JP7419647B2 - バッテリー診断装置及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２０年１１月１３日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５２３１７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、バッテリー診断装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーの副反応発生を診断することができるバッテリー診断装置及び方法に関する。
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。
このようなバッテリーは、低温または高温に長時間晒されるか又は充電及び放電が繰り返されるほど、副反応が発生して徐々に退化するおそれがある。
副反応は、バッテリーの正極及び負極で発生し、発生の原因は多様である。したがって、バッテリーの寿命を延ばすためには、バッテリーの副反応発生如何及び発生原因を確認し、それに応じてバッテリーの使用条件を適切に制御することが重要である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーに副反応が発生したか否か及び発生した副反応の原因を診断することで、バッテリーに最適化された使用条件を制御することができ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。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
本発明の一態様によるバッテリー診断装置は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得し、取得されたバッテリープロファイルに基づいて電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成するように構成されたプロファイル生成部と、プロファイル生成部から微分プロファイルを受信し、微分プロファイルからターゲットピークを決定し、バッテリーに対して予め設定された基準プロファイルの基準ピークの電圧と決定されたターゲットピークの電圧とを比較し、比較結果に基づいてバッテリーに対する副反応発生を判断するように構成された制御部と、を含む。
制御部は、基準ピークの電圧とターゲットピークの電圧との大小を比較し、比較結果に基づいてバッテリーに対する負極副反応発生、または、正極副反応発生を判断するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧を超過する場合、バッテリーに負極副反応が発生したと判断するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧未満である場合、バッテリーに正極副反応が発生したと判断するように構成され得る。
制御部は、負極副反応または正極副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに含まれた電解質の一部が分解されたと判断するように構成され得る。
制御部は、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに対する充電Ｃ－レート、可用ＳＯＣ、及び上限温度のうちの少なくとも一つを含む使用条件を変更するように構成され得る。
制御部は、負極副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに対する充電Ｃ－レートの上限を減少させるように構成され得る。
制御部は、正極副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに対する可用ＳＯＣの上限を減少させるように構成され得る。
制御部は、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに対する上限温度を減少させるように構成され得る。
制御部は、微分プロファイルから基準ピークの電圧を基準にして所定の電圧区間内でターゲットピークを決定するように構成され得る。
本発明の他の一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一態様によるバッテリー検査装置は、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一態様によるバッテリー診断方法は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得するバッテリープロファイル取得段階と、バッテリープロファイル取得段階で取得されたバッテリープロファイルに基づいて電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、微分プロファイル生成段階で生成された微分プロファイルからターゲットピークを決定するターゲットピーク決定段階と、バッテリーに対して予め設定された基準プロファイルの基準ピークの電圧と決定されたターゲットピークの電圧とを比較する電圧比較段階と、電圧比較段階の比較結果に基づいてバッテリーに対する副反応発生を判断する副反応発生判断段階を含み得る。
本発明の一態様によれば、微分プロファイルに含まれた一つのピークの挙動に基づいて、バッテリーに対する副反応発生如何及び副反応の種類を迅速に診断することができる。
また、本発明の一態様によれば、副反応が発生したバッテリーに対する適切な使用条件が設定されることで、バッテリーの期待寿命を延ばすことができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。
本明細書に添付される次の図面は、後述する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り、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を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による第１微分プロファイル及び基準プロファイルを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による第２微分プロファイル及び基準プロファイルを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による第１微分プロファイルに対応するバッテリープロファイルを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による第２微分プロファイルに対応するバッテリープロファイルを概略的に示した図である。 本発明の他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図である。
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。
また、本発明の説明において、関連する公知の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、その詳細な説明を省略する。
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の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部のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけでなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。
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。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００を概略的に示した図である。
図１を参照すると、バッテリー診断装置１００は、プロファイル生成部１１０及び制御部１２０を含む。
プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得するように構成され得る。
ここで、バッテリーは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーとして見なし得る。
例えば、プロファイル生成部１１０が取得するバッテリープロファイルは、バッテリーの対応する電圧と容量とがマッピングされるように生成されたプロファイルであり得る。
プロファイル生成部１１０は、取得されたバッテリープロファイルに基づいて電圧と該電圧に対する微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成するように構成され得る。
プロファイル生成部１１０は、バッテリーの電圧を基準にしてバッテリーの容量を微分して微分容量（ｄＱ／ｄＶ）を算出し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、対応するバッテリーの電圧と微分容量とをマッピングし、電圧と微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成し得る。
図２は、本発明の一実施形態による第１微分プロファイルＤＰ１及び基準プロファイルＲを概略的に示した図である。図３は、本発明の一実施形態による第２微分プロファイルＤＰ２及び基準プロファイルＲを概略的に示した図である。
例えば、図２及び図３を参照すると、プロファイル生成部１１０によって生成される第１微分プロファイルＤＰ１及び第２微分プロファイルＤＰ２は、Ｘを電圧に設定し、Ｙを微分容量に設定した場合のＸ－Ｙグラフで表され得る。
制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から微分プロファイルを受信するように構成され得る。
例えば、制御部１２０とプロファイル生成部１１０とは、通信可能に接続され得る。プロファイル生成部１１０は生成した微分プロファイルを制御部１２０に送信し、制御部１２０はプロファイル生成部１１０から微分プロファイル受信し得る。
制御部１２０は、微分プロファイルからターゲットピークを決定するように構成され得る。
具体的には、微分プロファイルには複数のピークが含まれ得る。ここで、ピークとは、電圧に対する微分容量の瞬間変化率が０である地点であって、ピークを基準にして瞬間変化率が正から負に変わる地点であり得る。すなわち、ピークは、微分プロファイルにおいて上方に向かって凸状の概形を有する地点であり得る。
制御部１２０は、微分プロファイルに含まれた複数のピークのうちのいずれか一つをターゲットピークとして決定し得る。
望ましくは、制御部１２０は、微分プロファイルから基準ピークＲＰの電圧を基準にして所定の電圧区間内でターゲットピークを決定するように構成され得る。例えば、制御部１２０は、基準ピークＲＰの電圧を基準にして－０．１Ｖ～＋０．１Ｖ区間内でターゲットピークを決定し得る。すなわち、基準ピークＲＰの電圧が３．４５Ｖであれば、３．３５Ｖ～３．５５Ｖ区間内でターゲットピークを決定し得る。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、第１微分プロファイルＤＰ１から複数のピークを決定し得る。そして、制御部１２０は、決定した複数のピークのうち、電圧が基準ピークＲＰの電圧を基準にして所定の電圧区間内に含まれた第１ターゲットピークＴＰ１を決定し得る。
他の例として、図３の実施形態において、制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２から複数のピークを決定し得る。そして、制御部１２０は、決定した複数のピークのうち、電圧が基準ピークＲＰの電圧を基準にして所定の電圧区間内に含まれた第２ターゲットピークＴＰ２を決定し得る。
制御部１２０は、バッテリーに対して予め設定された基準プロファイルＲの基準ピークＲＰの電圧と決定されたターゲットピークの電圧とを比較するように構成され得る。
すなわち、制御部１２０は、基準ピークＲＰに対応する電圧とターゲットピークに対応する電圧との大小を比較し得る。
望ましくは、制御部１２０は、ターゲットピークの電圧と基準ピークＲＰの電圧との差が予め設定された基準電圧以上であるか否かを判断し得る。例えば、バッテリーの電圧及び容量が測定されるとき、ノイズなどによる測定誤差によってターゲットピークの電圧と実際電圧とに誤差が生じ得る。したがって、制御部１２０は、このような誤差を考慮して、ターゲットピークの電圧が基準ピークＲＰの電圧よりも基準電圧以上であるか否か、または、基準電圧以下であるか否かを判断し得る。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、基準ピークＲＰの電圧と第１ターゲットピークＴＰ１の電圧との大小を比較し、第１ターゲットピークＴＰ１の電圧が基準ピークＲＰの電圧よりも大きいと判断し得る。
他の例として、図３の実施形態において、制御部１２０は、基準ピークＲＰの電圧と第２ターゲットピークＴＰ２の電圧との大小を比較し、第２ターゲットピークＴＰ２の電圧が基準ピークＲＰの電圧よりも小さいと判断し得る。
制御部１２０は、比較結果に基づいてバッテリーに対する副反応発生を判断するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、基準ピークの電圧とターゲットピークの電圧との大小比較の結果に基づいて、バッテリーに負極副反応が発生したか、それとも、正極副反応が発生したかを判断するように構成され得る。
より具体的には、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧を超過する場合、制御部１２０は、バッテリーに負極副反応が発生したと判断するように構成され得る。
それに対し、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧未満である場合、制御部１２０は、バッテリーに正極副反応が発生したと判断するように構成され得る。
例えば、図２の実施形態において、第１ターゲットピークＴＰ１の電圧は基準ピークＲＰの電圧を超えている。したがって、制御部１２０は、第１微分プロファイルＤＰ１に対応するバッテリーに負極副反応が発生したと判断し得る。
他の例として、図３の実施形態において、第２ターゲットピークＴＰ２の電圧は、基準ピークＲＰの電圧未満である。したがって、制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２に対応するバッテリーに正極副反応が発生したと判断し得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、微分プロファイルに含まれた一つのピークの挙動に基づいて、バッテリーに対する副反応発生如何及び副反応の種類（正極副反応または負極副反応）を非破壊的且つ迅速に診断することができる。
一方、バッテリー診断装置１００に備えられた制御部１２０は、本発明で行われる多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、特定用途向け集積回路）、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。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、制御部１２０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メモリに保存され、制御部１２０によって実行され得る。メモリは、制御部１２０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１２０に接続され得る。
また、バッテリー診断装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、バッテリー診断装置１００の各構成要素が動作及び機能を行うのに必要なデータ、若しくは、プログラムまたは動作及び機能が行われる過程で生成されるデータなどを保存し得る。保存部１３０は、データを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記録手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、情報記録手段には、ＲＡＭ、フラッシュ（登録商標）メモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどが含まれ得る。また、保存部１３０は、制御部１２０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを保存し得る。
例えば、保存部１３０は、プロファイル生成部１１０が取得したバッテリープロファイル及びプロファイル生成部１１０によって生成された微分プロファイルを保存し得る。そして、制御部１２０は、プロファイル生成部１１０から微分プロファイルを直接受信してもよく、保存部１３０にアクセスして微分プロファイルを取得してもよい。
以下、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、制御部１２０がバッテリーに発生した副反応の原因を具体的に診断する内容について説明する。
制御部１２０は、負極副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに含まれた電解質の一部が分解されたと判断するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、バッテリーに含まれた電解質の一部が還元分解され、負極副反応が発生したと判断し得る。
負極副反応の一例として、制御部１２０は、電解質の一部が分解されてバッテリーの負極にリチウムが析出されたと判断するように構成され得る。すなわち、制御部１２０は、負極副反応が発生したと判断された場合、バッテリーの負極にリチウムが析出されたと判断するように構成され得る。
制御部１２０は、ターゲットピークの電圧が基準ピークＲＰの電圧を超過した場合、バッテリーに負極副反応が発生しており、負極副反応は電解質の一部の還元分解によるリチウムメッキ（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｌａｔｉｎｇ）が原因であると判断し得る。
具体的には、バッテリーの負極にリチウムメッキが発生した場合、バッテリーの高ＳＯＣ区間（例えば、ＳＯＣ９０％～１００％区間）で負極容量が損失され得る。すなわち、バッテリーの負極に金属リチウムが析出され、高ＳＯＣ区間で負極容量が損失され得る。この場合、電圧補償のため（バッテリーの電圧を維持するため）、バッテリーを充電する場合、バッテリーの負極の低ＳＯＣ区間（例えば、ＳＯＣ０％～１０％区間）の容量がさらに使用され得る。このような原因により、ターゲットピークに対応する電圧が高電圧側にシフトし、基準電圧よりも大きくなり得る。
すなわち、負極副反応の発生によってバッテリープロファイルの概形が変更され得る。また、概形が変形されたバッテリープロファイルに対応する微分プロファイルに含まれるターゲットピークに対応する電圧は、高電圧側にシフトし得る。
図４は、本発明の一実施形態による第１微分プロファイルＤＰ１に対応するバッテリープロファイルを概略的に示した図である。
図４の実施形態において、第１バッテリープロファイルＢＰ１、第１負極プロファイルＮＰ１、及び第１正極プロファイルＰＰ１は、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーに対するプロファイルであり得る。そして、第２バッテリープロファイルＢＰ２及び第２正極プロファイルＰＰ２は、ＭＯＬ（Ｍｉｄｄｌｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーに対するプロファイルであり得る。すなわち、バッテリーの負極にリチウムメッキが発生した場合、バッテリーの高ＳＯＣ区間（Ｒ１）での負極容量損失によって、第１正極プロファイルＰＰ１は第２正極プロファイルＰＰ２のように変更され、第１バッテリープロファイルＢＰ１は第２バッテリープロファイルＢＰ２のように変更され得る。
そして、図４の実施形態において、第１のＳＯＣ（Ｓ１）は、ＢＯＬ状態及びＭＯＬ状態のバッテリーに対応するターゲットピークに対するＳＯＣであり得る。また、第１電圧（Ｖ１）はＢＯＬ状態のバッテリーに対応するターゲットピークに対する電圧であり、第２電圧（Ｖ２）はＭＯＬ状態のバッテリーに対応するターゲットピークに対する電圧であり得る。
すなわち、第１のＳＯＣ（Ｓ１）に対応する第１バッテリープロファイルＢＰ１の電圧は第１電圧（Ｖ１）であり、第１のＳＯＣ（Ｓ１）に対応する第２バッテリープロファイルＢＰ２の電圧は第２電圧（Ｖ２）であり得る。
具体的には、図２及び図４を参照すると、図４の第１電圧（Ｖ１）は図２の基準ピークＲＰに対応する電圧である、第２電圧（Ｖ２）は図２の第１ターゲットピークＴＰ１に対応する電圧であり得る。すなわち、バッテリーの負極にリチウムメッキが発生すれば、第１ターゲットピークＴＰ１に対応する電圧が高電圧側にシフトするため、第１ターゲットピークＴＰ１の電圧が基準ピークＲＰの電圧よりも大きくなり得る。
したがって、制御部１２０は、ターゲットピークの電圧が基準電圧を超過すれば、バッテリーに負極副反応が発生したと判断できるだけでなく、負極副反応の原因を負極で発生したリチウムメッキと具体的に診断することができる。
制御部１２０は、正極副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに含まれた電解質の一部が分解されたと判断するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、バッテリーに含まれた電解質の一部が酸化分解され、正極副反応が発生したと判断し得る。
一般に、バッテリーが高温に長期間晒された場合、バッテリーに含まれた電解質が分解され、分解された電解質から正極側にリチウムイオンが供給され得る。この場合、正極は、負極及び分解された電解質からリチウムイオンの供給を受けることになる。したがって、負極及び分解された電解質からのリチウムイオンの供給によって、バッテリーの正極高電圧側の容量が使用されなくなり得る。
正極副反応の一例として、制御部１２０は、電解質の一部が分解されてバッテリーの正極の非使用容量が増加したと判断するように構成され得る。
具体的には、バッテリーに含まれた電解質の一部が酸化分解された場合、分解された電解質から放出されたリチウムイオンが正極に供給され得る。この場合、高ＳＯＣ区間（例えば、ＳＯＣ９０％～１００％区間）で正極が自己放電するため、バッテリー充電時に正極の高ＳＯＣ区間が使用されない正極副反応が発生し得る。
また、正極副反応によって高ＳＯＣ区間で正極が使用されなくなることで、バッテリーの充電時、電圧補償のために正極の低ＳＯＣ区間がさらに使用され得る。したがって、正極副反応によってバッテリープロファイルの概形が変更され得る。また、概形が変形されたバッテリープロファイルに対応する微分プロファイルに含まれるターゲットピークに対応する電圧は、低電圧側にシフトし得る。
図５は、本発明の一実施形態による第２微分プロファイルＤＰ２に対応するバッテリープロファイルを概略的に示した図である。
図５の実施形態において、第１バッテリープロファイルＢＰ１、第１負極プロファイルＮＰ１、及び第１正極プロファイルＰＰ１は、ＢＯＬ状態のバッテリーに対するプロファイルであり得る。そして、第２バッテリープロファイルＢＰ２、第２負極プロファイルＮＰ２、及び第２正極プロファイルＰＰ２は、ＭＯＬ状態のバッテリーに対するプロファイルであり得る。すなわち、バッテリーの正極副反応が発生した場合、高ＳＯＣ区間（Ｒ２）で正極が使用されないことで、第１正極プロファイルＰＰ１は第２正極プロファイルＰＰ２のように変更され、第１負極プロファイルＮＰ１は第２負極プロファイルＮＰ２のように変更され、第１バッテリープロファイルＢＰ１は第２バッテリープロファイルＢＰ２のように変更され得る。
図５の実施形態において、第１のＳＯＣ（Ｓ１）及び第１電圧（Ｖ１）はＢＯＬ状態のバッテリーに対応するターゲットピークに対するＳＯＣ及び電圧であり、第２のＳＯＣ（Ｓ２）及び第２電圧（Ｖ２）はＭＯＬ状態のバッテリーに対応するターゲットピークに対するＳＯＣ及び電圧であり得る。
一方、図５の実施形態において、高ＳＯＣ区間（Ｒ２）で第２正極プロファイルＰＰ２、第２負極プロファイルＮＰ２、及び第２バッテリープロファイルＢＰ２が点線で示されたのは、高ＳＯＣ区間（Ｒ２）で正極が使用されないことを示すものである。
すなわち、第１のＳＯＣ（Ｓ１）に対応する第１バッテリープロファイルＢＰ１の電圧は第１電圧（Ｖ１）であり、第２のＳＯＣ（Ｓ２）に対応する第２バッテリープロファイルＢＰ２の電圧は第２電圧（Ｖ２）であり得る。
具体的には、図３及び図５を参照すると、図５の第１電圧（Ｖ１）は図３の基準ピークＲＰに対応する電圧であり、第２電圧（Ｖ２）は図３の第２ターゲットピークＴＰ２に対応する電圧であり得る。すなわち、バッテリーの正極に副反応が発生すれば、第２ターゲットピークＴＰ２に対応する電圧が低電圧側にシフトするため、第２ターゲットピークＴＰ２の電圧が基準ピークＲＰの電圧よりも小さくなり得る。
したがって、制御部１２０は、ターゲットピークの電圧が基準電圧未満であれば、バッテリーに正極副反応が発生したと判断できるだけでなく、正極副反応の原因をバッテリーに含まれた電解質の一部の酸化分解と具体的に診断することができる。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、温度測定部１４０をさらに含み得る。
温度測定部１４０は、バッテリーの温度を測定するように構成され得る。例えば、温度測定部１４０は、バッテリーの温度を周期的に測定し、温度測定信号が入力されれば、温度測定周期ではなくてもバッテリーの温度を測定し得る。
温度測定部１４０によって測定されたバッテリーの温度情報は、保存部１３０に累積保存され得る。
制御部１２０は、保存部１３０に保存されたバッテリーの温度情報を考慮して、バッテリーが長期間高温に晒されたか否かを判断し得る。もし、バッテリーが長期間基準温度以上の状態を維持した場合、制御部１２０は、バッテリーで発生した正極副反応の原因を高温露出による電解質の分解と判断し得る。
一方、制御部は、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに対する充電Ｃ－レート（ｃｕｒｒｅｎｔ ｒａｔｅ）、可用ＳＯＣ、及び上限温度のうちの少なくとも一つを含む使用条件を変更するように構成され得る。
具体的には、負極副反応が発生したと判断された場合、制御部１２０は、バッテリーに対する充電Ｃ－レートの上限を減少させるように構成され得る。
上述したように、制御部１２０は、負極副反応の発生原因をバッテリーの負極におけるリチウムメッキの発生と判断し得る。したがって、制御部１２０は、負極メッキがそれ以上発生することを防止するため、バッテリーに対する充電Ｃ－レートの上限を減少させ得る。
望ましくは、制御部１２０は、リチウムメッキの発生を防止するため、バッテリーに対する充電Ｃ－レートの上限だけでなく、放電Ｃ－レートの上限も減少させ得る。
また、正極副反応が発生したと判断された場合、制御部１２０は、バッテリーに対する可用ＳＯＣの上限を減少させるように構成され得る。
上述したように、制御部１２０は、正極副反応の発生原因をバッテリーに含まれた電解質の酸化分解と判断し得る。したがって、制御部１２０は、電解液がそれ以上分解されることを防止するため、バッテリーの可用ＳＯＣの上限を減少させ得る。
また、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、制御部１２０は、バッテリーに対する上限温度を減少させるように構成され得る。
すなわち、バッテリーに負極副反応または正極副反応が発生したと判断された場合、制御部１２０は、副反応の発生を抑制するため、バッテリーに対する上限温度を減少させるように構成され得る。
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１００は、バッテリーに対する副反応発生如何及び副反応の種類を具体的に診断し、診断結果に応じてバッテリーに対する最適の使用条件を設定することができる。バッテリー診断装置１００によって設定された使用条件でバッテリーが運用される場合、バッテリーに副反応が発生することを抑制（または、遅延）可能であるため、結果的にバッテリーの寿命が増大できる。
本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリー管理システム）に適用可能である。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー診断装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー診断装置１００の各構成要素の少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、バッテリー診断装置１００のプロファイル生成部１１０、制御部１２０、保存部１３０及び温度測定部１４０は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、バッテリーパックに備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリー診断装置１００及び一つ以上のバッテリーセルを含み得る。また、バッテリーパックは、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含み得る。
すなわち、バッテリーパックに含まれたバッテリー診断装置１００によってバッテリーに対する最適の使用条件が設定され、設定された使用条件に従ってバッテリーパックに含まれたバッテリーを運用可能である。したがって、バッテリーに副反応が発生することが防止され、バッテリーの寿命が増大できる。
また、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、バッテリー検査装置に含まれる。バッテリー検査装置は、バッテリーに対する副反応発生如何及び副反応の種類を診断して、バッテリーに対する最適の使用条件を設定し得る。バッテリー検査装置によって設定された使用条件はサーバ及び／またはバッテリーが備えられるバッテリーパックのＢＭＳに保存され得る。したがって、バッテリーを設定された使用条件に従って運用可能である。
図６は、本発明の他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図である。
望ましくは、バッテリー診断方法の各段階は、バッテリー診断装置１００によって実行できる。以下では、説明の便宜上、上述した説明と重なる内容は省略するか又は簡単に説明する。
図６を参照すると、バッテリー診断方法は、バッテリープロファイル取得段階Ｓ１００、微分プロファイル生成段階Ｓ２００、ターゲットピーク決定段階Ｓ３００、電圧比較段階Ｓ４００、副反応発生判断段階Ｓ５００、及びバッテリー使用条件設定段階Ｓ６００を含む。
バッテリープロファイル取得段階Ｓ１００は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得する段階であって、プロファイル生成部１１０によって実行できる。
例えば、図４の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、第２バッテリープロファイルＢＰ２を取得し得る。
他の例として、図５の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、第２バッテリープロファイルＢＰ２を取得し得る。
微分プロファイル生成段階Ｓ２００は、バッテリープロファイル取得段階Ｓ１００で取得されたバッテリープロファイルに基づいて電圧と電圧に対する微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成する段階であって、プロファイル生成部１１０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、取得したバッテリープロファイルに基づいて、第１微分プロファイルＤＰ１を生成し得る。
他の例として、図３の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、取得したバッテリープロファイルに基づいて、第２微分プロファイルＤＰ２を生成し得る。
ターゲットピーク決定段階Ｓ３００は、微分プロファイル生成段階Ｓ２００で生成された微分プロファイルからターゲットピークを決定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、第１微分プロファイルＤＰ１から、基準ピークＲＰの電圧を基準にして所定の電圧区間内で第１ターゲットピークＴＰ１を決定し得る。
他の例として、図３の実施形態において、制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２から、基準ピークＲＰの電圧を基準にして所定の電圧区間内で第２ターゲットピークＴＰ２を決定し得る。
電圧比較段階Ｓ４００は、バッテリーに対して予め設定された基準プロファイルＲの基準ピークＲＰの電圧と決定されたターゲットピークの電圧とを比較する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１２０は、第１ターゲットピークＴＰ１に対応する電圧が基準ピークＲＰに対応する電圧よりも大きいと判断し得る。
他の例として、図３の実施形態において、制御部１２０は、第２ターゲットピークＴＰ２に対応する電圧が基準ピークＲＰに対応する電圧よりも小さいと判断し得る。
副反応発生判断段階Ｓ５００は、電圧比較段階Ｓ４００の比較結果に基づいて、バッテリーに対する負極副反応発生、または、正極副反応発生を判断する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
具体的には、制御部１２０は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧を超過する場合、バッテリーに負極副反応が発生したと判断し得る。それに対し、制御部１２０は、ターゲットピークの電圧が基準ピークの電圧未満である場合、バッテリーに正極副反応が発生したと判断し得る。
例えば、図２の実施形態において、第１ターゲットピークＴＰ１の電圧が基準ピークＲＰの電圧を超えたため、制御部１２０は、バッテリーに負極副反応が発生したと判断し得る。
他の例として、図３の実施形態において、第２ターゲットピークＴＰ２の電圧が基準ピークＲＰの電圧未満であるため、制御部１２０は、バッテリーに正極副反応が発生したと判断し得る。
副反応発生判断段階Ｓ５００の後、バッテリー使用条件設定段階Ｓ６００がさらに含まれ得る。
バッテリー使用条件設定段階Ｓ６００は、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、バッテリーの使用条件を設定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
具体的には、制御部１２０は、バッテリーに副反応が発生したと判断された場合、バッテリーに対する充電Ｃ－レート、可用ＳＯＣ、及び上限温度のうちの少なくとも一つを含む使用条件を変更し得る。したがって、変更された使用条件に従ってバッテリーが運用されることで、バッテリーの寿命が増大できる。
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。
１００：バッテリー診断装置
１１０：プロファイル生成部
１２０：制御部
１３０：保存部
１４０：温度測定部

Claims (11)

  1. バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得し、取得されたバッテリープロファイルに基づいて前記電圧と前記電圧に対する微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成するプロファイル生成部と、
    前記プロファイル生成部から前記微分プロファイルを受信し、前記微分プロファイルからターゲットピークを決定し、前記バッテリーに対して予め設定された基準プロファイルの基準ピークの電圧と前記決定されたターゲットピークの電圧とを比較し、比較結果に基づいて前記バッテリーに負極副反応が発生したかを判断し、比較結果に基づいて前記バッテリーに正極副反応が発生したかを判断する制御部と、を含む、バッテリー診断装置。
  2. 前記制御部は、
    前記基準ピークの電圧と前記ターゲットピークの電圧との大小を比較し、比較結果に基づいて前記バッテリーに前記負極副反応が発生したかを判断し、比較結果に基づいて前記バッテリーに前記正極副反応が発生したかを判断する、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  3. 前記制御部は、
    前記ターゲットピークの電圧が前記基準ピークの電圧を超過する場合、前記バッテリーに前記負極副反応が発生したと判断し、
    前記ターゲットピークの電圧が前記基準ピークの電圧未満である場合、前記バッテリーに前記正極副反応が発生したと判断する、請求項２に記載のバッテリー診断装置。
  4. 前記制御部は、
    前記負極副反応または前記正極副反応が発生したと判断された場合、前記バッテリーに含まれた電解質の一部が分解されたと判断する、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. 前記制御部は、
    前記バッテリーに前記負極副反応または前記正極副反応が発生したと判断された場合、前記バッテリーに対する充電Ｃ－レート、可用ＳＯＣ、及び上限温度のうちの少なくとも一つを含む使用条件を変更する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
  6. 前記制御部は、
    前記負極副反応が発生したと判断された場合、前記バッテリーに対する充電Ｃ－レートの上限を減少させ、
    前記正極副反応が発生したと判断された場合、前記バッテリーに対する可用ＳＯＣの上限を減少させる、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. 前記制御部は、
    前記バッテリーに前記負極副反応または前記正極副反応が発生したと判断された場合、前記バッテリーに対する上限温度を減少させる、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。
  8. 前記制御部は、
    前記微分プロファイルから前記基準ピークの電圧を基準にして所定の電圧区間内で前記ターゲットピークを決定する、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
  9. 請求項１から８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。
  10. 請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置を含む、バッテリー検査装置。
  11. バッテリーの電圧と容量との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得するバッテリープロファイル取得段階と、
    前記バッテリープロファイル取得段階で取得されたバッテリープロファイルに基づいて前記電圧と前記電圧に対する微分容量との対応関係を示す微分プロファイルを生成する微分プロファイル生成段階と、
    前記微分プロファイル生成段階で生成された前記微分プロファイルからターゲットピークを決定するターゲットピーク決定段階と、
    前記バッテリーに対して予め設定された基準プロファイルの基準ピークの電圧と前記決定されたターゲットピークの電圧とを比較する電圧比較段階と、
    前記電圧比較段階の比較結果に基づいて前記バッテリーに負極副反応が発生したかを判断する負極副反応発生判断段階と、
    前記電圧比較段階の比較結果に基づいて前記バッテリーに正極副反応が発生したかを判断する正極副反応発生判断段階と、を含む、バッテリー診断方法。
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