JP7395808B2 - 二次電池診断装置及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２０年１２月２８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１８５３１２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。
本発明は、二次電池診断技術に関し、より詳しくは、二次電池の充放電信号を用いて二次電池の状態を効果的に診断することができるバッテリー診断技術に関する。
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二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、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。
さらに、近年、電気自動車や電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）のような中大型装置にも駆動用またはエネルギー貯蔵用として二次電池が広く用いられており、それと伴って二次電池に対する関心がさらに増大し、関連した研究開発がより活発に行われている。
リチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。そして、リチウム二次電池は、このような正極活物質が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、例えば電池ケースを備える。
二次電池、すなわちバッテリーは、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。しかし、二次電池は、充放電サイクルが繰り返されるとともに、最初製造時の容量、すなわちＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態の性能を維持できず、経時的に退化する。このような二次電池の退化状態を正確に把握できなければ、二次電池の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）、使用可能時間、寿命、交換タイミングなどを正確に予測し難い。そして、これらの予測が正確に行われないと、二次電池のユーザや管理者に予期せぬ被害をもたらすおそれがある。
さらに、二次電池を製造する過程でも不良電池が発生することがある。例えば、製造された数多くの電池のうちの一部の二次電池で、工程誤差などによって設計容量や使用領域に及ばないことがあり得る。
このような点から、二次電池の使用中の二次電池の状態、特に退化による二次電池の状態変化などに対して診断するための多様な技術が提案されている。しかし、今まで提案された診断技術の場合、比較的複雑な計算方式で行われるかまたは正確度が低いなどの多くの問題がある。したがって、より簡単でありながらも、一層正確度が向上した効率的な二次電池診断技術が相変らず要求されている実情である。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、二次電池から抽出された充放電信号を用いて二次電池の状態を効果的に診断することができる二次電池診断装置及び方法、そしてこのような診断装置を含むバッテリーパックなど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。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様による二次電池診断装置は、参照電池の充電または放電に対する正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを保存するメモリユニットと、充電または放電過程中に対象電池の電圧を測定するように構成された電圧測定ユニットと、電圧測定ユニットによって相異なる複数の時点で測定された電圧に基づいて複数の充放電測定プロファイルを生成し、生成された複数の充放電測定プロファイルのそれぞれに対し、メモリユニットに保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルから取得したシミュレーションプロファイルと比較することで、それぞれの充放電測定プロファイルとシミュレーションプロファイルとの誤差が一定水準以内となるようにする正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを複数の充放電測定プロファイルのそれぞれに対して決定するように構成されたプロセッサと、を含む。
ここで、プロセッサは、相異なる複数の時点に対して決定された正極調整プロファイル同士または負極調整プロファイル同士を比較するように構成され得る。
また、プロセッサは、正極調整プロファイル同士の比較結果または負極調整プロファイル同士の比較結果に基づいて、対象電池の正極または負極に対する未使用領域の変化を把握するように構成され得る。
また、プロセッサは、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルのうちの少なくとも一つを水平方向に移動させることで、正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定するように構成され得る。
また、プロセッサは、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルのうちの少なくとも一つを水平方向にスケール調整することで、正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定するように構成され得る。
また、電圧測定ユニットは、対象電池の満放電電圧及び満充電電圧を測定するように構成され、プロセッサは、満放電電圧に基づいて正極調整プロファイルの正極開始値または負極調整プロファイルの負極開始値を推定し、満充電電圧に基づいて正極調整プロファイルの正極最終値及び負極調整プロファイルの負極最終値を推定するように構成され得る。
また、プロセッサは、正極最終値と正極開始値との差または負極最終値と負極開始値との差に基づいて、各時点における対象電池の容量を把握するように構成され得る。
また、プロセッサは、相異なる複数の時点のそれぞれに対してシミュレーションプロファイルを上下方向に平行移動させることで充放電測定プロファイルとの誤差を減少させ、相異なる複数の時点のそれぞれに対する平行移動の大きさを比較して相異なる複数の時点における対象電池の内部抵抗の増加程度を把握するように構成され得る。
また、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、本発明による二次電池診断装置を含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、本発明による二次電池診断装置を含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による二次電池診断方法は、参照電池の充電または放電に対する正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを保存する保存段階と、対象電池を充電または放電させながら相異なる複数の時点でそれぞれ電圧を測定する電圧測定段階と、電圧測定段階で測定された電圧に基づいて相異なる複数の時点のそれぞれに対して充放電測定プロファイルを生成する生成段階と、保存段階で保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルから取得したシミュレーションプロファイルと生成段階で生成されたそれぞれの充放電測定プロファイルとを比較する比較段階と、シミュレーションプロファイルと充放電測定プロファイルとの誤差が一定水準以内となるようにする正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを複数の充放電測定プロファイルのそれぞれに対して決定する決定段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、相異なる複数の時点における二次電池の状態について充放電信号を用いて簡単な方式で正確に診断することができる。そして、本発明のこのような構成によれば、相異なる複数の時点で診断された結果を相互比較することで、二次電池の状態、特に退化状態を明確に診断することができる。
また、本発明の場合、二次電池を分解するかまたは三電極セルの形態で製造しなくても、複数の時点で二次電池の充放電電圧プロファイルから正極電圧プロファイル及び負極電圧プロファイルを抽出することができる。
そして、複数の時点で抽出された電圧プロファイル同士を互いに比較することで、二次電池の使用による状態変化などをより効果的に把握することができる。
さらに、本発明の場合、非破壊方式で二次電池を診断するため、診断の結果、異常のない二次電池に対しては、継続的な使用が可能であり、２回以上の診断も可能である。
また、本発明の一態様によれば、二次電池の正極退化程度及び負極退化程度をそれぞれ診断することができる。
そして、本発明の一態様によれば、メモリユニットのような保存装置に多数の参照データや参照値が保存される必要がない。したがって、高い容量のメモリユニットを必要とせず、多数の参照データや参照値などを確保するための努力と時間、コストなどを低減することができる。
また、本発明の一態様によれば、二次電池の状態を診断する際、ｄＶ／ｄＱやｄＱ／ｄＶのような微分プロファイルを利用しなくてもよい。したがって、プロセッサなどに高性能や高容量を要求せず、迅速な演算が可能である。
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ものであるため、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二次電池診断装置の機能的構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるメモリユニットに保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルの一例を示したグラフである。 本発明の一実施形態によるプロセッサによって、相異なる複数の時点に対して生成された充放電測定プロファイルの一例を示したグラフである。 本発明の一実施形態による第１時点に対して生成された充放電測定プロファイルとシミュレーションプロファイルとを比較して示したグラフである。 本発明の一実施形態による第２時点に対して生成された充放電測定プロファイルとシミュレーションプロファイルとを比較して示したグラフである。 本発明の一実施形態によるプロセッサが参照プロファイルを移動させる構成の一例を示したグラフである。 本発明の一実施形態によるプロセッサが参照プロファイルに対してスケール調整する構成の一例を示したグラフである。 本発明の一実施形態によるプロセッサによって、特定のサイクル時点で正極開始値及び負極開始値が決定される構成を図式化して示した図である。 本発明の一実施形態によるプロセッサによって、正極最終値及び負極最終値が決定される構成を図式化して示した図である。 本発明の一実施形態によるプロセッサによって、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを調整して正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを取得する構成を示した図である。 特定のサイクル時点で、本発明の一実施形態によるプロセッサによって、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルと正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルとを比較して示したグラフである。 図１１とは相異なるサイクル時点で、本発明の一実施形態によるプロセッサによって、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルと正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルとを比較して示したグラフである。 図１１に示された第１正極調整プロファイルと図１２に示された第２正極調整プロファイルとを一つのグラフに統合した状態で、正極未使用領域部分を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態によるプロセッサによって、シミュレーションプロファイルＲが上下方向に平行移動される構成を概略的に示したグラフである。 図１４のＢ１部分を拡大して示したグラフである。 本発明の一実施形態による二次電池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、本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び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。
図１は、本発明の一実施形態による二次電池診断装置の機能的構成を概略的に示したブロック図である。
図１を参照すると、本発明による二次電池診断装置は、メモリユニット１００、電圧測定ユニット２００、及びプロセッサ３００を含む。
メモリユニット１００は、参照電池の充電または放電に対する正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを保存し得る。ここで、参照電池とは、診断対象になる二次電池と同じ種類の二次電池、または、同一特性を有するように設計された二次電池であり得る。このような参照電池に対し、前もって充電及び／または放電過程を経ながら、正極プロファイル及び負極プロファイルが抽出され得る。このとき、充放電過程は、後述する電圧測定ユニット２００が対象電池の電圧を測定するときに行う充放電過程と同一または類似のＣ－レートで行われ得る。そして、抽出されたプロファイルが正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルとしてメモリユニット１００に保存され得る。ここで、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを取得するため、参照電池は三電極セルやコインハーフセルのような形態で製造され得るが、本発明が必ずしもこのような形態に限定されることはない。
図２は、本発明の一実施形態によるメモリユニット１００に保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルの一例を示したグラフである。
図２を参照すると、メモリユニット１００は、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎを保存し得る。このとき、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎは、横軸に容量（Ａｈ）が示され、縦軸に電圧（Ｖ）が示される座標系上に表された容量－電圧グラフであり得る。例えば、正極参照プロファイルＲｐは、参照電池である三電極セルや正極ハーフセルを充電しながら測定した容量毎の正極電圧を示すプロファイルであり得る。そして、負極参照プロファイルＲｎは、参照電池である三電極セルや負極ハーフセルを充電しながら測定した容量毎の負極電圧を示すプロファイルであり得る。
特に、本発明において、メモリユニット１００は、図２に示されたように、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎをそれぞれ一つずつ保存し得る。例えば、メモリユニット１００は、参照電池を充電しながら取得した一つの正極参照プロファイルＲｐ及び一つの負極参照プロファイルＲｎを保存し得る。すなわち、メモリユニット１００は、複数の正極参照プロファイルＲｐ及び複数の負極参照プロファイルＲｎを保存しなくてもよい。
メモリユニット１００は、他にも、本発明による二次電池診断装置の他の構成要素、例えば電圧測定ユニット２００やプロセッサ３００が動作または機能を実行するために必要なデータやプログラムなどをさらに保存し得る。
メモリユニット１００は、フラッシュ（登録商標）メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｉｓｋ）、ＳＤＤ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、マルチメディアマイクロカード、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）のうちの少なくとも一つの形態で具現され得るが、本発明が必ずしもこのようなメモリユニット１００の具体的な形態に制限されることはない。
電圧測定ユニット２００は、対象電池の充電または放電過程中に、対象電池の電圧を測定するように構成され得る。ここで、対象電池とは、診断対象になる電池を意味する。例えば、対象電池は、バッテリーパックなどに取り付けられて使用過程中にある二次電池であり得る。そして、このような二次電池は、対象電池であって、退化の進行程度などが診断され得る。または、対象電池は、製造工場から出荷される前の二次電池であって、製造過程での不良有無または設計通りの特性を有するように製造されたかなどが診断され得る。
電圧測定ユニット２００は、対象電池を充電または放電させながら電圧を測定するように構成され得る。このとき、電圧測定ユニット２００は、対象電池の開放回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）ではなく、充電電圧または放電電圧をそのまま測定するように構成され得る。すなわち、電圧測定ユニット２００は、対象電池の閉回路電圧（Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＣＣＶ）を測定するように構成され得る。この場合、対象電池の抵抗特性をより正確に推定できる。これについては後述する。
電圧測定ユニット２００は、先にメモリユニット１００に保存された正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎを測定するために行われた充放電過程のＣ－レートと同一または類似のＣ－レートで充放電を行いながら対象電池の電圧を測定することが望ましい。この場合、Ｃ－レートの差による対象電池の誤診断を防止することができる。
電圧測定ユニット２００は、本発明の出願時点で公知の多様な電圧測定技術を採用し得る。例えば、電圧測定ユニット２００は、本発明の出願時点で公知の電圧センサを備え得る。特に、本発明による二次電池診断装置がバッテリーパックに適用される場合、バッテリーパックに既に備えられている電圧センサを本発明による電圧測定ユニット２００として用いても良い。
プロセッサ３００は、電圧測定ユニット２００によって測定された電圧に基づいて充放電測定プロファイルを生成し得る。特に、プロセッサ３００は、電圧測定ユニット２００によって相異なる複数の時点で電圧が測定された場合、複数の時点で測定された電圧に基づいて複数の充放電測定プロファイルを生成し得る。
すなわち、電圧測定ユニット２００によって複数の相異なる時点で電圧が測定されれば、各時点に対応する電圧測定情報は、電圧測定ユニット２００からプロセッサ３００に伝送され得る。そして、プロセッサ３００は、このように伝送された各時点に対応する電圧測定情報に基づいて、各時点に対する対象電池の充放電測定プロファイルを生成し得る。ここで、充放電測定プロファイルは、対象電池の充電過程で測定された充電電圧プロファイルであってもよく、対象電池の放電過程で測定された放電電圧プロファイルであってもよい。
ここで、時点とは、サイクル時点を意味し得る。すなわち、時点とは、充放電サイクル回数を意味し得る。そして、複数の時点とは、二次電池に対して充放電サイクル回数が相異なる二つ以上の時点であると言える。例えば、複数の時点とは、第１時点及び第２時点を含み得るが、ここで第２時点は第１時点から充放電サイクルが複数回進行した後の時点を意味し得る。より具体的な例として、第１時点とは、対象電池のＢＯＬ時点、例えば二次電池がバッテリーパックに取り付けられて一回目の充放電サイクルが進行する時点を意味し得る。そして、第２時点とは、同じ対象電池に対して２００回目の充放電サイクルが進行する時点を意味し得る。このような実施形態の場合、プロセッサ３００は、ＢＯＬ時点で充放電測定プロファイルを生成し、２００サイクル時点で充放電測定プロファイルを生成し得る。
図３は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００によって、相異なる複数の時点に対して生成された充放電測定プロファイルの一例を示したグラフである。
図３を参照すると、プロセッサ３００は、複数の相異なるサイクル時点で対象電池の充電過程または放電過程で測定された電圧値情報に基づいて、各サイクル時点に対する対象電池の容量毎の電圧を示したグラフを生成し得る。すなわち、プロセッサ３００は、横軸（ｘ軸）に電池の容量が示され、縦軸（ｙ軸）に電池の電圧が示される座標系上に、対象電池に対する容量に応じた電圧変化を示す充放電プロファイルを生成し得る。
例えば、プロセッサ３００は、対象電池のＢＯＬ時点、例えば一回目の充電時に、対象電池の容量が０、５Ａｈ、１０Ａｈ、１５Ａｈ、…のように増加するとき、各容量で受信した電圧測定値を各容量にマッチングさせ、図３のＭ１で示されたような容量毎の電圧変化グラフを導出し得る。この場合、Ｍ１は、対象電池に対して一回目の充電が行われるときの容量－電圧プロファイルであって、第１充放電測定プロファイルであると言える。
そして、プロセッサ３００は、対象電池の２００回目のサイクル時点での充電時に、対象電池の容量増加に応じた電圧の変化を図３のＭ２のように示し得る。この場合、Ｍ２は、２００回目のサイクルで充電が行われるときの容量－電圧プロファイルであって、第２充放電測定プロファイルであると言える。
このように、各サイクル時点で導出された容量毎の電圧変化グラフは、各時点に対して生成された充放電測定プロファイルであり得る。以下、特に言及しない限り、複数の相異なる時点とは第１時点及び第２時点を示し、第１時点に対する充放電測定プロファイルを第１充放電測定プロファイル、第２時点に対する充放電測定プロファイルを第２充放電測定プロファイルとする。
特に、プロセッサ３００によって生成される充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２は、対象電池の容量に応じた充電電圧または放電電圧をそのまま表すプロファイルであり得る。すなわち、充放電測定プロファイルは、各時点での対象電池の開放回路電圧（ＯＣＶ）プロファイルではなく、各時点で対象電池に対する充電過程または放電過程中に直接測定された閉回路電圧（ＣＣＶ）プロファイルであり得る。
一方、図２及び図３の実施形態において、横軸の単位はＡｈで示され、縦軸の単位はＶで示されているが、このような単位は他の形態で表されてもよい。例えば、横軸の容量単位は％で示されてもよい。
このように、複数の充放電測定プロファイルが生成されれば、プロセッサ３００は、生成されたそれぞれの充放電測定プロファイルとシミュレーションプロファイルとを比較するように構成され得る。例えば、プロセッサ３００は、第１充放電測定プロファイルＭ１とシミュレーションプロファイルとを比較し、第２充放電測定プロファイルＭ２とシミュレーションプロファイルとを比較し得る。
ここで、シミュレーションプロファイルとは、メモリユニット１００に保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルから取得したフルセル電圧プロファイルであり得る。すなわち、図２に示されたように、メモリユニット１００に正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎが保存された場合、このような正極参照プロファイルＲｐと負極参照プロファイルＲｎとの差がフルセル形態の充放電電圧プロファイルであると言える。そして、シミュレーションプロファイルは、参照電池に対するフルセル形態の充放電電圧プロファイルを意味し得る。したがって、シミュレーションプロファイルは、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎと同様に、容量毎の電圧グラフの形態で示され得る。
このようなシミュレーションプロファイルは、プロセッサ３００がメモリユニット１００に保存された正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎを用いて直接生成する形態で取得され得る。または、シミュレーションプロファイルは、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎに基づいて予め計算され、メモリユニット１００に保存され得る。この場合、プロセッサ３００は、メモリユニット１００にアクセスしてシミュレーションプロファイルを読み込む形態で取得し得る。
第１充放電測定プロファイルと比較されるシミュレーションプロファイルと第２充放電測定プロファイルと比較されるシミュレーションプロファイルとは同じものであり得る。この場合、メモリユニット１００は、複数の相異なるサイクル時点に対する充放電測定プロファイルと比較するため、一つのシミュレーションプロファイルのみを保存すれば良い。
このようにシミュレーションプロファイルが取得されれば、プロセッサ３００は、取得したシミュレーションプロファイルと各時点に対して生成された複数の充放電測定プロファイルとを比較し得る。これについては、図４及び図５を参照してより具体的に説明する。
図４及び図５は、本発明の一実施形態による第１時点及び第２時点に対してそれぞれ生成された充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２とシミュレーションプロファイルＲとを比較して示したグラフである。
まず、図４には、第１時点で電圧測定ユニット２００から伝送された情報に基づいてプロセッサ３００が生成した充放電測定プロファイルがＭ１として示されている。そして、図５には、第２時点で電圧測定ユニット２００から伝送された情報に基づいてプロセッサ３００が生成した充放電測定プロファイルがＭ２として示されている。
そして、図４及び図５ともに、メモリユニット１００に保存された正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎから取得したシミュレーションプロファイルがＲとして示されている。ここで、第１充放電測定プロファイルＭ１及び第２充放電測定プロファイルＭ２は、使用中の二次電池、すなわち同一対象電池に対して相異なるサイクル時点（第１サイクル時点及び第２サイクル時点）でそれぞれ取得された容量毎の電圧プロファイルであり得る。そして、シミュレーションプロファイルＲは、このような対象電池のプロファイルと比較するために予め保存されているか又はそれから取得された参照電池のプロファイルであると言える。
一方、図４及び図５において、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎは、図２の実施形態に示されたものと同じであり、シミュレーションプロファイルＲは、このような正極参照プロファイルＲｐと負極参照プロファイルＲｎとの差から取得され得る。そして、図４及び図５の充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２は、図３に示されたものと同じである。
図４及び図５に示されたように、対象電池から測定及び生成された各サイクル時点での充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２と予め取得されたシミュレーションプロファイルＲとの間には差が存在し得る。例えば、シミュレーションプロファイルＲは、最初の設計通り、二次電池の充電または放電曲線が理想的に現れる形態であり得る。そして、充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２は、各サイクル時点で使用中の二次電池の充電または放電曲線が実際に現れる形態であり得る。充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２は、多様な要因によってシミュレーションプロファイルＲとは異なる形態や様相を有し得る。プロセッサ３００は、このようなシミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２との差を確認するように構成され得る。
特に、二次電池は、一定水準以上使用されれば退化し得、それによって充放電曲線に変化が生じ得る。また、二次電池の製造過程においても、工程上の誤差などによって不良が発生する場合、充放電曲線が設計通りに現れないことがある。プロセッサ３００は、このような充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２とシミュレーションプロファイルＲとを比較して、これらの間に差があるか、特に一定誤差範囲以内であるかを確認し得る。
そして、プロセッサ３００は、シミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２との誤差を一定水準以内となる正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定するように構成され得る。上述したように、シミュレーションプロファイルＲは、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎに基づいて先に取得され得る。したがって、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎを調整する場合、シミュレーションプロファイルＲも調整され得る。したがって、図４及び図５に示されたように、シミュレーションプロファイルＲと第１充放電測定プロファイルＭ１との間及びシミュレーションプロファイルＲと第２充放電測定プロファイルＭ２と間に一定水準以上の誤差がある場合、プロセッサ３００は、このような誤差が一定水準以内となるように、各サイクル時点に対して正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎを調整し得る。そして、最終的に調整された正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎが正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルになり得る。特に、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎを調整した複数の場合の中から、シミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２との間の誤差が最も小さい値になる場合の正極参照プロファイルＲｐの調整値及び負極参照プロファイルＲｎの調整値を正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルとして決定し得る。
ここで、シミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２との間の誤差が最も小さい値になるか否かは、二つのグラフに対する誤差を比較する方法として本発明の出願時点で公知の多様な方式が採用され得る。特に、シミュレーションプロファイルＲ及び充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２は曲線形態であり得る。したがって、例えば、二つの曲線の間の領域に対する絶対値の積分値を計算するなどの方式で、シミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２との間の誤差が最も小さい値になるか否かを判断し得る。
特に、プロセッサ３００は、複数の時点に対して生成された充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２のそれぞれに対して正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定し得る。
例えば、プロセッサ３００は、第１サイクル時点に対して生成された第１充放電測定プロファイルＭ１とシミュレーションプロファイルとを比較し得る。そして、プロセッサ３００は、第１充放電測定プロファイルＭ１とシミュレーションプロファイルＲとの間の誤差を一定水準以内となる正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定し得る。また、プロセッサ３００は、第２サイクル時点に対して生成された第２充放電測定プロファイルＭ２とシミュレーションプロファイルＲとを比較し得る。そして、プロセッサ３００は、第２充放電測定プロファイルＭ２とシミュレーションプロファイルＲとの間の誤差を一定水準以内となる正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定し得る。ここで、第１サイクル時点で決定された正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルは、第２サイクル時点で決定された正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルと異なり得る。以下、特に言及しない限り、第１サイクル時点に対して決定された正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを第１正極調整プロファイル及び第１負極調整プロファイルとし、第２サイクル時点に対して決定された正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを第２正極調整プロファイル及び第２負極調整プロファイルとする。
本発明のこのような構成によれば、最終的に決定された正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルに基づいて、対象電池に対する多様な状態情報が取得できる。
一方、最終的に決定された正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルによるシミュレーションプロファイルは、充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）と概形などがほとんど一致すると言える。以下では説明の便宜上、正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルによって得られるフルセル電圧プロファイルは、最初の正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎによって得られるフルセル電圧プロファイルであるシミュレーションプロファイルＲと区別するため、シミュレーション調整プロファイルと称する。
シミュレーション調整プロファイルは、充放電測定プロファイルＭと一致するかまたは類似し得るため、シミュレーション調整プロファイルを形成する正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルは、充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２に対する正極プロファイル及び負極プロファイルとして予測され得る。すなわち、各サイクル時点における正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルは、該当サイクル時点における正極プロファイル及び負極プロファイルと同一であるか又はほとんど類似すると言える。
したがって、本発明による場合、対象電池を分解しなくても、または、三電極電池の形態で製造しなくても、対象電池に対する正極プロファイル及び負極プロファイルの情報を把握可能である。そして、このように把握されたプロファイルの情報を通じて対象電池の状態をより容易に予測可能である。
特に、本発明の一態様によれば、正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを通じて、使用中の二次電池に退化が発生したか否か、退化が発生した場合はその程度、または発生した退化の種類などに対する情報推定に容易に活用可能である。
さらに、本発明の一実施形態によれば、各サイクル時点で正極プロファイル及び負極プロファイルが簡単な方式で得られる。特に、メモリユニット１００に一つの正極参照プロファイルＲｐ及び一つの負極参照プロファイルＲｎのみが保存されていても、本発明の具現が可能である。すなわち、メモリユニット１００に多数の正極参照プロファイルＲｐ及び／または多数の負極参照プロファイルＲｎが保存される必要がない。したがって、メモリユニット１００の容量が高い必要がなく、参照プロファイルを保存するため多くの事前テストを行う必要もない。
また、本発明の一実施形態によれば、開放電圧プロファイル（ＯＣＶ）ではなく、閉鎖電圧プロファイル（ＣＣＶ）が用いられる。したがって、連続的な充電または放電過程で抵抗変化を測定し得る。特に、開放電圧プロファイルの場合、充電電圧プロファイルと放電電圧プロファイルとの間の中間値の形態で取得されるか、または、充電過程または放電過程で充放電を中断させ、電池両端を開放した状態で一定時間が経過した後に電圧を測定する方式で取得され得る。したがって、開放電圧プロファイルの場合、取得方式が複雑であり、連続的な充電過程または放電過程での正確な抵抗変化が測定し難い。しかし、本発明の上記の実施形態によれば、開放電圧プロファイルではなく、充放電電流が流れる状態で測定された充電電圧プロファイルまたは放電電圧プロファイルを用いることで、連続的な充電過程または放電過程での正確な抵抗変化を測定可能である。
プロセッサ３００は、本発明で実行される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ものであって、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け集積回路）、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むかまたはこれら用語で表され得る。また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、プロセッサ３００はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールは内蔵メモリまたは外部のメモリユニット１００などに保存され、プロセッサ３００によって実行され得る。メモリユニット１００は、プロセッサ３００の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段でプロセッサ３００と接続され得る。
特に、本発明による二次電池診断装置がバッテリーパックに含まれる形態で具現される場合、バッテリーパックにはＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ：マイクロコントローラ・ユニット）またはＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）のような用語で称される制御装置が含まれ得る。このとき、プロセッサ３００は、このような一般的なバッテリーパックに備えられているＭＣＵやＢＭＳなどの構成要素によって具現されてもよい。
一方、本明細書において、プロセッサ３００などの動作や機能においての「～する」または「～するように構成される」との表現は、「～するようにプログラミングされる」の意味を含み得る。
プロセッサ３００は、相異なる複数の時点に対して決定された正極調整プロファイル同士または負極調整プロファイル同士を比較するように構成され得る。
例えば、プロセッサ３００は、第１サイクル時点に対して決定された第１正極調整プロファイルと第２サイクル時点に対して決定された第２正極調整プロファイルとを比較するように構成され得る。または、プロセッサ３００は、第１サイクル時点に対して決定された第１負極調整プロファイルと第２サイクル時点に対して決定された第２負極調整プロファイルとを比較するように構成され得る。
すなわち、第１正極調整プロファイルは、第１サイクル時点における対象電池に対する正極プロファイルと見なされ得る。そして、第２正極調整プロファイルは、第２サイクル時点における対象電池に対する正極プロファイルと見なされ得る。したがって、第１正極調整プロファイルと第２正極調整プロファイルとを比較することで、対象電池の退化によって正極プロファイルが如何に変化するかを容易に把握可能である。そして、このような正極プロファイルの変化を通じて、対象電池の状態変化をより容易に予測可能である。
また、第１負極調整プロファイルは第１サイクル時点における対象電池に対する負極プロファイルと見なされ、第２負極調整プロファイルは第２サイクル時点における対象電池に対する負極プロファイルと見なされ得る。したがって、第１負極調整プロファイルと第２負極調整プロファイルとを比較することで、対象電池の退化によって負極プロファイルが如何に変化するかを容易に把握可能である。
このような正極調整プロファイル同士の比較などについては、より具体的な実施形態を後述する。
プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎを座標軸上で移動させることで、正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定するように構成され得る。これについては、図６を参照してより具体的に説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００が参照プロファイルを移動させる構成の一例を示したグラフである。本実施形態及び以下の他の実施形態に対しては、上述した実施形態と異なる部分を中心に説明し、同一または類似の説明が適用される部分については詳細な説明を省略する。
図６を参照すると、図２と同様に、メモリユニット１００に保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルがそれぞれＲｐ及びＲｎで示されている。ここで、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎは、容量毎の電圧の形態で示され得る。
プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎのうちの少なくとも一つの参照プロファイルを水平方向に移動させ得る。例えば、プロセッサ３００は、Ｒｐで示された正極参照プロファイルに対し、矢印Ａ１で示されたように、－ｘ軸方向に移動させ得る。この場合、正極参照プロファイルは、Ｒｐ'で示されたような位置と形態で座標平面上に示され得る。また、プロセッサ３００は、Ｒｎで示された負極参照プロファイルに対し、矢印Ａ２で示されたように、－ｘ軸方向に移動させ得る。この場合、負極参照プロファイルは、Ｒｎ'で示されたような位置と形態で座標軸上に示され得る。
このように、プロセッサ３００が正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎのうちの少なくとも一つの参照プロファイルを移動させれば、Ｒで示されたシミュレーションプロファイルの位置及び／または形態が変化し得る。したがって、プロセッサ３００は、調整されたシミュレーションプロファイル、すなわちシミュレーション調整プロファイルの位置及び／または形態が充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２の位置及び／形態に最大限に一致するように、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎを移動させ得る。図６には、正極参照プロファイルの移動前の形態がＲｐで示され、移動後の形態がＲｐ'で示されている。また、負極参照プロファイルの移動前の形態はＲｎで示され、移動後の形態はＲｎ'で示されている。そして、このような正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルの移動を通じてシミュレーションプロファイルＲが調整され、充放電測定プロファイルＭと一致するかまたは一定水準以内の誤差を有するようになれば、Ｒｐ'で示された正極プロファイル及びＲｎ'で示された負極プロファイルがそれぞれ正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルとして決定され得る。
そして、このように決定された正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'は、対象電池の充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）に対する正極プロファイル及び負極プロファイルを示すと言える。例えば、図６の実施形態における調整によって、シミュレーション調整プロファイルが第１充放電測定プロファイルＭ１に一致する場合、決定された正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'は対象電池の第１時点における正極プロファイル及び負極プロファイルと見なされ得る。一方、このような調整によって、シミュレーション調整プロファイルが第２充放電測定プロファイルＭ２に一致する場合、決定された正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'は対象電池の第２時点における正極プロファイル及び負極プロファイルと見なされ得る。
一方、図６では、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎが水平方向（ｘ軸方向）に移動する形態を説明したが、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎが垂直方向（ｙ軸方向）または対角線方向に移動される形態で正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'が得られてもよい。
また、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎを座標系上でスケール調整することで、正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'を決定するように構成され得る。これについては、図７を参照してより具体的に説明する。
図７は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００が参照プロファイルに対してスケール調整する構成の一例を示したグラフである。
図７を参照すると、プロセッサ３００は、メモリユニット１００に保存された正極参照プロファイルＲｐに対し、水平方向、すなわちｘ軸方向でスケールを調整するように構成され得る。特に、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐに対し、矢印Ａ３で示されたように、収縮（ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）させる方式でスケールを調整し得る。または、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐに対し、矢印Ａ３の反対方向に拡張させる方式でスケールを調整し得る。このようなスケール調整は、水平方向スケール調整と言える。特に、二次電池が退化したかまたは不良である場合、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎは水平方向に狭まる場合が多いため、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎを収縮させる形態でスケール調整し得る。
より具体的には、プロセッサ３００は、Ｒｐで示された正極参照プロファイルに対し、容量が０と満放電状態である地点を固定した状態で、容量が最大であって満充電状態である地点を水平方向であるＡ３方向に移動させ得る。すなわち、プロセッサ３００は、充電開始電圧（図面の３．５Ｖ）に該当する地点は固定した状態で、充電終了電圧（図面の４．３Ｖ）に該当する地点（Ｐ１）を－ｘ軸方向に移動させ得る。そして、このような末端部移動を通じて正極参照プロファイルを収縮させ得る。
例えば、正極参照プロファイルＲｐを６％だけ収縮させる場合、満充電電圧の容量はＰ１地点からＰ２地点に移動し得る。この場合、正極調整プロファイルＲｐｓ１が形成され得る。また、正極参照プロファイルＲｐを８％だけ収縮させようとすると、Ｐ１地点がＰ３地点に移動し得る。この場合、正極調整プロファイルはＲｐｓ２のように形成され得る。すなわち、Ｒｐを基準にして、Ｒｐｓ１よりもＲｐｓ２がさらに収縮したプロファイルであると言える。
プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐに対してＲｐｓ１のように収縮させた状態で調整されたシミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）との間の誤差が一定水準以内になる場合、Ｒｐｓ１プロファイルを該当時点における正極調整プロファイルとして決定し得る。例えば、正極参照プロファイルがＲｐｓ１に収縮した状態でのシミュレーションプロファイルが第１充放電測定プロファイルＭ１と類似に形成された場合、プロセッサ３００は、Ｒｐｓ１プロファイルを第１サイクル時点における正極調整プロファイルＲｐ'と決定し得る。
また、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐに対してＲｐｓ２のように収縮させた状態で調整されたシミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）との間の誤差が一定水準以内になる場合、Ｒｐｓ２プロファイルを該当時点における正極調整プロファイルとして決定し得る。例えば、正極参照プロファイルがＲｐｓ２に収縮した状態でのシミュレーションプロファイルが第２充放電測定プロファイルＭ２と類似に形成された場合、プロセッサ３００は、Ｒｐｓ２プロファイルを第２サイクル時点における正極調整プロファイルＲｐ'と決定し得る。
一方、図７の実施形態では、正極参照プロファイルＲｐに対してスケール調整する構成が示されたが、負極参照プロファイルＲｎも同様の方式でスケール調整され得る。ここで、負極参照プロファイルＲｎのスケール調整割合は、正極参照プロファイルＲｐのスケール調整割合と同一であるかまたは異なるように構成され得る。
さらに、本発明において、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎは、第１サイクル時点でのスケール調整の程度と第２サイクル時点でのスケール調整の程度とが相異なり得る。例えば、第２サイクル時点における正極参照プロファイルＲｐに対するスケール調整は、第１サイクル時点における正極参照プロファイルＲｐに対するスケール調整に比べて、さらに多く収縮し得る。
特に、本発明による二次電池診断装置において、プロセッサ３００は、上述した図６に示されたような正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎの水平方向移動と、図７に示されたような正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎの水平方向スケール調整とを一緒に行うことで、正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'を決定し得る。
すなわち、プロセッサ３００は、各サイクル時点で正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'を決定するとき、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎに対する水平方向移動と水平方向スケール調整とを一緒に行い得る。
本発明のこのような実施形態によれば、簡単な方式で、複数のサイクル時点における対象電池の充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２に対する正極プロファイル及び負極プロファイルが取得され得る。特に、本発明の上記の実施形態によれば、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎに対する多いデータを保存する必要がない。したがって、本発明のこのような構成によれば、高容量または高性能のメモリユニット１００及びプロセッサ３００を備えなくてもよい。
上記の実施形態のように、複数のサイクル時点のそれぞれに対する充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２とシミュレーションプロファイルＲとの間の誤差を最小化するため、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎの水平方向スケール調整、特に収縮調整が行われた場合、プロセッサ３００は、このような収縮値（ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｖａｌｕｅ）を通じて正極退化率及び／または負極退化率を推定し得る。
例えば、第２充放電測定プロファイルＭ２とシミュレーションプロファイルＲとの間の誤差を最小化するため、正極参照プロファイルＲｐの充電終了電圧での容量値が１００Ａｈである状態で、正極参照プロファイルＲｐを３％だけ収縮させて正極調整プロファイルＲｐ'が得られたとすると、正極調整プロファイルＲｐ'の充電終了電圧での容量値は９７Ａｈになり得る。この場合、正極参照プロファイルＲｐに対しては収縮値が３％であると言える。したがって、プロセッサ３００は、第２サイクル時点における対象電池の正極退化率を３％と判断し得る。
また、第２充放電測定プロファイルＭ２とシミュレーションプロファイルＲとの間の誤差を最小化するため、負極参照プロファイルＲｎの充電終了電圧での容量値が１００Ａｈである状態で、負極参照プロファイルＲｎを０．１％だけ収縮させて負極調整プロファイルＲｎ'が得られたとすると、負極調整プロファイルＲｎ'の充電終了電圧での容量値は９９．９Ａｈになり得る。この場合、負極参照プロファイルＲｎに対しては収縮値が０．１％であると言える。したがって、プロセッサ３００は、第２サイクル時点における対象電池の負極退化率を０．１％と判断し得る。
さらに、充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２及びシミュレーションプロファイルＲが示された座標系の容量軸の単位は、Ａｈの代わりに、％単位で示され得る。この場合、収縮値をより容易に取得し得る。
本発明のこのような実施形態によれば、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎのスケールが調整された程度、特に収縮した程度を通じて各サイクル時点における正極退化率／負極退化率がより明確且つ簡単に得られる。特に、二次電池は、使用中に、所定の地点で導電経路の形成、ガス発生、活物質の退化などによって容量を十分に発揮し難いことがある。上記の実施形態によれば、プロファイルの収縮調整を通じて、各使用時点においてこのような退化などが実質的に反映された正極プロファイル及び負極プロファイルを取得可能である。
特に、本発明の一実施形態において、正極調整プロファイルＲｐ'及び／または負極調整プロファイルＲｎ'は、複数のサイクル時点に対してそれぞれ決定され得る。したがって、一つの対象電池に関する正極退化率及び／または負極退化率は、相異なる複数のサイクル時点に対してそれぞれ得られる。したがって、この場合、相異なるサイクル時点における正極退化率同士を比較し／比較するか、または、負極退化率同士を比較することで、対象電池の使用による正極退化率の変化及び／または負極退化率の変化を確認可能である。
例えば、第１サイクル時点での正極退化率が１％であり、第２サイクル時点での正極退化率が５％である場合、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの使用中に、対象電池の正極退化率は４％増加したと判断され得る。
他の例として、第１サイクル時点での負極退化率が０．０５％であり、第２サイクル時点での負極退化率が０．１５％である場合、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの使用中に、対象電池の負極退化率は０．１％増加したと判断され得る。
電圧測定ユニット２００は、対象電池の満放電電圧及び満充電電圧を測定するように構成され得る。ここで、満放電電圧とは、対象電池が完全に放電した状態、すなわち対象電池のＳＯＣ（充電状態）が０であるときの電圧を意味し得る。特に、満放電電圧は、ＳＯＣが０であるときの開放電圧（ＯＣＶ）であり得る。そして、満充電電圧とは、対象電池が完全に充電された状態、すなわち対象電池のＳＯＣが１００％であるときの電圧を意味し得る。特に、満充電電圧は、ＳＯＣが１００％であるときの開放電圧であり得る。
プロセッサ３００は、各サイクル時点における満放電電圧に基づいて、各サイクル時点に対する正極調整プロファイルの正極開始値または負極調整プロファイルの負極開始値を推定し得る。ここで、正極開始値は、正極参照プロファイルを調整して正極調整プロファイルが決定されるとき、正極調整プロファイル上で容量が０である状態の地点であり得る。また、負極開始値は、負極参照プロファイルを調整して負極調整プロファイルが決定されるとき、負極調整プロファイル上で容量が０である状態の地点であり得る。すなわち、正極開始値及び負極開始値は、各サイクル時点において、現在の対象電池に対して充電が開始されるとき（満放電）の正極プロファイルの開始点及び負極プロファイルの開始点であると言える。
プロセッサ３００は、正極開始値及び負極開始値のうちの少なくとも一つを任意に設定し、他方に対しては満放電電圧から得られる。これについては、図８を参照してより具体的に説明する。
図８は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００によって、特定のサイクル時点で正極開始値及び負極開始値が決定される構成を図式化して示した図である。
正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎは、図８に示されたような形態でメモリユニット１００に保存され得る。または、図８の正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎは、メモリユニット１００に保存されたプロファイルに対し、図６のような移動及び／または図７のような収縮が行われた後の調整された参照プロファイルであり得る。
そして、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐ上で任意の地点、例えばｐｉを正極開始値に設定し得る。このとき、正極開始値は、メモリユニット１００に予め保存されるか、または、プロセッサ３００が一定の演算方式を通じて演算するように構成され得る。例えば、正極開始値は、使用中の状態であるバッテリーに対し、充放電サイクル数毎に区別されて予め決められた値を有するように構成され得る。例えば、１００サイクルが経過する度に、正極開始値が相異なる値を有するように構成され得る。
このように、正極開始値ｐｉが設定されれば、プロセッサ３００は、電圧測定ユニット２００によって測定された満放電電圧に基づいて、負極開始値を決定し得る。例えば、第１サイクル時点で、満放電電圧、すなわち対象電池のＳＯＣが０であるときの電圧がＶ１と測定された場合、プロセッサ３００は、負極参照プロファイルＲｎ上で正極開始値ｐｉとＶ１の差を有する地点を探索し得る。図８では、正極開始値ｐｉとＶ１の差を有する地点がｎｉで示されている。そして、プロセッサ３００は探索された地点ｎｉを負極開始値として決定し得る。
また、プロセッサ３００は、各サイクル時点での満充電電圧に基づいて、各サイクル時点に対する正極調整プロファイルの正極最終値及び負極調整プロファイルの負極最終値を推定するように構成され得る。ここで、正極最終値は、正極参照プロファイルを調整して正極調整プロファイルが決定されるとき、正極調整プロファイル上で容量が１００％である状態の地点であり得る。また、負極最終値は、負極参照プロファイルを調整して負極調整プロファイルが決定されるとき、負極調整プロファイル上で容量が１００％である状態の地点であり得る。すなわち、正極最終値及び負極最終値は、現在の対象電池に対して充電が終了（満充電）するときの正極プロファイルの終了値及び負極プロファイルの終了値であると言える。これについては、図９を参照してより具体的に説明する。
図９は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００によって、正極最終値及び負極最終値が決定される構成を図式化して示した図である。
図９を参照すると、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎが示されている。正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎは、上述した図８で説明したように、メモリユニット１００に予め保存されたプロファイルであるか、または、それから移動及び／またはスケール調整されたプロファイルであり得る。そして、各参照プロファイル上には、正極開始値ｐｉ及び負極開始値ｎｉがそれぞれ示されている。このような正極開始値ｐｉ及び負極開始値ｎｉは、上述した図８で説明した通りに取得され得る。このように正極開始値ｐｉ及び負極開始値ｎｉが決定されれば、プロセッサ３００は、正極開始値ｐｉと負極開始値ｎｉとを連結する直線Ｌ１を求め得る。
そして、プロセッサ３００は、直線Ｌ１と平行であって、両端部が正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎ上で動く他の直線Ｌ２を求め得る。プロセッサ３００は、このようなＬ２に対し、図面にＡ４で示されたように、左右方向に移動させ得る。ここで、第１サイクル時点で、電圧測定ユニット２００から対象電池の満充電電圧がＶ２であると伝送されれば、プロセッサ３００は、Ｌ２を矢印Ａ４のように移動させながら両端部の電圧差がＶ２である地点を探索し得る。
このとき、プロセッサ３００は、直線Ｌ２の移動時に、直線Ｌ１との平行状態を維持させ得る。そして、プロセッサ３００は、直線Ｌ２の両端部を正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎ上のみで移動させ得る。すなわち、プロセッサ３００は、直線Ｌ２の一端を、図９の矢印Ａ５で示されたように、正極参照プロファイルＲｐ上のみで移動させ得る。そして、プロセッサ３００は、直線Ｌ２の他端を、図９の矢印Ａ６で示されたように、負極参照プロファイルＲｎ上のみで移動させ得る。そして、Ｌ１と平行であって、且つ、両端部の電圧差がＶ２である直線Ｌ２の最終位置が決定されれば、プロセッサ３００は、最終位置での直線Ｌ２に対し、正極参照プロファイルＲｐ上の端部を正極最終値ｐｆと決定し、負極参照プロファイルＲｎ上の端部を負極最終値ｎｆと決定し得る。
そして、このように、正極開始値ｐｉ、負極開始値ｎｉ、正極最終値ｐｆ及び負極最終値ｎｆが決定されれば、決定された正極開始値ｐｉ、負極開始値ｎｉ、正極最終値ｐｆ及び負極最終値ｎｆを用いて正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定し得る。これについては、図１０を参照してより具体的に説明する。
図１０は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００によって、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎを調整して正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'を取得する構成を示した図である。
図１０を参照すると、上述した図８及び図９の実施形態で説明したように、正極開始値ｐｉ、負極開始値ｎｉ、正極最終値ｐｆ及び負極最終値ｎｆが決定されれば、このような値に基づいて、正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'を取得し得る。
より具体的には、正極調整プロファイルＲｐ'及び負極調整プロファイルＲｎ'は、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎと同様に、容量毎の電圧を示す座標平面上に示され得る。そして、プロセッサ３００は、正極参照プロファイルＲｐを水平方向、特に－ｘ軸方向に移動させて正極開始値ｐｉをｙ軸上に位置させることで、正極調整プロファイルＲｐ'を得られる。また、プロセッサ３００は、これと同様の方式で負極参照プロファイルＲｎを調整して負極調整プロファイルＲｎ'を得られる。すなわち、負極参照プロファイルＲｎを水平方向、特に－ｘ軸方向に移動させて負極開始値ｎｉがｙ軸上に位置するように、換言すると負極開始値ｎｉのｘ座標値が容量０になるように移動させることで、負極調整プロファイルＲｎ'を取得し得る。
このような方式で、正極参照プロファイルＲｐ及び負極参照プロファイルＲｎが変更されれば、正極参照プロファイルＲｐと負極参照プロファイルＲｎとの差から得られるフルセル電圧プロファイルも変更され得る。例えば、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルが調整される前に、フルセル電圧プロファイルが図９のＲで示されたように示されるとき、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルが調整されて位置及び／または形態が変更される場合、フルセル電圧プロファイルも図１０のＲ'で示されたように、既存のＲとは異なる位置及び／または形態で得られる。そして、このように得られたフルセル電圧プロファイルが対象電池の充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）と一致するかまたは一定誤差範囲以内である場合、プロセッサ３００は、調整された正極参照プロファイルＲｐ'を該当時点における正極調整プロファイルとして決定し、調整された負極参照プロファイルＲｎ'を該当時点における負極調整プロファイルとして決定し得る。
一方、このように正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを調整した状態でもフルセル電圧プロファイルＲ'が充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２と一致しないかまたは誤差範囲を外れる場合、プロセッサ３００は、正極開始値ｐｉを他の値に変更した状態で、上述した図８～図１０を参照して説明した過程を繰り返して行い得る。または、プロセッサ３００は、図１０で得られた調整された正極プロファイルＲｐ'及び調整された負極プロファイルＲｎ'に対し、上述した図６及び図７で説明された水平方向移動及び／または収縮などの調整を追加的に行い得る。
そして、このような調整を繰り返して得られたフルセル電圧プロファイルの中から、充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２と最も一致する形態を確認することで、該当時点に対する最終正極調整プロファイル及び最終負極調整プロファイルを決定し得る。
また、プロセッサ３００は、正極調整プロファイルに対する正極開始値ｐｉと正極最終値ｐｆとの間の区間でのスケール調整、及び負極調整プロファイルに対する負極開始値ｎｉと負極最終値ｎｆとの間の区間でのスケール調整のうちの少なくとも一つを行い得る。そして、これを通じて、プロセッサ３００は、シミュレーションプロファイルＲと充放電測定プロファイルＭとの間の誤差が一定水準以内となるように構成され得る。
例えば、プロセッサ３００は、図１０に示された正極調整プロファイルＲｐ'に対し、図７に示したように、水平方向に収縮させるなどの形態で、水平方向スケール調整を行い得る。より具体的には、プロセッサ３００は、図１０に示された調整中の正極参照プロファイルＲｐ'に対し、正極開始値ｐｉを電圧座標軸上に固定した状態で、正極最終値ｐｆを±ｘ軸方向に移動させることで、正極調整プロファイルＲｐ'を収縮または拡張させ得る。また、プロセッサ３００は、これと同様の方式で、負極調整プロファイルＲｎ'に対しても水平方向スケール調整を行い得る。すなわち、プロセッサ３００は、図１０に示された調整中の負極参照プロファイルＲｎ'に対し、負極開始値ｎｉを電圧座標軸上に固定した状態で、負極最終値ｎｆを±ｘ軸方向に移動させることで、負極調整プロファイルＲｎ'を収縮または拡張させ得る。
そして、このようなスケール調整を通じて、シミュレーション調整プロファイルＲ'と充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）とをさらに一致させ得る。特に、このようなスケール調整は、上述した正極参照プロファイル及び／または負極参照プロファイルの水平方向移動を通じても十分に満足するほどのシミュレーション調整プロファイルが得られないか、または、各充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２との一致性が一層高いシミュレーション調整プロファイルＲ'を取得しようとする場合に行われ得る。
一方、このようなスケール調整は、正極開始値ｐｉ、正極最終値ｐｆ、負極開始値ｎｉ及び負極最終値ｎｆの間の区間に限定されずに行われ得る。特に、プロセッサ３００は、正極開始値ｐｉ、正極最終値ｐｆ、負極開始値ｎｉ及び負極最終値ｎｆを決定する前に、先立ってスケール調整を行ってもよい。例えば、プロセッサ３００は、上述した図８の実施形態において、正極開始値ｐｉ及び負極開始値ｎｉを決定する前に、正極参照プロファイル及び／または負極調整プロファイルに対するスケールを調整し得る。そして、プロセッサ３００は、このようなスケール調整を経たプロファイルに対し、正極開始値ｐｉ、正極最終値ｐｆ、負極開始値ｎｉ及び負極最終値ｎｆを決定し得る。
特に、本発明では、充放電測定プロファイルとして、相異なるサイクル時点で測定された少なくとも二つのプロファイル（Ｍ１、Ｍ２）が存在し得る。したがって、図６～図１０を参照して上述した正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルの決定構成は、充放電測定プロファイル毎に別に行われ得る。すなわち、上述した実施形態において、プロセッサ３００は、第１充放電測定プロファイルＭ１に対し、上述した過程を経て第１充放電測定プロファイルＭ１に対応する正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定し得る。また、プロセッサ３００は、第２充放電測定プロファイルＭ２に対しても、上述した過程を経て第２充放電測定プロファイルＭ２に対応する正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを決定し得る。
本発明のこのような実施形態によれば、複数の時点のそれぞれで対象電池の充放電測定プロファイルＭ１、Ｍ２さえ得られれば、予め保存された一つの正極参照プロファイル及び一つの負極参照プロファイルに対する移動及び／またはスケール調整という比較的に簡単な過程を通じて、各時点における対象電池の充放電に対する正極プロファイル及び負極プロファイルを取得可能である。そして、このような各時点における正極プロファイル及び負極プロファイルを通じて、対象電池の状態に対する多様な情報を取得可能である。
特に、本実施形態の場合、正極プロファイル及び負極プロファイルを取得する過程で、ｄＶ／ｄＱやｄＱ／ｄＶのような容量－微分曲線（Ｑは容量、Ｖは電圧）と複雑な演算や計算を必要としない。
また、本発明の場合、二次電池の退化によって特性や状態が如何に変化するかをより容易に把握可能である。特に、本発明の一実施形態によれば、ＢＯＬ状態で抽出された信号と退化した状態で抽出された信号とを互いに比較し得る。したがって、対象電池に対し、最初状態に対比した退化速度や様相などについての情報をより容易に取得可能である。
また、プロセッサ３００は、正極最終値ｐｆと正極開始値ｐｉとの差に基づいて各時点における対象電池の容量を把握するように構成され得る。
例えば、プロセッサ３００は、第１サイクル時点で決定された正極最終値ｐｆ及び正極開始値ｐｉに基づいて、これら差を把握し得る。そして、プロセッサ３００は、このような正極最終値ｐｆと正極開始値ｐｉとの差に基づいて、第１サイクル時点での対象電池の容量を把握し得る。また、プロセッサ３００は、第２サイクル時点で決定された正極最終値ｐｆ及び正極開始値ｐｉに基づいて、これら差を把握し得る。そして、プロセッサ３００は、このような正極最終値ｐｆと正極開始値ｐｉとの差に基づいて、第２サイクル時点での対象電池の容量を把握し得る。
ここで、正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）は、負極最終値と負極開始値との差（ｎｆ－ｎｉ）と同一であり得る。したがって、プロセッサ３００は、負極最終値と負極開始値との差（ｎｆ－ｎｉ）に基づいても対象電池の容量を把握し得る。
特に、プロセッサ３００は、正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）、または、負極開始値と負極開始値との差（ｎｆ－ｎｉ）を百分率で取得し得る。例えば、最終的に推定された正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）は、基準容量に対比した％として示され得る。ここで、基準容量は、最終的に推定された正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）と比較されるための値であって、メモリユニット１００などに予め保存された値であり得る。
より具体的な例として、基準容量が６０Ａｈであり、特定のサイクル時点で最終的に推定された正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）が５５Ａｈである場合、これを百分率で示すため、（５５／６０）×１００＝９２のように計算し得る。このとき、該当時点における正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）は、９２％であると言える。
他の例として、プロセッサ３００が利用または生成する容量毎の電圧グラフにおいて、容量軸の単位が％である場合、プロセッサ３００は、最終的に取得された正極調整プロファイルから、正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）を計算し得る。例えば、図１０において、容量軸がＡｈ単位ではなく％単位で示されたとき、正極最終値ｐｆのｘ座標値が正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）に対して百分率で示した値であると言える。すなわち、図１０において、正極最終値ｐｆのｘ座標値が９１％である場合、プロセッサ３００は、正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）を９１％として取得し得る。
このように、特定の時点における正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）、または、負極最終値と負極開始値との差（ｎｆ－ｎｉ）が取得されれば、プロセッサ３００は、このような差に基づいて該当時点における電極の容量を計算し得る。特に、電池の容量に対する影響は、負極よりも正極で大きくなり得る。したがって、プロセッサ３００は、正極最終値と正極開始値との差に基づいて、次のような数式１を用いて現在状態での対象電池の容量を計算し得る。
［数式１］
容量＝ａ×ＰＬ×ＰＡ
ここで、ａは、正極最終値と正極開始値との差（ｐｆ－ｐｉ）を示す値であって、百分率（％）を小数点単位に変換して表し得る。例えば、正極最終値と正極開始値との差が９０％である場合、０．９が上記数式のａに代入され得る。
そして、ＰＬは、正極に対する活物質のローディング値を示すものであって、３ｍＡｈ／ｃｍ２のように面積対比容量の比率を示す単位で表され得る。また、ＰＡは、一つの電池に含まれた正極の全体面積を示すものであって、ｃｍ２のような単位で表され得る。
このようなＰＬ及びＰＡの値は、メモリユニット１００に予め保存された値であり得る。したがって、プロセッサ３００は、メモリユニット１００にアクセスしてＰＬ及びＰＡ値を読み込み得る。そして、ａは上述したように、プロセッサ３００によって取得され得る。したがって、このようにａ、ＰＬ及びＰＡの値が得られれば、プロセッサ３００は、このような値に基づいて現在状態での対象電池の容量を計算可能である。
一例として、ａが０．９、ＰＬが３ｍＡｈ／ｃｍ２、ＰＡが２０，０００ｃｍ２である場合、プロセッサ３００は、次のような数式２を用いて対象電池の容量を推定し得る。
［数式２］
容量＝０．９×３×２０，０００＝５４，０００［ｍＡｈ］＝５４Ａｈ
この場合、プロセッサ３００は、現在サイクル時点での対象電池の容量を５４Ａｈと推定し得る。
さらに、プロセッサ３００は、このようにａ値（正極最終値と正極開始値との差）を用いて対象電池の容量を把握する構成を相異なる複数の時点で行い得る。したがって、プロセッサ３００は、各サイクル時点で把握された容量を互いに比較して、使用に伴う対象電池の容量変化を推定し得る。
例えば、第１サイクル時点で把握された容量が５５Ａｈであって、第２サイクル時点で把握された容量が５３Ａｈである場合、プロセッサ３００は、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの使用によって、対象電池の容量が２Ａｈだけ減少したと推定し得る。
また、このように対象電池の容量変化が推定されれば、プロセッサ３００は、推定された容量変化量をメモリユニット１００などに保存された基準変化量と比較し得る。推定された容量変化量が基準変化量を超えると、プロセッサ３００は、対象電池の退化程度が深刻であると判断し得る。一方、推定された容量変化量が基準変化量よりも低い場合、プロセッサ３００は、対象電池の退化程度が深刻ではないかまたは低いと判断し得る。
例えば、１００サイクル経過毎の基準変化量が５Ａｈであり、第１サイクル時点から第２サイクル時点まで１００サイクルが経過したと仮定するとき、第１サイクル時点で推定された容量変化量と第２サイクル時点で推定された容量変化量が５Ａｈを超える場合、プロセッサ３００は、対象電池の退化を異常と判断し得る。一方、第１サイクル時点で推定された容量変化量と第２サイクル時点で推定された容量変化量が５Ａｈ以下である場合、プロセッサ３００は、対象電池の退化を正常と判断し得る。
本発明のこのような構成によれば、対象電池の容量変化に対する検証をより容易かつ簡単に行うことができる。
また、プロセッサ３００は、正極調整プロファイル同士の比較結果または負極調整プロファイル同士の比較結果に基づいて、対象電池の正極または負極に対する未使用領域の変化を把握するように構成され得る。これについては、図１１及び図１２を参照してより具体的に説明する。
図１１及び図１２は、相異なるサイクル時点で、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００によって、正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルと正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルとを比較して示したグラフである。
まず、図１１を参照すると、プロファイルＲｐはメモリユニット１００に保存された正極参照プロファイルであり、プロファイルＲｎはメモリユニット１００に保存された負極参照プロファイルであり得る。そして、プロファイルＲｐ１'は、第１サイクル時点において、プロセッサ３００によってシミュレーションプロファイルＲを第１充放電測定プロファイルＭ１に最大限に一致させる過程で得られた第１正極調整プロファイルであると言える。また、プロファイルＲｎ１'は、第１サイクル時点において、プロセッサ３００によってシミュレーションプロファイルＲを第１充放電測定プロファイルＭ１に最大限に一致させる過程で得られた第１負極調整プロファイルであると言える。
次いで、図１２を参照すると、プロファイルＲｐ及びＲｎは図１１と同じでる。そして、プロファイルＲｐ２'は、第２サイクル時点において、プロセッサ３００によってシミュレーションプロファイルＲを第２充放電測定プロファイルＭ２に最大限に一致させる過程で得られた第２正極調整プロファイルであると言える。また、プロファイルＲｎ２'は、第２サイクル時点において、プロセッサ３００によってシミュレーションプロファイルＲを第２充放電測定プロファイルＭ２に最大限に一致させる過程で得られた第２負極調整プロファイルであると言える。
プロセッサ３００は、図１１及び図１２のそれぞれのグラフから、正極参照プロファイルＲｐで容量が０である地点が第１正極調整プロファイルＲｐ１'及び第２正極調整プロファイルＲｐ２'のそれぞれでどれほど容量軸（－ｘ軸）方向に移動したかを確認することで、各サイクル時点における正極未使用領域を把握し得る。また、プロセッサ３００は、負極参照プロファイルＲｎで容量が０である地点が第１負極調整プロファイルＲｎ１'及び第２負極調整プロファイルＲｎ２'のそれぞれでどれほど容量軸（－ｘ軸）方向に移動したかを確認することで、各サイクル時点における負極未使用領域を把握し得る。
より具体的には、図１１において、正極参照プロファイルＲｐで容量が０である地点は、第１正極調整プロファイルＲｐ１'でＧｐ１ほど左側（－ｘ軸方向）に移動したことが確認される。この場合、プロセッサ３００は、第１サイクル時点において、対象電池に対し、Ｇｐ１［Ａｈ］だけの正極未使用領域が発生したと判断し得る。また、負極参照プロファイルＲｎで容量が０である地点は、第１負極調整プロファイルＲｎ'でＧｎ１ほど左側に移動したことが確認される。この場合、プロセッサ３００は、第１サイクル時点において、対象電池に対し、Ｇｎ１［Ａｈ］だけの負極未使用領域が発生したと判断し得る。
また、図１２において、正極参照プロファイルＲｐで容量が０である地点は、第２正極調整プロファイルＲｐ２'でＧｐ２ほど左側（－ｘ軸方向）に移動したことが確認される。この場合、プロセッサ３００は、第２サイクル時点において、対象電池に対し、Ｇｐ２［Ａｈ］だけの正極未使用領域が発生したと判断し得る。また、負極参照プロファイルＲｎで容量が０である地点は、第２負極調整プロファイルＲｎ２'でＧｎ２ほど左側に移動したことが確認される。この場合、プロセッサ３００は、第２サイクル時点において、対象電池に対し、Ｇｎ２［Ａｈ］だけの負極未使用領域が発生したと判断し得る。
本発明のこのような構成によれば、参照プロファイルと調整プロファイルとの比較を通じて、対象電池の正極未使用領域及び負極未使用領域を簡単且つ正確に把握することができる。そして、このような構成によれば、対象電池の使用領域を容易に把握することができる。
特に、上記の構成において、プロセッサ３００は、正極調整プロファイル同士の比較結果を通じて対象電池の正極未使用領域の変化を把握し得る。
例えば、プロセッサ３００は、第２サイクル時点の正極未使用領域に対応するＧｐ２と第１サイクル時点の正極未使用領域に対応するＧｐ１との差によって、正極未使用領域の変化を把握し得る。このとき、正極未使用領域の変化量をＧｐとすると、Ｇｐは次のような数式３で表し得る。
［数式３］
Ｇｐ＝｜Ｇｐ２－Ｇｐ１｜
図１３を参照してこのような構成をより明確に説明する。
図１３は、図１１に示された第１正極調整プロファイルＲｐ１'と図１２に示された第２正極調整プロファイルＲｐ２'とを一つのグラフに統合した状態で、正極未使用領域部分を拡大して示した図である。
図１３に示されたように、第２正極調整プロファイルＲｐ２'は、第１正極調整プロファイルＲｐ１'に比べて－ｘ軸方向に移動している。そして、その移動程度はＧｐと示し得る。このとき、Ｇｐは、上述したＧｐ２とＧｐ１との差に対する絶対値（｜Ｇｐ２－Ｇｐ１｜）と同一であると言える。
プロセッサ３００は、このような形態でＧｐ値を取得し、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの期間に、対象電池の正極未使用領域が如何に変化したかを把握し得る。さらに、電池が退化するほど、可用リチウムの損失などによって正極未使用領域が増大する傾向があるため、第２正極調整プロファイルＲｐ２'が第１正極調整プロファイルＲｐ１'に比べて左側（－ｘ軸）方向に移動する場合が多くなり得る。したがって、プロセッサ３００は、相異なるサイクル時点における正極調整プロファイルの移動程度を比較することで、正極未使用領域の変化程度を定量的に把握可能である。
また、プロセッサ３００は、これと同様の方式で、負極調整プロファイルの比較を通じて負極未使用領域の変化程度を把握し得る。すなわち、プロセッサ３００は、第１負極調整プロファイルＲｎ１'と第２負極調整プロファイルＲｎ２'との移動程度を互いに比較することで、負極未使用領域の変化程度を定量的に把握可能である。
プロセッサ３００は、相異なる複数の時点のそれぞれ、例えば第１サイクル時点及び第２サイクル時点のそれぞれに対し、シミュレーションプロファイルＲを上下方向に平行移動させることで、充放電測定プロファイルとの誤差を減らすように構成され得る。すなわち、上述したように、調整されたシミュレーションプロファイルＲ'と第１充放電測定プロファイルＭ１または第２充放電測定プロファイルＭ２との誤差が小さくなるように、正極参照プロファイルＲｐ及び／または負極参照プロファイルＲｎに対して移動及び／または収縮などの調整を行った後にも、プロセッサ３００は、その誤差をさらに減らすため、既に調整されたシミュレーションプロファイルを上部または下方に平行移動させて再度調整し得る。すなわち、プロセッサ３００は、参照プロファイルの移動及び／またはスケール調整などを通じて１次的に調整されたシミュレーションプロファイルを、上下方向にさらに移動させる２次調整過程を行い得る。これについては、図１４を参照してより具体的に説明する。
図１４は、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００によってシミュレーションプロファイルＲが上下方向に平行移動される構成を概略的に示したグラフである。
図１４を参照すると、上述したように、正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルに基づいてシミュレーションプロファイルが１次的に取得され得る。これについては、図１４にＲ１'で示されており、シミュレーション１次調整プロファイルと称する。シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'は、正極参照プロファイル及び／または負極参照プロファイルに対し、上述した水平移動、スケール調整（収縮）、ｐｉ、ｐｆ、ｎｉ、ｎｆ決定などの過程を経て得られた正極１次調整プロファイル及び負極１次調整プロファイルから取得され得る。より具体的には、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'は、正極１次調整プロファイルと負極１次調整プロファイルとの差から得られたフルセル電圧プロファイルであり得る。
すなわち、このようなシミュレーション１次調整プロファイルＲ１'は、正極参照プロファイル及び／または負極参照プロファイルの調整を通じて、充放電測定プロファイルＭとの誤差が最小になった値であると言える。しかし、このようなシミュレーション１次調整プロファイルＲ１'に対する上方または下方移動（ｙ軸方向移動）を通じて、第１充放電測定プロファイルＭ１または第２充放電測定プロファイルＭ２との誤差がさらに減少する場合があり得る。プロセッサ３００は、このようにシミュレーション１次調整プロファイルＲ１'を上下方向に移動して、充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）との誤差がさらに減少する場合が発生するか否かを探索するように構成され得る。
例えば、プロセッサ３００は、図１４の構成において、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'を上方に平行に移動させてＲ２'で示されたようなプロファイルを取得し得る。もし、このようなプロファイルＲ２'がプロファイルＲ１'に比べて充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）との誤差がより減少するなら、プロセッサ３００は、このようなプロファイルＲ２'を２次的に調整されたシミュレーションプロファイル、すなわちシミュレーション２次調整プロファイルとし得る。
このように、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'をｙ軸方向に平行移動して充放電測定プロファイル（Ｍ１またはＭ２）との誤差がさらに減少したシミュレーション２次調整プロファイルＲ２'が探索される場合、プロセッサ３００は、このような平行移動の結果に鑑みて対象電池の内部抵抗の増加を把握するように構成され得る。すなわち、プロセッサ３００は、シミュレーション２次調整プロファイルＲ２'がシミュレーション１次調整プロファイルＲ１'からどれほど上方に平行移動したかに基づいて、該当時点における対象電池の内部抵抗の変化を把握し得る。これについては、図１５を参照してより具体的に説明する。
図１５は、図１４のＢ１部分を拡大して示したグラフである。ただし、説明の便宜上、図１５には、図１４のＢ１部分に該当する容量軸と電圧軸とを一緒に示した。
図１５を参照すると、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'から矢印Ａ７方向、すなわち上方に平行に移動させてシミュレーション２次調整プロファイルＲ２'が取得され得る。このとき、上方への移動程度は、「４．１２０－４．１０４＝０．０１６」で計算され、０．０１６［Ｖ］が得られる。したがって、プロセッサ３００は、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'を上方に０．０１６Ｖ、換言すると１６ｍＶだけ移動させることで、シミュレーション２次調整プロファイルＲ２'を取得したと言える。
この場合、プロセッサ３００は、上方に平行移動した大きさである１６ｍＶが対象電池の内部抵抗増加による電圧上昇分であると判断し得る。すなわち、二次電池の内部抵抗が増加すれば、過電圧の増加をもたらし得るが、プロセッサ３００は、シミュレーションプロファイルの平行移動調整値を通じて、対象電池の過電圧がどれほど増加したかを把握し得る。すなわち、本実施形態において、プロセッサ３００は、対象電池に対し、過電圧が１６ｍＶ増加するほどに内部抵抗が増加したと判断し得る。特に、プロセッサ３００は、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'を上方に移動させてシミュレーション２次調整プロファイルＲ２'が得られた場合、対象電池の内部抵抗が増加したと判断し得る。一方、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'を下方に移動させてシミュレーション２次調整プロファイルＲ２'が得られた場合であれば、プロセッサ３００は、対象電池の内部抵抗が減少したと判断し得る。
さらに、プロセッサ３００は、このような内部抵抗の増加によって電圧が上昇する場合、容量損失の程度を容易に把握し得る。特に、プロセッサ３００は、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'及びシミュレーション２次調整プロファイルＲ２'が予め設定された充電終了電圧に到達する地点の容量差を通じて、対象電池の容量損失を把握し得る。
例えば、図１４の実施形態において、対象電池の充電終了電圧が４．２Ｖである場合、プロセッサ３００は、シミュレーション１次調整プロファイルＲ１'及びシミュレーション２次調整プロファイルＲ２'のそれぞれで充電終了電圧である４．２Ｖになる地点を探索し得る。図１５では、このような点がそれぞれＰｒ１及びＰｒ２で示されている。そして、プロセッサ３００は、これら地点Ｐｒ１及びＰｒ２の容量値をそれぞれ確認し得る。図１５において、Ｐｒ１の容量値は５８Ａｈ、Ｐｒ２の容量値は５６Ａｈと確認される。この場合、プロセッサ３００は、Ｐｒ１とＰｒ２との差である２Ａｈを対象電池に対する内部抵抗増加による容量損失値と判断し得る。
また、図１５の実施形態で容量軸（ｘ軸）が％単位で示される場合、プロセッサ３００は、内部抵抗の増加による容量損失値を％単位で直接抽出し得る。例えば、Ｐｒ１のｘ座標値が９４％であって、Ｐｒ２のｘ座標値が９３％である場合、プロセッサ３００は、該当時点における対象電池の内部抵抗増加による容量損失値を「９４－９３＝１」で計算して１％と判断し得る。そして、この場合、プロセッサ３００は、対象電池に対して該当サイクル時点で内部抵抗の増加によって１％早期に終了すると予測し得る。
本発明のこのような実施形態によれば、シミュレーションプロファイルの調整を通じて、対象電池の内部抵抗の増加有無、及びそれによる過電圧の増加程度や容量損失の程度を容易に判断可能である。
特に、本発明の一態様によれば、図１４及び図１５に示された過程は、対象電池に対して相異なるサイクル時点でそれぞれ行われ得る。例えば、図１４及び図１５に示されたように、シミュレーションファイルを上下方向に平行移動させ、その結果を通じて内部抵抗増加による過電圧増加量及び容量損失値を算出する構成は、相異なるサイクル回数を有する第１サイクル時点及び第２サイクル時点でそれぞれ行われ得る。そして、プロセッサ３００は、相異なる複数のサイクル時点のそれぞれに対する平行移動の大きさを比較することで、各サイクル時点間の期間における対象電池の内部抵抗の増加程度を把握するように構成され得る。さらに、プロセッサ３００は、各サイクル時点で得られた結果を互いに比較することで、対象電池の過電圧増加量及び容量損失増加量を互いに比較し得る。
より具体的には、第１サイクル時点で、シミュレーション２次調整プロファイルを取得するため、シミュレーション１次調整プロファイルを上方に０．０１６Ｖだけ移動させ、第２サイクル時点で、シミュレーション２次調整プロファイルを取得するため、シミュレーション１次調整プロファイルを上方に０．０３０Ｖだけ移動させた場合、プロセッサ３００は、「０．０３０－０．０１６＝０．０１４」のように計算し得る。
したがって、プロセッサ３００は、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの使用期間中に、対象電池の内部抵抗の増加によって０．０１４Ｖ、換言すると１４ｍＶ分の電圧上昇が起きたと判断し得る。すなわち、プロセッサ３００は、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの期間に、１４ｍＶ分電圧が上昇するほどに対象電池の内部抵抗が増加したと把握し得る。
また、第１サイクル時点に対して得られた容量損失値が２Ａｈであって、第２サイクル時点に対して得られた容量損失値が４Ａｈである場合、プロセッサ３００は、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの使用期間中の対象電池の容量損失値を「４－２＝２」のように計算し得る。
したがって、プロセッサ３００は、第１サイクル時点から第２サイクル時点までの使用期間に、対象電池の容量損失が２Ａｈだけさらに増加したと判断し得る。
特に、このような相異なる複数の時点、例えば第１サイクル時点と第２サイクル時点との間の電圧増加量や容量損失量などを直接取得しようとする場合、プロセッサ３００は、第１サイクル時点における２次調整プロファイルと第２サイクル時点における２次調整プロファイルとを直接比較し得る。例えば、プロセッサ３００は、図１４及び図１５の実施形態でＲ２'をＲ１'と比較するのではなく、第１サイクル時点に対応するＲ２'と第２サイクル時点に対応するＲ２'とを直接比較し得る。この場合、プロセッサ３００は、第１サイクル時点と第２サイクル時点との間の内部抵抗増加による影響を直ちに把握し得る。
本発明による二次電池診断装置は、バッテリーパックに適用され得る。すなわち、本発明によるバッテリーパックは、上述した本発明による二次電池診断装置を含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、本発明による二次電池診断装置の外に、バッテリーパックに通常含まれる構成要素、例えば一つ以上の二次電池、ＢＭＳ、電流センサ、リレー、ヒューズ、パックケースなどをさらに含み得る。この場合、バッテリーパックに含まれた二次電池が、本発明による二次電池診断装置が診断する対象、すなわち対象電池になり得る。また、本発明による二次電池診断装置の少なくとも一部の構成要素は、バッテリーパックに含まれている従来の構成要素で具現されてもよい。例えば、本発明による二次電池診断装置の電圧測定ユニット２００は、バッテリーパックに含まれた電圧センサによって具現され得る。また、本発明による二次電池診断装置のプロセッサ３００の少なくとも一部の機能または動作は、バッテリーパックに含まれたＢＭＳによって具現され得る。
また、本発明による二次電池診断装置は、自動車に適用され得る。すなわち、本発明による自動車は、上述した本発明による二次電池診断装置を含み得る。特に、電気自動車の場合、バッテリーパックが駆動源として非常に重要な構成要素であるため、本発明による二次電池診断装置がより有用に適用され得る。また、本発明による自動車は、このような二次電池診断装置の外に、他の多様な装置、例えば、車体、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）のような車両制御ユニット、モータ、接続端子、ＤＣ－ＤＣコンバータなどをさらに含み得る。他にも、本発明による自動車は、自動車に通常含まれる構成要素をさらに採用し得ることは勿論である。
図１６は、本発明の一実施形態による二次電池診断方法を概略的に示したフロー図である。図１６において、各段階の主体は、上述した本発明による二次電池診断装置の各構成要素であり得る。
図１６を参照すると、本発明による二次電池診断方法は、参照プロファイル保存段階Ｓ１１０、充放電電圧測定段階Ｓ１２０、充放電測定プロファイル生成段階Ｓ１３０、シミュレーションプロファイルと充放電測定プロファイルとの比較段階Ｓ１４０、及び正極調整プロファイル及び負極調整プロファイル決定段階Ｓ１５０を含む。
Ｓ１１０段階は、参照電池の充電または放電に対する正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを保存する段階である。
Ｓ１２０段階は、相異なる複数の時点、例えば第１サイクル時点及び第２サイクル時点のそれぞれにおいて、対象電池を充電または放電させながら電圧を測定する段階である。
Ｓ１３０段階は、Ｓ１２０段階で測定された電圧に基づいて、相異なる複数の時点のそれぞれに対し、充放電測定プロファイルを生成する段階である。
Ｓ１４０段階は、Ｓ１１０段階で保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルから取得したシミュレーションプロファイルとＳ１３０段階で生成されたそれぞれの充放電測定プロファイルとを互いに比較する段階である。
Ｓ１５０段階は、Ｓ１４０段階の比較を通じてシミュレーションプロファイルと充放電測定プロファイルとの間に一定水準以上の誤差が存在すると判断された場合、シミュレーションプロファイルと充放電測定プロファイルとの誤差が一定水準以内となるようにする正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを、複数の充放電測定プロファイルのそれぞれに対して決定する段階である。
このようなＳ１１０段階～Ｓ１５０段階については、上述した本発明による二次電池診断装置の内容が同一または類似に適用され得る。したがって、本発明による二次電池診断方法の各段階についての詳しい説明は省略する。
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、本発明が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
１００：メモリユニット
２００：電圧測定ユニット
３００：プロセッサ
Ｒｐ：正極参照プロファイル
Ｒｎ：負極参照プロファイル
Ｍ１：第１充放電測定プロファイル
Ｍ２：第２充放電測定プロファイル
Ｒｐ'：正極調整プロファイル
Ｒｎ'：負極調整プロファイル

Claims (12)

  1. 参照電池の充電または放電に対する正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを保存するメモリユニットと、
    充電または放電過程中に対象電池の電圧を測定する電圧測定ユニットと、
    前記電圧測定ユニットによって相異なる複数の時点で測定された電圧に基づいて複数の充放電測定プロファイルを生成し、前記生成された複数の充放電測定プロファイルのそれぞれと前記メモリユニットに保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルから取得したシミュレーションプロファイルとを比較することで、前記複数の充放電測定プロファイルのそれぞれと前記シミュレーションプロファイルとの誤差が一定水準以内となる正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを前記複数の充放電測定プロファイルのそれぞれに対して決定するプロセッサと、を含む、二次電池診断装置。
  2. 前記プロセッサは、前記相異なる複数の時点に対して決定された正極調整プロファイル同士または負極調整プロファイル同士を比較する、請求項１に記載の二次電池診断装置。
  3. 前記プロセッサは、前記正極調整プロファイル同士の比較結果または前記負極調整プロファイル同士の比較結果に基づいて、前記対象電池の正極または負極に対する未使用領域の変化を把握する、請求項２に記載の二次電池診断装置。
  4. 前記プロセッサは、前記正極参照プロファイル及び前記負極参照プロファイルのうちの少なくとも一つを水平方向に移動させることで、前記正極調整プロファイル及び前記負極調整プロファイルを決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池診断装置。
  5. 前記プロセッサは、前記正極参照プロファイル及び前記負極参照プロファイルのうちの少なくとも一つを水平方向にスケール調整することで、前記正極調整プロファイル及び前記負極調整プロファイルを決定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の二次電池診断装置。
  6. 前記電圧測定ユニットは、前記対象電池の満放電電圧及び満充電電圧を測定し、
    前記プロセッサは、前記満放電電圧に基づいて前記正極調整プロファイルの正極開始値または前記負極調整プロファイルの負極開始値を推定し、前記満充電電圧に基づいて前記正極調整プロファイルの正極最終値及び前記負極調整プロファイルの負極最終値を推定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の二次電池診断装置。
  7. 前記プロセッサは、前記正極最終値と前記正極開始値との差または前記負極最終値と前記負極開始値との差に基づいて、各時点における前記対象電池の容量を把握する、請求項６に記載の二次電池診断装置。
  8. 前記プロセッサは、前記相異なる複数の時点のそれぞれに対して前記シミュレーションプロファイルを上下方向に平行移動させることで前記複数の充放電測定プロファイルのそれぞれとの誤差を減少させ、前記相異なる複数の時点のそれぞれに対する平行移動の大きさを比較して前記相異なる複数の時点における前記対象電池の内部抵抗の増加程度を把握する、請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池診断装置。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の二次電池診断装置を含む、バッテリーパック。
  10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の二次電池診断装置を含む、自動車。
  11. 参照電池の充電または放電に対する正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルを保存する保存段階と、
    対象電池を充電または放電させながら相異なる複数の時点でそれぞれ電圧を測定する電圧測定段階と、
    前記電圧測定段階で測定された電圧に基づいて複数の充放電測定プロファイルを前記相異なる複数の時点のそれぞれに対して生成する生成段階と、
    前記保存段階で保存された正極参照プロファイル及び負極参照プロファイルから取得したシミュレーションプロファイルと前記生成段階で生成された前記複数の充放電測定プロファイルのそれぞれとを比較する比較段階と、
    前記シミュレーションプロファイルと前記複数の充放電測定プロファイルのそれぞれとの誤差が一定水準以内となる正極調整プロファイル及び負極調整プロファイルを前記複数の充放電測定プロファイルのそれぞれに対して決定する決定段階と、を含む、二次電池診断方法。
  12. 前記相異なる複数の時点に対して決定された正極調整プロファイル同士または負極調整プロファイル同士を比較する段階を備える、請求項１１に記載の二次電池診断方法。
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