ES3058158T3 - Method for predicting state of health of battery cell reflecting positive electrode active material storage characteristic - Google Patents

Method for predicting state of health of battery cell reflecting positive electrode active material storage characteristic

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ES3058158T3 ES21858560T ES21858560T ES3058158T3 ES 3058158 T3 ES3058158 T3 ES 3058158T3 ES 21858560 T ES21858560 T ES 21858560T ES 21858560 T ES21858560 T ES 21858560T ES 3058158 T3 ES3058158 T3 ES 3058158T3
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Sung Hoon Bae
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Abstract

Un método para predecir el estado de salud de una celda de batería de la presente invención comprende: un paso de medición de datos de ciclo de carga y descarga por rango de capacidad para dividir virtualmente la capacidad de una celda de batería objetivo de medición de la cual se va a predecir un estado de salud en dos o más capacidades, y medir los datos de ciclo de carga y descarga de cada uno de los rangos de capacidad de la capacidad dividida; un paso de compensación para compensar los datos de ciclo de carga y descarga por rango de capacidad reflejando una porción de degeneración de almacenamiento de un material activo de electrodo positivo; y un paso de predicción del estado de salud para predecir el estado de salud de la celda de batería objetivo de medición en la que se refleja la porción de degeneración de almacenamiento, sobre la base de los datos de ciclo de carga y descarga por rango de capacidad. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método para predecir la vida útil de una celda de batería que refleja las características de almacenamiento de un material activo de electrodo positivo
[0003] Campo técnico
[0004] La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad basándose en la solicitud de patente coreana n.º 10-2020-0105113, presentada el 21 de agosto de 2020.
[0005] La presente invención se refiere a un método de predicción de la vida útil de una celda de batería que refleja las características de almacenamiento de un material activo de electrodo positivo. Específicamente, la presente invención se refiere a un método de predicción de la vida útil de una celda de batería en el que se ha eliminado la influencia de la degradación por calendario (degradación durante el almacenamiento) debido a las características de almacenamiento, que considera la generación de errores por las características de almacenamiento según el tipo de material activo del electrodo positivo, en un método de evaluación acelerada de la vida útil por división en secciones que predice rápidamente la vida útil de una batería mediante la división de la capacidad de la batería en una pluralidad de partes de capacidad.
[0006] Antecedentes de la técnica
[0007] A medida que los dispositivos electrónicos portátiles, tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos móviles, se utilizan más ampliamente, crece la importancia de las baterías secundarias, que se utilizan principalmente como fuente de energía.
[0008] En general, una batería secundaria presenta una estructura en la que un conjunto de electrodos está sellado con un electrolito en un material exterior, y dos terminales de electrodo con polaridades diferentes están expuestos al exterior. El conjunto de electrodos incluye una pluralidad de celdas unitarias, y la celda unitaria presenta una estructura en la que se intercala un separador poroso entre una placa de electrodo negativo y una placa de electrodo positivo. Los materiales activos que participan en la reacción electroquímica se han utilizado para recubrir la placa del electrodo negativo y la placa del electrodo positivo, y las baterías secundarias se cargan o descargan de acuerdo con la reacción electroquímica del material activo y el electrolito.
[0009] Además, está creciendo la importancia para la tecnología de un sistema de gestión para utilizar y gestionar de manera eficiente las baterías secundarias. En particular, el sistema de gestión debe ser capaz de predecir con precisión el estado de salud (EdS) de la batería secundaria con el fin de ajustar adecuadamente la salida de carga o descarga y la estrategia de uso de EdC (estado de carga, SOC en inglés) de una batería secundaria.
[0010] Generalmente, con el fin de predecir la vida útil de la batería secundaria, se necesitan datos de experimentos de carga/descarga de aproximadamente 4.000 ciclos o más. Convencionalmente, bajo las condiciones de funcionalmente reales, el experimento de vida útil se llevó a cabo mientras se cargaba toda la capacidad de la batería. Si se realizan tales experimentos, solo se pueden obtener de 4 a 5 ciclos de datos cada vez. Por lo tanto, para obtener alrededor de 4.000 datos de experimentos de carga/descarga, se requirieron aproximadamente 900 días.
[0011] Por lo tanto, según el método convencional descrito anteriormente, se requirieron aproximadamente 30 meses para obtener datos experimentales para predecir la vida útil de las celdas de baterías secundarias de litio.
[0012] Con el fin de resolver el problema, la publicación de patente coreana n.º 10-2019-0106763 describe un método de evaluación acelerada de la vida útil mediante N divisiones para predecir la vida útil de la celda de batería mediante la división de una celda de batería en una pluralidad de partes de capacidad, obteniendo datos de ciclos de carga y descarga para las partes de capacidad respectivas, y sumando los datos obtenidos. En el presente documento, la tecnología descrita redujo significativamente el tiempo que requería la evaluación de la vida útil de la celda de batería, pero no reflejó las características de almacenamiento según el tipo del material activo del electrodo positivo.
[0013] Además, las FIGS.1(a) a 1(c) muestran la tasa de retención de capacidad para cada EdC según el tipo de material activo del electrodo positivo. En referencia a los dibujos, la celda de batería de la composición del electrodo positivo que presentaba un contenido de níquel relativamente bajo mostró una elevada degradación por almacenamiento a un EdC alto, tal como se muestra en la FIG.1(a), aunque tal como se muestra en las FIGS.1(b) y 1(c), se muestra un fenómeno de degradación por almacenamiento invertida con un EdC de 75 % o superior. Específicamente, se muestra una degradación por almacenamiento elevada en una sección de capacidad específica según la composición del electrodo positivo.
[0014] Sin embargo, debido a que el método de evaluación acelerada de la vida útil del estado de la técnica puede mostrar un resultado distorsionado debido a la degradación por almacenamiento en una sección de capacidad específica que presenta un alto contenido de níquel, es necesario desarrollar una tecnología para un método de predicción de la vida útil de las celdas de batería capaz de eliminar el grado de degradación por almacenamiento.
[0015] Exposición
[0016] Problema técnico
[0017] La presente invención está concebida para resolver los problemas mencionados y un objetivo de la presente invención es corregir un resultado distorsionado debido a la degradación por almacenamiento durante la evaluación de la vida útil de una celda de batería que incluye un material de electrodo positivo que ha sufrido una degradación por almacenamiento intensa, considerando el grado de degradación por almacenamiento del material activo del electrodo positivo, basándose en el método convencional de evaluación acelerada de la vida útil en N divisiones.
[0018] Solución técnica
[0019] Un método para predecir la vida útil de una celda de batería según una realización de la presente invención incluye: dividir virtualmente una capacidad de una celda de batería, que es un objeto de medición para la predicción de la vida útil, en dos o más partes de capacidad, y medir los datos de ciclo de carga y descarga para cada una de las partes de capacidad; corregir los datos de ciclo de carga y descarga reflejando la degradación por almacenamiento de un material activo del electrodo positivo, y predecir la vida útil de la celda de batería basándose en los datos de ciclo de carga y descarga corregidos.
[0020] En la presente invención, un proceso para obtener la degradación por almacenamiento durante la corrección de los datos del ciclo de carga y descarga incluye: preparar células de batería reales en una cantidad doble del número total de partes de capacidad; medir una capacidad según el tiempo de almacenamiento en un estado en el que cada una de las celdas de batería reales está configurada a una tensión predeterminada, y derivar la degradación por almacenamiento para cada una de las partes de capacidad basándose en los datos obtenidos mediante la medición. En una realización de la presente invención, la tensión predeterminada es una tensión que se mide en un punto de tiempo final de un período de reposo después de cargar y descargar hasta una capacidad límite superior y una capacidad límite inferior para cada parte de capacidad.
[0021] En una realización de la presente invención, la medición de los datos del ciclo de carga y descarga para cada parte de capacidad incluye: determinar el número de partes en las que se va a dividir virtualmente la capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, y preparar celdas de batería, que son objetos de medición, tantas como el número de partes, y medir los datos del ciclo de carga y descarga de las celdas de batería correspondientes a las partes de capacidad respectivas mediante la carga y descarga repetidas de las celdas de batería, en donde durante la determinación del número de partes y la preparación de las celdas de batería, las partes de capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, pueden determinarse basándose en una tensión de salida que se va a igualar en las partes divididas.
[0022] En una realización de la presente invención, durante la determinación del número de partes y la preparación de las celdas de batería, las partes de capacidad pueden superponerse entre sí en una cantidad predeterminada en un intervalo adyacente.
[0023] En una realización de la presente invención, durante la medición de los datos del ciclo de carga y descarga, las celdas de la batería correspondientes a las partes de capacidad respectivas pueden cargarse y descargarse repetidamente, para obtener de esta manera datos del ciclo de carga y descarga de las celdas de batería.
[0024] En una realización de la presente invención, un esquema de carga y descarga de las celdas de batería incluye: En una realización de la presente invención, determinar una primera tensión de referencia que coincide con una capacidad límite superior entre las respectivas partes de capacidad correspondientes a las celdas de batería; determinar una segunda tensión de referencia que coincide con una capacidad límite inferior entre las respectivas partes de capacidad correspondientes a las celdas de la batería; medir las tensiones de salida de las celdas de batería; comparar las tensiones de salida con las primera y segunda tensión de referencia y determinar si se deben cargar o descargar las celdas de batería en función del resultado de la comparación de las tensiones de salida con la primera y segunda tensión de referencia.
[0025] En una realización de la presente invención, durante la determinación de si cargar o descargar las celdas de batería, si la tensión de salida de la celda de batería es igual o inferior a la primera tensión de referencia, se realiza la carga, y si la tensión de salida de la celda de batería excede la primera tensión de referencia, se detiene la carga y se lleva a cabo la descarga.
[0026] En una realización de la presente invención, durante la determinación de si cargar o descargar las celdas de batería, si la tensión de salida de la celda de batería es igual o superior a la segunda tensión de referencia, se lleva a cabo la descarga, y si la tensión de salida de la celda de batería es inferior a la segunda tensión de referencia, se detiene la descarga y se lleva a cabo la carga.
[0027] En una realización de la presente invención, durante la predicción de la vida útil de la celda de batería, la vida útil de la celda de batería se predice mediante la utilización de una de: un primer esquema de predicción de la vida útil de la celda de batería mediante la simple adición de datos de ciclos de carga y descarga para las respectivas partes de capacidad que reflejan la degradación por almacenamiento; un segundo esquema de predicción de la vida útil de la celda de batería con una suma combinada de datos de ciclos de carga y descarga para las respectivas partes de capacidad que reflejan la degradación por almacenamiento, y un tercer esquema de predicción de la vida útil de la celda de batería utilizando probabilidades multiplicativas de datos de ciclos de carga y descarga para las respectivas partes de capacidad que reflejan la degradación por almacenamiento.
[0028] Efectos ventajosos
[0029] Según el método de predicción de la vida útil de una celda de batería de la presente invención, es posible predecir de manera fiable la vida útil mediante la exclusión de la reducción de capacidad debida a la degradación por almacenamiento durante la predicción de la vida útil mediante el método de evaluación acelerada de la vida útil. Además, según la presente invención, es posible predecir rápidamente la vida útil de toda la celda de batería mediante la división de la capacidad de una celda de batería en una pluralidad de partes de capacidad y recopilar rápidamente los datos de ciclos de carga y descarga de la celda de batería para las partes de capacidad respectivas.
[0030] Breve descripción de los dibujos
[0031] Las FIGS.1(a) a 1(c) son gráficos que muestran los valores de medición de la tensión de conservación para los respectivos EdC según la composición del electrodo positivo.
[0032] La FIG.2 es un diagrama de flujo de un método de predicción de la vida útil de una celda de batería según una realización de la presente invención.
[0033] La FIG.3 es un diagrama de flujo de un método de predicción de la vida útil de una celda de batería según una realización de la presente invención.
[0034] La FIG.4 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para cargar y descargar una celda de batería dentro de un intervalo de capacidad predeterminado según una realización de la presente invención.
[0035] La FIG. 5 muestra el resultado de medir ciclos de carga/descarga para cinco partes de capacidad después de dividir cada una de las celdas de batería, que son los objetos de medición, en las cinco partes de capacidad. La FIG.6 es un diagrama esquemático de un método de predicción de la vida útil de una celda de batería de la presente invención.
[0036] La FIG.7 es un diagrama de flujo de una etapa de corrección según una realización de la presente invención. La FIG. 8 es un gráfico que muestra el resultado de medir las capacidades de acuerdo con el tiempo de almacenamiento después de cargar cada celda de batería con una tensión predeterminada con el fin de derivar el grado de degradación por almacenamiento según una realización de la presente invención.
[0037] La FIG.9 es un gráfico corregido que refleja la degradación por almacenamiento para cada parte de capacidad. La FIG.10 es un gráfico de las tasas de retención de capacidad según el número de ciclos de batería predichos por un método convencional de evaluación acelerada de la vida útil de cinco divisiones.
[0038] La FIG.11 es un gráfico de las tasas de retención de capacidad según el número de ciclos de batería, predichos reflejando la degradación por almacenamiento según una realización de la presente invención.
[0039] Descripción detallada de las realizaciones preferentes
[0040] A continuación en el presente documento, la presente invención se describe en mayor detalle haciendo referencia a los dibujos. Los términos y palabras utilizados en la presente especificación y reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a los términos habituales o de diccionario y el inventor puede definir adecuadamente el significado de los términos con el fin de describir mejor su invención. Los términos y expresiones deben interpretarse con un significado y concepto coherentes con la idea técnica de la presente invención.
[0041] En la presente solicitud, debe entenderse que términos tales como «incluir» o «presentar» pretenden indicar que existe una característica, número, etapa, operación, componente, parte o una combinación de los mismos descrita en la especificación, y que no excluyen de antemano la posibilidad de la presencia o adición de una o más otras características o números, etapas, operaciones, componentes, partes o combinaciones de los mismos.
[0042] En la presente invención, después de dividir virtualmente toda la capacidad de una celda de batería que se va a medir en una pluralidad de partes de capacidad, se obtienen datos de ciclo de carga y descarga para las respectivas partes de capacidad, y se predice la vida útil de la celda de batería reflejando la degradación por almacenamiento de acuerdo con las características de almacenamiento del material activo del electrodo positivo, basándose en los datos de ciclo de carga y descarga obtenidos para las partes de capacidad respectivas.
[0043] Las FIGS.2 a 4 son diagramas de flujo de un método de predicción de la vida útil de una celda de batería según una realización de la presente invención. En referencia a la FIG.2, un método para predecir la vida útil de una celda de batería según la presente invención incluye: dividir virtualmente una capacidad de una celda de batería, que es un objeto de medición para la predicción de la vida útil, en dos o más partes de capacidad, y medir los datos de ciclo de carga y descarga para cada una de las partes de capacidad (S100); corregir los datos de ciclo de carga y descarga reflejando la degradación por almacenamiento de un material activo del electrodo positivo (S200) y predecir una vida útil de la celda de batería, basándose en los datos de ciclo de carga y descarga corregidos (S300).
[0044] En referencia a la FIG.3, la medición de los datos del ciclo de carga y descarga para cada parte de capacidad (S100) incluye: determinar el número de partes en las que se debe dividir virtualmente la capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, y preparar celdas de batería, que son objetos de medición, tantas como el número de partes (S110), y medir los datos del ciclo de carga y descarga de las celdas de batería correspondientes a las partes de capacidad respectivas mediante carga y descarga repetidas de las celdas de batería (S120).
[0045] En la etapa de dividir virtualmente la capacidad (S110), la capacidad total de la celda de batería que se va a medir se divide virtualmente en dos o más partes de capacidad, y se preparan las celdas de batería que se utilizarán para la medición. La etapa (S110) puede incluir una etapa de determinación del número de partes de capacidad en las que se dividirá la capacidad total de la celda de batería (S111).
[0046] La etapa de determinación del número de partes de capacidad es una etapa de determinación del número de partes de capacidad en las que se dividirá virtualmente toda la capacidad de la celda de batería. Por ejemplo, si la capacidad total de la celda de batería es de 1 a 100, y la capacidad total de la celda de batería se divide en cinco partes, cada parte de capacidad puede presentar un intervalo de capacidad de 20.
[0047] La etapa de dividir virtualmente la capacidad (S110) incluye preparar celdas de batería, que presentan las mismas especificaciones que la de la celda de batería que es el objeto de medición, tantas como el número de partes de capacidad (S112). Cuando la capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, se divide virtualmente en cinco partes de capacidad, se deben recopilar datos del ciclo de carga y descarga mientras se carga y descarga cada parte de capacidad. Por lo tanto, se necesitan cinco celdas de batería (de la primera a la quinta celda de batería) que presenten las mismas especificaciones que la de la celda de batería, que es el objeto de medición. En otras palabras, con el fin de obtener datos del ciclo de carga y descarga para toda la capacidad mientras se carga y descarga cada parte de capacidad dividida, son necesarias tantas celdas de batería como el número de partes de capacidad. En el presente documento, los datos del ciclo de carga y descarga pueden ser datos de capacidad de la celda de batería después de llevar a cabo la carga/descarga dentro de la parte de capacidad dividida cada vez.
[0048] Se obtiene la tasa de retención de capacidad, que indica la tasa de retención de la capacidad en el estado inicial después de llevar a cabo carga/descarga para cada parte de capacidad, y se puede predecir la vida útil de la batería a partir de la tasa de retención de la capacidad. Por ejemplo, en el caso de que se suponga que la tasa de retención de capacidad de referencia para considerarse en un estado deteriorado o un estado que requiere la sustitución es de 50 %, si la tasa de retención de capacidad calculada es igual o inferior a la tasa de retención de capacidad de referencia después de realizar 4.000 ciclos de carga/descarga, se puede predecir que la vida útil de la celda de batería será de 4.000 ciclos de carga/descarga.
[0049] En un ejemplo específico, en la etapa de determinación del número de partes de capacidad y de preparación de las celdas de batería, las partes de capacidad pueden superponerse entre sí en una cantidad predeterminada en un intervalo adyacente.
[0050] La etapa de medición de los datos de ciclos de carga y descarga (S120) es una etapa de medición de los datos de ciclos de carga y descarga de celdas de batería correspondientes a las respectivas partes de capacidad mediante la carga y descarga repetidas de las celdas de batería y es una etapa de obtención de datos de ciclos de carga y descarga durante la carga y descarga de las celdas de batería preparadas en la etapa de preparación (S112).
[0051] En una realización de la presente invención, la capacidad se dividió en cinco partes de capacidad, y se prepararon cinco celdas de batería (de la primera a la quinta celda de batería) correspondientes a las cinco partes de capacidad. La primera celda de batería se configuró para llevar a cabo la carga/descarga dentro del intervalo de capacidad de 81 a 100, y se midió la capacidad en cada ciclo de carga/descarga para el intervalo de capacidad de 81 a 100 durante la carga y descarga de la primera celda de batería. La primera celda de batería se configuró para llevar a cabo la carga/descarga dentro del intervalo de capacidad de 61 a 80, y se midió la capacidad en cada ciclo de carga/descarga para el intervalo de capacidad de 61 a 80 durante la carga y descarga de la segunda celda de batería. La tercera celda de batería se configuró para llevar a cabo la carga/descarga dentro del intervalo de capacidad de 41 a 60, y se midió la capacidad en cada ciclo de carga/descarga para el intervalo de capacidad de 41 a 60 durante la carga y descarga de la tercera celda de batería. La cuarta celda de batería se configuró para llevar a cabo la carga/descarga dentro del intervalo de capacidad de 21 a 40, y se midió la capacidad en cada ciclo de carga/descarga para el intervalo de capacidad de 21 a 40 durante la carga y descarga de la cuarta celda de batería. La quinta celda de batería se configuró para llevar a cabo la carga/descarga dentro del intervalo de capacidad de 1 a 20, y se midió la capacidad en cada ciclo de carga/descarga para el intervalo de capacidad de 1 a 20 durante la carga y descarga de la quinta celda de batería. En la etapa de medición (S120) de la presente invención, un esquema de carga y descarga de las celdas de batería incluye: determinar una primera tensión de referencia que coincide con una capacidad límite superior entre las respectivas partes de capacidad correspondientes a las celdas de batería; determinar una segunda tensión de referencia que coincide con una capacidad límite inferior entre las respectivas partes de capacidad correspondientes a las celdas de la batería; medir las tensiones de salida de las celdas de batería; comparar las tensiones de salida con la primera y segunda tensión de referencia y determinar si se deben cargar o descargar las celdas de batería basándose en el resultado de la comparación de las tensiones de salida con la primera y segunda tensión de referencia.
[0052] Por ejemplo, en el caso de la segunda celda de batería, se pueden establecer la primera tensión de referencia correspondiente a la capacidad límite superior 80 del intervalo de capacidad y la segunda tensión de referencia correspondiente a la capacidad límite inferior de 60.
[0053] En un ejemplo específico, en la etapa de determinar si cargar o descargar las celdas de la batería, como resultado de la etapa de comparación, si la tensión de salida de la celda de batería, que es el objeto de medición, es igual o inferior a la primera tensión de referencia, se lleva a cabo la carga, y como resultado de la etapa de comparación, si la tensión de salida de la celda de batería excede la primera tensión de referencia, se detiene la carga y se lleva a cabo la descarga.
[0054] Además, en la etapa de determinar si cargar o descargar las celdas de batería, como resultado de la etapa de comparación, si la tensión de salida de la celda de batería, que es el objeto de medición, es igual o superior a la segunda tensión de referencia, se lleva a cabo la descarga, y como resultado de la etapa de comparación, si la tensión de salida de la celda de batería es inferior a la segunda tensión de referencia, se detiene la descarga y se lleva a cabo la carga.
[0055] A continuación, se describirá un método de carga/descarga en referencia a la FIG.5. De manera similar, el método de medición de la capacidad en cada ciclo de carga/descarga de la segunda celda de batería, en el que se han establecido la primera y segunda tensiones de referencia, se lleva a cabo de la siguiente manera. La primera tensión de referencia se compara con la tensión de salida de la segunda celda de batería (S124), y si la tensión de salida de la segunda celda de batería es igual o inferior a la primera tensión de referencia, se lleva a cabo la carga continuamente (S123) y si la tensión de salida de la segunda celda de batería supera la primera tensión de referencia, se detiene la carga y se lleva a cabo la descarga (S121). Además, la segunda tensión de referencia se compara con la tensión de salida de la segunda celda de batería (S122), y si la tensión de salida de la segunda celda de batería es igual o superior a la segunda tensión de referencia, se continúa con la descarga (S121), y si la tensión de salida de la segunda celda de batería es inferior a la segunda tensión de referencia, se detiene la descarga de la segunda celda de batería y se lleva a cabo la carga. De esta manera, la capacidad en cada ciclo de carga/descarga de la segunda celda de batería puede medirse mientras se repite la carga/descarga dentro del intervalo de capacidad de 61 a 80.
[0056] Además, en el ejemplo descrito anteriormente, los intervalos, en los que se dividen virtualmente la primera a quinta celda de batería, se establecieron de manera que no se superpusieran, aunque también es posible establecer los intervalos para que se superpongan parcialmente.
[0057] Es decir, la primera celda de batería puede establecerse para presentar un intervalo de capacidad de 76 a 100, la segunda celda de batería puede establecerse para presentar un intervalo de capacidad de 56 a 80, la tercera celda de batería puede establecerse para presentar un intervalo de capacidad de 36 a 60, la cuarta celda de batería puede establecerse para presentar un intervalo de capacidad de 16 a 40 y la quinta celda de batería puede establecerse para presentar un intervalo de capacidad de 1 a 25. En este momento, el método para establecer las partes de capacidad de la primera a quinta celda de batería y la medición de la capacidad en los respectivos ciclos de carga/descarga se pueden llevar a cabo de la misma manera que el método de establecer las partes de capacidad de la primera a quinta celdas de batería y el método de medición de la capacidad en los respectivos ciclos de carga/descarga en el caso de que los intervalos de división virtual de la celda de batería no se superpongan.
[0058] De manera similar, si los intervalos divididos están diseñados para superponerse parcialmente, se puede reducir el error mediante la cobertura de un error que puede generarse debido a que la disminución de la zona utilizada del electrodo negativo, ya que la degradación en una sección específica (p. ej., la sección de EdC 60 a 40) es mayor que en otras secciones en la degradación por secciones de la celda de batería, en otra sección.
[0059] La FIG.5 muestra el resultado de la medición de los datos del ciclo de carga y descarga para cada parte de capacidad al establecer la primera a quinta celda de batería para que correspondan a cinco partes de capacidad divididas según una realización de la presente invención. En referencia a la FIG. 5, el gráfico de la izquierda muestra la carga y descarga de la primera a quinta celda de batería según las partes de capacidad divididas de la celda de batería que es el objeto de medición, y los cinco gráficos a la derecha muestran la tasa de retención de capacidad de la primera a quinta celda de batería.
[0060] En referencia a los gráficos a la derecha en la FIG.5, al repetir la carga/descarga, las tasas de retención de capacidad fueron diferentes para las partes de capacidad respectivas. De manera similar, debido a que la tasa de retención de capacidad es diferente según el intervalo de capacidad, si se predice toda la vida útil de una celda de batería basándose en la capacidad en ciclos de carga/descarga solo para una parte del intervalo de capacidad de la celda de batería, puede producirse un error significativo. Por lo tanto, de acuerdo con el método de evaluación acelerada de la vida útil de la presente invención, se mide la capacidad en ciclos de carga/descarga para todo el intervalo de capacidad de la celda de batería mediante el establecimiento de intervalos de capacidad respectivos para la primera a quinta celda de batería que incluyan toda la capacidad de la celda de batería.
[0061] La etapa de corrección (S200) es una etapa que consiste en llevar a cabo la corrección mediante exclusión de la degradación del almacenamiento del material activo del electrodo positivo en los datos de ciclos de carga y descarga para las partes de capacidad respectivas.
[0062] Tal como se muestra en la FIG. 1, la degradación por almacenamiento ocurre significativamente en el EdC de una sección determinada, dependiendo del contenido de níquel en el material del electrodo positivo. En el método de evaluación acelerada de la vida útil de la presente invención, el intervalo total de capacidad de 0 a 100 se divide en n secciones, y la vida útil de la celda de batería se predice basándose en los datos de ciclo de carga y descarga obtenidos durante la carga y descarga repetidas de la celda de batería para cada parte de capacidad. En este momento, la degradación por almacenamiento puede variar dependiendo de la parte de capacidad, y los datos obtenidos de ciclos de carga y descarga reflejan la degradación por el almacenamiento así como la degradación por ciclos. Por lo tanto, puede medirse como un valor inferior a la tasa de retención de capacidad real. Asimismo, el método de predicción de la vida útil de la presente invención tiene importancia en que la vida útil se predice únicamente reflejando la degradación por ciclos mediante la realización de una corrección de exclusión de la degradación por almacenamiento. La FIG. 6 es un diagrama esquemático de un método de predicción de la vida útil de una celda de batería de la presente invención. El concepto de la etapa de corrección de la presente invención se puede explicar de la siguiente manera en referencia a la FIG. 6. La línea de puntos descendente de la FIG. 6 muestra la tasa de retención de capacidad según los ciclos mediante el método de evaluación acelerada de la vida útil de N divisiones calculados en la etapa de predicción de vida útil (S200) de la presente invención, y la línea continua descendente de la FIG.6 muestra el resultado corregido en la etapa de corrección (S300) de la presente invención.
[0063] La degradación de una batería secundaria de litio se puede dividir en degradación por ciclos y degradación por almacenamiento (degradación por calendario). La degradación por ciclos se refiere a la degradación que ocurre por la degradación irreversible del electrolito y los materiales activos mientras los iones (iones de litio en el caso de una batería de litio) se intercalan o se descargan del electrodo y se genera calor de Joule durante el flujo de corriente de carga o descarga de la batería secundaria. En el presente documento, la degradación por almacenamiento (degradación por calendario) se refiere a la degradación que ocurre durante un estado sin carga, es decir, un estado en el que la batería secundaria actualmente no está cargándose ni descargándose, es decir, se encuentra en un estado de calendario. La capacidad de la batería secundaria puede reducirse debido a la degradación irreversible del electrolito y del material activo recubierto sobre el electrodo, incluso en un estado sin carga. Lo anterior se denomina degradación por almacenamiento o degradación por calendario, un término que se distingue de la degradación por ciclos.
[0064] En el método de evaluación acelerada de la vida útil acelerada en N divisiones de la presente invención, se preparan celdas de batería para n partes de capacidad respectivas, y se obtienen datos de ciclos de carga y descarga mientras se repite la carga/descarga. En este momento, debido a que hay un período de reposo después de la carga/descarga, ocurre la degradación por almacenamiento. En particular, los estados de degradación por almacenamiento son diferentes en algunas secciones de EdC según la composición del material del electrodo positivo, pero debido a que el método convencional de evaluación acelerada de la vida útil por división en N partes no considera la reducción de capacidad causada por dicha degradación por almacenamiento, se produce un error. De esta manera, en la presente invención, la corrección se lleva a cabo mediante la exclusión de la degradación por almacenamiento, tal como se muestra en la FIG.6.
[0065] La FIG.7 muestra un diagrama de flujo de las etapas de corrección que reflejan la degradación por almacenamiento del material activo del electrodo positivo según una realización de la presente invención. En referencia a la FIG.7, un proceso para obtener la degradación por almacenamiento durante la corrección de los datos de ciclos de carga y descarga incluye: preparar células de batería reales en una cantidad doble del número total de partes de capacidad; medir una capacidad según el tiempo de almacenamiento en un estado en el que cada una de las celdas de batería reales está configurada a una tensión predeterminada, y derivar la degradación por almacenamiento para cada una de las partes de capacidad basándose en los datos obtenidos mediante la medición.
[0066] En referencia a la FIG.7, la etapa de corrección (S200) de la presente invención incluye: preparar celdas de batería reales en un número doble del número total de las partes de capacidad (S210); medir una capacidad según el tiempo de almacenamiento en un estado en el que cada una de las celdas de batería reales se configura a una tensión predeterminada (S220), y derivar la degradación por almacenamiento para cada una de las partes de capacidad basándose en los datos obtenidos mediante la medición (S230). En el presente documento, la tensión predeterminada es una tensión que se mide en un punto temporal final de un período de reposo después de cargar y descargar hasta una capacidad límite superior y una capacidad límite inferior para cada parte de capacidad.
[0067] En un ejemplo, en el caso de que se obtengan datos de ciclos de carga y descarga para cada una de las cinco partes de capacidad mediante la división de la capacidad total en un total de cinco partes, se preparan 10 celdas de batería reales (de la primera a la décima celda de batería reales) correspondientes al doble de cinco para el cálculo de la degradación por almacenamiento. Además, después de cargar cada una de la primera a décima celdas de batería reales, se mide la capacidad de acuerdo con el tiempo de almacenamiento. En el presente documento, la tensión predeterminada es una tensión que se mide en un punto temporal final de un período de reposo después de cargar y descargar hasta una capacidad límite superior y una capacidad límite inferior para cada parte de capacidad. Específicamente, se agrupan 10 celdas de batería reales en pares según el intervalo de capacidad. Después, una celda de batería de cada grupo que consiste en dos celdas de batería se carga hasta la capacidad límite superior, y se mide la tasa de retención de capacidad para cada tiempo de almacenamiento en un estado de una tensión medida en el punto temporal final del período de reposo, y la otra celda de batería de cada grupo se carga hasta la capacidad límite inferior, y se mide la tasa de retención de capacidad para cada tiempo de almacenamiento en un estado de una tensión medida en el punto temporal final del período de reposo.
[0069] En un ejemplo específico, la capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, se divide en un total de cinco partes de capacidad. Después, la tensión de límite superior de la primera parte de capacidad se establece en 3,67 V, y la tensión de límite inferior de la primera parte de capacidad se establece en 3 V. La tensión de límite superior de la segunda parte de capacidad se establece en 3,73 V, y la tensión de límite inferior de la segunda parte de capacidad se establece en 3,435 V. La tensión de límite superior de la tercera parte de capacidad se establece en 3,815 V, y la tensión de límite inferior de la tercera parte de capacidad se establece en 3,536 V. La tensión de límite superior de la cuarta parte de capacidad se establece en 3,962 V, y la tensión de límite inferior de la cuarta parte de capacidad se establece en 3,626 V. La tensión de límite superior de la quinta parte de capacidad se establece en 4,1 V, y la tensión de límite inferior de la quinta parte de capacidad se establece en 3,754 V. Después, se repite la carga/descarga para obtener ciclos de carga/descarga. En este caso, en la etapa de corrección de la presente invención, para cada una de las cinco partes de capacidad, se pueden obtener tensiones de salida, que se miden en el punto temporal final del período de reposo después de cargar hasta la tensión límite superior, y tensiones de salida, que se miden en el punto temporal final del período de reposo después de descargar hasta la tensión límite inferior, y se miden las tasas de retención de capacidad de 10 celdas de batería reales de acuerdo con el tiempo de almacenamiento en un estado que mantiene los 10 tensiones de salida. La Tabla 1 muestra el valor de tensión de salida según la etapa de medición de la capacidad de acuerdo con el tiempo de almacenamiento indicado anteriormente.
[0071] [Tabla 1]
[0074]
[0077] Además, la FIG.8 es un gráfico que muestra la tasa de retención de capacidad para cada tiempo de almacenamiento en un estado de tensión medido en el punto final de cada período de reposo después de la carga y descarga para cada parte de capacidad, tal como se muestra en la Tabla 1. En referencia a la FIG. 8, la degradación por almacenamiento fue elevada en las secciones de tensión de 3,8755V (EdC 76 %), 3,9907 V (EdC 90 %) y 3,8378 V (EdC 71 %).
[0079] La degradación por almacenamiento para cada parte de capacidad se puede calcular a partir del gráfico que muestra la tasa de retención de capacidad para cada tiempo de almacenamiento en la FIG.8, y la corrección puede hacerse reflejando la degradación por almacenamiento calculada en los datos de ciclos de carga y descarga para cada una de las n partes de capacidad. La FIG.9 ilustra los datos del ciclo de carga y descarga que se han corregido reflejando la degradación por almacenamiento para cada una de las n partes de capacidad. Asimismo, de acuerdo con la presente invención, es posible predecir con mayor precisión la vida útil de una batería debido al efecto de la degradación por almacenamiento acelerada en una sección específica según las características del material activo del electrodo positivo, basándose en los datos de ciclos de carga y descarga para cada parte de capacidad.
[0081] Además, en la etapa de predicción de la vida útil (S200) que se describirá posteriormente, es posible predecir toda la vida útil de la celda de batería basándose en la capacidad en el ciclo de carga/descarga medida en todo el intervalo de capacidad de la primera a la quinta celda de batería corregida tal como se ha descrito anteriormente.
[0082] La etapa de predicción de la vida útil (S200) de la presente invención es una etapa que consiste en predecir la vida útil de una celda de batería basándose en datos corregidos reflejando la degradación por almacenamiento en los datos de ciclos de carga y descarga medidos en cada una de una pluralidad de celdas de batería que han sido establecidas para cada una de las partes de capacidad divididas.
[0083] En la presente invención, la vida útil de la celda de batería, que es el objeto de medición, se predice basándose en datos de ciclos de carga y descarga medidos en las celdas de batería por las partes de capacidad respectivas utilizando tres esquemas.
[0084] En primer lugar, la vida útil de una celda de batería se puede predecir mediante la simple adición de los datos de ciclos de carga y descarga medidos en una pluralidad de celdas de batería que se establecen como partes de capacidad respectivas.
[0085] En segundo lugar, la vida útil de una celda de batería se puede predecir simplemente mediante el cálculo de una suma combinada de los datos de ciclos de carga y descarga medidos en una pluralidad de celdas de batería que están establecidas como partes de capacidad respectivas.
[0086] Por último, la vida útil de una celda de batería se puede predecir mediante la utilización de una probabilidad multiplicativa de los datos de ciclos de carga y descarga medidos en una pluralidad de celdas de batería que están establecidas como partes de capacidad respectivas.
[0087] La FIG.10 es un gráfico que muestra las capacidades residuales de una batería según la descarga acumulada que se deriva mediante el método de evaluación acelerada de la vida útil de N divisiones convencional (específicamente el método de evaluación acelerada de la vida útil de cinco divisiones) para una batería de un material de electrodo positivo de alto contenido de níquel (NCM811). La FIG.11 ilustra un gráfico corregido reflejando la degradación por almacenamiento según una realización de la presente invención.
[0088] En referencia a la FIG. 10, de acuerdo con el método de evaluación acelerada de la vida útil de N divisiones convencional, se muestra que la batería presenta una capacidad residual del 74,9 % a 77,3 % después de 7.300 ciclos (la capacidad de descarga acumulada es de 1.500 kwh). Además, se predice que el gráfico del valor de medición real presentaría una capacidad residual de 87,1 % a 7.300 ciclos. Es decir, el método convencional de evaluación acelerada de la vida útil de N divisiones presenta un error en el intervalo de 9,8 % a 12,3 % sobre la base de 7.300 ciclos. En referencia a las FIG.11, se muestra que la batería presenta una capacidad residual de 79,2 % a 80,9 % a 7.300 ciclos según la predicción de la presente invención. Esto muestra un error de 6,2 % a 7,9 %, en comparación con 87,1 %, que es el valor de predicción de capacidad residual en el gráfico de valores de mediciones reales. En este caso, debido a que se ha excluido la influencia de la degradación por almacenamiento acelerada en una sección de capacidad específica, se ha acercado aún más a la capacidad de predicción del valor de medición real, en comparación con la capacidad residual predicha mediante el método convencional de evaluación acelerada de la vida útil de N divisiones.
[0089] Asimismo, de acuerdo con el método de predicción de la vida útil de una celda de batería de la presente invención, es posible mejorar el problema de generar un resultado distorsionado debido a la degradación por almacenamiento acelerada en una sección de capacidad específica cuando se aplica el método convencional de evaluación acelerada de la vida útil de N divisiones a la celda de batería de un material de electrodo positivo de alto contenido de níquel. La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención, y el experto en la materia a la que se refiere la presente invención puede realizar diversas modificaciones y variaciones sin apartarse de las características esenciales de la presente invención. Por lo tanto, los dibujos descritos en la presente invención no están destinados a limitar la idea técnica de la presente invención, sino a describir la presente invención, y el alcance de la idea técnica de la presente invención no se encuentra limitado por dichos dibujos. El alcance de protección de la presente invención debe interpretarse a partir de las reivindicaciones siguientes

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES
1. Método para predecir la vida útil de una celda de batería, en donde el método comprende:
dividir virtualmente (S110) la capacidad de una celda de batería, que es un objeto de medición para la predicción de la vida útil, en dos o más partes de capacidad, y medir datos de ciclos de carga y descarga (S120) para cada una de las partes de capacidad,
corregir (S200) los datos de ciclos de carga y descarga reflejando degradación por almacenamiento de un material activo de electrodo positivo,
en donde la corrección (S200) de los datos de ciclos de carga y descarga corrige los datos de ciclos de carga y descarga para las partes de capacidad respectivas mediante exclusión de la degradación por almacenamiento del material activo del electrodo positivo,
en donde un proceso de obtención de la degradación por almacenamiento durante la corrección (S200) de los datos de ciclos de carga y descarga incluye:
preparar (S210) celdas de batería reales, tantas como el doble del número total de las partes de capacidad,
medir una capacidad (S220) de acuerdo con el tiempo de almacenamiento en un estado en el que cada una de las celdas de batería reales se configura a una tensión predeterminada, y derivar (S230) una degradación por almacenamiento para cada una de las partes de capacidad basándose en los datos obtenidos mediante la medición, y
predecir (S300) la vida útil de la celda de batería basándose en los datos corregidos de ciclos de carga y descarga.
2. Método según la reivindicación 1, en el que la tensión predeterminada es una tensión que se mide en el punto temporal final de un período de reposo después de la carga y descarga hasta una capacidad límite superior y una capacidad límite inferior para cada parte de capacidad.
3. Método según la reivindicación 1, en el que la medición de los datos de ciclos de carga y descarga (S120) para cada parte de capacidad incluye:
determinar un número de partes en las que la capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, se va a dividir virtualmente, y preparar celdas de batería, que son los objetos de medición, tantas como el número de partes, y
medir datos de ciclos de carga y descarga de las celdas de batería correspondientes a las partes de capacidad respectivas mediante la carga y descarga repetidas de las celdas de batería,
en donde durante la determinación del número de partes y la preparación de las celdas de batería, se determinan las partes de capacidad de la celda de batería, que es el objeto de medición, basándose en la tensión de salida que deba corresponder a las partes divididas.
4. Método según la reivindicación 3, en el que durante la determinación del número de partes y la preparación de las celdas de batería, las partes de capacidad se superponen entre sí por una cantidad predeterminada en un intervalo adyacente.
5. Método según la reivindicación 3, en el que durante la medición de los datos de ciclos de carga y descarga (S120), las celdas de batería correspondientes a las partes de capacidad respectivas se cargan y descargan repetidamente, obteniendo de esta manera datos de ciclos de carga y descarga de las celdas de batería.
6. Método según la reivindicación 5, en el que un esquema de carga y descarga de las celdas de batería incluye:
determinar una primera tensión de referencia asociada a una capacidad de límite superior entre las partes de capacidad respectivas que corresponden a las celdas de batería,
determinar una segunda tensión de referencia ajustada a una capacidad de límite inferior entre las partes de capacidad respectivas que corresponden a las celdas de batería,
medir las tensiones de salida de las celdas de batería,
comparar las tensiones de salida con la primera y segunda tensión de referencia, y
determinar si cargar o descargar las celdas de batería basándose en el resultado de la comparación de las tensiones de salida con la primera y segunda tensión de referencia.
7. Método según la reivindicación 6, en el que durante la determinación de si cargar o descargar las celdas de batería, si la tensión de salida de la celda de batería es igual o inferior a la primera tensión de referencia (S124), se lleva a cabo la carga (S123), y si la tensión de salida de la celda de batería supera la primera tensión de referencia (S124), se detiene la carga y se lleva a cabo la descarga (S121).
8. Método según la reivindicación 6, en el que durante la determinación de si cargar o descargar las celdas de batería, si la tensión de salida de la celda de batería es igual o superior a la segunda tensión de referencia (S122), se lleva a cabo la descarga (S121), y si la tensión de salida de la celda de batería es inferior a la segunda tensión de referencia (S122), se detiene la descarga y se lleva a cabo la carga (123).
9. Método según la reivindicación 1, en el que durante la predicción (S300) de la vida útil de la celda de batería, la vida útil de la celda de batería se predice mediante la utilización de uno de entre:
un primer esquema para predecir la vida útil de la celda de batería mediante la simple adición de datos de ciclos de carga y descarga para las partes de capacidad respectivas que reflejan la degradación por almacenamiento,
un segundo esquema para predecir la vida útil de la celda de batería con una suma combinada de datos de ciclos de carga y descarga para las partes de capacidad respectivas que reflejan la degradación por almacenamiento, y
un tercer esquema para predecir la vida útil de la celda de batería utilizando probabilidades multiplicativas de datos de ciclos de carga y descarga para las partes de capacidad respectivas que reflejan la degradación por almacenamiento.
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