JP7419648B2 - バッテリー分類装置及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、２０２１年１月２５日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００１０３０９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、バッテリー分類装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーの容量及び電圧に基づいてバッテリーを分類するバッテリー分類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。
一般に、バッテリーは含まれる負極材または正極材によって分類され得る。
例えば、バッテリーは、１００％黒鉛系負極材を含むバッテリー、黒鉛及び非黒鉛系負極材を含むバッテリー、または１００％非黒鉛系負極材を含むバッテリーに分類され得る。
参考までに、バッテリーは、ＮＭＣＯ（ニッケルマンガンコバルト酸化物）正極材を含むバッテリー、ＮＭＣＯ及び非ＮＭＣＯ正極材を含むバッテリー、または非ＮＭＣＯ正極材を含むバッテリーに分類され得る。ここで、Ｎはニッケル（Ｎｉ）、Ｍはマンガン（Ｍｎ）、Ｃはコバルト（Ｃｏ）、Ｏは酸化物を意味する。より具体的には、ＮＭＣＯ正極材に含まれたＮの含量によって、高ニッケル系バッテリーと低ニッケル系バッテリーとに分類され得る。例えば、Ｎの含量が７０％以上である場合、高ニッケル系バッテリーに分類され得る。
バッテリーは、含まれた負極材の種類によってバッテリーの特性が変わり得るため、負極材の種類に対応するようにバッテリーを制御することが重要である。そのためには、まず、バッテリーに含まれた負極材の種類を決定する必要があるが、従来はバッテリーを分解して直接負極材を確認しなければならないという問題がある。また、封止されたバッテリーを分解する過程でクラックなどが発生してバッテリーを再使用できなくなるおそれがあり、分解されたバッテリーを再び組み立てるのに多大なコストと時間がかかる。したがって、非破壊的な方式でバッテリーを分類する技術の開発が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの電圧及び容量に基づいて、非破壊的にバッテリーを分類することができるバッテリー分類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分類装置は、バッテリーの容量及び電圧に対するバッテリー情報を取得し、容量及び電圧に基づいた微分電圧と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取得し、取得された微分プロファイルから複数のピークを検出し、検出された複数のピークの個数及び微分電圧に対して予め設定された複数の分類条件に基づいて、予め設定された複数のグループのうちのいずれか一つとしてバッテリーを分類するように構成された制御部と、を含む。
複数の分類条件は、第１容量区間に対応する微分電圧が基準値以上であるピークが存在するかについての第１分類条件と、第２容量区間に対応する微分電圧が基準値以上であるピークが存在するかについての第２分類条件と、を含むように設定され得る。
制御部は、微分プロファイルの所定の容量区間において、対応する微分電圧が最も低い容量を基準にして第１容量区間及び第２容量区間を設定するように構成され得る。
制御部は、複数のピークのうちの対応する微分電圧が最も大きいピークをターゲットピークとして選択し、選択されたターゲットピークの微分電圧に基づいて第１微分電圧を決定し、微分プロファイルの最低微分電圧に基づいて第２微分電圧を決定し、第１微分電圧及び第２微分電圧のうちのより大きい値を基準値として設定するように構成され得る。
制御部は、ターゲットピークの微分電圧よりも第１参照値だけ小さい値を第１微分電圧として決定し、最低微分電圧よりも第２参照値だけ大きい値を第２微分電圧として決定するように構成され得る。
制御部は、バッテリーが第１分類条件及び第２分類条件をすべて満足すれば、バッテリーを第１グループに分類するように構成され得る。
制御部は、バッテリーが第１分類条件及び第２分類条件の少なくとも一つを満足しなければ、バッテリーを第２グループに分類するように構成され得る。
制御部は、第１グループに分類されたバッテリーを、黒鉛系負極材を含むＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）バッテリーまたはＭＯＬ（Ｍｉｄｄｌｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ）バッテリーと決定するように構成され得る。
制御部は、第２グループに分類されたバッテリーを、非黒鉛系負極材を含むバッテリー、または黒鉛系負極材を含むＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ）バッテリーと決定するように構成され得る。
制御部は、第１グループに分類されたバッテリーを再使用可能なバッテリーと決定し、第２グループに分類されたバッテリーを再使用不可能なバッテリーと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分類装置を含む。
本発明のさらに他の一態様によるバッテリー分類方法は、バッテリーの容量及び電圧に基づいた微分電圧と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、微分プロファイルから複数のピークを検出する複数のピーク検出段階と、検出された複数のピークの個数及び微分電圧に対して予め設定された複数の分類条件に基づいて、予め設定された複数のグループのうちのいずれか一つとしてバッテリーを分類するバッテリー分類段階と、を含む。
本発明の一態様によるバッテリー分類装置は、非破壊的な方式を通じて負極材の種類及びバッテリーの状態によってバッテリーを分類することができる。さらに、バッテリー分類装置は、バッテリーを再使用可能バッテリーまたは再使用不可能バッテリーにさらに具体的に分類することができる。
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。
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分類装置１００を概略的に示した図である。
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分類装置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、バッテリーの容量及び電圧に対するバッテリー情報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、リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池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は、バッテリーの容量と電圧との対応関係を示すバッテリープロファイルを取得し得る。すなわち、バッテリープロファイルには、バッテリーの容量と電圧とがマッピングされたバッテリー情報が含まれ得る。
プロファイル生成部１１０は、容量及び電圧に基づいた微分電圧と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。
ここで、微分電圧は、バッテリー情報に含まれた電圧を容量で微分した値であって、「ｄＶ／ｄＱ」で表され得る。すなわち、微分電圧は、容量に対する電圧の瞬間変化率を示す値であり得る。微分プロファイルは、図２の実施形態を参照して説明する。
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を概略的に示した図である。
具体的には、第１微分プロファイルＤＰ１は、ニッケル含量８０％のＮＭＣＯ正極材を含み、１００％黒鉛系負極材を含むバッテリーに対する微分プロファイルである。また、第１微分プロファイルＤＰ１は、バッテリーが２５℃、０．０５Ｃ－レートで充電されるときに取得されたバッテリーの電圧及び容量に基づいて生成された微分プロファイルである。
図２の実施形態において、プロファイル生成部１１０は、取得されたバッテリー情報に基づいて、容量と微分電圧との対応関係を示す第１微分プロファイルＤＰ１を生成し得る。具体的には、第１微分プロファイルＤＰ１において、バッテリーの容量は０～１の容量区間を有するように正規化され得る。これにより、複数のバッテリーが分類されるとき、複数のバッテリーに対する容量区間が正規化されることで、複数のバッテリーが同一条件下で分類され得る。
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取得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は生成した第１微分プロファイルＤＰ１を制御部１２０に送信し、制御部１２０はプロファイル生成部１１０から第１微分プロファイルＤＰ１を受信し得る。
制御部１２０は、取得された微分プロファイルから複数のピークを検出するように構成され得る。
ここで、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。すなわち、ピークは、容量に対する微分電圧の変化率が０である地点であって、ピークを基準にして低容量側は変化率が正であり、高容量側は変化率が負であり得る。
例えば、図２の実施形態による第１微分プロファイルＤＰ１において、制御部１２０は、第１ピークＰ１、第２ピークＰ２、第３ピークＰ３及び第４ピークＰ４を検出し得る。
制御部１２０は、検出された複数のピークの個数及び微分電圧に対して予め設定された複数の分類条件に基づいて、予め設定された複数のグループのうちのいずれか一つとしてバッテリーを分類するように構成され得る。
具体的には、複数の分類条件は、第１分類条件及び第２分類条件を含み得る。例えば、第１分類条件は、第１容量区間ＲＲ１に対応する微分電圧が基準値Ｒ以上であるピークが存在するかについての分類条件であり得る。そして、第２分類条件は、第２容量区間ＲＲ２に対応する微分電圧が基準値Ｒ以上であるピークが存在するかについての分類条件であり得る。
例えば、図２の実施形態において、第１容量区間ＲＲ１には第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２が含まれ、第２容量区間ＲＲ２には第３ピークＰ３及び第４ピークＰ４が含まれ得る。第１ピークＰ１の微分電圧ｄ１及び第２ピークＰ２の微分電圧ｄ２が基準値Ｒ以上であるため、バッテリーは第１分類条件を満足し得る。また、第３ピークＰ３の微分電圧ｄ３及び第４ピークＰ４の微分電圧ｄ４も基準値Ｒ以上であるため、バッテリーは第２分類条件を満足し得る。
制御部１２０は、バッテリーが第１分類条件及び第２分類条件をすべて満足すれば、バッテリーを第１グループに分類するように構成され得る。逆に、制御部１２０は、バッテリーが第１分類条件及び第２分類条件の少なくとも一つを満足しなければ、バッテリーを第２グループに分類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、バッテリーは第１分類条件及び第２分類条件をすべて満足したため、第１グループに分類され得る。
より具体的には、制御部１２０は、第１グループに分類されたバッテリーを、黒鉛系負極材を含むＢＯＬバッテリーまたはＭＯＬバッテリーと決定するように構成され得る。また、制御部１２０は、第２グループに分類されたバッテリーを、非黒鉛系負極材を含むバッテリー、または黒鉛系負極材を含むＥＯＬバッテリーと決定するように構成され得る。
すなわち、制御部１２０は、第１グループに分類されたバッテリーを再使用可能なバッテリーと決定するように構成され得る。また、制御部１２０は、第２グループに分類されたバッテリーを再使用不可能なバッテリーと決定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グループに分類されたバッテリーは、ＢＯＬバッテリーまたはＭＯＬバッテリーとして見なされて再使用可能なバッテリーに分類され得る。
一般に、１００％黒鉛系負極材を含むバッテリーは、黒鉛及び非黒鉛系負極材を含むバッテリーまたは１００％非黒鉛系負極材を含むバッテリーに比べて、充放電寿命が相対的に長いと知られている。すなわち、１００％黒鉛系負極材を含むバッテリーは、相対的に長い寿命のため、再使用されても高い性能効率を示し得る。
したがって、バッテリー分類装置１００は、非破壊的な方式を通じて負極材の種類及びバッテリーの状態によってバッテリーを分類することができる。さらに、バッテリー分類装置１００は、バッテリーを再使用可能バッテリーまたは再使用不可能バッテリーにさらに具体的に分類することができる。
例えば、電気自動車に搭載されるバッテリーは、約２００，０００ｋｍ以上走行すると性能が低下し、廃バッテリーに分類されて交換が要求される。しかし、このような廃バッテリーは、エネルギー密度が高いため、他の分野に十分に適用可能である。すなわち、廃バッテリーは、電気自動車に適用される場合のみに最大性能を発揮できないだけで、ＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：エネルギー貯蔵システム）などの、電気自動車に比べて充放電が頻繁ではなく高いエネルギー密度を必要とする２次、３次使用先に適用されれば、残存寿命だけ再使用され得る。また、このような廃バッテリーが２次、３次的に再使用されずに廃棄処理されれば、環境汚染の面でも悪影響を及ぼし得る。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー分類装置１００は、再使用可能なバッテリーを非破壊的な方式で分類できるため、廃バッテリーの再使用及びリサイクルによってバッテリーの生産コストを節減し、環境汚染を最小化するという大きい長所がある。
一方、バッテリー分類装置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、バッテリー分類装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、バッテリー分類装置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、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情報を保存し得る。また、保存部１３０は、ＢＯＬバッテリーの電圧と容量との対応関係を示すＢＯＬバッテリー情報を保存し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、保存部１３０にアクセスしてバッテリー情報を取得し、取得されたバッテリー情報に基づいてバッテリーに対する微分プロファイルを生成し得る。
また、保存部１３０は、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。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にアクセスして保存された微分プロファイルを取得してもよい。また、制御部１２０は、保存部１３０にアクセスしてバッテリー情報及びＢＯＬバッテリー情報も取得し得る。
以下、制御部１２０が微分プロファイルの容量区間を第１容量区間ＲＲ１と第２容量区間ＲＲ２とに区分する実施形態について説明する。
制御部１２０は、微分プロファイルの所定の容量区間ＲＱにおいて、対応する微分電圧が最も低い容量を基準にして第１容量区間ＲＲ１及び第２容量区間ＲＲ２を設定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、所定の容量区間ＲＱは、０．３～０．５に予め設定され得る。そして、制御部１２０は、所定の容量区間ＲＱで最も低い微分電圧に対応する容量を基準にして第１容量区間ＲＲ１及び第２容量区間ＲＲ２を設定し得る。すなわち、制御部１２０は、所定の容量区間ＲＱで最も低い微分電圧に対応する容量を基準にして低容量区間及び高容量区間を設定し得る。
正極材及び負極材を含むバッテリーの特性上、低容量区間における微分電圧は相対的に負極の影響を多く受け、高容量区間における微分電圧は相対的に正極の影響を多く受け得る。これは、微分電圧だけでなく、「ｄＱ／ｄＶ」で表され得る微分容量においても同様である。
制御部１２０は、相対的に負極の影響を多く受ける第１容量区間ＲＲ１での複数のピークの微分電圧に基づいて、バッテリーが第１分類基準を満足するかを判断し得る。また、制御部１２０は、相対的に正極の影響を多く受ける第２容量区間ＲＲ２での複数のピークの微分電圧に基づいて、バッテリーが第２分類基準を満足するかを判断し得る。すなわち、制御部１２０は、容量区間によるバッテリーの特性を考慮してバッテリーが第１分類基準及び第２分類基準をそれぞれ満足するかを判断することで、バッテリー分類の正確度及び信頼度を向上させることができる。
以下、制御部１２０が第１分類基準満足如何及び第２分類基準満足如何を判断する基準になる基準値Ｒを設定する実施形態について説明する。
制御部１２０は、複数のピークのうちの対応する微分電圧が最も大きいピークをターゲットピークとして選択するように構成され得る。
ここで、制御部１２０は、第１容量区間ＲＲ１及び第２容量区間ＲＲ２を設定する実施形態とは異なり、バッテリーの全体容量区間でターゲットピークを選択し得る。例えば、図２の実施形態において、微分電圧が最大である第３ピークＰ３がターゲットピークＴＰ１と決定され得る。
制御部１２０は、選択されたターゲットピークの微分電圧に基づいて第１微分電圧Ｒ１を決定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、ターゲットピークの微分電圧よりも第１参照値ｒ１だけ小さい値を第１微分電圧Ｒ１として決定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、ターゲットピークＴＰ１の微分電圧はｄ３である。制御部１２０は、ターゲットピークＴＰ１の微分電圧ｄ３よりも第１参照値ｒ１だけ小さい値を第１微分電圧Ｒ１と決定し得る。
制御部１２０は、微分プロファイルの最低微分電圧Ｌに基づいて第２微分電圧Ｒ２を決定するように構成され得る。
具体的には、制御部１２０は、最低微分電圧Ｌよりも第２参照値ｒ２だけ大きい値を第２微分電圧Ｒ２として決定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、微分プロファイルの最低微分電圧ＬはＬである。制御部１２０は、最低微分電圧Ｌよりも第２参照値ｒ２だけ大きい値を第２微分電圧Ｒ２と決定し得る。
制御部１２０は、第１微分電圧Ｒ１及び第２微分電圧Ｒ２のうちのより大きい値を基準値Ｒとして設定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微分電圧Ｒ１が第２微分電圧Ｒ２よりも大きいため、第１微分電圧Ｒ１が基準値Ｒとして設定され得る。
一般に、バッテリーの負極材に含まれる非黒鉛系負極活物質は、低容量区間で容量が発現されるため、黒鉛に比べて低容量区間で抵抗及びＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）に対するヒステリシスが大きく、充放電効率が低くなり得る。例えば、非黒鉛系負極活物質にはシリコン（ＳｉＯ）が適用され得る。このような非黒鉛系負極活物質の特性によって、非黒鉛系負極材を含むバッテリーは、低容量区間における微分電圧が黒鉛系負極材を含むバッテリーに比べて低く現れるため、制御部１２０は、第１微分電圧Ｒ１及び第２微分電圧Ｒ２のうちの大きい値を基準値Ｒとして設定することで、バッテリーをより正確に分類することができる。
以下、プロファイル生成部１１０によって生成された複数の微分プロファイルのそれぞれに対する実施形態を説明する。
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を概略的に示した図である。
具体的には、第２微分プロファイルＤＰ２は、ニッケル含量８０％のＮＭＣＯ正極材を含み、１００％非黒鉛系負極材（ＳｉＯ）を含むバッテリーに対する微分プロファイルである。また、第２微分プロファイルＤＰ２は、バッテリーが２５℃、０．０５Ｃ－レートで充電されるときに取得されたバッテリーの電圧及び容量に基づいて生成された微分プロファイルである。
制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２から第４ピークＰ４、第５ピークＰ５及び第６ピークＰ６を検出し得る。そして、制御部１２０は、第４ピークＰ４、第５ピークＰ５及び第６ピークＰ６のうち、微分電圧が最大である第６ピークＰ６をターゲットピークＴＰ２として決定し得る。
制御部１２０は、ターゲットピークＴＰ２の微分電圧ｄ６よりも第１参照値ｒ１だけ小さい値を第１微分電圧Ｒ１として決定し得る。また、制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２の最低微分電圧Ｌよりも第２参照値ｒ２だけ大きい値を第２微分電圧Ｒ２として決定し得る。ここで、第１微分電圧Ｒ１が第２微分電圧Ｒ２よりも大きいため、制御部１２０は、第１微分電圧Ｒ１を基準値Ｒとして設定し得る。
第１容量区間ＲＲ１に含まれた第４ピークＰ４の微分電圧ｄ４が基準値Ｒよりも小さいため、制御部１２０は、バッテリーが第１分類基準を満足しないと判断し得る。
バッテリーが第１グループに分類されるためには、第１分類基準及び第２分類基準をすべて満足しなければならないため、制御部１２０は、バッテリーが第２分類基準を満足するか否かを判断しなくてもバッテリーを第２グループに分類することができる。
望ましくは、制御部１２０は、バッテリーに含まれた負極材の種類によってバッテリーを分類できるため、バッテリーが第１分類基準を満足するか否かを先に判断した後、バッテリーが第２分類基準を満足するか否かを判断し得る。これは、上述したように、低容量区間である第１容量区間ＲＲ１での微分電圧が正極よりは負極の影響をより多く受けるためである。
また、制御部１２０は、バッテリーが非黒鉛系負極材を含むバッテリー、または黒鉛系負極材を含むＥＯＬバッテリーであり、再使用不可能なバッテリーであると分類することができる。
図４は、本発明の一実施形態による第３微分プロファイルＤＰ３を概略的に示した図である。
具体的には、第３微分プロファイルＤＰ３は、ＬＭＯ（リチウムマンガン酸化物）正極材を含み、１００％黒鉛系負極材を含むバッテリーに対する微分プロファイルである。また、第３微分プロファイルＤＰ３は、バッテリーが２５℃、０．０５Ｃ－レートで充電されるときに取得されたバッテリーの電圧及び容量に基づいて生成された微分プロファイルである。
制御部１２０は、第３微分プロファイルＤＰ３から第７ピークＰ７、第８ピークＰ８及び第９ピークＰ９を検出し得る。そして、制御部１２０は、第７ピークＰ７、第８ピークＰ８及び第９ピークＰ９のうち、微分電圧が最大である第７ピークＰ７をターゲットピークＴＰ３として決定し得る。
制御部１２０は、ターゲットピークＴＰ３の微分電圧ｄ７よりも第１参照値ｒ１だけ小さい値を第１微分電圧Ｒ１として決定し得る。また、制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２の最低微分電圧Ｌよりも第２参照値ｒ２だけ大きい値を第２微分電圧Ｒ２として決定し得る。ここで、第１微分電圧Ｒ１が第２微分電圧Ｒ２よりも大きいため、制御部１２０は、第１微分電圧Ｒ１を基準値Ｒとして設定し得る。
第１容量区間ＲＲ１に含まれた第７ピークＰ７の微分電圧ｄ７及び第８ピークＰ８の微分電圧ｄ８が基準値Ｒよりも大きいため、制御部１２０は、バッテリーが第１分類基準を満足すると判断し得る。
また、第２容量区間ＲＲ２に含まれた第９ピークＰ９の微分電圧ｄ９が基準値Ｒよりも大きいため、制御部１２０は、バッテリーが第２分類基準を満足すると判断し得る。
バッテリーが第１分類基準及び第２分類基準をすべて満足すると判断されたため、制御部１２０は、バッテリーを第１グループに分類することができる。また、制御部１２０は、バッテリーが１００％黒鉛系負極材を含むＢＯＬバッテリーまたはＭＯＬバッテリーであり、再使用可能なバッテリーであると分類することができる。
図５は、本発明の一実施形態による第４微分プロファイルＤＰ４を概略的に示した図である。
具体的には、第４微分プロファイルＤＰ４は、ＬＭＯ（リチウムマンガン酸化物）正極材を含み、１００％非黒鉛系負極材（ＳｉＯ）を含むバッテリーに対する微分プロファイルである。また、第４微分プロファイルＤＰ４は、バッテリーが２５℃、０．０５Ｃ－レートで充電されるときに取得されたバッテリーの電圧及び容量に基づいて生成された微分プロファイルである。
制御部１２０は、第４微分プロファイルＤＰ４から第１０ピークＰ１０及び第１１ピークＰ１１を検出し得る。そして、制御部１２０は、第１１ピークＰ１１及び第１２ピークのうち、微分電圧が最大である第１１ピークＰ１１をターゲットピークＴＰ４として決定し得る。
制御部１２０は、ターゲットピークＴＰ４の微分電圧ｄ１１よりも第１参照値ｒ１だけ小さい値を第１微分電圧Ｒ１として決定し得る。また、制御部１２０は、第２微分プロファイルＤＰ２の最低微分電圧Ｌよりも第２参照値ｒ２だけ大きい値を第２微分電圧Ｒ２として決定し得る。ここで、第２微分電圧Ｒ２が第１微分電圧Ｒ１よりも大きいため、制御部１２０は、第２微分電圧Ｒ２を基準値Ｒとして設定し得る。
ここで、図２～図５の実施形態を参照すると、第１微分電圧Ｒ１が常に第２微分電圧Ｒ２よりも大きいとは言えない。したがって、制御部１２０は、ターゲットピークの微分電圧に基づいて決定された第１微分電圧Ｒ１と最低微分電圧Ｌに基づいて決定された第２微分電圧Ｒ２との大小を比較することで基準値Ｒを設定する。
第１容量区間ＲＲ１にはピークが一つも含まれていないため、制御部１２０は、バッテリーが第１分類基準を満足しないと判断し得る。したがって、制御部１２０は、バッテリーが第２分類基準を満足するか否かを判断しなくてもバッテリーを第２グループに分類することができる。
また、制御部１２０は、バッテリーが非黒鉛系負極材を含むバッテリー、または黒鉛系負極材を含むＥＯＬバッテリーであり、再使用不可能なバッテリーであると分類することができる。
本発明によるバッテリー分類装置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分類装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー分類装置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、バッテリー分類装置１００のプロファイル生成部１１０、制御部１２０及び保存部１３０は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明によるバッテリー分類装置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分類装置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。
図６は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。
測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１、第２センシングラインＳＬ２及び第３センシングラインＳＬ３に接続され得る。
具体的には、第１センシングラインＳＬ１は、バッテリーセルＢの正極と測定部２００とに接続され得る。また、第２センシングラインＳＬ２は、バッテリーセルＢの負極と測定部２００とに接続され得る。測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１を通じて測定されたバッテリーセルＢの正極電圧と第２センシングラインＳＬ２を通じて測定されたバッテリーセルＢの負極電圧との差を計算し、バッテリーセルＢの電圧を測定し得る。
また、測定部２００は、第３センシングラインＳＬ３と接続された電流測定ユニットＡを通じてバッテリーセルＢの充電電流及び／または放電電流を測定し得る。例えば、電流測定ユニットＡは、シャント抵抗または電流計であり得る。
測定部２００によって測定されたバッテリーセルＢの電圧及び電流に対するバッテリー情報は、バッテリー分類装置１００に送信され得る。具体的には、プロファイル生成部１１０は、測定部２００からバッテリーセルＢのバッテリー情報を受信し得る。そして、プロファイル生成部１１０は、受信したバッテリーセルＢの電圧及び電流に基づいてバッテリーセルＢの容量と微分電圧との対応関係を示す微分プロファイルを生成し得る。また、測定部２００によって測定されたバッテリーセルＢのバッテリー情報は、保存部１３０に保存され得る。
図７は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリー分類方法を概略的に示した図である。
望ましくは、バッテリー分類方法の各段階は、バッテリー分類装置１００によって実行できる。以下では、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７を参照すると、バッテリー分類方法は、微分プロファイル生成段階Ｓ１００、複数のピーク検出段階Ｓ２００及びバッテリー分類段階Ｓ３００を含む。
微分プロファイル生成段階Ｓ１００は、バッテリーの容量及び電圧に基づいた微分電圧と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、バッテリーの容量と微分電圧との対応関係を示す第１微分プロファイルＤＰ１を生成し得る。
複数のピーク検出段階Ｓ２００は、微分プロファイルから複数のピークを検出する段階であって、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ピークＰ１、第２ピークＰ２、第３ピークＰ３及び第４ピークＰ４を検出し得る。
バッテリー分類段階Ｓ３００は、検出された複数のピークの個数及び微分電圧に対して予め設定された複数の分類条件に基づいて、予め設定された複数のグループのうちのいずれか一つとしてバッテリーを分類する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
具体的には、制御部１２０は、第１容量区間ＲＲ１に含まれたピークの個数及び微分電圧に基づいてバッテリーが第１分類条件を満足するか否かを判断し得る。そして、制御部１２０は、第２容量区間ＲＲ２に含まれたピークの個数及び微分電圧に基づいてバッテリーが第２分類条件を満足するか否かを判断し得る。
例えば、図２の実施形態において、第１容量区間ＲＲ１には第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２が含まれ、第２容量区間ＲＲ２には第３ピークＰ３及び第４ピークＰ４が含まれ得る。第１ピークＰ１の微分電圧ｄ１及び第２ピークＰ２の微分電圧ｄ２が基準値Ｒ以上であるため、制御部１２０は、バッテリーが第１分類条件を満足すると判断し得る。また、第３ピークＰ３の微分電圧ｄ３及び第４ピークＰ４の微分電圧ｄ４も基準値Ｒ以上であるため、制御部１２０は、バッテリーが第２分類条件を満足すると判断し得る。したがって、制御部１２０は、バッテリーを第１グループに分類できる。また、制御部１２０は、バッテリーが黒鉛系負極材を含むＢＯＬバッテリーまたはＭＯＬバッテリーであり、再使用可能なバッテリーであると分類することができる。
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
１：バッテリーパック
１００：バッテリー分類装置
１１０：プロファイル生成部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：測定部
１００：バッテリー分類装置
１１０：プロファイル生成部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：測定部
Claims (9)
- バッテリーの容量及び電圧に対するバッテリー情報を取得し、前記容量及び前記電圧に基づいた微分電圧と前記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取得し、取得された微分プロファイルから複数のピークを検出し、第１容量区間に対応する微分電圧が基準値以上であるピークが存在するかについての第１分類条件と、第２容量区間に対応する微分電圧が前記基準値以上であるピークが存在するかについての第２分類条件と、を含む予め設定された複数の分類条件に基づいて、予め設定された複数のグループのうちのいずれか一つとして前記バッテリーを分類する制御部と、を含む、バッテリー分類装置。 - 前記制御部は、
前記微分プロファイルの所定の容量区間において、対応する微分電圧が最も低い容量を基準にして前記第１容量区間及び前記第２容量区間を設定する、請求項１に記載のバッテリー分類装置。 - 前記制御部は、
前記複数のピークのうちの対応する微分電圧が最も大きいピークをターゲットピークとして選択し、
選択されたターゲットピークの微分電圧に基づいて第１微分電圧を決定し、
前記微分プロファイルの最低微分電圧に基づいて第２微分電圧を決定し、
前記第１微分電圧及び前記第２微分電圧のうちのより大きい値を前記基準値として設定する、請求項１または２に記載のバッテリー分類装置。 - 前記制御部は、
前記ターゲットピークの微分電圧よりも第１参照値だけ小さい値を前記第１微分電圧として決定し、
前記最低微分電圧よりも第２参照値だけ大きい値を前記第２微分電圧として決定する、請求項３に記載のバッテリー分類装置。 - 前記制御部は、
前記バッテリーが前記第１分類条件及び前記第２分類条件をすべて満足する場合、前記バッテリーを第１グループに分類し、
前記バッテリーが前記第１分類条件及び前記第２分類条件の少なくとも一つを満足しない場合、前記バッテリーを第２グループに分類する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー分類装置。 - 前記制御部は、
前記第１グループに分類されたバッテリーを、黒鉛系負極材を含むＢＯＬバッテリーまたはＭＯＬバッテリーと決定し、
前記第２グループに分類されたバッテリーを、非黒鉛系負極材を含むバッテリー、または黒鉛系負極材を含むＥＯＬバッテリーと決定する、請求項５に記載のバッテリー分類装置。 - 前記制御部は、
前記第１グループに分類されたバッテリーを再使用可能なバッテリーと決定し、
前記第２グループに分類されたバッテリーを再使用不可能なバッテリーと決定する、請求項６に記載のバッテリー分類装置。 - 請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー分類装置を含む、バッテリーパック。
- バッテリーの容量及び電圧に基づいた微分電圧と前記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から複数のピークを検出する複数のピーク検出段階と、
第１容量区間に対応する微分電圧が基準値以上であるピークが存在するかについての第１分類条件と、第２容量区間に対応する微分電圧が前記基準値以上であるピークが存在するかについての第２分類条件と、を含む予め設定された複数の分類条件に基づいて、予め設定された複数のグループのうちのいずれか一つとして前記バッテリーを分類するバッテリー分類段階と、を含む、バッテリー分類方法。
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