JP2023503971A - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得し、獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、バッテリーの容量に対する微分電圧と容量との対応関係、またはバッテリーの電圧に対する微分容量と電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成するように構成されたプロファイル生成部と、プロファイル生成部から生成された微分プロファイルを受信し、受信した微分プロファイルの種類に対応する規則に従って受信した微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定し、受信した微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーの状態を判断するように構成された制御部と、を含む。
Description
本発明は、バッテリー管理装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーの微分プロファイルに基づいて多様な面でバッテリーの状態を判断するバッテリー管理装置及び方法に関する。
本出願は、２０２０年７月１６日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００８８３５５号及び２０２０年７月２３日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００９１８３０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ー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。
しかし、バッテリーは、充電や放電の反復によって退化が進み得る。例えば、バッテリーの正極側では、電解液が酸化するかまたは結晶構造が破壊され、バッテリーが退化し得る。負極側では、金属リチウムが析出されてバッテリーが退化し得る。従来には、バッテリーが充電される過程で獲得されたバッテリープロファイルに基づいてバッテリーの退化を診断した。
従来にも、バッテリーの微分プロファイルに含まれたピークの挙動に基づいてバッテリーの状態が診断されていた。但し、従来には、充電プロファイル（充電過程で獲得したプロファイル）または放電プロファイル（放電過程で獲得したプロファイル）を用いてバッテリーの状態が診断されるか、または各々のピーク別にバッテリーの正極の退化有無または負極の退化有無が制限的に診断されていた。
したがって、バッテリーの微分プロファイルに含まれたピークの挙動に基づいて、バッテリー状態をより正確に多様な面で診断するための技術の開発が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーに対する微分プロファイルに基づいて、バッテリーの状態を多様な面で判断するバッテリー管理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長所は、下記の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理解されるであろう。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。
本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得し、獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、バッテリーの容量に対する微分電圧と容量との対応関係、またはバッテリーの電圧に対する微分容量と電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成するように構成されたプロファイル生成部と、プロファイル生成部から生成された微分プロファイルを受信し、受信した微分プロファイルの種類に対応する規則に従って受信した微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定し、受信した微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーの状態を判断するように構成された制御部と、を含み得る。
制御部は、受信した微分プロファイルが微分電圧と容量との対応関係を示す微分電圧プロファイルである場合、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーの可用リチウムの損失有無を判断するように構成され得る。
制御部は、受信した微分プロファイルが、微分容量と電圧との対応関係を示す微分容量プロファイルである場合、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーの正極容量の損失有無及び可用リチウムの損失有無の少なくとも一つを判断するように構成され得る。
制御部は、微分電圧プロファイルの全体容量範囲のうち微分電圧プロファイルに対応する基準電圧ピークの容量に基づいてターゲット容量範囲を設定し、微分電圧プロファイルにおいて、ターゲット容量範囲に含まれたピークをターゲット電圧ピークに決定し、基準電圧ピーク及びターゲット電圧ピークに基づいて可用リチウムの損失有無を判断するように構成され得る。
基準電圧ピークは、微分電圧プロファイルに対応するように予め設定された基準電圧プロファイルにおいて、対応する容量が最も小さいピークに予め設定されるように構成され得る。
制御部は、バッテリーの放電終了容量から基準電圧ピークの容量を基準としてバッテリーの放電終了容量に対称的な容量までの容量範囲をターゲット容量範囲に設定するように構成され得る。
制御部は、決定されたターゲット電圧ピークの個数が一つであり、基準電圧ピークの微分電圧よりもターゲット電圧ピークの微分電圧が減少した場合、バッテリーの可用リチウムが損失されたと判断するように構成され得る。
制御部は、決定されたターゲット電圧ピークの個数が二つ以上である場合、バッテリーの可用リチウムが損失されたと判断するように構成され得る。
制御部は、微分容量プロファイルの全体電圧範囲のうち予め設定された電圧からバッテリーに対して予め設定された充電終了電圧までの電圧範囲をターゲット電圧範囲に設定し、微分容量プロファイルにおいてターゲット電圧範囲に含まれたピークをターゲット容量ピークに決定し、ターゲット容量ピーク及びターゲット容量ピークに対応するように予め設定された基準容量ピークに基づいて正極容量の損失有無及び可用リチウムの損失有無の少なくとも一つを判断するように構成され得る。
制御部は、微分容量プロファイルに対応するように予め設定された基準容量プロファイルにおいて、ターゲット電圧範囲に含まれたピークを基準容量ピークに設定するように構成され得る。
制御部は、基準容量ピークの微分容量をターゲット容量ピークの微分容量と比較した結果によってバッテリーの正極容量の損失有無を判断し、基準容量ピークの微分容量及び電圧をターゲット容量ピークの微分容量及び電圧と各々比較した結果によってバッテリーの可用リチウムの損失有無を判断するように構成され得る。
制御部は、ターゲット容量ピークの微分容量が基準容量ピークの微分容量よりも増加し、ターゲット容量ピークの電圧が基準容量ピークの電圧よりも減少した場合、バッテリーの可用リチウムが損失されたと判断するように構成され得る。
制御部は、ターゲット容量ピークの微分容量が基準容量ピークの微分容量よりも減少した場合、バッテリーの正極容量が損失されたと判断するように構成され得る。
制御部は、バッテリーの正極容量または可用リチウムが損失されたと判断された場合、バッテリーに対して予め設定された充電Ｃレートの臨界値及び放電Ｃレートの臨界値の少なくとも一つを変更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、本発明の一面によるバッテリー管理装置を含み得る。
本発明のさらに他面によるバッテリー管理方法は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得するバッテリープロファイル獲得段階と、バッテリープロファイル獲得段階で獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、バッテリーの容量に対する微分電圧と容量との対応関係、またはバッテリーの電圧に対する微分容量と電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、微分プロファイル生成段階で生成された微分プロファイルの種類に対応する規則に従って、生成された微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定するターゲットピーク決定段階と、生成された微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーの状態を判断するバッテリー状態判断段階と、を含み得る。
本発明の一面によると、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいて、正極容量の損失有無及び／または可用リチウムの損失有無が判断できるので、バッテリーの状態がより多様な面で判断されるという長所がある。即ち、本発明の一面によると、バッテリーの微分プロファイルに対する新しい解釈方法が提示される長所がある。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らか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。
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。
また、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。
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（接続）」されている場合も含む。
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説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００を概略的に示した図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１０の例示的構成を示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、プロファイル生成部１１０及び制御部１２０を含み得る。
プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得するように構成され得る。
ここで、バッテリーＢは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例で、リチウムイオンセルまたはリチウムポリマーセル一つがバッテリーＢとして看做され得る。
具体的には、バッテリープロファイルは、バッテリーＢが充電または放電される過程で測定されたバッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すように構成され得る。即ち、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢが充電または放電する過程で測定された電圧及び容量に対するバッテリープロファイルを獲得し得る。
図３は、本発明の一実施例によるバッテリープロファイル、正極プロファイル及び負極プロファイルを概略的に示した図である。具体的には、図３は、バッテリープロファイル、正極プロファイル及び負極プロファイルを容量と電圧との対応関係を示したグラフである。
望ましくは、バッテリープロファイルは、バッテリーＢが１Ｃ以下のＣレート（Ｃ－ｒａｔｅ）で充電または放電する過程で測定されたバッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すように構成され得る。より望ましくは、バッテリープロファイルは、バッテリーＢが０．０５ＣのＣレートで充電または放電する過程で測定されたバッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すように構成され得る。
図２の実施例において、充放電装置２０によってバッテリーＢが充電または放電され得る。測定部２００は、バッテリーＢと接続された複数のセンシングラインによってバッテリーＢの電圧を測定し得る。また、測定部２００は、電流測定ユニットＡを用いてバッテリーＢの容量を測定し得る。ここで、電圧の単位は［Ｖ］であり、容量Ｑの単位は［ｍＡｈ］であり得る。そして、測定部２００は、同一時点で測定したバッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを生成し、生成したバッテリープロファイルをプロファイル生成部１１０に送信し得る。例えば、バッテリープロファイルは、同一時点で測定された電圧値と容量値がマッピングされたテーブルであり得る。
また、プロファイル生成部１１０は、獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、バッテリーＢの容量に対する微分電圧と容量との対応関係、またはバッテリーＢの電圧に対する微分容量と電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成するように構成され得る。
ここで、微分電圧は、電圧を容量に対して微分したものであって、「ｄＶ／ｄＱ」で表われ、単位は［Ｖ／ｍＡｈ］であり得る。そして、微分電圧プロファイルは、Ｘを容量に設定し、Ｙを微分電圧に設定した場合のＸ－Ｙグラフで示され得る。
また、微分容量は、容量を電圧に対して微分したものであって、「ｄＱ／ｄＶ」表され、単位は［ｍＡｈ／Ｖ］であり得る。そして、微分容量プロファイルは、 Ｘを電圧に設定し、Ｙを微分容量に設定した場合のＸ－Ｙグラフで示され得る。
具体的には、プロファイル生成部１１０は、獲得したバッテリープロファイルを微分電圧プロファイルに変換し得る。プロファイル生成部１１０は、バッテリープロファイルから電圧と容量を抽出し、容量Ｑに対する微分電圧ｄＶ／ｄＱを算出し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの容量Ｑと微分電圧ｄＶ／ｄＱとの対応関係を示す微分電圧プロファイルを生成し得る。
また、プロファイル生成部１１０は、獲得したバッテリープロファイルを微分容量プロファイルに変換し得る。プロファイル生成部１１０は、バッテリープロファイルから電圧と容量を抽出し、電圧Ｖに対する微分容量ｄＱ／ｄＶを算出し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの電圧と微分容量ｄＱ／ｄＶとの対応関係を示す微分容量プロファイルを生成し得る。
制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から生成された微分プロファイルを受信するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０とプロファイル生成部１１０は、通信可能に互いに接続され得る。例えば、図２の実施例において、制御部１２０とプロファイル生成部１１０は互いに接続され、プロファイル生成部１１０は、生成した微分プロファイルを制御部１２０に送信し得る。
制御部１２０は、受信した微分プロファイルの種類に対応する規則に従って受信した微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定するように構成され得る。
例えば、制御部１２０がプロファイル生成部１１０から受信した微分プロファイルが微分電圧と容量との対応関係を示す微分電圧プロファイルである場合、制御部１２０は、微分電圧プロファイルのうちターゲット容量範囲に含まれたピークをターゲットピークに決定し得る。
他の例で、制御部１２０がプロファイル生成部１１０から受信した微分プロファイルが微分容量と電圧との対応関係を示す微分電圧プロファイルである場合、制御部１２０は、微分容量プロファイルのうちターゲット電圧範囲に含まれたピークをターゲットピークに決定し得る。微分電圧プロファイル及び微分容量プロファイルで決定されるターゲットピークは、図４～図９を参照して具体的に後述する。
制御部１２０は、受信した微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーＢの状態を判断するように構成され得る。
望ましくは、基準ピークは、微分プロファイルの種類に対応するように各々設定され得る。即ち、微分電圧プロファイルに対応するように設定された基準ピークと微分容量プロファイルに対応するように設定された基準ピークとは、互いに相違し得る。
例えば、制御部１２０は、受信した微分プロファイルが微分電圧プロファイルである場合、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーＢの可用リチウムの損失有無を判断するように構成され得る。
他の例で、制御部１２０は、受信した微分プロファイルが微分容量プロファイルである場合、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーＢの正極容量の損失有無及び可用リチウムの損失有無の少なくとも一つを判断するように構成され得る。
即ち、本発明の一面によると、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいて、正極容量の損失有無及び／または可用リチウムの損失有無が判断可能であるため、バッテリーＢの状態をより多様な面で判断できるという長所がある。
一方、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００に備えられた制御部１２０は、本発明で行われる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ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、特定用途向け集積回路）、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、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１２０は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。この際、プログラムモジュールはメモリーに保存され、制御部１２０によって実行され得る。メモリーは、制御部１２０の内部または外部にあってもよく、公知の多様な手段で制御部１２０と接続され得る。
また、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、制御部１２０に必要なプログラム及びデータなどを保存し得る。即ち、保存部１３０は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００の各構成要素が動作及び機能を行うのに必要なデータやプログラムまた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保存し得る。保存部１３０は、データを記録、消去、更新及び読出可能な公知の情報保存手段であれば、その種類は特に制限されない。一例として、情報保存手段には、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどが挙げられる。また、保存部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保存し得る。
例えば、図２の実施例において、保存部１３０は、プロファイル生成部１１０及び制御部１２０と各々接続され得る。そして、保存部１３０は、プロファイル生成部１１０が生成した微分プロファイルを保存し得る。制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から直接微分プロファイルを受信することもでき、保存部１３０にアクセスして微分プロファイルを獲得することもできる。
以下では、微分電圧プロファイルに基づいて、制御部１２０がバッテリーＢの状態を判断する実施例について説明する。また、以下では、微分電圧プロファイルに対応するターゲットピークをターゲット電圧ピークとして説明し、基準ピークを基準電圧ピークとして説明する。
具体的には、制御部１２０がターゲット電圧ピーク及び基準電圧ピークに基づいてバッテリーＢの可用リチウムの損失有無を判断する実施例について説明する。
図４は、本発明の一実施例による第１基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ１及び第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１を概略的に示した図である。
具体的には、図４は、ＢｏＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｆｅ）状態のバッテリーＢに対する第１基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ１と可用リチウムが損失されたバッテリーＢに対する第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１を示した図である。
例えば、図４を参照すると、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの容量Ｑと微分電圧ｄＶ／ｄＱとの対応関係を示す第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１を生成し得る。
制御部１２０は、微分電圧プロファイルの全体容量範囲のうち微分電圧プロファイルに対応する基準電圧ピークの容量に基づいてターゲット容量範囲を設定するように構成され得る。即ち、制御部１２０は、基準電圧ピークの容量に基づいて、微分電圧プロファイルの全体容量範囲のうちターゲット容量範囲を設定し得る。
具体的には、ターゲット容量範囲は、予め設定された基準電圧ピークの容量に基づいて設定され得る。例えば、ターゲット容量範囲は、予め設定されて制御部１２０に入力され、制御部１２０によって直接設定され得る。
例えば、図４の実施例において、ターゲット容量範囲ＱＲ１は、０ｍＡｈ以上Ｋ４ｍＡｈ以下の範囲に設定され得る。制御部１２０がターゲット容量範囲ＱＲ１を設定する具体的な実施例については、後述する。
制御部１２０は、微分電圧プロファイルにおいて、ターゲット容量範囲に含まれたピークをターゲット電圧ピークに決定するように構成され得る。
先ず、制御部１２０は、受信した微分電圧プロファイルで複数のピークを決定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、受信した微分電圧プロファイルにおいて容量に対する微分電圧の瞬間変化率を算出し得る。そして、制御部１２０は、算出した瞬間変化率が０である地点のうち、低容量側の容量に対する微分電圧の瞬間変化率は正数であり、高容量側の容量に対する微分電圧の瞬間変化率が負数である地点をピークとして決定し得る。即ち、制御部１２０は、微分電圧プロファイルにおいて上方へ膨らんでいる地点をピークに決定し得る。
例えば、図４の実施例において、制御部１２０は、第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１において複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５を決定し得る。複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、容量に対する微分電圧の瞬間変化率が０である地点であり、当該ピークを基準で低容量側の容量に対する微分電圧の瞬間変化率は正数であり、高容量側の容量に対する微分電圧の瞬間変化率は負数である。そして、制御部１２０は、第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１から決定した複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のうちターゲット容量範囲ＱＲ１に含まれたＰ１ピーク及びＰ２ピークをターゲット電圧ピークＴＶ１に決定し得る。
そして、制御部１２０は、基準電圧ピークに対するターゲット電圧ピークの挙動変化を判断するように構成され得る。
基準電圧ピークは、微分電圧プロファイルに対応するように予め設定された基準電圧プロファイルにおいて、対応する容量が最も小さいピークに予め設定され得る。ここで、基準電圧ピークは、予め設定されて制御部１２０に入力されるか、または制御部１２０が基準電圧プロファイルに含まれた複数のピークのうち対応する容量が最も小さいピークに設定し得る。望ましくは、基準電圧ピークは制御部１２０によって設定され得る。
また、基準電圧プロファイルは、基準セルを放電する過程で生成された微分プロファイルであり得る。ここで、基準セルは、バッテリーＢに対応するセルとして、ＢｏＬ状態のバッテリーＢや、基準電圧プロファイルを生成するために製作された別のバッテリーであり得る。但し、以下では、説明の便宜のために、基準セルをＢｏＬ状態のバッテリーＢとして説明する。
望ましくは、基準電圧プロファイルは、基準セルが１Ｃ以下のＣレートで放電する過程で測定された基準セルの電圧と容量に基づいて獲得された微分電圧プロファイルであり得る。より望ましくは、基準電圧プロファイルは、基準セルが０．０５ＣのＣレートで放電する過程で測定された基準セルの電圧と容量に基づいて獲得された微分電圧プロファイルであり得る。
例えば、図４の実施例において、第１基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ１には、複数のピークＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７が含まれ得る。複数のピークＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７のうち対応する容量が最も小さいＲ１ピークが基準電圧ピークＲＶ１に設定され得る。ここで、基準電圧ピークＲＶ１の容量は、Ｋ２ｍＡｈであり得る。
制御部１２０は、基準電圧ピーク及びターゲット電圧ピークに基づいて可用リチウムの損失有無を判断するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、基準電圧ピークに対するターゲット電圧ピークの挙動変化に基づいてバッテリーＢに含まれた可用リチウムの損失有無を診断するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、決定されたターゲット電圧ピークの個数が二つ以上である場合、バッテリーの可用リチウムが損失されたと診断するように構成され得る。
図４の実施例において、第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１のターゲット容量範囲ＱＲ１には、Ｐ１ピーク及びＰ２ピークが含まれ得る。即ち、Ｐ１ピーク及びＰ２ピークがターゲット電圧ピークＴＶ１であり得る。この場合、ターゲット電圧ピークＴＶ１の個数が複数であるため、制御部１２０は、バッテリーＢの状態を可用リチウムの損失状態に診断し得る。
図５は、本発明の一実施例による第２基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ２及び第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２を概略的に示した図である。
具体的には、図５はＢｏＬ状態のバッテリーＢに対する第２基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ２と可用リチウムが損失されたバッテリーＢに対する第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２を示した図である。
ここで、図４の実施例によるバッテリーＢと図５の実施例によるバッテリーＢとは、相違し得る。但し、説明の便宜のために、図４の実施例によるバッテリーＢと図５の実施例によるバッテリーＢの識別符号を「Ｂ」に統一して記述する。
図５の実施例において、第２基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ２には、複数のピークＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８が含まれ得る。そして、第２基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ２に含まれた複数のピークＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８のうち対応する容量が最も小さいＲ１ピークが基準電圧ピークＲＶ２として設定され得る。ここで、基準電圧ピークＲＶ２の容量は、Ｘ２ｍＡｈであり得る。
また、図５の実施例において、第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２には、複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７が含まれ得る。制御部１２０は、第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２のターゲット容量範囲ＱＲ２を０ｍＡｈ以上Ｘ３ｍＡｈ以下の容量範囲に設定し、ターゲット容量範囲ＱＲ２に含まれたＰ１ピークをターゲット電圧ピークＴＶ２に設定し得る。
制御部１２０は、決定されたターゲット電圧ピークの個数が一つであり、かつ基準電圧ピークの微分電圧よりもターゲット電圧ピークの微分電圧が減少した場合、可用リチウムが損失されたと診断するように構成され得る。
図５の実施例において、制御部１２０は、第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２に含まれたターゲット電圧ピークＴＶ２の個数が一つであるため、ターゲット電圧ピークＴＶ２と基準電圧ピークＲＶ２との微分電圧が比較可能である。ターゲット電圧ピークＴＶ２の微分電圧はＹ１であり、基準電圧ピークＲＶ２の微分電圧はＹ２である。即ち、ターゲット電圧ピークＴＶ２の微分電圧Ｙ１が基準電圧ピークＲＶ２の微分電圧Ｙ２よりも小さいため、制御部１２０は、バッテリーＢの状態を可用リチウムの損失状態に診断し得る。
図４及び図５を参照すると、制御部１２０は、微分電圧プロファイルに含まれたターゲット電圧ピークの個数が複数の場合にバッテリーＢの状態を可用リチウムの損失状態に診断し得る。また、制御部１２０は、微分電圧プロファイルに含まれたターゲット電圧ピークの個数が一つであり、かつターゲット電圧ピークの微分電圧が基準電圧ピークの微分電圧より小さい場合にも、バッテリーＢの状態を可用リチウムの損失状態に診断し得る。
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、基準電圧ピークに対するターゲット電圧ピークの挙動変化を判断し、判断結果としてバッテリーＢの可用リチウムが損失されたか否かを具体的に診断できる長所がある。即ち、バッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの退化原因を可用リチウムの損失と具体的に診断できる長所がある。
一方、制御部１２０は、基準電圧ピークの容量を中間値にする容量範囲をターゲット容量範囲に設定するように構成され得る。
より具体的には、制御部１２０は、バッテリーＢの放電終了容量ＥｏＤから基準電圧ピークの容量を基準として放電終了容量ＥｏＤに対称的な容量までの容量範囲をターゲット容量範囲に設定するように構成され得る。
図４の実施例において、放電終了容量ＥｏＤは、「０ｍＡｈ」であり、基準電圧ピークＲＶ１の容量は「Ｋ２ｍＡｈ」であり得る。また、Ｋ４ｍＡｈは、「２×Ｋ２ｍＡｈ」であり得る。したがって、ターゲット容量範囲ＱＲ１は、０ｍＡｈ以上Ｋ４ｍＡｈ以下の容量範囲に設定され得る。
図５の実施例において、放電終了容量ＥｏＤは、「０ｍＡｈ」であり、基準電圧ピークＲＶ２の容量は「Ｘ２ｍＡｈ」であり得る。また、Ｘ３ｍＡｈは、「２×Ｘ２ｍＡｈ」であり得る。したがって、ターゲット容量範囲ＱＲ２は、０ｍＡｈ以上Ｘ３ｍＡｈ以下の容量範囲に設定され得る。
例えば、バッテリーＢが充電または放電される過程で複数回の相平衡（Ｐｈａｓｅ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）が発生し得る。そして、相平衡が発生したとき、バッテリーＢの微分プロファイルにはピークが示され得る。即ち、バッテリーの内部で発生する相平衡は、バッテリーＢの微分プロファイルにおいてピークの形態で示され得る。
基準電圧ピークは、バッテリーＢが放電する過程で発生し得る複数回の相平衡のうち一対の低い容量で発生する相平衡に対応するピークに設定され得る。即ち、基準電圧ピークは、放電末期に発生する最後の相平衡に対応するピークに設定され得る。そして、制御部１２０は、基準電圧ピークに対応するターゲット電圧ピークを決定するために、基準電圧ピークの容量を基準として放電終了容量ＥｏＤに対称的な容量までの容量範囲をターゲット容量範囲に設定し得る。
例えば、図４の実施例において、Ｋ２ｍＡｈで基準セルの最後の相平衡が発生し、相平衡によって第１基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ１に示されたＲ１ピークが基準電圧ピークＲＶ１に設定され得る。そして、ターゲット容量範囲ＱＲ１は、０ｍＡｈ以上Ｋ４ｍＡｈ以下の容量範囲に設定され得る。
他の例で、図５の実施例において、Ｘ２ｍＡｈで基準セルの最後の相平衡が発生されており、相平衡によって第２基準電圧プロファイルＲ＿ｄＶｄＱ＿Ｐ２に示されたＲ１ピークが基準電圧ピークＲＶ２に設定され得る。そして、ターゲット容量範囲ＱＲ２は、０ｍＡｈ以上Ｘ３ｍＡｈ以下の容量範囲に設定され得る。
以下では、微分容量プロファイルに基づいて、制御部１２０がバッテリーＢの状態を判断する実施例について具体的に説明する。また、以下では、微分容量プロファイルに対応するターゲットピークをターゲット容量ピークとして説明し、基準ピークを基準容量ピークとして説明する。
具体的には、制御部１２０がターゲット容量ピーク及びターゲット容量ピークに対応するように予め設定された基準容量ピークに基づいてバッテリーＢの正極容量の損失有無及び可用リチウムの損失有無の少なくとも一つを判断する実施例について具体的に説明する。
図６は、本発明の一実施例による第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１及び第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１を概略的に示した図である。
具体的には、図６は、基準セル（例えば、ＢｏＬ状態のバッテリーＢ）に対する第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１と可用リチウムが損失されたバッテリーＢに対する第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１を示した図である。
より具体的には、図６において、上側の図面は、全体電圧範囲に対する第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１及び第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１であり、下側の図面は、ターゲット電圧範囲に対する第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１及び第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１を拡大して示した図である。
例えば、図６を参照すると、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの電圧と微分容量との対応関係を示す第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１を生成し得る。
制御部１２０は、受信した微分プロファイルの予め設定されたターゲット電圧範囲ＶＲにおいてターゲット容量ピークを決定するように構成され得る。
先ず、制御部１２０は、微分容量プロファイルの全体電圧範囲のうち予め設定された電圧からバッテリーに対して予め設定された充電終了電圧までの電圧範囲をターゲット電圧範囲ＶＲに設定するように構成され得る。
ここで、ターゲット電圧範囲ＶＲは、制御部１２０によって設定された電圧範囲であって、ターゲット容量ピークを決定するために予め設定された電圧範囲であり得る。
望ましくは、制御部１２０は、予め設定された電圧からバッテリーＢに対して予め設定された充電終了電圧までの電圧範囲をターゲット電圧範囲ＶＲに設定するように構成され得る。例えば、バッテリーＢに対して予め設定された充電終了電圧は、４．２Ｖであり得る。そして、制御部１２０によって予め設定された電圧は４．０Ｖであり得る。即ち、ターゲット電圧範囲ＶＲは、４．０Ｖ以上４．２Ｖ以下の電圧範囲であり得る。
そして、制御部１２０は、微分容量プロファイルにおいてターゲット電圧範囲に含まれたピークをターゲット容量ピークに決定するように構成され得る。
図６の実施例において、第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１のターゲット電圧範囲ＶＲに含まれたピークがターゲット容量ピークＴＱ１に決定され得る。ターゲット容量ピークＴＱ１の電圧は４．１１Ｖであり、微分容量は１０２ｍＡｈ／Ｖであり得る。
制御部１２０は、微分容量プロファイルに対応するように予め設定された基準容量プロファイルにおいてターゲット電圧範囲に含まれたピークを基準容量ピークに設定するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、受信した微分プロファイルに対応するように予め設定された基準容量プロファイルにおいて、ターゲット電圧範囲ＶＲに含まれたピークを基準容量ピークに予め設定するように構成され得る。他の例で、基準容量ピークは、基準容量プロファイルに基づいて予め設定された後、設定された基準容量ピークに対する情報が制御部１２０に提供され得る。
具体的には、基準容量プロファイルは、基準セルを充電する過程で生成された微分容量プロファイルであり得る。ここで、基準セルは、バッテリーＢに対応するセルであって、ＢｏＬ状態のバッテリーＢや、基準容量プロファイルを生成するために製作された別のセルであり得る。但し、以下では、説明の便宜のために、基準セルをＢｏＬ状態のバッテリーＢとして説明する。
望ましくは、基準容量プロファイルは、基準セルが１Ｃ以下のＣレートで充電される過程で測定された基準セルの電圧と容量に基づいて獲得された微分容量プロファイルであり得る。より望ましくは、基準容量プロファイルは、基準セルが０．０５ＣのＣレートで充電される過程で測定された基準セルの電圧と容量に基づいて獲得された微分容量プロファイルであり得る。
図７は、本発明の一実施例による第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１を示した図である。
図７の実施例において、バッテリーＢが充電される過程で４回の相平衡が発生し得る。バッテリーＢが２．５Ｖから４．２Ｖまで充電される過程で、３．３６Ｖで第１相平衡ピークＥ１が現れ、３．６２Ｖで第２相平衡ピークＥ２が現われ得る。また、３．９２Ｖで第３相平衡ピークＥ３が現われ、４．１２Ｖで第４相平衡ピークＥ４が現われ得る。
一般的には、第４相平衡ピークＥ４は、４．０Ｖ以上４．２Ｖ以下の充電末期に発生し得る。したがって、制御部１２０は、第４相平衡が発生し得る電圧範囲をターゲット電圧範囲ＶＲに設定し得る。そして、制御部１２０は、微分容量プロファイルのターゲット電圧範囲ＶＲに含まれるピークをターゲット容量ピークに決定し、基準容量プロファイルのターゲット電圧範囲ＶＲに含まれるピークを基準容量ピークに決定し得る。
例えば、図６の実施例において、制御部１２０は、測定部２００から受信した第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１のターゲット電圧範囲ＶＲで第１ターゲット容量ピークＴＱ１を決定し得る。また、制御部１２０は、第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１のターゲット電圧範囲ＶＲで第１基準容量ピークＲＱ１を決定し得る。具体的には、第１ターゲット容量ピークＴＱ１の電圧は４．１１Ｖであり、微分容量は１０２ｍＡｈ／Ｖであり得る。そして、第１基準容量ピークＲＱ１の電圧は４．１２Ｖであり、微分容量は９７ｍＡｈ／Ｖであり得る。
制御部１２０は、互いに対応する基準容量ピークとターゲット容量ピークの挙動変化に基づいて、バッテリーＢの正極容量の損失有無及び可用リチウムの損失有無を共に判断し得る。
一般的には、ターゲット電圧範囲ＶＲは、バッテリーＢの充電末期に対応する電圧範囲であるため、ターゲット電圧範囲ＶＲに属する第４相平衡ピークＥ４は、正極の状態を反映するピークである。したがって、第４相平衡ピークＥ４は、正極の状態変化を判断するのに用いられる。
これと異なり、制御部１２０は、第４相平衡ピークＥ４に対応する基準容量ピークに対するターゲット容量ピークの挙動変化に基づいて、正極容量の損失有無は勿論であり、可用リチウムの損失有無を共に判断することができる。
例えば、バッテリーＢの退化を診断する複数の項目のうち正極容量の損失有無は正極に関わる診断項目であり、可用リチウムの損失有無は、負極に関わる診断項目である。追加的な診断項目には、過電圧の有無及び負極に関わる負極容量の損失有無などがある。
即ち、制御部１２０は、バッテリーＢの正極の状態が反映されたターゲット容量ピークを用いて、正極に関わる正極容量の損失有無だけでなく、負極と関わる可用リチウムの損失有無を共に判断することができる。
具体的には、制御部１２０は、基準容量ピークの微分容量及び電圧をターゲット容量ピークの微分容量及び電圧と各々比較した結果によってバッテリーＢの可用リチウムの損失有無を判断するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、ターゲット容量ピークの微分容量が基準容量ピークの微分容量よりも増加し、ターゲット容量ピークの電圧が基準容量ピークの電圧よりも減少した場合、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断するように構成され得る。
図６の実施例において、制御部１２０は、第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１の第１基準容量ピークＲＱ１と第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１の第１ターゲットピークＴＱ１の電圧及び微分容量を比較した結果によってバッテリーＢの可用リチウムの損失有無を判断し得る。第１ターゲット容量ピークＴＱ１の微分容量は１０２ｍＡｈ／Ｖであり、電圧は４．１１Ｖであり得る。そして、第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量は９７ｍＡｈ／Ｖであり、電圧は４．１２Ｖであり得る。即ち、第１ターゲット容量ピークＴＱ１の微分容量（１０２ｍＡｈ／Ｖ）は、第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量（９７ｍＡｈ／Ｖ）よりも増加しており、第１ターゲット容量ピークＴＱ１の電圧（４．１１Ｖ）は、第１基準容量ピークＲＱ１の電圧（４．１２Ｖ）よりも減少したことから、制御部１２０は、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断し得る。
一般的には、可用リチウムが損失されると、第４相平衡が発生するバッテリーＢの電圧が減少し得る。具体的には、バッテリーＢの電圧は、正極電圧と負極電圧との差であり得る。例えば、バッテリーＢの電圧は、「正極電圧－負極電圧」の数式で表し得る。即ち、バッテリーＢの可用リチウムが損失されると、バッテリーＢの負極電圧が増加し、バッテリーＢの負極電圧が増加すると、「正極電圧－負極電圧」の数式によってバッテリーＢの電圧は減少し得る。具体的には、可用リチウムの損失とバッテリーＢの電圧との関係を、図３を参照して説明する。
例えば、図３の実施例において、バッテリーＢの可用リチウムが損失されると、正極プロファイルはそのまま維持されるが、負極プロファイルは全体的に右側へシフトされ得る。この場合、同じ容量で負極電圧が増加したため、バッテリーＢの電圧は、全体的に減少し得る。即ち、ＢｏＬ状態のバッテリーＢで第４相平衡が発生する電圧よりも可用リチウムが損失されたバッテリーＢで第４相平衡が発生する電圧が低くなり得る。したがって、図６の実施例において、第１ターゲット容量ピークＴＱ１の電圧は、第１基準容量ピークＲＱ１の電圧よりも低くなり得る。
また、可用リチウムが損失されると、バッテリーＢの発現容量が増加し得る。例えば、図３の実施例において、可用リチウムが損失されると、同じ容量で負極電圧が増加するため、同じ容量に対するバッテリーＢの電圧は減少し得る。言い換えれば、可用リチウムが損失されると、同じ電圧に対するバッテリーＢの発現容量は増加し得る。したがって、ＢｏＬ状態のバッテリーＢで第４相平衡が発生するときに発現される容量よりも可用リチウムが損失されたバッテリーＢで第４相平衡が発生するときに発現される容量が増加し得る。そして、バッテリーＢの発現容量は、微分容量プロファイルの微分容量と関連している。即ち、図６の実施例において、可用リチウムが損失されたバッテリーＢに対する第１ターゲット容量ピークＴＱ１の微分容量は、第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量よりも大きくなり得る。
したがって、図６の実施例において、制御部１２０は、第１ターゲット容量ピークＴＱ１と第１基準容量ピークＲＱ１との微分容量と電圧を比較した結果によって、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断できる。
また、制御部１２０は、基準容量ピークの微分容量をターゲット容量ピークの微分容量と比較した結果によってバッテリーＢの正極容量の損失有無を判断するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、ターゲット容量ピークの微分容量が基準容量ピークの微分容量よりも減少した場合、バッテリーＢの正極容量が損失されたと判断するように構成され得る。
図３の実施例において、正極容量が損失されると、負極プロファイルは、そのまま維持されるが、正極プロファイルは全体的に左側へシフトされ得る。この場合、同じ容量に対して正極電圧が増加するため、同じ容量に対するバッテリーＢの電圧が増加し得る。即ち、正極容量が損失されると、同じ電圧に対するバッテリーＢの発現容量は、減少し得る。したがって、ＢｏＬ状態のバッテリーＢにおいて第４相平衡が発生するときに発現される容量よりも正極容量が損失されたバッテリーＢで第４相平衡が発生するときに発現される容量が減少し得る。
図８は、本発明の一実施例による第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１及び第２微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ２を概略的に示した図である。
具体的には、図８は、ＢｏＬ状態のバッテリーＢに対する第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１と正極容量が損失されたバッテリーＢに対する第２微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ２を示した図である。図６～図８の第１基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ１は、同一であり得る。
例えば、図８の実施例において、第１基準容量ピークＲＱ１及び第２ターゲット容量ピークＴＱ２の電圧は、４．１２Ｖで同一であり得る。そして、第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量は９７ｍＡｈであり、第２ターゲット容量ピークＴＱ２の微分容量は９２ｍＡｈであり得る。
前述したように、バッテリーＢの発現容量は、微分容量プロファイルの微分容量と関連してため、図８の実施例において、正極容量が損失されたバッテリーＢに対する第２ターゲット容量ピークＴＱ２の微分容量（９２Ｖ／ｍＡｈ）は、ＢｏＬ状態のバッテリーＢに対する第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量（９７Ｖ／ｍＡｈ）よりも小さい。したがって、図８の実施例において、制御部１２０は、バッテリーＢの正極容量が損失されたと判断し得る。
望ましくは、バッテリーＢが充電される過程で第４相平衡が発生するためには、バッテリーＢの正極材に含まれたニッケルの含有量が８０％以上であり得る。
即ち、ターゲット容量ピークは、ニッケル含有量が８０％以上である正極材が含まれたバッテリーＢの微分容量プロファイルにおいてターゲット電圧範囲ＶＲに現れるピークであり得る。例えば、バッテリーＢは、ＮＣＭ８１１またはＮＣＭ９１／２１／２など、ニッケルの含有量が８０％以上である正極材を含み得る。ここで、ＮはニッケルＮｉであり、Ｃはコバルト（Ｃｏ）であり、Ｍはマンガン（Ｍｎ）である。
具体的には、正極材に含まれたニッケルの含有量が８０％以上であれば、第４相平衡ピークＥ４に対応するターゲット容量ピークが明確に制御部１２０によって決定され得る。
ここで、ターゲット容量ピークは、電圧に対する微分容量の瞬間変化率が０であり、かつ低電圧側の電圧に対する微分容量の瞬間変化率は正数であり、高電圧側の電圧に対する微分容量の瞬間変化率は負数であるポイントであり得る。例えば、図６及び図８の実施例において、ターゲット容量ピークは、上方へ膨らんだ概形のピークであり得る。
一方、正極材に含まれたニッケルの含有量が８０％未満であれば、第４相平衡が発生しないことがあり、第４相平衡が発生するとしても対応するターゲット容量ピークが生成されない場合があり得る。即ち、第４相平衡が発生しても、電圧に対する微分容量の瞬間変化率が０であり、かつ低電圧側の電圧に対する微分容量の瞬間変化率は正数であり、高電圧側の電圧に対する微分容量の瞬間変化率は負数であるポイントが生成されないことがある。
したがって、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、正極材に含まれたニッケルの含有量が８０％以上であるバッテリーＢを用いることから、微分容量プロファイルにおいてターゲット容量ピークを明確に決定できる。これによって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーＢの正極容量の損失有無及び可用リチウムの損失有無をより正確に判断可能である。
図９は、本発明の一実施例による第２基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ２及び第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３を概略的に示した図である。
具体的には、図９は、ＢｏＬ状態のバッテリーＢに対する第２基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ２及び可用リチウムが損失されたバッテリーＢに対する第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３を示した図である。
より具体的には、図９の上側の図面は、全体電圧範囲に対する第２基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ２及び第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３であり、下側の図面はターゲット電圧範囲に対する第２基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ２及び第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３を拡大した示した図である。
また、図９の実施例において、バッテリーＢは、グラファイト及びＳｉＯが混合された複合負極材を含み得る。ここで、バッテリーＢの負極材に含まれたグラファイトとＳｉＯの割合は、９：１（グラファイト：ＳｉＯ）であり得る。そして、バッテリーＢの正極材に含まれたニッケルの含有量は８０％であり得る。例えば、バッテリーＢには、ＮＣＭ８１１またはＮＣＭ９１／２１／２など、ニッケルの含有量が８０％以上である正極材が含まれ得る。
図９を参照すると、複合負極材が含まれたバッテリーＢの第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３においても、ターゲット電圧範囲ＶＲに第３ターゲット容量ピークＴＱ３が含まれ得る。制御部１２０は、第２基準容量プロファイルＲ＿ｄＱｄＶ＿Ｐ２のターゲット電圧範囲ＶＲで予め設定された第２基準容量ピークＲＱ２に対する第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３のターゲット電圧範囲ＶＲで決定した第３ターゲット容量ピークＴＱ３の挙動変化を判断し得る。
具体的には、第３ターゲット容量ピークＴＱ３の電圧が第２基準容量ピークＲＱ２の電圧よりも減少しており、第３ターゲット容量ピークＴＱ３の微分容量は、第２基準容量ピークＲＱ２の微分容量よりも増加した。したがって、制御部１２０は、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断し得る。
制御部１２０は、バッテリーＢの正極容量または可用リチウムが損失されたと判断された場合、バッテリーＢに対して予め設定された充電Ｃレートの上限臨界値及び放電Ｃレートの上限臨界値の少なくとも一つを変更するように構成され得る。
望ましくは、制御部１２０は、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたか、または正極容量が減少したと判断した場合、充電Ｃレートの上限臨界値及び放電Ｃレートの上限臨界値を変更してバッテリーＢの退化速度を緩めることができる。
例えば、制御部１２０は、バッテリーＢの充電Ｃレートの上限臨界値及び放電Ｃレートの上限臨界値を各々、現在設定された値の９０％となる値に変更し得る。
即ち、バッテリーＢのバッテリーＢの正極容量または可用リチウムが損失されたと判断された場合、バッテリー管理装置１００は、充放電Ｃレートの上限臨界値を変更することで、バッテリーＢが現在設定された充放電Ｃレートよりも低いＣレートで充放電されるように誘導し得る。これによって、バッテリーＢがより低いＣレートで充電及び放電可能になるので、バッテリーＢの退化速度を緩めることができる。
また、本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１０に備えられ得る。例えば、図２を参照すると、本発明によるバッテリーパック１０は、バッテリー管理装置１００、一つ以上のバッテリーＢ及び測定部２００を含み得る。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み得る。
そして、バッテリーパック１０には、バッテリーＢを充電及び／または放電させる充放電装置２０が接続され得る。例えば、バッテリーパック１０の正極端子Ｐ＋と負極端子Ｐ－には、充放電装置２０が接続され得る。
図１０は、本発明の他の実施例によるバッテリー管理方法を概略的に示した図である。
バッテリー管理方法の各段階は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００によって行われ得る。以下では、説明の便宜のために、前述した内容と重複する内容は簡略に説明するか、または省略する。
図１０を参照すると、バッテリー管理方法は、バッテリープロファイル獲得段階Ｓ１００、微分プロファイル生成段階Ｓ２００、ターゲットピーク決定段階Ｓ３００及びバッテリー状態判断段階Ｓ４００を含み得る。
バッテリープロファイル獲得段階Ｓ１００は、バッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得する段階であり、プロファイル生成部１１０によって行われ得る。
例えば、図３の実施例において、プロファイル生成部１１０は、測定部２００からバッテリーＢの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得し得る。
微分プロファイル生成段階Ｓ２００は、獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、バッテリーＢの容量に対する微分電圧とバッテリーＢの容量との対応関係を示す微分電圧プロファイル及びバッテリーＢの電圧に対する微分容量と電圧との対応関係を示す微分電圧プロファイルのうち少なくとも一つを生成する段階であり、プロファイル生成部１１０によって行われ得る。
例えば、図４の実施例において、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの容量と微分電圧との対応関係を示す第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１を生成し得る。また、図５の実施例において、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの容量と微分電圧との対応関係を示す第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２を生成し得る。
他の例で、図６の実施例において、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの電圧と微分容量との対応関係を示す第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１を生成し得る。また、図８の実施例において、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの電圧と微分容量との対応関係を示す第２微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ２を生成し得る。また、図９の実施例において、プロファイル生成部１１０は、バッテリーＢの電圧と微分容量との対応関係を示す第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３を生成し得る。
ターゲットピーク決定段階Ｓ３００は、微分プロファイル生成段階Ｓ２００で生成された微分プロファイルの種類に対応する規則に従って、生成された微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定する段階であって、制御部１２０によって行われ得る。
例えば、制御部１２０がプロファイル生成部１１０から微分電圧プロファイルを受信した場合、制御部１２０は、微分電圧プロファイルの全体容量区間のうちターゲット容量範囲に含まれたピークをターゲット電圧ピークに決定し得る。
図４の実施例において、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１を受信し、第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１のターゲット容量範囲ＱＲ１に含まれた第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２をターゲット電圧ピークＴＶ１に決定し得る。
図５の実施例において、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２を受信し、第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２のターゲット容量範囲ＱＲ２に含まれた第１ピークＰ１をターゲット電圧ピークＴＶ２に決定し得る。
他の例で、制御部１２０がプロファイル生成部１１０から微分容量プロファイルを受信した場合、制御部１２０は、微分容量プロファイルの全体容量区間のうちターゲット電圧範囲に含まれたピークをターゲット容量ピークに決定し得る。
図６の実施例において、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１を受信し、第１微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ１のターゲット電圧範囲ＶＲに含まれたピークをターゲット容量ピークＴＱ１に決定し得る。
図８の実施例において、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から第２微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ２を受信し、第２微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ２のターゲット電圧範囲ＶＲに含まれたピークをターゲット容量ピークＴＱ２に決定し得る。
図９の実施例において、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３を受信し、第３微分容量プロファイルｄＱｄＶ＿Ｐ３のターゲット電圧範囲ＶＲに含まれたピークをターゲット容量ピークＴＱ３に決定し得る。
バッテリー状態判断段階Ｓ４００は、生成された微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいてバッテリーＢの状態を判断する段階であり、制御部１２０によって行われ得る。
具体的には、制御部１２０は、基準ピークに対するターゲットピークの挙動変化に基づいて、バッテリーＢの正極容量の損失有無及び／または可用リチウムの損失有無を判断し得る。
例えば、制御部１２０がプロファイル生成部１１０から微分電圧プロファイルを受信した場合、制御部１２０は、ターゲット電圧ピークの個数及びターゲット電圧ピークの微分電圧に基づいて、バッテリーＢの可用リチウムの損失有無を判断し得る。
図４の実施例において、第１微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ１に含まれた第１ターゲット容量ピークＴＶ１の個数は複数であるため、制御部１２０は、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断し得る。
図５の実施例において、第２微分電圧プロファイルｄＶｄＱ＿Ｐ２に含まれた第２ターゲット容量ピークＴＶ２の個数は一つである。但し、第２ターゲット容量ピークＴＶ２の微分電圧が第２基準電圧ピークＲＶ２の微分電圧よりも小さいため、制御部１２０は、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断し得る。
他の例で、制御部１２０がプロファイル生成部１１０から微分容量プロファイルを受信した場合、制御部１２０は、ターゲット容量ピークの電圧と微分容量に基づいて、バッテリーＢの可用リチウムの損失有無及び／または正極容量の損失有無を判断し得る。
図６の実施例において、第１ターゲット容量ピークＴＱ１の微分容量（１０２ｍＡｈ／Ｖ）が第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量（９７ｍＡｈ／Ｖ）よりも大きく、第１ターゲット容量ピークＴＱ１の電圧（４．１１Ｖ）が第１基準容量ピークＲＱ１の電圧（４．１２Ｖ）よりも小さいことから、制御部１２０はバッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断し得る。
図８の実施例において、第２ターゲット容量ピークＴＱ２の電圧と第１基準容量ピークＲＱ１の電圧が４．１２Ｖで同一であるが、第２ターゲット容量ピークＴＱ２の微分容量（９２ｍＡｈ／Ｖ）が第１基準容量ピークＲＱ１の微分容量（９７ｍＡｈ／Ｖ）よりも小さいことから、制御部１２０は、バッテリーＢの正極容量が損失されたと判断し得る。
図９の実施例において、第３ターゲット容量ピークＴＱ３の微分容量が第２基準容量ピークＲＱ２の微分容量よりも大きく、第３ターゲット容量ピークＴＱ３の電圧が第２基準容量ピークＲＱ２の電圧よりも小さいことから、制御部１２０は、バッテリーＢの可用リチウムが損失されたと判断し得る。
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 (15)
- バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得し、
獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、前記バッテリーの容量に対する微分電圧と前記容量との対応関係、または前記バッテリーの電圧に対する微分容量と前記電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成するように構成されたプロファイル生成部と、
前記プロファイル生成部から生成された微分プロファイルを受信し、
受信した微分プロファイルの種類に対応する規則に従って前記受信した微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定し、
前記受信した微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対する前記ターゲットピークの挙動変化に基づいて前記バッテリーの状態を判断するように構成された制御部と、を含む、バッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記受信した微分プロファイルが前記微分電圧と前記容量との対応関係を示す微分電圧プロファイルである場合、
前記基準ピークに対する前記ターゲットピークの挙動変化に基づいて前記バッテリーの可用リチウムの損失有無を判断し、
前記受信した微分プロファイルが、前記微分容量と前記電圧との対応関係を示す微分容量プロファイルである場合、
前記基準ピークに対する前記ターゲットピークの挙動変化に基づいて前記バッテリーの正極容量の損失有無及び前記可用リチウムの損失有無の少なくとも一つを判断するように構成された、請求項１に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記微分電圧プロファイルの全体容量範囲のうち前記微分電圧プロファイルに対応する基準電圧ピークの容量に基づいてターゲット容量範囲を設定し、
前記微分電圧プロファイルにおいて、前記ターゲット容量範囲に含まれたピークをターゲット電圧ピークに決定し、
前記基準電圧ピーク及び前記ターゲット電圧ピークに基づいて前記可用リチウムの損失有無を判断するように構成された、請求項２に記載のバッテリー管理装置。 - 前記基準電圧ピークは、
前記微分電圧プロファイルに対応するように予め設定された基準電圧プロファイルにおいて、対応する容量が最も小さいピークに予め設定されるように構成された、請求項３に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記バッテリーの放電終了容量から前記基準電圧ピークの容量を基準として前記バッテリーの放電終了容量に対称的な容量までの容量範囲を前記ターゲット容量範囲に設定するように構成された、請求項３または４に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記決定されたターゲット電圧ピークの個数が一つであり、前記基準電圧ピークの微分電圧よりも前記ターゲット電圧ピークの微分電圧が減少した場合、前記バッテリーの可用リチウムが損失されたと判断するように構成された、請求項３から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記決定されたターゲット電圧ピークの個数が二つ以上である場合、前記バッテリーの可用リチウムが損失されたと判断するように構成された、請求項３から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記微分容量プロファイルの全体電圧範囲のうち予め設定された電圧から前記バッテリーに対して予め設定された充電終了電圧までの電圧範囲をターゲット電圧範囲に設定し、
前記微分容量プロファイルにおいて前記ターゲット電圧範囲に含まれたピークをターゲット容量ピークに決定し、
前記ターゲット容量ピーク及び前記ターゲット容量ピークに対応するように予め設定された基準容量ピークに基づいて前記正極容量の損失有無及び前記可用リチウムの損失有無の少なくとも一つを判断するように構成された、請求項２から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記微分容量プロファイルに対応するように予め設定された基準容量プロファイルにおいて、前記ターゲット電圧範囲に含まれたピークを前記基準容量ピークに設定するように構成された、請求項８に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記基準容量ピークの微分容量を前記ターゲット容量ピークの微分容量と比較した結果によって前記バッテリーの正極容量の損失有無を判断し、
前記基準容量ピークの微分容量及び電圧を前記ターゲット容量ピークの微分容量及び電圧と各々比較した結果によって前記バッテリーの可用リチウムの損失有無を判断するように構成された、請求項８または９に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲット容量ピークの微分容量が前記基準容量ピークの微分容量よりも増加し、
前記ターゲット容量ピークの電圧が前記基準容量ピークの電圧よりも減少した場合、
前記バッテリーの可用リチウムが損失されたと判断するように構成された、請求項８から１０のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲット容量ピークの微分容量が前記基準容量ピークの微分容量よりも減少した場合、前記バッテリーの正極容量が損失されたと判断するように構成された、請求項８から１１のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御部は、
前記バッテリーの前記正極容量または前記可用リチウムが損失されたと判断された場合、前記バッテリーに対して予め設定された充電Ｃレートの臨界値及び放電Ｃレートの臨界値の少なくとも一つを変更するように構成された、請求項２から１２のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。 - 請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
- バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを獲得するバッテリープロファイル獲得段階と、
前記バッテリープロファイル獲得段階で獲得されたバッテリープロファイルに基づいて、前記バッテリーの容量に対する微分電圧と前記容量との対応関係、または前記バッテリーの電圧に対する微分容量と前記電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、
前記微分プロファイル生成段階で生成された微分プロファイルの種類に対応する規則に従って前記生成された微分プロファイルに含まれたターゲットピークを決定するターゲットピーク決定段階と、
前記生成された微分プロファイルの種類に対応するように予め設定された基準ピークに対する前記ターゲットピークの挙動変化に基づいて前記バッテリーの状態を判断するバッテリー状態判断段階と、を含む、バッテリー管理方法。
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