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技術 二次電池の出力パラメータを調整するシステム及びその方法

出願人 エルジー・ケム・リミテッド
発明者 スン−ヨン・チャウォン−テ・ジョ
出願日 2016年11月14日 (2年8ヶ月経過) 出願番号 2018-512157
公開日 2018年11月8日 (8ヶ月経過) 公開番号 2018-533338
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 二次電池の保守(充放電、状態検知)
主要キーワード 電力変換デバイス 相互直列 光データ記録装置 現在電圧 パワーマップ 出力維持 電圧測定結果 新再生エネルギー
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題・解決手段

本発明は、二次電池出力パラメータ調整システム及び方法を開示する。本発明によるシステムは、二次電池の電圧電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率最大値及び出力維持時間から算出された低減目電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する。

概要

背景

二次電池は、反復的な充電放電が可能であるため、多様な分野で電力ソースとして用いられる。

二次電池は、携帯電話ラップトップコンピューターデジタルカメラビデオカメラタブレットコンピューター、電動工具などのような携帯装置に用いられる。

また、二次電池は、電気自転車電気バイク電気自動車ハイブリッド自動車電気推進船、電気飛行機などのような各種電気駆動動力装置に用いられる。

また、二次電池は、新再生エネルギーによって発電した電力余剰発電電力貯蔵に用いられる電力貯蔵装置またはサーバーコンピューター通信用基地局を含めた各種情報通信装置に電力を安定的に供給するための無停電電源装置UPS;Uninterruptible Power System)などに至るまで使用領域が次第に拡がりつつある。

二次電池は、インバータのような電力変換デバイスを介して負荷装置に接続される。負荷装置は、前述の二次電池に貯蔵された電力を用いる任意の装置を意味する。

負荷装置は、制御システムを含む。制御システムは、通信によってBMSシステムから二次電池についての出力パラメータの提供を受ける。

出力パラメータは、二次電池の放電性能または充電性能を示す指標であり、二次電池の充電状態と温度によって更新される。出力パラメータは、二次電池が放電または充電されるとき、二次電池を介して流れることができる最大電流値またはこれによって計算される許容出力値(Power)である。

制御システムは、BMSシステムから出力パラメータの提供を受ければ、出力パラメータの範囲内で二次電池の充電及び放電を制御する。即ち、制御システムは、電力変換デバイスを制御することで二次電池の出力を許容出力値以下に統制するか、充電または放電電流の大きさを最大電流値以下に統制する。

一方、二次電池の電圧は、放電下限電圧または充電上限電圧に近くなれば、速く変化する。

図1は、36Ahの容量を持つリチウム二次電池の充電状態が20%であるとき、360Aの定電流で放電が行われるときの電圧変化概形を示す。

図示したように、二次電池の電圧が放電下限電圧(Vmin)に近くなれば(点A参照)、電圧の減少速度が急に速くなる。これは、二次電池の充電状況においても同様である。即ち、二次電池が360Aで定電流充電される場合、電圧が充電上限電圧に近くなれば、電圧の増加速度が急に速くなる。

したがって、二次電池の電圧変化が速くなり始めると、BMSシステムは制御システムに提供する出力パラメータを低減(derate)させる必要がある。そうしてこそ放電後半部または充電後半部で二次電池が動作電圧範囲から外れることを防止することができる。

概要

本発明は、二次電池の出力パラメータの調整システム及び方法を開示する。本発明によるシステムは、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率最大値及び出力維持時間から算出された低減目電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する。

目的

したがって、二次電池の電圧変化が速くなり始めると、BMSシステムは制御システムに提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

二次電池電圧電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部に電気的に接続した制御部と、を含み、前記制御部は、二次電池が放電する間、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率最大値及び出力維持時間から算出された低減目電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供するように構成されたことを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整システム

請求項2

前記出力パラメータが適用されるまでかかる時間を遅延時間として定義すれば、前記臨界電圧のレベルは、二次電池が前記充電状態及び前記温度に対応する最大放電電流値で放電されるとき、二次電池の電圧が前記臨界電圧から放電下限電圧まで低下するのにかかる時間が前記遅延時間よりも大きく、かつ前記出力維持時間よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項3

前記制御部が、下記の数式によって二次電池の低減目標電流値を決定するように構成され、Iderateは低減目標電流値であり、Vminは放電下限電圧であり、Vthresholdは臨界電圧であり、I0は二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値または二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であり、R0は二次電池の内部抵抗であり、t1−t0は出力維持時間であり、(dR/dt)maxは二次電池の充電状態及び温度に対応する放電プロファイルが直線V=Vthreshold及び直線V=Vminと交わる二つの交点の間で計算した一次微分値dV/dtの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるImaxで割った値であり、Imaxは二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項4

前記制御部が、低減目標電流値と放電下限電圧との掛け算によって低減目標出力値を決定するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項5

前記充電状態及び前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値を保存しているメモリ部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項6

前記制御部と電気的に結合した通信インターフェースをさらに含み、前記制御部が、前記通信インターフェースを介して前記出力パラメータを前記制御システムに周期的に伝送することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項7

前記制御部は、二次電池の電圧が前記臨界電圧よりも高ければ、二次電池の充電状態及び温度ごとに予め定義された最大放電電流値のデータを参照して二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値を決定し、前記最大放電電流値及びこれによって算出された許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、前記負荷装置の制御システムに提供するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項8

(a)二次電池が放電する間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、(b)前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、(c)二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、(d)前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、(e)前記出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含むことを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整方法

請求項9

前記出力パラメータが適用されるまでかかる時間を遅延時間として定義すれば、前記臨界電圧のレベルは、二次電池が前記充電状態及び前記温度に対応する最大放電電流値で放電されるとき、二次電池の電圧が前記臨界電圧から放電下限電圧まで低下するのにかかる時間が前記遅延時間よりも大きく、かつ前記出力維持時間よりも小さく設定されることを特徴とする請求項8に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。

請求項10

前記(c)段階は、下記の数式によって二次電池の低減目標電流値を決定する段階であり、Iderateは低減目標電流値であり、Vminは放電下限電圧であり、Vthresholdは臨界電圧であり、I0は二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値または二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であり、R0は二次電池の内部抵抗であり、t1−t0は出力維持時間であり、(dR/dt)maxは二次電池の充電状態及び温度に対応する放電プロファイルが直線V=Vthreshold及び直線V=Vminと交わる二つの交点の間で計算した一次微分値dV/dtの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるImaxで割った値であり、Imaxは二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であることを特徴とする請求項8に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。

請求項11

前記(d)段階が、前記低減目標電流値と放電下限電圧との掛け算によって低減目標出力値を決定する段階を含むことを特徴とする請求項8に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。

請求項12

前記(e)段階が、通信インターフェースを介して前記出力パラメータを前記制御システムに伝送する段階であることを特徴とする請求項8に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。

請求項13

二次電池の電圧が前記臨界電圧よりも高ければ、二次電池の充電状態及び温度ごとに予め定義された最大放電電流値のデータを参照して二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値を決定する段階と、前記最大放電電流値及びこれによって算出された許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、前記負荷装置の制御システムに前記出力パラメータを提供する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の二次電池の出力パラメータの調整方法。

請求項14

二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と電気的に接続した制御部と、を含み、前記制御部は、二次電池が充電される間に、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に増加すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から算出された低減目標電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供することを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整システム。

請求項15

(a)二次電池が充電される間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、(b)前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、(c)二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に上昇すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、(d)前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、(e)前記出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含むことを特徴とする二次電池の出力パラメータの調整方法。

技術分野

0001

本発明は、二次電池電圧が速く変化する電圧区間で安定的に二次電池の出力パラメータを調整するシステム及び方法に関する。

0002

本出願は、2015年11月13日出願の韓国特許出願第10−2015−0159813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、すべて本出願に援用される。

背景技術

0003

二次電池は、反復的な充電放電が可能であるため、多様な分野で電力ソースとして用いられる。

0005

また、二次電池は、電気自転車電気バイク電気自動車ハイブリッド自動車電気推進船、電気飛行機などのような各種電気駆動動力装置に用いられる。

0006

また、二次電池は、新再生エネルギーによって発電した電力余剰発電電力貯蔵に用いられる電力貯蔵装置またはサーバーコンピューター通信用基地局を含めた各種情報通信装置に電力を安定的に供給するための無停電電源装置UPS;Uninterruptible Power System)などに至るまで使用領域が次第に拡がりつつある。

0007

二次電池は、インバータのような電力変換デバイスを介して負荷装置に接続される。負荷装置は、前述の二次電池に貯蔵された電力を用いる任意の装置を意味する。

0008

負荷装置は、制御システムを含む。制御システムは、通信によってBMSシステムから二次電池についての出力パラメータの提供を受ける。

0009

出力パラメータは、二次電池の放電性能または充電性能を示す指標であり、二次電池の充電状態と温度によって更新される。出力パラメータは、二次電池が放電または充電されるとき、二次電池を介して流れることができる最大電流値またはこれによって計算される許容出力値(Power)である。

0010

制御システムは、BMSシステムから出力パラメータの提供を受ければ、出力パラメータの範囲内で二次電池の充電及び放電を制御する。即ち、制御システムは、電力変換デバイスを制御することで二次電池の出力を許容出力値以下に統制するか、充電または放電電流の大きさを最大電流値以下に統制する。

0011

一方、二次電池の電圧は、放電下限電圧または充電上限電圧に近くなれば、速く変化する。

0012

図1は、36Ahの容量を持つリチウム二次電池の充電状態が20%であるとき、360Aの定電流で放電が行われるときの電圧変化概形を示す。

0013

図示したように、二次電池の電圧が放電下限電圧(Vmin)に近くなれば(点A参照)、電圧の減少速度が急に速くなる。これは、二次電池の充電状況においても同様である。即ち、二次電池が360Aで定電流充電される場合、電圧が充電上限電圧に近くなれば、電圧の増加速度が急に速くなる。

0014

したがって、二次電池の電圧変化が速くなり始めると、BMSシステムは制御システムに提供する出力パラメータを低減(derate)させる必要がある。そうしてこそ放電後半部または充電後半部で二次電池が動作電圧範囲から外れることを防止することができる。

先行技術

0015

Gregory L.Plett、“Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB‐basedHEVbattery packs Part 1”、Journal of Power Source、第134巻、2004年、p.252−261
Gregory L.Plett、“Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB‐based HEV battery packs Part 2”、Journal of Power Source、第134巻、2004年、p.262−276
Gregory L.Plett、“Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB‐based HEV battery packs Part 3”、Journal of Power Source、第134巻、2004年、p.277−292

発明が解決しようとする課題

0016

本発明は、上述の従来技術の背景から創案されたものであり、二次電池の電圧が動作電圧範囲の限界値近接したとき、適切な時点で出力パラメータを調整することができるシステム及びその方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0017

上記の課題を達成するため、本発明の一面による二次電池の出力パラメータの調整システムは、二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部に電気的に接続した制御部と、を含む。

0018

望ましくは、前記制御部は、二次電池が放電する間、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率最大値及び出力維持時間から算出された低減目電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、二次電池から電力の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する。

0019

望ましくは、前記出力パラメータが適用されるまでかかる時間を遅延時間として定義すれば、前記臨界電圧のレベルは、二次電池が前記充電状態及び前記温度に対応する最大放電電流値で放電されるとき、二次電池の電圧が前記臨界電圧から放電下限電圧まで低下するのにかかる時間が前記遅延時間よりも大きく、かつ前記出力維持時間よりも小さく設定され得る。

0020

望ましくは、前記制御部は、下記の数式によって二次電池の低減目標電流値を決定するように構成され得る。

0021

0022

Iderateは低減目標電流値であり、Vminは放電下限電圧であり、Vthresholdは臨界電圧であり、I0は二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値または二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値であり、R0は二次電池の内部抵抗であり、t1−t0は出力維持時間であり、(dR/dt)maxは二次電池の充電状態及び温度に対応する放電プロファイルが直線V=Vthreshold及び直線V=Vminと交わる二つの交点の間で計算した一次微分値dV/dtの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるImaxで割った値であり、Imaxは二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値である。

0023

望ましくは、前記制御部は、低減目標電流値と放電下限電圧との掛け算によって低減目標出力値を決定するように構成され得る。

0024

一面によれば、本発明によるシステムは、前記充電状態及び前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値を保存しているメモリ部をさらに含み得る。

0025

一面によれば、本発明によるシステムは、前記制御部と電気的に結合した通信インターフェースをさらに含み、前記制御部が、前記通信インターフェースを介して前記出力パラメータを前記制御システムに周期的に伝送することができる。

0026

選択的に、前記制御部は、二次電池の電圧が前記臨界電圧よりも高ければ、二次電池の充電状態及び温度ごとに予め定義された最大放電電流値のデータを参照して二次電池の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値を決定し、前記最大放電電流値及びこれによって算出された許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを、前記負荷装置の制御システムに提供するように構成され得る。

0027

前記技術的課題を達成するための本発明の一面による二次電池の出力パラメータの調整方法は、二次電池が放電する間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、前記出力パラメータを、二次電池から電極の供給を受ける負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含む。

0028

前記技術的課題を達成するための本発明の他面による二次電池の出力パラメータの調整システムは、二次電池の電圧、電流及び温度を各々測定する電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部と電気的に接続した制御部と、を含む。

0029

望ましくは、前記制御部は、二次電池が充電される間に、前記電圧測定部、電流測定部及び温度測定部から測定結果の入力を受け、二次電池の電圧、電流及び温度を決定し、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定し、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に増加すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から算出された低減目標電流値を決定し、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供する。

0030

前記技術的課題を達成するための本発明の更なる他面による二次電池の出力パラメータの調整方法は、二次電池が充電される間、二次電池の電圧、電流及び温度を測定する段階と、前記電流を用いて二次電池の充電状態を決定する段階と、二次電池の電圧が予め設定された臨界電圧以上に上昇すれば、前記充電状態と前記温度に対応して予め定義された抵抗変化率の最大値及び出力維持時間から低減目標電流値を決定する段階と、前記低減目標電流値及びこれによって決定される低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを決定する段階と、前記出力パラメータを二次電池に充電電力を供給する負荷装置の制御システムに提供する段階と、を含む。

発明の効果

0031

本発明によれば、二次電池を通じて流れる電流の大きさや出力が適切な時点で低減するため、出力パラメータが遅延時間以後に適用されても二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れない。

0032

また、二次電池の電圧が臨界電圧から動作限界電圧に変化するまでにかかる時間が予め設定された出力維持時間よりも短くなる時点から二次電池の出力を積極的に低減させることで、前記出力維持時間以上に二次電池の出力を維持することができる。

0033

本発明の二次電池の電圧が動作限界電圧の付近まで変化したとき、二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れることを防止する。

0034

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。

図面の簡単な説明

0035

36Ahの容量を持つリチウム二次電池の充電状態が20%である場合、360Aの定電流で放電が行われるときの電圧変化概形を示す放電プロファイルである。
本発明の実施例による二次電池の出力パラメータの調整システムのブロックダイヤグラムである。
容量は36Ahとして同一であり、充電状態が10%、15%、20%、30%、40%及び50%として相異なる六つのリチウム二次電池の放電プロファイルを測定した結果を示したグラフである。
図3に示した各放電プロファイルが横点線A及びBと交わる二点の時間差マーク▲を参照)を計算して示したグラフである。
本発明の実施例で低減目標電流値を決定するときに用いる数式のパラメータを説明するための図である。
本発明の実施例による二次電池の出力パラメータの調整方法を順次図示したフローチャートである。
容量が36Ahであり、かつ充電状態が20%であるリチウム二次電池を、360Aで放電するとき、本発明の実施例によって出力を低減させた場合とそうでない場合との電圧変化概形を比較したグラフである。

実施例

0036

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、本明細書及び請求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。

0037

以下で説明される実施例において、二次電池とは、リチウム二次電池を意味する。ここで、リチウム二次電池とは、充電と放電とが行われる間にリチウムイオンが作動イオンとして作用し、正極及び負極で電気化学的反応を誘発する二次電池を総称する。

0038

一方、リチウム二次電池に用いられた電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に用いられた包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変更されても、リチウムイオンが作動イオンとして用いられる二次電池であれば、いずれも前記リチウム二次電池の範疇に含まれると解釈すべきものである。

0039

本発明は、リチウム二次電池以外の他の二次電池にも適用できる。したがって、作動イオンがリチウムイオンでなくても、本発明の技術的思想が適用できる二次電池であれば、その種類を問わずいずれも本発明の範疇に含まれると解釈すべきものである。

0040

また、二次電池は、その構成要素の数によって限定されない。したがって、二次電池は、一つの包装材内に正極/分離膜/負極の組立体及び電解質が含まれた単位セルを始め、単位セルが直列及び/または並列で接続したアセンブリー、複数のアセンブリーが直列及び/または並列で接続したモジュール、複数のモジュールが直列及び/または並列で接続したパック、複数のパックが直列及び/または並列で接続した電池システムなども含むと解釈すべきものである。

0041

図2は、本発明の一実施例による二次電池の出力パラメータを調整するシステム100の一実施例を示したブロックダイヤグラムである。

0042

図2を参照すれば、本発明の実施例によるシステム100は、電圧測定部110、電流測定部120、温度測定部130及び制御部120を含み、二次電池Bが放電される間、二次電池Bの電圧が予め設定された臨界電圧にまで低くなったとき、二次電池Bの出力パラメータを低減させる。

0043

前記二次電池Bは、高電位端子ACK+及び低電位端子PACK−によって負荷装置200と電気的に接続する。負荷装置200は、二次電池Bから出力される電力で動作する装置をいう。

0044

負荷装置200は、制御システム210、電力変換部220及び負荷230を含む。負荷装置200は、選択的に、充電器240をさらに含み得る。充電器240は、二次電池Bを充電できる充電電流を電力変換部220を介して二次電池B側に提供できる。充電器240は、自体的に充電電流を生成可能であるか、商用電源から電力を受けて充電電流を生成することができる。

0045

望ましい例で、負荷230は、電気自動車やハイブリッド自動車に含まれたモーターであってもよく、電力変換部220は、双方向の電力変換が可能なインバータであってもよい。

0046

制御システム210は、負荷装置200の全般的な動作を制御するコンピュータシステムである。特に、制御システム210は、制御部140が提供する二次電池Bの出力パラメータを用いて二次電池Bの放電を制御する。即ち、制御システム210は、出力パラメータに対応する放電条件で電力変換部220を制御することで二次電池Bの放電を制御する。

0047

電力変換部220は、二次電池Bの放電出力を負荷230側に伝達する。この際、電力変換部220は、制御システム210の統制下に出力パラメータの範囲内で二次電池が放電できるよう電力変換の程度を調節できる。

0048

逆に、電力変換部220は、充電器240から供給される充電出力を二次電池B側に伝達できる。この際、電力変換部220は、制御システム210の統制下に出力パラメータの範囲内で二次電池が充電できるように電力変換の程度を調節できる。

0049

本発明によるシステム100は、メモリ部150をさらに含むことができる。メモリ部150は、情報を記録及び消去できる保存媒体であれば、その種類に特に制限されない。
一例として、メモリ部150は、RAM、ROM、レジスターハードディスク光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。

0050

また、メモリ部150は、制御部140によるアクセスが可能となるよう、例えば、データバスなどを介して制御部140と電気的に接続できる。

0051

また、メモリ部150は、制御部140が実行する各種制御ロジッグを含むプログラム、及び/または制御ロジッグが実行されるときに発生するデータを保存及び/または更新及び/または消去及び/または伝送する。

0052

メモリ部150は、論理的に二つ以上に分割でき、制御部140内に含まれることを制限しない。

0053

電圧測定部110は、電気的信号交換できるよう制御部140と電気的に結合する。電圧測定部110は、制御部140の統制下に、時間間隔を置いて二次電池Bの正極と負極との間に印加される電圧を測定し、測定された電圧の大きさを示す信号を制御部140に出力する。制御部140は、電圧測定部110から出力される信号から二次電池Bの電圧を決定し、決定された電圧値をメモリ部150に保存する。電圧測定部110は、当業界で通常使用される電圧測定回路で構成され得る。

0054

電流測定部120は、電気的信号を交換できるように制御部140と電気的に結合する。電流測定部120は、制御部140の統制下に、時間間隔を置いて二次電池Bを通じて流れる電流の大きさを周期的に測定し、測定された電流の大きさを示す信号を制御部140に出力する。制御部140は、電流測定部120から出力される信号から電流の大きさを決定し、決定された電流値をメモリ部150に保存する。電流測定部120は、当業界で通常使用されるホールセンサまたはセンス抵抗で構成され得る。

0055

温度測定部130は、電気的信号を交換できるように制御部140と電気的に結合する。温度測定部130は、時間間隔を置いて二次電池Bの温度を周期的に測定し、測定された温度の大きさを示す信号を制御部140に出力する。制御部140は、温度測定部130から出力される信号から二次電池Bの温度を決定し、決定された温度値をメモリ部150に保存する。温度測定部130は、当業界で通常使用される熱電対(thermocouple)で構成され得る。

0056

本発明によるシステム100は、通信インターフェース160をさらに含み得る。通信インターフェース160は、制御部140が負荷装置200に含まれた制御システム210との通信を行うために必要な構成要素である。

0057

通信インターフェース160としては、相異なる二つのシステムの通信を支援する公知の通信インターフェースであれば、いずれも使用可能である。通信インターフェースは、有線または無線通信を支援できる。望ましくは、通信インターフェースは、CAN通信デイジーチェーン(Daisy Chain)通信を支援するものであり得る。

0058

制御部140は、メモリ部150に保存された電圧測定値電流測定値及び温度測定値を選択的に活用して二次電池Bの充電状態を決定できる。

0059

充電状態は、電流測定部120によって周期的に測定される電流値を積算して決定することができる。このような方式は、アンペアカウント法という名称として知られているため、これについての詳細な説明は省略する。

0060

充電状態は、二次電池Bの回路モデリングに基づいた拡張カルマンフィルターのような適応的アルゴリズムを用いて決定できる。拡張カルマンフィルターを用いた充電状態の推定は、一例として、グレゴリー・エルプレット(Gregory L. Plett)氏の論文「Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB−basedHEVbattery packs Parts 1, 2 and 3」(Journal of Power Source 134、2004)(非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)を参照することができ、本明細書の一部として上記論文が含まれることがある。

0061

充電状態は、前述のアンペアカウント法または拡張カルマンフィルターの外にも、二次電池Bの電圧、温度及び電流を選択的に活用して充電状態を推定できる他の公知の方法によっても決定することができる。

0062

制御部140は、二次電池Bが放電される間、電圧測定部110によって測定された二次電池Bの電圧レベルモニターする。

0063

制御部140は、二次電池Bの電圧レベルに応じて二次電池の出力パラメータを相違に決定する。即ち、二次電池Bの電圧が臨界電圧よりも大きければ、一般モードで出力パラメータを決定する。これに対し、二次電池Bの電圧が予め設定された臨界電圧以下に低くなれば、低減モードで出力パラメータを決定する。

0064

臨界電圧のレベルは、二つの時間ファクターを考慮して予め決定する。一つの時間ファクターは、制御部140が決定した出力パラメータが負荷装置200の制御システム210に伝達され、二次電池Bの放電制御に実際に反映されるまでかかる遅延時間である。他の一つの時間ファクターは、出力パラメータによる二次電池Bの放電出力が少なくとも維持されるべき出力維持時間である。

0065

遅延時間ファクターは、制御部140と負荷装置200に含まれた制御システム210の動作速度及びこれらの相互間の通信速度などによって変わる。遅延時間ファクターは、数秒以内の時間値、例えば、2秒であり得る。

0066

出力維持時間ファクターは、負荷装置200に含まれた負荷230が要求する出力特性によって変わる。出力維持時間ファクターは、数秒以内の時間値、例えば、6秒であり得る。

0067

遅延時間ファクター及び出力維持時間ファクターを考慮した臨界電圧の設定方法は、次のようである。

0068

まず、二次電池Bの充電状態ごとに常温(25℃)で定電流放電試験を施し、複数の放電プロファイルを得る。

0069

図3は、容量は36Ahとして同一であり、充電状態が、10%、15%、20%、30%、40%及び50%として相異なる6つのリチウム二次電池の放電プロファイルを測定した結果を示したグラフである。左側から右側に進むほど放電プロファイルを測定した二次電池Bの充電状態は高い。

0070

各々の定電流放電試験で適用された放電電流の大きさは、二次電池Bの充電状態及び温度に対応する最大放電電流値である。特定の充電状態及び温度に対応する最大放電電流値は、HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)法で二次電池Bをパルス放電させたとき、二次電池Bの電圧が放電下限電圧Vminに到達するようにする放電電流値である。

0071

望ましくは、HPPC法で決定した最大放電電流値が、二次電池Bの安全のために設定した放電上限電流値よりも大きければ、最大放電電流値は放電上限電流値に代替され得る。

0072

図3に示した放電プロファイルを得るための定電流放電実験に際し、放電上限電流値は360Aに設定した。

0073

図3において、各放電プロファイルを得るときに適用した最大放電電流値は、グラフの上部に示した。即ち、充電状態、20%、30%、40%及び50%に対応する最大放電電流値は、360Aとして同一である。HPPC法で決定した最大放電電流値が放電上限電流値に設定された360Aを超過したことから、最大放電電流値を放電上限電流値に代替したためである。なお、二次電池Bの状態が10%及び15%である場合は、HPPC法で決定した最大放電電流値が放電上限電流値である360Aよりも小さいため、HPPC法で決定した最大放電電流値がそのまま適用された。

0074

図3において、横点線Aは、遅延時間ファクター及び出力維持時間ファクターを考慮して設定された臨界電圧Vthresholdのレベルを示し、横点線Bは、放電下限電圧Vminのレベルを示す。

0075

望ましくは、臨界電圧のレベルは、各放電プロファイルが横点線A及びBと交わる二点の時間差が遅延時間よりも大きく、出力維持時間よりも小さく設定する。

0076

上記のように臨界電圧のレベルが設定されれば、低減モードで決定された出力パラメータが適用される時点が遅延時間分に遅延されても、二次電池Bの電圧が放電下限電圧以下に急に減少する現象を防止することができる。また、二次電池Bの電圧が放電下限電圧に低くなるまでにかかる時間が出力維持時間よりも小さいとき、二次電池Bの出力を低減させて最小限の出力維持時間を確保することが可能となる。

0077

図4は、図3に示した各放電プロファイルが、横点線A及びBと交わる二点の時間差(マーク▲を参照)を計算して示したものである。遅延時間は2秒であり、出力維持時間は6秒に設定されており、臨界電圧のレベルは2.87Vに設定された。図4を参照すれば、図3の横点線Aで示した臨界電圧のレベルは、前述した条件をよく満たしていることが分かる。したがって、二次電池Bの電圧が2.87Vに到達したとき、低減モードで出力パラメータを決定し、決められた出力パラメータを負荷装置200の制御システム210に提供すれば、二次電池Bの出力が最小限6秒間維持できる。また、出力パラメータが負荷装置200に反映されるまで2秒の遅延時間が生じても、二次電池Bの電圧が急に放電下限電圧まで減少することを防止することができる。

0078

本発明において、図3に示した放電プロファイルは、常温条件で得たものである。しかし、二次電池Bの動作温度範囲に属する温度条件ごとに放電プロファイルを追加で獲得し、温度ごとに獲得した全ての複数の放電プロファイルに対しても上述の条件を満すように臨界電圧のレベルを決定することが望ましいということは、当業者にとって自明である。

0079

即ち、臨界電圧のレベルは、充電状態及び温度ごとに測定された各々の放電プロファイルが横点線A及びBと交わる二点の時間差が遅延時間よりも大きく、かつ出力維持時間よりも小さく設定することが望ましい。

0080

一例で、臨界電圧のレベルは、二次電池Bの温度によって可変し得る。即ち、二次電池Bの温度が高いほど臨界電圧のレベルは増加し得る。臨界電圧のレベルが増加すれば、低減モードの開始時点が早くなる。

0081

制御部140は、電圧測定部110によって測定した二次電池Bの現在電圧が、予め設定された臨界電圧よりも大きい場合は、一般モードで出力パラメータを決定する。出力パラメータは、二次電池Bの最大放電電流値及び許容出力値のうち少なくとも一つを含む。制御部140は、メモリ部150に保存されたパワーマップを用いて最大放電電流値を決定できる。パワーマップは、二次電池Bの充電状態及び温度によって最大放電電流値を参照できるデータ構造を有する。

0082

許容出力値は、次の数式1によって決定できる。数式1において、最大放電電流値は、電流ファクターであるImaxである。
[数式1]
許容出力P=Vmin×Imax

0083

数式1において、Vminは、二次電池Bの放電下限電圧として予め設定される電圧ファクターである、Imaxは、二次電池Bの充電状態及び温度によって変わる電流ファクターであって、特定の充電状態及び温度条件下で二次電池Bが出し得る最大放電電流値である。Imaxは、二次電池Bの充電状態及び温度を用いてメモリ部150に保存されたパワーマップからマッピング可能な値である。

0084

一方、制御部140は、電圧測定部110によって測定した二次電池Bの電圧が、予め設定された臨界電圧以下に低下すれば、低減モードで出力パラメータを決定する。低減モードで決定される出力パラメータは、二次電池Bの低減目標電流値及び低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む。

0085

制御部140は、下記の数式2によって低減目標電流値Iderateを決定できる。
[数式2]

0086

0087

図5は、数式2に含まれたパラメータを説明するための図である。

0088

図5のグラフ(a)に示した放電プロファイルは、36Ahの容量を有した二次電池Bの充電状態が20%であるとき、25℃の条件で360A(Imax)で定電流放電実験を施して得た放電プロファイルである。Imaxは、二次電池Bの充電状態が20%であるとき、許容される最大放電電流値である。

0089

図5のグラフ(b)は、充電状態が20%である二次電池Bが360Aで放電するとき、時間の経過による抵抗変化(dR/dt)を示したものである。オームの法則によれば、V=IRであり、IはImaxとして一定である。V=IRの両辺を時間で微分すれば、dV/dt=ImaxdR/dtとなるので、dR/dtは(dV/dt)/Imaxと実質的に同一である。即ち、dR/dtは、放電プロファイルの接線の傾き(dV/dt)を用いて決定できる。

0090

図5を参照すれば、数式2において、Vminは放電下限電圧である。Vthresholdは臨界電圧である。R0は、二次電池Bの内部抵抗値であって、実験によって予め知ることができる値である。Vmin、Vthreshold及びR0は、メモリ部150に予め保存できる。I0は、二次電池Bの電圧が臨界電圧に到達したときの放電電流値である。放電電流値は、電流測定部120によって測定できる。代案的に、I0値として二次電池Bの充電状態と温度に対応する最大放電電流値Imaxが用いられることを制限しない。(dR/dt)maxは(dR/dt)の最大値である。(dR/dt)maxは、放電プロファイルが直線V=Vthreshold及び直線V=Vminと交わる2つの交点の間で計算した一次微分値dV/dtの絶対値のうち最大値を放電電流の大きさであるImaxで割った値である。一次微分値dV/dtの絶対値が最大となる時点は、放電プロファイルの概形によって変わる。図5に示した放電プロファイルでは、放電プロファイルが直線V=Vminと交わる時点でdV/dtの絶対値が最大となる。(dR/dt)maxについてのデータは、二次電池Bの充電状態と温度ごとに測定した放電プロファイルを用いて予め決定することができ、充電状態及び温度ごとに定義された(dR/dt)maxについてのデータは、メモリ部150に予め保存できる。(t1−t0)は、二次電池Bの電圧が臨界電圧から放電下限電圧まで減少するのにかかる時間である。一実施例で、本発明は、(t1−t0)の値として予め設定された出力維持時間を割り当てる。

0091

数式2は、次のように誘導される。二次電池Bの電圧は、二次電池Bの充電状態及び温度によって変わる開放電圧成分、内部抵抗R0及びRC回路(R//C)が相互直列で接続した回路によって等価的にモデリングできる。

0092

前記回路モデリングによれば、二次電池Bの電圧Vは、下記の数式3のように3つの電圧成分、即ち、充電状態(z)によって固有に決定される開放電圧成分OCV(z)と、電流Iが流れるとき、内部抵抗R0(定数)の両端にかかる電圧成分IR0と、RC回路の抵抗Rに電流IRCが流れるとき、RC回路の両端にかかる電圧成分IRCRとの和で表すことができる。
[数式3]
V=OCV(z)+IR0+IRCR

0093

前記数式3の両辺を時間tで微分すれば、下記の数式4が得られる。
[数式4]
dV/dt=dOCV/dt+(dI/dt)R0+(dIRC/dt)R
+IRC(dR/dt)

0094

時間dtの間に二次電池Bの充電状態と、RC回路の抵抗に流れる電流IRCとが一定であると仮定すれば、dOCV/dtとdIRC/dtは0となるので、数式4は、下記の数式5のように近似できる。
[数式5]
dV/dt=(dI/dt)R0+IRC(dR/dt)

0095

一方、放電プロファイルが直線V=Vthresholdと交わる点の時間t0における二次電池Bの電圧及び放電電流を各々V0及びI0とする。また、放電プロファイルが直線V=Vminと交わる点の時間t1における二次電池Bの電圧及び放電電流を各々V1及びI1とする。また、時間t0とt1との間で、IRCはI1と同一であり、(dR/dt)は一定であると仮定しよう。このような定義下で数式5の両辺を時間t0とt1との間で積分すれば、下記の数式6が得られる。
[数式6]
V1−V0=(I1−I0)R0+I1(dR/dt)(t1−t0)

0096

数式6をI1に対して整理すれば、数式7が得られる。
[数式7]

0097

0098

数式7において、V0及びV1は、各々臨界電圧Vthreshold及び放電下限電圧Vminとなるので、V0及びV1にあたる値を各々代入する。また、分母の項のうち、(dR/dt)値として(dR/dt)における最大値を割り当てる(図5参照)。また、(t1−t0)値には、予め設定された出力維持時間を割り当てる。そうすれば、数式7は、数式2のような形態として最終整理される。

0099

前記のように、二次電池Bの充電状態及び温度に対応する放電プロファイルを用いて計算された(dR/dt)値のうち最大値を(dR/dt)値として割り当てれば、I1値を低減目標電流値Iderate値として用いることができる。

0100

数式7の右辺において、(dR/dt)値として(dR/dt)max値が割り当てれば、許容される範囲で分母値が最大に増加する。そうすれば、時点t1における放電電流の大きさをパワーマップからマッピングされる最大放電電流値よりも充分に低減させることで、二次電池Bの電圧が臨界電圧以下に減少しても遅延時間よりも短い時間内、または出力維持時間が経過する前に放電下限電圧の下に低下することを防止することができる。

0101

制御部140は、二次電池Bの電圧が臨界電圧以下に低下すれば、数式2によって低減目標電流値を算出し、追加的に低減目標電流値から低減目標出力値Pderateを決定することができる。Pderateの計算式は、下記の数式8のようである。
[数式8]
Pderate=Vmin×Iderate

0102

制御部140は、低減目標電流値及び低減目標出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを通信インターフェース160を介して負荷装置200の制御システム210に伝送できる。

0103

制御システム210は、遅延時間が経過した後に制御部140から伝送された出力パラメータを用いて電力変換部220を制御することで二次電池Bの放電電流または出力を低減させる。即ち、制御システム210は、出力パラメータに含まれた低減目標電流値または低減目標出力値を用いて電力変換部220を制御することで、二次電池Bから出力される放電電流の大きさを低減目標電流値よりも小さく統制するか、二次電池Bの出力を低減目標出力値よりも小さく統制することができる。

0104

制御システム210は、望ましい例として、電力変換部220を制御して二次電池Bの放電電流を一定の時間間隔を置いて段階的に減少させることで低減目標電流値と同一に放電電流の大きさを低減させることができる。類似に、制御システム210は、電力変換部220を制御して二次電池Bの出力を一定の時間間隔を置いて段階的に減少させて低減目標出力値と同一に二次電池Bの出力を低減させることができる。

0105

前記制御部140は、上述の多様な制御ロジッグを実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、前記制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、制御部140は、プログラムモジュール集合により具現できる。この際、プログラムモジュールは、メモリに保存され、プロセッサによって実行可能である。前記メモリは、プロセッサの内部または外部に存在し得、よく知られている多様なコンピューター部品でプロセッサと連結され得る。また、前記メモリは、本発明のメモリ部150に含まれ得る。また、前記メモリは、デバイスの種類を問わず情報が保存されるデバイスを総称し、特定のメモリデバイスを指称することではない。

0106

制御部140の多様な制御ロジッグは、少なくとも一つ以上が組み合わされ、組み合わされた制御ロジッグはコンピューターが判読可能なコード体系で作成され、コンピューターが判読可能な記録媒体収録され得る。前記記録媒体は、コンピューターに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類は特に制限されない。一例として、前記記録媒体は、ROM、RAM、レジスター、CD‐ROM磁気デープ、ハードディスク、フロッピーディスク登録商標)及び光データ記録装置を含む群より選択された少なくとも一つ以上を含む。また、前記コード体系は、ネットワークで連結されたコンピューターに分散して保存し実行され得る。また、前記組み合わされた制御ロジッグを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論できる。

0107

以下では、図6を参照して本発明の実施例によって制御部140が行う二次電池の出力パラメータの調整方法について具体的に説明する。

0108

図6は、本発明の実施例による二次電池の出力パラメータの調整方法を順次に示したフローチャートである。

0109

先ず、S10段階で、制御部140は、二次電池の出力パラメータを調整するためのプロセスが開始されれば、時間インデックスkを初期化する。

0110

続いて、S20段階で、制御部140は、電圧測定部110、電流測定部120及び温度測定部130を用いて二次電池Bの電圧、電流及び温度を測定し、測定された電圧値、電流値及び温度値をメモリ部150に保存する。

0111

続いて、S30段階で、制御部140は、メモリ部150に保存された電圧値、電流値及び温度値を選択的に用いて二次電池Bの充電状態を決定する。充電状態は、アンペアカウント法や拡張カルマンフィルターなどを用いて決定し得る。

0112

続いて、S40段階で、制御部140は、二次電池Bの電圧が予め定義された臨界電圧Vthresholdよりも大きいかを判断する。臨界電圧のレベルを定義する方法については、図3及び図4を参照して上述した。

0113

もし、段階S40で「はい」と判別されれば、制御部140は、プロセスを段階S50に移して一般モードで出力パラメータを決定し、決定されたパラメータを通信インターフェース160を介して負荷装置200の制御システム210に伝送する。

0114

具体的に、段階S50で、制御部140は、メモリ部150を参照して二次電池Bの現在温度及び現在充電状態を決定する。また、制御部140は、メモリ部150に予め保存されたパワーマップから現在充電状態及び現在温度に対応する最大放電電流値をマッピングして最大放電電流値Imaxを決定する。

0115

次に、段階S60で、制御部140は、最大放電電流値Imaxと予め定義された放電下限電圧Vminを用いて数式1によって二次電池Bの許容出力値を決定する。

0116

続いて、段階S70で、制御部140は、最大放電電流値及び許容出力値のうち少なくとも一つを含む出力パラメータを通信インターフェース160を介して負荷装置200の制御システム210に伝送する。そうすれば、制御システム210は、伝送された出力パラメータに含まれた許容出力値または最大放電電流値を参照して電力変換部220を制御することで出力許容値または最大放電電流値の範囲内で二次電池Bの放電を適応的に制御する。即ち、二次電池Bの放電出力を許容出力値以下に統制するか、二次電池Bの放電電流を最大放電電流値以下に統制する。

0117

続いて、段階S80で、制御部140は予め設定された設定時間が経過したかを判別する。ここで、設定時間は、二次電池Bの出力パラメータを更新する周期となる。

0118

もし、段階S80で、「はい」と判別されれば、制御部140は、プロセスを段階S90に移し、逆に段階S80で「いいえ」と判別されれば、制御部140はプロセスの進行を止める。

0119

段階S90で、制御部140は、二次電池Bの動作状態キーオフ(Key‐off)状態であるかを判別する。ここで、キーオフ状態とは、二次電池Bの充電や放電が止まった場合をいう。このようなキーオフ状態は、二次電池Bと負荷装置200との連結を制御するスイッチ部品オンオフ状態によって判別できる。

0120

もし、段階S90で、「はい」と判別されれば、制御部140は、二次電池Bの出力パラメータを調整する必要がないため、プロセスを終了する。一方、段階S90で、「いいえ」と判別されれば、制御部140は、プロセスを段階S100に移して時間インデックスkを更新し、さらにプロセスを段階S20に戻して前述の段階を再度反復する。

0121

一方、段階S40で「いいえ」と判別されれば、制御部140は、プロセスを段階S110に移す。即ち、制御部140は、低減モードで二次電池Bの出力パラメータを決定し、出力パラメータを通信インターフェース160を介して負荷装置200の制御システム210に伝送する。

0122

具体的に、段階S110で、制御部140は、メモリ部150に保存された充電状態及び温度データを参照して二次電池Bの現在充電状態及び現在温度を決定する。また、制御部140は、充電状態及び温度によって予め定義されてメモリ部150に保存された(dR/dt)maxデータを参照して現在充電状態と現在温度に対応する(dR/dt)max値を決定する。また、制御部140は、上述の数式2を用いて低減目標電流値Iderateを決定する。低減目標電流値の決定時において、I0値としてはメモリ部150に保存された現在の放電電流値を割り当てるか、現在の充電状態及び現在の温度に対応する最大放電電流値をパワーマップからマッピングして割り当て得る。数式2の他のファクター、即ち、放電下限電圧Vmin、臨界電圧Vthreshold及び二次電池Bの内部抵抗R0値としては、メモリ部150に予め保存されたデータを割り当てる。また、(t1−t0)の値としては、予め設定された出力維持時間を割り当てる。

0123

その後、段階S120で、制御部140は低減目標電流値Iderate及び予め定義された放電下限電圧Vminを用いて二次電池Bの低減目標出力値Pderateを決定する。

0124

続いて、段階S130で、制御部140は、低減目標電流値Iderate及び低減目標出力値Pderateのうち少なくとも一つを含む出力パラメータを通信インターフェース160を介して負荷装置200の制御システム210に伝送する。そうすれば、制御システム210は、送信された出力パラメータに含まれた低減目標電流値または低減目標出力値を参照して電力変換部220を制御することで低減目標電流値または低減目標出力値の範囲内で二次電池Bの放電を制御する。即ち、二次電池Bの放電出力を低減目標出力値以下に統制するか、二次電池Bの放電電流を低減目標電流値以下に統制する。望ましくは、制御システム210は、電力変換部220を制御して低減目標電流値に向けて二次電池Bの放電電流の大きさを段階的に減少させるか、低減目標出力値に向けて二次電池Bの出力を段階的に減少させることができる。

0125

続いて、段階S80で、制御部140は、予め設定された設定時間が経過しかを判別する。

0126

もし、段階S80で、「はい」と判別されれば、制御部140は、プロセスを段階S90に移し、逆に段階S80で、「いいえ」と判別されれば、制御部140はプロセスの進行を止める。

0127

段階S90で、制御部140は、二次電池Bの動作状態がキーオフ状態であるかを判別する。

0128

もし、段階S90で、「はい」と判別されれば、制御部140は、二次電池Bの出力パラメータを調整する必要がないため、プロセスを終了する。一方、段階S90で、「いいえ」と判別されれば、制御部140は、プロセスを段階S100に移して時間インデックスkを更新し、さらにプロセスを段階S20に戻して前述の段階を再度反復する。

0129

図6に示した一連の段階は、周期的に実行される。したがって、二次電池Bの電圧が臨界電圧以下に低下すれば、低減目標電流値及び低減目標出力値のうち少なくとも一つが含まれた出力パラメータが負荷装置200の制御システムに提供されることで、二次電池Bの電圧が臨界電圧を超過するまで二次電池Bの放電電流または放電出力が低減する。勿論、二次電池Bの電圧が臨界電圧を超過できなければ、低減目標電流値及び低減目標出力値が次第に低くなる。

0130

本発明において、低減モードが開始される基準となる臨界電圧は、遅延時間及び出力維持時間という時間ファクターを共に考慮して決定されたものである。したがって、出力パラメータが遅延時間以後に適用されても二次電池Bの電圧が放電下限電圧の下に低下することを防止することができる。また、低減モードで決定される出力パラメータは、(dR/dt)maxを考慮して充分低減した電流値または出力値を含んでいるため、出力パラメータが適用される間に二次電池Bの電圧が放電下限電圧の下に低下することを防止することができる。

0131

特に、負荷装置200の制御システム210で二次電池Bの放電を制御する時、出力パラメータに含まれた値を基準ターゲット値と設定し、放電電流または出力を段階的に減少させれば、放電末期の状況で二次電池Bの出力を安定的かつ信頼性よく低減させることができる。

0132

上述の実施例は、二次電池の放電状況で適用することができる。しかし、本発明は、二次電池が充電される状況でも類似に適用することができる。

0133

二次電池が充電される場合、臨界電圧は充電上限電圧に近く設定され、遅延時間ファクターと出力維持時間とを同時に考慮して決定されることは同一である。

0134

また、二次電池Bの電圧が臨界電圧以上に増加すれば、充電電流または充電出力を低減させるために低減モードで出力パラメータを決定することができる。

0135

低減目標電流値の決定時に用いられる数式2において、VminはVmax値に代替できる。

0136

また、臨界電圧のレベルの決定時に用いられる放電プロファイルは、充電プロファイルに代替される。

0137

充電プロファイルは、二次電池Bの充電状態と温度ごとに定電流充電実験を施して得ることができる。

0138

各定電流充電実験で用いられる充電電流の大きさは、HPPC法で決めた最大充電電流値を設定する。充電最大電流値は、二次電池Bの充電状態と温度によって変わり得る。

0139

一方、HPPC法によって決めた最大充電電流値が二次電池Bが耐える充電上限電流値よりも大きければ、最大充電電流値は充電上限電流値に代替され得る。

0140

また、低減モードで二次電池Bが充電されるときの出力は、低減目標電流値に決定された電流値を基準で決定され得る。

0141

二次電池Bが充電される間に決定された出力パラメータは、通信インターフェース160を介して負荷装置200の制御システム210に提供され得る。

0142

制御システム210は、出力パラメータが提供されれば、電力変換部220を制御することで二次電池Bの充電電流を出力パラメータに含まれた電流値以下に統制するか、二次電池Bの充電出力を出力パラメータに含まれた出力値以下に統制する。

0143

また、望ましくは、制御システム210は、二次電池Bの充電電流または充電出力を出力パラメータに含まれた電流値または出力値に向けて収めるように段階的に低減させる制御を行い得る。

0144

二次電池Bが充電される間、二次電池Bの電圧が臨界電圧を超過しなければ、パワーマップを用いて二次電池Bの最大充電電流値を決定し得、決定された最大充電電流値から二次電池Bの充電出力を決定し得る。このために、パワーマップは、二次電池Bの充電状態及び温度ごとに予め定義された最大充電電流値についての参照データをさらに含み得る。

0145

<実験例>
以下、本発明による実験例を説明する。ここで、説明される実験例は、本発明の効果を述べるために提供されるものであり、本発明の技術的思想が実験例として開示される内容によって限定されない。

0146

先ず、総容量が36Ahであり、充電状態が20%であるリチウム二次電池を準備した。リチウム二次電池は、正極材としてリチウム金属酸化物を含み、負極材としてグラファイトを含む。続いて、充放電電力を調節できる充放電シミューレーターにリチウム二次電池を連結した。その後、25℃の条件で360Aの大きさを有する放電電流で放電させながら放電プロファイルを測定した。

0147

二次電池Bの出力を低減させる基準となる臨界電圧は2.87Vに設定した。臨界電圧の決定時における遅延時間ファクターは2秒であり、出力維持時間ファクターは6秒に設定した。

0148

二次電池Bが360Aの大きさで定電流放電される間、二次電池Bの電圧が2.87Vに低くなったときから本発明の実施例によって二次電池Bの放電出力を低減させた。即ち、数式2を用いて低減目標電流値を決定し、低減目標電流値に段階的に近接するように充放電シミューレーターを制御して二次電池Bの放電電流の大きさを30Aずつ段階的に低下させた。このような過程で二次電池Bの電圧変化を測定した。

0149

数式2のパラメータ値として、Vminは2.5V、Vthresholdは2.87V、(dR/dt)maxは0.4305759mΩ、R0は0.0010618mΩ、(t1−t0)は6秒、I0は360Aに設定した。

0150

図7は、本実験で測定した電圧測定結果を示す。図7で、実線グラフは、リチウム二次電池の出力を低減させなかったときの電圧変化概形を示す。なお、点線は、リチウム二次電池の出力を2.87Vから低減させたときの電圧変化概形を示す。

0151

2つの電圧変化概形を比較すれば、本発明の実施例よってリチウム二次電池の出力が低減した場合、リチウム二次電池の電圧が臨界電圧に到達した後に急激に低下せず電圧減少の程度が低減することが分かる。

0152

また、リチウム二次電池の出力が低減しなかった場合は、リチウム二次電池の電圧が4.5秒ぶりに放電の下限電圧に到達した。しかし、リチウム二次電池の電圧が臨界電圧に到達したときから出力低減が適用された場合は、リチウム二次電池の電圧レベルが6秒以上の十分な時間の間、放電下限電圧よりも高く維持されたことを確認することができる。このような実験結果は、本発明が安定性及び信頼性を有する出力調整技術であることを裏付ける。

0153

一方、本発明を説明することにおいて、「〜部」と命名された構成要素は、物理的に区分される構成要素と言うより、論理的に区分される構成要素として理解されるべきである。即ち、各々の構成は、本発明の技術思想を実現するために論理的な構成要素に該当するので、各々の構成要素が統合または分離しても本発明の論理構成が行う機能が実現されるなら、本発明の範囲内にあると解釈されるべきであり、同一または類似の機能を行う構成要素であれば、その名称如何に関わらず、本発明の範囲内にあると解釈されるべきであることは言うまでもない。

0154

以上のように、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。

0155

本発明によれば、二次電池を通じて流れる電流の大きさや出力が適切な時点で低減するため、出力パラメータが遅延時間以後に適用されても二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れない。

0156

また、二次電池の電圧が臨界電圧から動作限界電圧にまで変化するのにかかる時間が予め設定された出力維持時間よりも短くなる時点から二次電池の出力を積極的に低減させることで、前記出力維持時間以上に二次電池の出力を維持することができる。

0157

本発明の二次電池の電圧が動作限界電圧の付近まで変化したとき、二次電池の電圧が動作電圧範囲から外れることを防止する。

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