JP2023527335A - バッテリー診断装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置は、バッテリーの電圧に対する微分容量とバッテリーの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微分プロファイルを受信し、微分プロファイルからターゲットピークを決定し、予め設定された基準プロファイルに含まれた基準ピークを基準にしてターゲットピークの挙動パターンを決定し、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較してバッテリーの負極の状態を診断するように構成された制御部と、を含む。
Description
本出願は、２０２０年１２月７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１６９９１７号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
本発明は、バッテリー診断装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーの負極の状態を診断することができるバッテリー診断装置及び方法に関する。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、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て、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。
現在、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のバッテリーが商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、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。
バッテリーの充電中に、バッテリーの内部では分極現象が発生する。分極現象は、バッテリーの多様な抵抗成分（例えば、オーム抵抗、電荷伝達抵抗、拡散抵抗）に依存する。充電中のバッテリー電圧が開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）よりも高いことは、分極現象によって過電圧（ｏｖｅｒ－ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が形成されるためである。
バッテリーが退化するほど、分極現象が深刻になる傾向がある。したがって、充電条件（例えば、充電電流、温度）が同一であっても、バッテリーの退化度が高いほど過電圧の大きさが増加し得る。過電圧が過度に大きく増加すると、バッテリーの退化が加速化する問題がある。例えば、充電中にバッテリーの負極の電圧は徐々に低くなるが、過電圧によってバッテリーの負極の電圧が０Ｖ以下に低下すると、負極の表面へのリチウム金属の析出が速まり、結果的に充放電反応に参加可能なリチウムイオンの損失量が増加するおそれがある。
また、バッテリーの負極（例えば、黒鉛）は、初期充放電過程で収縮及び膨張を通じて反応面積が増加する安定化過程を経る。安定化過程において、負極の反応面積の増加によって負極の過電圧は初期に比べて減少し得る。すなわち、初期充放電過程での負極の反応面積の増加は、負極の収縮及び膨張に起因したものであって、過電圧を減少させる。
逆に、負極の過電圧は、バッテリーの退化とともに徐々に増加し得る。例えば、バッテリーの退化による電解質の還元分解、ＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）の生成などの影響で負極の過電圧が徐々に増加し得る。
したがって、バッテリーの急激な退化を防止し、バッテリーの寿命を増大させるため、安定化過程及びバッテリー退化によって引き起こされる相違に基づいて、バッテリーの負極の状態をより具体的に診断できる技術開発が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの電圧及び容量に基づいて、バッテリーの負極の状態を具体的に診断することができるバッテリー診断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、本発明の実施形態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。
本発明の一態様によるバッテリー診断装置は、バッテリーの電圧に対する微分容量とバッテリーの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微分プロファイルを受信し、微分プロファイルからターゲットピークを決定し、予め設定された基準プロファイルに含まれた基準ピークを基準にしてターゲットピークの挙動パターンを決定し、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較してバッテリーの負極の状態を診断するように構成された制御部と、を含む。
制御部は、複数の挙動類型のうち、挙動パターンに対応する挙動類型に応じてバッテリーの負極の状態を過電圧状態または安定化状態と診断するように構成され得る。
複数の挙動類型は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧を超過し、且つ、ターゲットピークの微分容量が基準ピークの微分容量未満である第１挙動類型と、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧未満であって、ターゲットピークの微分容量が基準ピークの微分容量以上である第２挙動類型と、を含み得る。
制御部は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが第１挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが第２挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態を安定化状態と診断するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークの電圧を基準にして所定の電圧区間内に複数のピークが存在する場合、複数のピークを選択し、選択された複数のピークのそれぞれの微分容量が基準ピークの微分容量未満であって、複数のピークのそれぞれの電圧が基準ピークの電圧を超過する場合、バッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが第１挙動類型に対応する場合、所定の電圧区間内で複数のピークを決定するように構成され得る。
制御部は、微分プロファイルから電圧が相異なる第１ターゲットピーク及び第２ターゲットピークを決定し、基準プロファイルに含まれた第１基準ピークに対する第１ターゲットピークの第１挙動パターン及び基準プロファイルに含まれた第２基準ピークに対する第２ターゲットピークの第２挙動パターンを決定し、第１挙動パターン及び第２挙動パターンが両方とも第２挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態を安定化状態と診断するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが第２挙動類型に対応する場合、第１ターゲットピーク及び第２ターゲットピークを決定するように構成され得る。
制御部は、バッテリーの負極の状態が安定化状態と診断された場合、バッテリーの可用ＳＯＣ区間及び最大許容温度の少なくとも一つを減少させるように構成され得る。
制御部は、微分プロファイルから微分容量が最大であるピークをターゲットピークとして決定するように構成され得る
本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるバッテリー診断装置を含む。
本発明のさらに他の一態様によるバッテリー診断方法は、バッテリーの電圧に対する微分容量とバッテリーの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、微分プロファイルから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、予め設定された基準プロファイルに含まれた基準ピークを基準にしてターゲットピークの挙動パターンを決定する挙動パターン決定段階と、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較してバッテリーの負極の状態を診断する負極状態診断段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーの電圧及び容量に基づいて、バッテリーの負極の状態を過電圧状態または安定化状態と診断することができる。
また、本発明の一態様によれば、診断されたバッテリーの負極の状態に応じてバッテリーに対応する使用条件を設定できるため、バッテリーの退化が防止されて寿命が増大されるという長所がある。
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、後述する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り、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。
本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、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形態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形態に過ぎず、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、本発明の説明において、関連する公知の構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
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のある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書に記載された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意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけでなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」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形態を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００を概略的に示した図である。
図１を参照すると、バッテリー診断装置１００は、プロファイル生成部１１０及び制御部１２０を含む。
プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧に対する微分容量とバッテリーの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、バッテリーは、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。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーとして見なし得る。
具体的には、プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示す電圧プロファイルを取得し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧に対して容量を微分して微分容量（ｄＱ／ｄＶ）を算出し得る。プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧と算出された微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成し得る。
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００が基準プロファイルＰａ及び微分プロファイルＰＤａに基づいてバッテリーの負極の状態を診断する一例を概略的に示した図である。
図２を参照すると、プロファイル生成部１１０によって生成された微分プロファイルＰＤａは、バッテリーの電圧をＸ軸に設定し、バッテリーの電圧に対する微分容量をＹ軸に設定した場合のＸ－Ｙグラフで表され得る。ここで、微分容量は、バッテリーの容量を電圧で微分した値であって、［ｄＱ／ｄＶ］で表され得る。
制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から微分プロファイルＰＤａ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とは、通信可能に互いに接続され得る。プロファイル生成部１１０は生成した微分プロファイルＰＤａを制御部１２０に送信し、制御部１２０は微分プロファイルＰＤａを受信し得る。
制御部１２０は、微分プロファイルＰＤａからターゲットピークＴＰａを決定するように構成され得る。
ここで、ピークとは、微分プロファイルＰＤａにおいて上方に向かって凸状の概形を有する地点であり得る。具体的には、ピークは、微分プロファイルＰＤａにおいて電圧に対する微分容量の瞬間変化率が０である地点であって、ピークを基準にして低電圧側の瞬間変化率は正であり、高電圧側の瞬間変化率は負であり得る。
例えば、図２の実施形態において、微分プロファイルＰＤａには複数のピークが含まれ得る。制御部１２０は、微分プロファイルＰＤａに含まれた複数のピークのうちのいずれか一つをターゲットピークＴＰａとして決定し得る。望ましくは、制御部１２０は、微分プロファイルＰＤａから微分容量が最大であるピークをターゲットピークＴＰａとして決定するように構成され得る。
図２の実施形態において、微分プロファイルＰＤａから微分容量が最大であるターゲットピークＴＰａは電圧がＶ２であり、微分容量がａ２である。
そして、制御部１２０は、予め設定された基準プロファイルＰａに含まれた基準ピークＲＰａを基準にしてターゲットピークＴＰａの挙動パターンを決定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、基準ピークＲＰａの電圧とターゲットピークＴＰａの電圧とを比較し、微分容量を比較することで、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンを決定し得る。
例えば、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの電圧が基準ピークＲＰａの電圧未満であるか、それとも、超過であるかを決定し得る。また、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの微分容量が基準ピークＲＰａの微分容量未満であるか、それとも、以上であるかを決定し得る。
図２の実施形態において、基準ピークＲＰａの電圧はＶ１であり、微分容量はａ１である。また、ターゲットピークＴＰａの電圧はＶ２であり、微分容量はａ２である。制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの電圧が基準ピークＲＰａの電圧を超過し、且つ、ターゲットピークＴＰａの微分容量が基準ピークＲＰａの微分容量未満であると決定し得る。
制御部１２０は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較してバッテリーの負極の状態を診断するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、複数の挙動類型のうち、挙動パターンに対応する挙動類型に応じてバッテリーの負極の状態を過電圧状態または安定化状態と診断するように構成され得る。
例えば、複数の挙動類型には、過電圧状態に対応する第１挙動類型、及び安定化状態に対応する第２挙動類型が含まれ得る。
ここで、過電圧状態とは、バッテリーが退化し、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーの負極に比べてバッテリーの負極に過電圧が発生した状態であり得る。安定化状態とは、初期充放電過程でバッテリーの負極が収縮及び膨張する状態であり得る。
制御部１２０は、基準ピークＲＰａに対するターゲットピークＴＰａの挙動パターンを決定し、決定された挙動パターンに基づいてバッテリーの負極の状態が過電圧状態であるか、それとも、安定化状態であるかを具体的に区分して診断し得る。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、バッテリーに対する微分プロファイルに基づいて、バッテリーの負極の状態を具体的に区分して診断できるという長所がある。
一方、バッテリー診断装置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クを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、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、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、制御ロジック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。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、制御部１２０によって実行され得る。メモリは、制御部１２０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１２０に接続され得る。
また、バッテリー診断装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、バッテリー診断装置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、若しくは、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、更新及び読出できると知られた公知の情報記録手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、情報記録手段には、ＲＡＭ、フラッシュ（登録商標）メモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどが含まれ得る。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、保存部１３０は、バッテリーに対する基準プロファイル及び電圧プロファイルを保存し得る。プロファイル生成部１１０は、保存部１３０にアクセスして電圧プロファイルを取得した後、取得した電圧プロファイルに基づいて微分プロファイルを生成し得る。他の例として、プロファイル生成部１１０は、外部から電圧プロファイルを直接受信してもよい。
また、保存部１３０は、プロファイル生成部１１０によって生成された微分プロファイルを保存し得る。そして、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から微分プロファイルを直接受信してもよく、保存部１３０にアクセスして保存部１３０に保存された微分プロファイルを取得してもよい。また、制御部１２０は、保存部１３０にアクセスしてバッテリーに対する基準プロファイルを取得し得る。
以下、複数の挙動類型及びそれに基づいたバッテリーの負極の状態診断について具体的に説明する。
複数の挙動類型は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧を超過し、且つ、ターゲットピークの微分容量が基準ピークの微分容量未満である第１挙動類型を含み得る。
制御部１２０は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが第１挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断するように構成され得る。
例えば、図２の実施形態において、ターゲットピークＴＰａの電圧はＶ２であり、基準ピークＲＰａの電圧はＶ１である。また、ターゲットピークＴＰａの微分容量はａ２であり、基準ピークＲＰａの微分容量はａ１である。ターゲットピークＴＰａの電圧が基準ピークＲＰａの電圧を超過し、ターゲットピークＴＰａの微分容量が基準ピークＲＰａの微分容量未満であるため、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンが第１挙動類型に対応すると判断し得る。したがって、制御部１２０は、図２のバッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断し得る。
また、複数の挙動類型は、ターゲットピークＴＰｂの電圧が基準ピークＲＰｂの電圧未満であって、ターゲットピークＴＰｂの微分容量が基準ピークＲＰｂの微分容量以上である第２挙動類型を含み得る。
制御部１２０は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが第２挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態を安定化状態と診断するように構成され得る。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００が基準プロファイルＰｂ及び微分プロファイルＰＤｂに基づいてバッテリーの負極の状態を診断する他の一例を概略的に示した図である。
図３の基準プロファイルＰｂ及び微分プロファイルＰＤｂは、図２の基準プロファイルＰａ及び微分プロファイルＰＤａと相異なり得る。例えば、図２及び図３の対象バッテリーが相異なるバッテリーであり得る。
基準プロファイルは、バッテリー毎に設定され得、望ましくはバッテリーのＢＯＬ状態を反映して予め設定され得る。すなわち、基準プロファイルは、同種のバッテリーに対して画一的に設定されず、バッテリーのＢＯＬ状態を反映してそれぞれのバッテリーに対して個別的に設定され得る。したがって、制御部１２０によって診断されるバッテリーの負極の状態は、負極状態診断の対象になるバッテリーのＢＯＬ状態が考慮されたものであり得る。
図３の実施形態において、ターゲットピークＴＰｂの電圧はＶｂであり、基準ピークＲＰｂの電圧はＶａである。また、ターゲットピークＴＰｂの微分容量はｂ２であり、基準ピークＲＰｂの微分容量はｂ１である。ターゲットピークＴＰｂの電圧が基準ピークＲＰｂの電圧未満であって、ターゲットピークＴＰｂの微分容量が基準ピークＲＰｂの微分容量以上であるため、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂの挙動パターンが第２挙動類型に対応すると判断し得る。したがって、制御部１２０は、図３のバッテリーの負極の状態を安定化状態と判断し得る。
制御部１２０は、ターゲットピークの電圧を基準にして所定の電圧区間内に複数のピークが存在する場合、複数のピークを選択するように構成され得る。
図４は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００が基準プロファイル及び微分プロファイルに基づいてバッテリーの負極の状態を診断するさらに他の一例を概略的に示した図である。以下では、図２及び図４の基準プロファイル及び微分プロファイルが同じものであると仮定する。
図４の実施形態において、ターゲットピークＴＰａの電圧を基準にして微分プロファイルＰＤａの所定の電圧区間内には、第１ピークＴＰａ１及び第２ピークＴＰａ２が含まれ得る。ここで、第１ピークＴＰａ１は、ターゲットピークＴＰａであり得る。
例えば、所定の電圧区間は、ターゲットピークＴＰａの電圧を中心にして０．２Ｖ区間であり得る。制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの電圧であるＶ２を基準にして０．２Ｖの電圧区間内で第１ピークＴＰａ１及び第２ピークＴＰａ２を選択し得る。望ましくは、制御部１２０は、所定の電圧区間内で第１ピークＴＰａ１と最も近似する微分容量を有するピークを第２ピークＴＰａ２として選択し得る。
制御部１２０は、選択された複数のピークのそれぞれの微分容量が基準ピークＲＰａの微分容量未満であって、複数のピークのそれぞれの電圧が基準ピークＲＰａの電圧を超過する場合、バッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断するように構成され得る。
例えば、図４の実施形態において、第１ピークＴＰａ１の電圧はＶ２であり、第２ピークＴＰａ２の電圧はＶ３であり、基準ピークＲＰａの電圧はＶ１である。また、第１ピークＴＰａ１の微分容量はａ２であり、第２ピークＴＰａ２の微分容量はａ３であり、基準ピークＲＰａの微分容量はａ１である。第１ピークＴＰａ１及び第２ピークＴＰａ２の電圧が基準ピークＲＰａの電圧を超過し、第１ピークＴＰａ１及び第２ピークＴＰａ２の微分容量が基準ピークＲＰａの微分容量未満であるため、制御部１２０は、図４のバッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断するように構成され得る。
一方、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａに対して決定された挙動パターンが第１挙動類型に対応する場合、所定の電圧区間内で複数のピークを決定するように構成され得る。
例えば、図２及び図４を参照すると、ターゲットピークＴＰａの電圧は基準ピークＲＰａの電圧を超過し、ターゲットピークＴＰａの微分容量は基準ピークＲＰａの微分容量未満であり得る。したがって、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンを先に決定した後、ターゲットピークＴＰａに対して決定された挙動パターンが第１挙動類型に該当する場合、第１ピークＴＰａ１及び第２ピークＴＰａ２を決定し得る。
すなわち、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンが第１挙動類型である場合、バッテリーの負極の状態をより正確に診断するため、第１ピークＴＰａ１及び第２ピークＴＰａ２の挙動パターンを複数の挙動類型とさらに比較し得る。
したがって、制御部１２０は、第１ピークＴＰａ１の挙動パターンだけでなく、第２ピークＴＰａ２の挙動パターンをさらに考慮することで、バッテリーの負極の状態をより具体的且つ正確に診断することができる。
制御部１２０は、微分プロファイルから電圧が相異なる第１ターゲットピーク及び第２ターゲットピークを決定するように構成され得る。
具体的には、第１ターゲットピークと第２ターゲットピークとは、現れる電圧帯が相異なり得る。例えば、第１ターゲットピークは約３．７Ｖ付近で現れ、第１ターゲットピークは約３．６Ｖ付近で現れ得る。ここで、第１ターゲットピークは、ターゲットピークであり得る。
図５は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００が基準プロファイル及び微分プロファイルに基づいてバッテリーの負極の状態を診断するさらに他の一例を概略的に示した図である。
例えば、図５の実施形態において、第１ターゲットピークＴＰｂ１の電圧はＶｂであり、微分容量はｂ２である。第２ターゲットピークＴＰｂ２の電圧はＶｄであり、微分容量はｂ４である。
望ましくは、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂを第１ターゲットピークＴＰｂ１として決定し得る。そして、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂの電圧未満の電圧区間で、微分容量が最も大きいピークを第２ターゲットピークＴＰｂ２として決定し得る。
制御部１２０は、基準プロファイルＰＤｂに含まれた第１基準ピークＲＰｂ１に対する第１ターゲットピークＴＰｂ１の第１挙動パターン、及び基準プロファイルＰＤｂに含まれた第２基準ピークＲＰｂ２に対する第２ターゲットピークＴＰｂ２の第２挙動パターンを決定するように構成され得る。
例えば、図５の実施形態において、第１ターゲットピークＴＰｂ１の電圧はＶｂであり、第１基準ピークＲＰｂ１の電圧はＶａであり、第２ターゲットピークＴＰｂ２の電圧はＶｄであり、第２基準ピークＲＰｂ２の電圧はＶｃである。また、第１ターゲットピークＴＰｂ１の微分容量はｂ２であり、第１基準ピークＲＰｂ１の微分容量はｂ１であり、第２ターゲットピークＴＰｂ２の微分容量はｂ４であり、第２基準ピークＲＰｂ２の微分容量はｂ３である。
また、第１ターゲットピークＴＰｂ１の電圧は第１基準ピークＲＰｂ１の電圧よりも小さく、第１ターゲットピークＴＰｂ１の微分容量は第１基準ピークＲＰｂ１の微分容量よりも大きい。また、第２ターゲットピークＴＰｂ２の電圧は第２基準ピークＲＰｂ２の電圧よりも小さく、第２ターゲットピークＴＰｂ２の微分容量は第２基準ピークＲＰｂ２の微分容量よりも大きい。
制御部１２０は、第１挙動パターン及び第２挙動パターンが両方とも第２挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態を安定化状態と診断するように構成され得る。
例えば、図５の実施形態において、第１ターゲットピークＴＰｂ１の第１挙動パターン及び第２ターゲットピークＴＰｂ２の第２挙動パターンが両方とも第２挙動類型に対応し得る。したがって、制御部１２０は、図５のバッテリーの負極の状態を安定化状態と診断することができる。
制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂに対して決定された挙動パターンが第２挙動類型に対応する場合、第１ターゲットピークＴＰｂ１及び第２ターゲットピークＴＰｂ２を決定するように構成され得る。
例えば、図３及び図５を参照すると、ターゲットピークＴＰｂの電圧は基準ピークＲＰｂの電圧未満であり、ターゲットピークＴＰｂの微分容量は基準ピークＲＰｂの微分容量以上であり得る。したがって、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂの挙動パターンを先に決定した後、ターゲットピークＴＰｂに対して決定された挙動パターンが第２挙動類型に該当する場合、第１ターゲットピークＴＰｂ１及び第２ターゲットピークＴＰｂ２を決定し得る。
すなわち、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂの挙動パターンが第２挙動類型に対応する場合、バッテリーの負極の状態をより正確に診断するため、第１ターゲットピークＴＰｂ１及び第２ターゲットピークＴＰｂ２の挙動パターンを複数の挙動類型とさらに比較し得る。
したがって、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂの挙動パターンが第２挙動類型に対応するかを先に判断した後、第２ターゲットピークＴＰｂ２の挙動パターンが第２挙動類型に対応するかを判断することで、バッテリーの負極の状態をより具体的且つ正確に診断することができる。
制御部１２０は、バッテリーの負極の状態が安定化状態と診断された場合、バッテリーの可用ＳＯＣ区間及び最大許容温度の少なくとも一つを減少させるように構成され得る。
例えば、バッテリーの負極の状態が安定化状態と診断された場合、負極の反応面積が初期に対比して増加し得る。このような安定化状態は、初期充放電過程で負極が収縮及び膨張する状態であるため、負極にリチウムが析出するリチウムメッキ（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｌａｔｉｎｇ）が発生する可能性が低い。したがって、安定化状態ではリチウムメッキの発生を減少させるための充放電Ｃ－レートの制御が要求されない。
但し、負極の状態が安定化状態と診断された場合であっても、バッテリーの正極は退化し得、このような正極の退化によって正極容量の損失が発生し得る。このような正極容量の損失を予め防止するため、すなわち、正極の退化を遅延させるため、制御部１２０は、負極の状態が安定化状態と診断された場合、バッテリーの可用ＳＯＣ区間及び最大許容温度の少なくとも一つを減少させ得る。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、診断された負極の状態に応じてバッテリーに対する最適の使用条件を設定できる。したがって、バッテリーがバッテリー診断装置１００によって設定された使用条件に従って運用されるため、バッテリーの寿命が増大できる。
例えば、バッテリー診断装置１００によって設定された使用条件は、サーバまたは該当バッテリーが備えられるバッテリーパックに含まれたＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリー管理システム）に保存され得る。そして、該当バッテリーが設定された使用条件に従って運用されることで、結果的にバッテリーの寿命が増大できる。
本発明によるバッテリー診断装置１００は、ＢＭＳに適用可能である。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー診断装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー診断装置１００の各構成要素の少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、バッテリー診断装置１００のプロファイル生成部１１０、制御部１２０及び保存部１３０は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
図６は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００を含むバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。
また、本発明によるバッテリー診断装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、上述したバッテリー診断装置１００、測定部２００、充放電部３００、及び一つ以上のバッテリーセルＢを含み得る。また、バッテリーパックは、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。
測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１、第２センシングラインＳＬ２、及び第３センシングラインＳＬ３に接続され得る。
具体的には、第１センシングラインＳＬ１は、バッテリーセルＢの正極と測定部２００とに接続され得る。また、第２センシングラインＳＬ２は、バッテリーセルＢの負極と測定部２００とに接続され得る。測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１を通じて測定されたバッテリーセルＢの正極電圧と第２センシングラインＳＬ２を通じて測定されたバッテリーセルＢの負極電圧との差を計算し、バッテリーセルＢの電圧を測定し得る。
また、測定部２００は、第３センシングラインＳＬ３と接続された電流測定ユニットＡを通じてバッテリーセルＢの充電電流及び／または放電電流を測定し得る。例えば、電流測定ユニットＡは、シャント抵抗または電流計であり得る。
充放電部３００は、バッテリーセルＢを充電及び／または放電するように構成され得る。充放電部３００によってバッテリーセルＢが充電及び／または放電する過程で、測定部２００はバッテリーセルＢの電圧及び電流を測定し得る。
測定部２００によって測定されたバッテリーセルＢの電圧及び電流は、バッテリー診断装置１００に送信され得る。具体的には、プロファイル生成部は、測定部２００からバッテリーセルＢの電圧及び電流を受信し得る。プロファイル生成部は、受信したバッテリーセルＢの電圧及び電流に基づいてバッテリーセルＢの電圧と微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成し得る。ここで、プロファイル生成部がバッテリーセルＢの電圧及び電流に基づいてバッテリーセルＢの容量及び微分容量を算出する過程には従来技術が適用され得るため、それについての具体的な説明は省略する。
図７は、本発明の他の一実施形態によるバッテリー診断方法を概略的に示した図である。
本発明の他の一実施形態によるバッテリー診断方法の各段階は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００によって実行できる。以下では、上述した説明と重なる内容は省略するか又は簡単に説明する。
図７を参照すると、バッテリー診断方法は、微分プロファイル生成段階Ｓ１００、ターゲットピーク決定段階Ｓ２００、挙動パターン決定段階Ｓ３００、及び負極状態診断段階Ｓ４００を含む。
微分プロファイル生成段階Ｓ１００は、バッテリーの電圧に対する微分容量とバッテリーの電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成する段階であって、プロファイル生成部１１０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧と微分容量との対応関係を示す微分プロファイルＰＤａを生成し得る。
ターゲットピーク決定段階Ｓ２００は、微分プロファイルからターゲットピークを決定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、微分プロファイルＰＤａから微分容量が最大であるピークをターゲットピークＴＰａとして決定し得る。ターゲットピークＴＰａに対応する電圧はＶ２であり、対応する微分容量はａ２であり得る。
挙動パターン決定段階Ｓ３００は、予め設定された基準プロファイルに含まれた基準ピークを基準にしてターゲットピークの挙動パターンを決定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンを、電圧Ｖ２が基準ピークＲＰａの電圧Ｖ１を超過し、微分容量ａ２が基準ピークＲＰａの微分容量ａ１未満であると決定し得る。
負極状態診断段階Ｓ４００は、ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較してバッテリーの負極の状態を診断する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
具体的には、制御部１２０は、複数の挙動類型のうち、挙動パターンに対応する挙動類型に応じてバッテリーの負極の状態を過電圧状態または安定化状態と診断し得る。
例えば、複数の挙動類型は、ターゲットピーク及び基準ピークの電圧及び微分容量によって第１挙動類型及び第２挙動類型を含み得る。第１挙動類型は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧を超過し、且つ、ターゲットピークの微分容量が基準ピークの微分容量未満である挙動類型であり得る。第２挙動類型は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧未満であって、ターゲットピークの微分容量が基準ピークの微分容量以上である挙動類型であり得る。
図２の実施形態において、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンが第１挙動類型に対応すると決定し得る。そして、ターゲットピークＴＰａの挙動パターンが第１挙動類型に対応するため、制御部１２０は、図２のバッテリーの負極の状態を過電圧状態と診断し得る。
他の例として、図３の実施形態において、ターゲットピークＴＰｂの電圧Ｖｂは基準ピークＲＰｂの電圧Ｖａ未満であって、ターゲットピークＴＰｂの微分容量ｂ２は基準ピークＲＰｂの微分容量ｂ１以上であり得る。したがって、制御部１２０は、ターゲットピークＴＰｂの挙動パターンが第２挙動パターンに対応すると決定し得る。そして、制御部１２０は、図３のバッテリーの負極の状態を安定化状態と診断し得る。
バッテリー診断方法は、ターゲットピークの挙動パターンに応じてバッテリーの負極の状態を過電圧状態または安定化状態として具体的に区分して診断することができる。
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
１：バッテリーパック
１００：バッテリー診断装置
１１０：プロファイル生成部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：測定部
３００：充放電部
１００：バッテリー診断装置
１１０：プロファイル生成部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：測定部
３００：充放電部
Claims (12)
- バッテリーの電圧に対する微分容量と前記バッテリーの電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成するプロファイル生成部と、
前記プロファイル生成部から前記微分プロファイルを受信し、前記微分プロファイルからターゲットピークを決定し、予め設定された基準プロファイルに含まれた基準ピークを基準にして前記ターゲットピークの挙動パターンを決定し、前記ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較して前記バッテリーの負極の状態を診断する制御部と、を含む、バッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記複数の挙動類型のうち、前記挙動パターンに対応する挙動類型に応じて前記バッテリーの負極の状態を過電圧状態または安定化状態と診断する、請求項１に記載のバッテリー診断装置。 - 前記複数の挙動類型は、
前記ターゲットピークの電圧が前記基準ピークの電圧を超過し、且つ、前記ターゲットピークの微分容量が前記基準ピークの微分容量未満である第１挙動類型と、
前記ターゲットピークの電圧が前記基準ピークの電圧未満であって、前記ターゲットピークの微分容量が前記基準ピークの微分容量以上である第２挙動類型と、を含む、請求項２に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが前記第１挙動類型に対応する場合、前記バッテリーの負極の状態を前記過電圧状態と診断し、
前記ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが前記第２挙動類型に対応する場合、前記バッテリーの負極の状態を前記安定化状態と診断する、請求項３に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲットピークの電圧を基準にして所定の電圧区間内に複数のピークが存在する場合、前記複数のピークを選択し、
選択された複数のピークのそれぞれの微分容量が前記基準ピークの微分容量未満であって、前記複数のピークのそれぞれの電圧が前記基準ピークの電圧を超過する場合、前記バッテリーの負極の状態を前記過電圧状態と診断する、請求項３または４に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが前記第１挙動類型に対応する場合、所定の電圧区間内で前記複数のピークを決定する、請求項５に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記微分プロファイルから電圧が相異なる第１ターゲットピーク及び第２ターゲットピークを決定し、
前記基準プロファイルに含まれた第１基準ピークに対する前記第１ターゲットピークの第１挙動パターン及び前記基準プロファイルに含まれた第２基準ピークに対する前記第２ターゲットピークの第２挙動パターンを決定し、
前記第１挙動パターン及び前記第２挙動パターンが両方とも前記第２挙動類型に対応する場合、前記バッテリーの負極の状態を前記安定化状態と診断する、請求項３から６のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲットピークに対して決定された挙動パターンが前記第２挙動類型に対応する場合、前記第１ターゲットピーク及び前記第２ターゲットピークを決定する、請求項７に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記バッテリーの負極の状態が前記安定化状態と診断された場合、前記バッテリーの可用ＳＯＣ区間及び最大許容温度の少なくとも一つを減少させる、請求項２から８のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。 - 前記制御部は、
前記微分プロファイルから微分容量が最大であるピークを前記ターゲットピークとして決定する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。 - 請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置を含む、バッテリーパック。
- バッテリーの電圧に対する微分容量と前記バッテリーの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から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、
予め設定された基準プロファイルに含まれた基準ピークを基準にして前記ターゲットピークの挙動パターンを決定する挙動パターン決定段階と、
前記ターゲットピークに対して決定された挙動パターンと予め設定された複数の挙動類型とを比較して前記バッテリーの負極の状態を診断する負極状態診断段階と、を含む、バッテリー診断方法。
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