KR20230041791A - 전지 상태 판정 방법 및 전지 상태 판정 장치 - Google Patents

전지 상태 판정 방법 및 전지 상태 판정 장치 Download PDF

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KR20230041791A
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이치로 무나카타
슌타로 이가리
šœ타로 이가리
사토시 타노
히데키 쇼지
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도요시스템 가부시키가이샤
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Abstract

이차전지의 열화도를 목표 변수로 하는 회귀분석 처리의 실행에 의해, 이차전지의 열화도의 평가 정밀도 향상을 도모할 수 있는 장치 등을 제공한다. 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과에 기초하는 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 설명 변수로 하고, 상기 이차전지 모델에 따라 평가된 열화도 D(q1)를 목적 변수로 하여 중회귀분석이 실행된다. 그리고, 상기 중회귀분석의 결과로서 얻어진 중회귀식에 따라 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)가 평가된다.

Description

전지 상태 판정 방법 및 전지 상태 판정 장치
본 발명은 리튬 이온 배터리 등의 이차전지의 열화도를 평가하는 기술에 관한 것이다.
장치로 전력을 공급하는 재충전 가능 배터리의 열화 상태를 추정하기 위한 방법이 제안되었다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 주어진 배터리에 대한 현재의 모델이 전압 측정값으로부터 회귀분석을 사용하여 구축되었다. 예를 들어 전압 측정값을 지수함수에 피트시키고, 지수함수를 사용하여 전압 측정값을 필터링 제거하고, 필터링된 전압 측정값을 이동평균에 의해 평활화함으로써 주어진 배터리에 대한 현재의 모델이 구축된다. 이 현재의 모델이 핑거프린트의 세트와 비교됨으로써 배터리의 열화 상태가 추정된다. 핑거프린트는 배터리에 대한 정량화된 열화 상태 추정하기 위해, 배터리의 완화 전압에 대한 주어진 미리 확정된 모델에 링크되어 있다. 주어진 미리 확정된 모델에 의해, 배터리가 휴지하고 있는 동안의 시간의 고정된 기간에 걸친 둘 이상의 점에서의 배터리의 완화 전압이 기술되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허출원 공표 제2020-520461호 공보
본 발명은 이차전지의 열화도를 목표 변수로 하는 회귀분석 처리의 실행에 의해 이차전지의 열화도의 평가 정밀도 향상을 도모할 수 있는 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전지 상태 판정 장치는,
동일한 사양으로 제조된 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도와, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 내부 저항 특성을 표현하는 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터의 각각의 값을 연관시켜 인식하는 제1 인식 요소와,
상기 제1 인식 요소에 의해 연관되어 인식된, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도 및 상기 복수의 모델 파라미터의 각각의 값에 기초하여, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도를 목적 변수로 하고, 상기 복수의 모델 파라미터를 설명 변수로 하는 중회귀분석을 실행함으로써 중회귀식을 정의하는 중회귀분석 요소와,
상기 복수의 참조 이차전지 각각과 동일한 사양으로 제조된 대상 이차전지의 임피던스의 실측 결과에 기초한 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 인식하는 제2 인식 요소와,
상기 제2 인식 요소에 의해 인식된 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 기초하여, 상기 중회귀분석 요소에 의해 정의된 상기 중회귀식에 따라 상기 대상 이차전지의 열화도를 평가하는 전지 열화도 평가 요소를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 전지 상태 판정 장치(100) 및 이에 의해 실행되는 전지 상태 판정 방법에 의하면, 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과에 기초하는 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 설명 변수로 하고, 상기 이차전지 모델에 따라 평가된 열화도 D(q1)을 목적 변수로 하여 중회귀분석이 실행된다(도 2/STEP 130 참조). 그리고, 상기 중회귀분석의 결과로서 얻어지는 중회귀식에 따라 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)가 평가된다(도 2/STEP 136 참조). 이에 의해, 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)의 평가 정밀도 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 전지 상태 판정 장치의 구성에 관한 설명도이고,
도 2는 이차전지의 전지 상태 판정 방법의 절차를 도시한 플로우차트이고,
도 3은 이차전지의 복소 임피던스의 측정 시스템에 관한 설명도이고,
도 4는 이차전지의 나이퀴스트 플롯에 관한 설명도이고,
도 5A는 이차전지의 내부 저항의 등가 회로의 제1 예시 설명도이고,
도 5B는 이차전지의 내부 저항의 등가 회로의 제2 예시 설명도이고,
도 6A는 IIR 시스템의 전달 함수를 나타내는 다이어그램이고,
도 6B는 FIR 시스템의 전달 함수를 나타내는 다이어그램이고,
도 7A는 임펄스 전류에 관한 설명도이고,
도 7B는 이차전지 및 이차전지 모델의 전압 응답 특성에 관한 설명도이다.
(전지 상태 판정 장치의 구성)
도 1에 도시되어 있는 본 발명의 일 실시형태로서의 전지 상태 판정 장치(100)는 데이터베이스(10), 참조기기(200) 및 대상기기(400) 각각과 네트워크를 통해 통신 가능한 하나 또는 복수의 서버에 의해 구성되어 있다. 전지 상태 판정 장치(100)는 참조기기(200)에 전원으로서 탑재되어 있는 참조 이차전지(220)의 열화도의 평가 결과에 기초하여, 대상기기(400)에 전원으로서 탑재되어 있는 대상 이차전지(420)의 열화도를 평가한다.
전지 상태 판정 장치(100)는 제1 인식 요소(111)와, 제2 인식 요소(112)와, 제1 열화도 평가 요소(121)와, 제2 열화도 평가 요소(122)와, 중회귀분석(multiple regression analysis) 요소(130)와, 정보 제공 요소(140)를 구비하고 있다. 제1 인식 요소(111), 제2 인식 요소(112), 제1 열화도 평가 요소(121), 제2 열화도 평가 요소(122), 중회귀분석 요소(130) 및 정보 제공 요소(140) 각각은, 프로그램(소프트웨어) 및 데이터를 저장 유지하는 저장장치(RAM, ROM, EEPROM 등의 메모리, SSD, HDD 등), 상기 저장장치로부터 필요한 프로그램 및/또는 데이터를 읽어 소정의 연산 처리를 실행하는 연산처리장치(싱글 코어 프로세서, 멀티 코어 프로세서, CPU 등) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다.
저장장치에는 임펄스 전류에 대한 이차전지(220)의 전압 응답 특성의 실측 결과 등의 다양한 데이터뿐 아니라 프로그램(소프트웨어)이 저장 유지되어 있다. 예를 들어 이차전지(220) 또는 이것이 탑재되어 있는 참조기기(200)의 종류(규격 및 제원에 의해 특정됨)를 식별하기 위한 복수의 식별자 각각과 복수의 이차전지 모델 각각이 대응되어 메모리에 저장 유지되어 있다. 프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽어 이 데이터에 기초하여 상기 프로그램에 따른 연산 처리를 실행함으로써, 각 요소(111, 112, 121, 122, 130 및 140)에 할당된 후술하는 연산 처리 또는 태스크가 실행된다.
참조기기(200)는 입력 인터페이스(202)와, 출력 인터페이스(204)와, 제어장치(210)와, 참조 이차전지(220)와, 센서군(230)을 구비하고 있다. 참조기기(200)는 PC, 휴대전화(스마트폰), 가전제품 또는 전동 자전거 등의 이동체 등, 참조 이차전지(220)를 전원으로 하는 모든 기기를 포함하고 있다.
제어장치(210)는 프로세서(연산처리장치), 메모리(저장장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다. 상기 메모리 또는 이것과는 별개의 저장장치에는 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성의 실측 결과 등의 다양한 데이터가 저장 유지된다. 제어장치(210)는 참조 이차전지(220)로부터의 공급 전력에 따라 작동하여 통전 상태에서 참조기기(200)의 동작을 제어한다. 참조기기(200)의 동작에는 이 참조기기(200)를 구성하는 액츄에이터(전동식 액츄에이터 등)의 동작이 포함된다. 제어장치(210)를 구성하는 프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽고, 이 데이터에 기초하여, 상기 프로그램에 따라 할당된 연산 처리를 실행한다.
참조 이차전지(220)는 예를 들어 리튬 이온 배터리이고, 니켈·카드뮴 전지 등의 그 밖의 이차전지일 수도 있다. 센서군(230)은 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 및 온도뿐 아니라 참조기기(200)의 제어에 필요한 모델 파라미터의 값을 측정한다. 센서군(230)은 예를 들어 참조 이차전지(220)의 전압, 전류 및 온도 각각에 따른 신호를 출력하는 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서에 의해 구성되어 있다.
대상기기(400)는 입력 인터페이스(402)와, 출력 인터페이스(404)와, 제어장치(410)와, 대상 이차전지(420)와, 센서군(430)을 구비하고 있다. 대상기기(400)는 PC, 휴대전화(스마트폰), 가전제품 또는 전동 자전거 등의 이동체 등, 대상 이차전지(420)를 전원으로 하는 모든 기기를 포함하고 있다.
제어장치(410)는 프로세서(연산처리장치), 메모리(저장장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다. 상기 메모리 또는 이것과는 별개의 저장장치에는 대상 이차전지(420)의 전압 응답 특성의 실측 결과 등의 다양한 데이터가 저장 유지된다. 제어장치(410)는 대상 이차전지(420)로부터의 공급 전력에 따라 작동하여 통전 상태에서 대상기기(400)의 동작을 제어한다. 대상기기(400)의 동작에는 이 대상기기(400)를 구성하는 액츄에이터(전동식 액츄에이터 등)의 동작이 포함된다. 제어장치(410)를 구성하는 프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽고, 이 데이터에 기초하여, 상기 프로그램에 따라 할당된 연산 처리를 실행한다.
대상 이차전지(420)는 예를 들어 리튬 이온 배터리이고, 니켈·카드뮴 전지 등의 그 밖의 이차전지일 수도 있다. 센서군(430)은 대상 이차전지(420)의 전압 응답 특성 및 온도뿐 아니라 대상기기(400)의 제어에 필요한 모델 파라미터의 값을 측정한다. 센서군(430)은 예를 들어 대상 이차전지(420)의 전압, 전류 및 온도 각각에 따른 신호를 출력하는 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서에 의해 구성되어 있다.
전지 상태 판정 장치(100)는 참조기기(200) 및/또는 대상기기(400)에 탑재되어 있을 수도 있다. 이 경우, 소프트웨어 서버(도시 생략)가, 참조기기(200) 및/또는 대상기기(400)가 구비하고 있는 제어장치(210 및/또는 410)를 구성하는 연산처리장치에 대해 열화 판정용 소프트웨어를 송신한다. 이에 의해, 상기 연산처리장치에 대해 전지 상태 판정 장치(100)로서의 기능이 부여될 수도 있다.
(전지 상태 판정 방법)
상기 구성의 전지 상태 판정 장치(100)에 의해 실행되는 대상 이차전지(420)의 전지 상태의 판정 방법이 후술된다.
(복소 임피던스의 실측 결과의 인식)
전지 상태 판정 장치(100)에서, 제1 인식 요소(111)에 의해, 다양한 종류의 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과가 인식된다(도 2/STEP 110). 각 요소가 정보를 「인식한다」는 것은, 정보를 수신하는 것, 데이터베이스(10) 등의 정보원으로부터 정보를 검색하는 것 또는 읽는 것, 다른 정보에 기초하여 정보를 산정, 추정, 동정, 예측 등을 하는 것 등, 필요한 정보를 준비하는 모든 연산 처리 등을 실행하는 것을 의미한다. 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z는 교류 임피던스법에 의해 측정되고, 이 실측 결과는 참조 이차전지(220)의 종류를 식별하기 위한 식별자와 연관되어 데이터베이스(10)에 등록된다.
교류 임피던스법에 의하면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 주파수 응답 해석 장치(FRA)(212) 및 포텐시오 갈바노스탯(PGS)(232)의 조합이 이용된다. FRA(212)를 구성하는 발진기로부터 임의의 주파수의 정현파 신호가 출력되고, 이 정현파 신호에 따른 참조 이차전지(220)의 전류 신호 I(t) 및 전압 신호 V(t)가 PGS(232)로부터 FRA(212)로 입력된다. 그리고, FRA(212)에서, 전류 신호 I(t) 및 전압 신호 V(t)가 이산 푸리에 주파수 변환에 의해 주파수 영역의 데이터로 변환되고, 주파수 f=(ω/2π)에서의 복소 임피던스 Z가 측정된다.
예를 들어 참조 이차전지(220)의 출하 직전 등, 참조기기(200)에 탑재되지 않은 상태에서의 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z가 측정된다. 그 밖에, 참조기기(200)에 탑재된 상태에서의 참조 이차전지(220)로서의 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z가 측정될 수도 있다. 이 경우, 제어장치(210)에 의해 FRA(212)가 구성되고, 센서군(230)이 PGS에 의해 구성되어 있을 수도 있다. 예를 들어 참조기기(200)가 참조 이차전지(220)의 충전을 위해 상용 전원 등의 전원에 접속되고, 이 전원으로부터 공급되는 전력에 의해 정현파 신호가 출력될 수 있다.
도 4에는 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과를 나타내는 나이퀴스트 플롯의 일례가 이 플롯의 근사 곡선과 함께 도시되어 있다. 가로축은 복소 임피던스 Z의 실부 Zre(ohm))이고, 세로축은 복소 임피던스 Z의 허부 -Zim(ohm)이다. -Zim > 0의 영역에서 Zre가 커질수록 저주파수의 복소 임피던스 Z가 나타나 있다. -ImZ = 0에서의 Zre의 값은 참조 이차전지(220)의 전해액 내의 이동 저항에 상당한다. -Zim > 0의 영역에서의 대략 반원 형상의 부분의 곡률 반경은 참조 이차전지(220)의 전하 이동 저항에 상당한다. 이 곡률 반경은 참조 이차전지(220)의 온도 Θ가 고온이 될수록 작아지는 경향이 있다. -Zim > 0의 영역의 저주파수 영역에서 약 45°로 상승하는 직선형의 부분에는 참조 이차전지(220)의 와버그 임피던스의 영향이 반영되어 있다.
(이차전지 모델을 정의하는 모델 파라미터의 동정)
전지 상태 판정 장치(100)에서, 제1 인식 요소(111)에 의해, 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과에 기초하여, 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터 각각의 값이 동정된다(도 2/STEP 112).
이차전지 모델은, 전류 I(t)가 참조 이차전지(220)에 입력되었을 때 이 참조 이차전지(220)로부터 출력되는 전압 V(t)를 나타내는 모델이다. 참조 이차전지(220)의 전압 V(t)는 개방 전압 OCV 및 내부 저항의 전달 함수 H(t)를 이용하여 관계식 (01)에 의해 정의된다.
V(t) = OCV(t) + H(t)·I(t) ...(01)
여기서 OCV(t)는 전류 I(t)의 충전 및/또는 방전에 수반하여 개방 전압이 증감하는 것을 나타내고 있다.
참조 이차전지(220)의 내부 저항의 등가 회로 모델의 전달 함수 H(z)는 관계식 (02)에 의해 정의된다.
H(t) = HL(t) + HW(t) +
Figure pct00001
Hi(t) + H0(t) ...(02)
“H0(t)”, “Hi(t)”, “HW(t)” 및 “HL(t)”는 이차전지의 내부 저항의 특성을 나타내는 모델 파라미터에 의해 정의되어 있다.
도 5A에는 참조 이차전지(220)의 내부 저항의 등가 회로의 일례가 도시되어 있다. 이 예에서는, 내부 저항의 등가 회로는, 전해액 내의 이동 저항에 상당하는 저항 R0, 전하 이동 저항에 상당하는 저항 Ri 및 캐패시터 Ci로 이루어지는 제i의 RC 병렬 회로(i = 1, 2,‥m), 와버그 임피던스에 상당하는 저항 W0, 및 코일 L의 직렬 회로에 의해 정의되어 있다. 직렬 접속되는 RC 병렬 회로의 수는 도 5A에 도시된 실시예에서는 “3”이었으나, 3보다 작을 수도 있고 3보다 클 수도 있다. 저항 W0는 적어도 어느 하나의 RC 병렬 회로에서 저항 R과 직렬 접속되어 있을 수도 있다. 캐패시터 C가 CPE(Constant Phase Element)로 치환되어 있을 수도 있다. 도 5B에 도시되어 있는 바와 같이, 와버그 저항 W가 적어도 하나의 RC 병렬 회로(도 5B의 예에서는 제1의 RC 병렬 회로)의 저항 R과 직렬 접속될 수도 있다.
저항 R0의 전달 함수 H0(z)는 관계식 (10)에 의해 정의되어 있다.
H0(z) = R0 ...(10)
제i의 RC 병렬 회로의 전달 함수 Hi(z)는, IIR(Infinite Impulse Response) 시스템(무한 임펄스 응답 시스템)의 전달 함수로서 관계식 (11)에 의해 정의되어 있다. 도 6A에는 제i의 RC 병렬 회로의 전달 함수 Hi(z)를 나타내는 블록 다이어그램이 도시되어 있다.
Hi(z) = (bi0 + bi1z-1)/(1 + ai1z-1) ...(11)
와버그 임피던스에 상당하는 저항 W0의 전달 함수 HW(z)는 FIR(Finite Impulse Response) 시스템(유한 임펄스 응답 시스템)의 전달 함수로서 관계식 (12)에 의해 정의되어 있다. 도 6B에는 와버그 임피던스에 상당하는 저항 W0의 전달 함수 HW(z)를 나타내는 블록 다이어그램이 도시되어 있다.
HW(z) =
Figure pct00002
hkz-k ...(12)
코일 L의 전달 함수 HL(z)는 관계식 (13)에 의해 정의되어 있다.
HL(z) = (2L0/T)(1 - z-1)/(1 + z-1) ...(13)
도 4에 실선으로 도시되어 있는 나이퀴스트 플롯에 의해 나타나는 참조 이차전지(220)의 복소 임피던스 Z의 근사 곡선은, 관계식 (02)에 따라 참조 이차전지(220)의 내부 저항의 등가 회로 모델의 전달 함수 H(z)가 정의된다는 가정하에서 구해진다. 이에 의해, 복수의 모델 파라미터 R0, ai1, bi0, bi1, hk, L0 및 T 각각의 값이 구해진다(관계식 (11), (12) 및 (13) 참조). 개방 전압 OCV의 측정값에 의해 이차전지 모델에서의 개방 전압 OCV의 값이 동정된다(관계식 (01) 참조). 그리고, 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 의해 이차전지 모델이 다양한 종류의 참조 이차전지(220)에 대해 확립된다.
(참조 이차전지의 열화도 평가)
참조기기(200)에서, 통전 상태의 제어장치(210)에 의해 제1 조건이 충족되었는지의 여부가 판정된다(도 2/STEP 210). “제1 조건”으로서는, 참조기기(200)에서 입력 인터페이스(202)를 통해 지정 조작이 있었을 것, 참조기기(200)가 참조 이차전지(220)의 충전을 위해 외부 전원에 접속되었을 것 등의 조건이 채용된다.
제1조건이 충족되지 않았다고 판정된 경우(도 2/STEP 210‥제1조건의 충족성 판정 처리가 다시 실행된다(도 2/STEP 210). 제1 조건의 충족성 판정 처리(도 2/STEP 210)는 생략될 수도 있다.
제1 조건이 충족되었다고 판정된 경우(도 2/STEP 210‥도 7A에 도시되어 있는 바와 같은 임펄스 전류 I(t)가 참조 이차전지(220)에 대해 입력된다(도 2/STEP 212). 임펄스 전류 I(t)의 파형 신호는 전지 상태 판정 장치(100) 및 참조기기(200)의 상호 통신에 의해, 제2 인식 요소(112)에 의해 지정된 것일 수도 있다. 예를 들어 참조기기(200)가 접속된 외부 전원으로부터의 공급 전력에 의해, 참조기기(200)에 탑재되어 있는 펄스 전류 발생기가 구동된다. 이에 의해, 상기 펄스 전류 발생기에 있어서 발생된 임펄스 전류 I(t)가 참조 이차전지(220)에 대해 입력된다. 임펄스 전류 발생을 위한 보조 전원이 참조기기(200)에 탑재되어 있을 수도 있다.
센서군(230)의 출력 신호에 기초하여, 제어장치(210)에 의해 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t) 및 온도 Θ가 측정된다(도 2/STEP 214). 이에 의해, 예를 들어 도 7B에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이 변화하는 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t)가 측정된다.
계속해서, 제어장치(210)에 의해 제2 조건이 충족되었는지의 여부가 판정된다(도 2/STEP 216). “제2 조건”으로서는, 전압 응답 특성 V(t)를 특정하기 위해 충분한 파형 신호가 취득되었을 것, 마지막으로 제1 조건이 충족되었다고 판정된 제1 시점으로부터 소정 시간이 경과한 제2 시점에 이르렀을 것, 참조기기(200)에 있어서 입력 인터페이스(202)를 통해 참조 이차전지(220)의 전지 열화도 평가의 요청이 있었을 것 등의 조건이 채용된다.
제2 조건이 충족되지 않았다고 판정된 경우(도 2/STEP 216‥제1 조건의 충족성 판정 처리가 다시 실행된다(도 2/STEP 210). 제2 조건의 충족성 판정 처리(도 2/STEP 216)는 생략될 수도 있다.
제2 조건이 충족되었다고 판정된 경우(도 2/STEP 216‥참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t) 및 온도 Θ의 실측 결과가, 참조 출력 인터페이스(202)를 구성하는 송신 장치에 의해 참조기기(200)로부터 전지 상태 판정 장치(100)에 대해 송신된다(도 2/STEP 220). 이 때, 참조 이차전지(220)의 종류(규격, 제원)를 식별하기 위한 식별자 ID도 참조기기(200)로부터 전지 상태 판정 장치(100)에 대해 송신된다. 또한 전압 응답 특성 V(t)가 측정되었을 때 참조 이차전지(220)로 입력된 임펄스 전류 I(t)를 특정하기 위한 측정 조건 정보가 참조기기(200)로부터 전지 상태 판정 장치(100)에 대해 송신될 수도 있다.
전지 상태 판정 장치(100)에서, 제1 인식 요소(111)에 의해 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t) 및 온도 Θ의 실측 결과가 제2 실측 결과로서 인식된다(도 2/STEP 120).
제1 열화도 평가 요소(121)에 의해, 데이터베이스(10)에 등록되어 있는 다수의 이차전지 모델 중에서, 제2 실측 결과에 부수하는 식별자 ID 및 제2 실측 결과에 포함되어 있는 온도 Θ의 실측 결과 각각에 연관되어 있는 하나의 이차전지 모델이 선정된다(도 2/STEP 122).
나아가 제1 열화도 평가 요소(121)에 의해, 상기 선정된 이차전지 모델에 대해 임펄스 전류 I(t)가 입력된다(도 2/STEP 124). 임펄스 전류 I(t)는, 제1 인식 요소(111)에 의해 지정된 파형 신호에 기초하여 인식될 수도 있고, 참조기기(200)로부터 전지 상태 판정 장치(100)에 대해 송신된 측정 조건 정보에 기초하여 인식될 수도 있다.
제1 열화도 평가 요소(121)에 의해, 이차전지 모델로부터 출력되는 전압 응답 특성 Vmodel(t)가 이 이차전지 모델의 출력 신호로서 계산된다(도 2/STEP 126). 이에 의해, 예를 들어 도 7B에 파선(dashed line)으로 도시되어 있는 바와 같이 변화하는 이차전지 모델의 전압 응답 특성 Vmodel(t)가 이차전지 모델의 출력 신호로서 계산된다. 도 7B에는 개방 전압 OCV(t)의 변화 양태가 일점쇄선(a dash-dotted line)으로 도시되어 있다.
계속해서, 제1 열화도 평가 요소(121)에 의해, 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t) 및 이차전지 모델의 전압 응답 특성 Vmodel(t)의 대비 결과에 기초하여 상기 참조 이차전지(220)의 열화도 D(q1)이 평가된다(도 2/STEP 128). 예를 들어 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t) 및 이차전지 모델의 전압 응답 특성 Vmodel(t) 각각을 나타내는 곡선의 유사도 x가 계산된다. 그리고, 유사도 x를 주변수로 하는 감소 함수 f에 따라 참조 이차전지(220)의 열화도 D(q1) = f(x)가 계산된다. “q1”은 참조 이차전지(220)의 종류의 차이를 의미하는 지수이다.
(중회귀분석)
이어서, 중회귀분석 요소(130)에 의해, 제1 인식 요소(111)에 의해 연관되어 인식된, 복수의 참조 이차전지(220) 각각의 열화도 D(q1) 및 복수의 모델 파라미터 R0, ai1, bi0, bi1, hk, L0 및 T 각각의 값에 기초하여, 중회귀분석이 실행된다(도 2/STEP 130).
구체적으로는, 참조 이차전지(220)의 열화도 D(q1)을 목적 변수로 하고, 복수의 모델 파라미터를 설명 변수로 하는 중회귀분석이 실행됨으로써 중회귀식이 정의된다. 예를 들어 이차전지 모델을 정의하는 모든 모델 파라미터(R0, a11, a21,‥, ai1,‥, am1, b10, b20,‥, bm0, b11, b12,‥, b1m, h1, h2,‥hn, L0, T)로부터 추출되는 상이한 복수의 모델 파라미터군 각각을 구성하는 복수의 모델 파라미터를 설명 변수로 하는 중회귀식이 정의된다. 복수의 모델 파라미터군 각각은, 2 이상 및 (3m + n + 3) 이하 또는 미만의 상이한 모델 파라미터를 구성요소로 하고 있다. 복수의 상기 중회귀식 각각에 대해 중상관계수(multiple correlation coefficient) 또는 결정계수의 값이 평가된다. 그리고, 상기 중상관계수 또는 상기 결정계수의 값이 상대적으로 큰 일부의 중회귀식이 선정된다. 예를 들어 중회귀분석 요소(130)가, 복수의 설명 변수 ai1, bi0, bi1 및 hk 중 일부의 설명 변수를 갖는 하나 또는 복수의 중회귀식을 선정한다.
(이차전지 모델을 정의하는 모델 파라미터의 동정)
나아가 제2 인식 요소(112)에 의해, 대상 이차전지(420)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과가 인식된다(도 2/STEP 132). 대상 이차전지(420)의 복소 임피던스 Z는 교류 임피던스법에 의해 측정되고, 이 실측 결과는 대상 이차전지(420)의 종류를 식별하기 위한 식별자와 연관되어 데이터베이스(10)에 등록된다, 혹은, 대상기기(400)로부터 전지 상태 판정 장치(100)에 대해 송신된다.
제2 인식 요소(112)에 의해, 대상 이차전지(420)의 복소 임피던스 Z의 실측 결과에 기초하여, 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터 각각의 값이 동정된다(도 2/STEP 134). 상기 이차전지 모델은 전류 I(t)가 대상 이차전지(420)로 입력되었을 때 이 대상 이차전지(420)로부터 출력되는 전압 V(t)를 나타내는 모델이다. 대상 이차전지(420)의 전압 V(t)는 개방 전압 OCV 및 내부 저항의 전달 함수 H(t)를 이용하여 상기 관계식 (01)에 의해 정의된다.
(대상 이차전지의 열화도 평가)
제2 열화도 평가 요소(122)에 의해, 제2 인식 요소(112)에 의해 동정된 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 기초하여, 중회귀분석 요소(130)에 의해 정의된 중회귀식에 따라 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)가 평가된다(도 2/STEP 136). “q2”는 대상 이차전지(420)의 종류의 차이를 의미하는 지수이다. 복수의 중회귀식이 이용되는 경우, 이 복수의 중회귀식의 이론값의 평균값, 최고값 또는 최저값이 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)로서 평가될 수도 있다.
(대상 이차전지의 열화 진단 정보의 생성 및 제공)
정보 제공 요소(140)에 의해, 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)에 따른 열화 진단 정보 Info(D(q2))가 생성된다(도 2/STEP 138). 정보 제공 요소(140)에 의해, 열화 진단 정보 Info(D(q2))가 전지 상태 판정 장치(100)로부터 대상기기(400)에 대해 송신된다(도 2/STEP 140).
대상기기(400)에서, 입력 인터페이스(402)를 구성하는 수신장치에 의해 열화 진단 정보 Info(D(q2))가 수신된다(도 2/STEP 222). 출력 인터페이스(404)를 구성하는 디스플레이 장치에, 열화 진단 정보 Info(D(q2))가 출력 표시된다(도 2/STEP 224). 이에 의해, 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)를 나타내는 그래프 표시뿐 아니라, “배터리의 열화도는 30%입니다. 앞으로 150일 후에 교환할 것을 권장합니다.”라는 열화도 D(q2)에 따른 대처 방법 등에 관한 메시지가 디스플레이 장치에 표시된다.
(본 발명의 다른 실시형태)
상기 실시형태에서는, 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t)의 측정시의 온도 Θ를 감안하여 이차전지 모델이 선정되고 이 참조 이차전지(220)의 열화도 D(q1)가 평가되었다. 한편, 다른 실시형태로서, 참조 이차전지(220)의 전압 응답 특성 V(t)의 측정시의 온도 Θ를 감안하지 않고, 종류를 나타내는 식별자 q1에 기초하여 이차전지 모델이 선정되어 이 참조 이차전지(220)의 열화도 D(q1)이 평가될 수도 있다. 마찬가지로 상기 실시형태에서는, 대상 이차전지(420)의 전압 응답 특성 V(Θ)의 측정시의 온도 Θ를 감안하여 이차전지 모델이 선정되고, 이 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)가 평가되었다. 한편, 다른 실시형태로서, 대상 이차전지(420)의 전압 응답 특성 V(t)의 측정시의 온도 Θ를 감안하지 않고, 종류를 나타내는 식별자 q2에 기초하여 이차전지 모델이 선정되어 이 대상 이차전지(420)의 열화도 D(q2)가 평가될 수도 있다.
정보 제공 요소(140)에 의해, 참조 이차전지(220)의 열화도 D(q1)에 따른 열화 진단 정보 Info(D(q1))가 생성되고, 아울러 전지 상태 판정 장치(100)로부터 참조기기(200)에 대해 송신될 수도 있고, 나아가, 참조기기(200)에 있어서, 참조 출력 인터페이스(202)를 구성하는 디스플레이 장치에 열화 진단 정보 Info(D(q1))이 출력 표시될 수도 있다.
10‥데이터베이스, 100‥전지 상태 판정 장치, 111‥제1 인식 요소, 112‥제2 인식 요소, 121‥제1 열화도 평가 요소, 122‥제2 열화도 평가 요소, 130‥중회귀분석 요소, 140‥정보 제공 요소, 200‥참조기기, 202‥입력 인터페이스, 204‥출력 인터페이스, 210‥제어장치, 220‥참조 이차전지, 230‥센서군, 400‥대상기기, 402‥입력 인터페이스, 404‥출력 인터페이스, 410‥제어장치, 420‥대상 이차전지, 430‥센서군

Claims (6)

  1. 동일한 사양으로 제조된 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도와, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 내부 저항 특성을 표현하는 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 연관시켜 인식하는 제1 인식 요소와,
    상기 제1 인식 요소에 의해 연관되어 인식된, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도 및 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 기초하여, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도를 목적 변수로 하고, 상기 복수의 모델 파라미터를 설명 변수로 하는 중회귀분석을 실행함으로써 중회귀식을 정의하는 중회귀분석 요소와,
    상기 복수의 참조 이차전지 각각과 동일한 사양으로 제조된 대상 이차전지의 임피던스의 실측 결과에 기초한 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 인식하는 제2 인식 요소와,
    상기 제2 인식 요소에 의해 인식된 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 기초하여, 상기 중회귀분석 요소에 의해 정의된 상기 중회귀식에 따라 상기 대상 이차전지의 열화도를 평가하는 전지 열화도 평가 요소를 구비하고 있는 전지 상태 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중회귀분석 요소가, 상기 이차전지 모델을 정의하는 모든 모델 파라미터로부터 추출되는 다른 복수의 모델 파라미터군 각각을 구성하는 복수의 모델 파라미터를 설명 변수로 하는 중회귀식을 정의하고, 복수의 상기 중회귀식 각각에 대해 중상관계수 또는 결정계수의 값을 평가하고, 상기 중상관계수 또는 상기 결정계수의 값이 상대적으로 큰 일부의 중회귀식을 선정하고,
    상기 전지 열화도 평가 요소가, 상기 중회귀분석 요소에 의해 선정된 상기 일부의 중회귀식에 따라 상기 대상 이차전지의 열화도를 평가하는 전지 상태 판정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이차전지 모델이, 관계식 (10)에 의해 정의되어 있는 저항 R0의 전달 함수 H0(z)와, 관계식 (11)에 의해 정의되어 있는 IIR 시스템의 전달 함수 Hi(z)(i = 1, 2,‥m)와, 관계식 (12)에 의해 정의되어 있는 FIR 시스템의 전달 함수 HW(z)와의 병렬 결합을 포함하는 전달 함수에 의해 정의되고,
    H0(z) = R0 ...(10),
    Hi(z) = (bi0 + bi1z-1)/(1 + ai1z-1) ...(11),
    HW(z) =
    Figure pct00003
    hkz-k ...(12),
    상기 중회귀분석 요소가, 상기 복수의 설명 변수 ai1, bi0, bi1 및 hk 중, 일부의 설명 변수를 갖는 중회귀식을 상기 일부의 중회귀식으로서 선정하는 전지 상태 판정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 인식 요소가, 상기 참조 이차전지의 복소 임피던스의 실측 결과에 기초하여 상기 이차전지 모델의 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 동정하고,
    상기 전지 열화도 평가 요소가, 초기 상태의 상기 참조 이차전지에 대해 임펄스 전류가 입력되었을 때 상기 참조 이차전지로부터 출력되는 전압의 변화 양태의 실측 결과로서의 실측 출력전압과, 상기 제1 인식 요소에 의해 상기 복수의 모델 파라미터의 값이 동정된 상기 이차전지 모델에 대해 상기 임펄스 전류가 입력되었을 때 상기 이차전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압의 대비 결과에 기초하여 상기 참조 이차전지의 열화도를 평가하고,
    상기 제1 인식 요소가, 상기 전지 열화도 평가 요소에 의해 평가된 상기 참조 이차전지의 열화도를 인식하고,
    상기 제2 인식 요소가, 상기 대상 이차전지의 복소 임피던스의 실측 결과에 기초하여 상기 이차전지 모델의 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 동정하는 전지 상태 판정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 인식 요소가, 상기 참조 이차전지의 상이한 온도 각각에서의 복소 임피던스의 실측 결과를 인식하고,
    상기 참조 이차전지의 상기 상이한 온도 각각에서의 복소 임피던스의 실측 결과에 기초하여 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값의 온도 의존성을 특정하고,
    상기 참조 이차전지의 상기 실측 출력전압에 부가하여 상기 참조 이차전지의 온도의 실측 결과를 인식하고,
    상기 복수의 모델 파라미터의 값이 동정되고, 아울러 복수의 모델 파라미터 각각의 값의 온도 의존성이 동정된 상기 이차전지 모델에 대해, 상기 임펄스 전류에 부가하여 상기 참조 이차전지의 온도의 실측 결과가 입력되었을 때의 상기 모델 출력전압을 인식하고,
    상기 제2 인식 요소가, 상기 대상 이차전지의 복소 임피던스의 실측 결과에 부가하여 상기 대상 이차전지의 온도의 실측 결과에 기초하여 상기 이차전지 모델의 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 동정하는 전지 상태 판정 장치.
  6. 동일한 사양으로 제조된 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도와, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 내부 저항 특성을 표현하는 이차전지 모델을 정의하는 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 연관시켜 인식하는 제1 인식 스텝과,
    상기 제1 인식 스텝에서 연관되어 인식된, 상기 복수의 참조 이차전지 각각의 열화도 및 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 기초하여, 상기 참조 이차전지의 열화도를 목적 변수로 하고, 상기 복수의 모델 파라미터를 설명 변수로 하는 중회귀분석을 실행함으로써 중회귀식을 정의하는 중회귀분석 스텝과,
    상기 복수의 참조 이차전지 각각과 동일한 사양으로 제조된 대상 이차전지의 임피던스의 실측 결과에 기초한 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값을 인식하는 제2 인식 스텝과,
    상기 제2 인식 스텝에서 인식된 상기 복수의 모델 파라미터 각각의 값에 기초하여, 상기 중회귀분석 스텝에 의해 정의된 상기 중회귀식에 따라 상기 대상 이차전지의 열화도를 평가하는 전지 열화도 평가 스텝을 포함하고 있는 전지 상태 판정 방법.
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