JP6870187B2 - バッテリー診断装置及び方法 - Google Patents

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Description

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、バッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断するバッテリー診断装置及び方法に関する。
本出願は、２０１８年４月１０日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００４１６９１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。
二次電池は、電気化学的な酸化及び還元反応を通じて電気エネルギーを生成するものであって、幅広く多様な用途で用いられる。例えば、二次電池は、携帯電話、ラップトップパソコン、デジカメ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのようなハンドヘルド装置；電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気船、電気飛行機などのような各種の電気駆動動力装置；新材生エネルギーを通じて発電した電力や余剰発電電力の貯蔵に使用される電力貯蔵装置；サーバーコンピュータ及び通信用基地局を含む各種の情報通信装置に電力を安定的に供給するための無停電電源供給装置などに至るまで使用領域が徐々に拡がっている。
二次電池は、放電中に電子を放出しながら酸化する物質を含む負極（ａｎｏｄｅ）、放電中に電子を収容しながら還元する物質を含む正極（ｃａｔｈｏｄｅ）、及び負極と正極との間でイオンの移動を可能にする電解質の３種の基本構成要素を含む。また、二次電池は、放電した後は再使用できない一次電池と、電気化学反応が少なくとも部分的には可逆的であるため繰り返して充電及び放電できる二次電池とに分けられる。
そのうち、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、ニッケル金属水和物電池、亜鉛−マンガン酸化物電池、亜鉛−臭素電池、金属−空気電池、リチウム二次電池などが公知されている。これら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が高くて電池電圧が高く、保存寿命が長いという理由から、商業的に最大の関心を集めている。
一方、一般に二次電池が適用される電子機器には、二次電池の充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を通じて残余使用量を知らせる機能が備えられるが、このような二次電池のＳＯＣは、通常、二次電池の電圧の変化による充電状態の変化様相に関する充電状態−電圧データから得られる。ここで、二次電池の電圧は二次電池の開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）であり得る。
このような充電状態−電圧データは、適用される二次電池の種類や容量などによって変わるだけでなく、二次電池の種類や容量などが特定された場合にも、使用による退化の進行によって変わり得る。
より具体的には、充電状態−電圧データは、二次電池を構成する正極及び負極それぞれの退化度、容量設計及び活物質の種類によって変わるようになる。
このような充電状態−電圧データを用いた従来の二次電池の診断技術は、当該二次電池の退化度のみを診断するだけで、二次電池の電極反応に対する抵抗度の変化の診断は不可能である。
本発明は、バッテリーの充電状態−電圧データに基づいて検出された変曲点を用いてバッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断す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。
本発明の目的は上記の目的に制限されず、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理解できるであろう。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、バッテリーの電圧を測定するように構成されたセンシング部と、前記バッテリーの充電状態を推定し、前記センシング部から受信した電圧と推定した充電状態とがマッピングされた前記バッテリーの充電状態−電圧データから複数の変曲データを検出し、既定の基準微分係数に基づいて検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出し、算出された複数の微分係数の増減率が既定の基準増減率の範囲に属するか否かによって前記バッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断し、前記電極反応抵抗度が増加したと診断された場合にのみ、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成されたプロセッサとを含む。
前記プロセッサは、前記検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数と前記既定の基準微分係数との差に基づいて前記微分係数の増減率を算出するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記算出された複数の微分係数の増減率のうち既定の基準範囲に含まれない微分係数の増減率の個数が既定の基準個数以上である場合にのみ、前記電極反応抵抗度が増加したと診断するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記電極反応抵抗度が増加したと診断された場合、前記算出された複数の微分係数の増減率のうち前記既定の基準増減率の範囲に含まれない微分係数の増減率を選択し、選択された微分係数の増減率に基づいて既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記選択された微分係数の増減率に対応する比率だけ前記既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを増加または減少させて、前記バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記検出された複数の変曲データのうち最も小さい充電状態を有する変曲データに対する微分係数を第１微分係数として選択し、最も大きい充電状態を有する変曲データに対する微分係数を第２微分係数として選択し、前記第１微分係数及び第２微分係数の増減率に基づいて前記電極反応抵抗度の変化を診断するように構成され得る。
本発明の他の態様によるバッテリー管理装置は、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態様によるバッテリー診断方法は、バッテリーの電圧を測定し、前記バッテリーの充電状態を推定する充電状態推定段階と、測定された電圧と推定された充電状態とがマッピングされた前記バッテリーの充電状態−電圧データから複数の変曲データを検出する変曲データ検出段階と、既定の基準微分係数に基づいて検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出する微分係数増減率算出段階と、算出された複数の微分係数の増減率が既定の基準増減率の範囲に属するか否かによって前記バッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断する診断段階と、前記電極反応抵抗度が増加したと診断された場合にのみ、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整する電流調整段階とを含む。
前記電流調整段階は、前記診断段階で電極反応抵抗度が増加したと診断された場合、前記算出された複数の微分係数の増減率のうち前記既定の基準増減率の範囲に含まれない微分係数の増減率を選択し、選択された微分係数の増減率に基づいて既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを調整する段階を含も得る。
本発明の一態様によれば、バッテリーの充電状態−電圧データに基づいて検出された変曲データを用いてバッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断することで、バッテリーの退化原因を正確に診断することができる。
また、本発明の一態様によれば、診断結果に応じてバッテリーの充電または放電電流の大きさを調整することができる。従って、バッテリーの現在の退化程度に基づいて決定された充電または放電電流がバッテリーに印加されるため、過充電及び過放電などの問題を予め防止することができる。
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診断装置の構成を示した図である。 バッテリーのフルセルの充電状態に応じたバッテリーの電圧グラフである。 平滑化する前のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフである。 平滑化した後のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフである。 １個の変曲点が検出された診断対象バッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフ、及びＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフである。 複数の変曲点が検出された診断対象バッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフ、及びＢＯＬ状態のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフである。 本発明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。
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「プロセッサ」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。
図１は本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置の構成を示した図であり、図２はバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧グラフであり、図３及び図４は平滑化する前と後のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフであり、図５は１個の変曲点が検出された診断対象バッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフ及びＢＯＬ状態のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフであり、図６は複数の変曲点が検出された診断対象バッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフ及びＢＯＬ状態のバッテリーの充電状態に応じたバッテリーの電圧微分グラフである。
まず、図１を参照すれば、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Ｂを含むバッテリーパック１に含まれ、バッテリーＢと連結されてバッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断することができる。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、バッテリーパック１に備えられたバッテリー管理装置（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に含まれてもよい。
前記バッテリー診断装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０、プロセッサ１３０及び通知部１４０を含むことができる。
前記バッテリーＢは、電極反応抵抗度の変化が診断される最小単位の電池であって、電気的に直列及び／または並列で連結された複数の単位セルを含む。勿論、前記バッテリーＢが一つの単位セルのみを含む場合も本発明の範疇に含まれる。また、単位セルは、繰り返して充放電できれば、その種類に特に制限がない。一例としてバッテリーＢは、パウチ型のリチウムポリマーバッテリーであり得る。
前記バッテリーＢは、外部端子を通じて多様な外部装置に電気的に結合される。前記外部装置は、一例として、電気自動車、ハイブリッド自動車、ドローンのような無人飛行体、電力グリッドに含まれた大容量の電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）、またはモバイルデバイスであり得る。この場合、前記バッテリーＢは、前記外部装置に搭載された、モジュール化された電池パックに含まれた単位セルの一部または全部を含み得る。
前記バッテリーＢの外部端子は、充電装置と選択的に結合され得る。前記充電装置は、バッテリーＢが搭載される外部装置の制御によってバッテリーＢに選択的に結合され得る。
前記センシング部１１０は、プロセッサ１３０と動作可能に結合される。すなわち、センシング部１１０は、プロセッサ１３０に電気的信号を送信するか、又は、プロセッサ１３０から電気的信号を受信できるように、プロセッサ１３０に接続され得る。
前記センシング部１１０は、予め設定された周期毎に、バッテリーＢの正極と負極との間に印加される電圧、及びバッテリーＢに流れ込むか又はバッテリーＢから流れ出る電流を繰り返して測定し、測定された電圧及び電流を示す測定信号をプロセッサ１３０に提供することができる。
前記センシング部１１０は、バッテリーＢの電流を測定するように構成された電流センサを含む。また、センシング部１１０は、バッテリーＢの電圧を測定するように構成された電圧センサをさらに含み得る。図１には示されていないが、電流センサはバッテリーＢに回路的に連結されたセンス抵抗の両端に連結され得る。すなわち、電流センサは、センス抵抗の両端の電位差を測定し、測定した電位差及びセンス抵抗の抵抗値に基づいてバッテリーＢの電流を測定することができる。
前記プロセッサ１３０は、センシング部１１０から測定信号を受信すれば、信号処理を通じてバッテリーＢの電圧及び電流それぞれのデジタル値を決定してメモリ部１２０に保存することができる。
前記メモリ部１２０は、半導体メモリ素子であって、前記プロセッサ１３０によって生成されるデータを記録、消去、更新し、バッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断するために設けられた複数のプログラムコードを保存する。また、前記メモリ部１２０は、本発明の実施に使用される既定の各種パラメータの事前設定値を保存することができる。
前記メモリ部１２０は、データを記録、消去、更新できると知られた半導体メモリ素子であれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記メモリ部１２０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどであり得る。前記メモリ部１２０は、前記プロセッサ１３０の制御ロジックを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含むことができる。前記保存媒体は、フラッシュメモリやハードディスクのような不揮発性記憶素子を含む。前記メモリ部１２０は、プロセッサ１３０と物理的に分離されていてもよく、前記プロセッサ１３０と一体的に統合されていてもよい。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢに予め設定された充電電流値の電流が入力されてバッテリーＢが充電されるようにバッテリーＢの電流を制御し、バッテリーＢに入力された電流に基づいてバッテリーＢの充電状態（ＳＯＣ）を推定することができる。
このとき、予め設定された充電電流値は、下記の数式１を用いて算出することができる。
Figure 0006870187
ここで、Ｉｃは予め設定された充電電流値であり、ａは１以下の定数であり、Ｃｎはバッテリーの定格電流であり得る。
これによって、前記プロセッサ１３０は、定格電流の電流値以下の充電電流値の電流が入力されて充電されるバッテリーＢの充電状態を推定することができる。
一方、バッテリーＢの充電状態は、バッテリーＢの全体容量に対する充電された容量の比率であり得る。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢに入力された電流の電流値を積算する電流積算法を用いてバッテリーＢの充電状態を推定することができる。
前記プロセッサ１３０が電流積算法を用いてバッテリーＢの充電状態を推定すると説明したが、予め設定された充電電流値の電流が入力されるバッテリーＢの充電状態を推定できれば、推定方法は特に限定されない。
一方、前記プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの充電状態毎にバッテリーＢの電圧をマッピングして、バッテリーＢの充電状態−電圧データを生成することができる。
ここで、バッテリーＢの電圧は、バッテリーＢの開放電圧（ＯＣＶ）であり得る。
このようなバッテリーＢの充電状態−電圧データは、図２に示されたように、バッテリーＢの充電状態に応じたバッテリーＢの電圧曲線で表すことができる。
このとき、前記メモリ部１２０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データをバッテリーＢの充電状態に応じたバッテリーＢの電圧曲線で近似させた近似関数、及びバッテリーＢの充電状態毎にバッテリーＢの電圧がマッピングされたルックアップテーブルのうち一つ以上の形態で保存することができる。
プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから複数の変曲点を検出し、複数の変曲点の電圧及び充電状態に関する複数の変曲データを検出することができる。すなわち、変曲データは、充電状態−電圧データに基づいて示される充電状態−電圧曲線の変曲点における電圧及び充電状態を含むことができる。
具体的には、前記プロセッサ１３０は、充電状態−電圧データに基づいて、充電状態の微小変化によるバッテリーＢの電圧の変化が増加してから減少する地点の充電状態とバッテリーＢの電圧を変曲データとして検出することができる。また、前記プロセッサ１３０は、充電状態−電圧データに基づいて、充電状態の微小変化によるバッテリーＢの電圧の変化が減少してから増加する地点の充電状態とバッテリーＢの電圧を変曲データとして検出することができる。すなわち、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データに対応する近似関数の二階微分係数が「０」である充電状態と、該充電状態に対応するバッテリーＢの電圧を変曲点として検出することができる。
そのため、前記プロセッサ１３０は、図３に示されたように、バッテリーＢの充電状態−電圧データに対応する近似関数を微分して一階導関数を算出することができる。
その後、前記プロセッサ１３０は、図４に示されたように、バッテリーＢの充電状態−電圧データに対応する近似関数の一階導関数を平滑化してノイズ成分を除去することができる。このとき、前記プロセッサ１３０は、ノイズフィルタを用いてバッテリーＢの充電状態−電圧データに対応する近似関数の一階導関数を平滑化することができる。これを通じて、前記プロセッサ１３０は、ノイズ成分によって変曲点が誤検出される現象を防止することで、変曲点検出の正確性を向上させることができる。
次いで、前記プロセッサ１３０は、平滑化した近似関数の一階導関数を微分して二階導関数を算出し、算出された二階導関数の関数値が「０」である充電状態と、該充電状態に対応するバッテリーＢの電圧を変曲データとして検出することができる。
例えば、前記プロセッサ１３０は、図４に示されたように、７個の変曲点（ａ１〜ａ７）を検出することができ、７個の変曲点（ａ１〜ａ７）に対応する充電状態はそれぞれ「７．２％」、「１３．６％」、「１９．１％」、「２１．２％」、「３５．３％」、「５６．８％」及び「６０．０％」であり得る。また、前記プロセッサ１３０から検出された７個の変曲点（ａ１〜ａ７）に対応する微分係数は、それぞれ「０．００５」、「０．０１１」、「０．００８５」、「０．００９」、「０．００３」、「０．０１５」及び「０．００９」であり得る。ここで、微分係数は、検出された変曲点における一階導関数の関数値であり得る。すなわち、微分係数は、図３及び図４におけるＹ軸値であって、ｄＶ／ｄＳＯＣで表される値であり得る。
プロセッサ１３０は、既定の基準微分係数に基づいて検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出することができる。
ここで、既定の基準微分係数は、退化していないＢＯＬ状態のバッテリーＢの充電状態−電圧データから検出された変曲データの微分係数であり得る。
すなわち、前記プロセッサ１３０は、上述した診断対象になるバッテリーＢから微分係数を得る方法と同じ方法によってＢＯＬ状態のバッテリーから得られた微分係数を基準微分係数として用いることができる。
このとき、プロセッサ１３０は、下記の数式２を用いて微分係数の増減率を算出することができる。
Figure 0006870187
ここで、Ｉは微分係数の増減率で、Ｄｂは検出された変曲データの微分係数であり、Ｄｒｅｆは既定の基準微分係数である。ここで、Ｄｂ及びＤｒｅｆは同じ充電状態に対する微分係数であり得る。例えば、図５の実施形態において、ＤｂはａのＹ軸値であり、ＤｒｅｆはｂのＹ軸値であり得る。
その後、プロセッサ１３０は、算出された複数の微分係数の増減率が既定の基準範囲に属するか否かによってバッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断することができる。
ここで、電極反応抵抗度は、バッテリーＢの退化によって電極に有無機物層及びガス層が生じることで、電極と溶液との界面で発生する電極反応の反応速度が基準反応速度以下に減少したか否かを示すパラメータであり得る。例えば、電極反応抵抗度が増加すれば、バッテリーＢの退化によって有無機物層及びガス層が生じ、電極反応の反応速度が減少し得る。
例えば、プロセッサ１３０は、算出された複数の微分係数の増減率のうち一部が既定の基準増減率の範囲に属しない場合、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。逆に、プロセッサ１３０は、算出された複数の微分係数の増減率すべてが既定の基準増減率の範囲に属する場合、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加していないと診断することができる。
ここで、既定の基準増減率の範囲は「−１０％以上０％以下」であり得る。例えば、変曲データにおける微分係数が既定の基準微分係数よりも増加した場合は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が減少した場合であり得る。逆に、変曲データにおける微分係数が既定の基準微分係数よりも減少した場合は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加した場合であり得る。
例えば、図５を参照すれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから変曲データ（ａ）を検出することができる。ここで、変曲データ（ａ）は充電状態−電圧曲線における変曲点であり得る。プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データを用いて変曲データ（ａ）に対応する微分係数を読み出すことができる。すなわち、プロセッサ１３０は、変曲データ（ａ）に対応するｄＶ／ｄＳＯＣ値である「０．００３」を読み出すことができる。また、プロセッサ１３０は、ＢＯＬ状態のバッテリーの充電状態−電圧データから予め検出された変曲データ（ｂ）の微分係数「０．００６」を用いて、変曲データ（ａ）の微分係数増減率を算出することができる。ここで、プロセッサ１３０は、数式２を用いて変曲データ（ａ）の微分係数増減率を「−５０％」として算出することができる。
プロセッサ１３０は、算出された微分係数の増減率が予め設定された基準増減率の範囲に含まれるか否かによってバッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断することができる。例えば、上述した実施形態において、プロセッサ１３０は、算出した微分係数の増減率「−５０％」が既定の基準増減率の範囲「−１０％以上０％以下」に含まれないと判断することができる。プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
このような本発明の構成によれば、バッテリーＢの充電状態−電圧データから検出された変曲点の微分係数の増減を用いて、電極反応抵抗度の増加によるバッテリーＢの退化如何を正確に診断することができる。
また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断された場合にのみ、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成される。具体的には、算出された微分係数の増減率が既定の基準増減率の範囲に含まれない場合、プロセッサ１３０は、算出した微分係数の増減率に基づいて既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを調整することができる。
例えば、上述した実施形態のように、算出された微分係数の増減率が「−５０％」である場合、プロセッサ１３０は、既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを５０％だけ減少させることができる。従って、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置は、過充電または過放電などの予想できない問題が発生することを予め防止することができる。
以下、複数の変曲データが検出される場合について具体的に説明する。
プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから複数の変曲データが検出される場合、検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数を読み出し、読み出した複数の微分係数の増減率を算出することができる。
例えば、図６に示されたように、他の実施形態によるプロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）を検出する場合、検出された複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）におけるＹ軸値を微分係数として読み出すことができる。例えば、複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）における微分係数は「０．００４５」、「０．０１０５」、「０．００８０」、「０．００８５」、「０．００２５」、「０．０１４５」及び「０．００５６」であり得る。
その後、プロセッサ１３０は、ＢＯＬ状態のバッテリーの充電状態−電圧データから検出された複数の変曲データ（ｂ１〜ｂ７）における基準微分係数「０．００５」、「０．０１１」、「０．００８５」、「０．００９」、「０．００３」、「０．０１５」及び「０．００９」と、検出された複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）における微分係数「０．００４５」、「０．０１０５」、「０．００８」、「０．００８５」、「０．００２５」、「０．０１４５」及び「０．００５６」との差を用いて、微分係数の増減率をそれぞれ算出することができる。
ここで、変曲データ（ａ１〜ａ７）と対応する変曲データ（ｂ１〜ｂ７）との充電状態は同一であり得る。例えば、ａ１とｂ１との充電状態は同一であり、ａ２とｂ２との充電状態は同一であり、ａ３〜ａ７の充電状態はｂ３〜ｂ７の充電状態とそれぞれ同一である。
このとき、プロセッサ１３０は、上記の数式２を用いてバッテリーＢの充電状態−電圧データから検出された複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）に対応する微分係数「０．００４５」、「０．０１０５」、「０．００８」、「０．００８５」、「０．００２５」、「０．０１４５」及び「０．００５６」それぞれの増減率を算出することができる。
プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから検出された複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）における複数の微分係数「０．００４５」、「０．０１０５」、「０．００８０」、「０．００８５」、「０．００２５」、「０．０１４５」及び「０．００５６」それぞれの微分係数の増減率を、「−１０％」、「−４．５４％」、「−５．８８％」、「−５．５６％」、「−１６．６７％」、「−３．３３％」及び「−３７．７８％」として算出することができる。
プロセッサ１３０は、算出した複数の増減率がそれぞれ既定の基準増減率の範囲に含まれるか否かを判断し、複数の微分係数の増減率のうち既定の基準増減率の範囲に含まれない微分係数の増減率の個数に基づいて、バッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、複数の微分係数の増減率のうち基準増減率の範囲に含まれない増減率の個数が既定の基準個数以上である場合、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
例えば、既定の基準個数が１個であると仮定する。上述した例のように、プロセッサ１３０は、複数の微分係数の増減率「−１０％」、「−４．５４％」、「−５．８８％」、「−５．５６％」、「−１６．６７％」、「−３．３３％」及び「−３７．７８％」を算出することができる。そして、プロセッサ１３０は、算出された微分係数の増減率のうち既定の基準増減率の範囲「−１０％以上０％以下」に属する微分係数増減率の個数を５個と算出することができる。すなわち、算出された７個の微分係数増減率のうち２個の微分係数増減率が既定の微分係数の増減率範囲に属しないのである。プロセッサ１３０は、算出した微分係数増減率のうち既定の微分係数増減率の範囲に属しない微分係数増減率の個数が既定の基準個数より多いため、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
そして、プロセッサ１３０は、算出した微分係数増減率のうち絶対値が最も大きい増減率を選択し、選択した増減率に基づいて既定のバッテリーＢの充電または放電電流の大きさを調整することができる。
例えば、上述した実施形態において、プロセッサ１３０は、最も大きい微分係数増減率として「−３７．７８％」を選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、既定のバッテリーＢの充電または放電電流の大きさを３７．７８％だけ減少させることができる。
一方、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから複数の変曲データが検出される場合、検出された複数の変曲データの一部における微分係数を用いて、バッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断することができる。具体的には、プロセッサ１３０は、検出された複数の変曲データのうち充電状態を基準にして最も大きいｎ個の変曲データを選択し、選択したｎ個の変曲データにおける微分係数を第１微分係数〜第Ｎ微分係数として選択することができる。ここで、ｎは予め設定された整数であり得る。
例えば、前記ｎが２で設定されたと仮定する。図６の実施形態において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから検出した複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）のうち充電状態が大きい順に２個の変曲データを選択することができる。この場合、プロセッサ１３０は「ａ７」の微分係数「０．００５６」を第１微分係数として選択し、「ａ６」の微分係数「０．０１４５」を第２微分係数として選択することができる。
その後、プロセッサ１３０は、上記の数式２を用いて、第１微分係数に基づいて第１微分係数の増減率を算出し、第２微分係数に基づいて第２微分係数の増減率を算出することができる。
具体的には、プロセッサ１３０は、ＢＯＬ状態のバッテリーの充電状態−電圧データから検出された複数の変曲データ（ｂ１〜ｂ７）のうち「ａ７」と「ａ６」にそれぞれ対応する「ｂ７」と「ｂ６」を選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、「ｂ７」に対応する基準微分係数「０．００９」と「ｂ６」に対応する基準微分係数「０．０１５」を読み出すことができる。その後、プロセッサ１３０は、数式２を用いて、第１微分係数の増減率を「−３７．７８％」と算出し、第２微分係数の増減率を「−３．３％」と算出することができる。
上述した実施形態のように、予め設定された個数が１個に設定され、基準増減率の範囲が「−１０％以上０％以下」に設定された場合、第１微分係数の増減率と第２微分係数の増減率のうち第１微分係数の増減率が既定の基準増減率の範囲に属しないため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。そして、プロセッサ１３０は、既定のバッテリーＢの充電または放電電流の大きさを３７．７８％だけ減少させることができる。すなわち、既定の充電電流の大きさが１Ｃである場合、プロセッサ１３０は、充電電流の大きさを０．６２２１Ｃに減少させることができる。
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は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから検出されたすべての変曲データに対応する微分係数を用いずにも、バッテリーＢの退化に敏感な一部の変曲データに対応する微分係数のみを用いることで、バッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を迅速且つ簡便に診断することができる。
一方、さらに他の実施形態によるプロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電状態−電圧データから検出された変曲データを第１変曲データグループと第２変曲データグループとに分類することができる。ここで、第１変曲データグループは、充電状態の微小変化によるバッテリーＢの電圧の変化が増加してから減少する地点であり、第２変曲データグループは、充電状態の微小変化によるバッテリーＢの電圧の変化が減少してから増加する地点であり得る。例えば、図４の実施形態において、ａ１、ａ３、ａ５及びａ７は第１変曲データグループに分類され、ａ２、ａ４及びａ６は第２変曲データグループに分類される。
その後、プロセッサ１３０は、第１変曲データグループ及び第２変曲データグループに属する変曲データにおける微分係数の増減率を算出することができる。
プロセッサ１３０は、第１変曲データグループに属する複数の変曲データにおける微分係数の増減率それぞれが予め設定された第１基準増減率未満であるか否かを判断し、第２変曲データグループに属する複数の変曲データにおける微分係数の増減率それぞれが予め設定された第２基準増減率を超えるか否かを判断することができる。
具体的には、プロセッサ１３０は、第１変曲データグループに属する複数の変曲データにおける微分係数増減率のうち第１基準増減率未満である微分係数増減率の個数と、第２変曲データグループに属する複数の変曲データにおける微分係数増減率のうち第２基準増減率を超える微分係数増減率の個数との和に基づいて、バッテリーＢの電極反応抵抗度の変化を診断することができる。
例えば、上述した実施形態と同様に、既定の基準個数が１個に設定され、ａ１〜ａ７に対応する微分係数の増減率がそれぞれ「−１０％」、「−４．５４％」、「−５．８８％」、「−５．５６％」、「−１６．６７％」、「−３．３３％」及び「−３７．７８％」と算出されたと仮定する。また、第１基準増減率は「−１０％」、第２基準増減率は「１０％」に設定されたと仮定する。プロセッサ１３０は、第１変曲データグループに属する複数の変曲データ（ａ１、ａ３、ａ５、ａ７）のうち微分係数増減率が第１基準増減率未満である変曲データとして「ａ５」及び「ａ７」を選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、第２変曲データグループに属する複数の変曲データ（ａ２、ａ４、ａ６）のうち微分係数増減率が第２基準増減率を超える変曲データとしては何も選択できない。すなわち、プロセッサ１３０は総２個の変曲データを選択することができる。そして、選択された変曲データの個数が既定の基準個数より多いため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
すなわち、プロセッサ１３０は、第１変曲データグループに属する変曲データの微分係数が一定値以上減少するか、または、第２変曲データグループに属する変曲データの微分係数が一定値以上増加する場合、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
さらに他の例として、プロセッサ１３０は、検出された変曲データが複数である場合、複数の変曲データのうち充電状態が最も小さい変曲データを第１変曲データとして選択し、充電状態が最も大きい変曲データを第２変曲データとして選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、第１変曲データに対応する微分係数の増減率及び第２変曲データに対応する微分係数の増減率を算出することができる。
例えば、図６の実施形態において、プロセッサ１３０は、ａ１を第１変曲データとして選択し、ａ７を第２変曲データとして選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、ａ１に対応する第１微分係数「０．００４５」及びａ７に対応する第２微分係数「０．００５６」を選択することができる。
そして、プロセッサ１３０は、上記の数式２を用いて第１変曲データに対応する微分係数の増減率及び第２変曲データに対応する微分係数の増減率を算出することができる。プロセッサ１３０は、ａ１に対応する微分係数の増減率を「−１０％」に算出し、ａ７に対応する微分係数の増減率を「−３７．７８％」に算出することができる。
そして、プロセッサ１３０は、算出した微分係数の増減率それぞれが既定の基準増減率の範囲に含まれるか否かを判断し、少なくとも一つ以上の微分係数の増減率が基準増減率の範囲に含まれない場合、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
例えば、既定の基準増減率の範囲は、上述した例と同様に「−１０％〜０％」であると仮定する。プロセッサ１３０は、上述した例で算出した第１微分係数の増減率「−１０％」と第２微分係数の増減率「−３７．７８％」が予め設定された基準増減率の範囲である「−１０％以上０％以下」の範囲に含まれるか否かを判断することができる。すなわち、第２微分係数の増減率「−３７．７８％」が予め設定された基準増減率の範囲に含まれないため、プロセッサ１３０は、一つ以上の微分係数の増減率が基準増減率の範囲に含まれないと判断し、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
一方、前記プロセッサ１３０は、診断結果を示すメッセージを通信端子（ＣＯＭ）を通じて外部装置に伝送することができる。
前記プロセッサ１３０は、多様な制御ロジックを実行するために当業界に知られた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、データ処理装置などを選択的に含み得る。プロセッサ１３０によって実行される多様な制御ロジック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ク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。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサ１３０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、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、コード体系は、キャリア信号に変調されて特定時点で通信キャリアに含まれ、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、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によって容易に推論できる。
前記通知部１４０は、前記プロセッサ１３０の診断結果の入力を受けて外部に出力することができる。より具体的には、前記通知部１４０は上述した診断結果を記号、数値及びコードのうち一つ以上を用いて表示するディスプレイ部及び音で出力するスピーカ装置のうち一つ以上を備えることができる。
一方、本発明によるバッテリー管理装置は、上述したバッテリー診断装置を含むことができる。これによって、バッテリー管理装置が管理するバッテリーに対して電極反応抵抗度の変化を診断することができる。
図７は、本発明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フロー図である。本発明の一実施形態によるバッテリー診断方法はバッテリー診断装置で動作できる。
図７を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリー診断方法は、充電状態推定段階（Ｓ１００）、変曲データ検出段階（Ｓ２００）、微分係数増減率算出段階（Ｓ３００）、診断段階（Ｓ４００）及び電流調整段階（Ｓ５００）を含むことができる。
充電状態推定段階（Ｓ１００）は、バッテリーＢの電流及び電圧を測定し、測定された電流に基づいてバッテリーＢの充電状態を推定する段階である。センシング部１1０で測定したバッテリーＢの電流に基づいてプロセッサ１３０がバッテリーＢの充電状態を推定することができる。
まず、センシング部１1０は、バッテリーＢの電圧及び電流を測定し、測定した電圧値及び電流値をプロセッサ１３０に送信することができる。プロセッサ１３０は、センシング部１1０から電圧値及び電流値を受信し、受信した電流値に基づいてバッテリーＢの充電状態を推定することができる。
変曲データ検出段階（Ｓ２００）は、測定された電圧と推定された充電状態とがマッピングされたバッテリーの充電状態−電圧データから複数の変曲データを検出する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
例えば、プロセッサ１３０は、センシング部１1０から受信した電圧値と推定した充電状態とをマッピングした充電状態−電圧データを得て、得られた充電状態−電圧データから複数の変曲データを抽出することができる。
また、プロセッサ１３０は、抽出した複数の変曲データのうち所定の条件を満足する一部のみを選択することもできる。例えば、プロセッサ１３０は、抽出した複数の変曲データのうち充電状態が最も大きい一部データのみを選択することもできる。また、プロセッサ１３０は、抽出した複数の変曲データのうち充電状態が最も大きい変曲データ及び充電状態が最も小さい変曲データを選択することもできる。
以下、プロセッサ１３０が抽出した複数の変曲データ全部を選択した場合について説明する。
微分係数増減率算出段階（Ｓ３００）は、既定の基準微分係数に基づいて検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
プロセッサ１３０は、上記の数式２を用いて、検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出することができる。
例えば、図６の実施形態において、複数の変曲データ（ｂ１〜ｂ７）における既定の基準微分係数がそれぞれ「０．００５」、「０．０１１」、「０．００８５」、「０．００９」、「０．００３」、「０．０１５」及び「０．００９」に設定されたと仮定する。また、検出された複数の変曲データ（ａ１〜ａ７）における微分係数がそれぞれ「０．００４５」、「０．０１０５」、「０．００８」、「０．００８５」、「０．００２５」、「０．０１４５」及び「０．００５６」に設定されたと仮定する。
プロセッサ１３０は、既定の基準微分係数及び数式２に基づいて、ａ１〜ａ７における微分係数増減率をそれぞれ「−１０％」、「−４．５４％」、「−５．８８％」、「−５．５６％」、「−１６．６７％」、「−３．３３％」及び「−３７．７８％」として算出することができる。
診断段階（Ｓ４００）は、算出された複数の微分係数増減率が既定の基準増減率の範囲に属するか否かによって前記バッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
プロセッサ１３０は、複数の変曲データそれぞれにおける微分係数増減率を算出した後、算出した複数の微分係数増減率が既定の基準増減率の範囲に属するか否かを判断することができる。
例えば、上述した実施形態において、既定の基準増減率の範囲が「−１０％以上０％以下」に予め設定されたと仮定する。プロセッサ１３０は、算出したａ１〜ａ７における微分係数増減率「−１０％」、「−４．５４％」、「−５．８８％」、「−５．５６％」、「−１６．６７％」、「−３．３３％」及び「−３７．７８％」のうち既定の基準増減率の範囲に属しない微分係数増減率の個数を算出することができる。この場合、プロセッサ１３０は、既定の基準増減率の範囲に属しない微分係数増減率の個数を２個と算出することができる。
そして、プロセッサ１３０は、算出された個数が既定の基準個数を超えれば、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと判断することができる。
例えば、上述した実施形態において、既定の基準個数を１と仮定すれば、既定の基準増減率の範囲に属しない微分係数増減率の個数が既定の基準個数を超えたことになるため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断することができる。
電流調整段階（Ｓ５００）は、電極反応抵抗度が増加したと診断された場合にのみ、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整する段階であって、プロセッサ１３０によって実行できる。
プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断した場合にのみ、バッテリーＢの充電または放電電流の大きさを調整することができる。
例えば、上述した実施形態において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極反応抵抗度が増加したと診断したため、バッテリーＢの充電または放電電流の大きさを調整することができる。このとき、プロセッサ１３０は、絶対値が最も大きい微分係数増減率を基準にして、バッテリーＢの充電または放電電流の大きさを調整することができる。上述した実施形態において絶対値が最も大きい微分係数増減率は「−３７．７８％」であるため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの充電または放電電流の大きさを３７．７８％だけ減少させることができる。
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
Ｂ：バッテリー
１００：バッテリー診断装置
１１０：センシング部
１２０：メモリ部
１３０：プロセッサ
１４０：通知部

Claims (10)

  1. バッテリーの電圧を測定するように構成されたセンシング部と、
    前記バッテリーの充電状態を推定し、前記センシング部から受信した電圧と推定した充電状態とがマッピングされた前記バッテリーの充電状態−電圧データから複数の変曲データを検出し、既定の基準微分係数に基づいて検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出し、算出された複数の微分係数の増減率が既定の基準増減率の範囲に属するか否かによって前記バッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断し、前記電極反応抵抗度の変化に基づいて、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成されたプロセッサとを含む、バッテリー診断装置。
  2. 前記プロセッサは、前記検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数と前記既定の基準微分係数との差に基づいて前記微分係数の増減率を算出するように構成され、
    前記プロセッサは、前記電極反応抵抗度が増加したと診断された場合にのみ、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成された、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  3. 前記プロセッサは、前記算出された複数の微分係数の増減率のうち既定の基準範囲に含まれない微分係数の増減率の個数が既定の基準個数以上である場合にのみ、前記電極反応抵抗度が増加したと診断するように構成された、請求項１または２に記載のバッテリー診断装置。
  4. 前記プロセッサは、前記電極反応抵抗度が増加したと診断された場合、前記算出された複数の微分係数の増減率のうち前記既定の基準増減率の範囲に含まれない微分係数の増減率を選択し、選択された微分係数の増減率に基づいて既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成された、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
  5. 前記プロセッサは、前記選択された微分係数の増減率に対応する比率だけ前記既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを増加または減少させて、前記バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整するように構成された、請求項４に記載のバッテリー診断装置。
  6. 前記プロセッサは、前記検出された複数の変曲データのうち最も小さい充電状態を有する変曲データに対する微分係数を第１微分係数として選択し、最も大きい充電状態を有する変曲データに対する微分係数を第２微分係数として選択し、前記第１微分係数及び第２微分係数の増減率に基づいて前記電極反応抵抗度の変化を診断するように構成された、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
  7. 請求項１から６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管理装置。
  8. 請求項１から６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。
  9. バッテリーの電圧を測定し、前記バッテリーの充電状態を推定する充電状態推定段階と、
    測定された電圧と推定された充電状態とがマッピングされた前記バッテリーの充電状態−電圧データから複数の変曲データを検出する変曲データ検出段階と、
    既定の基準微分係数に基づいて検出された複数の変曲データそれぞれにおける微分係数の増減率を算出する微分係数増減率算出段階と、
    算出された複数の微分係数の増減率が既定の基準増減率の範囲に属するか否かによって前記バッテリーの電極反応抵抗度の変化を診断する診断段階と、
    前記電極反応抵抗度の変化に基づいて、バッテリーの充電または放電電流の大きさを調整する電流調整段階とを含む、バッテリー診断方法。
  10. 前記電流調整段階は、前記診断段階で電極反応抵抗度が増加したと診断された場合、前記算出された複数の微分係数の増減率のうち前記既定の基準増減率の範囲に含まれない微分係数の増減率を選択し、選択された微分係数の増減率に基づいて既定のバッテリーの充電または放電電流の大きさを調整する段階を含む、請求項９に記載のバッテリー診断方法。
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