JP2022510075A - バッテリーの退化度を決定するための装置及び方法、並びにその装置を含むバッテリーパック - Google Patents

Abstract

バッテリーの退化度を決定するための装置、方法及びバッテリーパックが提供される。装置は、バッテリーが第１定電流で充電される期間中のバッテリーの電圧及び電流を示す第１センシング情報を生成する。装置は、バッテリーが第２定電流で放電される第２期間中のバッテリーの電圧及び電流を示す第２センシング情報を生成する。装置は、第１センシング情報に基づく第１微分容量カーブ及び第２センシング情報に基づく第２微分容量カーブを決定する。装置は、第１微分容量カーブの第１充電特徴点の電圧値及び第２微分容量カーブの第１放電特徴点の電圧値に基づき、バッテリーの退化度を決定するように構成される。

Description

本発明は、バッテリーの退化度を決定するための技術に関する。

本出願は、２０１９年５月１４日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００５６４６７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、すべて本出願に組み込まれる。

最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、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するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。

現在、商用化した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、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

バッテリーの電圧と蓄電量との対応関係を示す容量カーブからバッテリーの退化度を決定する従来技術が存在する。しかし、容量カーブにおいて、電圧の変化が明らかに観測されない蓄電量の範囲が存在する場合、バッテリーの退化度を正確に決定しにくい。

前述したような容量カーブの短所を解消するための他の従来技術は、微分電圧分析法（ＤＶＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を活用して、バッテリーの微分電圧カーブからバッテリーの退化度を決定する。しかし、バッテリーに対して充電過程と放電過程のいずれか一つのみを施して取得された微分電圧カーブは、バッテリーのヒステリシス特性に関わる情報を充分に含まない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの充電過程から得られた微分容量カーブ及びバッテリーの放電過程から得られた微分容量カーブを共に活用してバッテリーの退化度を決定するための装置、方法及びバッテリーパックを提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

本発明の一面によるバッテリーの退化度を決定するための装置は、バッテリーが第１定電流で充電される第１期間中のバッテリーの電圧及び電流を示す第１センシング情報を生成し、バッテリーが第２定電流で放電される第２期間中のバッテリーの電圧及び電流を示す第２センシング情報を生成するように構成されるセンシング部と、センシング部に動作可能に結合する制御部と、を含む。制御部は、第１センシング情報に基づいてバッテリーの第１微分容量カーブを決定するように構成される。制御部は、第１微分容量カーブから第１充電特徴点を検出するように構成される。制御部は、第２センシング情報に基づいてバッテリーの第２微分容量カーブを決定するように構成される。また、制御部は、第２微分容量カーブから第１放電特徴点を検出するように構成される。制御部は、第１充電特徴値及び第１放電特徴値に基づいてバッテリーの退化度を決定するように構成される。第１充電特徴値は、第１充電特徴点の電圧値である。第１放電特徴値は、第１放電特徴点の電圧値である。

制御部は、第１微分容量カーブに位置する所定の個数のピークのうち、第１所定の順番に位置するピークを第１充電特徴点として決定するように構成され得る。制御部は、第２微分容量カーブに位置する所定の個数のピークのうち、第１所定の順番に位置するピークを第１放電特徴点として決定するように構成され得る。

制御部は、第１充電特徴値と第１放電特徴値との差の絶対値を示す第１主要差値を決定するように構成され得る。また、制御部は、第１主要差値をインデックスとして用い、第１主要差値と退化度との対応関係が記録されている第１データテーブルからバッテリーの退化度を決定するように構成され得る。

制御部は、所定の個数が２以上である場合、第１微分容量カーブに位置する所定の個数のピークのうち、第２所定の順番に位置するピークを第２充電特徴点として決定するように構成され得る。制御部は、第２微分容量カーブに位置する所定の個数のピークのうち、第２所定の順番に位置するピークを第２放電特徴点として決定するように構成され得る。制御部は、第２充電特徴値と第２放電特徴値との差の絶対値を示す第２主要差値を決定するように構成され得る。第２充電特徴値は、第２充電特徴点の電圧値である。第２放電特徴値は、第２放電特徴点の電圧値である。

制御部は、所定の個数が２である場合、下記の数式１を用いて第１退化ファクターを決定するように構成され得る。

ΔＶ_ｉは第ｉ主要差値、α_ｉは第ｉ所定の加重値、Ｆ_ｄｅｇは第１退化ファクターである。制御部は、第１退化ファクターをインデックスとして用いて、第１退化ファクターと退化度との対応関係が記録されている第２データテーブルからバッテリーの退化度を決定するように構成され得る。

制御部は、第１充電特徴値と第１初期充電特徴値との差の絶対値を示す第１サブ差値を決定するように構成され得る。制御部は、第１放電特徴値と第１初期放電特徴値との差の絶対値を示す第２サブ差値を決定するように構成され得る。また、制御部は、第１サブ差値及び第２サブ差値に基づいてバッテリーの退化度を決定するように構成され得る。

制御部は、第１サブ差値と第１変換係数との積と、第２サブ差値と第２変換係数との積との合算値を、第２退化ファクターとして決定するように構成され得る。制御部は、第２退化ファクターをインデックスとして用いて、第２退化ファクターと退化度との対応関係が記録されている第３データテーブルからバッテリーの退化度を決定するように構成され得る。

本発明の他面によるバッテリーパックは、装置を含む。

本発明のさらに他面によるバッテリーの退化度を決定するための方法は、バッテリーが第１定電流で充電される第１期間中のバッテリーの電圧及び電流を示す第１センシング情報を取得する段階と、バッテリーが第２定電流で放電される第２期間中のバッテリーの電圧及び電流を示す第２センシング情報を取得する段階と、第１センシング情報に基づいてバッテリーの第１微分容量カーブを決定する段階と、第２センシング情報に基づいてバッテリーの第２微分容量カーブを決定する段階と、第１微分容量カーブから第１充電特徴点を検出する段階と、第２微分容量カーブから第１放電特徴点を検出する段階と、第１充電特徴値及び第１放電特徴値に基づいてバッテリーの退化度を決定する段階と、を含む。第１充電特徴値は、第１充電特徴点の電圧値である。第１放電特徴値は、第１放電特徴点の電圧値である。

バッテリーの退化度を決定する段階は、第１充電特徴値と第１放電特徴値との差の絶対値を示す第１主要差値を決定する段階と、第１主要差値をインデックスとして用いて、第１主要差値と退化度との対応関係が記録されている第１データテーブルからバッテリーの退化度を決定する段階と、を含み得る。

本発明の実施例の少なくとも一つによれば、バッテリーの充電過程から取得した微分容量カーブ及びバッテリーの放電過程から取得した微分容量カーブを共に活用して、バッテリーの退化度を決定することができる。バッテリーのヒステリシス特性は、バッテリーの退化度に強い相関関係を有することから、二つの微分容量カーブのいずれか一つのみを活用する場合に比べてバッテリーの退化度を正確に決定することができる。

本発明の効果は前述の効果に制限されず、言及されていない他の効果は、請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるだろう。

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。

本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を例示的に示した図である。 バッテリーが寿命初期状態であったときのバッテリーの容量カーブを例示的に示すグラフである。 図２の容量カーブから決定された微分容量カーブを例示的に示すグラフである。 バッテリーが寿命初期状態から退化したときのバッテリーの微分容量カーブを例示的に示すグラフである。 本発明の第１実施例によるバッテリーの退化度を決定するための方法を例示的に示すフローチャートである。 本発明の第２実施例によるバッテリーの退化度を決定するための方法を例示的に示すフローチャートである。 本発明の第３実施例によるバッテリーの退化度を決定するための方法を例示的に示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は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。

第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちいずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。

なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御部」のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。

さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結（接続）」されている場合も含む。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を例示的に示す図である。

図１を参照すれば、バッテリーパック１０は、電気システム１（例えば、電気車両）に設置可能に提供されるものであって、バッテリーＢ、スイッチＳＷ及び装置１００を含む。

バッテリーＢの正極端子及び負極端子は、装置１００に電気的に接続する。バッテリーＢは、少なくとも一つの単位セルを含む。単位セルは、例えば、リチウムイオンバッテリーであり得る。勿論、単位セルの種類がリチウムイオンバッテリーに限定されることではなく、反復的な充放電が可能な他の種類のバッテリーセルを単位セルとして用いてもよい。

スイッチＳＷは、バッテリーＢの充放電のための電流の経路に設けられる。スイッチＳＷがターンオンされている間に、バッテリーＢの充放電が可能である。スイッチＳＷは、コイルの磁気力によってオンオフされる機械式リレーであるか、またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体スイッチであり得る。スイッチＳＷがターンオフされている間に、バッテリーＢの充放電は、中断される。スイッチＳＷは、第１スイッチング信号に応じてターンオンされ得る。スイッチＳＷは、第２スイッチング信号に応じてターンオフされ得る。

装置１００は、バッテリーＢの退化度を決定するために提供される。退化度は、バッテリーＢの退化につれて徐々に増加する値である。

装置１００は、センシング部１１０、制御部１２０及びメモリ部１３０を含む。装置１００は、インターフェース部１４０及びスイッチドライバー２００の少なくとも一つをさらに含み得る。

センシング部１１０は、電圧センサー１１１及び電流センサー１１２を含む。

電圧センサー１１１は、バッテリーＢの正極端子及び負極端子に電気的に接続する。電圧センサー１１１は、バッテリーＢが充電または放電する間に、バッテリーＢの両端にかかった電圧を単位時間（例えば、０．０１秒）ごとに測定するように構成される。電流センサー１１２は、バッテリーＢの充放電経路に設けられる。電流センサー１１２は、バッテリーＢが充電または放電される間に、バッテリーＢの電流を単位時間ごとに測定するように構成される。

センシング部１１０は、単位時間ごとのバッテリーＢの電圧及び電流を示すセンシング情報を制御部１２０に出力するように構成される。

制御部１２０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを用いて具現され得る。

制御部１２０は、センシング部１１０、メモリ部１３０、インターフェース部１４０及びスイッチドライバー２００の少なくとも一つに動作可能に結合する。

制御部１２０は、所定のイベントの少なくとも一つが発生した場合、スイッチＳＷをターンオンすることをスイッチドライバー２００に命令し得る。その外の状況では、制御部１２０は、スイッチＳＷをターンオフすることをスイッチドライバー２００に命令し得る。

制御部１２０は、センシング部１１０からのセンシング情報に基づき、バッテリーＢの電圧履歴、電流履歴及び蓄電量履歴を示すデータをメモリ部１３０に保存するように構成される。パラメーターの履歴とは、任意の期間または特定の期間に亘っての該当パラメーターの時系列的な変化を意味する。バッテリーＢの電圧履歴、電流履歴及び蓄電量履歴は、相互に同じ期間または相異なる期間に関わることであり得る。バッテリーＢの蓄電量は、バッテリーＢに保存されている電荷量を示す。

制御部１２０は、バッテリーＢの第１容量カーブ及び第２容量カーブを決定する。

第１容量カーブは、バッテリーＢが第１充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）（例えば、５％）以下から第２充電状態（例えば、９５％）以上まで第１電流レート（例えば、０．０２Ｃ）の定電流で充電される期間（以下、「第１期間」とする。）に取得された、電圧履歴と蓄電量履歴との対応関係を示す。第１容量カーブは、第１期間中にセンシング部１１０によって出力された、単位時間ごとのバッテリーＢの電圧及び電流を示す第１センシング情報に基づく。制御部１２０は、第１期間中に第１電流レートの充電電流がバッテリーＢを通して流れるようにスイッチドライバー２００を制御し得る。

第２容量カーブは、バッテリーＢが第２充電状態以上から第１充電状態以下まで第２電流レートの定電流で放電される期間（以下、「第２期間」とする。）に取得された、電圧履歴と蓄電量履歴との対応関係を示す。第２容量カーブは、第２期間中にセンシング部１１０によって出力された、単位時間ごとのバッテリーＢの電圧及び電流を示す第２センシング情報に基づく。制御部１２０は、第２期間中に第２電流レートの放電電流がバッテリーＢを通して流れるようにスイッチドライバー２００を制御し得る。第２電流レートは、第１電流レートと同一であるか、または相違し得る。

制御部１２０は、第１容量カーブから単位時間ごとのバッテリーＢの電圧変化量ｄＶ及び蓄電量変化量ｄＱを決定し得る。制御部１２０は、第１容量カーブから決定される、単位時間ごとのバッテリーＢの電圧Ｖ、蓄電量Ｑ、電圧変化量ｄＶ及び蓄電量変化量ｄＱの対応関係を示す第１データセットをメモリ部１３０に保存し得る。

制御部１２０は、第１データセットから第１微分容量カーブを決定し得る。第１微分容量カーブは、第１期間中のバッテリーＢの電圧ＶとバッテリーＢの電圧変化ｄＶに対するバッテリーＢの蓄電量変化ｄＱの割合ｄＱ／ｄＶとの関係を示し、第１のＶ－ｄＱ／ｄＶカーブと称し得る。

制御部１２０は、第２容量カーブから単位時間ごとのバッテリーＢの電圧変化量ｄＶ及び蓄電量変化量ｄＱを決定し得る。制御部１２０は、第２容量カーブから決定される、単位時間ごとのバッテリーＢの電圧Ｖ、蓄電量Ｑ、電圧変化量ｄＶ及び蓄電量変化量ｄＱの対応関係を示す第２データセットをメモリ部１３０に保存し得る。

制御部１２０は、第２データセットから第２微分容量カーブを決定し得る。第２微分容量カーブは、第２期間中のバッテリーＢの電圧Ｖと、バッテリーＢの電圧変化ｄＶに対するバッテリーＢの蓄電量変化ｄＱの割合ｄＱ／ｄＶとの関係を示し、第２のＶ－ｄＱ／ｄＶカーブと称し得る。

メモリ部１３０は、制御部１２０に動作可能に結合する。メモリ部１３０は、センシング部１１０にも動作可能に結合し得る。メモリ部１３０は、センシング部１１０からのセンシング情報を保存するように構成される。メモリ部１３０は、制御部１２０による演算動作に要求されるデータ及びプログラムを保存し得る。メモリ部１３０は、制御部１２０による演算動作の結果を示すデータを保存し得る。

メモリ部１３０は、例えば、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ（登録商標）ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＳＤタイプ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ，ソリッドステートディスクタイプ）、ＳＤＤタイプ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ ｔｙｐｅ，シリコンディスクドライブタイプ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，ランダムアクセスメモリ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，スタティックランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，リードオンリメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，エレクトリカリーイレーサブルリードオンリメモリ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，プログラマブルリードオンリメモリ）の少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。

スイッチドライバー２００は、装置１００及びスイッチＳＷに電気的に結合する。スイッチドライバー２００は、装置１００からの命令に応じて、第１スイッチング信号または第２スイッチング信号をスイッチＳＷに選択的に出力するように構成される。

インターフェース部１４０は、制御部１２０と電気システム１の上位コントローラー２（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）との間の有線通信または無線通信を支援するように構成される。有線通信は、例えば、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信であり得、無線通信は、例えば、ジグビー（登録商標）やブルートゥース（登録商標）通信であり得る。勿論、制御部１２０と上位コントローラー２との間の有無線通信を支援するものであれば、通信プロトコールの種類は特に限定されない。インターフェース部１４０は、制御部１２０によって行われたバッテリーＢの退化度に関わるプロセスの結果を使用者が認識可能な形態で提供するディスプレイや、スピーカーなどのような出力デバイスを含み得る。インターフェース部１４０は、使用者からのデータを受けるマウス、キーボードなどのような入力デバイスを含み得る。

図２は、バッテリーが寿命初期状態であったときのバッテリーの容量カーブを例示的に示すグラフであり、図３は、図２の容量カーブから決定された微分容量カーブを例示的に示すグラフである。

バッテリーＢの最大容量Ｑ_ｍａｘは、バッテリーＢが満充電されたとき、即ち、バッテリーＢの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が１００％であるときのバッテリーＢの蓄電量である。バッテリーＢの最大容量Ｑ_ｍａｘは、バッテリーＢの退化につれて次第に減少する。

図２を参照すれば、容量カーブ２０１は、バッテリーＢが寿命初期状態（ＢＯＬ：Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）であったとき、バッテリーＢの充電状態を０％から１００％まで所定の電流レートの定電流で充電する過程によって取得された、バッテリーＢの電圧Ｖと蓄電量Ｑとの対応関係を示す。

容量カーブ２０２は、バッテリーＢが寿命初期状態であったとき、バッテリーＢの充電状態を１００％から０％まで所定の電流レートの定電流で放電する過程によって取得された、バッテリーＢの電圧Ｖと蓄電量Ｑとの対応関係を示す。

バッテリーＢのヒステリシス特性によって、０からＱｍａｘにおける少なくとも一部の蓄電量の範囲内で、同じ蓄電量における容量カーブ２０１の電圧と容量カーブ２０２の電圧との差が所定の臨界値以上になる。

図３を参照すれば、微分容量カーブ３０１は、容量カーブ２０１が示す電圧履歴と蓄電量履歴との関係から決定される。微分容量カーブ３０２は、容量カーブ２０２が示す電圧履歴と蓄電量履歴との関係から決定される。理解を助けるために、ｄＱ／ｄＶ＝０Ａｈ／Ｖである軸を基準で、微分容量カーブ３０１は上側に示し、微分容量カーブ３０２は下側に示した。

微分容量カーブ３０１に位置するピークＰ_ＣＩ＿１、Ｐ_ＣＩ＿２、Ｐ_ＣＩ＿３の総個数と、微分容量カーブ３０２に位置するピークＰ_ＤＩ＿１、Ｐ_ＤＩ＿２、Ｐ_ＤＩ＿３の個数とは、同一であり得る。微分容量カーブ３０１と微分容量カーブ３０２の各々に位置するピークの総個数は、バッテリーＢの電極材料などに依存する。したがって、バッテリーＢが退化しても微分容量カーブ３０１と微分容量カーブ３０２の各々に位置するピークの総個数は一定である。以下、微分容量カーブ３０１に示されるピークＰ_ＣＩ＿１、Ｐ_ＣＩ＿２、Ｐ_ＣＩ＿３の総個数と微分容量カーブ３０２に位置するピークＰ_ＤＩ＿１、Ｐ_ＤＩ＿２、Ｐ_ＤＩ＿３の総個数が、各々三つであると仮定する。

メモリ部１３０には、微分容量カーブ３０１に位置するピークＰ_ＣＩ＿１、Ｐ_ＣＩ＿２、Ｐ_ＣＩ＿３の各々の電圧値Ｖ_ＣＩ＿１、Ｖ_ＣＩ＿２、Ｖ_ＣＩ＿３を示す充電特徴値（「初期充電特徴値」とする。）が保存され得る。

メモリ部１３０には、微分容量カーブ３０２に位置するピークＰ_ＤＩ＿１、Ｐ_ＤＩ＿２、Ｐ_ＤＩ＿３の各々の電圧値Ｖ_ＤＩ＿１、Ｖ_ＤＩ＿２、Ｖ_ＤＩ＿３を示す放電特徴値（「初期放電特徴値」とする。）が保存され得る。

本発明の発明者は、バッテリーＢと同じ仕様のバッテリーに対する充電実験及び放電実験の結果から、バッテリーＢが退化するほどバッテリーＢのヒステリシス特性が深化するということを認識した。

図４は、バッテリーが寿命初期状態から退化したときのバッテリーの微分容量カーブを例示的に示すグラフである。

図４を参照すれば、微分容量カーブ４０１は、第１期間中の電圧履歴と蓄電量履歴との関係から決定される。微分容量カーブ４０２は、第２期間中の電圧履歴と蓄電量履歴との関係から決定される。理解を助けるために、ｄＱ／ｄＶ＝０を基準で、微分容量カーブ４０１は上側に示し、微分容量カーブ４０２は下側に示した。

微分容量カーブ４０１には、微分容量カーブ３０１に示されたピークＰ_ＣＩ＿１、Ｐ_ＣＩ＿２、Ｐ_ＣＩ＿３と同じ個数のピークＰ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＣＤ＿２、Ｐ_ＣＤ＿３が位置する。微分容量カーブ４０２には、微分容量カーブ３０２に示されたピークＰ_ＤＩ＿１、Ｐ_ＤＩ＿２、Ｐ_ＤＩ＿３と同じ個数のピークＰ_ＤＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿２、Ｐ_ＤＤ＿３が位置する。

微分容量カーブ４０１において、蓄電量が小さい順で、ピークＰ_ＣＤ＿１、ピークＰ_ＣＤ＿２及びピークＰ_ＣＤ＿３が位置する。微分容量カーブ４０１に示されたピークＰ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＣＤ＿２、Ｐ_ＣＤ＿３は、順番に微分容量カーブ３０１に示されたピークＰ_ＣＩ＿１、Ｐ_ＣＩ＿２、Ｐ_ＣＩ＿３に対応する。ピークＰ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＣＤ＿２、Ｐ_ＣＤ＿３の各々を「充電特徴点」とし、ピークＰ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＣＤ＿２、Ｐ_ＣＤ＿３の電圧値Ｖ_ＣＤ＿１、Ｖ_ＣＤ＿２、Ｖ_ＣＤ＿３の各々を「充電特徴値」とする。

微分容量カーブ４０２において、蓄電量が小さい順で、ピークＰ_ＤＤ＿１、ピークＰ_ＤＤ＿２及びピークＰ_ＤＤ＿３が位置する。微分容量カーブ４０２に示されたピークＰ_ＤＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿２、Ｐ_ＤＤ＿３は、順番に微分容量カーブ３０２に示されたピークＰ_ＤＩ＿１、Ｐ_ＤＩ＿２、Ｐ_ＤＩ＿３に対応する。ピークＰ_ＤＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿２、Ｐ_ＤＤ＿３の各々を「放電特徴点」とし、ピークＰ_ＤＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿２、Ｐ_ＤＤ＿３の電圧値Ｖ_ＤＤ＿１、Ｖ_ＤＤ＿２、Ｖ_ＤＤ＿３の各々を「放電特徴値」とする。

図２～図４を参照すれば、バッテリーＢが退化するほど、（Ｉ）微分容量カーブ４０１に位置するピークＰ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＣＤ＿２、Ｐ_ＣＤ＿３の充電特徴値Ｖ_ＣＤ＿１、Ｖ_ＣＤ＿２、Ｖ_ＣＤ＿３が、微分容量カーブ３０１の同順に位置するピークＰ_ＣＩ＿１、Ｐ_ＣＩ＿２、Ｐ_ＣＩ＿３の初期充電特徴値Ｖ_ＣＩ＿１、Ｖ_ＣＩ＿２、Ｖ_ＣＩ＿３から増加するということ、及び（ＩＩ）微分容量カーブ４０２に位置するピークＰ_ＤＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿２、Ｐ_ＤＤ＿３の放電特徴値Ｖ_ＤＤ＿１、Ｖ_ＤＤ＿２、Ｖ_ＤＤ＿３が、微分容量カーブ３０２の同順に位置するピークＰ_ＤＩ＿１、Ｐ_ＤＩ＿２、Ｐ_ＤＩ＿３の初期放電特徴値Ｖ_ＤＩ＿１、Ｖ_ＤＩ＿２、Ｖ_ＤＩ＿３から減少するということが分かる。即ち、バッテリーＢが退化するほど、微分容量カーブ４０１のピークＰ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＣＤ＿２、Ｐ_ＣＤ＿３は、高電圧帯域へシフトしていき、微分容量カーブ４０２のピークＰ_ＤＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿２、Ｐ_ＤＤ＿３は、低電圧帯域へシフトしていく。

本発明の発明者は、微分容量カーブ４０１及び微分容量カーブ４０２の同順（例えば、一番目）に示される二つのピーク（例えば、Ｐ_ＣＤ＿１、Ｐ_ＤＤ＿１）の電圧値（例えば、Ｖ_ＣＤ＿１、Ｖ_ＤＤ＿１）の間の差が、バッテリーＢの退化度と強い相関関係を有することを見い出した。

図５は、本発明の第１実施例によるバッテリーの退化度を決定するための方法を例示的に示すフローチャートである。図５の方法は、微分容量カーブに少なくとも一つのピークが示されるバッテリーＢの退化度を決定するのに活用され得る。

図１～図５を参照すれば、段階Ｓ５０２において、制御部１２０は、第１定電流で充電される第１期間中のバッテリーＢの電圧及び電流を示す第１センシング情報をセンシング部１１０から取得する。

段階Ｓ５０４において、制御部１２０は、第２定電流で放電される第２期間中のバッテリーＢの電圧及び電流を示す第２センシング情報をセンシング部１１０から取得する。

段階Ｓ５１２において、制御部１２０は、第１センシング情報に基づいてバッテリーＢの第１微分容量カーブを決定する。例えば、第１微分容量カーブは、図４の微分容量カーブ４０１であり得る。

段階Ｓ５１４において、制御部１２０は、第２センシング情報基づいてバッテリーＢの第２微分容量カーブを決定する。例えば、第２微分容量カーブは、図４の微分容量カーブ４０２であり得る。

段階Ｓ５２２において、制御部１２０は、第１微分容量カーブから充電特徴点（例えば、Ｐ_ＣＤ＿２）を検出する。充電特徴点（例えば、Ｐ_ＣＤ＿２）は、第１微分容量カーブの全てのピークのうち、蓄電量を基準で所定の順番（例えば、二番目）に位置するピークであり得る。

段階Ｓ５２４において、制御部１２０は、第２微分容量カーブから放電特徴点（例えば、Ｐ_ＤＤ＿２）を検出する。放電特徴点（例えば、Ｐ_ＤＤ＿２）は、第２微分容量カーブの全てのピークのうち、蓄電量を基準で所定の順番（例えば、二番目）に位置するピークであり得る。

段階Ｓ５３０において、制御部１２０は、主要差値に基づいてバッテリーＢの退化度を決定する。主要差値は、充電特徴値（例えば、Ｖ_ＣＤ＿２）と放電特徴値（例えば、Ｖ_ＤＤ＿２）との差の絶対値（例えば、｜Ｖ_ＣＤ＿２－Ｖ_ＤＤ＿２｜）である。充電特徴値（例えば、Ｖ_ＣＤ＿２）は充電特徴点（例えば、Ｐ_ＣＤ＿２）の電圧値であり、放電特徴値（例えば、Ｖ_ＤＤ＿２）は放電特徴点（例えば、Ｐ_ＤＤ＿２）の電圧値である。制御部１２０は、段階Ｓ５３０で決定された主要差値をインデックスとして用いて、主要差値と退化度との対応関係が記録されている第１データテーブルからバッテリーＢの退化度を決定する。

第１データテーブルは、メモリ部１３０に予め保存され得る。バッテリーＢのヒステリシス特性が強くなるほど、主要差値の増加する傾向がある。したがって、第１データテーブルにおいて、相対的に大きい主要差値は相対的に大きい退化度に関連しているといえる。

図６は、本発明の第２実施例によるバッテリーの退化度を決定するための方法を例示的に示すフローチャートである。図６の方法は、微分容量カーブに少なくとも二つのピークが示されるバッテリーＢの退化度を決定するのに活用され得る。

図１～図４及び図６を参照すれば、段階Ｓ６０２において、制御部１２０は、第１定電流で充電される第１期間中のバッテリーＢの電圧及び電流を示す第１センシング情報をセンシング部１１０から取得する。

段階Ｓ６０４において、制御部１２０は、第２定電流で放電される第２期間中のバッテリーＢの電圧及び電流を示す第２センシング情報をセンシング部１１０から取得する。

段階Ｓ６１２において、制御部１２０は、第１センシング情報に基づいて、バッテリーＢの第１微分容量カーブを決定する。例えば、第１微分容量カーブは、図４の微分容量カーブ４０１であり得る。

段階Ｓ６１４において、制御部１２０は、第２センシング情報に基づいてバッテリーＢの第２微分容量カーブを決定する。例えば、第２微分容量カーブは、図４の微分容量カーブ４０２であり得る。

段階Ｓ６２２において、制御部１２０は、第１微分容量カーブから第１～第ｎ充電特徴点を検出する。ｎは、２以上の自然数であって、第１微分容量カーブに位置するピークの総個数以下の個数を示す所定の値である。ｉ＝１～ｎであるとすれば、第ｉ充電特徴点は、蓄電量を基準で第１～第ｎ充電特徴点のうち第ｉ番目に位置するピークであり得る。

段階Ｓ６２４において、制御部１２０は、第２微分容量カーブから第１～第ｎ放電特徴点を検出する。第ｉ放電特徴点は、蓄電量を基準で第１～第ｎ放電特徴点のうち第ｉ番目に位置するピークであり得る。

段階Ｓ６３０において、制御部１２０は、第１～第ｎ主要差値に基づいてバッテリーＢの退化度を決定する。ｉ＝１～ｎであるとすれば、第ｉ主要差値は、第ｉ充電特徴値と第ｉ放電特徴値との差の絶対値であり得る。第ｉ充電特徴値は第ｉ充電特徴点の電圧値であり、第ｉ放電特徴値は第ｉ放電特徴点の電圧値である。その後、制御部１２０は、第１～第ｎ主要差値から第１退化ファクターを決定する。制御部１２０は、下記の数式２を用いて第１退化ファクターを決定できる。

数式２において、ΔＶｉは第ｉ主要差値、Ｖ_ＣＤ＿ｉは第ｉ充電特徴値、Ｖ_ＤＤ＿ｉは第ｉ放電特徴値、α_ｉは第ｉ所定の加重値、Ｆ_ｄｅｇは第１退化ファクターである。α_ｉは、バッテリーＢの退化による第ｉ充電特徴値の増加率及び第ｉ放電特徴値の減少率に基づいて予め決定された値であり得る。第ｉ充電特徴値の増加率は、第ｉ初期充電特徴値に対する第ｉ充電特徴値の割合であり得る。第ｉ放電特徴値の減少率は、第ｉ初期放電特徴値に対する第ｉ放電特徴値の割合であり得る。

例えば、ｎが２である場合、数式２は、下記の数式３で表され得る。

制御部１２０は、段階Ｓ６３０で決定された第１退化ファクターＦ_ｄｅｇをインデックスとして用いて、第１退化ファクターと退化度との対応関係が記録されている第２データテーブルからバッテリーＢの退化度を決定する。

第２データテーブルは、メモリ部１３０に予め保存され得る。バッテリーＢのヒステリシス特性が強くなるほど、第１～第ｎ主要差値の各々は増加する傾向がある。したがって、第２データテーブルにおいて、相対的に大きい第１退化ファクターは相対的に大きい退化度に関連しているといえる。

図７は、本発明の第３実施例によるバッテリーの退化度を決定するための方法を例示的に示すフローチャートである。図７の方法は、微分容量カーブに少なくとも一つのピークが示されるバッテリーＢの退化度を決定するのに活用され得る。

図１～図４及び図７を参照すれば、段階Ｓ７０２において、制御部１２０は、第１定電流で充電される第１期間中のバッテリーＢの電圧及び電流を示す第１センシング情報をセンシング部１１０から取得する。

段階Ｓ７０４において、制御部１２０は、第２定電流で放電される第２期間中のバッテリーＢの電圧及び電流を示す第２センシング情報をセンシング部１１０から取得する。

段階Ｓ７１２において、制御部１２０は、第１センシング情報に基づいてバッテリーＢの第１微分容量カーブを決定する。例えば、第１微分容量カーブは、図４の微分容量カーブ４０１であり得る。

段階Ｓ７１４において、制御部１２０は、第２センシング情報に基づいてバッテリーＢの第２微分容量カーブを決定する。例えば、第２微分容量カーブは、図４の微分容量カーブ４０２であり得る。

段階Ｓ７２２において、制御部１２０は、第１微分容量カーブから充電特徴点（例えば、Ｐ_ＣＤ＿２）を検出する。充電特徴点（例えば、Ｐ_ＣＤ＿２）は、第１微分容量カーブの全てのピークのうち、蓄電量を基準で所定の順番に位置するピークであり得る。

段階Ｓ７２４において、制御部１２０は、第２微分容量カーブから放電特徴点（例えば、Ｐ_ＤＤ＿２）を検出する。放電特徴点（例えば、Ｐ_ＤＤ＿２）は、第２微分容量カーブの全てのピークのうち、蓄電量を基準で所定の順番に位置するピークであり得る。

段階Ｓ７３０において、制御部１２０は、充電特徴値（例えば、Ｖ_ＣＤ＿２）と初期充電特徴値（例えば、Ｖ_ＣＩ＿２）との差の絶対値である第１サブ差値（例えば、｜Ｖ_ＣＤ＿２－Ｖ_ＣＩ＿２｜）及び放電特徴値（例えば、Ｖ_ＤＤ＿２）と初期放電特徴値（例えば、Ｖ_ＤＩ＿２）との差の絶対値である第２サブ差値（例えば、｜Ｖ_ＤＤ＿２－Ｖ_ＤＩ＿２｜）に基づいてバッテリーＢの退化度を決定する。

初期充電特徴値（例えば、Ｖ_ＣＩ＿２）は、微分容量カーブ３０１において所定の順番に位置するピーク（例えば、Ｐ_ＣＩ＿２）の電圧値であり得る。初期放電特徴値（例えば、Ｖ_ＤＩ＿２）は、微分容量カーブ３０２において所定の順番に位置するピーク（例えば、Ｐ_ＤＩ＿２）の電圧値であり得る。

充電特徴値（例えば、Ｖ_ＣＤ＿２）は、充電特徴点（例えば、Ｖ_ＣＤ＿２）の電圧値であり、放電特徴値（例えば、Ｖ_ＤＤ＿２）は、放電特徴点（例えば、Ｖ_ＤＤ＿２）の電圧値である。制御部１２０は、第１サブ差値と第１変換係数との積と、第２サブ差値と第２変換係数との積との合算値を、第２退化ファクターに決定し得る。第１変換係数と第２変換係数は、バッテリーＢの退化度が同一の場合における第１サブ差値と第２サブ差値が相異なるという点に着眼し、第１サブ差値と第２サブ差値との相対的な大きさを調節するための値である。第１変換係数は、バッテリーＢの退化度と第１サブ差値との対応関係に基づいて予め決定された正数であり得る。第２変換係数は、バッテリーＢの退化度と第２サブ差値との対応関係に基づいて予め決定された正数であり得る。

制御部１２０は、段階Ｓ７３０で決定された第２退化ファクターをインデックスとして用いて、第２退化ファクターと退化度との対応関係が記録されている第３データテーブルからバッテリーＢの退化度を決定する。

第３データテーブルは、メモリ部１３０に予め保存され得る。バッテリーＢのヒステリシス特性が強くなるほど、第１サブ差値と第２サブ差値とは相異なる速度で増加する傾向がある。したがって、第３データテーブルにおいて、相対的に大きい第２退化ファクターは、相対的に大きい退化度に関連しているといえる。

一方、第１サブ差値（例えば、｜Ｖ_ＣＤ＿２－Ｖ_ＣＩ＿２｜）及び第２サブ差値（例えば、｜Ｖ_ＤＤ＿２－Ｖ_ＤＩ＿２｜）のいずれか一つに対する他の一つの割合が所定の範囲を超える場合、制御部１２０は、バッテリーＢが非正常であると判定し得る。この場合、制御部１２０は、バッテリーＢの退化度を決定する代わりに、バッテリーＢが非正常であることを使用者に通知するためのメッセージを、インターフェース部１４０を用いて出力し得る。

第１～第３実施例の少なくとも一つによってバッテリーＢの退化度が決定された場合、制御部１２０は、バッテリーＢの退化度を使用者に通知するためのメッセージを、インターフェース部１４０を用いて出力し得る。

以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じて具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。

以上、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ず、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。

また、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。

Claims (11)

1. バッテリーの退化度を決定するための装置であって、
   前記バッテリーが第１定電流で充電される第１期間中の前記バッテリーの電圧及び電流を示す第１センシング情報及び第２定電流で放電される第２期間中の前記バッテリーの電圧及び電流を示す第２センシング情報を生成するように構成されるセンシング部と、
   前記センシング部に動作可能に結合する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記第１センシング情報に基づく前記バッテリーの第１微分容量カーブと、前記第２センシング情報に基づく前記バッテリーの第２微分容量カーブと、を決定するように構成され、
   前記第１微分容量カーブに基づく第１充電特徴点と、前記第２微分容量カーブに基づく第１放電特徴点と、を検出するように構成され、
   第１充電特徴値及び第１放電特徴値に基づいて前記バッテリーの退化度を決定するように構成され、
   前記第１充電特徴値は、前記第１充電特徴点の電圧値であり、
   前記第１放電特徴値は、前記第１放電特徴点の電圧値である、装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１微分容量カーブに位置する所定の個数のピークのうち、第１の位置におけるピークを前記第１充電特徴点として決定するように構成され、
   前記第２微分容量カーブに位置する所定の個数のピークのうち、前記第１の位置におけるピークを前記第１放電特徴点として決定するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記制御部は、前記第１充電特徴値と前記第１放電特徴値との差の絶対値を示す第１主要差値を決定するように構成される、請求項２に記載の装置。
4. 前記制御部は、前記第１主要差値をインデックスとして用い、第１主要差値と退化度との対応関係が記録されている第１データテーブルから前記バッテリーの退化度を決定するように構成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記制御部は、
   前記所定の個数が２以上である場合、前記第１微分容量カーブに位置する前記所定の個数のピークのうち、第２の位置におけるピークを第２充電特徴点として決定するように構成され、
   前記第２微分容量カーブに位置する前記所定の個数のピークのうち、前記第２の位置におけるピークを第２放電特徴点として決定するように構成され、
   第２充電特徴値と第２放電特徴値との差の絶対値を示す第２主要差値を決定するように構成され、
   前記第２充電特徴値は、前記第２充電特徴点の電圧値であり、
   前記第２放電特徴値は、前記第２放電特徴点の電圧値である、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記制御部は、
   前記所定の個数が２である場合、数式１を用いて第１退化ファクターを決定し、
   前記第１退化ファクターをインデックスとして用いて、第１退化ファクターと退化度との対応関係が記録されている第２データテーブルから前記バッテリーの退化度を決定するように構成される、装置であって、
   

   

   ΔＶ_ｉは第ｉ主要差値、α_ｉは第ｉ所定の加重値、Ｆ_ｄｅｇは前記第１退化ファクターである、請求項５に記載の装置。
7. 前記制御部は、
   前記第１充電特徴値と第１初期充電特徴値との差の絶対値を示す第１サブ差値を決定するように構成され、
   前記第１放電特徴値と第１初期放電特徴値との差の絶対値を示す第２サブ差値を決定するように構成され、
   前記第１サブ差値及び前記第２サブ差値に基づいて前記バッテリーの退化度を決定するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記制御部は、
   前記第１サブ差値と第１変換係数との積と、前記第２サブ差値と第２変換係数との積との合算値を、第２退化ファクターとして決定するように構成され、
   前記第２退化ファクターをインデックスとして用いて、第２退化ファクターと退化度との対応関係が記録されている第３データテーブルから前記バッテリーの退化度を決定するように構成される、請求項７に記載の装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の前記装置を含む、バッテリーパック。
10. バッテリーの退化度を決定するための方法であって、
    前記バッテリーが第１定電流で充電される第１期間中の前記バッテリーの電圧及び電流を示す第１センシング情報を取得する段階と、
    前記バッテリーが第２定電流で放電される第２期間中の前記バッテリーの電圧及び電流を示す第２センシング情報を取得する段階と、
    前記第１センシング情報に基づいて前記バッテリーの第１微分容量カーブを決定する段階と、
    前記第２センシング情報に基づいて前記バッテリーの第２微分容量カーブを決定する段階と、
    前記第１微分容量カーブから第１充電特徴点を検出する段階と、
    前記第２微分容量カーブから第１放電特徴点を検出する段階と、
    第１充電特徴値及び第１放電特徴値に基づいて前記バッテリーの退化度を決定する段階と、を含み、
    前記第１充電特徴値は、前記第１充電特徴点の電圧値であり、
    前記第１放電特徴値は、前記第１放電特徴点の電圧値である、方法。
11. 前記バッテリーの退化度を決定する段階は、
    前記第１充電特徴値と前記第１放電特徴値との差の絶対値を示す第１主要差値を決定する段階と、
    前記第１主要差値をインデックスとして用いて、第１主要差値と退化度との対応関係が記録されている第１データテーブルから前記バッテリーの退化度を決定する段階と、を含む、請求項１０に記載の方法。

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