JP2023543747A

JP2023543747A - 電池診断装置および方法

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Publication number: JP2023543747A
Application number: JP2023518525A
Authority: JP
Inventors: ジョン・ワン・キム
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2041-10-12
Also published as: CN116368391A; KR20220058250A; JP7515956B2; US20240012065A1; EP4206712A1; WO2022092621A1; EP4206712A4

Abstract

本開示の一実施形態に係る電池診断装置は、電池セル、および前記電池セルを含む電池モジュールの劣化度を算出する算出部と、前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定する測定部と、前記電池パックの交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定する推定部と、前記電池セルの劣化度、前記電池モジュールの劣化度、および前記電池パックのＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断する診断部と、を含むことができる。

Description

本発明は、２０２０年１０月３０日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１４３８２０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本開示は、電池診断装置および方法に関し、より詳しくは、電池の劣化度および交流インピーダンスの測定により推定されたＳＯＨを用いて電池の状態を診断する電池診断装置および方法に関する。

近年、二次電池に対する研究開発が活発に行われている。ここで、二次電池は、充放電が可能な電池であり、従来のＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ／ＭＨ電池などと、最近のリチウムイオン電池とをいずれも含む意味である。二次電池の中でも、リチウムイオン電池は、従来のＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ／ＭＨ電池などに比べて、エネルギー密度が遥かに高いという長所がある。また、リチウムイオン電池は、小型、軽量に作製することができるため、移動機器の電源として用いられる。また、リチウムイオン電池は、電気自動車の電源にまでその使用範囲が拡張され、次世代エネルギー貯蔵媒体として注目を浴びている。

また、二次電池は、一般的に複数の電池セルが直列および／または並列に連結された電池モジュールを含む電池パックとして用いられる。そして、電池パックは、電池管理システムにより、状態および動作が管理および制御される。

このような電池により動作する装置としては、代表的に電気自動車（ＥＶ）やエネルギー貯蔵システム（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）が挙げられる。特に、電気自動車の電池の場合、未だ寿命が多く残っているにもかかわらず、電気自動車の出力を満たすことができないため廃棄される電池が発生している。

したがって、電池をそのまま廃棄するよりは、新しいアプリケーションで再使用する多様な方法が試みられている。例えば、このような電池の再使用アプリケーションとしてはＥＳＳｇｒｉｄ、ＵＰＳ、スクータなどが挙げられ、それぞれのアプリケーションに合う電池の等級を分類して適用することが必要である。しかし、既存の電池を分類するために用いられる方法は、充放電を３回以上行ってＳＯＨを算出しなければならなかったため、多くの作業時間がかかり、手続き的に煩わしさがあった。

本開示は、電池の劣化度を算出し、交流インピーダンスにより電池のＳＯＨを推定して短時間に電池の等級を分類することで、迅速かつ容易に電池の状態を診断することができる電池診断装置および方法を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置は、電池セル、および前記電池セルを含む電池モジュールの劣化度を算出する算出部と、前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定する測定部と、前記電池パックの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定する推定部と、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断する診断部と、を含むことができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの再使用が可能であるか否かを判断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記劣化度のうち少なくとも１つの偏差に基づいて前記電池パックの状態を診断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記劣化度のうち少なくとも１つの偏差が基準範囲に含まれる場合、前記電池パックの再使用が可能であると判断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記算出部は、前記電池モジュールの前記劣化度を算出し、前記測定部は、前記電池モジュールの交流インピーダンスを測定し、前記推定部は、前記電池モジュールの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池モジュールのＳＯＨを推定し、前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの状態を診断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの再使用が可能であるか否かを判断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度の偏差が基準範囲に含まれる場合、前記電池モジュールの再使用が可能であると判断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度の偏差が基準範囲から外れる場合、前記電池セルのうち劣化度が最も高い電池セルを基準に使用可能なものと判断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置は、電池セルの劣化度を算出する算出部と、前記電池セルを含む電池モジュールの交流インピーダンスを測定する測定部と、前記電池モジュールの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池モジュールのＳＯＨを推定する推定部と、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの状態を診断する診断部と、を含むことができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記算出部は、前記電池モジュールの劣化度を算出し、前記測定部は、前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定し、前記推定部は、前記電池パックの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定し、前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断装置の前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュール前記の劣化度のうち少なくとも１つの偏差に基づいて前記電池パックの状態を診断することができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断方法は、電池セル、および前記電池セルを含む電池モジュールの劣化度を算出するステップと、前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定するステップと、前記電池パックの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定するステップと、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断するステップと、を含むことができる。

本開示の一実施形態に係る電池診断方法は、前記電池モジュールの前記劣化度を算出するステップと、前記電池モジュールの交流インピーダンスを測定するステップと、前記電池モジュールの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池モジュールのＳＯＨを推定するステップと、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの状態を診断するステップと、をさらに含むことができる。

本開示の電池診断装置および方法によると、電池の劣化度を算出し、交流インピーダンスにより電池のＳＯＨを推定して短時間に電池の等級を分類することで、迅速かつ容易に電池の状態を診断することができる。

一般的な電池パックの構成を示すブロック図である。本開示の一実施形態に係る電池診断装置の構成を示すブロック図である。単電池セルの等価回路を示す図である。電池モジュールまたは電池パックの等価回路を示す図である。本開示の一実施形態に係る電池診断装置を介して測定された交流インピーダンスの波形を示す図である。本開示の一実施形態に係る電池診断方法を示すフローチャートである。本開示の一実施形態に係る電池診断方法を示すフローチャートである。本開示の一実施形態に係る電池異常検出装置を動作するためのコンピューティングシステムのハードウェア構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本開示の多様な実施形態について詳しく説明する。本文書において、図面上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付し、同一の構成要素に対して重複した説明は省略する。

本文書に開示されている本開示の多様な実施形態に対し、特定の構造的ないし機能的説明は、単に本開示の実施形態を説明するための目的で例示されたものであり、本開示の多様な実施形態は、種々の形態で実施されてもよく、本文書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。

多様な実施形態で用いられた「第１」、「第２」、「１番目」、または「２番目」などの表現は、多様な構成要素を、順序および／または重要度に関係なく修飾してもよく、当該構成要素を限定しない。例えば、本開示の権利範囲から逸脱せずに、第１構成要素は第２構成要素と命名してもよく、それと同様に、第２構成要素も第１構成要素に変更して命名してもよい。

本文書で用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、他の実施形態の範囲を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上、明らかに他を意味しない限り、複数の表現を含んでもよい。

技術的または科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本開示の技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有してもよい。一般的に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術の文脈上の意味と同一または類似の意味を有するものと解釈されてもよく、本文書において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。場合によっては、本文書で定義された用語であっても、本開示の実施形態を排除するように解釈されてはならない。

図１は、一般的な電池パックの構成を示すブロック図である。
図１を参照すると、本開示の一実施形態に係る電池パック１と、上位システムに含まれている上位制御器２と、を含む電池制御システムを概略的に示す。

図１に示されたように、電池パック１は、１つの以上の電池セルからなり、充放電可能な電池モジュール１０と、電池モジュール１０の（＋）端子側または（－）端子側に直列に連結され、電池モジュール１０の充放電電流の流れを制御するためのスイッチング部１４と、電池パック１の電圧、電流、温度などをモニターし、過充電および過放電などを防止するように制御管理する電池管理システム２０（例えば、ＭＢＭＳ）と、を含む。この際、電池パック１には、電池モジュール１０、センサ１２、スイッチング部１４、および電池管理システム２０が複数備えられることができる。

ここで、スイッチング部１４は、複数の電池モジュール１０の充電または放電に対する電流の流れを制御するための素子であり、例えば、電池パック１の仕様に応じて少なくとも１つのリレー、電磁接触器などを用いることができる。

電池管理システム２０は、上述した各種パラメータを測定した値の入力を受けるインターフェースであり、複数の端子、およびこれらの端子と連結され、入力を受けた値の処理を行う回路などを含むことができる。また、電池管理システム２０は、スイッチング部１４、例えば、リレーまたは接触器などのＯＮ／ＯＦＦを制御することもでき、電池モジュール１０に連結され、電池モジュール１０それぞれの状態を監視することができる。

一方、本開示の電池管理システム２０においては、以下に後述するように別のプログラムを介して電池セルおよび電池モジュールの劣化度を算出することができる。また、電池管理システム２０は、電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンスを測定した後、それに基づいて電池のＳＯＨを推定した後、電池パックおよび電池モジュールの再使用が可能であるか否かを診断することができる。すなわち、図１の電池管理システム２０は、以下に説明する電池診断装置１００に該当することができる。

上位制御器２は、電池管理システム２０に電池モジュール１０に対する制御信号を伝送することができる。これにより、電池管理システム２０は、上位制御器２から印加される信号に基づいて動作が制御されることができる。一方、本開示の電池セルは、電気自動車に用いられる電池モジュール１０に含まれた構成であってもよい。ただし、図１の電池パック１は、このような用途に限定されず、例えば、図１の電池パック１の代わりにＥＳＳの電池ラックが含まれることができる。
このような電池パック１の構成および電池管理システム２０の構成は公知の構成であるため、より具体的な説明は省略することにする。

図２は、本開示の一実施形態に係る電池診断装置の構成を示すブロック図である。
図２を参照すると、本開示の一実施形態に係る電池診断装置１００は、算出部１１０、測定部１２０、推定部１３０、診断部１４０、および格納部１５０を含むことができる。

算出部１１０は、電池セルおよび少なくとも１つの電池セルを含む電池モジュールの劣化度を算出することができる。また、算出部１１０は、電池セルおよび電池モジュールの劣化度の偏差を算出することができる。具体的に、算出部１１０は、電池パックを脱去する前に、一定サイクルの間の充放電電圧に基づいて劣化度を算出することができる。例えば、電池セルの充放電電圧は、電池セルのＳＯＣ（ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）が５未満であるか、９５以上である区間における電圧で得られることができる。

測定部１２０は、電池モジュールおよび少なくとも１つの電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定することができる。例えば、測定部１２０は、一定周期で電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンスを測定することができる。

特に、測定部１２０を介して測定される交流インピーダンスは、既存の電気化学インピーダンス分光法（ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＩＳ）による測定方法とは異なる。すなわち、既存のＥＩＳの場合、いずれも電池セルの単位でインピーダンスを測定するが、本開示の一実施形態に係る電池診断装置１００においては、電池モジュールまたは電池パック単位で交流インピーダンスを測定することができる。例えば、既存のＥＩＳ測定方法の場合、５Ｖ未満の電池セル単位のインピーダンスを測定するのに対し、本開示の一実施形態に係る電池診断装置１００の測定部１２０は、約１０００Ｖ電圧範囲の高電圧交流インピーダンス測定法により測定することができる。

このような高電圧交流インピーダンス測定法は、既存のＥＩＳのように電池セルの電極に測定装置を接続して測定を行うものではなく、複数の電池セルが連結されている電池モジュールまたは電池パックの＋／－端子と電池パックの高電圧コネクタ連結部に直接接続し、複数の電池セル全体の和の交流インピーダンス傾向を測定するものである。これについては、図３および４において詳しく後述する。

推定部１３０は、電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンスに基づいて電池モジュールおよび電池パックのＳＯＨ（ｓｔａｔｅｏｆｈｅａｌｔｈ）を推定することができる。この際、推定部１３０は、事前に測定された電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンスとＳＯＨの相関関係に対するテーブルまたはグラフなどを介して電池モジュールおよび電池パックのＳＯＨを推定することができる。例えば、交流インピーダンスとＳＯＨの相関関係に対するデータは、格納部１５０に格納されていてもよい。

診断部１４０は、電池セルの劣化度、電池モジュールの劣化度、および電池パックのＳＯＨに基づいて電池パックの状態を診断することができる。この際、診断部１４０は、電池セルの劣化度、電池モジュールの劣化度、および電池パックのＳＯＨに基づいて電池パックの再使用が可能であるか否かを判断することができる。また、診断部１４０は、電池セルの劣化度および電池モジュールの劣化度のうち少なくとも１つの偏差に基づいて電池パックの状態を診断することができる。

具体的に、診断部１４０は、電池セルの劣化度および電池モジュールの劣化度のうち少なくとも１つの偏差が基準範囲に含まれる場合（すなわち、均一な場合）、電池パックの再使用が可能であると判断することができる。これに対し、診断部１４０は、電池セルの劣化度および電池モジュールの劣化度のうち少なくとも１つの偏差が基準範囲から外れる場合（すなわち、不均一な場合）、電池パックの再使用が不可能であると判断することができる。この際、電池パックを分解してモジュール単位で再使用することができる。

また、診断部１４０は、電池パックの再使用が不可能である場合、電池セルの劣化度および電池モジュールのＳＯＨに基づいて電池モジュールの状態を診断することができる。この際、診断部１４０は、電池セルの劣化度および電池モジュールのＳＯＨに基づいて電池モジュールの再使用が可能であるか否かを判断することができる。そして、診断部１４０は、電池セルの劣化度の偏差に基づいて電池モジュールの状態を診断することができる。

具体的に、診断部１４０は、電池セルの劣化度の偏差が基準範囲に含まれる場合、電池モジュールの再使用が可能であると判断することができる。これに対し、診断部１４０は、電池セルの劣化度の偏差が基準範囲から外れる場合、電池セルのうち劣化度が最も高い電池セルを基準に使用可能なものと判断することができる。したがって、ユーザは、最も多く劣化した電池セルを基準に使用するか、または電池セル内部の物質を抽出して使用するなどの多様な活用方案に対して判断することができる。

格納部１５０は、電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンスとＳＯＨの相関関係に関するデータを格納することができる。また、格納部１５０は、電池セルおよび電池モジュールの劣化度、電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンス、ＳＯＨなどの各種データを格納することができる。

しかし、本開示の一実施形態に係る電池診断装置１００が必ずしも格納部１５０を含まなければならないものではなく、外部サーバのデータベースにデータを格納し、通信部（図示せず）を介して送受信する方式で構成されることができる。

このように、本開示の一実施形態に係る電池診断装置によると、電池の劣化度を算出し、交流インピーダンスにより電池のＳＯＨを推定して短時間に電池の等級を分類することで、迅速かつ容易に電池の状態を診断することができる。

図３は、単電池セルの等価回路を示す図であり、図４は、電池モジュールまたは電池パックの等価回路を示す図である。
先ず、本発明の一実施形態に係る電池診断装置は、電池モジュールまたは電池パックに特定の周波数範囲（例えば、０．１～数Ｈｚ）で交流電流を印加し、周波数帯域別に電圧応答を測定してインピーダンスの大きさおよび位相を測定することができる。また、電池セル／モジュール／パックの等価回路の各パラメータの周波数に応じた反応に基づいて電池の各パラメータ値を抽出することができる。

特に、本開示の電池診断装置を介した高電圧交流インピーダンス分析方法の場合は、複数の正常電池セルと少なくとも１つの異常電池セルが連結されている電池モジュールまたは電池パックを測定するものであり、既存のＥＩＳ測定方法とは等価回路が異なり、抽出される結果値の種類および個数が異なる。

これにより、先ず、図３を参照すると、単電池セルのＥＩＳを測定する既存方式の場合、電圧範囲は２０Ｖ内外であり、周波数範囲は０．１～１０５０ｈｚである。また、三電極測定方式で正極と負極を分離して測定し、ノイズ除去によりＯｈｍｉｃ抵抗を補正することができる。

このような従来の測定方式は、電池セルの正常状態（ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅ）、すなわち、化学的平衡および正極の電位平衡状態で測定を行い、電池セルを基準値との絶対比較により異常を検出する。このように、既存のセル単位のＥＩＳ測定方法は、電池モジュールまたは電池パックをセル単位に分解しなければならず、三電極測定および化学的平衡状態を形成することが難しいため、実際の製品に適用する際に限界がある。

これに対し、図４のように、複数の電池セルを含む電池モジュールまたは電池パック単位の等価回路を活用する本開示の高電圧交流インピーダンス測定方法においては、電圧範囲が１０００Ｖ内外であり、周波数範囲は０．１～４０００ｈｚである。また、直列に連結された複数の電池セルに対して二電極測定方式を用い、繰り返しおよび再現測定が可能である。また、このような方式によると、コンタクタやワイヤなどによる寄生抵抗を補正することができ、複数の電池セルの直列連結により寄生抵抗の影響を最小化することができる。

このような本開示の一実施形態に係る電池診断装置で用いられる高電圧交流インピーダンス測定方法は、同一の電池ラックの全ての電池モジュールの充放電が同時に終わった後の状態で測定を行い、電池モジュールそれぞれに対する相対比較および絶対比較が全て可能である。特に、このような方式によると、図４に示された等価回路により、電池セルの直列連結個数（Ｎ）に比例して電池システムのインピーダンス値が増加し、測定データからＮｙｑｕｉｓｔｐｌｏｔを取得し分析を行う場合、単電池セルに比べて測定条件に応じた外部影響（例えば、センシングラインインダクタンス、接触抵抗など）を減少させることができる。

このように、本開示の一実施形態に係る電池診断装置で用いられる高電圧交流インピーダンス測定方法によると、電池セル単位で分解しなくても測定および異常を行うことができ、直ちに電池の再使用が可能であるため、ＥＳＳの電池モジュールやラックまたは自動車の電池パックに直ちに適用することができる。また、電池を充放電する必要がないため、充放電による電力を節減することができる。

図５は、本開示の一実施形態に係る電池診断装置を介して測定された交流インピーダンスの波形を示す図である。
図５のグラフにおいて、ｘ軸は交流インピーダンスの抵抗要素（ｒｅａｌ（Ｚ））（ｍＯｈｍ）を示し、ｙ軸は交流インピーダンスのリアクタンス要素（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ（Ｚ））（ｍＯｈｍ）を示す。

図５を参照すると、電池診断装置１００の測定部１２０を介して一定周期で測定された電池モジュールそれぞれの高電圧交流インピーダンス値を示している。この際、電池モジュールの交流インピーダンス波形の形態が電池モジュール別に異なることを確認することができる。本開示の一実施形態に係る電池診断装置においては、特定の電池モジュールの測定交流インピーダンスが他の電池モジュールと比べて大きく差が出る場合や、事前にデータベースに構築された劣化電池モジュールの交流インピーダンスに基づいて設定された基準範囲から外れる場合などの方式で電池モジュールの劣化度を推定することができる。

このような方式で、劣化が多く進行した電池モジュールに対しては、別の充放電試験により残存寿命を確認し、その後の電池モジュールの異常検出時に基準データとして活用することができる。例えば、取り替えられた電池モジュールの残存寿命と測定された交流インピーダンス値をマッチングしてテーブル形態で格納部１５０に格納することで、その後の電池モジュールの異常診断時に基準データとして用いることができる。一方、劣化した電池モジュールを取り替える場合には、再使用電池を活用して電池を安価で取り替え、ＥＳＳの電池システム全体の劣化度を合わせて安定的にシステムを運営することができる。

図６および図７は、本開示の一実施形態に係る電池診断方法を示すフローチャートである。
図６を参照すると、本開示の一実施形態に係る電池診断方法は、先ず、電池セルおよび電池モジュールの劣化度の偏差を算出する（Ｓ１０２）。具体的に、ステップＳ１０２においては、電池パックを脱去する前に、一定サイクルの間の充放電電圧に基づいて劣化度を算出することができる。例えば、電池セルの充放電電圧は、電池セルのＳＯＣが５未満であるか、９５以上である区間における電圧で得られることができる。

そして、電池パックの交流インピーダンスを測定する（Ｓ１０４）。例えば、ステップＳ１０４においては、一定周期で電池パックの交流インピーダンスを測定することができる。また、電池パックの交流インピーダンスに基づいて電池パックのＳＯＨを算出する（Ｓ１０６）。この際、ステップＳ１０６においては、事前に測定された電池パックの交流インピーダンスとＳＯＨの相関関係に対するテーブルまたはグラフなどを介して電池パックのＳＯＨを推定することができる。例えば、交流インピーダンスとＳＯＨの相関関係に対するデータは、図１の格納部１５０に格納されていてもよい。

次に、電池セルおよび電池モジュールの劣化度の偏差が基準範囲に含まれるか否かを判断する（Ｓ１０８）。仮に電池セルおよび電池モジュールの劣化度の偏差が基準範囲に含まれる場合（すなわち、均一な場合）（ＹＥＳ）、電池パックのＳＯＨが基準値以上であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。また、電池パックのＳＯＨが基準値以上である場合（ＹＥＳ）、当該電池パックを再使用が可能な電池パックと診断する（Ｓ１１２）。

これに対し、電池セルおよび電池モジュールの劣化度の偏差が基準範囲に含まれない場合や、電池パックのＳＯＨが基準値未満である場合には、当該電池パックを再使用が不可能な電池パックと診断する（Ｓ１１４）。この際、電池パックを分解してモジュール単位で再使用することができる。

次に、図７においては、ステップＳ１１４において再使用が不可能な電池パックと診断された場合を前提に進行する。図７を参照すると、先ず、電池モジュールの交流インピーダンスを測定する（Ｓ１１６）。また、電池モジュールの交流インピーダンスに基づいて電池モジュールのＳＯＨを算出する（Ｓ１１８）。

次に、電池セルの劣化度の偏差が基準範囲に含まれるか否かを判断する（Ｓ１２０）。仮に電池セルの劣化度の偏差が基準範囲に含まれる場合（すなわち、均一な場合）（ＹＥＳ）、電池モジュールのＳＯＨが基準値以上であるか否かを判断する（Ｓ１２２）。また、電池モジュールのＳＯＨが基準値以上である場合（ＹＥＳ）、当該電池モジュールを再使用が可能な電池モジュールと診断する（Ｓ１２４）。

これに対し、電池セルの劣化度の偏差が基準範囲に含まれない場合や、電池モジュールのＳＯＨが基準値未満である場合には、当該電池モジュールを再使用が不可能な電池モジュールと診断する（Ｓ１２６）。この際、電池セルのうち劣化度が最も高い電池セルを基準に使用可能なものと判断することができる。したがって、ユーザは、最も多く劣化した電池セルを基準に使用するか、または電池セル内部の物質を抽出して使用するなどの多様な活用方案に対して判断することができる。

このように、本開示の電池診断方法によると、電池の劣化度を算出し、交流インピーダンスにより電池のＳＯＨを推定して短時間に電池の等級を分類することで、迅速かつ容易に電池の状態を診断することができる。

図８は、本開示の一実施形態に係る電池異常検出装置を動作するためのコンピューティングシステムのハードウェア構成を示す図である。
図８を参照すると、本開示の一実施形態に係るコンピューティングシステム３０は、ＭＣＵ３２、メモリ３４、入出力Ｉ／Ｆ３６、および通信Ｉ／Ｆ３８を含むことができる。

ＭＣＵ３２は、メモリ３４に格納されている各種プログラム（例えば、電池の劣化度の算出プログラム、ＳＯＨの算出プログラム、電池診断プログラムなど）を実行させ、このようなプログラムを介して電池セルおよび電池モジュールの劣化度、電池モジュールおよび電池パックの交流インピーダンス、ＳＯＨなどを含む各種データを処理し、前述した図２に示した電池診断装置の機能を行うようにするプロセッサであってもよい。

メモリ３４は、電池の劣化度およびＳＯＨの算出、電池の診断に関する各種プログラムを格納することができる。また、メモリ３４は、電池の劣化度、交流インピーダンス、ＳＯＨデータなどの各種データを格納することができる。

このようなメモリ３４は、必要に応じて複数備えられてもよい。メモリ３４は、揮発性メモリであってもよく、不揮発性メモリであってもよい。揮発性メモリとしてのメモリ３４は、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどが用いられることができる。不揮発性メモリとしてのメモリ３４は、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＡＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどが用いられることができる。上記で列挙したメモリ３４の例は単なる例示にすぎず、これらの例に限定されるものではない。

入出力Ｉ／Ｆ３６は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置（図示せず）と、ディスプレイ（図示せず）などの出力装置と、ＭＣＵ３２との間を連結してデータを送受信できるようにするインターフェースを提供することができる。

通信Ｉ／Ｆ３８は、サーバと各種データを送受信できる構成であり、有線または無線通信を支援できる各種装置であってもよい。例えば、通信Ｉ／Ｆ３８を介して、別に備えられた外部サーバから電池のＳＯＨの算出および電池の状態診断のためのプログラムや各種データなどを送受信することができる。

このように、本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、メモリ３４に記録され、ＭＣＵ３２により処理されることで、例えば、図２に示した各機能を行うモジュールとして実現されてもよい。

以上、本開示の実施形態を構成する全ての構成要素が１つに結合するかまたは結合して動作するものと説明されたからといって、本開示が必ずしもこのような実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示の目的の範囲内であれば、その全ての構成要素が１つ以上に選択的に結合して動作してもよい。

また、以上に記載された「含む」、「構成する」、または「有する」などの用語は、特に反対の記載がない限り、当該構成要素が内在できることを意味するため、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいものと解釈されなければならない。技術的または科学的な用語を含む全ての用語は、他に定義しない限り、本開示が属する技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有する。辞書に定義された用語のように一般的に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されなければならず、本開示において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。

以上の説明は本開示の技術思想を例示的に説明したものにすぎず、本開示が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本開示の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正および変形が可能である。したがって、本開示に開示された実施形態は本開示の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであって、このような実施形態により本開示の技術思想の範囲が限定されるものではない。本開示の保護範囲は後述の請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本開示の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１電池パック
２上位制御器
１０電池モジュール
１２センサ
１４スイッチング部
２０電池管理システム
３０コンピューティングシステム
３２ＭＣＵ
３４メモリ
３６入出力Ｉ／Ｆ
３８通信Ｉ／Ｆ
１００電池診断装置
１１０算出部
１２０測定部
１３０推定部
１４０診断部
１５０格納部

Claims

電池セル、および前記電池セルを含む電池モジュールの劣化度を算出する算出部と、
前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定する測定部と、
前記電池パックの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定する推定部と、
前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断する診断部と、
を含む、電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの再使用が可能であるか否かを判断する、請求項１に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記劣化度のうち少なくとも１つの偏差に基づいて前記電池パックの状態を診断する、請求項１又は２に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記劣化度のうち少なくとも１つの偏差が基準範囲に含まれる場合、前記電池パックの再使用が可能であると判断する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池診断装置。
前記算出部は、前記電池モジュールの前記劣化度を算出し、
前記測定部は、前記電池モジュールの交流インピーダンスを測定し、
前記推定部は、前記電池モジュールの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池モジュールのＳＯＨを推定し、
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの状態を診断する、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの再使用が可能であるか否かを判断する、請求項５に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度の偏差が基準範囲に含まれる場合、前記電池モジュールの再使用が可能であると判断する、請求項５又は６に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度の偏差が基準範囲から外れる場合、前記電池セルのうち劣化度が最も高い電池セルを基準に使用可能なものと判断する、請求項５～７のいずれか一項に記載の電池診断装置。
電池セルの劣化度を算出する算出部と、
前記電池セルを含む電池モジュールの交流インピーダンスを測定する測定部と、
前記電池モジュールの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池モジュールのＳＯＨを推定する推定部と、
前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの状態を診断する診断部と、
を含む、電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの再使用が可能であるか否かを判断する、請求項９に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度の偏差が基準範囲に含まれる場合、前記電池モジュールの再使用が可能であると判断する、請求項９又は１０に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度の偏差が基準範囲から外れる場合、前記電池セルのうち劣化度が最も高い電池セルを基準に使用可能なものと判断する、請求項９～１１のいずれか一項に記載の電池診断装置。
前記算出部は、前記電池モジュールの劣化度を算出し、
前記測定部は、前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定し、
前記推定部は、前記電池パックの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定し、
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断する、請求項９～１２のいずれか一項に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの再使用が可能であるか否かを判断する、請求項１３に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記劣化度のうち少なくとも１つの偏差に基づいて前記電池パックの状態を診断する、請求項１３又は１４に記載の電池診断装置。
前記診断部は、前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記劣化度のうち少なくとも１つの偏差が基準範囲に含まれる場合、前記電池パックの再使用が可能であると判断する、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の電池診断装置。
電池セル、および前記電池セルを含む電池モジュールの劣化度を算出するステップと、
前記電池モジュールを含む電池パックの交流インピーダンスを測定するステップと、
前記電池パックの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池パックのＳＯＨを推定するステップと、
前記電池セルの前記劣化度、前記電池モジュールの前記劣化度、および前記電池パックの前記ＳＯＨに基づいて前記電池パックの状態を診断するステップと、
を含む、電池診断方法。
前記電池モジュールの前記劣化度を算出するステップと、
前記電池モジュールの交流インピーダンスを測定するステップと、
前記電池モジュールの前記交流インピーダンスに基づいて前記電池モジュールのＳＯＨを推定するステップと、
前記電池セルの前記劣化度および前記電池モジュールの前記ＳＯＨに基づいて前記電池モジュールの状態を診断するステップと、をさらに含む、請求項１７に記載の電池診断方法。