JP7603882B2 - バッテリーのｓｏｃ推定装置及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０２２年０１月２６日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００１１７２８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、バッテリーのＳＯＣ推定装置及び方法に関し、より詳細には、バッテリーのＳＯＣを推定するバッテリーのＳＯＣ推定装置及び方法に関する。

近年、ノート型パソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯型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、商用化されている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、リチウムバッテリーなどが挙げられるが、そ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効果が殆ど起きないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという利点で脚光を浴びている。

一般に、バッテリーのＳＯＣは、充放電電流量を積算する電流積算法により、若しくはＳＯＣと開回路電圧（Ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ(ＯＣＶ)）との対応関係を考慮して測定されたＯＣＶから推定可能である。また、バッテリーの電圧挙動を用いたバッテリーモデルの拡張カルマンフィルター（ＥＫＦ：Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いてＳＯＣを推定する方式も利用される。

ＯＣＶは、休止状態で測定可能な値であるため、充放電過程においては電流積算法が主として利用される。但し、電流積算法は、電流積算に際して誤差が累積される場合若しくは初期のＳＯＣ値が正確ではない場合に、ＳＯＣの推定結果が不正確であるという欠点がある。

本発明は、充放電Ｃレート（Ｃ－Ｒａｔｅ）を変更し、変更された充放電Ｃレートとカットオフ値とを比較することで、バッテリーのＳＯＣをより一層正確に推定することのできるバッテリーのＳＯＣ推定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利点は、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なる。また、本発明の目的及び利点は、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のＳＯＣ推定装置は、Ｃレート情報が含まれる制御信号を受信し、前記制御信号に含まれるＣレートでバッテリーを充放電するように構成された充放電部と、前記バッテリーの充放電過程において前記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、前記充放電部に前記制御信号を送信し、前記測定部により測定された電圧値が予め設定されたしきい値に達する度に、前記制御信号に含まれる前記Ｃレートを変更し、変更されたＣレートと予め設定されたカットオフ値とを比較した結果に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成された制御部と、を含み得る。

前記制御部は、前記測定された電圧値が前記予め設定されたしきい値に達する度に、予め設定されたＣレートの変更率に前記Ｃレートを減少させるように構成され得る。

前記制御部は、前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下である場合、予め設定されたＳＯＣとして前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成され得る。

前記制御部は、前記バッテリーが充電される最中に前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下となった場合、前記バッテリーのＳＯＣを１００％と推定するように構成され得る。

前記バッテリーが放電される最中に前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下となった場合、前記バッテリーのＳＯＣを０％と推定するように構成され得る。

前記制御部は、前記変更されたＣレートが前記カットオフ値を超えた場合、前記Ｃレートが最初に変更された最初の変更時点における前記バッテリーに対する基準ＳＯＣを設定し、前記基準ＳＯＣと、前記最初の変更時点後の前記Ｃレートの変更回数と、前記充放電過程において前記バッテリーの充放電が終了されるまで予想される前記Ｃレートの予想変更回数とに基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成され得る。

前記制御部は、前記変更されたＣレートが前記カットオフ値を超えた場合、下記の数式１に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成され得る。
ここで、Ｂ_ＳＯＣは、前記バッテリーの推定されたＳＯＣであり、Ｔ_ＳＯＣは、前記バッテリーの充放電状態に応じて予め決定されるＳＯＣ値であり、Ｒ_ＳＯＣは、前記基準ＳＯＣであり、ｎは、前記Ｃレートの前記予想変更回数であり、ｍは、前記Ｃレートの前記変更回数であり得る。

前記制御部は、前記変更されたＣレートと、前記カットオフ値と、予め設定されたＣレートの変更率とに基づいて前記Ｃレートの前記予想変更回数を算出するように構成され得る。

前記制御部は、下記の数式２に基づいて前記Ｃレートの前記予想変更回数を算出するように構成され得る。
ここで、ｎは、前記Ｃレートの前記予想変更回数であり、ｄは、前記Ｃレートの変更率であり、ｘは、前記カットオフ値であり、ｙは、前記制御信号に含まれる初期のＣレート値であり得る。

前記測定部は、前記充放電過程において前記バッテリーの電流をさらに測定するように構成され得る。

前記制御部は、前記充放電の開始時点から前記最初の変更時点まで前記測定部により測定された前記バッテリーの電流を積算して前記基準ＳＯＣを設定するように構成され得る。

前記制御部は、前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下である場合、前記バッテリーへの充放電を終了させるための充放電終了信号を前記充放電部に送信するように構成され得る。

前記制御部は、前記変更されたＣレートが前記カットオフ値を超えた場合、前記変更されたＣレートが含まれる前記制御信号を前記充放電部に送信するように構成され得る。

本発明の他の側面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のＳＯＣ推定装置を含み得る。

本発明のさらに他の側面によるバッテリーのＳＯＣ推定方法は、Ｃレート情報が含まれる制御信号を受信し、前記制御信号に含まれるＣレートでバッテリーを充放電する充放電ステップと、前記バッテリーの充放電過程において前記バッテリーの電圧を測定する電圧測定ステップと、前記電圧測定ステップにおいて測定された電圧値が予め設定されたしきい値に達する度に、前記制御信号に含まれる前記Ｃレートを変更するＣレート変更ステップと、前記Ｃレート変更ステップにおいて変更されたＣレートと予め設定されたカットオフ値とを比較した結果に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、を含み得る。

本発明の一態様によれば、Ｃレートを変更しながらバッテリーを充放電することで、バッテリーのＳＯＣをより一層正確に推定することが可能になる。特に、本発明は、初期のＣレートと温度が特定の値に限られて設定されていなくても、バッテリーのＳＯＣを正確に推定することができるという利点がある。

本発明の効果は、上記の効果に限らず、言及されていない他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者にとって明確に理解できるものである。

本明細書に添付される下記の図面は、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のためのものであるため、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るものではない。

本発明の一実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定装置を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定装置がバッテリーのＳＯＣを推定する一実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの例示的な構成を概略的に示す図である。 本発明のさらなる他の実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定方法を概略的に示す図である。

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一般的および辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、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るものである。

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、本発明の最も好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表すものではないため、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されたい。

また、本発明を説明するに当たって、関連する公知の構成もしくは機能についての具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明確にする可能性があると認められる場合にはその詳細な説明は省略する。

第１、第２などのように序数を含む用語は、様々な構成要素のうちのいずれか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を限定するために使われたものではない。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に言及しない限り、他の構成要素を除くのではなく、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）」されているというとき、これは「直接的に連結（接続）」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「間接的に連結（接続）」されている場合も含む。

以下では、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定装置１００を概略的に示す図である。

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のＳＯＣ推定装置１００は、充放電部１１０と、測定部１２０及び制御部１３０を含み得る。

充放電部１１０は、Ｃレート情報（充放電レート（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｒａｔｅ）情報）が含まれる制御信号を受信するように構成され得る。

例えば、充放電部１１０は、制御部１３０と有線及び／又は無線を介して通信可能に接続され得る。そして、充放電部１１０は、制御部１３０からＣレート情報が含まれる制御信号を受信し得る。

具体的には、制御信号に含まれるＣレート情報の初期値は、バッテリーの仕様に応じて、制御部１３０により直接的に設定されてもよいし、ユーザーの入力により設定されてもよい。

充放電部１１０は、制御信号に含まれるＣレートでバッテリーを充放電するように構成され得る。

ここで、バッテリーは、負極端子と正極端子を備え、物理的に分離可能な１つの独立したセルを意味する。一例として、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池がバッテリーとしてみなされ得る。また、バッテリーは、複数のセルが直列及び／又は並列に接続されているバッテリーモジュールを意味することがある。以下では、説明のしやすさのために、バッテリーが１つの独立したセルを意味するものであると説明する。

具体的には、充放電部１１０は、制御信号に含まれるＣレート情報を読み込み、これに対応するＣレートでバッテリーを充電又は放電し得る。

例えば、Ｃレートが１Ｃに予め設定された場合、充放電部１１０は、バッテリーを１ＣのＣレートで充電し得るか、あるいは、バッテリーを１ＣのＣレートで放電し得る。

但し、制御信号に含まれ得るＣレート情報の値は、特に制限されないということに留意されたい。Ｃレート情報の値は、０．０５Ｃ以上に設定されてよい。好ましくは、Ｃレート情報の値は、０．０５Ｃ以上３Ｃ以下に設定されてよい。

測定部１２０は、バッテリーの充放電過程においてバッテリーの電圧を測定するように構成され得る。

具体的には、測定部１２０は、バッテリーの正極端子及び負極端子に接続され得る。そして、測定部１２０は、バッテリーの正極電圧と負極電圧をそれぞれ測定し、正極電圧と負極電圧との差を算出することによりバッテリーの電圧を測定し得る。すなわち、測定部１２０は、バッテリーの充放電過程においてバッテリーの端子電圧を測定し得る。

制御部１３０は、充放電部１１０に制御信号を送信するように構成され得る。上述したように、制御部１３０は、Ｃレート情報が含まれる制御信号を生成し、生成された制御信号を充放電部１１０に送信し得る。

制御部１３０は、測定部１２０により測定された電圧値が予め設定されたしきい値に達する度に、制御信号に含まれるＣレートを変更するように構成され得る。

ここで、予め設定されたしきい値は、充電過程と放電過程のそれぞれにおいて設定され得る。好ましくは、予め設定されるしきい値は、定電圧充電又は定電圧放電が開始される電圧値であり得る。

一般に、充電過程は、定電流（Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ（ＣＣ））充電と定電圧（Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ（ＣＶ））充電の過程を含み得る。例えば、バッテリーの電圧が３．８Ｖに達するまで定電流充電が行われ、３．８Ｖの後からは定電圧充電が行われ得る。この場合、しきい値は、定電圧充電が開始される電圧値である３．８Ｖに予め設定され得る。放電過程の場合も同様に、定電圧放電が開始される電圧値がしきい値に設定され得る。

より具体的には、制御部１３０は、測定された電圧値が予め設定されたしきい値に達する度に、予め設定されたＣレートの変更率でＣレートを減少させるように構成され得る。

例えば、バッテリーの充電過程において、しきい値は３．８Ｖに設定され、Ｃレートの変更率は０．５であり、初期のＣレートは１Ｃに予め設定されたと仮定する。

充放電部１１０は、制御部１３０からＣレート１Ｃに関する情報が含まれる制御信号を受信し、バッテリーを１Ｃで充電し得る。測定部１２０により測定された電圧値が３．８Ｖに達すると、制御部１３０は、制御情報に含まれるＣレート情報の値を１Ｃから０．５Ｃへと減少させ得る。

そして、充放電部１１０は、制御部１３０からＣレート０．５Ｃに関する情報が含まれる制御信号を受信し、バッテリーに対するＣレートを０．５Ｃに減少させ得る。この場合、Ｃレートが１Ｃから０．５Ｃへと減少したため、測定部１２０により測定される電圧値は減少し得る。

具体的には、バッテリーの電圧は、オームの方式に基づいて算出されるものであって、「Ｖ＝ＩＲ」の公式において「Ｉ」に対応するＣレートが減少したため、測定されるバッテリーの電圧が減少し得る。

より具体的には、通常の定電圧充電の過程においては、バッテリーの電圧が一定のレベルを保持するように充電電流が徐々に減少するが、本発明においては、Ｃレートの変更率に応じてＣレートを急激に変更するため、測定されるバッテリーの電圧が減少し得る。

この後、バッテリーは、０．５ＣのＣレートで充電され、バッテリーの電圧が再び３．８Ｖに達すると、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報を０．２５Ｃに減少させ得る。

図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定装置１００がバッテリーのＳＯＣを推定する一実施形態を示す図である。

図２の実施形態において、ｔ０時点においてバッテリーの充電が開始され得る。具体的には、ｔ０時点において、制御部１３０は充放電部１１０に制御信号を送信し得る。充放電部１１０は、制御信号に含まれるＣレート情報を読み込み、これに対応するＣレートでバッテリーの充電を開始し得る。

ｔ０時点からｔ１時点までバッテリーは１Ｃで充電され得る。

ｔ１時点において、バッテリーの電圧は、しきい値Ｖ_ＴＨに達し得る。この場合、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報の値をＣレートの変更率に応じて減少させ得る。例えば、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報の値を１Ｃから０．５Ｃへと減少させ得る。

ｔ１時点からｔ２時点までバッテリーは０．５Ｃで充電され得る。

ｔ２時点において、バッテリーの電圧はしきい値Ｖ_ＴＨに再び達し得る。例えば、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報の値を０．５Ｃから０．２５Ｃへと減少させ得る。

ｔ２時点からｔ３時点までバッテリーは０．２５Ｃで充電され得る。

ｔ３時点において、バッテリーの電圧はしきい値Ｖ_ＴＨに再び達し得る。例えば、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報の値を０．２５Ｃから０．１２５Ｃへと減少させ得る。

ｔ３時点からｔ４時点までバッテリーは０．１２５Ｃで充電され得る。

ｔ４時点において、バッテリーの電圧はしきい値Ｖ_ＴＨに再び達し得る。例えば、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報の値を０．１２５Ｃから０．０６２５Ｃへと減少させ得る。

ｔ４時点からｔ５時点までバッテリーは０．０６２５Ｃで充電され得る。

ｔ５時点において、バッテリーの電圧はしきい値Ｖ_ＴＨに再び達し得る。例えば、制御部１３０は、制御信号に含まれるＣレート情報の値を０．０６２５Ｃから０．０３１２５Ｃへと減少させ得る。

そして、ｔ５時点においてバッテリーの充電は終了され得る。

制御部１３０は、変更されたＣレートと予め設定されたカットオフ値とを比較した結果に基づいてバッテリーのＳＯＣを推定するように構成され得る。

ここで、カットオフ値は、予め決定されたＣレート値であって、バッテリーの充放電を終了させ得る基準値であり得る。例えば、カットオフ値は、０．０５Ｃに予め設定され得る。

すなわち、制御部１３０は、バッテリーの電圧値がしきい値Ｖ_ＴＨに達する度に制御信号に含まれるＣレート値を変更し、変更されたＣレート値をカットオフ値と比較し得る。そして、制御部１３０は、比較結果に基づいて、バッテリーのＳＯＣを推定し得る。

具体的には、制御部１３０は、変更されたＣレートがカットオフ値以下である場合、予め設定されたＳＯＣとしてバッテリーのＳＯＣを推定し得る。ここで、変更されたＣレートがカットオフ値以下である場合とは、バッテリーの充電又は放電が終了される条件に相当し得る。

例えば、バッテリーが充電される最中に変更されたＣレートがカットオフ値以下となった場合、制御部１３０は、バッテリーのＳＯＣを１００％と推定するように構成され得る。逆に、バッテリーが放電される最中に変更されたＣレートがカットオフ値以下となった場合、制御部１３０は、バッテリーのＳＯＣを０％と推定するように構成され得る。

上述した実施形態のように、図２の実施形態において、ｔ０時点において、バッテリーが１Ｃで充電され始めると仮定すれば、カットオフ値は０．０５Ｃに予め設定され得る。ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４及びｔ５時点において、それぞれバッテリーの電圧値はしきい値Ｖ_ＴＨに達し、ｔ５時点において、制御部１３０はＣレートを０．３１２５Ｃに変更し得る。変更されたＣレート（０．３１２５Ｃ）がカットオフ値（０．０５Ｃ）以下であるため、制御部１３０は、ｔ５時点において、バッテリーのＳＯＣを１００％と推定し得る。

一般に、ＳＯＣの推定に利用される電流積算法は、電流の積算に際して誤差が累積される場合若しくは初期のＳＯＣ値が正確ではない場合、ＳＯＣの推定結果が不正確であるという欠点がある。

したがって、本発明においては、同一のカットオフ条件下で終局的な充電量若しくは放電量が同一であるというバッテリーの特性を考慮して、バッテリーのＳＯＣを推定することができる。これにより、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差が補正されてバッテリーのＳＯＣが正確に推定するが可能になる。

ここで、本発明において考慮したバッテリー特性とは、充放電Ｃレートとバッテリーの温度が異なっていても、同一のカットオフ条件下では均一な量で充放電が行われ得るということである。例えば、本発明のように、所定のカットオフ値（例えば、０．０５Ｃ）を適用する場合、初期のＣレートとバッテリーの温度が異なっていても、終局的な充電量若しくは放電量は同量であり得る。

したがって、本発明は、変更されるＣレートとカットオフ値とを比較した結果に基づいて、バッテリーのＳＯＣを正確に推定することができるという利点がある。

一方、バッテリーのＳＯＣ推定装置１００に配備された制御部１３０は、本発明において行われる多種多様な制御ロジックを起動するために本分野において知られているプロセッサー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、他のチップセット、論理回路、レジスター、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、前記制御ロジックがソフトウェアにより実現されるとき、制御部１３０は、プログラムモジュールの集合により実現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリーに記憶され、制御部１３０により起動され得る。メモリーは、制御部１３０の内部または外部に存在し得、周知の多種多様な手段により制御部１３０と接続され得る。

また、バッテリーのＳＯＣ推定装置１００は、記憶部１４０をさらに含み得る。記憶部１４０は、バッテリーのＳＯＣ推定装置１００の各構成要素が動作及び機能を行う上で必要となるデータやプログラム又は動作及び機能が行われる過程において生成されるデータなどを記憶し得る。記憶部１４０は、データの記録、消去、更新及び読出を行い得ると知られている公知の情報記憶手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、情報記憶手段には、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、読み込み専用メモリー（ＲＯＭ：ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリー（ＥＥＰＲＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、レジスターなどが含まれ得る。また、記憶部１４０は、制御部１３０により起動可能なプロセスが定義されたプログラムコードを記憶し得る。

制御部１３０は、変更されたＣレートがカットオフ値を超えた場合、変更されたＣレートが含まれる制御信号を充放電部１１０に送信するように構成され得る。これとは逆に、制御部１３０は、変更されたＣレートがカットオフ値以下である場合、バッテリーへの充放電を終了させるための充放電終了信号を充放電部１１０に送信するように構成され得る。

具体的には、変更されたＣレートがカットオフ値を超えた場合、制御部１３０は、Ｃレートが最初に変更された最初の変更時点におけるバッテリーに対する基準ＳＯＣを設定するように構成され得る。

ここで、最初の変更時点は、充放電過程においてバッテリーの電圧値がしきい値Ｖ_ＴＨに最初に達した時点であり得る。

例えば、図２の実施形態において、ｔ１時点において、バッテリーの電圧値がしきい値Ｖ_ＴＨに達するため、制御部１３０は、Ｃレートを変更し得る。したがって、図２の実施形態においては、ｔ１時点が最初の変更時点であり得る。

より具体的には、最初の変更時点における基準ＳＯＣは、電流積算法により設定され得る。このために、測定部１２０は、充放電過程においてバッテリーの電流をさらに測定するように構成され得る。そして、制御部１３０は、充放電の開始時点から最初の変更時点まで測定部１２０により測定されたバッテリーの電流を積算して基準ＳＯＣを設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、測定部１２０は、バッテリーの充電が開始されるｔ０時点からｔ１時点までバッテリーの充電電流を測定し得る。そして、バッテリーは、ｔ０時点からｔ１時点までの充電電流を積算してｔ１時点における基準ＳＯＣを９５％に設定し得る。

そして、制御部１３０は、基準ＳＯＣ、最初の変更時点の後のＣレートの変更回数及び充放電過程において前記バッテリーの充放電が終了されるまで予想される前記Ｃレートの予想変更回数に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成され得る。

具体的には、制御部１３０は、予想変更回数に対するＣレートの変更回数の比率と基準ＳＯＣを考慮して、充放電が行われる最中（変更されたＣレートがカットオフ値を初期化させるとき）のＳＯＣを推定し得る。

より具体的には、制御部１３０は、下記の数式１に基づいてバッテリーのＳＯＣを推定するように構成され得る。
ここで、Ｂ_ＳＯＣは、バッテリーの推定されたＳＯＣであり、Ｔ_ＳＯＣは、バッテリーの充放電状態に応じて予め決定されるＳＯＣ値であり、Ｒ_ＳＯＣは、基準ＳＯＣであり、ｎは、Ｃレートの予想変更回数であり、ｍは、Ｃレートの変更回数であり得る。

例えば、図２の実施形態において、制御部１３０がｔ３時点においてバッテリーのＳＯＣを推定する実施形態について説明する。制御部１３０は、ｔ３時点において、Ｃレートを０．２５Ｃから０．１２５Ｃへと変更する。ｔ３時点において、制御部１３０によるＣレートの変更回数（ｍ）は、最初の変更時点ｔ１を除いて２回である。

そして、初期のＣレート（１Ｃ）を予め設定されたＣレートの変更率（０．５）で変更したとき、変更されたＣレートがカットオフ値以下となる時点はｔ５時点であるため、Ｃレートの予想変更回数（ｎ）は、最初の変更時点ｔ１を除いて４回である。ここで、予想変更回数は、バッテリーの充放電が終了されなくても、初期のＣレートと変更率を用いて制御部１３０により算出され得る。

図２の実施形態において、バッテリーは充電中であるため、予め決定されるＳＯＣ値（Ｔ_ＳＯＣ）は１００％であり、最初の変更時点ｔ１において設定される基準ＳＯＣ（Ｒ_ＳＯＣ）は９５％である。したがって、制御部１３０は、数式１に基づいて「９５＋｛（１００－９５）÷４×２｝」を計算して、ｔ３時点におけるＳＯＣ（Ｂ_ＳＯＣ）を９７．５％と推定し得る。

したがって、本発明の一実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定装置１００は、バッテリーの充放電が終了される場合のみならず、充放電が行われる場合であっても、バッテリーのＳＯＣを推定することができるという利点がある。

一方、数式１を参照すると、変更されたＣレートがカットオフ値以下となる時点において、予想変更回数（ｎ）とＣレート変更回数（ｍ）とが同一であり得る。すると、推定されるＳＯＣ（Ｂ_ＳＯＣ）は、予め決定されるＳＯＣ値（Ｔ_ＳＯＣ）と同一になるはずである。したがって、数式１に基づく場合であっても、充放電が終了される場合（変更されたＣレートがカットオフ値以下となる場合）、制御部１３０は、予め決定されるＳＯＣ値とバッテリーのＳＯＣを推定することができる。

また、制御部１３０は、変更されたＣレート、カットオフ値及び予め設定されたＣレートの変更率に基づいてＣレートの予想変更回数を算出するように構成され得る。

具体的には、制御部１３０は、下記の数式２に基づいてＣレートの予想変更回数を算出するように構成され得る。

ここで、ｎは、Ｃレートの予想変更回数であり、ｄは、Ｃレートの変更率であり、ｘは、カットオフ値であり、ｙは、制御信号に含まれる初期のＣレート値であり得る。そして、数式２において、床関数（ｆｌｏｏｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，
）は、最初の変更時点におけるＣレート変更回数を除くためのものである。

例えば、図２の実施形態において、Ｃレートの変更率（ｄ）は０．５であり、制御信号に含まれる初期のＣレート値（ｙ）は１Ｃであり、カットオフ値は０．０５Ｃであり得る。したがって、制御部１３０は、「
」の数式を計算して、Ｃレートの予想変更回数（ｎ）を４回として算出し得る。このような方式により算出されたＣレートの予想変更回数（ｎ）は、数式１に適用されてバッテリーのＳＯＣを推定するのに用いられ得る。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定装置１００は、所定のカットオフ値（例えば、０．０５Ｃ）を適用する場合、初期のＣレートとバッテリーの温度が異なっていても、終局的な充電量若しくは放電量が同一であるというバッテリーの特性を考慮して、バッテリーのＳＯＣを正確に推定することができるという利点がある。

また、本発明の一実施形態によれば、電流積算法により算出されたＳＯＣ値が変更されたＣレートとカットオフ値との比較により補正可能であることから、ＳＯＣ－ＯＣＶプロファイルにおいて平坦区間（Ｐｌａｔｅａｕ）が現れるＬＦＰバッテリーに対してもＳＯＣを正確に推定することができるという利点がある。

本発明によるバッテリーのＳＯＣ推定装置１００は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用され得る。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリーのＳＯＣ推定装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリーのＳＯＣ推定装置１００の各構成要素のうちの少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれる構成要素の機能を補完したり追加したりすることにより実現され得る。例えば、バッテリーのＳＯＣ推定装置１００の充放電部１１０、測定部１２０、制御部１３０及び記憶部１４０は、ＢＭＳの構成要素として実現され得る。

また、本発明によるバッテリーのＳＯＣ推定装置１００は、バッテリーパック１に配備され得る。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のＳＯＣ推定装置１００及び１つ以上のバッテリーセルを含み得る。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３は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパック１の例示的な構成を概略的に示す図である。

図３を参照すると、バッテリーＢの正極は、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋に接続され、バッテリーＢの負極は、バッテリーパック１の負極端子Ｐ－に接続され得る。

測定部１２０は、第１のセンシングラインＳＬ１を介してバッテリーＢの正極とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間に接続され、第２のセンシングラインＳＬ２を介してバッテリーＢの負極とバッテリーパック１の負極端子Ｐ－との間に接続され得る。したがって、測定部１２０は、第１のセンシングラインＳＬ１と第２のセンシングラインＳＬ２を介してバッテリーＢの電圧を測定することができる。

また、測定部１２０は、第３のセンシングラインＳＬ３を介してバッテリーＢの充放電経路（大電流経路）に配備された電流測定素子Ａに接続されて、バッテリーＢの充放電電流を測定し得る。ここで、電流測定素子Ａは、電流計及び／又はシャント抵抗（shunt resistor）であり得る。

充放電部１１０の一方の端はバッテリーＢの正極とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間に接続され、他方の端はバッテリーＢの負極とバッテリーパック１の負極端子Ｐ－との間に接続され得る。そして、充放電部１１０は、制御部１３０から受信した制御信号に含まれるＣレート情報に基づいてバッテリーＢを充放電し得る。

図４は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーのＳＯＣ推定方法を概略的に示す図である。

好ましくは、バッテリーのＳＯＣ推定方法の各ステップは、バッテリーのＳＯＣ推定装置１００により行われ得る。以下では、説明のしやすさのために、上述の内容と重複する内容については簡略に説明したり省略したりするということに留意されたい。

図４を参照すると、バッテリーのＳＯＣ推定方法は、充放電ステップ（Ｓ１００）と、電圧測定ステップ（Ｓ２００）と、Ｃレート変更ステップ（Ｓ３００）、及びＳＯＣ推定ステップ（Ｓ４００）を含み得る。

充放電ステップ（Ｓ１００）は、Ｃレート情報が含まれる制御信号を受信し、制御信号に含まれるＣレートでバッテリーＢを充放電するステップであって、充放電部１１０により行われ得る。

例えば、充放電部１１０は、制御部１３０からＣレート情報が含まれる制御信号を受信し得る。そして、充放電部１１０は、制御信号に含まれるＣレート情報を読み込み、これに対応するＣレートでバッテリーＢを充電又は放電し得る。

電圧測定ステップ（Ｓ２００）は、バッテリーＢの充放電過程においてバッテリーＢの電圧を測定するステップであって、測定部１２０により行われ得る。

Ｃレート変更ステップ（Ｓ３００）は、電圧測定ステップ（Ｓ２００）において測定された電圧値が予め設定されたしきい値Ｖ_ＴＨに達する度に、Ｃレートを変更するステップであって、制御部１３０により行われ得る。

具体的には、制御部１３０は、測定された電圧値が予め設定されたしきい値Ｖ_ＴＨに達する度に、予め設定されたＣレートの変更率でＣレートを変更するように構成され得る。

例えば、制御部１３０は、測定された電圧値が予め設定されたしきい値Ｖ_ＴＨに達する度に、０．５の比率でＣレートを減少させ得る。

ＳＯＣ推定ステップ（Ｓ４００）は、Ｃレート変更ステップ（Ｓ３００）において変更されたＣレートと予め設定されたカットオフ値とを比較した結果に基づいてバッテリーＢのＳＯＣを推定するステップであって、制御部１３０により行われ得る。

具体的には、変更されたＣレートがカットオフ値以下である場合、制御部１３０は、予め設定されたＳＯＣとしてバッテリーＢのＳＯＣを推定し得る。そして、制御部１３０は、バッテリーＢへの充放電を終了させるための充放電終了信号を充放電部１１０に送信するように構成され得る。

逆に、変更されたＣレートがカットオフ値を超えた場合、制御部１３０は、上述した数式１及び数式２に基づいてバッテリーＢのＳＯＣを推定するように構成され得る。そして、制御部１３０は、変更されたＣレートが含まれる制御信号を充放電部１１０に送信するように構成され得る。

以上説明した本発明の実施形態は、装置および方法によってのみ実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又はそのプログラムが記録された記録媒体を介して実現されてもよい。このような実現は、上述した実施形態の記載から本発明が属する技術分野の専門家であれば容易に実現できるものである。

以上、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、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する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様々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、以上で説明した本発明は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるのではなく、様々な変形のため各実施形態の全部又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
１００ バッテリーのＳＯＣ推定装置
１１０ 充放電部
１２０ 測定部
１３０ 制御部
１４０ 記憶部

Claims (13)

1. Ｃレート情報が含まれる制御信号を受信し、前記制御信号に含まれるＣレートでバッテリーを充放電するように構成された充放電部と、
   前記バッテリーの充放電過程において前記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、
   前記充放電部に前記制御信号を送信し、前記測定部により測定された電圧値が予め設定されたしきい値に達する度に、前記制御信号に含まれる前記Ｃレートを変更し、変更されたＣレートと予め設定されたカットオフ値とを比較した結果に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成された制御部と、
   を含む、バッテリーのＳＯＣ推定装置。
2. 前記制御部は、
   前記測定された電圧値が前記予め設定されたしきい値に達する度に、予め設定されたＣレートの変更率で前記Ｃレートを減少させるように構成されている、請求項１に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
3. 前記制御部は、
   前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下である場合、予め設定されたＳＯＣとして前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成されている、請求項１に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
4. 前記制御部は、
   前記バッテリーが充電される最中に前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下となった場合、前記バッテリーのＳＯＣを１００％と推定するように構成され、
   前記バッテリーが放電される最中に前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下となった場合、前記バッテリーのＳＯＣを０％と推定するように構成されている、請求項３に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
5. 前記制御部は、
   前記変更されたＣレートが前記カットオフ値を超えた場合、前記Ｃレートが最初に変更された最初の変更時点における前記バッテリーに対する基準ＳＯＣを設定し、前記基準ＳＯＣと、前記最初の変更時点後の前記Ｃレートの変更回数と、前記充放電過程において前記バッテリーの充放電が終了されるまで予想される前記Ｃレートの予想変更回数とに基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成されている、請求項１に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
6. 前記制御部は、
   前記変更されたＣレートが前記カットオフ値を超えた場合、下記の数式１に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するように構成され、
   ここで、Ｂ_ＳＯＣは、前記バッテリーの推定されたＳＯＣであり、Ｔ_ＳＯＣは、前記バッテリーの充放電状態に応じて予め決定されるＳＯＣ値であり、Ｒ_ＳＯＣは、前記基準ＳＯＣであり、ｎは、前記Ｃレートの前記予想変更回数であり、ｍは、前記Ｃレートの前記変更回数である、請求項５に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
7. 前記制御部は、
   前記変更されたＣレートと、前記カットオフ値と、予め設定されたＣレートの変更率とに基づいて前記Ｃレートの前記予想変更回数を算出するように構成されている、請求項５に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
8. 前記制御部は、
   下記の数式２に基づいて前記Ｃレートの前記予想変更回数を算出するように構成され、
   ここで、ｎは、前記Ｃレートの前記予想変更回数であり、ｄは、前記Ｃレートの変更率であり、ｘは、前記カットオフ値であり、ｙは、前記制御信号に含まれる初期のＣレート値である、請求項７に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
9. 前記測定部は、
   前記充放電過程において前記バッテリーの電流をさらに測定するように構成され、
   前記制御部は、
   前記充放電の開始時点から前記最初の変更時点まで前記測定部により測定された前記バッテリーの電流を積算して前記基準ＳＯＣを設定するように構成されている、請求項５に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
10. 前記制御部は、
    前記変更されたＣレートが前記カットオフ値以下である場合、前記バッテリーへの充放電を終了させるための充放電終了信号を前記充放電部に送信するように構成され、
    前記変更されたＣレートが前記カットオフ値を超えた場合、前記変更されたＣレートが含まれる前記制御信号を前記充放電部に送信するように構成されている、請求項１に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーのＳＯＣ推定装置を含む、バッテリーパック。
12. Ｃレート情報が含まれる制御信号を受信し、前記制御信号に含まれるＣレートでバッテリーを充放電する充放電ステップと、
    前記バッテリーの充放電過程において前記バッテリーの電圧を測定する電圧測定ステップと、
    前記電圧測定ステップにおいて測定された電圧値が予め設定されたしきい値に達する度に、前記制御信号に含まれる前記Ｃレートを変更するＣレート変更ステップと、
    前記Ｃレート変更ステップにおいて変更されたＣレートと予め設定されたカットオフ値とを比較した結果に基づいて前記バッテリーのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、
    を含む、バッテリーのＳＯＣ推定方法。
13. コンピュータを、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載のＳＯＣ推定装置に含まれる前記充放電部、前記測定部、および前記制御部として機能させるためのプログラム。