JP6784351B2 - バッテリーセルの性能をテストするための装置及び方法 - Google Patents

バッテリーセルの性能をテストするための装置及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6784351B2
JP6784351B2 JP2019563773A JP2019563773A JP6784351B2 JP 6784351 B2 JP6784351 B2 JP 6784351B2 JP 2019563773 A JP2019563773 A JP 2019563773A JP 2019563773 A JP2019563773 A JP 2019563773A JP 6784351 B2 JP6784351 B2 JP 6784351B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery cell
negative electrode
positive electrode
estimated
limit value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019563773A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020521125A (ja
Inventor
ナム、ギ−ミン
リム、ジン−ヒュン
ユン、デュ−ソン
ジョー、ウォン−テ
Original Assignee
エルジー・ケム・リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エルジー・ケム・リミテッド filed Critical エルジー・ケム・リミテッド
Publication of JP2020521125A publication Critical patent/JP2020521125A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6784351B2 publication Critical patent/JP6784351B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Description

本発明は、バッテリーセルの性能をテストするための装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーセルの製造工程で発生する工程偏差を考慮してバッテリーセルの電気化学的性能を非破壊的にテストする装置及び方法に関する。
本出願は、２０１８年１月９日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０００２７３５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。
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、リチウム二次電池などの電池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列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り、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。
バッテリーを構成するバッテリーセルは、基本的に、正極、負極及び電解質を含む。バッテリーセルの電気化学的反応に関わる作動イオン（例えば、リチウムイオン）が正極から負極へと、または、負極から正極へと移動することによって、バッテリーセルの充放電が行われるようになる。
バッテリーセルは活性化工程を経て製造される。活性化工程では、充放電装置にバッテリーセルを連結した状態で、予め決められた条件でバッテリーセルを所定回数充放電する。従来の性能テスト方法を用いる場合、活性化工程が行われる間に測定されるバッテリーセルの充電容量と放電容量との比率によって、バッテリーセルから実際に抽出可能な最大容量値を推定することができる。該最大容量値はＦＣＣ（ｆｕｌｌ ｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）とも称し得る。
ただし、従来の性能テスト方法からは、バッテリーセル両端の電圧領域（ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｎｄｏｗ）などを含む使用領域についての情報を概略的に分かるだけで、バッテリーセルの正極と負極それぞれの使用領域についての情報までは把握できないという限界がある。
また、活性化工程において、リチウムイオンが負極に使用される炭素と反応して生成されるＳＥＩ（ｓｏｌｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などによってリチウムイオンの一部が非可逆的に消失するため、バッテリーセルの最大容量値が予め決められた設計容量値より小さくなる。しかし、従来の性能テスト方法は、予め決められた設計容量値と、活性化工程後のバッテリーセルの最大容量値と差が発生した原因についての情報を提供することはできない。
上述した問題を解決するため、３電極テスト法が提示されている。３電極テスト法によれば、バッテリーセルの正極と負極それぞれの電位を基準電極の電位と比べることで、バッテリーセルの正極と負極それぞれの使用領域と最大容量を測定する。しかし、３電極テスト法を実行するためには、正極と負極を含むバッテリーセルを分解した後、基準電極を別途に取り付けなければならず煩雑である。さらに、基準電極がバッテリーセルの電気化学的特性に影響を及ぼし得るため、基準電極を取り付けたバッテリーセルから測定された結果は、基準電極のないバッテリーセルの実際の電気化学的特性に符合しないこともある。
一方、バッテリーセルの電気化学的性能は、バッテリーセルの製造工程中に発生した工程偏差の影響を受ける。すなわち、バッテリーセルの製造工程中に発生した電極の厚さ、電極の面積または電極活物質の密度などの工程偏差によって、完成したバッテリーセルの性能にバラツキが生じるようになる。
一般に、バッテリーセルの製造工程は、電極工程と組立工程とに分けられ、具体的に、電極工程はミキシング、コーティング、ロールプレス及びスリッティングなどの工程を含み、組立工程は真空乾燥、ノッチング、ラミネーション、フォールディング及びパッケージングなどの工程を含む。このようなバッテリーセルのそれぞれの製造工程中に発生する工程偏差によって、バッテリーセルの単位面積当り正極／負極活物質量の値、及び正極／負極総面積の値などが変わり、このような工程偏差値は完成したバッテリーセルの性能に影響を及ぼすようになる。
このような工程偏差が反映された実際のバッテリーセルの性能をテストするため、従来は実際に、バッテリーセルを完成して完成セルの容量、抵抗及び使用領域を測定するか、または、設計シートを通じて完成セルの容量を推定した。
しかし、完成バッテリーセルを製造して性能をテストする方法は最も正確な方法であるものの、活性化工程を経なければならないため、多くの費用と時間を必要とする。また、設計シートを通じた推定は、バッテリーセルの容量のみに対して可能であり、バッテリーセルの抵抗及び使用領域（例えば、ＳＯＣに応じたＯＣＶの分布）は推定することができない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基準電極などを取り付けるためにバッテリーセルを分解せずバッテリーセルの性能をテストすることができる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セルの性能をテストするための装置は、前記バッテリーセルと電気的に連結され、前記バッテリーセルのＳＯＣの変化に応じた前記バッテリーセルの開放電圧を測定するように構成された測定部と、複数の参照セルそれぞれの正極または負極の開放電圧の変化を示す複数のプロファイルデータ、所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の上限値、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の下限値、及び前記バッテリーセルの製造工程で発生した工程偏差値を保存するように構成されたメモリ部と、前記測定部及び前記メモリ部と電気的に連結される制御部とを含む。前記制御部は、前記複数のプロファイルデータ、前記複数の上限値、及び前記複数の下限値に基づいて、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記複数の参照セルの開放電圧の変化を示す複数の参照プロファイルデータを生成するように構成される。前記制御部は、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す測定プロファイルデータを生成するように構成される。前記制御部は、前記複数の参照プロファイルデータ、前記測定プロファイルデータ及び前記工程偏差値に基づいて、前記バッテリーセルの容量、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ、及び前記バッテリーセルの抵抗のうち少なくとも一つを決定するように構成される。
前記工程偏差値は、前記バッテリーセルの製造工程中に発生した前記バッテリーセルの単位面積当り正極活物質量の偏差値、単位面積当り負極活物質量の偏差値、正極総面積の偏差値、及び負極総面積の偏差値のうち少なくとも一つを含むことができる。
前記複数のプロファイルデータは、前記複数の参照セルそれぞれの正極プロファイルデータ及び負極プロファイルデータを含むことができる。前記複数の上限値は、前記複数の参照セルそれぞれの参照正極上限値及び参照負極上限値を含むことができる。前記複数の下限値は、前記複数の参照セルそれぞれの参照正極下限値及び参照負極下限値を含むことができる。前記正極プロファイルデータは、前記参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオン量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示すことができる。前記負極プロファイルデータは、前記参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオン量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示すことができる。前記参照正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。前記参照負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。前記参照正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。前記参照負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。
前記制御部は、前記複数の参照プロファイルデータ及び前記測定プロファイルデータに基づいて、前記バッテリーセルの推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値、及び推定負極下限値を決定するように構成することができる。前記推定正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記バッテリーセルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。前記推定正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記バッテリーセルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。前記推定負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記バッテリーセルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。前記推定負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記バッテリーセルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示すことができる。
前記制御部は、前記参照プロファイルデータと前記測定プロファイルデータとの残差自乗和を示すコスト関数を宣言するように構成することができる。前記制御部は、前記コスト関数の値が最小になる前記バッテリーセルの前記推定正極上限値、前記推定正極下限値、前記推定負極上限値、及び前記推定負極下限値を推定するように構成することができる。
前記制御部は、前記複数のプロファイルデータ、前記推定正極上限値、前記推定正極下限値、前記推定負極上限値、及び前記推定負極下限値に基づいて、前記バッテリーセルの正極非可逆容量、負極非可逆容量、及び負極副反応容量を演算するように構成することができる。前記正極非可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲外の前記バッテリーセルの正極の非使用容量を示すことができる。前記負極非可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲外の前記バッテリーセルの負極の非使用容量を示すことができる。前記負極副反応容量は、前記バッテリーセルの負極表面に形成されたＳＥＩ被膜によって発生する副反応容量を示すことができる。
前記制御部は、前記推定正極下限値から前記推定正極上限値までの容量範囲に該当する正極可逆容量、前記推定負極下限値から前記推定負極上限値までの容量範囲に該当する負極可逆容量、及び前記バッテリーセルの容量が同一である点を用いて前記バッテリーセルの容量を決定するように構成することができる。
前記制御部は、前記工程偏差値及び前記負極副反応容量に基づいて、前記バッテリーセルの容量、前記推定プロファイルデータ、及び前記バッテリーセルの抵抗を決定するように構成することができる。
前記制御部は、前記負極副反応容量に対応する容量密度定数に前記工程偏差値を乗じて前記バッテリーセルの容量を推定するように構成することができる。
本発明の他の態様によるバッテリーセルの性能をテストするための方法は、複数の参照セルそれぞれの正極または負極の開放電圧の変化を示す複数のプロファイルデータ、所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の上限値、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の下限値、及び前記バッテリーセルの製造工程で発生した工程偏差値を保存する段階と、前記複数のプロファイルデータ、前記複数の上限値、及び前記複数の下限値に基づいて、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記複数の参照セルそれぞれの開放電圧の変化を示す複数の参照プロファイルデータを生成する段階と、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧を測定する段階と、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す測定プロファイルデータを生成する段階と、前記複数の参照プロファイルデータ、前記測定プロファイルデータ、及び前記工程偏差値に基づいて、前記バッテリーセルの容量、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ及び前記バッテリーセルの抵抗のうち少なくとも一つを決定する段階とを含む。
本発明の態様によれば、バッテリーセルを分解しなくても、バッテリーセルの製造工程中に発生した工程偏差を考慮して、テストセルの電気化学的性能をテストすることができる。したがって、バッテリーセルのテストにかかるコストと時間を節減することができる。
外にも本発明は他の多様な効果を有し得、このような本発明の他の効果は後述する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なるであろう。
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形態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。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置の機能的構成を概略的に示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの正極開放電圧プロファイルを例示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの正極開放電圧プロファイルを例示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの負極開放電圧プロファイルを例示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの負極開放電圧プロファイルを例示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの両端開放電圧プロファイルを例示した図である。
バッテリーセルの両端開放電圧プロファイルを例示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置がバッテリーセル１０の使用領域を推定する動作を説明する参照図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置がバッテリーセル１０の使用領域を推定する動作を説明する参照図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置がバッテリーセルの容量を推定する動作を説明する参照図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置がバッテリーセルの容量を推定する動作を説明する参照図である。
本発明の一実施形態による装置によって推定されたバッテリーセルの性能とバッテリーセルの実際性能との比較結果を示した図である。
本発明の一実施形態による装置によって推定されたバッテリーセルの性能とバッテリーセルの実際性能との比較結果を示した図である。
本発明の一実施形態による装置によって推定されたバッテリーセルの性能とバッテリーセルの実際性能との比較結果を示した図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための方法を概略的に示したフロー図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求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、関連公知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、その詳細な説明は省略する。
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」されるとするとき、これは「直接的な連結」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結」も含む。
本明細書において、バッテリーセルは、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。以下、説明の便宜上、バッテリーセルを単に「セル」と称することもある。また、後述する多様な電圧プロファイルは連続的な形態を有するものに限定されず、離散的な形態も有し得る。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置の機能的構成を概略的に示した図である。
図１を参照すれば、前記装置は、測定部２００、メモリ部１００及び制御部３００を含む。
前記測定部２００は、バッテリーセル１０と電気的に連結できるように構成される。前記測定部２００は、バッテリーセル１０のＳＯＣの変化に応じた前記バッテリーセル１０の開放電圧（ＯＣＶ：ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を測定することができる。また、測定部２００は、制御部３００と電気的に連結されて、バッテリーセル１０で測定したデータを制御部３００に伝送することができる。例えば、図１に示されたように、測定部２００は、電圧センサ２１０、電流センサ２２０及び温度センサ２３０のうち少なくとも一つを含むことができる。前記電圧センサ２１０、前記電流センサ２２０及び前記温度センサ２３０のうち少なくとも一つは、制御部３００から提供される制御信号に答えて、バッテリーセル１０の電圧値、電流値及び温度値のうち少なくとも一つを個別的に測定し、測定された値を示す信号を制御部３００に伝送することができる。
例えば、電圧センサ２１０は、当業界で一般に用いられる電圧測定回路を用いて具現され得る。また、電流センサ２２０は、当業界で一般に用いられるホールセンサまたはセンス抵抗を用いて具現され得る。また、温度センサ２３０は、当業界で一般に用いられる熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）を用いて具現され得る。
前記メモリ部１００は、複数の参照セル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃｅｌｌ）それぞれの性能を示す参照情報を保存するように構成される。ここで、参照情報は、バッテリーセル１０の性能をテストするための比較の基準として活用される。
また、参照情報は、ＢＯＬ（ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｆｅ）状態の複数の参照セルそれぞれに対する事前実験を通じて予め取得されたデータを含む。ここで、ＢＯＬは、参照セルの最初製造時点から充放電サイクルが所定回数に到達した時点までの期間を称し得る。
このような参照情報には、複数のプロファイルデータ、複数の上限値、複数の下限値及び工程偏差値が含まれる。ここで、複数のプロファイルデータは、複数の参照セルそれぞれの正極または負極の開放電圧の変化を示すデータであり得る。また、複数の上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値で複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する値であり得る。また、複数の下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値で複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する値であり得る。
工程偏差値は、バッテリーセル１０の製造工程で発生する値であり得る。前記工程偏差値は、バッテリーセル１０の製造工程中に発生したバッテリーセル１０の単位面積当り正極活物質量の偏差値（例えば、単位はｍｇ／ｃｍ２）、単位面積当り負極活物質量の偏差値（例えば、単位はｍｇ／ｃｍ２）、正極総面積の偏差値（例えば、単位はｃｍ２）、及び負極総面積の偏差値（例えば、単位はｃｍ２）のうち少なくとも一つを含む。
例えば、前記工程偏差値は、バッテリーセル１０の製造工程中の電極工程に含まれたコーティング工程で発生したローディングの偏差値、バッテリーセル１０の製造工程中の組立工程に含まれたノッチング工程で発生した幅の偏差値と長さの偏差値などを含み得る。
メモリ部１００は、前記装置の全般的な動作に求められる各種のデータ、命令語及びソフトウェアをさらに保存することができる。このようなメモリ部１００は、情報を記録し、消去可能な記憶媒体であれば、その種類に特に制限がない。
例えば、メモリ部１００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。メモリ部１００は、また制御部３００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制御部３００と電気的に連結される。メモリ部１００は、また、制御部３００が行う各種の制御ロジッグを含むプログラム、及び／または制御ロジッグが実行されるときに発生するデータを保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。メモリ部１００は、論理的に２個以上に分割可能である。
前記制御部３００は、前記測定部２００及び前記メモリ部１００と動作可能に結合され、前記測定部２００及び前記メモリ部１００と電気的信号を交換することができる。制御部３００は、測定部２００及びメモリ部１００から前記複数のプロファイルデータ、前記複数の上限値、及び前記複数の下限値を受信することができる。
制御部３００は、前記複数のプロファイルデータ、複数の上限値、及び複数の下限値に基づいて、所定のＳＯＣ範囲に対する複数の参照セルそれぞれの開放電圧の変化を示す複数の参照プロファイルデータを生成することができる。それぞれの参照プロファイルデータは、それぞれの参照セルに関連するプロファイルデータが示す各参照セルの正極開放電圧プロファイルと負極開放電圧プロファイルとの差、すなわち、各参照セルの両端にかかる開放電圧プロファイルを示す。
制御部３００は、複数の参照セルとは別に、バッテリーセル１０に関連する測定プロファイルデータを生成することができる。ここで、バッテリーセル１０は、複数の参照セルと同じ電気化学的特性を有するように設計及び製造されたものである。ただし、工程誤差などの原因により、バッテリーセル１０と、複数の参照セルのうち少なくとも一つとは、実際性能において互いに相異なり得る。
制御部３００は、測定部２００によって測定された所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の両端にかかった開放電圧の変化を示す測定プロファイルデータを生成することができる。より具体的に、制御部３００は、測定部２００から提供されるバッテリーセル１０の電圧データに基づいて、所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の両端にかかった開放電圧のプロファイルを示す測定プロファイルデータを生成することができる。すなわち、測定プロファイルデータは、所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の両端にかかった開放電圧の変化を示すものである。
また、制御部３００は、メモリ部１００に保存されたデータ及び命令語を参照するか又はソフトウェアを実行して、バッテリーセル１０の電気化学的性能を非破壊的にテストすることができる。すなわち、制御部３００は、測定部２００及びメモリ部１００から取得した情報に基づいて、バッテリーセル１０の電気化学的性能をテストすることができる。
制御部３００は、バッテリーセル１０の電圧値、電流値及び温度値の測定、ＳＯＣ推定及びＳＯＨ推定のうち少なくとも一つのためのソフトウェアを実行することができる。
具体的に、制御部３００は、前記測定部２００及び前記メモリ部から取得した情報に基づいて、複数の参照プロファイルデータ及び測定プロファイルデータを生成する。そして、制御部３００は、複数の参照プロファイルデータ、測定プロファイルデータ及び工程偏差値に基づいて、バッテリーセル１０の容量、所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０両端の開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ、及びバッテリーセル１０の抵抗のうち少なくとも一つを決定することができる。
制御部３００は、上述したような動作を実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム及び／またはデータ処理装置などを選択的に含む形態で具現され得る。
前記装置は、出力部４００をさらに含むことができる。出力部４００は、制御部３００によって処理されるデータをユーザが認知可能な形態で出力する。例えば、出力部４００は、制御部３００によって処理されるデータを視覚的な形態で出力するディスプレイを含み得る。
他の例として、出力部４００は、制御部３００によって処理されるデータを聴覚的な形態で出力するスピーカーを含み得る。出力部４００を通じてバッテリーセル１０に対するテスト結果がユーザに提供される。
以下、各参照セル及びバッテリーセル１０の正極と負極がＬｉｘ（ＮＭＣ）Ｏ２とＬｉｙＣ６であり、各参照セル及びバッテリーセル１０の充放電を誘導する電気化学的反応に関わる作動イオンがリチウムイオン（Ｌｉ＋）であると仮定する。ここで、ｘは正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す化学量論的な数値であり、ｙは負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す化学量論的な数値である。例えば、ＮＭＣは、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌのような金属元素であり得る。
また、前記所定のＳＯＣ範囲は０〜１と仮定する。セルのＳＯＣが１であるということは、セルの両端電圧が予め決められた上限電圧に到達して満充電状態に至ったことを意味し、セルのＳＯＣが０であるということは、セルの両端電圧が予め決められた下限電圧に到達して満放電状態に至ったことを意味する。
図２及び図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの正極開放電圧プロファイルを例示した図である。
まず、図２を参照すれば、参照セルに対する事前実験を通じて参照セルの正極（Ｌｉｘ（ＮＭＣ）Ｏ２）に貯蔵されたリチウムイオンの量ｘが第１実験値ｘ１と第２実験値ｘ２との間の範囲で調節される間に測定された参照セルの正極開放電圧プロファイルＵｐ（ｘ）を確認できる。ここで、参照セルの正極開放電圧は、参照セルの正極電位と基準電位（例えば、０Ｖ）との差である。
図２に示された参照セルの正極開放電圧プロファイルＵｐ（ｘ）によれば、参照セルの正極に貯蔵されるリチウムイオンの量ｘが第１実験値ｘ１から第２実験値ｘ２の方へと増加するほど、参照セルの正極開放電圧は次第に減少するようになる。ここで、リチウムイオンの量ｘは、下記の数式１から決定することができる。
Figure 0006784351
ここで、ｘはリチウムイオンの量、Ｐｉは参照正極下限値、Ｐｆは参照正極上限値、ＳＯＣは参照セルの充電状態である。このとき、Ｐｆ及びＰｉが予め決められた定数であるため、ｘはＳＯＣの変化に依存する。すなわち、ｘとＳＯＣのうち一方が分かれば、他方が分かるようになる。
図２及び図３を参照すれば、制御部３００は、図２に示された正極開放電圧プロファイルＵｐ（ｘ）を参照セルの充電状態に応じた正極電圧プロファイルＵｐ（ＳＯＣ）に変換することができる。すなわち、制御部３００は、前記数式１を用いて、図２のＵｐ（ｘ）から図３のＵｐ（ＳＯＣ）を得ることができる。図３に示された正極電圧プロファイルＵｐ（ＳＯＣ）によれば、ＳＯＣが０から１へと増加するほど、参照セルの正極開放電圧は次第に増加するようになる。
メモリ部１００に保存された複数のプロファイルデータは、複数の参照セルそれぞれの正極プロファイルデータを含むことができる。
具体的に、前記正極プロファイルデータは、参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオン量の変化による参照セルの正極の開放電圧の変化を示す。すなわち、正極プロファイルデータは、前記正極開放電圧プロファイルＵｐ（ｘ）であり得る。例えば、参照セルに対する充電が行われるにつれて、参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量は次第に減少する一方、参照セルの正極の電位は次第に増加するようになる。
メモリ部１００に保存された複数の上限値は、複数の参照正極上限値を含むことができる。
具体的に、前記参照正極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値で参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する。より具体的に、参照正極上限値は、参照セルの正極に貯蔵可能な作動イオン（例えば、リチウムイオン）の最大量を示す第１臨界値に基づいて、前記第１臨界値から、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点で参照セルの正極に貯蔵された作動イオンの量を示す第１実験値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達したときに参照セルの正極に貯蔵された作動イオンの量が前記第１臨界値の１０％であれば、前記参照正極上限値は（１００％−１０％）／１００％＝０．９０である。
メモリ部１００に保存された複数の下限値は、複数の参照正極下限値を含むことができる。
具体的に、前記参照正極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値で参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する。より具体的に、参照正極下限値は、前記第１臨界値に基づいて、前記第１臨界値から、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点で参照セルの正極に貯蔵された作動イオンの量を示す第２実験値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達したときに参照セルの正極に貯蔵された作動イオンの量が前記第１臨界値の８０％であれば、前記参照正極下限値は（１００％−８０％）／１００％＝０．２０である。
参照セルのＳＯＣが減少するほど、参照セルの正極に貯蔵される作動イオンの量は増加する。したがって、参照正極下限値は、参照正極上限値よりも小さい。
図４及び図５は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの負極開放電圧プロファイルを例示した図である。
まず、図４を参照すれば、参照セルに対する事前実験を通じて参照セルの負極（ＬｉｙＣ６）に貯蔵されたリチウムイオンの量ｙが第３実験値ｙ１と第４実験値ｙ２との間の範囲で調節される間に測定された参照セルの負極開放電圧プロファイルＵＮ（ｙ）を確認できる。参照セルの負極開放電圧は、参照セルの負極電位と基準電位（例えば、０Ｖ）との差である。
図４に示された参照セルの負極開放電圧プロファイルＵＮ（ｙ）によれば、参照セルの負極に貯蔵されるリチウムイオンの量ｙが第３実験値ｙ１から第４実験値ｙ２の方へと増加するほど、参照セルの負極開放電圧が次第に減少するようになる。ここで、リチウムイオンの量ｙは、下記の数式２から決定することができる。
Figure 0006784351
ここで、ｙはリチウムイオンの量、Ｎｉは参照負極下限値、Ｎｆは参照負極上限値、ＳＯＣは参照セルの充電状態である。このとき、Ｎｆ及びＮｉが予め決められた定数であるため、ｙはＳＯＣの変化に依存する。すなわち、ｙとＳＯＣのうち一方が分かれば、他方が分かるようになる。
図４及び図５を参照すれば、制御部３００は、負極開放電圧プロファイルＵＮ（ｙ）を参照セルの充電状態に応じた負極電圧プロファイルＵＮ（ＳＯＣ）に変換することができる。すなわち、制御部３００は、前記数式２を用いて、図４のＵＮ（ｙ）から図５のＵＮ（ＳＯＣ）を得ることができる。図５に示された参照セルの充電状態に応じた負極電圧プロファイルＵＮ（ＳＯＣ）によれば、ＳＯＣが０から１へと増加するほど、参照セルの負極開放電圧は次第に減少するようになる。
メモリ部１００に保存された複数のプロファイルデータは、複数の参照セルそれぞれの負極プロファイルデータを含むことができる。
具体的に、前記負極プロファイルデータは、参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオン量の変化による参照セルの負極の開放電圧の変化を示す。すなわち、負極プロファイルデータは、前記負極開放電圧プロファイルＵＮ（ｙ）であり得る。例えば、参照セルに対する充電が行われるにつれて、参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量は次第に増加する一方、参照セルの負極の電位は次第に減少するようになる。
メモリ部１００に保存された複数の上限値は、複数の参照セルそれぞれの参照負極上限値を含むことができる。
また、前記参照負極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値で参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する。より具体的に、参照負極上限値は、参照セルの負極に貯蔵可能な作動イオン（例えば、リチウムイオン）の最大量を示す第２臨界値に基づいて、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点で参照セルの負極に貯蔵された作動イオンの量を示す第３実験値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達したときに参照セルの負極に貯蔵された作動イオンの量が前記第２臨界値の９５％であれば、前記参照負極上限値は９５％／１００％＝０．９５である。
メモリ部１００に保存された複数の下限値は、複数の参照セルそれぞれの参照負極下限値を含むことができる。
前記参照負極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値で参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する。より具体的に、参照負極下限値は、前記第２臨界値に基づいて、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点で参照セルの負極に貯蔵された作動イオンの量を示す第４実験値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達したときに参照セルの負極に貯蔵された作動イオンの量が前記第２臨界値の５％であれば、前記参照負極下限値は５％／１００％＝０．０５である。
参照セルのＳＯＣが減少するほど、参照セルの負極に貯蔵される作動イオンの量は減少する。したがって、参照負極下限値は、参照負極上限値よりも小さい。
図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置によって参照される特定参照セルの両端開放電圧プロファイルを例示した図である。
図６を参照すれば、参照セルの充電状態に応じた両端開放電圧プロファイルＵＲ（ＳＯＣ）を確認できる。ここで、ＵＲ（ＳＯＣ）は、ＳＯＣの範囲０〜１で、図３に示された正極電圧プロファイルＵＰ（ＳＯＣ）と、図５に示された負極電圧プロファイルＵＮ（ＳＯＣ）との差から得られたものである。
上述したように、正極電圧プロファイルＵＰ（ＳＯＣ）は正極プロファイルデータ、参照正極上限値及び参照正極下限値に関連するものであり、負極電圧プロファイルＵＮ（ＳＯＣ）は負極プロファイルデータ、参照負極上限値及び参照負極下限値に関連するものである。したがって、制御部３００は、正極プロファイルデータ、負極プロファイルデータ、参照正極上限値、参照正極下限値、参照負極上限値及び参照負極下限値に基づいて、特定参照セルの両端開放電圧プロファイルＵＲ（ＳＯＣ）を示す参照プロファイルデータを生成することができる。
図７は、バッテリーセルの両端開放電圧プロファイルを例示した図である。
図７を参照すれば、バッテリーセル１０の充電状態に応じた両端開放電圧プロファイルＵＴ（ＳＯＣ）を確認できる。ここで、ＵＴ（ＳＯＣ）は、バッテリーセル１０のＳＯＣを前記所定のＳＯＣ範囲（例えば、０〜１）で変化させながら、測定部２００によって測定したバッテリーセル１０の両端にかかる開放電圧の変化を示す。
上述したように、制御部３００は、測定部２００から提供される電圧測定値に基づいて測定プロファイルデータを生成することができる。
例えば、図７に示されたＵＴ（ＳＯＣ）において、バッテリーセル１０のＳＯＣが０であるときに測定部２００によって測定されたバッテリーセル１０の開放電圧は２．６１１Ｖであり、バッテリーセル１０のＳＯＣが１であるときに測定部２００によって測定されたバッテリーセル１０の開放電圧は４．１９８Ｖである。
前記装置は、バッテリーセル１０の製造工程中に発生する工程偏差によって変化する完成セルの電気化学的性能を推定する装置である。推定の便宜上、前記装置は、バッテリーセル１０の両端開放電圧の下限値２．６１１Ｖ及び上限値４．１９８Ｖは固定値にし、工程偏差によってバッテリーセル１０に関連するＳＯＣ−ＯＣＶ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ−ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）曲線が変化すると仮定して、バッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線、すなわち、充電状態に応じた両端開放電圧プロファイルを推定する。
図８及び図９は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置がバッテリーセル１０の使用領域を推定する動作を説明する参照図である。
図８及び図９を参照すれば、制御部３００は、バッテリーセル１０の推定正極上限値Ｐｆ、推定正極下限値Ｐｉ、推定負極上限値Ｎｆ、及び推定負極下限値Ｎｉを推定することができる。具体的に、制御部３００は、測定プロファイルデータの生成が完了すれば、複数の参照プロファイルデータ及び測定プロファイルデータに基づいて、バッテリーセル１０の推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値を決定することができる。
ここで、推定正極上限値は、バッテリーセル１０のＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の上限値であるときにバッテリーセルの正極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す。具体的に、推定正極上限値は、前記第１臨界値に基づいて、前記第１臨界値から、バッテリーセル１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点でバッテリーセル１０の正極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す第１推定値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、前記第１推定値が前記第１臨界値の５％であれば、前記推定正極上限値は（１００％−５％）／１００％＝０．９５である。
推定正極下限値は、バッテリーセル１０のＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の下限値であるときにバッテリーセル１０の正極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す。具体的に、推定正極下限値は、前記第１臨界値に基づいて、前記第１臨界値から、バッテリーセル１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点でバッテリーセル１０の正極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す第２推定値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、前記第２推定値が前記第１臨界値の９５％であれば、前記推定正極下限値は（１００％−９５％）／１００％＝０．０５である。ここで、バッテリーセル１０のＳＯＣが減少するほど、バッテリーセル１０の正極に貯蔵される作動イオンの量が増加するため、推定正極下限値は推定正極上限値よりも小さい。
推定負極上限値は、バッテリーセル１０のＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の上限値であるときにバッテリーセル１０の負極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す。具体的に、推定負極上限値は、前記第２臨界値に基づいて、バッテリーセル１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点でバッテリーセル１０の負極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す第３推定値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、バッテリーセル１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達したときにバッテリーセル１０の負極に貯蔵された作動イオンの量が前記第２臨界値の９０％であれば、前記推定負極上限値は９０％／１００％＝０．９０である。
推定負極下限値は、バッテリーセル１０のＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の下限値であるときにバッテリーセル１０の負極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す。具体的に、推定負極下限値は、前記第２臨界値に基づいて、バッテリーセル１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点でバッテリーセルの負極に貯蔵されていると推定される作動イオンの量を示す第４推定値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、バッテリーセル１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達したときにバッテリーセル１０の負極に貯蔵された作動イオンの量が前記第２臨界値の１０％であれば、前記推定負極下限値は１０％／１００％＝０．１０である。ここで、バッテリーセル１０のＳＯＣが減少するほど、バッテリーセル１０の負極に貯蔵される作動イオンの量が減少するため、推定負極下限値は推定負極上限値よりも小さい。
制御部３００は、図７に示された前記両端開放電圧プロファイルＵＴ（ＳＯＣ）と、図６に示された前記両端開放電圧プロファイルＵＲ（ＳＯＣ、θ）との残差自乗和を示すコスト関数を宣言することができる。測定プロファイルデータ及び複数の参照プロファイルデータそれぞれからｎ個ずつ取得したサンプル値は、コスト関数の入力値として用いられる。前記コスト関数は、下記の数式３で表すことができる。
Figure 0006784351
ここで、ＳＯＣｉは前記サンプル値のうちいずれか一つであり、前記Ｓ（θ）は前記コスト関数である。任意のθが与えられたとき、ＵＲ（ＳＯＣ、θ）とＵＴ（ＳＯＣ）とが完全にマッチングすると仮定しよう。この場合、前記コスト関数の出力値が０であることは自明であり、制御部３００は、バッテリーセル１０の使用領域がθと同一であると演算することができる。このような点から、制御部３００は、予め決められた確率モデルを通じて、前記コスト関数の値が最小になるバッテリーセル１０の使用領域を示すパラメータを推定することができる。このとき、バッテリーセル１０の使用領域は、バッテリーセル１０の性能を示すものである。
前記コスト関数からバッテリーセル１０の使用領域を推定するときは、以下のようなアルゴリズムを活用し得る。
１）勾配ベースの最適化アルゴリズム（Gradient based optimization algorithm）：fmincon、fminsearchなど
２）大域的最適化アルゴリズム（Global optimization algorithm）：simulated annealing、genetic algorithm
３）マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC：Markov Chain Monte Carlo）アルゴリズム：Metropolis-Hastings、Gibbs Samplingなど
勿論、上記のアルゴリズムの外に他の最適化アルゴリズムまたはベイズ推定技法もバッテリーセル１０の使用領域推定に活用され得る。
図８を参照すれば、前記確率モデルを用いて、前記コスト関数から演算したバッテリーセル１０の使用領域に関わる４個のパラメータ（Ｐｆ、Ｐｉ、Ｎｆ、Ｎｉ）それぞれに対する事後分布（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を示すヒストグラムを確認できる。各ヒストグラムにおいて、横軸はパラメータの値を示し、縦軸は確率を示す。
例えば、制御部３００は、それぞれの事後分布から予め決められた規則（例えば、最大の確率値を有するもの）に該当する特定のパラメータ値を、バッテリーセル１０の推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値と推定することができる。
図９を参照すれば、制御部３００は、バッテリーセル１０の両端にかかる開放電圧の下限値２．６１１Ｖと上限値４．１９８Ｖを満足するバッテリーセル１０の推定正極上限値Ｐｆ、推定正極下限値Ｐｉ、推定負極上限値Ｎｆ、及び推定負極下限値Ｎｉを決定することができる。
具体的に、制御部３００は、図３に示されたＵｐ（ＳＯＣ）、図５に示されたＵＮ（ＳＯＣ）、及び図７に示されたＵＴ（ＳＯＣ）から、ＳＯＣが０である地点のＵｐ（ＳＯＣ）、ＵＴ（ＳＯＣ）及びＵＮ（ＳＯＣ）が縦軸上で交わる地点を推定正極下限値Ｐｉ及び推定負極下限値Ｎｉとして決定することができる。また、制御部３００は、ＳＯＣが１である地点のＵｐ（ＳＯＣ）、ＵＴ（ＳＯＣ）及びＵＮ（ＳＯＣ）が縦軸上で交わる地点を推定正極上限値Ｐｆ及び推定負極上限値Ｎｆと推定することができる。例えば、推定正極下限値Ｐｉ地点の開放電圧と推定負極下限値Ｎｉ地点の開放電圧との電圧差は２．６１１Ｖであり得る。また、推定正極上限値Ｐｆ地点の開放電圧及び推定負極上限値Ｎｆ地点の開放電圧との電圧差は４．１９８Ｖであり得る。
参考までに、図９のグラフにおいて、Ｐ０は正極のＳＯＣが０である地点の開放電圧を示し、Ｐ１は正極のＳＯＣが１である地点の開放電圧を示す。そして、Ｎ０は負極のＳＯＣが０である地点の開放電圧を示し、Ｎ１は負極のＳＯＣが１である地点の開放電圧を示す。
図１０及び図１１は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための装置がバッテリーセルの容量を推定する動作を説明する参照図である。
図１０を参照すれば、バッテリーセルの正極非可逆容量ＱＰ（ｌｏｓｓ）と正極可逆容量ＱＰ（ｕｓｅ）と容量ＱＴとの関係を確認できる。そして、図１１を参照すれば、バッテリーセルの負極副反応容量ＱＮ（ｓｅｉ）と負極非可逆容量ＱＮ（ｌｏｓｓ）と負極可逆容量ＱＮ（ｕｓｅ）と容量ＱＴとの関係を確認できる。
制御部３００は、複数のプロファイルデータ、バッテリーセル１０の推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値に基づいて、バッテリーセル１０の正極非可逆容量、負極非可逆容量及び負極副反応容量を推定することができる。
ここで、正極可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲内のバッテリーセル１０の正極の使用容量を示す。負極可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲内の前記バッテリーセル１０の負極の使用容量を示す。正極非可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲外のバッテリーセル１０の正極の非使用容量を示す。負極非可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲外のバッテリーセル１０の負極の非使用容量を示す。また、負極副反応容量は、バッテリーセルの負極表面に形成されたＳＥＩ被膜によって発生する負極の副反応容量を示す。
具体的に、制御部３００は、複数の参照セルそれぞれの正極プロファイルデータ、複数の参照セルそれぞれの負極プロファイルデータ、推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値に基づいてバッテリーセル１０の容量を推定することができる。
制御部３００は、推定正極下限値から推定正極上限値までの容量範囲に該当する正極可逆容量、推定負極下限値から推定負極上限値までの容量範囲に該当する負極可逆容量、及びバッテリーセルの容量が互いに同一である点を用いて、前記バッテリーセル１０の容量を推定することができる。
より具体的に、制御部３００は、下記の数式４及び数式５を用いてバッテリーセルの容量を推定することができる。
Figure 0006784351
ここで、ＱＴはバッテリーセル１０の容量、ＱＰは正極可逆容量、Ｐｆは推定正極上限値、Ｐｉは推定正極下限値を示す。
Figure 0006784351
 ここで、ＱＴはバッテリーセルの容量、ＱＮは負極可逆容量、Ｎｆは推定負極上限値、Ｎｉは推定負極下限値を示す。
制御部３００は、推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値、推定負極下限値に基づいて、正極プロファイルデータ及び負極プロファイルデータから取得した正極可逆容量及び負極可逆容量からバッテリーセル１０の容量を推定することができる。
制御部３００は、下記の数式６を用いて、所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の非可逆容量を演算することができる。
Figure 0006784351
ここで、Ｑ（ｌｏｓｓ）は、バッテリーセル１０の非可逆容量である。（ＱＰ×Ｐｉ）は、バッテリーセル１０の正極非可逆容量を示す。（ＱＮ×Ｎｉ）は、バッテリーセル１０の負極非可逆容量を示す。
制御部３００は、下記の数式７を用いて、バッテリーセル１０の負極副反応容量を演算することができる。
Figure 0006784351
ここで、ＱＰ（ｌｏｓｓ）はバッテリーセル１０の正極非可逆容量、ＱＰは正極可逆容量、Ｐｉは推定正極下限値を示す。そして、ＱＮ（ｌｏｓｓ）はバッテリーセル１０の負極非可逆容量、ＱＮ（ｓｅｉ）はバッテリーセルの負極副反応容量、ＱＮは負極可逆容量、Ｎｉは推定負極下限値を示す。
制御部３００は、正極プロファイルデータと負極プロファイルデータから取得した正極非可逆容量と負極非可逆容量に基づいて、前記数式６を用いてバッテリーセル１０の非可逆容量を演算することができる。
制御部３００は、工程偏差値及び負極副反応容量に基づいて、バッテリーセル１０の容量、推定プロファイルデータ及びバッテリーセルの抵抗を推定することができる。具体的に、制御部は、工程偏差値が反映された推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値を推定し、それに基づいてバッテリーセル１０の容量、推定プロファイルデータ及びバッテリーセル１０の抵抗を推定することができる。
制御部３００は、下記の数式８を用いて、バッテリーセル１０の容量密度定数を演算することができる。
Figure 0006784351
ここで、ＱＳは容量密度定数である。容量密度定数の単位は単位質量当り容量で示し得る。例えば、容量密度定数の単位はｍＡｈ／ｇであり得る。そして、ＱＮ（ｓｅｉ）はバッテリーセル１０の負極副反応容量であり、Ｒｌｏａｄｉｎｇは参照セルの単位面積当り負極活物質量の値（例えば、単位はｍｇ／ｃｍ２）であり、Ｒｗｉｄｔｈ×Ｒｌｅｎｇｔｈは参照セルの負極総面積（例えば、単位はｃｍ２）の値である。ここで、Ｒｌｏａｄｉｎｇ値及びＲｗｉｄｔｈ×Ｒｌｅｎｇｔｈ値は、メモリ部１００に予め保存されていても良い。
バッテリーセル１０の容量密度定数は、バッテリーセル１０の負極副反応容量の値に比例する値である。すなわち、バッテリーセル１０の容量密度定数は、バッテリーセル１０の負極副反応容量の値に対応する。
制御部３００は、負極副反応容量に対応する容量密度定数に工程偏差値を乗じてバッテリーセル１０の容量を推定することができる。
制御部３００は、下記の数式９を用いて、容量密度定数に工程偏差値を乗じてバッテリーセル１０の容量を演算することができる。
Figure 0006784351
ここで、ＱＴはバッテリーセル１０の容量、ＱＳはバッテリーセル１０の容量密度定数、Ｔｌｏａｄｉｎｇはバッテリーセル１０の単位面積当り正極または負極活物質量の値（例えば、単位はｍｇ／ｃｍ２）を示す。Ｔｗｉｄｔｈ×Ｔｌｅｎｇｔｈは、バッテリーセル１０の正極または負極総面積の値（例えば、単位はｃｍ２）を示す。Ｔｗｉｄｔｈは、バッテリーセル１０の正極または負極の幅の値（例えば、単位はｃｍ）を示す。Ｔｌｅｎｇｔｈは、バッテリーセル１０の正極または負極の長さの値（例えば、単位はｃｍ）を示す。上述した演算の結果は前記出力部を通じてユーザに提供され得る。ここで、Ｔｌｏａｄｉｎｇ及びＴｗｉｄｔｈ×Ｔｌｅｎｇｔｈは、メモリ部１００に予め保存されていても良い。
制御部３００は、前記数式９を用いて、工程偏差値が反映されたバッテリーセル１０の容量、バッテリーセル１０の両端開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ、及びバッテリーセル１０の抵抗を演算することができる。ここで、前記Ｔｌｏａｄｉｎｇ、Ｔｗｉｄｔｈ及びＴｌｅｎｇｔｈは、バッテリーセル１０の製造工程中に発生した工程偏差値が反映された値であり得る。具体的に、Ｔｌｏａｄｉｎｇには、バッテリーセル１０の単位面積当り正極または負極活物質量の偏差値が反映され得る。Ｔｗｉｄｔｈには、バッテリーセル１０の正極または負極の幅の偏差値が反映され得る。Ｔｌｅｎｇｔｈには、バッテリーセル１０の正極または負極の長さの偏差値が反映され得る。
具体的に、制御部３００は、バッテリーセル１０の単位面積当り正極活物質量の値及びバッテリーセル１０の正極総面積の値に基づいて、工程偏差値が反映されたバッテリーセル１０の正極可逆容量、正極非可逆容量、推定正極上限値及び推定正極下限値を推定することができる。
制御部３００は、バッテリーセル１０の単位面積当り負極活物質量の値及びバッテリーセル１０の負極総面積の値に基づいて、工程偏差値が反映されたバッテリーセル１０の負極可逆容量、負極非可逆容量、推定負極上限値及び推定負極下限値を決定することができる。
制御部３００は、推定された結果に基づいて、バッテリーセル１０の容量及び所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の両端にかかる開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータを推定することができる。
制御部３００は、推定された結果に基づいて、バッテリーセル１０の抵抗を推定することができる。例えば、バッテリーセル１０の抵抗は、バッテリーセル１０のＳＯＣが０．５であるときの開放電圧から１０秒間行われるバッテリーセル１０の放電実験を通じて得られる、時間に応じた開放電圧の変化を用いて演算できる。この場合、工程偏差値が反映された開放電圧及びＳＯＣ−ＯＣＶテーブルを用いて、工程偏差値が反映されたバッテリーセル１０の抵抗を推定することができる。
制御部３００は、バッテリーセル１０の容量、バッテリーセル１０の推定プロファイルデータ及びバッテリーセル１０の抵抗を推定する過程において、上述した推定技法、シミュレーション技法（例えば、ＳＩＭＢＡバッテリーシミュレーション）及び上述した数式を用いることができる。
上述したバッテリーセル１０の性能をテストするための装置は、バッテリーセル１０の製造工程中に発生する工程偏差によって引き起こされるバッテリーセル１０の容量偏差をテストすることができる。また、前記装置は、前記工程偏差によって引き起こされるバッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルの偏差をテストすることができる。また、前記装置は、前記工程偏差によって引き起こされるバッテリーセル１０の抵抗の偏差をテストすることができる。
図１２〜図１４は、本発明の一実施形態による装置によって推定されたバッテリーセルの性能とバッテリーセルの実際性能との比較結果を示した図である。
まず、図１２を参照すれば、バッテリーセル１０の容量に対する比較例、実施例及び実験値の正規分布曲線が示されている。比較例は、従来の設計シートを用いてバッテリーセル１０の容量を推定した正規分布曲線である。実施例は、前記装置によって推定されたバッテリーセル１０の容量を示す正規分布曲線である。実験値は、バッテリーセル１０の実際容量を測定した値を示す正規分布曲線である。図１２に示されたように、比較例に比べて実施例の正規分布曲線が実験値の正規分布曲線に近接している。
すなわち、図１２に示された比較結果は、前記装置を用いる場合、バッテリーセル１０を分解しなくても、バッテリーセル１０の実際の性能に十分符合する容量テスト結果が得られることを裏付けている。
図１３には、本発明の一実施形態によるバッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線、すなわち、所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の両端にかかる開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータが示されている。図１３には、説明の便宜上、ＳＯＣの範囲０．５２〜０．６４で推定される複数のバッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線が示されている。
前記装置は、バッテリーセル１０の製造工程中に発生した工程偏差値を反映して、各バッテリーセル１０毎に異なるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を推定することができる。一方、設計シートを用いた比較例の場合は、一つのＳＯＣ−ＯＣＶ曲線のみが推定される。
図１３のグラフは、バッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の最大値ＵＴ（ｍａｘ）とバッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の最小値ＵＴ（ｍｉｎ）との間の領域で、複数のバッテリーセル１０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線が推定されることを示している。ここで、バッテリーセル１０の実際測定されたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を示す実験値は、ＵＴ（ｍａｘ）とＵＴ（ｍｉｎ）との間に分布するようになる。
図１３に示されたように、比較例に比べて、実施例のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の分布が実験値のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線をより正確に推定することができる。また、工程偏差が反映された正確なＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を推定することができる。これを通じて、前記装置は、実際の実験値に近いＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を推定して、正確なＳＯＣ−ＯＣＶ曲線をＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に提供することができる。
すなわち、図１３に示された比較結果は、前記装置を用いる場合、バッテリーセル１０を分解しなくても、バッテリーセル１０の実際の性能に十分符合するＳＯＣ−ＯＣＶ曲線テスト結果が得られることを裏付けている。
図１４には、バッテリーセル１０の抵抗に対する実施例及び実験値の正規分布曲線が示されている。前記実施例は、前記装置によって推定されたバッテリーセル１０の抵抗を示す正規分布曲線である。前記実験値は、バッテリーセル１０の実際の抵抗を測定した値を示す正規分布曲線である。図１４は、実施例の正規分布曲線が実験値の正規分布曲線に近接して推定されることを示している。一方、従来の設計シートなどを用いたバッテリーセル性能テスト方法では、バッテリーセル１０の抵抗を推定することができない。
すなわち、図１４に示された比較結果は、前記装置を用いる場合、バッテリーセル１０を分解しなくても、バッテリーセル１０の実際の性能に十分符合する抵抗テスト結果が得られることを裏付けている。
図１５は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルの性能をテストするための方法を概略的に示したフロー図である。
図１５を参照すれば、段階Ｓ１００において、メモリ部１００は、複数の参照セルそれぞれの正極または負極の開放電圧の変化を示す複数のプロファイルデータ、所定のＳＯＣ範囲の上限値で複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の上限値、所定のＳＯＣ範囲の下限値で複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の下限値、及びバッテリーセル１０の製造工程で発生した工程偏差値を保存する。
段階Ｓ１１０において、制御部３００は、複数のプロファイルデータ、複数の上限値及び複数の下限値に基づいて、所定のＳＯＣ範囲に対する複数の参照セルそれぞれの開放電圧の変化を示す複数の参照プロファイルデータを生成する。
段階Ｓ１２０において、測定部２００は、バッテリーセル１０のＳＯＣの変化に応じたバッテリーセル１０の両端にかかった開放電圧を測定する。
段階Ｓ１３０において、制御部３００は、バッテリーセル１０の開放電圧測定段階で測定された所定のＳＯＣ範囲に対する、バッテリーセル１０の両端にかかった開放電圧の変化を示す測定プロファイルデータを生成する。
その後、段階Ｓ１４０において、制御部３００は、複数の参照プロファイルデータ、測定プロファイルデータ及び工程偏差値に基づいて、バッテリーセル１０の容量、所定のＳＯＣ範囲に対するバッテリーセル１０の両端にかかる開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ、及びバッテリーセル１０の抵抗のうち少なくとも一つを決定する。
前記段階Ｓ１４０において、制御部３００は、複数の参照プロファイルデータ及び測定プロファイルデータに基づいて、バッテリーセル１０の推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値を推定する。前記推定正極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値でバッテリーセル１０の正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す。前記推定正極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値でバッテリーセル１０の正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す。前記推定負極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値でバッテリーセル１０の負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す。前記推定負極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値でバッテリーセル１０の負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す。
前記段階Ｓ１４０において、制御部３００は、複数の参照プロファイルデータと測定プロファイルデータとの残差自乗和を示すコスト関数を宣言する。その後、制御部３００は、前記コスト関数の値が最小になるバッテリーセル１０の推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値を決定することができる。
前記段階Ｓ１４０において、制御部３００は、複数のプロファイルデータ、バッテリーセル１０の推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値及び推定負極下限値に基づいて、バッテリーセル１０の正極非可逆容量、負極非可逆容量及び負極副反応容量を演算することができる。前記正極非可逆容量は、所定のＳＯＣ範囲外のバッテリーセル１０の正極の非使用容量を示す。前記負極非可逆容量は、所定のＳＯＣ範囲外のバッテリーセル１０の負極の非使用容量を示す。前記負極副反応容量は、バッテリーセル１０の負極表面に形成されたＳＥＩ被膜によって発生する副反応容量を示す。
前記段階Ｓ１４０において、制御部３００は、推定正極下限値から推定正極上限値までの容量範囲に該当する正極可逆容量、推定負極下限値から推定負極上限値までの容量範囲に該当する負極可逆容量、及びバッテリーセル１０の容量が互いに同一である点に基づいて、バッテリーセル１０の容量を推定することができる。
前記段階Ｓ１４０において、制御部３００は、工程偏差値及び負極副反応容量に基づいて、バッテリーセル１０の容量、推定プロファイルデータ及びバッテリーセル１０の抵抗を推定することができる。
前記段階Ｓ１４０において、制御部３００は、負極副反応容量に関連する容量密度定数に工程偏差値を乗じてバッテリーセル１０の容量を推定することができる。
前記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３００はプログラムモジュールの集合で具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリ装置に保存され、プロセッサによって実行され得る。
制御部３００の多様な制御ロジッグは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。前記記録媒体はコンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス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、フロッピーディスク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一つ以上を含む。また、前記コード体系は、ネットワークで連結されたコンピュータ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グ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によって容易に推論され得る。
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。

Claims (10)

  1. バッテリーセルの性能をテストするための装置であって、
    前記バッテリーセルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の変化に応じた前記バッテリーセルの開放電圧を測定するように構成された測定部と、
    複数の参照セルそれぞれの正極または負極の開放電圧の変化を示す複数のプロファイルデータ、所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の上限値、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の下限値、及び前記バッテリーセルの製造工程で発生した工程偏差値を保存するように構成されたメモリ部と、
    前記測定部及び前記メモリ部と接続される制御部とを含み、
    前記制御部は、
    前記複数のプロファイルデータ、前記複数の上限値、及び前記複数の下限値に基づいて、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記複数の参照セルの開放電圧の変化を示す複数の参照プロファイルデータを生成し、
    前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す測定プロファイルデータを生成し、
    前記複数の参照プロファイルデータ、前記測定プロファイルデータ及び前記工程偏差値に基づいて、前記バッテリーセルの容量、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ、及び前記バッテリーセルの抵抗のうち少なくとも一つを決定するように構成された、装置。
  2. 前記工程偏差値は、前記バッテリーセルの製造工程中に発生した前記バッテリーセルの単位面積当り正極活物質量の偏差値、単位面積当り負極活物質量の偏差値、正極総面積の偏差値、及び負極総面積の偏差値のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記複数のプロファイルデータは、前記複数の参照セルそれぞれの正極プロファイルデータ及び負極プロファイルデータを含み、
    前記複数の上限値は、前記複数の参照セルそれぞれの参照正極上限値及び参照負極上限値を含み、
    前記複数の下限値は、前記複数の参照セルそれぞれの参照正極下限値及び参照負極下限値を含み、
    前記正極プロファイルデータは、前記参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオン量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、
    前記負極プロファイルデータは、前記参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオン量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示し、
    前記参照正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示し、
    前記参照負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示し、
    前記参照正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示し、
    前記参照負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す、請求項１または２に記載の装置。
  4. 前記制御部は、
    前記複数の参照プロファイルデータ及び前記測定プロファイルデータに基づいて、前記バッテリーセルの推定正極上限値、推定正極下限値、推定負極上限値、及び推定負極下限値を決定するように構成され、
    前記推定正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記バッテリーセルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示し、
    前記推定正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記バッテリーセルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示し、
    前記推定負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記バッテリーセルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示し、
    前記推定負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記バッテリーセルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量を示す、請求項２に記載の装置。
  5. 前記制御部は、
    前記参照プロファイルデータと前記測定プロファイルデータとの残差自乗和を示すコスト関数を宣言し、
    前記コスト関数の値が最小になる前記バッテリーセルの前記推定正極上限値、前記推定正極下限値、前記推定負極上限値、及び前記推定負極下限値を推定するように構成される、請求項４に記載の装置。
  6. 前記制御部は、
    前記複数のプロファイルデータ、前記推定正極上限値、前記推定正極下限値、前記推定負極上限値、及び前記推定負極下限値に基づいて、前記バッテリーセルの正極非可逆容量、負極非可逆容量、及び負極副反応容量を演算するように構成され、
    前記正極非可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲外の前記バッテリーセルの正極の非使用容量を示し、
    前記負極非可逆容量は、前記所定のＳＯＣ範囲外の前記バッテリーセルの負極の非使用容量を示し、
    前記負極副反応容量は、前記バッテリーセルの負極表面に形成されたＳＥＩ被膜によって発生する副反応容量を示す、請求項５に記載の装置。
  7. 前記制御部は、
    前記推定正極下限値から前記推定正極上限値までの容量範囲に該当する正極可逆容量、前記推定負極下限値から前記推定負極上限値までの容量範囲に該当する負極可逆容量、及び前記バッテリーセルの容量が同一である点を用いて前記バッテリーセルの容量を決定するように構成される、請求項６に記載の装置。
  8. 前記制御部は、
    前記工程偏差値及び前記負極副反応容量に基づいて、前記バッテリーセルの容量、前記推定プロファイルデータ、及び前記バッテリーセルの抵抗を決定する、請求項６に記載の装置。
  9. 前記制御部は、前記負極副反応容量に対応する容量密度定数に前記工程偏差値を乗じて前記バッテリーセルの容量を推定する、請求項８に記載の装置。
  10. バッテリーセルの性能をテストするための方法であって、
    複数の参照セルそれぞれの正極または負極の開放電圧の変化を示す複数のプロファイルデータ、所定のＳＯＣ範囲の上限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の上限値、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値で前記複数の参照セルそれぞれの正極または負極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する複数の下限値、及び前記バッテリーセルの製造工程で発生した工程偏差値を保存する段階と、
    前記複数のプロファイルデータ、前記複数の上限値、及び前記複数の下限値に基づいて、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記複数の参照セルそれぞれの開放電圧の変化を示す複数の参照プロファイルデータを生成する段階と、
    前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧を測定する段階と、
    前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す測定プロファイルデータを生成する段階と、
    前記複数の参照プロファイルデータ、前記測定プロファイルデータ、及び前記工程偏差値に基づいて、前記バッテリーセルの容量、前記所定のＳＯＣ範囲に対する前記バッテリーセルの開放電圧の変化を示す推定プロファイルデータ、及び前記バッテリーセルの抵抗のうち少なくとも一つを決定する段階とを含む、方法。
JP2019563773A 2018-01-09 2019-01-08 バッテリーセルの性能をテストするための装置及び方法 Active JP6784351B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0002735 2018-01-09
KR1020180002735A KR102156404B1 (ko) 2018-01-09 2018-01-09 배터리 셀 성능 테스트 장치 및 방법
PCT/KR2019/000292 WO2019139335A1 (ko) 2018-01-09 2019-01-08 배터리 셀의 성능을 테스트하기 위한 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020521125A JP2020521125A (ja) 2020-07-16
JP6784351B2 true JP6784351B2 (ja) 2020-11-11

Family

ID=67219121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019563773A Active JP6784351B2 (ja) 2018-01-09 2019-01-08 バッテリーセルの性能をテストするための装置及び方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11035905B1 (ja)
EP (1) EP3644079B1 (ja)
JP (1) JP6784351B2 (ja)
KR (1) KR102156404B1 (ja)
CN (1) CN110678765B (ja)
PL (1) PL3644079T3 (ja)
WO (1) WO2019139335A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020524803A (ja) * 2018-03-07 2020-08-20 エルジー・ケム・リミテッド Ｓｏｃ−ｏｃｖプロファイル推定方法及び装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110297188B (zh) * 2019-07-24 2021-12-10 国网河北省电力有限公司邢台供电分公司 蓄电池监测系统
KR20210098215A (ko) * 2020-01-31 2021-08-10 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 충방전 제어 장치 및 방법
KR20220031412A (ko) * 2020-09-04 2022-03-11 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
US12081060B2 (en) * 2020-09-11 2024-09-03 Robert Bosch Gmbh Minimizing irreversible swelling during battery charging
CN111965547B (zh) * 2020-09-27 2022-05-13 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于参数辨识法的电池系统传感器故障诊断方法
KR20220050654A (ko) * 2020-10-16 2022-04-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 상태 진단 장치 및 방법
KR20220093840A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 진단 장치 및 방법
KR20220094042A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 진단 장치 및 방법
KR20220102472A (ko) * 2021-01-13 2022-07-20 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
KR20230096736A (ko) * 2021-12-23 2023-06-30 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 이의 동작 방법
JP2024010410A (ja) * 2022-07-12 2024-01-24 株式会社Ｇｓユアサ 推定装置、診断装置、推定方法、推定プログラム及び診断方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8624560B2 (en) 2008-04-11 2014-01-07 Apple Inc. Controlling battery charging based on current, voltage and temperature
KR101004006B1 (ko) 2008-08-06 2010-12-31 주식회사 엘지화학 전지팩의 제조방법 및 제조 공정 점검 시스템
CN101629992B (zh) * 2009-05-27 2011-11-16 重庆大学 磷酸铁锂动力电池剩余容量的估算方法
JP4744622B2 (ja) * 2009-07-01 2011-08-10 トヨタ自動車株式会社 車両の制御装置
US8680815B2 (en) * 2010-11-01 2014-03-25 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for assessing battery state of health
TWI428622B (zh) * 2010-11-25 2014-03-01 Ind Tech Res Inst 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法
KR101282687B1 (ko) 2011-11-07 2013-07-05 현대자동차주식회사 차량용 배터리 상태 예측 방법
JP2013183509A (ja) 2012-02-29 2013-09-12 Toshiba Corp 充放電量予測システム及び充放電量予測方法
PL2837944T3 (pl) 2012-04-30 2019-10-31 Lg Chemical Ltd Sposób i aparatura do oszacowania parametrów baterii akumulatorowej
US9130248B2 (en) * 2012-05-25 2015-09-08 GM Global Technology Operations LLC Modeling changes in the state-of-charge open circuit voltage curve by using regressed parameters in a reduced order physics based model
EP3901642B1 (en) * 2012-06-13 2022-09-14 LG Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for estimating soc of secondary battery including blended cathode material
US9263908B2 (en) * 2012-06-26 2016-02-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack having linear voltage profile, and SOC algorithm applying to the battery pack
JP6148879B2 (ja) * 2013-02-28 2017-06-14 旭化成株式会社 二次電池の電池状態推定装置及び電池パックの製造方法並びにセルバランス確認方法
JP2015059933A (ja) 2013-09-20 2015-03-30 株式会社東芝 二次電池の異常診断装置及び異常診断方法
DE102013221589A1 (de) 2013-10-24 2015-04-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Kapazitätsbestimmung einer Batteriezelle
JP6407525B2 (ja) * 2013-12-17 2018-10-17 矢崎総業株式会社 電池充電率推定装置及び電池充電率推定方法
US9837842B2 (en) * 2014-01-23 2017-12-05 Gogoro Inc. Systems and methods for utilizing an array of power storage devices, such as batteries
KR101818515B1 (ko) 2014-05-30 2018-01-15 주식회사 엘지화학 배터리팩 생산공정에서의 불량검출장치 및 그 방법
CN104122447B (zh) * 2014-06-26 2017-05-10 武汉理工大学 一种电动汽车动力电池组直流阻抗的在线估算方法
KR101696313B1 (ko) * 2014-10-24 2017-01-13 주식회사 엘지화학 이차전지의 퇴화에 따른 soc-ocv 프로파일 추정 방법
US20160233539A1 (en) * 2015-02-02 2016-08-11 Sakti3, Inc. Solid state energy storage device
MX2017013713A (es) 2015-05-01 2018-03-02 Novelis Inc Proceso continuo de tratamiento previo de bobinas.
US10459035B2 (en) * 2015-07-13 2019-10-29 Mitsubishi Electric Corporation Charge state estimation method for lithium ion battery and charge state estimation device for lithium ion battery by using correspondence between voltage charge rate and the state of charge of the lithium ion battery
KR102527326B1 (ko) * 2015-08-20 2023-04-27 삼성전자주식회사 배터리 충전 상태(SoC)를 예측하는 배터리 시스템 및 방법
KR102553031B1 (ko) 2016-01-14 2023-07-06 삼성전자주식회사 배터리의 상태 추정 장치 및 방법
US9834112B2 (en) * 2016-03-09 2017-12-05 Ford Global Technologies, Llc Battery state of charge estimation based on reduced order electrochemical models
JP2017223454A (ja) 2016-06-13 2017-12-21 日立化成株式会社 リチウムイオン二次電池の劣化状態判定システム及びリチウムイオン二次電池の劣化状態判定方法
CN106680725A (zh) * 2016-12-14 2017-05-17 广东恒沃动力科技有限公司 一种磷酸铁锂电池容量在线估算方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020524803A (ja) * 2018-03-07 2020-08-20 エルジー・ケム・リミテッド Ｓｏｃ−ｏｃｖプロファイル推定方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3644079B1 (en) 2021-09-15
EP3644079A1 (en) 2020-04-29
PL3644079T3 (pl) 2022-01-31
KR20190084686A (ko) 2019-07-17
WO2019139335A1 (ko) 2019-07-18
US20210156923A1 (en) 2021-05-27
CN110678765A (zh) 2020-01-10
US11035905B1 (en) 2021-06-15
JP2020521125A (ja) 2020-07-16
CN110678765B (zh) 2021-07-27
KR102156404B1 (ko) 2020-09-15
EP3644079A4 (en) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6784351B2 (ja) バッテリーセルの性能をテストするための装置及び方法
JP6880424B2 (ja) リチウムイオンバッテリーセルの退化情報を獲得する装置及び方法
JP6656383B2 (ja) バッテリーセルの性能テスト装置及び方法
US11150307B2 (en) Apparatus and method for diagnosing battery
EP2321663B1 (en) Apparatus and method for estimating state of health of battery based on battery voltage variation pattern
US11391780B2 (en) Battery diagnostic device and method
KR102206606B1 (ko) 배터리 여유 용량 추정 장치
JP6881577B2 (ja) 二次電池の容量維持率を推定する装置及び方法
KR102572652B1 (ko) 배터리의 충전상태를 추정하는 방법
JP6958965B2 (ja) バッテリーｓｏｃ推定装置及び方法
US12078682B2 (en) Method and apparatus for estimating state of battery
Arasaratnam et al. Li-Ion Battery SoC Estimation Using a Bayesian Tracker
KR20220124619A (ko) 배터리 상태 추정 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200923

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201007

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6784351

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250