JP6950875B2 - バッテリーの電極情報を決定するための装置、方法、バッテリーパック及び電気システム - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーに含まれた正極及び負極に関する情報を決定するための装置及び方法、該装置を含むバッテリーパック及び電気システムに関する。
本出願は、２０１８年４月１０日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００４１６９２号及び２０１９年４月９日出願の韓国特許出願第１０−２０１９−００４１６００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。
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激に伸び、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、リチウムバッテリーなどのバッテリー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。
バッテリーは、充電と放電が繰り返されることでその性能が徐々に低下する。従って、バッテリーの性能を確認するなどのため、バッテリーの電極電位（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を測定する必要がある。従来は、基準電極（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を活用した三電極系電位測定方法が主に使われている。
基準電極は、バッテリーに含まれた正極または負極の電位を測定するため、電位測定用電池回路を形成するのに用いられるものであって、一定の温度で一定の電位値を維持する非分極特性を有するなどの要件を満たさなければならない。また、バッテリー当り一つの基準電極が必要であるため、バッテリーの製造工程に多くの時間がかかる恐れがある。
本発明は、バッテリーの電圧及び電流に基づいて生成したバッテリーのＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の複数の特徴点を分析することで、基準電極を活用しなくても、前記バッテリーの正極及び負極に関する情報（例えば、活物質の種類、特定の蓄電量に対応する正極または負極の電位など）を決定できる装置、方法、バッテリーパック及び電気システム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、第１電極及び第２電極を含むバッテリーの電極情報を決定するための装置は、前記バッテリーの電圧及び前記バッテリーの電流を測定するように構成されたセンシング部と、前記センシング部と動作可能に結合されたプロセッサとを含む。
前記プロセッサは、前記バッテリーの電流に基づいて、前記バッテリーの蓄電量を決定するように構成される。前記プロセッサは、前記バッテリーの電圧と前記バッテリーの蓄電量との関係を示すＱ−Ｖカーブを、前記バッテリーの電圧と前記バッテリーの電圧の変化量に対する前記蓄電量の変化量の比率との関係を示すＶ−ｄＱ／ｄＶカーブに変換するように構成される。前記プロセッサは、前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから複数の特徴点を検出する。前記プロセッサは、前記複数の特徴点それぞれを第１電極特徴点または第２電極特徴点に分類するように構成される。前記プロセッサは、前記第１電極特徴点の個数及び前記第２電極特徴点の個数に基づいて、前記バッテリーに含まれた第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類を前記電極情報として決定するように構成される。
前記プロセッサは、前記複数の特徴点のうち、所定の基準電圧以上の電圧範囲に位置する特徴点を前記第１電極特徴点として分類するように構成され得る。前記プロセッサは、前記複数の特徴点のうち、前記基準電圧未満の電圧範囲に位置する特徴点を前記第２電極特徴点として分類するように構成され得る。
前記プロセッサは、基準バッテリーの第１容量−電位カーブを前記プロセッサに動作可能に結合されたメモリ部から収得するように構成され得る。前記プロセッサは、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第１電極電位を前記第１容量−電位カーブから決定するように構成され得る。前記プロセッサは、それぞれの前記第１電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第１電極電位に基づいて、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第２電極の電位を前記電極情報として決定するように構成され得る。前記基準バッテリーは、前記第１電極活物質及び前記第２電極活物質を含み得る。
前記プロセッサは、前記基準バッテリーの前記第１電極電位からそれぞれの前記第１電極特徴点の電圧を引いて、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第２電極の電位を前記電極情報として決定するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記基準バッテリーの第２容量−電位カーブを前記メモリ部から収得するように構成され得る。前記プロセッサは、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第２電極電位を前記第２容量−電位カーブから決定するように構成され得る。前記プロセッサは、それぞれの前記第２電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第２電極電位に基づいて、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第１電極の電位を前記電極情報として決定するように構成され得る。
前記プロセッサは、それぞれの前記第２電極特徴点の電圧と前記基準バッテリーの前記第２電極電位とを足して、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第１電極の電位を前記電極情報として決定するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリーの前記第１電極の電位を有効範囲と比べた結果に基づいて、前記バッテリーの前記第１電極の電位が有効であるか否かを診断するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリーの前記第１電極の電位が前記有効範囲から外れる場合、前記第１電極の状態が不良であることを示すメッセージを出力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パックは、前記装置を含む。
本発明のさらに他の態様による電気システムは、前記バッテリーパックを含む。
本発明のさらに他の態様による方法は、前記装置を用いて、前記バッテリーの前記電極情報を決定するためのものである。前記方法は、前記Ｑ−Ｖカーブを生成する段階と、前記Ｑ−Ｖカーブを前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブに変換する段階と、前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから前記複数の特徴点を検出する段階と、前記複数の特徴点それぞれを前記第１電極特徴点または前記第２電極特徴点に分類する段階と、前記第１電極特徴点の個数及び前記第２電極特徴点の個数に基づいて、前記バッテリーに含まれた前記第１電極活物質の種類及び前記第２電極活物質の種類を前記電極情報として決定する段階とを含む。
前記方法は、前記第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類に基づいて、基準バッテリーに対する第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブを収得する段階と、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第１電極電位を前記第１容量−電位カーブから決定する段階と、それぞれの前記第１電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第１電極電位に基づいて、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第２電極の電位を前記電極情報として決定する段階と、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第２電極電位を前記第２容量−電位カーブから決定する段階と、それぞれの前記第２電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第２電極電位に基づいて、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第１電極の電位を前記電極情報として決定する段階とをさらに含み得る。
前記方法は、前記バッテリーの前記第１電極の電位が第１有効範囲から外れるか又は前記バッテリーの前記第２電極の電位が第２有効範囲から外れる場合、前記バッテリーの前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一つの状態が不良であることを示すメッセージを出力する段階をさらに含み得る。
本発明の一態様によれば、バッテリーの電圧及び電流に基づいて生成したバッテリーのＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の複数の特徴点を分析することで、基準電極を活用しなくても、前記バッテリーの正極及び負極に関する情報を決定することができる。
本発明の効果は上記の効果に制限されず、その他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
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の電極情報を決定するための装置の構成を示した図である。 バッテリーの電圧と蓄電量との関係を示すＱ−Ｖカーブを例示的に示したグラフである。 図２のＱ−Ｖカーブから得られたＶ−ｄＱ／ｄＶカーブを例示的に示したグラフである。 図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブを平滑化して示したグラフである。 バッテリーのＱ−Ｖカーブと特定基準バッテリーの第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブとの関係を説明するために参照するグラフである。 バッテリーのＱ−Ｖカーブと特定基準バッテリーの第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブとの関係を説明するために参照するグラフである。 本発明の他の実施形態によるバッテリーの電極情報を決定するための方法を示したフロー図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーの電極情報を決定するための方法を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「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の電極情報を決定するための装置の構成を示した図であり、図２はバッテリーの電圧と蓄電量との関係を示すＱ−Ｖカーブを例示的に示したグラフであり、図３は図２のＱ−Ｖカーブから得られたＶ−ｄＱ／ｄＶカーブを例示的に示したグラフであり、図４は図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブを平滑化して示したグラフであり、図５及び図６はバッテリーのＱ−Ｖカーブと特定基準バッテリーの第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブとの関係を説明するために参照するグラフである。
まず、図１を参照すれば、電気システムＣは、バッテリーパック１を含むことができる。装置１００は、第１電極及び第２電極を含むバッテリーＢが備えられたバッテリーパック１に含まれる。前記装置１００は、バッテリーＢに電気的に連結され、バッテリーＢの第１電極電位及び第２電極電位を個別的に推定することができる。バッテリーＢの第１電極電位は、バッテリーＢの第１電極（例えば、正極）の酸化還元電位であり得る。バッテリーＢの第２電極電位は、バッテリーＢの第２電極（例えば、負極）の酸化還元電位であり得る。
前記装置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）（図示せず）に含まれてもよい。
前記装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０及びプロセッサ１３０を含むことができる。前記装置１００は、通知部１４０をさらに含むことができる。
前記バッテリーＢは、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ことができる。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。前記単位セルは、繰り返して充放電できれば、その種類に特に制限がなく、一例として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、バッテリーパック１の（＋）端子、（−）端子及び通信端子（ＣＯＭ）を通じて電気システムＣに結合されるかまたは電気システムＣから分離される。前記電気システムＣは、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、ドローンのような無人飛行体、電力グリッドに電気的に連結可能なエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、充電器またはモバイルデバイスであり得る。
前記センシング部１１０は、プロセッサ１３０に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構成される。
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及びバッテリーＢの電圧を測定するように構成された電圧センサを含むことができる。前記センシング部１１０は、バッテリーＢの正極端子と負極端子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所定周期で繰り返して測定し、測定された電圧及び測定された電流を示す測定信号をプロセッサ１３０に出力することができる。
前記プロセッサ１３０は、信号処理を通じて、センシング部１１０から受信した測定信号をバッテリーＢの電圧及び電流それぞれを示すデジタル値に変換した後、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の第１電極電位及び第２電極電位のうち少なくとも一つを推定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に動作可能に結合される。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、予め設定された電流値の電流（すなわち、定電流）でバッテリーＢが充電または放電するように、バッテリーＢの電流を制御することができる。前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電流を時間に対して積算することで、バッテリーＢの蓄電量を所定周期毎に推定することができる。バッテリーＢの蓄電量は、バッテリーＢに蓄電されている電荷量を意味し得る。
このとき、予め設定された電流値（すなわち、前記定電流の大きさ）は、下記の数式１を用いて前記プロセッサ１３０によって算出することができる。
Figure 0006950875
 ここで、Ｉｃは前記定電流の大きさであり、ａは１以下の定数（例えば、０．６）であり、ＣｎはバッテリーＢの定格電流の大きさであり得る。
前記プロセッサ１３０は、予め設定された電流値の電流でバッテリーＢが充電または放電する期間に基づいて、バッテリーＢの蓄電量を所定周期毎に推定することができる。例えば、前記プロセッサ１３０は、電流積算法を用いて、バッテリーＢの蓄電量を所定周期毎に繰り返して算出することができる。勿論、バッテリーＢの蓄電量を算出する方法が電流積算法のみに限定されることはない。
前記プロセッサ１３０は、所定周期毎に得られるバッテリーＢの蓄電量とバッテリーＢの電圧とをマッピングした結果に基づいて、バッテリーＢの電圧−蓄電量カーブ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：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）であり得る。
このようなバッテリーＢの電圧−蓄電量カーブ（以下、「Ｖ−Ｑカーブ」または「Ｑ−Ｖカーブ」とも称する）は、図２に示されたように、バッテリーＢの蓄電量Ｑと電圧Ｖとの関係を定義する形式で表される。
前記Ｖ−Ｑカーブは、バッテリーＢの電圧に応じたバッテリーＢの蓄電量を曲線で近似させた関数の形態で前記メモリ部１２０に保存され得る。または、前記Ｖ−Ｑカーブは、ルックアップテーブルの形態で前記メモリ部１２０に保存され得る。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢのＶ−Ｑカーブ（または、Ｖ−Ｑカーブに対応する関数）をＶ−ｄＱ／ｄＶカーブに変換する。ｄＱ／ｄＶは、バッテリーＢの電圧の変化量ｄＶに対するバッテリーＢの蓄電量の変化量ｄＱの比率を示す。すなわち、前記プロセッサ１３０は、Ｖ−Ｑカーブ（または、Ｖ−Ｑカーブに対応する関数）をバッテリーＢの電圧Ｖに対して微分することで、図３に示されたＶ−ｄＱ／ｄＶを生成することができる。Ｖ−ｄＱ／ｄＶは、バッテリーＢの電圧ＶとｄＱ／ｄＶとの関係を示すカーブである。
その後、前記プロセッサ１３０は、Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の複数の特徴点（例えば、極大点、極小点、変曲点）を検出することができる。Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから検出される各特徴点は、Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブに現れるすべての特徴点のうち特定の順序に個別的に対応するものであり得る。例えば、Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから３個の特徴点を検出するように前記プロセッサ１３０が設定されている場合、３個の特徴点は３個の特徴点それぞれの蓄電量が小さい順にＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の一番目の極大点、ｍ番目の極大点、ｎ番目の極小点であり得る。
前記プロセッサ１３０は、Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の複数の特徴点を検出する前に、ノイズフィルタを用いて、図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブのノイズ成分を除去することができる。その結果、図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブは、図４に示されたように平坦化される。これを通じて、図３のＶ−ｄＱ／ｄＶに存在するノイズ成分によって図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブから特徴点が誤検出される現象を防止することで、特徴点検出の正確性を向上させることができる。勿論、図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブに対する平坦化は選択的なプロセスであり、前記プロセッサ１３０は、図４のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブの代わりに、図３のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブから複数の特徴点を検出してもよい。以下、説明の便宜上、複数の特徴点は図４のＶ−ｄＱ／ｄＶカーブから検出されると仮定する。具体的には、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢのＶ−Ｑカーブ（または、Ｖ−Ｑカーブに対応する関数）の二階微分係数が０になるＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の各地点をＶ−ｄＱ／ｄＶカーブの特徴点として検出することができる。
一例として、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電圧の変化量ｄＶに対するバッテリーＢの蓄電量の変化量ｄＱの比率が増加してから減少するＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の各地点を特徴点（極大点）として検出することができる。
他の例として、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電圧の変化量ｄＶに対するバッテリーＢの蓄電量の変化量ｄＱの比率が減少してから増加するＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ上の各地点を特徴点（極小点）として検出することができる。
それぞれの特徴点は、バッテリーＢの電圧Ｖとその電圧Ｖにおける蓄電量Ｑ（または、ｄＱ／ｄＶ）との対として示され得る。
図４は、前記プロセッサ１３０によって、Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブ上に位置する８個の特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）が検出された例を示した図である。
前記プロセッサ１３０は、各特徴点の電圧を所定の基準電圧と比べた結果に基づいて、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）を第１電極特徴点または第２電極特徴点に分類することができる。
具体的には、前記プロセッサ１３０は、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）のうち特定特徴点の電圧が所定の基準電圧以上である場合、その特定特徴点を第１電極特徴点として分類することができる。一方、前記プロセッサ１３０は、特定特徴点の電圧が所定の基準電圧未満である場合、特定特徴点を、第１電極特徴点の代わりに、第２電極特徴点として分類することができる。
第１電極特徴点は、バッテリーＢの第１電極の製造に使われた活物質（以下、「第１電極活物質」とも称する）の電気化学的特性によって検出された特徴点であり得る。バッテリーＢが劣化しても、第１電極特徴点それぞれの蓄電量におけるバッテリーＢの第１電極電位は一定であり得る。
第２電極特徴点は、バッテリーＢの第２電極の製造に使われた活物質（以下、「第２電極活物質」とも称する）の電気化学的特性によって検出された特徴点であり得る。バッテリーＢが劣化しても、第２電極特徴点それぞれの蓄電量におけるバッテリーＢの第２電極電位は一定であり得る。
所定の基準電圧が３．８ボルトであるとしよう。すると、前記プロセッサ１３０は、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）のうち、所定の基準電圧以上の電圧範囲に位置する特徴点ＩＣ１、ＩＣ２を第１電極特徴点として分類することができる。前記プロセッサ１３０は、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）のうち、所定の基準電圧未満の電圧範囲に位置する特徴点ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６を第２電極特徴点として分類することができる。
前記プロセッサ１３０は、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）に基づいて、バッテリーＢに含まれた第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類を決定することができる。具体的には、前記プロセッサ１３０は、第１電極特徴点の個数及び第２電極特徴点の個数に基づいて、バッテリーＢの第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類を確認することができる。
そのため、前記メモリ部１２０には、第１電極特徴点の個数、第２電極特徴点の個数、第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類がマッピングされたルックアップテーブル（「活物質リストテーブル」とも称する）が予め保存され得る。
上述した例のように、第１電極特徴点の個数が２個であり、第２電極特徴点の個数が６個である場合、前記プロセッサ１３０は第１電極特徴点の個数及び第２電極特徴点の個数を第１インデックス及び第２インデックスとして用いて、活物質リストテーブルから「ＬｉＭＯ２」及び「ＳｉＯ２」をバッテリーＢに含まれた第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類として得ることができる。勿論、第１電極特徴点の個数が２個ではないか、または、第２電極特徴点の個数が６個ではない場合、「ＬｉＭＯ２」代わりに他の種類の活物質がバッテリーＢの第１電極活物質として得られるか、又は、「ＳｉＯ２」代わりに他の種類の活物質がバッテリーＢの第２電極活物質として得られ得る。
前記メモリ部１２０には、複数の基準バッテリーそれぞれに対する第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブのうち少なくとも一つがルックアップテーブルの形態で予め保存され得る。各基準バッテリーは、それに含まれた正極活物質の種類及び負極活物質の種類を基準にして、他の基準バッテリーと区分される。すなわち、各基準バッテリーは、他の基準バッテリーに含まれた正極活物質と異なる種類の正極活物質を含むか、または、他の基準バッテリーに含まれた負極活物質と異なる種類の負極活物質を含み得る。
前記プロセッサ１３０は、複数の基準バッテリーのうち、バッテリーＢと第１電極活物質及び第２電極活物質の種類が同一である一つの基準バッテリー（以下、「特定基準バッテリー」と称する）に対する第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブを前記メモリ部１２０から収得することができる。
図５及び図６には、バッテリーＢのＱ−Ｖカーブ（ＤＢ）とともに、前記特定基準バッテリーに対する第１容量−電位カーブ（ＤＲ１）及び第２容量−電位カーブ（ＤＲ２）が一緒に示されている。Ｑ−Ｖカーブ（ＤＢ）は、図２に示されたＶ−Ｑカーブの縦軸と横軸をそれぞれ横軸と縦軸にして示したものであり得る。
前記特定基準バッテリーに対する第１容量−電位カーブ（ＤＲ１）は、劣化前（例えば、ＢＯＬ：Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）の特定基準バッテリーの第１電極電位と蓄電量との関係を示す。特定基準バッテリーの第１電極電位は、特定基準バッテリーの第１電極（例えば、正極）の酸化還元電位を意味し得る。
前記特定基準バッテリーに対する第２容量−電位カーブ（ＤＲ２）は、劣化前の特定基準バッテリーの第２電極電位と蓄電量との関係を示す。特定基準バッテリーの第２電極電位は、特定基準バッテリーの第２電極（例えば、負極）の酸化還元電位を意味し得る。
前記プロセッサ１３０は、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）それぞれの蓄電量に対応する前記特定基準バッテリーの第１電極電位または第２電極電位を読み出すことができる。
前記プロセッサ１３０は、図５に示されたように、図４の第１電極特徴点ＩＣ１、ＩＣ２それぞれの蓄電量及び電圧をＱ−Ｖカーブ（ＤＢ）から読み出すことができる。
その後、前記プロセッサ１３０は、読み出された各蓄電量に対応する前記特定基準バッテリーの第１電極電位から読み出された各蓄電量に対応する第１電極特徴点ＩＣ１、ＩＣ２の電圧を引いて、読み出されたそれぞれの蓄電量に対応するバッテリーＢの第２電極電位を決定することができる。前記プロセッサ１３０は、下記の数式２を用いて、蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの第２電極電位を算出することができる。
Figure 0006950875
 ここで、ＶＲ１（Ｑ）は蓄電量Ｑに対応する前記特定基準バッテリーの第１電極電位（図５の「■」）であり、ＶＢ１（Ｑ）は蓄電量Ｑに対応する第１電極特徴点の電圧（図５の「●」）であり、ＶＲ２（Ｑ）は蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの第２電極電位（図５の「▲」）である。
前記プロセッサ１３０は、ＶＲ２（Ｑ）を蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの負極電位として決定し、ＶＲ１（Ｑ）を蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの正極電位として決定することができる。
一方、前記プロセッサ１３０は、図６に示されたように、特徴点（ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６、ＩＣ１、ＩＣ２）うち第２電極特徴点ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６それぞれの蓄電量及び電圧をバッテリーＢのＱ−Ｖカーブ（ＤＢ）から読み出すことができる。
前記プロセッサ１３０は、読み出された各蓄電量に対応する前記特定基準バッテリーの第２電極電位と読み出された各蓄電量に対応する第２電極特徴点ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６の電圧とを足して、読み出されたそれぞれの蓄電量に対応するバッテリーＢの第１電極電位を決定することができる。前記プロセッサ１３０は、下記の数式３を用いて、蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの第１電極電位を算出することができる。
Figure 0006950875
 ここで、ＶＱ２（Ｑ）は蓄電量Ｑに対応する前記特定基準バッテリーの第２電極電位（図６の「■」）であり、ＶＢ２（Ｑ）は蓄電量Ｑに対応する第２電極特徴点の電圧（図６の「●」）であり、ＶＱ１（Ｑ）は蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの第１電極電位（図６の「▲」）である。
前記プロセッサ１３０は、ＶＱ１（Ｑ）を蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの正極電位として決定し、ＶＱ２（Ｑ）を蓄電量Ｑに対応するバッテリーＢの負極電位として決定することができる。
図５及び図６を参照して上述したように、バッテリーＢの電圧及び電流を測定することで、基準電極を用いずにも、バッテリーＢの正極電位及び負極電位を正確に推定することができる。
一方、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極電位（すなわち、第１電極電位または第２電極電位）と有効範囲を比べ、比較結果に基づいてバッテリーＢの電極電位が有効であるか否かを診断することができる。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極電位が前記有効範囲内に含まれなければ、バッテリーＢの電極電位が非有効であると判断することができる。バッテリーＢの電極電位が非有効であるとは、バッテリーＢの第１電極及び第２電極のうち少なくとも一つが一定水準以上劣化して、バッテリーＢを新しいものに交替する必要があることを意味し得る。
前記プロセッサ１３０は、前記特定基準バッテリーの第１容量−電位カーブ（ＤＲ１）及び第２容量−電位カーブ（ＤＲ２）を参照して、有効範囲を設定することができる。
具体的には、前記プロセッサ１３０は、第２電極特徴点ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３、ＩＡ４、ＩＡ５、ＩＡ６それぞれの蓄電量に対応する前記特定基準バッテリーの第１電極電位を第１容量−電位カーブ（ＤＲ１）から読み出すことができる。その後、前記プロセッサ１３０は、読み出した前記特定基準バッテリーの第１電極電位を基準にして、第１有効範囲（例えば、３．９〜４．２ボルト）を設定することができる。前記プロセッサ１３０は、前記第１有効範囲を前記バッテリーＢの第１電極電位と比べて、バッテリーＢの第１電極電位が有効であるか否かを診断することができる。例えば、バッテリーＢの第１電極電位が第１有効範囲から外れる場合、バッテリーＢの第１電極の状態が不良であると診断することができる。
前記プロセッサ１３０は、第１電極特徴点ＩＣ１、ＩＣ２それぞれの蓄電量に対応する前記特定基準バッテリーの第２電極電位を第２容量−電位カーブ（ＤＲ２）から読み出すことができる。その後、前記プロセッサ１３０は、前記特定基準バッテリーの第２電極電位を基準にして、第２有効範囲（例えば、０．０３〜０．２ボルト）を設定することができる。前記プロセッサ１３０は、前記第２有効範囲を前記バッテリーＢの第２電極電位と比べて、バッテリーＢの第２電極電位が有効であるか否かを診断することができる。例えば、バッテリーＢの第２電極電位が第２有効範囲から外れる場合、バッテリーＢの第２電極の状態が不良であると診断することができる。
代案的に、第１有効範囲及び第２有効範囲は、予め設定されたものであってもよい。
前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極情報を示すメッセージを通信端子（ＣＯＭ）を通じて電気システムＣに伝送することができる。前記通知部１４０は、前記プロセッサ１３０に動作可能に結合される。前記通知部１４０は、前記プロセッサ１３０から前記メッセージを受信すれば、バッテリーＢの電極情報を視覚的に表示（例えば、記号、数値、イメージ）するディスプレイ部及び聴覚的に出力するスピーカ装置のうち少なくとも一つを含み得る。
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。
図７及び図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリーの電極情報を決定するための方法を示したフロー図である。
図１〜図８を参照すれば、段階Ｓ７００において、プロセッサ１３０は、センシング部１１０からの測定信号に基づいて、バッテリーＢの電圧Ｖ及び蓄電量Ｑを決定する。段階Ｓ７００で決定されたＶ及びＱを示すデータは、所定周期毎にメモリ部１２０に保存される。
段階Ｓ７１０において、プロセッサ１３０は、所定の電圧範囲（例えば、放電終了電圧〜充電終了電圧）に対応する蓄電量が決定されたか否かを判断する。段階Ｓ７１０の値が「はい」である場合、段階Ｓ７２０に進む。段階Ｓ７１０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ７００に戻る。
段階Ｓ７２０において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電圧と蓄電量との関係を示すＱ−Ｖカーブ（図２などを参照）を生成する。
段階Ｓ７３０において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢに対するＱ−ＶカーブをＶ−ｄＱ／ｄＶカーブ（図４などを参照）に変換する。
段階Ｓ７４０において、プロセッサ１３０は、Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから複数の特徴点を検出する。
段階Ｓ７５０において、プロセッサ１３０は、複数の特徴点を第１電極特徴点または第２電極特徴点に分類する。
段階Ｓ７６０において、プロセッサ１３０は、第１電極特徴点の個数及び第２電極特徴点の個数に基づいて、バッテリーＢに含まれた第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類を電極情報として決定する。段階Ｓ７６０の後、前記方法を終了するか又は段階Ｓ８００に進む。
段階Ｓ８００において、プロセッサ１３０は、基準バッテリーに対する第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブをメモリ部１２０から収得する。前記基準バッテリーは、バッテリーＢと同じ種類の第１電極活物質及び第２電極活物質を有するものである。
段階Ｓ８１０において、プロセッサ１３０は、それぞれの第１電極特徴点の蓄電量に対応する基準バッテリーの第１電極電位を第１容量−電位カーブから決定する。
段階Ｓ８２０において、プロセッサ１３０は、それぞれの第１電極特徴点の電圧及び基準バッテリーの第１電極電位に基づいて、それぞれの第１電極特徴点の蓄電量に対応するバッテリーＢの第２電極電位を電極情報として決定する。
段階Ｓ８３０において、プロセッサ１３０は、それぞれの第２電極特徴点の蓄電量に対応する基準バッテリーの第２電極電位を第２容量−電位カーブから決定する。
段階Ｓ８４０において、プロセッサ１３０は、それぞれの第２電極特徴点の電圧及び基準バッテリーの第２電極電位に基づいて、それぞれの第２電極特徴点の蓄電量に対応するバッテリーＢの第１電極電位を電極情報として決定する。
段階Ｓ８５０において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの第１電極電位が第１有効範囲内であるか否か及びバッテリーＢの第２電極電位が第２有効範囲内であるか否かを判断する。段階Ｓ８５０の値が「はい」である場合、段階Ｓ８６０に進む。段階Ｓ８５０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ８７０に進む。
段階Ｓ８６０において、プロセッサ１３０は、第１メッセージを出力する。第１メッセージは、バッテリーＢの第１電極及び第２電極の状態が良好であることを示すものである。
段階Ｓ８７０において、プロセッサ１３０は、第２メッセージを出力する。第２メッセージは、バッテリーＢの第１電極及び第２電極のうち少なくとも一つの状態が不良であることを示すものである。
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。
Ｃ：電気システム
１：バッテリーパック
Ｂ：バッテリー
１００：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 (12)

  1. 第１電極及び第２電極を含むバッテリーの電極情報を決定するための装置であって、
    前記バッテリーの電圧及び前記バッテリーの電流を測定するように構成されたセンシング部と、
    前記センシング部と動作可能に結合されたプロセッサとを含み、
    前記プロセッサは、
    前記バッテリーの電流に基づいて、前記バッテリーの蓄電量を決定し、
    前記バッテリーの電圧と前記バッテリーの蓄電量との関係を示すＱ−Ｖカーブを、前記バッテリーの電圧と前記バッテリーの電圧の変化量に対する前記蓄電量の変化量の比率との関係を示すＶ−ｄＱ／ｄＶカーブに変換し、
    前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから、前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブの極大点、極小点、及び変曲点の少なくとも１つを含む複数の特徴点を検出し、
    前記複数の特徴点のうち、所定の基準電圧以上の電圧範囲に位置する特徴点を第１電極特徴点として分類し、前記複数の特徴点のうち、前記基準電圧未満の電圧範囲に位置する特徴点を第２電極特徴点として分類し、
    前記第１電極特徴点の個数及び前記第２電極特徴点の個数の少なくとも一方に基づいて、前記第１電極特徴点の個数、前記第２電極特徴点の個数、第１電極活物質の種類、及び第２電極活物質の種類がマッピングされたルックアップテーブルを用いて、前記バッテリーに含まれた第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類の少なくとも一方を、前記電極情報として決定するように構成される、装置。
  2. 前記プロセッサは、基準バッテリーの第１容量−電位カーブを前記プロセッサに動作可能に結合されたメモリ部から収得し、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第１電極電位を前記第１容量−電位カーブから決定し、それぞれの前記第１電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第１電極電位に基づいて、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第２電極の電位を前記電極情報として決定するように構成され、
    前記基準バッテリーは、前記第１電極活物質及び前記第２電極活物質を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記プロセッサは、前記基準バッテリーの前記第１電極電位からそれぞれの前記第１電極特徴点の電圧を引いて、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第２電極の電位を前記電極情報として決定するように構成される、請求項２に記載の装置。
  4. 前記プロセッサは、前記基準バッテリーの第２容量−電位カーブを前記メモリ部から収得し、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第２電極電位を前記第２容量−電位カーブから決定し、それぞれの前記第２電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第２電極電位に基づいて、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第１電極の電位を前記電極情報として決定するように構成される、請求項２または３に記載の装置。
  5. 前記プロセッサは、それぞれの前記第２電極特徴点の電圧と前記基準バッテリーの前記第２電極電位とを足して、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第１電極の電位を前記電極情報として決定するように構成される、請求項４に記載の装置。
  6. 前記プロセッサは、前記バッテリーの前記第１電極の電位を有効範囲と比べた結果に基づいて、前記バッテリーの前記第１電極の電位が有効であるか否かを診断するように構成される、請求項４または５に記載の装置。
  7. 前記プロセッサは、前記バッテリーの前記第１電極の電位が第１有効範囲から外れる場合、前記バッテリーの前記第１電極の状態が不良であることを示すメッセージを出力するように構成される、請求項６に記載の装置。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の装置を含む、バッテリーパック。
  9. 請求項８に記載のバッテリーパックを含む、電気システム。
  10. 請求項１から７のいずれか一項に記載の装置を用いてバッテリーの電極情報を決定するための方法であって、
    前記Ｑ−Ｖカーブを生成する段階と、
    前記Ｑ−Ｖカーブを前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブに変換する段階と、
    前記Ｖ−ｄＱ／ｄＶカーブから前記複数の特徴点を検出する段階と、
    前記複数の特徴点それぞれを前記第１電極特徴点または前記第２電極特徴点に分類する段階と、
    前記第１電極特徴点の個数及び前記第２電極特徴点の個数に基づいて、前記バッテリーに含まれた前記第１電極活物質の種類及び前記第２電極活物質の種類を前記電極情報として決定する段階とを含む、方法。
  11. 前記第１電極活物質の種類及び第２電極活物質の種類に基づいて、基準バッテリーに対する第１容量−電位カーブ及び第２容量−電位カーブを収得する段階と、
    それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第１電極電位を前記第１容量−電位カーブから決定する段階と、
    それぞれの前記第１電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第１電極電位に基づいて、それぞれの前記第１電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第２電極の電位を前記電極情報として決定する段階と、
    それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記基準バッテリーの第２電極電位を前記第２容量−電位カーブから決定する段階と、
    それぞれの前記第２電極特徴点の電圧及び前記基準バッテリーの前記第２電極電位に基づいて、それぞれの前記第２電極特徴点の蓄電量に対応する前記バッテリーの前記第１電極の電位を前記電極情報として決定する段階をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記バッテリーの前記第１電極の電位が第１有効範囲から外れるか又は前記バッテリーの前記第２電極の電位が第２有効範囲から外れる場合、前記バッテリーの前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一つの状態が不良であることを示すメッセージを出力する段階をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
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