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JP2023517201A - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置は、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを算出するＳＯＨ算出部、及び前記複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセルを第２バッテリーセルとして選定し、前記第１バッテリーセルのＳＯＨと前記第２バッテリーセルのＳＯＨとを比べてバランシング対象を判定するバランシング対象判定部を含んでよい。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年１１月５日に出願された韓国特許出願第１０－２０２０－０１４７１３６号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。
本開示は、バッテリー管理装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーセルの退化度を考慮してバッテリーセルのバランシングを行うか否かを判断できるバッテリー管理装置及び方法に関する。
最近、二次電池に対する研究開発が活発に行われている。ここで、二次電池は、充放電が可能な電池であって、従来のＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ／ＭＨ電池などと最近のリチウムイオン電池のいずれも含む意味である。二次電池のうちリチウムイオン電池は、従来のＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ／ＭＨ電池などに比べてエネルギー密度が遥かに高いという利点がある。また、リチウムイオン電池は、小型、軽量で製作することができるので、移動機器の電源として使用される。また、リチウムイオン電池は、電気自動車の電源に使用範囲が拡張され、次世代エネルギー保存媒体として注目を浴びている。
また、二次電池は、一般的に複数のバッテリーセルが直列及び／又は並列に連結されたバッテリーモジュールを含むバッテリーパックとして用いられる。そして、バッテリーパックは、バッテリー管理システムにより状態及び動作が管理及び制御される。
このようなバッテリーセルを含む大容量バッテリーを使用するエネルギー保存システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）と電気自動車の場合、多数のバッテリーセルが搭載されるので、バッテリーセルに対するバランシングが非常に重要である。特に、大容量のバッテリーを含むエネルギー保存システムの場合には、保証サービス（ｗａｒｒａｎｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅ）により一部のバッテリーを交換して使用する場合もあり得る。
しかし、このような場合には、バッテリーの退化度と関係なく、無分別なバランシングが発生され、所望のバランシング効果が得られないとともに、バランシングによりバッテリーが持続的に放電され、バッテリーの寿命まで悪化させる可能性がある。
本開示は、バッテリーセルのバランシング対象を選定する場合に、バッテリーセルそれぞれの退化度を考慮してバランシングを行うか否かを判断することにより、バランシングをより効率的に行うことができ、安全にバッテリーを管理し得るバッテリー管理装置及び方法の提供を一目的とする。
本開示の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解され得る。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置は、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを算出するＳＯＨ算出部、及び前記複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセルを第２バッテリーセルとして選定し、前記第１バッテリーセルのＳＯＨと前記第２バッテリーセルのＳＯＨとを比べてバランシング対象を判定するバランシング対象判定部を含んでよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の前記バランシング対象判定部は、前記第１バッテリーセルのＳＯＨが前記第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に、前記第２バッテリーセルを前記バランシング対象として判定してよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置は、前記バランシング対象として判定されたバッテリーセルに対してバランシングを行うバランシング制御部をさらに含んでよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の前記バランシング制御部は、前記第２バッテリーセルのＳＯＣが予め設定された区間に含まれる場合にバランシングを行ってよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の前記バランシング制御部は、前記第２バッテリーセルのＳＯＣが第１基準値以上である第１区間及び前記バッテリーセルのＳＯＣが前記第１基準値より小さい第２基準値未満である第２区間のうちの一つの区間を基準としてバランシングを行ってよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置は、前記第１区間及び前記第２区間のうち前記バッテリーセルに対するバランシングが行われた区間を除いた残りの区間の場合、前記複数のバッテリーセル間のＳＯＣ偏差に基づいて交換対象バッテリーセルを判定する交換対象判定部をさらに含んでよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の前記交換対象判定部は、前記複数のバッテリーセルのうち任意のセルとのＳＯＣ偏差が基準値以上であるバッテリーセルを前記交換対象バッテリーセルとして判定してよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の前記バランシング制御部は、前記第１区間及び前記第２区間の両方に対してバランシングを行うことができる場合、前記第１区間に対して優先的にバランシングを行ってよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の前記基準値は、前記バッテリーセルと前記バッテリーセルを管理するバッテリー管理システムとの仕様に基づいて設定されてよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法は、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを算出する段階、前記複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセルを第２バッテリーセルとして選定する段階、及び前記第１バッテリーセルのＳＯＨと前記第２バッテリーセルのＳＯＨとを比べてバランシング対象を判定する段階を含んでよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法の前記バランシング対象を判定する段階は、前記第１バッテリーセルのＳＯＨが前記第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に前記第２バッテリーセルを前記バランシング対象として判定してよい。
本開示のバッテリー管理装置及び方法によれば、バッテリーセルのバランシング対象を選定する場合に、バッテリーセルそれぞれの退化度を考慮してバランシングを行うか否かを判断することにより、バランシングをより効率的に行うことができ、安全にバッテリーを管理することができる。
一般的なバッテリーラックの構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の構成を示すブロック図である。 従来のバッテリーセルの充放電時にＳＯＣ挙動を例示的に示す図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置によりバランシングを行うことを例示的に示す図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置によりバランシングを行うことを例示的に示す図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置によりバランシングを行うことを例示的に示す図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置によりバランシングを行うことを例示的に示す図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法を実行するコンピューティングシステムを示すブロック図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の多様な実施形態に対して詳細に説明する。本文書で図面上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を使用し、同一の構成要素に対して重複した説明は省略する。
本文書に開示されている本発明の多様な実施形態に対して、特定の構造的又は機能的説明は、単に本発明の実施形態を説明するための目的として例示されたものであって、本発明の多様な実施形態は、多様な形態で実施可能であり、本文書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはいけない。
多様な実施形態で用いられる「第１」、「第２」、「第一」、又は「第二」などの表現は、多様な構成要素を順序及び／又は重要度に関係なく修飾することができ、当該構成要素を限定しない。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてよく、同様に、第２の構成要素も第１の構成要素に変えて命名されてよい。
本文書で用いられる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、他の実施形態の範囲の限定を意図するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味がない限り、複数の表現を含んでよい。
技術的や科学的な用語を含めて、ここで用いられる全ての用語は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解される意味と同一の意味を有し得る。一般的に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術の文脈上有する意味と同一又は類似の意味を有するものと解釈されてよく、本文書で明らかに定義されない限り、理想的又は過度に形式的な意味に解釈されない。場合によっては、本文書で定義された用語であっても、本発明の実施形態を排除するように解釈されてはいけない。
図１は、一般的なバッテリーラックの構成を示すブロック図である。
図１を参照すれば、本開示の一実施形態によるバッテリーラック１と上位システムに含まれている上位制御器２とを含むバッテリー制御システムを概略的に示す。
図１に示されたように、バッテリーラック１は、一つ以上のバッテリーセルからなり、充放電可能な複数のバッテリーモジュール１０と、複数のバッテリーモジュール１０の（＋）端子側又は（－）端子側に直列に連結されてバッテリーモジュール１０の充放電電流の流れを制御するためのスイッチング部１４と、バッテリーラック１の保護のために電流遮断、充放電モード転換などを行うバッテリー保護ユニットと、バッテリーラック１の電圧、電流、温度などをモニタリングして、過充電及び過放電などを防止するように制御管理するバッテリー管理システム１００（例えば、ＲＢＭＳ）を含む。この際、バッテリーラック１には、バッテリーモジュール１０、センサー１２、スイッチング部１４、及びバッテリー管理システム１００が備えられてよい。
ここで、スイッチング部１４は、複数のバッテリーモジュール１０の充電又は放電に対する電流の流れを制御するための素子として、例えば、バッテリーラック１の仕様に従って少なくとも一つのリレー、マグネチック接触器などが用いられてよい。
バッテリー保護ユニット（未図示）は、リレーとヒューズなどを含み、バッテリー管理システム１００の制御信号に応じてリレーをオン／オフ制御して電流を遮断することにより、バッテリーラック１の保護を行ってよい。また、バッテリー保護ユニットは、異常電流又は異常電圧の発生時にヒューズを溶断させ、バッテリーラック１に印加される電流を遮断させてよい。
バッテリー管理システム１００は、前述した各種パラメータを測定した値が入力されるインターフェースとして、複数の端子と、これら端子と連結されて入力される値の処理を行う回路などを含んでよい。また、バッテリー管理システム１００は、スイッチング部１４、例えば、リレー又は接触器などのＯＮ／ＯＦＦを制御してもよく、バッテリーモジュール１０に連結されてバッテリーモジュール１０それぞれの状態を監視してもよい。
上位制御器２は、バッテリー管理システム１００にバッテリーモジュール１０に対する制御信号を伝送してよい。これによって、バッテリー管理システム１００は、上位制御器２から印加される信号に基づいて動作が制御されてよい。一方、本開示のバッテリーセルは、ＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に用いられるバッテリーモジュール１０に含まれた構成であってよい。そして、このような場合、上位制御器２は、複数のラックを含むバッテリーバンクの制御器（ＢＢＭＳ）又は複数のバンクを含むＥＳＳ全体を制御するＥＳＳ制御器であってよい。ただし、バッテリーラック１は、このような用途に限定されるものではない。
特に、バッテリー管理システム１００は、以下で後述するバッテリー管理装置を含むものであって、バッテリーセルそれぞれの退化度を考慮してバッテリーセルバランシングの対象を選定してよい。すなわち、図１のバッテリー管理システム１００は、図２のＳＯＨ算出部１１０、バランシング対象判定部１２０、バランシング制御部１３０、及び交換対象判定部１４０の機能を行ってよい。
このようなバッテリーラック１の構成及びバッテリー管理システム１００の構成は公知の構成であるため、より具体的な説明は省略する。
図２は、本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置の構成を示すブロック図である。
図２を参照すれば、本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、ＳＯＨ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）算出部１１０、バランシング対象判定部１２０、バランシング制御部１３０、及び交換対象判定部１４０を含んでよい。
ＳＯＨ算出部１１０は、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを算出することができる。例えば、ＳＯＨ算出部１１０は、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）に基づいてＳＯＨを算出してよい。また、ＳＯＨ算出部１１０は、バッテリーの電圧、内部抵抗、充放電回数などの各種状態値に基づいてＳＯＨを算出してよい。
バランシング対象判定部１２０は、複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低いバッテリーセル（第１バッテリーセル）とのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセル（第２バッテリーセル）を選定し、第１バッテリーセルのＳＯＨと第２バッテリーセルのＳＯＨとを比べてバランシング対象であるバッテリーセルを判定することができる。例えば、基準値は、バッテリーセルとバッテリーセルを管理するバッテリー管理システムとの仕様に基づいて設定されてよい。
具体的には、バランシング対象判定部１２０は、第１バッテリーセルのＳＯＨが第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に、第２バッテリーセルをバランシング対象として判定することができる。すなわち、バランシング対象判定部１２０は、複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上である第２バッテリーセルを１次的なバランシング対象として判断し、また第１バッテリーセルのＳＯＨが第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に、第２バッテリーセルを最終的にバランシング対象として選定してよい。
このように、バランシング対象判定部１２０は、以下の数式１を満たす場合に、バランシング対象として判定することができる。
Figure 2023517201000002
ここで、ＳＯＨＭｉｎ Ｃｅｌｌは、ＳＯＣが最も低いバッテリーセル（第１バッテリーセル）のＳＯＨ値であり、ＳＯＨＥａｃｈ Ｃｅｌｌ［ｎ］は、第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセル（第２バッテリーセル）のＳＯＨ値である。
バランシング制御部１３０は、バランシング対象判定部１２０によりバランシング対象として判定されたバッテリーセルに対してバランシングを行うことができる。例えば、バランシング制御部１３０は、第２バッテリーセルのＳＯＣが予め設定された区間に含まれる場合に対してバランシングを行ってよい。この場合、バランシング制御部１３０は、第２バッテリーセルのＳＯＣが第１基準値以上である第１区間（例：ＳＯＣ上端区間、充電終了状態）、又はバッテリーセルのＳＯＣが第１基準値より小さい第２基準値未満である第２区間（例：ＳＯＣ下端区間、放電終了状態）のうちの一つの区間を基準としてバランシングを行ってよい。
この際、第１区間及び第２区間の両方に対してバランシングを行うことができる場合、バランシング制御部１３０は、第１区間、すなわち、ＳＯＣが上端である区間に対して優先的にバランシングを行ってよい。これは、バッテリーセルのＳＯＣが上端である区間を基準としてバランシングを行うことが、バッテリーの退化を最小化することができ、バッテリーの過充電を防止することができるからである。
交換対象判定部１４０は、第１区間及び第２区間のうちバッテリーセルに対するバランシングが行われた区間を除いた残りの区間の場合、複数のバッテリーセル間のＳＯＣ偏差に基づいて交換対象バッテリーセルを判定することができる。この場合、交換対象判定部１４０は、複数のバッテリーセルのうち任意のセルとのＳＯＣ偏差が基準値（例えば、１５％）以上であるバッテリーセルを交換対象バッテリーセルとして判定してよい。例えば、複数のバッテリーセルのうち任意のセルは、複数のバッテリーセルのうちいずれか一つのセルであってよい。
本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、このような構成により、従来のように無分別なバランシングを防止することができる。すなわち、本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置１００では、ＳＯＣの上端又は下端のある一地点にすべてのバッテリーセルを収束させる代わりに、反対地点では最大偏差を発生させることにより、偏差診断により比較的早く退化したバッテリーセルを検出することができる。
このように、本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置によれば、バッテリーセルのバランシング対象を選定する場合に、バッテリーセルそれぞれの退化度を考慮してバランシングを行うか否かを判断することにより、バランシングをより効率的に行うことができ、安全にバッテリーを管理することができる。
図３は、従来のバッテリーセルの充放電時に電圧挙動を例示的に示す図である。
図３のグラフにおいて、横軸はバッテリーセルの状態（Ｓｔａｔｅ）を示し、縦軸はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を示す。例えば、バッテリーセルは、充電される場合、充電終了状態（第１区間）になり得、放電する場合、放電終了状態（第２区間）になり得る。別の例では、ＳＯＨの異なる直列連結されたバッテリーセルは、一つのバッテリーセルの充電が完了すると充電が終了し、一つのバッテリーセルの放電が完了すると放電が終了するので、充電又は放電終了時に互いに異なるＳＯＣを有し得る。
バッテリーは、容量が減少する割合だけＳＯＨが減少するので、バッテリーのＳＯＨが高い場合が、低い場合に比べて充電又は放電によるＳＯＣ変化が緩やかに示される。例えば、１００ＡｈのバッテリーセルのＳＯＨが５０％になると、結局、バッテリーセルは、５０Ａｈの容量を有するようになり、これは、ＳＯＨが１００の場合と同一の電流で充放電時のＳＯＣが、既存に対して０％～１００％に変わる傾きが２倍となったことを意味する。
すなわち、図３に示されたように、ＳＯＨが１００の場合が、ＳＯＨが８０の場合に比べて傾きが緩やかに示されることが分かる。このような従来のバッテリーセルの場合、ＳＯＣ上端区間（例：第１区間）では、ＳＯＨ１００のバッテリーセルに基づいてＳＯＨ８０のバッテリーセルがバランシングされるのに対し、ＳＯＣ下端区間（例：第２区間）では、ＳＯＨ８０に基づいてＳＯＨ１００のバッテリーセルがバランシングされる。
このように、従来には、バッテリーセルそれぞれのＳＯＨを考慮せずにバランシングを行うことから、ＳＯＣの上端（第１区間）又は下端（第２区間）でバランシングを行うバッテリーセルが互いに反対になり得るので、実質的なバランシング効果を得ることもできないとともに、バランシングによりバッテリーセルが放電されてバッテリーモジュール又はパック全体的には退化を加速化する結果をもたらす可能性がある。
図４～図７は、本開示の一実施形態によるバッテリー管理装置によりバランシングを行うことを示す図である。
図４～図７のグラフも図３と同様に、図４～図７のグラフにおいて、横軸はバッテリーセルの状態（Ｓｔａｔｅ）を示し、縦軸はＳＯＣを示す。また、図３のように、図４～図７は、ＳＯＨが８０、９０及び１００に高くなるほど傾きが緩やかになることが分かる。
先に、図４を参照すれば、ＳＯＣが上端である区間（例：第１区間、充電終了状態）では、ＳＯＨ８０、９０及び１００の順序でＳＯＣが低下し、ＳＯＣが下端である区間（例：第２区間、放電終了状態）では、逆にＳＯＨ１００、９０及び８０の順序でＳＯＣが低下することが分かる。
図４に示されたように、このような場合、本開示によるバッテリー管理装置によれば、ＳＯＣが最も低いバッテリーセル（すなわち、ＳＯＨが１００のバッテリーセル）が、他のバッテリーセルよりＳＯＨが高いＳＯＣ上端区間（第１区間）では、ＳＯＨ１００のバッテリーセルに基づいてバランシングが行われることが分かる。
一方、図４を参照すれば、ＳＯＣ下端区間（第２区間）では、ＳＯＣ上端区間（第１区間）でのバランシングにより、バッテリーセル間のＳＯＣ偏差が以前より増加したことが分かる。この場合には、偏差診断によりバッテリーセル間のＳＯＣ差が大きいバッテリー、すなわち、比較的深刻な退化が起きたバッテリーは、交換が行われるようにすることにより、安全にバッテリーを管理するようにできる。
また、図５を参照すれば、ＳＯＣ上端区間（第１区間）では、ＳＯＨ１００、８０及び９０の順序でＳＯＣが低下し、ＳＯＣ下端区間（第２区間）では、ＳＯＨ１００、９０及び８０の順序でＳＯＣが低下することが分かる。
この場合にも、図４と同様の方式で、ＳＯＣ上端区間（第１区間）では、ＳＯＣが最も低いＳＯＨ９０バッテリーセルに基づいて、ＳＯＨ８０バッテリーセルに対してバランシングが行われてよい。一方、ＳＯＨ１００のバッテリーセルの場合、ＳＯＨ８０、９０バッテリーセルよりＳＯＨが高いので、バランシングが行われない。
一方、図５を参照すれば、ＳＯＣ下端区間（第２区間）では、ＳＯＣ上端区間（第１区間）でのバランシングにより、バッテリーセル間のＳＯＣ偏差が以前より増加したことが分かる。この場合には、図４と同様に、偏差診断によりバッテリーセル間のＳＯＣ差が大きいバッテリー、すなわち、比較的深刻な退化が起きたバッテリーは、交換が行われるようにすることにより、安全にバッテリーを管理するようにできる。
そして、図６を参照すれば、ＳＯＣ上端区間（第１区間）とＳＯＣ下端区間（第２区間）の両方もＳＯＨ８０、９０及び１００の順序でＳＯＣが低下することが分かる。この場合には、本開示のバッテリー管理装置の動作方式によれば、ＳＯＣ上端区間（第１区間）とＳＯＣ下端区間（第２区間）の両方もＳＯＨ１００のバッテリーセルに基づいてバランシングを行ってよい。
この際、図６に示されたように、ＳＯＨ８０、９０及び１００バッテリーセル間のＳＯＣ偏差が比較的小さいＳＯＣ下端区間（第２区間）を基準としてバランシングが行われてよい。これは、ＳＯＣ上端区間（第１区間）では既にバッテリーセル間のＳＯＣ偏差が大きく示されているので、ＳＯＣ上端区間（第１区間）を基準として偏差診断を行うようにするためである。このように、ＳＯＣ上端区間（第１区間）に対して偏差診断を行うことにより、深刻な退化が起き、ＳＯＣ差が大きいバッテリーセルを交換するようにできる。
また、図７を参照すれば、ＳＯＣ上端区間（第１区間）では、ＳＯＨ８０、９０及び１００の順序でＳＯＣが低下し、ＳＯＣ下端区間（第２区間）では、ＳＯＨ８０、１００及び９０の順序でＳＯＣが低下することが分かる。
この場合にも、前記の場合と同様の方式で、ＳＯＣ上端区間（第１区間）では、ＳＯＣが最も低いＳＯＨ１００バッテリーセルに基づいてＳＯＨ８０及びＳＯＨ９０バッテリーセルに対してバランシングが行われてよい。一方、ＳＯＣ下端区間（第２区間）では、ＳＯＣ１００バッテリーセルに基づいてＳＯＨ８０バッテリーセルに対してバランシングが行われてよい。
この際、図７に示されたように、ＳＯＣ上端区間（第１区間）を基準としてバランシングが行われることが分かる。これは、バッテリーセルのＳＯＣが上端である区間（第１区間）を基準としてバランシングを行うことがバッテリーの退化を最小化することができ、バッテリーの過充電を防止することができるからである。また、ＳＯＣ下端区間（第２区間）に対しては、偏差診断によりバッテリーセル間のＳＯＣ差が大きいバッテリーは、交換が行われるようにできる。
本文書に開示された一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、それぞれのバッテリーセルのＳＯＨの差及びセルバランシング後のそれぞれのバッテリーセルのＳＯＣに基づいて偏差診断した結果に基づき、交換対象バッテリーを判定することができる。
図８は、本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法を示すフローチャートである。
図８を参照すれば、本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法は、先ず、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを算出することができる（Ｓ１１０）。例えば、段階Ｓ１１０においては、複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＣ、電圧、内部抵抗、充放電回数などの各種状態値に基づいてＳＯＨを算出することができる。
また、複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセルを第２バッテリーセルとして選定する（Ｓ１２０）。この際、基準値は、バッテリーセルとバッテリーセルを管理するバッテリー管理システムとの仕様に基づいて設定されてよい。
そして、第１バッテリーセルのＳＯＨが第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一であるかを判断する（Ｓ１３０）。もし、第１バッテリーセルのＳＯＨが第２バッテリーセルのＳＯＨより小さい場合（ＮＯ）は、当該第２バッテリーセルをバランシング対象から除外する。
一方、第１バッテリーセルのＳＯＨが第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合（ＹＥＳ）、当該第２バッテリーセルをバランシング対象であるバッテリーセルとして判定する（Ｓ１４０）。このように、段階Ｓ１２０～Ｓ１４０においては、複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上である第２バッテリーセルを１次的なバランシング対象として判断し、また第１バッテリーセルのＳＯＨが第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に、第２バッテリーセルを最終的にバランシング対象として判定することができる。
次に、バランシング対象として判定されたバッテリーセルに対してバランシングを行う（Ｓ１５０）。例えば、段階Ｓ１５０においては、第２バッテリーセルのＳＯＣが予め設定された区間に含まれる場合に対してバランシングを行ってよい。この場合、第２バッテリーセルのＳＯＣが第１基準値以上である第１区間（例：ＳＯＣ上端区間、充電終了状態）、又はバッテリーセルのＳＯＣが第１基準値より小さい第２基準値未満である第２区間（例：ＳＯＣ下端区間、放電終了状態）のうちの一つの区間を基準としてバランシングを行うことができる。
もし、第１区間と第２区間の両方に対してバランシングを行うことができる場合、段階Ｓ１５０においては、第１区間、すなわち、ＳＯＣが上端である区間に対して優先的にバランシングを行ってよい。これは、バッテリーセルのＳＯＣが上端である区間を基準としてバランシングを行うことが、バッテリーの退化を最小化することができ、バッテリーの過充電を防止することができるからである。
一方、図８には示されていないが、本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法は、前述した第１区間又は第２区間のうちバッテリーセルに対するバランシングが行われた区間を除いた残りの区間に対して、複数のバッテリーセル間のＳＯＣ偏差に基づいて交換対象バッテリーセルを判定する段階をさらに含んでよい。この場合、複数のバッテリーセルのうち任意のセルとのＳＯＣ偏差が基準値（例えば、１５％）以上であるバッテリーセルを、交換対象バッテリーセルとして判定することができる。例えば、複数のバッテリーセルのうち任意のセルは、複数のバッテリーセルのうちいずれか一つのセルであってよい。
このように、本開示の一実施形態によるバッテリー管理方法によれば、バッテリーセルのバランシング対象を選定する場合に、バッテリーセルそれぞれの退化度を考慮してバランシングを行うか否かを判断することにより、バランシングをより効率的に行うことができ、安全にバッテリーを管理することができる。
図９は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理方法を実行するコンピューティングシステムを示すブロック図である。
図９を参照すれば、本発明の一実施形態によるコンピューティングシステム３０は、ＭＣＵ３２、メモリー３４、入出力Ｉ／Ｆ３６、及び通信Ｉ／Ｆ３８を含んでよい。
ＭＣＵ３２は、メモリー３４に保存されている各種プログラム（例えば、ＳＯＨ算出プログラム、バランシング対象判定プログラムなど）を実行させ、このようなプログラムを通じてバッテリーセルのＳＯＣ、ＳＯＨなどを含む各種データを処理し、前述した図２に示されたバッテリー管理装置の機能を行うようにするプロセッサであってよい。
メモリー３４は、バッテリーセルのＳＯＨ算出とバランシング対象判定に関する各種プログラムを保存することができる。また、メモリー７２０は、バッテリーセルそれぞれのＳＯＣ、ＳＯＨデータなど各種データを保存することができる。
このようなメモリー３４は、必要に応じて複数設けられてもよい。メモリー３４は、揮発性メモリーであってもよく、非揮発性メモリーであってもよい。揮発性メモリーとしてのメモリー３４は、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどが使用されてよい。非揮発性メモリーとしてのメモリー３４は、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＡＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリーなどが使用されてよい。前記列挙したメモリー３４の例は、単に例示であるだけで、これら例に限定されるものではない。
入出力Ｉ／Ｆ３６は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置（未図示）と、ディスプレイ（未図示）などの出力装置と、ＭＣＵ３２との間を連結してデータを送受信できるようにするインターフェースを提供することができる。
通信Ｉ／Ｆ３８は、サーバーと各種データを送受信できる構成であって、有線又は無線通信を支援し得る各種装置であってよい。例えば、通信Ｉ／Ｆ３８を通じて別途に設けられた外部サーバーから、バッテリーセルのＳＯＨ算出やバランシング対象の判定のためのプログラムや各種データなどを送受信することができる。
このように、本開示の一実施形態によるコンピュータープログラムは、メモリー３４に記録され、ＭＣＵ３２により処理されることにより、例えば、図２に示された各機能を行うモジュールとして具現されてもよい。
以上、本発明の実施形態を構成する全ての構成要素が一つに結合するか、結合されて動作することと説明されたとして、本発明が必ずこのような実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の目的範囲内であれば、その全ての構成要素が一つ以上に選択的に結合されて動作してもよい。
また、以上に記載された「含む」、「構成する」又は「有する」などの用語は、特に反対の記載がない限り、当該構成要素が内在し得ることを意味するので、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでよいと解釈されなければならない。技術的や科学的な用語を含む全ての用語は、特に定義されない限り、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有すると解釈されてよい。辞書に定義された用語のように一般的に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味と一致すると解釈されなければならず、本発明で明らかに定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解釈されない。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等の範囲内の全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
１ バッテリーラック
２ 上位制御器
１０ バッテリーモジュール
１２ センサー
１４ スイッチング部
３０ コンピューティングシステム
３２ ＭＣＵ
３４ メモリー
３６ 入出力Ｉ／Ｆ
３８ 通信Ｉ／Ｆ
１００ バッテリー管理装置、バッテリー管理システム
１１０ ＳＯＨ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）算出部
１２０ バランシング対象判定部
１３０ バランシング制御部
１４０ 交換対象判定部
７２０ メモリー

Claims (11)

  1. 複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）を算出するＳＯＨ算出部と、
    前記複数のバッテリーセルのうちＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセルを第２バッテリーセルとして選定し、前記第１バッテリーセルのＳＯＨと前記第２バッテリーセルのＳＯＨとを比べてバランシング対象を判定するバランシング対象判定部と、
    を含むバッテリー管理装置。
  2. 前記バランシング対象判定部は、前記第１バッテリーセルのＳＯＨが前記第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に、前記第２バッテリーセルを前記バランシング対象として判定する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記バランシング対象として判定されたバッテリーセルに対してバランシングを行うバランシング制御部をさらに含む、請求項１又は２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記バランシング制御部は、前記第２バッテリーセルのＳＯＣが予め設定された区間に含まれる場合にバランシングを行う、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記バランシング制御部は、前記第２バッテリーセルのＳＯＣが第１基準値以上である第１区間、及び前記バッテリーセルのＳＯＣが前記第１基準値より小さい第２基準値未満である第２区間のうちの一つの区間を基準としてバランシングを行う、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記第１区間及び前記第２区間のうち前記バッテリーセルに対するバランシングが行われた区間を除いた残りの区間の場合、前記複数のバッテリーセル間のＳＯＣ偏差に基づいて交換対象バッテリーセルを判定する交換対象判定部をさらに含む、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記交換対象判定部は、前記複数のバッテリーセルのうち任意のセルとのＳＯＣ偏差が基準値以上であるバッテリーセルを前記交換対象バッテリーセルとして判定する、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記バランシング制御部は、前記第１区間及び前記第２区間の両方に対してバランシングを行うことができる場合、前記第１区間に対して優先的にバランシングを行う、請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記基準値は、前記バッテリーセルと前記バッテリーセルを管理するバッテリー管理システムとの仕様に基づいて設定される、請求項１～８のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  10. 複数のバッテリーセルそれぞれのＳＯＨを算出する段階と、
    前記複数のバッテリーセルのうちＳＯＣが最も低い第１バッテリーセルとのＳＯＣ差の値が基準値以上であるバッテリーセルを第２バッテリーセルとして選定する段階と、
    前記第１バッテリーセルのＳＯＨと前記第２バッテリーセルのＳＯＨとを比べてバランシング対象を判定する段階と、
    を含むバッテリー管理方法。
  11. 前記バランシング対象を判定する段階は、前記第１バッテリーセルのＳＯＨが前記第２バッテリーセルのＳＯＨより大きいか同一の場合に、前記第２バッテリーセルを前記バランシング対象として判定する、請求項１０に記載のバッテリー管理方法。
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