JP6204487B2 - 混合正極材を含む二次電池の出力推定装置及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2012年11月29日出願の韓国特許出願第10−2012−0137320号、及び2013年11月29日出願の韓国特許出願第10−2013−0147620号に基づく優先権を主張するものであり、該当韓国出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
二次電池としては、鉛‐酸電池、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐亜鉛電池、ニッケル‐鉄電池、銀酸化物電池、ニッケル金属水素化物(hydride)電池、亜鉛‐マンガン酸化物電池、亜鉛‐臭化物電池、金属‐空気電池、リチウム二次電池などが知られている。そのうち、リチウム二次電池は、他の二次電池に比べてエネルギー密度及び電池電圧が高く、保存寿命が長いという点で商業的に多大に関心を集めている。
リチウム二次電池においては、正極材として使用される物質が二次電池の性能に重要な影響を及ぼすため、高温で安定性を維持しながらも高いエネルギー容量を提供でき、且つ、製造コストの低い正極材を提供しようとして多様に試みられている。しかし未だ、市場で要求する性能を全て充足するには、ある1つの正極材のみでは限界がある。
電気駆動自動車の運行速度は二次電池の出力に比例する。したがって、電気駆動自動車のコントロールユニットは、二次電池が提供できる出力がどの程度であるかをモニタリングする機能を持つ。また、前記コントロールユニットは、二次電池が出力できる最大出力の範囲内で電気駆動自動車が安全に駆動できるように、モーターを含む各種駆動装置を制御する。そこで、電気駆動自動車の走行性能を最適化するためには、二次電池の出力を正確に計算できる方法が必要となる。
本発明は、市場が求める二次電池の性能を考慮して、2つ以上の正極材を混合した混合正極材を含み、前記混合正極材によって特異な電気化学的挙動を示す二次電池の出力を正確に推定する装置及び方法を提供することを目的とする。
別の態様によれば、前記複数の放電率条件は、二次電池の充電状態(SOC:State Of Charge)毎に測定したI−Vプロファイルで観察される転移放電率の最大値より大きい。
前記I−Vプロファイルは、同じ充電状態条件で放電率を変化させたとき、二次電池の動的電圧(Dynamic voltage)がどのくらい降下するのかを示す。前記I−V測定プロファイルは、通常、負の傾きを有する一次関数の形態である。
しかし、混合正極材を含む二次電池の場合、充電状態(または開放電圧)が特定の範囲に属するとき、前記I−V測定プロファイルは特定の放電率を基準にしてプロファイルの傾きが変わる。
このように、I−Vプロファイルの傾きが変化する放電率を転移放電率と定義でき、前記転移放電率は二次電池の充電状態(または開放電圧)に依存して変化する。前記I−V測定プロファイルは、二次電池の充電状態毎に図化し得る。
また、さらに別の態様によれば、前記制御手段は、下記数式1及び数式2を用いて二次電池の最大放電率(Cmax)と最大出力(Pmax)を計算する。
ここで、前記最大放電率はC−rate単位で表されるが、アンペア(ampere)単位に変換して表すこともできることは自明である。
<数式1>
最大放電率(Cmax)=(線形方程式のY切片−放電下限電圧)/線形方程式の傾きの絶対値
<数式2>
Pmax=最大放電率(Cmax)*放電下限電圧(Vmin)
このような場合、前記第1及び第2正極材を含む二次電池は、充電状態の変化に従って抵抗プロファイルを測定したとき、抵抗プロファイル上にコンベックス(convex)パターンを有し、コンベックスパターンの頂点を前後にして2つの変曲点が現れる。
また、前記第1及び第2正極材を含む二次電池は、充電状態の変化に従って開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)プロファイルを測定したとき、開放電圧プロファイル上に少なくとも1つの電圧平坦領域(plateau)を有する。
前記作動イオンは、二次電池の種類によって変わり得る。一例として、リチウム二次電池である場合、作動イオンはリチウムイオンであり得る。
前記電気化学的反応は、二次電池の充電と放電過程で伴われる前記第1及び第2正極材の酸化及び還元反応を含むものであって、二次電池の作動メカニズムによって変わり得る。
一例として、前記電気化学的反応は、作動イオンが前記第1正極材及び/または前記第2正極材の内部に挿入されるか又は逆に内部から脱離することを意味し得る。
このような場合、前記第1及び第2正極材に挿入される作動イオンの濃度、または、前記第1及び第2正極材から脱離する作動イオンの濃度は、二次電池の電圧の変化によって変わり得る。
別の例として、二次電池が充電される条件において、ある電圧帯域では前記第1正極材よりも前記第2正極材から作動イオンが優先的に脱離し、他の電圧帯域ではその逆になり得る。
以下では、二次電池が放電するとき、高い電圧帯域では作動イオンが前記第2正極材よりも第1正極材に優先的に挿入され、低い電圧帯域では作動イオンが前記第1正極材よりも第2正極材に優先的に挿入されるとして説明する。
本発明において、前記第1及び第2正極材として使用可能な物質は、二次電池の電圧レベルに従って作動イオンと反応する濃度が変わる物質であれば特に制限がない。
選択的に、前記第1正極材は、米国特許第6,677,082号(特許文献1)、米国特許第6,680,143号(特許文献2)などに開示されたアルカリ金属化合物xLiM1O2‐(1‐x)Li2M2O3(M1は平均酸化状態3を有する少なくとも1つの元素を含む;M2は平均酸化状態4を有する少なくとも1つの元素を含む;0≦x≦1)であり得る。
さらに別の態様によれば、前記第1正極材及び/または前記第2正極材は、コーティング層を含むことができる。前記コーティング層は炭素層を含むか、若しくは、Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V、及びSからなる群より選択された少なくとも1つの元素を含む酸化物層またはフッ化物層を含むことができる。
一実施態様として、放電出力に優れた二次電池を所望する場合、Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を5:5に設定することができる。
別の実施態様として、高温安全性に優れた二次電池を所望する場合、Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を2:8に設定することができる。
さらに別の実施態様として、放電出力が良く高温安全性に優れた二次電池を所望する場合、[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を4:6に設定することができる。
さらに別の実施態様として、重量当りの容量が大きい二次電池を所望する場合、Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を9:1に設定することができる。
ここで、前記使用電圧範囲は、第1正極材及び第2正極材の種類と混合比率によって変わり得、大きく3つの電圧区間、すなわち、第1正極材電圧区間(△V1)、転移電圧区間(△Vt)、及び第2正極材電圧区間(△V2)に分けられる。
ここで、前記第1正極材電圧区間(△V1)は、二次電池が放電するとき、放電率の大きさと関係なく主に第1正極材に作動イオンが挿入される電圧区間である。また、前記転移電圧区間(△Vt)は、二次電池が放電するとき、特定の放電率(転移放電率)を基準に作動イオンが主に挿入される正極材が第1正極材から第2正極材に変更される電圧区間である。また、前記第2正極材電圧区間(△V2)は、二次電池が放電するとき、放電率の大きさと関係なく主に第2正極材に作動イオンが挿入される電圧区間である。
二次電池がパルス放電するとき、作動イオンが第1正極材に主に挿入されるため、二次電池の放電率に関係なく、放電終了電圧(Vf)が第1正極材の抵抗特性に依存性を見せながら減少する。したがって、I−Vプロファイルは、放電率の増加と共に放電終了電圧(Vf)が負の傾きを有して線形的に減少するパターンを有し、第1正極材電圧区間(△V1)内でOCV0が低くなるほど前記I−Vプロファイルは下方に移動する。
二次電池がパルス放電するとき、転移放電率を基準に作動イオンが主に挿入される正極材の種類が第1正極材から第2正極材に変わる。
説明の便宜上、前記転移放電率より小さい放電率の区間を第1放電率区間とし、前記転移放電率区間より大きい放電率の区間を第2放電率区間とする。そして、前記第1放電率区間で観察されるI−Vプロファイルを第1プロファイルとし、前記第2放電率区間で観察されるI−Vプロファイルを第2プロファイルとする。
また、前記転移放電率は一定値に固定されず、転移電圧区間(△Vt)内で二次電池のOCV0が減少すれば、共に減少する傾向を有する。OCV0が減少すれば、その分第1正極材に作動イオンが挿入可能な容量が減少して、二次電池が低い放電率で放電しても第2正極材に作動イオンが挿入され始めるためである。
二次電池がパルス放電するとき、放電率の大きさと関係なく、作動イオンが第2正極材に主に挿入される。したがって、全体放電率区間にわたってI−Vプロファイルは一定傾きを有して線形的に減少するパターンを有し、前記第2正極材電圧区間(△V2)内でOCV0が低いほどI−Vプロファイルの減少する傾きは増加する。OCV0が低くなるほど、第2正極材に作動イオンが挿入可能な容量が消尽しながら、第2正極材の抵抗が共に増加するか又は負極材の抵抗が増加するためである。ここで、前記減少する傾きの増加程度は第2正極材の種類によって変わり得る。
本発明において、前記放電手段が異なる放電率で二次電池を放電させるとき、それぞれの放電率は前記転移放電率の最大値より大きく設定することが望ましい。
本発明において、前記線形方程式を近似するときに使用する放電率と放電終了電圧(Vf)に関するデータ組をI−Vデータと定義するとき、前記I−Vデータの数は少なくとも2つ、望ましくは3つ以上であり得る。
一方、二次電池のOCV0が転移電圧区間(△Vt)に属するとき、前記数式1及び数式2によって計算される最大出力Pmaxは二次電池が出せる最大出力の下限値に該当する。したがって、二次電池が実際に出せる最大出力は計算された最大出力(Pmax)より大きいか又は同じ値を有する。
本発明による二次電池の出力推定装置は、前記推定された二次電池の最大出力を外部のコントロールユニットに伝送することができる。
本発明による二次電池の出力推定装置は、前記制御手段と組み合わせられた保存手段をさらに含み得、前記制御手段は、前記複数の放電率及び放電終了電圧(Vf)、及び/または、前記近似した線形方程式の傾き及びY切片、及び/または、前記推定された二次電池の最大出力を前記保存手段に記録することができる。
一態様によれば、前記電気駆動装置は、携帯電話、ラップトップパソコン、タブレットパソコンなどのモバイルコンピューター装置、またはデジタルカメラ、ビデオカメラ、オーディオ/ビデオ再生装置などを含む手持ち式のマルチメディア装置であり得る。
別の態様によれば、前記電気駆動装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターを備えるパワーツールであり得る。
さらに別の態様によれば、前記電気駆動装置は、電力グリッドに設けられて新再生エネルギーや余剰発電電力を貯蔵する大容量電力貯蔵装置、または停電などの非常状況でサーバーコンピューターや移動通信装備などを含む各種の情報通信装置の電源を供給する無停電電源供給装置であり得る。
前記電解質は、作動イオンを含み、作動イオンを介して正極と負極で電気化学的な酸化または還元反応を行えるものであれば、その種類に特に制限がない。
前記二次電池は、また、前記正極、負極、及び分離膜を密封する包装材をさらに含むことができる。前記包装材は、化学的に安全性を有するものであれば、その材質に特に制限がない。
前記二次電池の外形は、包装材の構造によって決定される。前記包装材の構造は当業界で知られた多様な構造のうち1つであり得るが、代表的に円筒型、角形、パウチ型、コイン型などの構造を有し得る。
本明細書に添付される図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであって、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のものであり、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。
一部の実施形態において、リチウム二次電池の代わりに二次電池との用語を使用する場合、該当実施形態における二次電池は多様な種類の二次電池を含む概念で用いられたことを明らかにしておく。
二次電池の最大出力は、下記数式3を用いて計算した。数式3において、Vminは二次電池の放電下限電圧(=2.6V)を、OCV0は二次電池がパルス放電する前の開放電圧を、Vfはパルス放電が終わった直後に測定した二次電池の動的電圧を、Rdisは二次電池の放電中に観察された電圧減少量から計算できる二次電池の内部抵抗を、Cdisは放電率(5C)を示す。
<数式3>
Pmax=Vmin*(OCV0−Vmin)/Rdis
Rdis=(OCV0−Vf)/Cdis
一方、転移状態区間で■で示された点線プロファイルは、数式2を使用せず、CP(Constant Power)放電実験を通じて実際測定した二次電池の最大出力を示す。
ディップパターンの付近で、実線プロファイルと点線プロファイルとを比べると、数式3を使用して計算した二次電池の最大出力と実測した最大出力とに相当な誤差があることが確認できる。すなわち、数式3を用いて計算された最大出力が実測された最大出力より小さい。
このように、二次電池が転移状態区間で放電するときに最大出力の誤差が生じる理由は、二次電池の抵抗特性が前記転移状態区間で急激に変化するためである。
図2を参照すれば、転移状態区間で二次電池の内部抵抗が局所的に増加してから減少するコンベックスパターンが現れ、コンベックスパターンの頂点を前後にして2つの変曲点(点線の円を参照)が現れることが観察できる。
図3を参照すれば、転移状態区間で変曲点を含む電圧平坦区間(点線の四角形を参照)が観察できる。ここで、電圧平坦区間とは、変曲点を基準にして電圧の変化が小さいプロファイル部分を意味する。
すなわち、転移状態区間より大きい充電状態区間で二次電池が放電すれば、主にNMC正極材にリチウムイオンが挿入され、NMC正極材に挿入されたリチウムイオンの量が増加するほど、二次電池の開放電圧は低くなる。一方、転移状態区間より低い充電状態区間で二次電池が放電すれば、主にLFP正極材にリチウムイオンが挿入され、LFP正極材に挿入されたリチウムイオンの量が増加するほど、二次電池の開放電圧は低くなる。そして、二次電池が転移状態区間で放電するときは、リチウムイオンが主に挿入される正極材の種類がNMC正極材からLFP正極材に変更される。このような正極材種類の変更は、図3に示された開放電圧プロファイルで、変曲点が生じる開放電圧(3.2V)付近の充電状態で二次電池が放電するときに行われる。
ここで、二次電池の内部抵抗が急に増加する理由は、NMC正極材がリチウムイオンを収容可能な容量の殆どを消尽しながら、NMC正極材の抵抗が急に増加するためである。
また、二次電池の内部抵抗が再び低くなる理由は、LFP正極材にリチウムイオンが挿入され始めながら、LFP正極材の低い抵抗特性が二次電池の内部抵抗として現れるためである。
さらに、二次電池が転移状態区間より低い充電状態区間で放電する場合、充電状態が低くなるほど二次電池の内部抵抗が再び増加することが確認できる。このような内部抵抗の増加は、負極材(グラファイト)として使用された物質の抵抗が転移状態区間の以下で増加するという点でその原因を探すことができる。
ここで、放電終了電圧(Vf)は、10秒間二次電池をパルス放電させた直後に測定した二次電池の動的電圧を意味する。そして、二次電池を多数の放電率条件でパルス放電させるとき、パルス放電が始まる前の二次電池の開放電圧(OCV0)は同一に設定した。したがって、同じプロファイル上にある複数の点は、同じ充電状態条件で相異なる放電率でパルス放電したときの放電終了電圧(Vf)を測定した結果を示す。
図4の縦軸に示した使用電圧範囲は、大きく第1電圧区間(△V1)、転移電圧区間(△Vt)、及び第2電圧区間(△V2)に分けられる。
Y切片(すなわち、OCV0)が第1電圧区間(△V1)と第2電圧区間(△V2)に属するI−Vプロファイルは、一定の傾きで放電終了電圧(Vf)が減少するパターンを有する。一方、Y切片(すなわち、OCV0)が転移電圧区間(△Vt)に属するプロファイルは、放電終了電圧(Vf)が減少する傾きが変化するパターンを有する。
I−VプロファイルNo.1〜5、10、及び11は傾きが一定であるため、二次電池の放電率が変化しても二次電池の内部抵抗は一定であると見なせる。一方、I−VプロファイルNo.6〜9は、二次電池の放電率の増加と共に傾きが減少し、下方境界プロファイル(E)に収束する。したがって、二次電池のOCV0が転移電圧区間(△Vt)に属するときに二次電池を放電させれば、放電率が増加するほど二次電池の内部抵抗が徐々に減少してから一定値に収束すると見なせる。
前記最大放電率(Cmax)は、図4に示されたプロファイルをX軸方向に延ばしたときX軸と接する地点の放電率(すなわち、X軸交差放電率)に該当する。
前記X軸交差放電率(Cmax)は、上述した数式3の(OCV0−Vmin)/Rdisに該当するが、分母のRdisは、二次電池が放電するとき放電率と放電終了電圧(Vf)をサンプリングすれば、数式(OCV0−Vf)/Cdisを使用してリアルタイムで計算することができる。
以下、上述した従来の問題点と新たな実験的知見に基づいて創案した、本発明による二次電池の出力推定装置について詳細に説明する。
図5を参照すれば、本発明による二次電池の出力推定装置100は、放電手段110、センサー手段120、及び制御手段130を含む。
前記装置100は、混合正極材を含む二次電池140の最大出力を推定するために二次電池140と負荷150との間に接続され得る。
前記二次電池140はリチウム二次電池であり得るが、本発明が電池の種類によって限定されることはない。
一実施形態として、前記電気駆動装置は、携帯電話、ラップトップパソコン、タブレットパソコンなどのモバイルコンピューター装置、またはデジタルカメラ、ビデオカメラ、オーディオ/ビデオ再生装置などを含む手持ち式のマルチメディア装置であり得る。
別の実施形態として、前記電気駆動装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターを備えるパワーツールであり得る。
さらに別の実施形態として、前記電気駆動装置は、電力グリッドに設けられて新再生エネルギーや余剰発電電力を貯蔵する大容量電力貯蔵装置、または停電などの非常状況でサーバーコンピューターや移動通信装備などを含む各種の情報通信装置の電源を供給する無停電電源供給装置であり得る。
非制限的な例として、混合正極材がNMC正極材とLFP正極材とを7:3(重量比)の比率で含んでいるとき、前記放電率条件は5C以上であることが望ましい(図4を参照)。
非制限的な例として、前記放電率条件が5C以上であるとき、前記放電率条件は6C及び8C(2種)、又は、6C、8C、及び10C(3種)に設定することができる。
別の例として、前記放電手段110は、放電回路を含み、相異なる大きさの放電率で二次電池140を強制放電させる手段であり得る。
後者の場合、前記放電回路は多数の抵抗成分を含み、前記放電手段110は抵抗成分の選択的接続を通じて放電電流の放電率を制御することができる。
前記放電終了電圧(Vf)は、パルス放電の印加が終了した時点で測定された二次電池の動的電圧を意味する。もし、放電率条件がn個に設定されれば、前記測定される放電終了電圧(Vf)の数もn個になる。
前記制御手段130は、前記放電手段110と前記センサー手段120を制御することで複数の放電率条件で測定された複数の放電終了電圧(Vf)を取得する。
また、前記制御手段130は、前記線形方程式を用いて放電率が0のときの開放電圧(OCV0)を外挿(interpolation)する。ここで、開放電圧(OCV0)は二次電池140がパルス放電する前の電圧であって、実質的に無負荷状態の開放電圧を意味する。
一例として、前記保存手段160は、RAM、ROM、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体、または磁気記録媒体であり得る。
また、前記保存手段160は前記制御手段130によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを通じて前記制御手段130と接続することができる。
前記保存手段160は論理的に2つ以上に分割でき、前記制御手段130内に含まれることを制限しない。
前記保存手段160は、異なる放電率条件に関するデータ、前記センサー手段120によって測定された多数の放電終了電圧(Vf)に関するデータ、2次元線形方程式の傾き、Y切片データと放電下限電圧(Vmin)に関するデータ、計算された最大放電率と最大出力に関するデータを含むことができる。
前記制御手段130の多様な制御ロジック及び/または計算ロジックは、少なくとも1つが選択的に組み合わせられることで、それ自体として本発明による二次電池の出力推定方法の一実施様態になり得る。
まず、段階S10において、前記制御手段130は前記保存手段160から二次電池の最大出力を推定するのに必要な制御ロジックを読み込んで実行する。
次いで、段階S20において、前記制御手段130は出力を推定可能な条件が満たされたのか否かを判断する。ここで、推定条件は、二次電池が一定時間(例えば、数十秒から数分)以上無負荷状態で維持されるという条件を含み得る。選択的に、段階S20は省略することができる。
段階S20において、推定条件が満たされたと判断すれば、制御手段130はプロセスを段階S30に移行する。一方、S20で、推定条件が満たされていないと判断すれば、プロセスを段階S20に移行する。
ここで、1つの放電率条件とそれに対応する放電終了電圧(Vf)はI−Vデータを構成する。したがって、二次電池140が3個の相異なる放電率条件でパルス放電したとすれば、前記制御手段130は3個のI−Vデータを取得する。
前記複数の放電率条件は十分大きいことが望ましい。一例として、前記複数の放電率条件は、二次電池140に対するI−Vプロファイルで観察される転移放電率の最大値より大きいことが望ましい。
次いで、段階S60において、制御手段130は前記線形方程式から放電率が0のときの開放電圧(OCV0)を計算し、放電下限電圧(Vmin)を基準に開放電圧(OCV0)のオフセットを算出する。
その後、段階S70において、制御手段130は前記オフセット値と前記線形方程式の傾き(Rdis)を用いて二次電池の最大放電率(Cmax)を計算する。その後、段階S80において、制御手段130は最大放電率(Cmax)と放電下限電圧(Vmin)を用いて二次電池140の最大出力(Cmax*Vmin)を推定する。
前記記録媒体は、コンピューターに含まれたプロセッサによってアクセスが可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記記録媒体は、ROM、RAM、レジスタ、CD−ROM、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー(登録商標)、及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも1つを含む。
また、前記コード体系は、キャリア信号に変調されて特定時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークで接続されたコンピューターに分散して保存されて実行され得る。また、前記組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード、及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推測できる。
110 放電手段
120 センサー手段
130 制御手段
140 二次電池
150 負荷
150 表示手段
160 保存手段
Claims (22)
- 少なくとも第1正極材と第2正極材とが混合された混合正極材を含む二次電池が放電するとき、作動イオンが主に挿入される正極材が第1正極材から第2正極材に変更され、且つ、前記二次電池の充電状態に対応する転移放電率よりも大きい相異なる複数の放電率条件で前記二次電池を放電させる放電手段と、
前記複数の放電率条件に対応する複数の放電終了電圧を測定するセンサー手段と、
前記複数の放電率と前記複数の放電終了電圧との間の相関関係を2次元の線形方程式に近似し、前記線形方程式を用いて放電下限電圧に対応する二次電池の最大放電率を計算し、計算された最大放電率から二次電池の最大出力を推定する制御手段と、を含むことを特徴とする二次電池の出力推定装置。 - 前記放電手段が、相異なる複数の放電率条件で二次電池をパルス放電させることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記第1正極材及び第2正極材の種類及び混合比率は、前記二次電池の放電抵抗プロファイルがコンベックスパターンを有するように設定されたものであることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記第1正極材及び第2正極材の種類及び混合比率は、前記二次電池の開放電圧プロファイルが少なくとも1つの電圧平坦領域を有するように設定されたものであることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記第1正極材及び前記第2正極材は、放電モードで二次電池の作動イオンと反応する電圧帯域が相異なることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記制御手段が、少なくとも2組の放電率及び放電終了電圧を用いて線形方程式を近似することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記複数の放電率条件が、前記二次電池の充電状態毎に測定されたI−Vプロファイルで観察される転移放電率の最大値より大きいことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記制御手段が、下記数式
最大放電率(Cmax)=(線形方程式のY切片−放電下限電圧)/線形方程式の傾きの絶対値
を用いて前記最大放電率を計算することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。 - 前記制御手段が、下記数式
Pmax=最大放電率*放電下限電圧={(線形方程式のY切片−放電下限電圧)/線形方程式の傾きの絶対値}*放電下限電圧
を用いて二次電池の最大出力を推定することを特徴とする請求項1または請求項8に記載の二次電池の出力推定装置。 - 前記制御手段と組み合わせられた表示手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記表示手段を通じて前記推定された二次電池の最大出力を出力することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。 - 前記制御手段が、前記推定された二次電池の最大出力を外部のコントロールユニットに伝送することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。
- 前記制御手段と組み合わせられた保存手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記複数の放電率及び放電終了電圧、前記近似した線形方程式の傾き及びY切片、または前記推定された二次電池の最大出力を前記保存手段に記録することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。 - 前記第1正極材は、一般化学式A[AxMy]O2+z(ここで、AはLi、Na、及びKのうち少なくとも1つの元素を含み、MはNi、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru、及びCrから選択された少なくとも1つの元素を含み、x≧0、1≦x+y≦2、−0.1≦z≦2であり、x、y、z、及びMに含まれた成分の化学量論係数は化合物が電気的中性を維持するように選択される)で表されるアルカリ金属化合物であり、
前記第2正極材は、一般化学式LiaM1 xFe1‐xM2 yP1‐yM3 zO4‐z(ここで、M1はTi、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、及びAlから選択された少なくとも1つの元素を含み、M2はTi、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V、及びSから選択された少なくとも1つの元素を含み、M3はFを含むハロゲン族元素から選択された少なくとも1つの元素を含み、0<a≦2、0≦x≦1、0≦y<1、0≦z<1であり、a、x、y、z、M1、M2、及びM3に含まれた成分の化学量論係数は化合物が電気的中性を維持するように選択される)、または、Li3M2(PO4)3(ここで、MはTi、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Al、Mg、及びAlから選択された少なくとも1つの元素を含む)で表されるリチウム金属フォスフェートであることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の出力推定装置。 - 請求項1に記載の二次電池の出力推定装置を含む電気駆動装置。
- (a)少なくとも第1正極材と第2正極材とが混合された混合正極材を含む二次電池が放電するとき、作動イオンが主に挿入される正極材が第1正極材から第2正極材に変更され、且つ、前記二次電池の充電状態に対応する転移放電率よりも大きい相異なる複数の放電率条件で前記二次電池を放電させる段階と、
(b)前記複数の放電率条件に対応する複数の放電終了電圧を測定する段階と、
(c)前記複数の放電率と前記複数の放電終了電圧との間の相関関係を2次元の線形方程式に近似し、前記線形方程式を用いて放電下限電圧(Vmin)に対応する二次電池の最大放電率(Cmax)を計算する段階と、
(d)前記計算された最大放電率から二次電池の最大出力を推定する段階と、を含むことを特徴とする二次電池の出力推定方法。 - 前記(a)段階が、相異なる複数の放電率条件で前記二次電池をパルス放電させる段階であることを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。
- 前記(c)段階において、少なくとも2組の放電率及び放電終了電圧を用いて前記線形方程式を近似することを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。
- 前記(a)段階において、前記複数の放電率条件は、前記二次電池の充電状態毎に測定されたI−Vプロファイルで観察される転移放電率の最大値より大きいことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。
- 前記(d)段階が、下記数式
Pmax=最大放電率*放電下限電圧={(線形方程式のY切片−放電下限電圧)/線形方程式の傾きの絶対値}*放電下限電圧
を用いて二次電池の最大出力を推定することを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。 - 前記推定された二次電池の最大出力を表示する段階をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。
- 前記推定された二次電池の最大出力を外部に伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。
- 前記複数の放電率及び放電終了電圧、前記近似した線形方程式の傾き及びY切片、または前記推定された二次電池の最大出力を保存する段階をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の出力推定方法。
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