JP6880424B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

本発明は、反復的な充放電によるリチウムイオンバッテリーセルの退化に関わる情報を非破壊的に獲得する装置及び方法に関する。
本出願は、２０１７年９月２８日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１２６５３５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、すべて本出願に援用される。
最近、ノートブックＰＣ、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、反復的な充放電の可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化したバッテリーとしては、ニッケルカドミウムバッテリー、ニッケル水素バッテリー、ニッケル亜鉛バッテリー、リチウムイオンバッテリーなどがあり、このうち、リチウムイオンバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、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。
リチウムイオンバッテリーセルは、基本的に、正極、負極及び電解質を含む。リチウムイオンバッテリーセルの電気化学的反応に関与するリチウムイオンが正極から負極へ、または負極から正極へ移動することによってリチウムイオンバッテリーセルの充放電が行われる。
一方、リチウムイオンバッテリーセルの正極、負極及び電解液の間では副反応が起こり、このような副反応は、リチウムイオンバッテリーセルが使用状態（即ち、充電及び放電）にある場合は勿論、保管（ｓｔｏｒａｇｅ）状態にある場合にも起こる。副反応の結果としてＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が生成され、これは、リチウムイオンバッテリーセルの内部で充放電に関与できるリチウムイオンの量が徐々に減るということを意味する。また、ＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、負極表面に膜を形成するようになり、これは、リチウムイオンバッテリーセルを退化させる原因の一つになる。リチウムイオンバッテリーセルの退化が進むにつれ、正極ハーフセル（ｈａｌｆ−ｃｅｌｌ）と負極ハーフセル各々の使用領域が移動（ｓｈｉｆｔ）する。リチウムイオンバッテリーセルを安全に使うためには、リチウムイオンバッテリーセルの退化による正極ハーフセルと負極ハーフセル各々の使用領域に関わる情報を獲得し、これに基づいてリチウムイオンバッテリーセルの充放電を制御しなければならない。
しかし、従来の非破壊的な分析方法によっては、リチウムイオンバッテリーセル両端の電圧領域（ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｎｄｏｗ）などを含むフルセル使用領域についての情報を大雑把に獲得できるだけで、リチウムイオンバッテリーセルの正極ハーフセルと負極ハーフセル各々の使用領域についての情報までは獲得しにくい。
前述の問題を解決するための三電極テスト方法が提案されたことがある。三電極テスト方法を用いる場合、リチウムイオンバッテリーセルの正極と負極各々の電位を基準電極の電位と比較することで、リチウムイオンバッテリーセルの正極ハーフセルと負極ハーフセル各々の使用領域と最大貯蔵容量に関わる情報を獲得することができる。しかし、三電極テスト方法を行うためには、基準電極が挿入されたリチウムイオンバッテリーセルを製作しなければならない煩雑さがある。また、基準電極がリチウムイオンバッテリーセルの正極、負極及び電解質間の電気化学的特性に影響を及ぼし得るため、基準電極のあるリチウムイオンバッテリーセルから測定された結果は、基準電極のないリチウムイオンバッテリーセルの実際の電気化学的特性に相応しないことがある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基準電極などを付着するために、リチウムイオンバッテリーセルを分解しなくてもリチウムイオンバッテリーセルの正極使用領域と負極使用領域に関わる情報を獲得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。
また、本発明は、リチウムイオンバッテリーセルの退化が進むにつれて相異なる二つの健康状態（ＳＯＨ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）から各々獲得された正極使用領域と負極使用領域についての情報に基づき、リチウムイオンバッテリーセルの退化による正極と負極各々の容量情報を決定できる装置及び方法を提供することを他の目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例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。
上記の課題を達成するための本発明の多様な実施例は、以下のようである。
本発明の一実施例による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は、前記リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧及び電流を測定するセンシング部と、前記センシング部に動作可能に結合した制御部と、を含む。前記制御部は、前記リチウムイオンバッテリーセルが第１健康状態にある間に、前記センシング部によって測定されたフルセル開放電圧及び電流に基づいて前記リチウムイオンバッテリーセルの第１正極使用領域を推定する。その後、前記制御部は、前記リチウムイオンバッテリーセルが前記第１健康状態に比べて退化した第２健康状態にある間に、前記センシング部によって測定された開放電圧及び電流に基づいて前記リチウムイオンバッテリーセルの第２正極使用領域を推定する。その次、前記制御部は、前記第１正極使用領域及び前記第２正極使用領域に基づき、前記第１健康状態から前記第２健康状態までの期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大貯蔵容量の変化量を算出する。
この場合、前記第１正極使用領域は、第１正極上限値及び第１正極下限値によって定義され得る。前記第２正極使用領域は、第２正極上限値及び第２正極下限値によって定義され得る。前記第１正極上限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。前記第１正極下限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。前記第２正極上限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。前記第２正極下限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。
一面によれば、前記制御部は、下記の数式：
Figure 0006880424
 を用いて、前記使用期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大貯蔵容量の変化量を算出することができる。
他面によれば、前記制御部は、下記の数式：
Figure 0006880424
 を用いて、前記使用期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大放電容量の変化量を算出することができる。前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大放電容量の変化量は、前記使用期間における前記正極と電解液との副反応によって消耗したリチウムイオンの総量に対応し得る。
本発明の他の実施例による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は、前記リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧及び電流を測定するセンシング部と、前記センシング部に動作可能に結合した制御部と、を含む。前記制御部は、前記リチウムイオンバッテリーセルが第１健康状態にある間に、前記センシング部によって測定された開放電圧及び電流に基づいて前記リチウムイオンバッテリーセルの第１負極使用領域を推定する。その次、前記制御部は、前記リチウムイオンバッテリーセルが前記第１健康状態に比べて退化した第２健康状態にある間に、前記センシング部によって測定されたフルセル開放電圧及び電流に基づいて前記リチウムイオンバッテリーセルの第２負極使用領域を推定する。その後、前記制御部は、前記第１負極使用領域及び前記第２負極使用領域に基づき、前記第１健康状態から前記第２健康状態までの期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大貯蔵容量の変化量を算出する。
この場合、前記第１負極使用領域は、第１負極上限値及び第１負極下限値によって定義され得る。前記第２負極使用領域は、第２負極上限値及び第２負極下限値によって定義され得る。前記第１負極上限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。前記第１負極下限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。前記第２負極上限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。前記第２負極下限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し得る。
一面によれば、前記制御部は、下記の数式：
Figure 0006880424
 を用いて前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大貯蔵容量の変化量を算出することができる。
他面によれば、前記制御部は、下記の数式：
Figure 0006880424
 を用いて、前記使用期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大放電容量の変化量を算出することができる。前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大放電容量の変化量は、前記使用期間における前記負極と電解液との副反応によって消耗したリチウムイオンの総量に対応し得る。
また他の側面によれば、前記装置は、前記獲得された退化情報を外部へ伝送する通信部をさらに含み得る。
本発明のさらに他の実施例によるバッテリーパックは、前記装置を含み得る。
本発明の一実施例の少なくとも一つによれば、基準電極などを付着するためにリチウムイオンバッテリーセルを分解しなくてもリチウムイオンバッテリーセルの正極ハーフセルの使用領域及び負極ハーフセルの使用領域に関わる情報を獲得することができる。
また、本発明は、リチウムイオンバッテリーセルが相異なる二つの健康状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）から各々獲得された正極使用領域と負極使用領域に関わる情報に基づき、リチウムイオンバッテリーセルの退化による正極と負極各々の容量情報を決定することができる。
本発明の効果は上述の効果に限定されず、言及していない効果は、本明細書及び添付の図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明確に理解されるだろう。
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例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。
本発明の一実施例によってリチウムイオンバッテリーセルの退化情報を獲得するための装置の機能的構成を示した図である。
図１を参照して説明する参照セルの正極ハーフセルプロファイルを示すグラフである。
図１を参照して説明する参照セルの正極ハーフセルプロファイルを示すグラフである。
図１を参照して説明する負極ハーフセルプロファイルを示すグラフである。
図１を参照して説明する負極ハーフセルプロファイルを示すグラフである。
図１を参照して説明する参照セルのフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを示すグラフである。
本発明の一実施例によるリチウムイオンバッテリーセルのフルセル ＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを示す。
リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧を測定する技法を示す。
リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧を測定する技法を示す。
本発明の一実施例によって特定の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセルの使用領域を推定する方法を説明するのに参照される図である。
本発明の一実施例によるリチウムイオンバッテリーセルの正極と負極各々の使用領域に関わる情報を獲得する方法を示したフローチャートである。
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例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例に過ぎず、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、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。
なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御ユニット」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示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。
さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に（接続）」されている場合も含む。
以下、説明の便宜のために、バッテリーセルを「セル」と称する。また、後述する多様な電圧プロファイルは、必ずしも連続的な形態を有することに限定されず、離散的な形態を有することもある。
図１は、本発明の一実施例によってリチウムイオンバッテリーセルの退化情報を獲得するための装置１００の機能的構成を示した図である。
図１を参照すれば、装置１００は、メモリー１１０、センシング部１２０及び制御部１３０を含む。
メモリー１１０は、複数の参照セル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃｅｌｌ）各々に対して予め与えられた参照情報を保存するように構成される。参照情報は、各参照セルの性能を示すものであって、後述するリチウムイオンバッテリーセルの退化情報を獲得するための比較の基準として活用される。参照情報には、各参照セルに対する正極ハーフセルプロファイル、負極ハーフセルプロファイル、正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値が含まれる。参照情報は、各参照セルに対する事前実験によって獲得されたものである。複数の参照セルのいずれか一つは、残りの参照セルの少なくとも一つと異なる健康状態を有するものであり得る。
具体的に、正極ハーフセルプロファイルは、参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの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。例えば、参照セルに対する充電が進むほど、参照セルの正極に貯蔵されたリチウムイオンの量が漸進的に減少するにつれて正極の電位は漸進的に増加する。
負極ハーフセルプロファイルは、参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの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。例えば、参照セルに対する充電が進むほど、参照セルの負極に貯蔵されたリチウムイオンの量が漸進的に増加するにつれて負極の電位は漸進的に減少する。
参照セルの正極上限値は、所定のＳＯＣ範囲（例えば、０％〜１００％）の上限値（例えば、１００％）における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。具体的に、参照セルの正極上限値は、参照セルの正極に貯蔵可能なリチウムイオンの最大量を示す第１臨界値を基準で、前記第１臨界値で参照セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が上限値に到達した時点における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（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｖａｌｕｅ）を意味する。例えば、前記第１実験値が前記第１臨界値の１０％であれば、参照セルの正極上限値＝（第１臨界値−第１実験値）／第１臨界値＝（１００％−１０％）／１００％＝０．９０である。
参照セルの正極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値（例えば、０％）における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。具体的に、 参照セルの正極下限値は、前記第１臨界値を基準で、前記第１臨界値で参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点における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、前記第２実験値が前記第１臨界値の８０％であれば、参照セルの正極下限値＝（第１臨界値−第２実験値）／第１臨界値＝（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リチウムイオンの量は増加するため、参照セルの正極下限値が参照セルの正極上限値よりも小さいということは、当業者にとって自明である。
参照セルの負極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値における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。具体的に、参照セルの負極上限値は、参照セルの負極に貯蔵可能なリチウムイオンの最大量を示す第２臨界値を基準で、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点における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、前記第３実験値が前記第２臨界値の９５％であれば、参照セルの負極上限値＝第３実験値／第２臨界値＝９５％／１００％＝０．９５である。
参照セルの負極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値における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。具体的に、参照セルの負極下限値は、前記第２臨界値を基準で、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点における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、前記第４実験値が前記第２臨界値の５％であれば、参照セルの負極下限値＝第４ 実験値／第２臨界値＝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リチウムイオンの量は減少するため、参照セルの負極下限値は、参照セルの負極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
また、メモリー１１０は、装置１００の全般的な動作に要求される各種データ、命令語及びソフトウェアを追加的に保存できる。このようなメモリー１１０は、フラッシュメモリータイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＳＤタイプ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＤＤタイプ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）のうち少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。
センシング部１２０は、電圧センサ１２１、電流センサ１２２及び温度センサ１２３の少なくとも一つを含み得る。電圧センサ１２１、電流センサ１２２及び温度センサ１２３の少なくとも一つは、制御部１３０から提供される制御信号に応じて、リチウムイオンバッテリーセル１０の電圧、電流及び温度の少なくとも一つを個別的に測定し、測定された値を示すデータを制御部１３０に伝送する。
制御部１３０は、メモリー１１０及びセンシング部１２０に動作可能に結合し得る。メモリー１１０に保存されたデータ及び命令語を参照するか、ソフトウェアを駆動して、リチウムイオンバッテリーセルの性能を非破壊的にテストするように構成される。制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセルの電圧、電流及び温度の測定、ＳＯＣ演算、ＳＯＨ推定及び温度管理の少なくとも一つのためのソフトウェアを実行し得る。
制御部１３０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能を行うための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現され得る。
制御部１３０は、複数の参照セル各々の正極ハーフセルプロファイル、負極ハーフセルプロファイル、正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値に基づき、各参照セルに対するフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを生成し得る。具体的に、フルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルは、正極ハーフセルプロファイルによって提供される参照セルの正極開放電圧と、負極ハーフセルプロファイルによって提供される参照セルの負極開放電圧との差、即ち、参照セルの両端の間に形成される開放電圧プロファイルを示す。
一方、複数の参照セルとは別に、制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセル１０に対する少なくても一つのフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを生成できる。リチウムイオンバッテリーセル１０に対する複数のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルが生成された場合、複数のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイル各々は、リチウムイオンバッテリーセル１０の相異なる健康状態に係わるものであり得る。ここで、リチウムイオンバッテリーセル１０は、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り得る。
詳しくは、制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセル１０が特定の健康状態にある間にセンシング部１２０から提供されるリチウムイオンバッテリーセル１０のフルセル開放電圧を示す電圧データに基づき、所定のＳＯＣ範囲に対するフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを生成できる。即ち、フルセル ＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルは、所定のＳＯＣ範囲で特定の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の両端の間に形成される開放電圧の変化を示すのである。ここで、特定健康状態は、一例で、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）、ＭＯＬ（Ｍｉｄｄｅｌ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）及びＥＯＬ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）のいずれか一つであり得る。
特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０に対するフルセル ＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルの生成が完了すれば、制御部１３０は、（ｉ）前記参照情報から提供される複数の参照セルに対するフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイル及び（ｉｉ）特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０に対するフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルに基づき、特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値を推定できる。
この際、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値は、リチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣが前記上限値であるときにおけるリチウムイオンバッテリーセル１０の正極に貯蔵されたリチウムイオンの量に対応する。具体的に、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値は、前記第１臨界値を基準で、前記第１臨界値におけるリチウムイオンバッテリーセルのＳＯＣが前記上限値に到達した時点におけるリチウムイオンバッテリーセル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、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値は、（１００％−５％）／１００％＝０．９５である。
リチウムイオンバッテリーセル１０の正極下限値は、リチウムイオンバッテリーセルのＳＯＣが前記下限値であるときにおけるリチウムイオン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に対応する。具体的に、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極下限値は、前記第１臨界値を基準で、前記第１臨界値におけるリチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣが前記下限値に到達した時点におけるリチウムイオンバッテリーセル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、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極下限値は、（１００％−９５％）／１００％＝０．０５である。リチウムイオンバッテリーセルのＳＯＣが減少するほど、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極に貯蔵されるリチウムイオンの量は増加するため、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極下限値が正極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
リチウムイオンバッテリーセル１０の負極上限値は、リチウムイオンバッテリーセルのＳＯＣが前記上限値であるときにおけるリチウムイオン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に対応する。具体的に、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極上限値は、前記第２臨界値を基準で、リチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣが前記上限値に到達した時点におけるリチウムイオンバッテリーセル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、前記第３推定値が前記第２臨界値の９０％であれば、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極上限値は９０％／１００％＝０．９０である。
リチウムイオンバッテリーセル１０の負極下限値は、リチウムイオンバッテリーセルのＳＯＣが前記下限値であるときにおけるリチウムイオン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に対応する。具体的に、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極上限値は、前記第２臨界値を基準で、リチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣが前記下限値に到達した時点におけるリチウムイオンバッテリーセル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、前記第４推定値が前記第２臨界値の１０％であれば、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極下限値は１０％／１００％＝０．１０である。リチウムイオンバッテリーセルのＳＯＣが減少するほど、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極に貯蔵されるリチウムイオンの量は減少するため、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極下限値は、負極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
以下、複数の参照セルとリチウムイオンバッテリーセル１０各々の正極及び負極が、ＬｉｘＭｅＯ２とＬｉｙＣ６であると仮定する。ここで、添え字「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数であり、添え字「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数である。また、Ｍｅ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の範囲は、０〜１であると仮定する。リチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣが１というのは、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というのは、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ということを、当業者であれば容易に理解できるであろう。
装置１００は、通信部１４０をさらに含み得る。通信部１４０は、制御部１３０によって読出し、処理及び／または演算されるデータを使用者が認知可能な形態で出力する。例えば、通信部１４０は、制御部１３０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。他の例で、通信部１４０は、装置１００によって、読出し、処理及び／または演算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。使用者は、通信部１４０からリチウムイオンバッテリーセル１０の退化情報を受けることができる。ここで、前記退化情報は、リチウムイオンバッテリーセル１０の退化による正極ハーフセルの容量情報及び負極ハーフセルの容量情報の少なくとも一つを含む。
図２及び図３は、図１を参照して前述した参照セルの正極ハーフセルプロファイルを示すグラフである。
図２を参照すれば、事前実験によって複数の参照セルのうちいずれかの一つの特定参照セルの正極（ＬｉｘＭｅＯ２）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うちに測定された正極開放電圧の変化を示す正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ｘ）を確認することができる。この際、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との差である。図２に示した正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ｘ）を見れば、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へ増加するほど参照セルの正極開放電圧は漸進的に減少することを確認することができる。参照セルの正極に貯蔵されるリチウムイオンの量ｘは、下記の数式１によって決定することができる。
Figure 0006880424
数式１において、Ｐｆは正極上限値、Ｐｉは正極下限値、ＳＯＣは参照セルの充電状態を示す。この際、Ｐｆ及びＰｉは、予め決められた定数であることから、ｘはＳＯＣの変化に依る。即ち、ｘとＳＯＣのいずれか一つが分かれば、残りの一つが分かる。図２とともに図３を参照すれば、制御部１３０は、正極に貯蔵されたリチウムイオンの量と正極開放電圧との関係を示す正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ｘ）を、充電状態と正極開放電圧との関係を示す他の正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ＳＯＣ）に変換できる。
図４及び図５は、図１を参照して前述の負極ハーフセルプロファイルを示すグラフである。
図４を参照すれば、事前実験によって図３のＵＰ（ｘ）を有する前記特定参照セルの負極（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うちに測定された負極開放電圧の変化を示す負極ハーフセルプロファイルＵＮ（ｙ）を確認することができる。 この際、参照セルの負極開放電圧は、参照セルの負極電位と前記基準電位との差である。図４に示した参照セルの負極ハーフセルプロファイルＵＮ（ｙ）を見れば、参照セルの負極に貯蔵されるリチウムイオンの量が第３実験値ｙ１から第４実験値ｙ２に向けて増加するほど参照セルの負極開放電圧が漸進的に減少することを確認することができる。リチウムイオンの量ｙは、下記の数式２によって決定することができる。
Figure 0006880424
数式２において、Ｎｆは負極上限値、Ｎｉは負極下限値、ＳＯＣは参照セルの充電状態である。この際、Ｎｆ及びＮｉは予め決められた定数であることから、ｙはＳＯＣの変化に依る。即ち、ｙとＳＯＣのいずれか一つが分かれば、残りの一つが分かる。図４とともに図５を参照すれば、制御部１３０は、負極に貯蔵されたリチウムイオンの量と負極開放電圧との関係を示す負極ハーフセルプロファイルＵＮ（ｙ）を充電状態と正極開放電圧との関係を示す他の負極電圧プロファイルＵＮ（ＳＯＣ）に変換できる。
図６は、図１を参照して前述した参照セルのフルセルプロファイルを示すグラフである。
図６を参照すれば、参照セルのフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルＵＲ（ＳＯＣ）を確認することができる。フルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルＵＲ（ＳＯＣ）は、予め決められたＳＯＣ範囲０〜１で、図３に示した正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ＳＯＣ）と、図５に示した負極ハーフセルプロファイルＵＮ（ＳＯＣ）との差となる。前述のように、正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ＳＯＣ）は、正極ハーフセルプロファイルＵＰ（ｘ）、正極上限値Ｐｆ及び正極下限値Ｐｉに関わり、負極ハーフセルプロファイルＵＮ（ＳＯＣ）は、負極ハーフセルプロファイルＵＮ（ｙ）、負極上限値Ｎｆ及び負極下限値Ｎｉに関わる。したがって、制御部１３０は、参照情報に含まれた複数の参照セル各々に対する正極ハーフセルプロファイル、負極ハーフセルプロファイル、正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値に基づき、各参照セルのフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを生成できる。
図７は、本発明の一実施例によるリチウムイオンバッテリーセルのフルセルプロファイルを示し、図８及び図９は、リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧を測定する技法を示す。
図７を参照すれば、フルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルＵＴ（ＳＯＣ）は、制御部１３０が特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣを所定の範囲０〜１で変化させる間にセンシング部１２０によって測定される両端開放電圧を記録したものであり得る。即ち、制御部１３０は、センシング部１２０から提供される電圧データに基づき、図７に示したようなフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルＵＴ（ＳＯＣ）を生成できる。
図８は、電圧平均技法（ｖｏｌｔａｇｅ ａｖｅｒａｇｉｎｇ）を示する。図８を参照すれば、制御部１３０は、満充電状態（即ち、ＳＯＣが１）であるリチウムイオンバッテリーセル１０を満放電状態（即ち、ＳＯＣが０）まで所定の定電流で放電する間に測定される開放電圧プロファイルＵＴ，Ｄ（ＳＯＣ）と、満放電状態であるリチウムイオンバッテリーセル１０を満充電状態まで前記定電流で充電する間に測定される開放電圧プロファイルＵＴ，Ｃ（ＳＯＣ）との平均値となる電圧プロファイルＵＴ，Ａ（ＳＯＣ）を、前記フルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルＵＴ（ＳＯＣ）として設定できる。
図９は、電圧弛緩法 （ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）を示す。電圧弛緩法は、ＨＰＰＣ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）放電テスト技法の一種である。電圧弛緩法は、満充電状態であるリチウムイオンバッテリーセル１０を満放電状態まで所定の定電流で放電する間、リチウムイオンバッテリーセル１０の充電状態が範囲０〜１内の予め決められた値に順次到達する度にリチウムイオンバッテリーセル１０を無負荷状態に転換する。リチウムイオンバッテリーセル１０の充電状態は、リチウムイオンバッテリーセル１０の放電時に電流センサ１２２によって測定される電流を時間積算してリチウムイオンバッテリーセル１０の残存容量を算出し、現在の健康状態に対応する最大貯蔵容量（ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）を基準で前記残存容量を０〜１または０％〜１００％の範囲で示した値として表現され得る。
無負荷状態に転換された各々の時点から予め決められた弛緩時間（例えば、１時間）だけ経過した時点（図９における点線円を参照）において、センシング部１２０によってリチウムイオンバッテリー１０の両端の電圧が測定される。その後、カーブフィッティング（ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）などのような近似化アルゴリズムを用いて、前記測定された電圧値から前記フルセルプロファイルＵＴ（ＳＯＣ）に生成することができる。
制御部１３０は、複数の参照セル各々のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルに基づき、任意の使用領域θ＝［ｐｆ，ｐｉ，ｎｆ，ｎｉ］を有するバッテリーセルから予測される両端開放電圧プロファイルであるＵＲ（ＳＯＣ，θ）を生成できる。具体的に、ＵＲ（ＳＯＣ，θ）は、正極上限値がｐｆであり、正極下限値がｐｉであり、負極上限値がｎｆであり、負極下限値がｎｉであるリチウムイオンバッテリーセル１０のＳＯＣを前記所定ＳＯＣ範囲で調節するときに現われると予測されるフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルである。
図１０は、本発明の一実施例によって特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセルの使用領域を推定する方法を説明するのに参照される図である。
制御部１３０は、所定のＳＯＣ範囲０〜１内にある予め決められたｎ（ｎは、１より大きい整数）個のサンプル値を入力値とし、特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルＵＴ（ＳＯＣ）と前記両端開放電圧プロファイルＵＲ（ＳＯＣ，θ）との残差（ｒｅｓｉｄｕａｌ）の二乗和（ｓｕｍ ｏｆ ｓｑｕａｒｅｓ）を示す費用関数（ｃｏｓｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を宣言する。前記費用関数は、次の数式４で表される。
Figure 0006880424
数式４において、ＳＯＣｉは、前記サンプル値のいずれか一つであり、前記Ｓ（θ）は前記費用関数である。
仮に、任意のθが与えられたとき、両端開放電圧プロファイルＵＲ（ＳＯＣ， θ）と両端開放電圧プロファイルＵＴ（ＳＯＣ）とが完全にマッチされると仮定してみよう。この場合、前記費用関数の出力値は０であることが自明であり、制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセル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。このような面で、制御部１３０は、予め決められた確率モデルを用いて前記費用関数の値が最小となるようにするリチウムイオンバッテリーセル１０の使用領域を示すパラメーターを推定できる。この際、特定健康状態を有するリチウムイオンバッテリーセル１０の使用領域１０は、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極ハーフセル及び負極ハーフセルの少なくとも一つの容量情報を示す。
次のようなアルゴリズムが、前記費用関数からリチウムイオンバッテリーセル１０の使用領域を推定するのに活用され得る。
１）グラジエント基盤最適化（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｂａｓｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）のアルゴリズム：ｆｍｉｎｃｏｎ、ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈなど
２）全域最適化（ｇｌｏｂａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）のアルゴリズム：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、前記で挙げられた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法が、リチウムイオンバッテリーセル１０の使用領域を推定するのに活用可能であると理解されるべきである。
図１０を参照すれば、前記確率モデルを用いて前記費用関数から演算されたリチウムイオンバッテリーセル１０の正極と負極各々の使用領域を定義する 四つのパラメーターＰｆ'、Ｐｉ'、Ｎｆ'、Ｎｉ'各々に対する事後分布（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を示すヒストグラムを確認することができる。各ヒストグラムにおいて、横軸はパラメータ、縦軸は確率を示す。
例えば、制御部１３０は、各事後分布から予め決められた規則（例えば、最大確率値を有するもの）に当る特定のパラメータ値をリチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値
Figure 0006880424
、正極下限値
Figure 0006880424
、負極上限値
Figure 0006880424
及び負極下限値
Figure 0006880424
として推定することができる。
制御部１３０は、数式５を用いて、任意の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の正極の最大貯蔵容量を演算できる。
Figure 0006880424
数式５において、
Figure 0006880424
は、任意の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の最大貯蔵容量、
Figure 0006880424
は推定された正極上限値、
Figure 0006880424
は推定された正極下限値、
Figure 0006880424
は正極の最大貯蔵容量である。制御部１３０は、センシング部１２０から提供されるデータに基づき、リチウムイオンバッテリーセル１０の最大貯蔵容量
Figure 0006880424
を周期的または非周期的アップデートできる。即ち、リチウムイオンバッテリーセル１０の退化によって健康状態が変わる場合、
Figure 0006880424
は、新たな値にアップデートされ得る。
制御部１３０は、数式６を用いて、任意の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の負極の最大貯蔵容量を演算できる。
Figure 0006880424
数式６において、
Figure 0006880424
は推定された負極上限値、
Figure 0006880424
は推定された負極下限値、
Figure 0006880424
は負極の最大貯蔵容量である。
数式５及び数式６において、
Figure 0006880424
と
Figure 0006880424
は、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極と負極各々に最大に貯蔵可能な電荷量であって、フルセルから最大に抽出可能な電荷量を示す
Figure 0006880424
より大きいというのは自明である。
制御部１３０は、数式７を用いて、任意の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の非可逆容量を演算することができる。
Figure 0006880424
数式７において、Ｑｌｏｓｓはリチウムイオンバッテリーセル１０の非可逆容量である。
Figure 0006880424
と
Figure 0006880424
との積は、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極の非可逆容量を示し、
Figure 0006880424
と
Figure 0006880424
との積は、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極の非可逆容量を各々示す。もし、Ｑｌｏｓｓが正数であれば、負極の非可逆容量よりも正極の非可逆容量が相対的に大きいことを意味する。逆に、Ｑｌｏｓｓが負数であれば、負極の非可逆容量よりも正極の非可逆容量が相対的に小さいことを意味する。
制御部１３０は、数式８を用いて、任意の健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の負極の最大貯蔵容量と正極の最大貯蔵容量との割合を演算できる。
Figure 0006880424
数式８において、ＲＮＰはリチウムイオンバッテリーセル１０の負極の最大貯蔵容量
Figure 0006880424
とリチウムイオンバッテリーセルの正極の最大貯蔵容量
Figure 0006880424
との割合である。
図１１は、本発明の一実施例によるリチウムイオンバッテリーセルの正極と負極各々の使用領域についての情報を獲得する方法を示したフローチャートである。図１１に示した段階は、前述の装置１００によって行われる。
段階１１１０において、制御部１３０は、メモリー１１０に予め保存された参照情報から複数の参照セル各々の正極ハーフセルプロファイル、負極ハーフセルプロファイル、正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値を読み出す。
段階１１２０において、制御部１３０は、段階１１１０で読み出された各参照セルの正極ハーフセルプロファイル、負極ハーフセルプロファイル、正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値に基づき、各参照セルのフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを生成する。
段階１１３０において、制御部１３０は、センシング部１２０から新たに提供される電圧データに基づき、リチウムイオンバッテリーセル１０のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルを生成する。段階１１３０が実行される度に、制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセル１０のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルをメモリー１２０に保存できる。
段階１１４０において、制御部１３０は、複数の参照セル各々のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイル及びリチウムイオンバッテリーセル１０のフルセルＳＯＣ−ＯＣＶプロファイルに基づき、特定健康状態にあるリチウムイオンバッテリーセル１０の正極使用領域及び負極使用領域の少なくとも一つを推定する。この際、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極使用領域は、正極上限値及び正極下限値によって定義される。また、リチウムイオンバッテリーセル１０の負極使用領域は、負極上限値及び負極下限値によって定義される。
段階１１５０において、制御部１３０は、予め決められたイベントが発生したかを判定する。この際、予め決められたイベントとは、例えば、外部からの使用者命令の受信、予め決められた基準時間の経過、リチウムイオンバッテリーセル１０の充放電サイクルカウントの所定値の増加などであり得る。段階 １１５０の結果が「はい」である場合、前記方法は段階１１３０へ戻る。これによって、リチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値は、予め決められたイベントが発生する場合ごとにアップデートできる。即ち、段階１１３０及び段階１１４０を含む過程が時間差を置いて二回以上実行されることで、リチウムイオンバッテリーセル１０が相対的に少なく退化したときの使用領域情報及び相対的に多く退化したときの使用領域情報が獲得される。
例えば、リチウムイオンバッテリーセル１０の健康状態が第１値（例えば、ＳＯＨ＝９５％）であるときに実行された段階１１３０及び段階１１４０によってリチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値が推定された後、リチウムイオンバッテリーセル１０の健康状態が第１値よりも小さい第２値（例えば、ＳＯＨ＝８５％）であるときに再度実行された段階１１３０及び段階１１４０によってリチウムイオンバッテリーセル１０の正極上限値、正極下限値、負極上限値及び負極下限値が推定され得る。
以下、リチウムイオンバッテリーセル１０が順次経る相異なる二つの健康状態のうち大きいものを「第１健康状態」と称し、小さいものを「第２健康状態」と称する。例えば、第１健康状態がＢＯＬである場合、第２健康状態は ＭＯＬまたはＥＯＬであり得る。他の例で、第１健康状態がＭＯＬである場合、第２健康状態はＥＯＬであり得る。
制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセル１０が第１健康状態にあったときの正極使用領域及び第２健康状態にあったときの正極使用領域に基づき、第１健康状態から第２健康状態までの期間に対するリチウムイオンバッテリーセル１０の（ｉ）正極の最大貯蔵容量の変化量と、（ｉｉ）正極の最大放電容量の変化量を算出することができる。ここで、正極の最大貯蔵容量とは、正極に最大に貯蔵可能な電荷量である。正極の最大放電容量とは、正極の最大貯蔵容量の一部であって、満充電されたリチウムイオンバッテリーセル１０の正極から最大に放電可能な電荷量である。
制御部１３０は、下記の数式９を用いて、（ｉ）正極の最大貯蔵容量の変化量を算出することができる。
Figure 0006880424
数式９において、
Figure 0006880424
は、第１健康状態から第２健康状態までの期間にリチウムイオンバッテリーセル１０の正極が退化した程度を示す。
また、制御部１３０は、下記の数式１０を用いて、（ｉｉ）正極の最大放電容量の変化量を算出することができる。
Figure 0006880424
数式１０において、ΔＱｒｅｓｉｄｕａｌ＿Ｐは、リチウムイオンバッテリーセル１０が退化するほど、即ち、第１健康状態と第２健康状態との差が大きいほど増加する傾向を有する。
制御部１３０は、リチウムイオンバッテリーセル１０が第１健康状態にあったときの負極使用領域及び第２健康状態にあったときの負極使用領域に基づき、第１健康状態から第２健康状態までの期間に対するリチウムイオンバッテリーセル１０の（ｉｉｉ）負極の最大貯蔵容量の変化量と、（ｉｖ）負極の最大放電容量の変化量を算出することができる。ここで、負極の最大貯蔵容量とは、負極に最大に貯蔵可能な電荷量である。負極の最大放電容量とは、負極の最大貯蔵容量の一部であって、満充電されたリチウムイオンバッテリーセル１０の負極から最大に放電可能な電荷量である。
制御部１３０は、下記の数式１１を用いて、（ｉｉｉ）負極の最大貯蔵容量の変化量を算出することができる。
Figure 0006880424
数式１１において、
Figure 0006880424
は、第１健康状態から第２健康状態までの期間にリチウムイオンバッテリーセル１０の負極が退化した程度を示す。
制御部１３０は、下記の数式１２を用いて、（ｉｖ）負極の最大放電容量の変化量を算出することができる。
Figure 0006880424
数式１２において、ΔＱｒｅｓｉｄｕａｌ＿Ｎは、リチウムイオンバッテリーセル１０が退化するほど、即ち、第１健康状態と第２健康状態との差が大きいほど増加する傾向を有する。
制御部１３０は、下記の数式１３を用いて、消耗容量を算出することができる。
Figure 0006880424
数式１３において、Ｑｐａｒａｓｉｔｉｃは、第１健康状態から第２健康状態までの期間に、リチウムイオンバッテリーセル１０内のリチウムイオンの消耗をもたらす正極と電解液との副反応及び負極と電解液との副反応によって消耗した容量である。
前述の数式５〜１３の少なくとも一つを用いて演算された結果は、リチウムイオンバッテリーセル１０の退化情報として通信部１４０によって使用者に提供され得る。
以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例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具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、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、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。
１００ 退化情報獲得装置
１１０ メモリー
１２０ センシング部
１３０ 制御部
１４０ 通信部

Claims (6)

  1. 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であって、
    前記リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧及び電流を測定するセンシング部と、
    前記センシング部に動作可能に結合した制御部と、を含み、
    前記制御部は、
    前記リチウムイオンバッテリーセルが第１健康状態にある間に、前記センシング部によって測定されたフルセル開放電圧及び電流に基づいて、第１正極上限値及び第１正極下限値によって定義される前記リチウムイオンバッテリーセルの第１正極使用領域を推定し、
    前記リチウムイオンバッテリーセルが前記第１健康状態に比べて退化した第２健康状態にある間に、前記センシング部によって測定された開放電圧及び電流に基づいて、第２正極上限値及び第２正極下限値によって定義される前記リチウムイオンバッテリーセルの第２正極使用領域を推定し、
    前記第１正極使用領域の前記第１正極上限値及び前記第１正極下限値と前記第２正極使用領域の前記第２正極上限値及び前記第２正極下限値とに基づき、下記の数式：
    Figure 0006880424
     を用いて、前記第１健康状態から前記第２健康状態までの期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大貯蔵容量の変化量を算出し、
    前記第１正極上限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し、
    前記第１正極下限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し、
    前記第２正極上限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し、
    前記第２正極下限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応する
    装置。
  2. 前記制御部は、
    下記の数式：
    Figure 0006880424
     を用いて、前記期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大放電容量の変化量を算出し、
    前記リチウムイオンバッテリーセルの正極の最大放電容量の変化量は、前記期間における前記正極と電解液との副反応によって消耗したリチウムイオンの総量に対応する請求項１に記載の装置。
  3. 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であって、
    前記リチウムイオンバッテリーセルのフルセル開放電圧及び電流を測定するセンシング部と、
    前記センシング部に動作可能に結合した制御部と、を含み、
    前記制御部は、
    前記リチウムイオンバッテリーセルが第１健康状態にある間に、前記センシング部によって測定された開放電圧及び電流に基づいて、第１負極上限値及び第１負極下限値によって定義される前記リチウムイオンバッテリーセルの第１負極使用領域を推定し、
    前記リチウムイオンバッテリーセルが前記第１健康状態に比べて退化した第２健康状態にある間に、前記センシング部によって測定されたフルセル開放電圧及び電流に基づいて、第２負極上限値及び第２負極下限値によって定義される前記リチウムイオンバッテリーセルの第２負極使用領域を推定し、
    前記第１負極使用領域の前記第１負極上限値及び前記第１負極下限値と前記第２負極使用領域の前記第２負極上限値及び前記第２負極下限値とに基づき、下記の数式：
    Figure 0006880424
     を用いて、前記第１健康状態から前記第２健康状態までの期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大貯蔵容量の変化量を算出し、
    前記第１負極上限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し、
    前記第１負極下限値は、前記第１健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が予め決められた下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し、
    前記第２負極上限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記上限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応し、
    前記第２負極下限値は、前記第２健康状態にある前記リチウムイオンバッテリーセルの充電状態が前記下限値であるときにおける前記リチウムイオン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に対応する
    装置。
  4. 前記制御部は、
    下記の数式：
    Figure 0006880424
     を用いて、前記期間に対する前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大放電容量の変化量を算出し、
    前記リチウムイオンバッテリーセルの負極の最大放電容量の変化量は、前記期間における前記負極と電解液との副反応によって消耗したリチウムイオンの総量に対応する請求項３に記載の装置。
  5. 前記獲得された退化情報を外部へ伝送する通信部をさらに含む請求項１に記載の装置。
  6. 請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の装置を含む、バッテリーパック。
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