JP7747295B2 - バッテリーパラメータ推定装置及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０２２年０６月１４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００７２１０１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、バッテリーパラメータ推定装置及び方法に関し、より詳しくは、電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ、ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によりバッテリーのパラメータを推定する装置及び方法に関する。

最近、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型電子製品の需要が急激に増加し、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されることによって、繰り返し充放電が可能な高性能バッテリーに関する研究が活発に行われている。

現在商用化されている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、これらのうちでも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ほとんどないため充放電が自由であり、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から脚光を浴びている。

一般に、様々なバッテリーのパラメータのうち、Ｒｏ（Ｏｈｍｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、Ｒｃｔ（Ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）及びＣｄｌ（ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）は、等価回路モデル（ＥＣＭ、ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｅｌ）及びＥＩＳにより推定することができる。ここで、Ｒｏはバッテリーのオーム抵抗値であり、Ｒｃｔはバッテリーの電荷移動抵抗値である。また、Ｃｄｌは、等価回路モデルに含まれたキャパシタのキャパシタンス値であり、電極で電荷が分離されるために二重層（ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ）に求められる二重層キャパシタンス値であり得る。

図１は、バッテリーの等価回路モデルを概略的に示す図である。図２は、ＥＩＳにより得られたナイキスト線図（Ｎｙｑｕｉｓｔ ｐｌｏｔ）を概略的に示す図である。

ここで、ナイキスト線図は、ＥＩＳにより測定された複数のデータをカーブフィッティングして得られるものであり、実数部（Ｚｒｅ）と虚数部（Ｚｉｍ）に分けられる。Ｒｏは、周波数が最大値の実数部値を用いて算出することができる。Ｒｃｔは、カーブフィッティングにより導き出されるアーク（Ａｒｋ）とＲｏを用いて算出することができる。Ｃｄｌは、アークの虚数部の値が最大の地点における角周波数（ａｎｇｕｌａｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）とＲｃｔに基づいて算出することができる。例えば、図２において、Ｃｄｌは「１÷（ｗ×Ｒｃｔ）」の式によって算出することができる。

ただし、ナイキスト線図により推定されるバッテリーパラメータは、測定過程及び／又は算出過程におけるノイズを含むことがある。非特許文献ではＬｉｎ－ｋｋ（ｌｉｎｅａｒ ｋｒａｍｅｒｓ ｋｒｏｎｉｇ）方法を用いてＥＩＳにより測定された値とカーブフィッティング値との間の誤差を算出する方法を開示している。

ＥＩＳにより推定されるバッテリーパラメータは、バッテリーの内部抵抗を推定するために用いることができ、このような内部抵抗は、バッテリーのＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）を推定するために用いることができる。よって、バッテリーパラメータをより正確に推定できる技術の開発が必要である。

Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ Ｋｒａｍｅｒｓ－Ｋｒｏｎｉｇ Ｖａｌｉｄｉｔｙ Ｔｅｓｔｓ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ、２０１４

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、バッテリーパラメータをより正確に推定できるバッテリーパラメータ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することができ、本発明の実施形態によってより明らかになるであろう。また、本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に示された手段及びこれらの組み合わせによって実現可能であることを容易に理解できるであろう。

本発明の一態様によるバッテリーパラメータ推定装置は、バッテリーに複数の交流電流を出力し、前記複数の交流電流に対応するように、前記バッテリーに対する複数のインピーダンス値を測定するように構成されたインピーダンス測定部と、前記複数のインピーダンス値をフィッティングして第１プロファイルを生成し、前記第１プロファイルに基づいて前記複数のインピーダンス値を補正し、複数のインピーダンス補正値に基づいて複数の基準値を決定し、決定された複数の基準値をフィッティングして第２プロファイルを生成し、前記複数のインピーダンス補正値と前記第２プロファイルとを比較し、比較結果に応じてバッテリーパラメータを設定するか否かを決定するように構成された制御部と、を含むことができる。

前記制御部は、前記複数のインピーダンス値のそれぞれと前記第１プロファイルとの間の第１誤差率を算出し、算出された複数の第１誤差率と予め設定された第１閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記複数のインピーダンス値を補正するように構成され得る。

前記制御部は、前記複数のインピーダンス値のうちで対応する前記第１誤差率が前記第１閾値以上であるインピーダンス値を削除するように構成され得る。

前記制御部は、前記複数のインピーダンス補正値と前記第２プロファイルとの間の第２誤差率を算出し、算出された第２誤差率と予め設定された第２閾値とを比較するように構成され得る。

前記制御部は、前記第２誤差率が前記第２閾値未満である場合、前記複数の基準値を前記バッテリーパラメータとして設定するように構成され得る。

前記制御部は、前記第２誤差率が前記第２閾値以上である場合、前記複数のインピーダンス補正値をフィッティングして前記第１プロファイルを再生成し、再生成された第１プロファイルと前記複数のインピーダンス補正値に基づいて前記バッテリーパラメータを設定するか否かを決定するように構成され得る。

前記制御部は、前記第２誤差率が前記第２閾値未満になるまで、前記第１プロファイルを再生成するように構成され得る。

前記制御部は、前記複数のインピーダンス補正値のそれぞれと前記第２プロファイルとの誤差率を算出し、算出された複数の誤差率に対する平均を前記第２誤差率として算出するように構成され得る。

前記制御部は、前記複数のインピーダンス補正値に基づいて前記バッテリーのオーム抵抗値、電荷移動抵抗値及び二重層キャパシタンス値を前記複数の基準値として決定するように構成され得る。

本発明の他の態様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パラメータ推定装置を含むことができる。

本発明のまた他の態様によるバッテリーパラメータ推定方法は、バッテリーに複数の交流電流を出力し、前記複数の交流電流に対応するように、前記バッテリーに対する複数のインピーダンス値を測定するインピーダンス値測定ステップと、前記複数のインピーダンス値をフィッティングして第１プロファイルを生成する第１プロファイル生成ステップと、前記第１プロファイルに基づいて前記複数のインピーダンス値を補正するインピーダンス値補正ステップと、複数のインピーダンス補正値に基づいて複数の基準値を決定する基準値決定ステップと、決定された複数の基準値をフィッティングして第２プロファイルを生成する第２プロファイル生成ステップと、前記複数のインピーダンス補正値と前記第２プロファイルとを比較するインピーダンス補正値と第２プロファイルとの比較ステップと、比較結果に応じてバッテリーパラメータを設定するか否かを決定するバッテリーパラメータの設定可否決定ステップと、を含むことができる。

本発明の一態様によると、一次検証及び二次検証を経ることにより、精度及び信頼度の高いバッテリーパラメータを推定できるという利点がある。さらに、本発明によるバッテリーパラメータを用いて推定されるバッテリー状態の精度及び信頼度を向上させることもできるという利点がある。

本発明の効果は以上で言及した効果に限定されず、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明確に理解されるであろう。

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。

バッテリーの等価回路モデルを概略的に示す図。 ＥＩＳにより得られたナイキスト線図を概略的に示す図。 本発明の一実施形態によるバッテリーパラメータ推定装置を概略的に示す図。 本発明の一実施形態による複数のインピーダンス値を概略的に示す図。 本発明の一実施形態による第１プロファイルを概略的に示す図。 本発明の一実施形態による複数のインピーダンス値と第１プロファイルとの間の第１誤差率を概略的に示す図。 本発明の一実施形態による複数のインピーダンス補正値を概略的に示す図。 本発明の一実施形態による第２プロファイルを概略的に示す図。 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。 本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパラメータ推定方法を概略的に示す図。 本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパラメータ推定方法をより具体的に示す図。 本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパラメータ推定方法をより具体的に示す図。

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おいて使用される用語や単語は通常的及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じた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に示された構成は、本発明の最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あたって関連する公知構成又は機能についての具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断さ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１つを残りのものと区別する目的で使用されるものであり、そのような用語によって構成要素を限定するために使用するものではない。

明細書全体にわたって、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の記載がない限り、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むことができることを意味する。

なお、明細書全体にわたって、ある部分が他の部分と「連結」されているというとき、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、それらの間に他の素子を介して「間接的に連結」されている場合も含む。

以下では、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。

図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーパラメータ推定装置１００を概略的に示す図である。

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をバッテリーとして見なすことができる。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たバッテリーモジュールを意味することもできる。以下では、説明の便宜上、バッテリーは１つの独立したセルを意味するものとして説明する。

図３を参照すると、バッテリーパラメータ推定装置１００は、インピーダンス測定部１１０及び制御部１２０を含むことができる。

インピーダンス測定部１１０は、バッテリーに複数の交流電流を出力するように構成され得る。

具体的に、インピーダンス測定部１１０は、ＥＩＳ法によりバッテリーのインピーダンス値を測定するために、バッテリーに複数の交流電流を出力することができる。

例えば、制御部１２０からインピーダンス測定信号を受信すると、交流電流の周波数を変更してバッテリーに交流電流を出力することができる。すなわち、インピーダンス測定部１１０が出力する複数の交流電流は互いに異なる周波数を有することができる。

また、インピーダンス測定部１１０は、複数の交流電流に対応するようにバッテリーに対する複数のインピーダンス値を測定するように構成され得る。

具体的に、インピーダンス測定部１１０は、複数の交流電流のそれぞれに対してバッテリーのインピーダンス値を測定することができる。よって、インピーダンス測定部１１０によって測定されるインピーダンス値は複数存在し得る。すなわち、複数の交流電流のそれぞれがバッテリーに印加されると、印加された交流電流に対応するインピーダンス値をそれぞれ測定することができる。

図４は、本発明の一実施形態による複数のインピーダンス値を概略的に示す図である。

図４を参照すると、複数の交流電流のそれぞれに対応する複数のインピーダンス値を測定することができる。また、実数部（Ｚ_ｒｅ）をＸ軸、虚数部（Ｚ_ｉｍ）をＹ軸とする複素平面に複数のインピーダンス値を表すことができる。

制御部１２０は、複数のインピーダンス値をフィッティングして第１プロファイル（ｐ１）を生成するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、複数のインピーダンス値にフィッティングアルゴリズムを適用することで、第１プロファイル（ｐ１）を生成するように構成され得る。好ましくは、制御部１２０は、複数のインピーダンス値に対応する曲線又は近似関数を導出できるカーブフィッティングアルゴリズムを用いて第１プロファイル（ｐ１）を生成することができる。例えば、制御部１２０は、Ｌｉｎ－ＫＫ（Ｌｉｎｅａｒ ｋｒａｍｅｒｓ ｋｒｏｎｉｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、複数のインピーダンス値に対応する第１プロファイル（ｐ１）を生成することができる。

図５は、本発明の一実施形態による第１プロファイル（ｐ１）を概略的に示す図である。具体的に、図５の第１プロファイル（ｐ１）は、制御部１２０がＬｉｎ－ＫＫを用いて複数のインピーダンス値に対して生成したＥＩＳプロファイルであり得る。

制御部１２０は第１プロファイル（ｐ１）に基づいて複数のインピーダンス値を補正するように構成され得る。

複数のインピーダンス値は、インピーダンス測定部１１０によって測定された実測値である一方、第１プロファイル（ｐ１）は、複数のインピーダンス値に基づいて生成された近似関数であり得る。よって、複数のインピーダンス値と第１プロファイル（ｐ１）との間には、ある程度の誤差がある可能性があり、制御部１２０は、このような誤差に基づいて複数のインピーダンス値を補正することができる。

まず、制御部１２０は、複数のインピーダンス値のそれぞれと第１プロファイル（ｐ１）との間の第１誤差率を算出するように構成され得る。具体的に、制御部１２０は、第１プロファイル（ｐ１）で複数のインピーダンス値のそれぞれに対応する第１参照値を決定することができる。例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス値のそれぞれの周波数を考慮して、第１プロファイル（ｐ１）で当該周波数に対応する第１参照値を決定することができる。すなわち、対応するインピーダンス値と第１参照値は互いに同一の周波数に基づく値であり得る。

次いで、制御部１２０は、複数のインピーダンス値のそれぞれと対応する第１参照値との間の第１誤差率を算出することができる。具体的に、制御部１２０は、インピーダンス値に対する第１参照値の割合を計算することで、複数のインピーダンス値のそれぞれに対する第１誤差率を算出することができる。例えば、制御部１２０は「（インピーダンス値－第１参照値）÷インピーダンス値」の式を計算することで、複数のインピーダンス値のそれぞれに対する第１誤差率を算出することができる。

一実施形態において、制御部１２０は、実数値と虚数値のそれぞれに対して第１誤差率を算出することができる。図６は、本発明の一実施形態による複数のインピーダンス値と第１プロファイル（ｐ１）との間の第１誤差率を概略的に示す図である。具体的に、図６は、実数誤差率△Ｒｅと虚数誤差率△ｉｍを示す図である。ここで、第１誤差率には、実数誤差率△Ｒｅと虚数値に対する虚数誤差率△ｉｍが含まれ得る。すなわち、制御部１２０は、複数のインピーダンス値に含まれたノイズの影響を最小化するために、実数値と虚数値のそれぞれに対する誤差率を算出することができる。

次いで、制御部１２０は、算出された複数の第１誤差率と予め設定された第１閾値とを比較するように構成され得る。ここで、第１閾値は、複数のインピーダンス値を補正するために予め設定された値であり得る。例えば、第１閾値は、５％以下の値に設定され得る。好ましくは、第１誤差率は負数に算出されることもあるため、制御部１２０は、算出された複数の第１誤差率の大きさ（すなわち、第１誤差率の絶対値）と第１閾値とを比較することができる。

最後に、制御部１２０は、比較結果に基づいて複数のインピーダンス値を補正するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、第１誤差率が第１閾値以上のインピーダンス値を変更又は削除することで、複数のインピーダンス値を補正することができる。

例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス値のうちで対応する第１誤差率が第１閾値以上のインピーダンス値（以下、ターゲットインピーダンス値）を削除するように構成され得る。すなわち、制御部１２０は、ノイズが多く含まれたインピーダンス値を削除することで、バッテリーパラメータを推定するための基盤データ（Ｂａｓｉｓ ｄａｔａ）である複数のインピーダンス値の信頼性を向上させることができる。

他の例として、制御部１２０は、ターゲットインピーダンス値を対応する第１参照値に変更することができる。すなわち、制御部１２０は、ターゲットインピーダンス値を削除せずに変更することで、当該周波数（ターゲットインピーダンス値に対応する周波数）に関する基盤データを確保することができる。

図５及び図６の実施形態において、第１閾値が２．５％に予め設定されたと仮定する。第１インピーダンス値ｄ１に対応する周波数は第１周波数ｆｄ１であり得る。制御部１２０は、第１インピーダンス値ｄ１と第１プロファイル（ｐ１）で第１周波数ｆｄ１に対応する第１参照値との間の第１誤差率（具体的に、実数誤差率△Ｒｅと虚数誤差率△ｉｍ）を算出することができる。算出された実数誤差率△Ｒｅと虚数誤差率△ｉｍの大きさが第１閾値以上であるため、制御部１２０は、第１インピーダンス値ｄ１を削除することができる。

また、図５及び図６の実施形態において、第２インピーダンス値ｄ２に対応する周波数は第２周波数ｆｄ２であり得る。制御部１２０は、第２インピーダンス値ｄ２と第１プロファイル（ｐ１）で第２周波数ｆｄ２に対応する第１参照値との間の第１誤差率（具体的に、実数誤差率△Ｒｅと虚数誤差率△ｉｍ）を算出することができる。算出された実数誤差率△Ｒｅの大きさが第１閾値以上であるため、制御部１２０は、第２インピーダンス値ｄ２を削除することができる。

図７は、本発明の一実施形態による複数のインピーダンス補正値を概略的に示す図である。図５と図７を比較すると、制御部１２０によって第１インピーダンス値ｄ１及び第２インピーダンス値ｄ２を削除して補正することができる。

制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値に基づいて複数の基準値を決定するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値に基づいてバッテリーに対する等価回路モデルのパラメータを決定することができる。

例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値に基づいて、バッテリーのオーム抵抗値Ｒｏ、電荷移動抵抗値Ｒｃｔ及び二重層キャパシタンス値Ｃｄｌを複数の基準値として決定するように構成され得る。

制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値のうちで周波数が最大値の実数値をオーム抵抗値Ｒｏとして決定することができる。例えば、図７の実施形態において、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値のうちで周波数が最大の第１インピーダンス補正値ｒ１を選択することができる。また、制御部１２０は、第１インピーダンス補正値ｒ１の実数値Ｒ１をオーム抵抗値Ｒｏとして決定することができる。

また、図７の実施形態において、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値のうちでボード線図（Ｂｏｄｅ ｐｌｏｔ）が最小になる周波数に対応する第２インピーダンス補正値ｒ２を選択することができる。また、制御部１２０は、第２インピーダンス補正値ｒ２の実数値Ｒ２から第１インピーダンス補正値ｒ１の実数値Ｒ１を引いた値を電荷移動抵抗値Ｒｃｔとして決定することができる。

また、図７の実施形態において、制御部１２０は、第１インピーダンス補正値ｒ１と第２インピーダンス補正値ｒ２との間で虚数値が最大の第３インピーダンス補正値ｒ３を選択することができる。制御部１２０は、第３インピーダンス補正値ｒ３に対応する周波数（又は角周波数）と第３インピーダンス補正値ｒ３の実数値Ｒ３に基づいて二重層キャパシタンス値Ｃｄｌを算出することができる。例えば、制御部１２０は「１÷（２×π×ｆ３×Ｒ３）」の式を計算して二重層キャパシタンス値Ｃｄｌを算出することができる。ここで、ｆ３は、第３インピーダンス補正値ｒ３に対応する周波数であり、「２×π×ｆ３」は、第３インピーダンス補正値ｒ３に対する角周波数ｗに置換することができる。

制御部１２０は、決定された複数の基準値をフィッティングして第２プロファイル（ｐ２）を生成するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、複数の基準値にフィッティングアルゴリズムを適用することで、第２プロファイル（ｐ２）を生成するように構成され得る。好ましくは、制御部１２０は、複数の基準値に対応する曲線又は近似関数を導出できるカーブフィッティングアルゴリズムを用いて第２プロファイル（ｐ２）を生成することができる。

第１プロファイル（ｐ１）は、複数のインピーダンス値に基づいて生成され、第２プロファイル（ｐ２）は、複数の基準値（これにはインピーダンス値でなくキャパシタンス値も含まれる）に基づいて生成されるため、制御部１２０が第１プロファイル（ｐ１）と第２プロファイル（ｐ２）を生成するために用いるフィッティングアルゴリズムは互いに異なることがある。例えば、制御部１２０は、ＳｃｉＰｙのカーブフィット（Ｃｕｒｖｅ ｆｉｔ）を用いて、複数の基準値に対応する第２プロファイル（ｐ２）を生成することができる。

図８は、本発明の一実施形態による第２プロファイル（ｐ２）を概略的に示す図である。具体的に、図８の第２プロファイル（ｐ２）は、制御部１２０がＳｃｉＰｙのカーブフィット（Ｃｕｒｖｅ ｆｉｔ）を用いて複数の基準値に対して生成したＥＩＳプロファイルであり得る。

制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値と第２プロファイル（ｐ２）とを比較するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値と第２プロファイル（ｐ２）との間の第２誤差率を算出し、算出された第２誤差率と予め設定された第２閾値とを比較するように構成され得る。

まず、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値のそれぞれと第２プロファイル（ｐ２）との間の誤差率を算出するように構成され得る。例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値のそれぞれの周波数を考慮して、第２プロファイル（ｐ２）で当該周波数に対応する第２参照値を決定することができる。すなわち、対応するインピーダンス補正値と第２参照値は、互いに同一の周波数に基づく値であり得る。また、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値と対応する第２参照値との間の誤差率を算出することができる。具体的に、制御部１２０は、インピーダンス補正値に対する第２参照値の割合を計算することで、複数のインピーダンス補正値のそれぞれに対する誤差率を算出することができる。例えば、制御部１２０は、「（インピーダンス補正値－第２参照値）÷インピーダンス補正値」の式を計算して、複数のインピーダンス補正値のそれぞれに対する誤差率を算出することができる。

次いで、制御部１２０は、算出された複数の誤差率に対する平均を第２誤差率として算出するように構成され得る。例えば、制御部１２０は、算出された複数の誤差率の平均を計算し、計算された平均を第２誤差率として設定することができる。すなわち、第１誤差率は、複数のインピーダンス値のそれぞれに対する誤差率を意味するが、第２誤差率は、複数のインピーダンス補正値の平均誤差率を意味し得る。

最後に、制御部１２０は、算出された第２誤差率と予め設定された第２閾値とを比較するように構成され得る。具体的に、制御部１２０は、算出された第２誤差率と第２閾値との大小を比較することができる。

制御部１２０は、比較結果に応じてバッテリーパラメータを設定するか否かを決定するように構成され得る。

例えば、制御部１２０は、第２誤差率が第２閾値未満である場合、複数の基準値をバッテリーパラメータとして設定するように構成され得る。反対に、制御部１２０は、第２誤差率が第２閾値以上である場合、バッテリーパラメータを設定しないこともある。

一般に、バッテリーパラメータは、等価回路モデルを構成する重要な要素となり得るため、バッテリーのＳＯＨなどの推定に用いることができる。よって、バッテリーパラメータに対する精度及び信頼度は、バッテリーのＳＯＨ推定に大きな影響を与えることができる。

本発明の一実施形態によるバッテリーパラメータ推定装置１００は、互いに異なるカーブフィッティングアルゴリズムを用いた一次検証及び二次検証を経た後にバッテリーパラメータを決定するため、バッテリーパラメータ推定装置１００によって推定されるバッテリーパラメータは、精度及び信頼度が高いものとなり得る。さらに、このようなバッテリーパラメータに基づいてバッテリーのＳＯＨが推定される場合、ＳＯＨの精度及び信頼度も高いものとなり得る。

一方、バッテリーパラメータ推定装置１００に備えられた制御部１２０は、本発明で行われる様々な制御ロジッグを行うために当業界に知られているプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含むことができる。また、前記制御ロジッグがソフトウェアで実現されるとき、前記制御部１２０はプログラムモジュールの集合として実現することができる。このとき、プログラムモジュールはメモリに記憶され、制御部１２０によって実行され得る。前記メモリは、制御部１２０の内部又は外部にあり、周知の様々な手段により制御部１２０と接続することができる。

また、バッテリーパラメータ推定装置１００は、記憶部１３０をさらに含むことができる。記憶部１３０は、バッテリーパラメータ推定装置１００の各構成要素が動作及び機能を行うために必要なデータやプログラム又は動作及び機能が行われる過程で生成されるデータなどを記憶することができる。記憶部１３０は、データを記録、消去、更新及び読出でき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は特に限定されない。一例として、情報記憶手段には、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどが含まれ得る。また、記憶部１３０は、制御部１２０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを記憶することができる。

例えば、記憶部１３０は、制御部１２０によって用いられるカーブフィッティングアルゴリズムに対するライブラリを予め記憶することができる。制御部１２０は、記憶部１３０に記憶されたアルゴリズムを用いて第１プロファイル（ｐ１）及び第２プロファイル（ｐ２）を生成することができる。

以下では、第２誤差率が第２閾値以上である場合について具体的に説明する。

制御部１２０は、第２誤差率が第２閾値以上である場合、複数のインピーダンス補正値をフィッティングして第１プロファイル（ｐ１）を再生成するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、第２誤差率が第２閾値以上であるのでバッテリーパラメータを設定できない場合、複数のインピーダンス補正値を複数のインピーダンス値として扱うことができる。また、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値にカーブフィッティングアルゴリズムを適用して第１プロファイル（ｐ１）を再生成することができる。

例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値にＬｉｎ－ＫＫを適用して第１プロファイル（ｐ１）を再生成することができる。すなわち、複数のインピーダンス値に基づく第１プロファイル（ｐ１）と、複数のインピーダンス補正値に基づく第１プロファイル（ｐ１）とは、入力されるデータが異なるため互いに異なるように生成され得る。

図８の実施形態において、第２プロファイル（ｐ２）と複数のインピーダンス補正値との間の第２誤差率が第２閾値以上である場合、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値に対して第１プロファイル（ｐ１）を再生成することができる。

制御部１２０は、再生成された第１プロファイル（ｐ１）と複数のインピーダンス補正値に基づいて、バッテリーパラメータを設定するか否かを決定するように構成され得る。好ましくは、制御部１２０は、第２誤差率が第２閾値未満になるまで、第１プロファイル（ｐ１）を再生成するように構成され得る。

具体的に、制御部１２０は、再生成された第１プロファイル（ｐ１）と複数のインピーダンス補正値とを比較し、比較結果に応じて複数のインピーダンス補正値を再度補正することができる。また、制御部１２０は、複数のインピーダンス再補正値に基づいて複数の基準値を新たに決定することができる。制御部１２０は、新たに決定された基準値によって第２プロファイル（ｐ２）を生成することができる。最後に、制御部１２０は、生成された第２プロファイル（ｐ２）と複数のインピーダンス再補正値とを比較し、比較結果に応じてバッテリーパラメータを設定するか否かを決定することができる。複数のインピーダンス再補正値の第２誤差率が第２閾値以上であれば、複数のインピーダンス再補正値に基づいて第１プロファイル（ｐ１）が再び生成され得る。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーパラメータ推定装置１００は、設定されるバッテリーパラメータの精度及び信頼度が所定レベル以上になるまで、基盤データを更新して一次検証及び二次検証を繰り返して行うことができる。よって、バッテリーパラメータ推定装置１００により推定されるバッテリーパラメータの精度及び信頼度は非常に高いものとなり得る。

本発明によるバッテリーパラメータ推定装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用することができる。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリーパラメータ推定装置１００を含むことができる。このような構成において、バッテリーパラメータ推定装置１００の各構成要素のうちの少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完及び追加することで実現することができる。例えば、バッテリーパラメータ推定装置１００のインピーダンス測定部１１０、制御部１２０及び記憶部１３０は、ＢＭＳの構成要素として実現することができる。

また、本発明によるバッテリーパラメータ推定装置１００は、バッテリーパック１０に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１０は、上述したバッテリーパラメータ推定装置１００及び１つ以上のバッテリーセルＢを含むことができる。また、バッテリーパック１０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むことができる。

図９は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパック１０の例示的な構成を概略的に示す図である。

図９を参照すると、インピーダンス測定部１１０は、バッテリーセルＢの正極端子及び負極端子と接続することができる。インピーダンス測定部１１０は、制御部１２０からインピーダンス測定信号を受信すると、バッテリーセルＢに交流電流を出力することができる。また、インピーダンス測定部１１０は、周波数が互いに異なる複数の交流電流をバッテリーセルＢに出力し、それぞれの周波数に対応するバッテリーセルＢのインピーダンスを測定することができる。インピーダンス測定部１１０は、測定された複数のインピーダンス値を制御部１２０に送信し、記憶部１３０に記憶することができる。

図１０は、本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパラメータ推定方法を概略的に示す図である。図１１及び図１２は、本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパラメータ推定方法をより具体的に示す図である。

好ましくは、バッテリーパラメータ推定方法の各ステップは、バッテリーパラメータ推定装置１００によって行うことができる。以下では、説明の便宜上、上述した内容と重複する内容は省略するか簡略に説明する。

図１０を参照すると、バッテリーパラメータ推定方法は、インピーダンス値測定ステップ（Ｓ１００）、第１プロファイル生成ステップ（Ｓ２００）、インピーダンス値補正ステップ（Ｓ３００）、基準値決定ステップ（Ｓ４００）、第２プロファイル生成ステップ（Ｓ５００）、インピーダンス補正値と第２プロファイルとの比較ステップ（Ｓ６００）、及びバッテリーパラメータの設定可否決定ステップ（Ｓ７００）を含むことができる。

インピーダンス値測定ステップ（Ｓ１００）は、バッテリーに複数の交流電流を出力し、複数の交流電流に対応するようにバッテリーに対する複数のインピーダンス値を測定するステップであり、インピーダンス測定部１１０によって行うことができる。

例えば、インピーダンス測定部１１０は、周波数が互いに異なる複数の交流電流をバッテリーに出力し、それぞれの周波数に対応するインピーダンス値を測定することができる。

第１プロファイル生成ステップ（Ｓ２００）は、複数のインピーダンス値をフィッティングして第１プロファイル（ｐ１）を生成するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、Ｌｉｎ－ＫＫを用いて複数のインピーダンス値をフィッティングすることで第１プロファイル（ｐ１）を生成することができる。

インピーダンス値補正ステップ（Ｓ３００）は、第１プロファイル（ｐ１）に基づいて複数のインピーダンス値を補正するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、第１プロファイル（ｐ１）と複数のインピーダンス値のそれぞれの第１誤差率を算出することができる。また、制御部１２０は、第１誤差率と予め設定された第１閾値とを比較した結果に応じて、複数のインピーダンス値を補正することができる。

図１１を参照すると、インピーダンス値補正ステップ（Ｓ３００）は、複数の第１誤差率算出ステップ（Ｓ３１０）、第１誤差率と第１閾値との比較ステップ（Ｓ３２０）及びインピーダンス値削除ステップ（Ｓ３２０）を含むことができる。

複数の第１誤差率算出ステップ（Ｓ３１０）は、複数のインピーダンス値のそれぞれと第１プロファイル（ｐ１）との間の第１誤差率を算出するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０はそれぞれの周波数に対して、インピーダンス値と第１プロファイル（ｐ１）上の第１参照値との間の第１誤差率を算出することができる。

第１誤差率と第１閾値との比較ステップ（Ｓ３２０）は、複数の第１誤差率と予め設定された第１閾値とを比較するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、複数の第１誤差率の大きさと第１閾値の大小を比較することができる。

インピーダンス値削除ステップ（Ｓ３２０）は、比較結果に基づいて複数のインピーダンス値を補正するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス値のうちで第１誤差率が第１閾値以上のインピーダンス値を削除することができる。

他の例として、制御部１２０は、複数のインピーダンス値のうちで第１誤差率が第１閾値以上のインピーダンス値を対応する第１参照値に変更することもできる。すなわち、本来のインピーダンス値は削除し、複数のインピーダンス値には第１参照値が含まれ得る。

基準値決定ステップ（Ｓ４００）は、複数のインピーダンス補正値に基づいて複数の基準値を決定するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値に基づいてバッテリーのオーム抵抗値Ｒｏ、電荷移動抵抗値Ｒｃｔ及び二重層キャパシタンス値Ｃｄｌを複数の基準値として決定することができる。

第２プロファイル生成ステップ（Ｓ５００）は、決定された複数の基準値をフィッティングして第２プロファイル（ｐ２）を生成するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、ＳｃｉＰｙのカーブフィットを用いて、複数の基準値に対応する第２プロファイル（ｐ２）を生成することができる。

インピーダンス補正値と第２プロファイルとの比較ステップ（Ｓ６００）は、複数のインピーダンス補正値と第２プロファイル（ｐ２）とを比較するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

バッテリーパラメータ設定可否決定ステップ（Ｓ７００）は、比較結果に応じてバッテリーパラメータを設定するか否かを決定するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、第２プロファイル（ｐ２）と複数のインピーダンス補正値との第２誤差率を算出することができる。また、制御部１２０は、第２誤差率と予め設定された第２閾値とを比較した結果に応じて、バッテリーを設定するか否かを決定することができる。

図１２を参照すると、インピーダンス補正値と第２プロファイルとの比較ステップ（Ｓ６００）は、複数の誤差率算出ステップ（Ｓ６１０）、第２誤差率算出ステップ（Ｓ６２０）、及び第２誤差率と第２閾値との比較ステップ（Ｓ６３０）を含むことができる。バッテリーパラメータの設定可否決定ステップ（Ｓ７００）は、比較ステップ（Ｓ７１０）及びバッテリーパラメータ設定ステップ（Ｓ７２０）を含むことができる。

複数の誤差率算出ステップ（Ｓ６１０）は、複数のインピーダンス補正値のそれぞれと第２プロファイル（ｐ２）との誤差率を算出するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、複数のインピーダンス補正値のそれぞれと第２プロファイル（ｐ２）上の第２参照値とを比較し、複数のインピーダンス補正値に対する誤差率を算出することができる。

第２誤差率算出ステップ（Ｓ６２０）は、算出された複数の誤差率に対する平均を第２誤差率として算出するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、複数の誤差率算出ステップ（Ｓ６１０）で算出された複数の誤差率の平均を計算して第２誤差率を算出することができる。

第２誤差率と第２閾値との比較ステップ（Ｓ６３０）は、算出された第２誤差率と予め設定された第２閾値とを比較するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０は、第２誤差率の大きさと第２閾値との間の大小を比較することができる。

比較ステップ（Ｓ７１０）は、第２誤差率と第２閾値との大小を比較するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、比較ステップ（Ｓ７１０）の結果がＹｅｓである場合にはバッテリーパラメータ設定ステップ（Ｓ７２０）が行われ、結果がＮｏである場合には第１プロファイル生成ステップ（Ｓ２００）が行われ得る。すなわち、第２誤差率が第２閾値以上である場合、複数のインピーダンス補正値に基づいて第１プロファイル（ｐ１）が再生成され得る。

バッテリーパラメータ設定ステップ（Ｓ７２０）は、複数の基準値をバッテリーパラメータとして設定するステップであり、制御部１２０によって行うことができる。

例えば、制御部１２０はオーム抵抗値Ｒｏ、電荷移動抵抗値Ｒｃｔ及び二重層キャパシタンス値Ｃｄｌをバッテリーパラメータとして設定することができる。

以上で説明した本発明の実施形態は、装置及び方法によってのみ実施されるものでなく、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によって実施することもでき、このような実施は、上述した実施形態の記載から本発明が属する技術分野における専門家にとって容易である。

以上、本発明を限定された実施形態及び図面によって説明したが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって、本発明の技術思想と以下に記載される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ける通常の知識を有する者により本発明の技術的な思想から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、様々な変形がなされるように各実施形態の全部又は一部が選択的に組み合わせて構成することができる。

１０：バッテリーパック
１００：バッテリーパラメータ推定装置
１１０：インピーダンス測定部
１２０：制御部
１３０：記憶部

Claims (9)

1. バッテリーに複数の交流電流を出力し、前記複数の交流電流に対応するように、前記バッテリーに対する複数のインピーダンス値を測定するインピーダンス測定部と、
   前記複数のインピーダンス値をフィッティングして第１プロファイルを生成し、前記複数のインピーダンス値のそれぞれと前記第１プロファイルとの間の第１誤差率を算出し、算出された複数の第１誤差率と予め設定された第１閾値とを比較し、前記複数のインピーダンス値のうちで対応する前記第１誤差率が前記第１閾値以上であるインピーダンス値を変更又は削除することで複数のインピーダンス補正値を生成し、前記複数のインピーダンス補正値に基づいて、ナイキスト線図に関連する複数の基準値を決定し、決定された複数の基準値をフィッティングして第２プロファイルを生成し、前記複数のインピーダンス補正値と前記第２プロファイルとを比較し、比較結果に応じて前記複数の基準値をバッテリーパラメータとして設定するか否かを決定する制御部と、を含む、バッテリーパラメータ推定装置。
2. 前記制御部は、
   前記複数のインピーダンス補正値と前記第２プロファイルとの間の第２誤差率を算出し、算出された第２誤差率と予め設定された第２閾値とを比較する、請求項１に記載のバッテリーパラメータ推定装置。
3. 前記制御部は、
   前記第２誤差率が前記第２閾値未満である場合、前記複数の基準値を前記バッテリーパラメータとして設定する、請求項２に記載のバッテリーパラメータ推定装置。
4. 前記制御部は、
   前記第２誤差率が前記第２閾値以上である場合、前記複数のインピーダンス補正値をフィッティングして前記第１プロファイルを再生成し、再生成された第１プロファイルと前記複数のインピーダンス補正値に基づいて前記バッテリーパラメータを設定するか否かを決定する、請求項２に記載のバッテリーパラメータ推定装置。
5. 前記制御部は、
   前記第２誤差率が前記第２閾値未満になるまで、前記第１プロファイルを再生成する、請求項４に記載のバッテリーパラメータ推定装置。
6. 前記制御部は、
   前記複数のインピーダンス補正値のそれぞれと前記第２プロファイルとの誤差率を算出し、算出された複数の誤差率に対する平均を前記第２誤差率として算出する、請求項２に記載のバッテリーパラメータ推定装置。
7. 前記制御部は、
   前記複数のインピーダンス補正値に基づいて前記バッテリーのオーム抵抗値、電荷移動抵抗値及び二重層キャパシタンス値を前記複数の基準値として決定する、請求項１に記載のバッテリーパラメータ推定装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーパラメータ推定装置を含む、バッテリーパック。
9. バッテリーに複数の交流電流を出力し、前記複数の交流電流に対応するように、前記バッテリーに対する複数のインピーダンス値を測定するインピーダンス値測定ステップと、
   前記複数のインピーダンス値をフィッティングして第１プロファイルを生成する第１プロファイル生成ステップと、
   前記複数のインピーダンス値のそれぞれと前記第１プロファイルとの間の第１誤差率を算出し、算出された複数の第１誤差率と予め設定された第１閾値とを比較し、前記複数のインピーダンス値のうちで対応する前記第１誤差率が前記第１閾値以上であるインピーダンス値を変更又は削除することで複数のインピーダンス補正値を生成するインピーダンス値補正ステップと、
   前記複数のインピーダンス補正値に基づいて、ナイキスト線図に関連する複数の基準値を決定する基準値決定ステップと、
   決定された複数の基準値をフィッティングして第２プロファイルを生成する第２プロファイル生成ステップと、
   前記複数のインピーダンス補正値と前記第２プロファイルとを比較するインピーダンス補正値と第２プロファイルとの比較ステップと、
   比較結果に応じて前記複数の基準値をバッテリーパラメータとして設定するか否かを決定するバッテリーパラメータの設定可否決定ステップと、を含む、バッテリーパラメータ推定方法。