターは、バッテリー１１が完全放電状態と完全充電状態との間におけるどの状態にあるかを示す値である。制御部１４０は、充電サイクル中の所定時間ごとに、センシング信号を基づいてバッテリー１１の充電ファクターとしてのＳＯＣを決定（アップデート）する。ＳＯＣの決定のために、アンペアカウンティング、拡張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。初期状態情報は、充電サイクルによる初期充電電流がバッテリー１１に供給される前のバッテリー１１の温度を示すデータを含む。制御部１４０は、メモリー部１２０に相異なる温度に関わる複数の基準充電マップが保存されている場合、複数の基準充電マップのうち初期状態情報の温度に関わる一つの基準充電マップを選択し、選択された基準充電マップを用いて充電サイクルの進行を制御し得る。

本明細書において、参照符号として使用されたｍは、２以上の自然数、ｉは２以上ｍ以下の自然数であり、ｎは２以上の自然数、ｊは１以上ｎ以下の自然数である。

図２は、基準充電マップ２００を例示した図であり、図３は、図２の基準充電マップ２００から生成される例示的な基準充電関数を説明するのに参照される図である。

図２を参照すると、基準充電マップ２００は、第１～第ｍ基準電流レート（Ｃ１～Ｃｍ）を順次に利用した定電流充電のためのものである。即ち、基準充電マップ２００は、多段定電流プロトコールを規定する。

基準充電マップ２００は、第１～第ｍ基準配列（Ｒ１～Ｒｍ）を含み得る。基準配列Ｒｉは、第ｉ基準電流レートＣｉに関わる。基準配列Ｒｉは、第１～第ｎ基準値Ａ１～Ａｎに一対一に対応する第１～第ｎ境界値Ｂｉ１～Ｂｉｎを含み得る。

充電ファクターとしてＳＯＣが用いられる場合、基準値は基準ＳＯＣと称し、境界値は境界ＳＯＣと称し得る。充電ファクターとして電圧が利用される場合、基準値は基準電圧と称し、境界値は境界電圧と称し得る。

第１基準電流レートＣ１は、第ｉ基準電流レートＣｉより大くなり得る。ｉが大きいほど、第ｉ基準電流レートＣｉは減少し得る。例えば、Ｃ１＞Ｃｉ＞Ｃｍである。

第１基準配列Ｒ１は、定電流充電が開始された時点から第１基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を規定する。具体的には、第１基準配列Ｒ１の第ｊ境界値Ｂ１ｊは、バッテリー１１の充電ファクターが第ｊ基準値Ａｊと同じ時点で充電サイクルの定電流充電が開始される場合、第１基準電流レートＣ１による定電流充電が許容される限界値を示す。例えば、バッテリー１１の充電ファクターが第１基準値Ａ１と同じ時点で定電流充電が開始される場合、バッテリー１１の充電ファクターが第１境界値Ｂ１１に到達するまで、充電電流が第１基準電流レートＣ１に維持される。

第１基準配列Ｒ１において、ｊが大きいほどＡｊは増加し得る。例えば、Ａ１よりＡ２が大きい。また、第１基準配列Ｒ１において、ＡｊよりＢ１ｊが大きい。例えば、Ａ１よりＢ１１が大きい。

第２基準配列は、定電流充電中に、充電電流が第１基準電流レートＣ１から第２基準電流レートＣ２に変更された時点から第２基準電流レートＣ２による充電が許容される限界値を規定する。具体的には、第２基準配列Ｒ２の第ｊ境界値Ｂ２ｊは、バッテリー１１の充電ファクターが第１基準配列Ｒ１の第ｊ境界値Ｂ１ｊに到達した時点から、第２基準電流レートＣ２による定電流充電が許容される限界値を示す。例えば、バッテリー１１の充電ファクターが第１基準値Ａ１と同じときから定電流充電が開始された場合、バッテリー１１の充電ファクターが第１基準配列Ｒ１の第１境界値Ｂ１１に到達した時点から第２基準配列Ｒ２の第１境界値Ｂ２１に到達するまで、充電電流が第２基準電流レートＣ２に維持される。

第ｉ基準配列Ｒｉの第ｊ境界値Ｂｉｊは、バッテリー１１の充電ファクターが第ｉ－１基準配列Ｒ（ｉ－１）の第ｊ境界値Ｂ（ｉ－１）ｊに到達したときから第ｉ基準電流レートＣｉによる定電流充電が許容される限界値を示す。即ち、基準充電マップ２００によって、第ｉ－１基準配列Ｒ（ｉ－１）の第ｊ境界値Ｂ（ｉ－１）ｊから第ｉ基準配列Ｒｉの第ｊ境界値Ｂｉｊまでの充電区間で、第ｉ基準電流レートＣｉが充電電流に供給されることが規定されている。

基準充電マップ２００において、ｉが同じとき、ｊが増加するほどＢｉｊは増加し得る。例えば、Ｂ１１よりＢ１２が大きい。基準充電マップ２００において、ｊが同じとき、ｉが増加するほどＢｉｊは増加し得る。例えば、Ｂ１１より Ｂ２１が大きい。

図３は、図２の第１基準配列Ｒ１及び第ｉ基準配列Ｒｉに記録された情報を 二次元グラフで示している。説明の便宜のために、図３は、ｎが５であると仮定して例示した。

図３を参照すると、カーブ３０１は、第１基準電流レートＣ１による定電流充電に活用される第１基準配列Ｒ１に記録された基準値と境界値との関係を示す。カーブ３０２は、第ｉ基準電流レートＣｉによる定電流充電に活用される第ｉ基準配列Ｒｉに記録された基準値と境界値との関係を示す。

制御部１４０は、第１基準配列Ｒ１に記録された関係としての５個の基準点Ｐ１１～Ｐ１５に基づいて、第１基準電流レートＣ１に対応する第１基準充電関数を生成し得る。

制御部１４０は、第１基準配列Ｒ１に記録された関係としての５個の基準点 Ｐｉ１～Ｐｉ５に基づき、第ｉ基準電流レートに対応する第ｉ基準充電関数を生成し得る。

各基準配列の基準点に基づいて基準充電関数を生成することにおいては、公知のカーブフィッティング（例えば、最小二乗法）が活用され得る。一例で、第１基準充電関数は、多次多項式である数式１で表し、第ｉ基準充電関数は多次多項式である数式２で表すことができる。

数式１及び数式２において、ｋは多次多項式の次数、ｘは開始値である。開始値ｘは、充電命令の受信時点におけるバッテリー１１の充電ファクターを示す。

数式１において、α_１ｈはｈ次項の係数、ｙ_１は第１切換値を示す。第１切換値ｙ_１は、第１基準電流レートＣ１による充電が許容される限界値である。数式２において、α_ｉｈはｈ次項の係数、ｙ_ｉは第ｉ切換値を示す。第ｉ切換値ｙ_ｉは第ｉ基準電流レートＣｉによる充電が許容される限界値である。即ち、各基準配列から基準充電関数を生成するということは、数式１及び数式２の各係数を算出するということを意味する。制御部１２０は、数式２を用いて、第２～第ｍ切換値を決定し得る。

一例で、Ａ１＜ｘ＜Ａ２である場合、Ｂ１１＜ｙ１＜Ｂ１２であり、Ｂｉ１＜ｙ_ｉ＜Ｂｉ２である。

制御部１４０は、第１～第ｍ基準配列Ｒ１～Ｒｍに記録された関係に基づいて第１～第ｍ基準充電関数を順次または一括的に生成した後、メモリー部１２０に保存された基準充電マップ２００を第１～第ｍ基準充電関数に代替し得る。即ち、制御部１４０は、第１～第ｍ基準充電関数をメモリー部１２０に保存し、基準充電マップ２００をメモリー部１２０から削除し得る。基準充電関数は、各基準配列が示す関係を単一の数式に変更したものであるため、基準配列より少ないデータ保存空間が求められる。したがって、基準充電マップ２００を基準充電関数に代替することで、メモリー部１２０に余裕空間を確保することができるという長所がある。

制御部１４０は、開始値に基づいて、第１基準充電関数から第１切換値を決定する。その後、制御部１４０は、充電サイクルを開始するために、第１制御信号をインターフェース部１３０に出力し得る。インターフェース部１３０は、第１制御信号を充電器５０に伝達し得る。第１制御信号は、充電電流を第１基準電流レートＣ１と同一に設定することを要請する信号であり得る。充電器５０は、第１制御信号に応じて、他の制御信号が受信されるまで、第１基準電流レートＣ１の充電電流をバッテリー１１に供給する。

制御部１４０は、バッテリー１１の充電ファクターが第１切換値ｙ１に到達することに応じて、充電電流を第１基準電流レートＣ１から第２基準電流レートに変更するために、第２制御信号を出力し得る。インターフェース部１３０は、第２制御信号を充電器５０に伝達し得る。第２制御信号は、充電電流を第２基準電流レートと同一に設定することを要請する信号であり得る。充電器５０は、第２制御信号に応じて、他の制御信号が受信されるまで、第２基準電流レートの充電電流をバッテリー１１に供給する。

このように、制御部１４０は、各切換値に対応する制御信号を順次に出力することで定電流充電を制御する。制御部１４０は、充電命令が受信される場合、電流インデックスｚを１と同一に設定した後、バッテリー１１の充電ファクターが第ｚ切換値に到達する度に、電流インデックスｚを１だけ増加させ得る。制御部１４０は、電流インデックスｚに対応する第ｚ制御信号を出力する。第ｚ制御信号は、充電電流を第ｚ基準電流レートと同一に設定することを要請する信号である。充電器５０は、第ｚ制御信号に応じて、他の制御信号が受信されるまで、第ｚ基準電流レートの充電電流をバッテリー１１に供給する。

制御部１４０は、バッテリー１１の充電ファクターが第ｍ切換値に到達することに応じて、切換信号を出力し得る。切換信号は、定電流充電から定電圧充電に切り換えることを要請する信号である。切換信号は、閾値電圧を示すデータを含み得る。閾値電圧は、予め決定された電圧レベルや、バッテリー１１の充電ファクターが第ｍ切換値に到達した時点におけるバッテリー１１の電圧であり得る。充電器５０は、切換信号に応じて、閾値電圧と同じ充電電圧をバッテリー１１に供給する。もし、第ｍ切換値がバッテリー１１の完全充電状態を示す場合、制御部１４０は、切換信号を出力する代わりに充電サイクルを終了し得る。

制御部１４０は、定電圧充電中に、バッテリー１１の電流が閾値電流に到達することに応じて終了信号を出力し得る。充電器５０は、終了信号に応じて充電サイクルを終了し得る。

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４の方法は、充電サイクルに含まれた定電流充電のためのものである。

図１～図４を参照すると、段階Ｓ４１０で、制御部１４０は、メモリー部１２０に保存された基準充電マップ２００から、第１～第ｍ基準電流レートＣｍに一対一に対応する第１～第ｍ基準充電関数を生成する。

段階Ｓ４１２で、制御部１４０は、基準充電マップ２００を第１～第ｍ基準充電関数に代替する。段階Ｓ４１２は必須ではないため、図４の方法から省略してもよい。

段階Ｓ４２０で、制御部１４０は、充電命令が受信されたか否かを判定する。段階Ｓ４２０の値が「はい」である場合、段階Ｓ４３０へ進む。

段階Ｓ４３０で、制御部１４０は、充電命令の受信時点におけるバッテリー１１の充電ファクターを示す開始値を決定する。

段階Ｓ４４０で、制御部１４０は、開始値に基づいて第１～第ｍ基準充電関数から第１～第ｍ切換値を各々決定する。各切換値は、充電電流を第１基準電流レートＣ１から第ｍ基準電流レートＣｍまで順次に変更するのに活用される。

段階Ｓ４４２で、制御部１４０は、電流インデックスｚを１に設定する。電流インデックスｚは、第１～第ｍ基準電流レートのうち、現在利用する基準電流レートを選択するのに用いられる。

段階Ｓ４５０で、制御部１４０は、充電電流を第ｚ基準電流レートと同一に設定することを要請する第ｚ制御信号を出力する。

段階Ｓ４６０で、制御部１４０は、バッテリー１１の充電ファクターが第ｚ切換値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、電流インデックスｚがｍと同一であるか否かを判断する。段階Ｓ４７０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ４８０へ進む。段階Ｓ４７０の値が「はい」である場合、図４の方法による定電流充電が終了し得る。

段階Ｓ４８０で、制御部１４０は、電流インデックスｚを１だけ増加させる。段階Ｓ４７２の後、段階Ｓ４５０へ戻る。

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したフローチャートである。図５の方法は、充電サイクルに含まれた定電圧充電のためのものである。図５の方法は、図４の方法による定電流充電が完了する場合に制御部１４０によって実行され得る。

図１～図５を参照すると、段階Ｓ５００で、制御部１４０は、閾値電圧を決定する。閾値電圧は、バッテリー１１の充電ファクターが第１～第ｍのうち最後の順序である第ｍ切換値に到達した時点におけるバッテリー１１の電圧を示し得る。充電ファクターとしてＳＯＣの代わりに電圧が用いられる場合、閾値電圧は、第ｍ切換値と同一であり得る。代案的に、閾値電圧は予め決定された電圧レベルであり得、この場合、段階Ｓ５００は、図５の方法から省略され得る。

段階Ｓ５１０で、制御部１４０は、定電流充電から定電圧充電に切り換えることを要請する切換信号を出力する。インターフェース部１３０は、切換信号を充電器５０に伝達し得る。切換信号は、定電流充電を終了し、充電電圧を閾値電圧と同一に設定することを要請する信号であり得る。充電器５０は、切換信号に応じて、閾値電圧と同じ充電電圧をバッテリー１１に供給する。

段階Ｓ５２０で、制御部１４０は、バッテリー１１の充電電流が閾値電流に到達したか否かを判定する。定電圧充電中に、バッテリー１１の電圧は徐々に増加するため、バッテリー１１の電流は閾値電流に向かって徐々に減少する。閾値電流は、例えば、０．１Ａのように予め決められたものである。制御部１４０は、段階Ｓ５２０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ５２０の値が「はい」になるまで、段階Ｓ５２０を所定の周期に繰り返して実行し得る。段階Ｓ５２０の値が「はい」である場合、段階Ｓ５３０へ進む。

段階Ｓ５３０で、制御部１４０は、定電圧充電が完了したことを示す充電完了信号を出力する。インターフェース部１３０は、充電完了信号を充電器５０に伝達し得る。充電器５０は、充電完了信号に応じて、バッテリー１１との電気的結合を解除することで、充電サイクルを終了し得る。

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 (12)

1. バッテリーの電圧及び電流のすくなくとも１つを示すセンシング信号を生成するように構成されるセンシング部と、
   第１～第ｍ基準電流レートを用いた定電流充電のための基準充電マップを保存するように構成され、ｍは２以上の自然数であるメモリー部と、
   充電命令が受信される場合、前記センシング信号に基づいて前記充電命令の受信時点における前記バッテリーの充電ファクターを示す開始値を決定するように構成される制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記基準充電マップから前記第１～第ｍ基準電流レートに対応する第１～第ｍ基準充電関数を生成し、
   前記定電流充電を含む充電サイクルが開始される場合、前記センシング信号、前記開始値及び前記第１～第ｍ基準充電関数に基づいて、前記第１～第ｍ基準電流レートを順次に用いて前記バッテリーに供給される充電電流を制御するように構成され、
   前記基準充電マップは、前記第１～第ｍ基準電流レートに一対一に対応する第１～第ｍ基準配列を含み、
   各基準配列が第１～第ｎ基準値及び第１～第ｎ境界値を含み、ｎは２以上の自然数であり、ｉは２以上ｍ以下の自然数であり、ｊは１以上ｎ以下の自然数とするとき、
   前記第１基準配列の第ｊ境界値は、前記バッテリーの充電ファクターが第ｊ基準値と同じ時点で前記充電サイクルが開始される場合、前記第１基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を示し、
   第ｉ基準配列の第ｊ境界値は、前記バッテリーの充電ファクターが第ｉ－１基準配列の第ｊ境界値に到達した時点から、第ｉ基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を示す
   バッテリー管理システム。
2. 前記制御部は、
   前記メモリー部に保存された前記基準充電マップを前記第１～第ｍ基準充電関数で代替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システム。
3. 前記第ｉ基準電流レートが、前記第ｉ－１基準電流レートより小さい、請求項１に記載のバッテリー管理システム。
4. ｋを、２以上ｎ以下の自然数とするとき、
   第ｋ基準値は、第ｋ－１基準値より大きく、
   前記第ｉ基準配列の第ｋ境界値は、前記第ｉ基準配列の第ｋ－１境界値より大きい、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
5. 前記制御部は、
   前記開始値に基づいて前記第１～第ｍ基準充電関数から第１～第ｍ切換値を各々決定した後、第１制御信号を出力するように構成され、
   前記第１制御信号は、前記充電電流を前記第１基準電流レートと同一に設定することを要請する信号である、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
6. 前記制御部は、
   電流インデックスを示す自然数であるｚがｍ未満である場合、第ｚ基準電流レートの前記充電電流によって前記バッテリーの充電ファクターが第ｚ切換値に到達したことに応じて、ｚを１だけ増加させた後、第ｚ制御信号を出力するように構成され、
   前記第ｚ制御信号は、前記充電電流を第ｚ基準電流レートと同一に設定することを要請する信号である、請求項５に記載のバッテリー管理システム。
7. 前記制御部は、
   前記第ｍ基準電流レートの前記充電電流によって前記バッテリーの充電ファクターが前記第ｍ切換値に到達したことに応じて、前記定電流充電から閾値電圧による定電圧充電に切り換えることを要請する切換信号を出力するように構成される、請求項６に記載のバッテリー管理システム。
8. 前記制御部は、
   前記閾値電圧を前記バッテリーの充電ファクターが前記第ｍ切換値に到達した時点における前記バッテリーの電圧と同一に設定するように構成される、請求項７に記載のバッテリー管理システム。
9. 前記制御部は、
   前記定電圧充電中に前記バッテリーの電流が閾値電流に到達したことに応じて前記定電圧充電を終了するように構成される、請求項７または８に記載のバッテリー管理システム。
10. 請求項１から９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。
11. 請求項１０に記載の前記バッテリーパックを含む、電気車両。
12. バッテリーの管理方法であって、
    第１～第ｍ基準電流レートを用いた定電流充電のための基準充電マップから前記第１～第ｍ基準電流レートに対応する第１～第ｍ基準充電関数を生成する段階と、
    充電命令が受信される場合、前記充電命令の受信時点における前記バッテリーの充電ファクターである開始値を決定する段階と、
    前記開始値に基づいて、前記第１～第ｍ基準充電関数から第１～第ｍ切換値を各々決定する段階と、
    前記定電流充電を含む充電サイクルを開始するために、充電電流を前記第１基準電流レートと同一に設定することを要請する第１制御信号を出力する段階と、
    電流インデックスを示す自然数であるｚがｍ未満である場合、第ｚ基準電流レートの前記充電電流によって前記バッテリーの充電ファクターが第ｚ切換値に到達したことに応じて、ｚを１だけ増加させた後、前記充電電流を第ｚ基準電流レートと同一に設定することを要請する第ｚ制御信号を出力する段階と、を含み、
    前記基準充電マップは、前記第１～第ｍ基準電流レートに一対一に対応する第１～第ｍ基準配列を含み、
    各基準配列が第１～第ｎ基準値及び第１～第ｎ境界値を含み、ｎは２以上の自然数であり、ｉは２以上ｍ以下の自然数であり、ｊは１以上ｎ以下の自然数とするとき、
    前記第１基準配列の第ｊ境界値は、前記バッテリーの充電ファクターが第ｊ基準値と同じ時点で前記充電サイクルが開始される場合、前記第１基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を示し、
    第ｉ基準配列の第ｊ境界値は、前記バッテリーの充電ファクターが第ｉ－１基準配列の第ｊ境界値に到達した時点から、第ｉ基準電流レートによる定電流充電が許容される限界値を示す
    バッテリー管理方法。