JP7643785B2 - バッテリー状態診断装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリー状態診断装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーの状態が診断可能なバッテリー状態診断装置及び方法に関する。
本出願は、２０２１年２月１９日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００２２７７１号に基づく優先権を主張し、該当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。
最近、ノートブックＰＣ、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増し、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、反復的な充放電の可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化したバッテリーとしては、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があり、このうち、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ー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、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。
通常、このようなバッテリーは、充電や放電が反復されるにつれ、退化が進み得る。例えば、バッテリーの正極側では電解液が酸化するか、または結晶構造が破壊され、バッテリーが退化し得る。バッテリーの負極側では、金属リチウムが析出されることによってバッテリーが退化し得る。そこで、バッテリーの電圧及び容量指標に基づいてバッテリーの状態を非破壊的に診断可能な技術の開発が求めされる。
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バッテリーの状態を非破壊的に診断可能なバッテリー状態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、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。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。
本発明の一面によるバッテリー状態診断装置は、バッテリーの電圧に対する前記バッテリーの容量変化率を示す微分容量と前記電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得するように構成されたプロファイル獲得部と、前記複数の微分プロファイルの各々から所定の電圧区間に位置したターゲットピークを決定するように構成されたピーク決定部と、前記ピーク決定部によって決定された複数のターゲットピークの電圧と前記複数のターゲットピークの各々に対応するように予め設定された参照ピークの電圧を比較して、電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断するように構成された状態診断部と、を含み得る。
前記状態診断部は、前記複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの電圧が対応する前記参照ピークの電圧未満である場合、前記バッテリーの状態を異常状態に診断するように構成され得る。
前記状態診断部は、前記複数のターゲットピークのうち基準ピークを設定し、設定された基準ピークの電圧を基準にして前記複数のターゲットの各々に対する電圧変化率を算出するように構成され得る。
前記状態診断部は、前記複数のターゲットピークに対応する複数の参照ピークのうち前記設定された基準ピークに対応する参照ピークの電圧を基準にして前記複数の参照ピークの各々に対する参照変化率を算出するように構成され得る。
前記状態診断部は、前記複数のターゲットピークと前記複数の参照ピークとの対応関係に基づいて、対応する電圧変化率と参照変化率を比較し、変化率比較結果及び前記電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断するように構成され得る。
前記状態診断部は、前記複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの前記電圧及び前記電圧変化率の各々が、対応する前記参照ピークの前記電圧及び前記参照変化率の各々よりも未満である場合、前記バッテリーの状態を異常状態に診断するように構成され得る。
前記プロファイル獲得部は、相異なる複数の時点における前記バッテリーに対する微分プロファイルを獲得するように構成され得る。
前記複数時点は、前記バッテリーに対する複数のサイクル時点または複数の退化時点であり得る。
なお、本発明の他面によるバッテリーパックは、本発明の一面によるバッテリー状態診断装置を含み得る。
本発明のさらに他面によるバッテリー状態診断方法は、バッテリーの電圧に対する前記バッテリーの容量変化率を示す微分容量と前記電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得するプロファイル獲得段階と、前記複数の微分プロファイルの各々から所定の電圧区間に位置したターゲットピークを決定するピーク決定段階と、前記ピーク決定段階で決定された複数のターゲットピークの電圧と前記複数のターゲットピークの各々に対応するように予め設定された参照ピークの電圧を比較する比較段階と、前記比較段階における電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断する状態診断段階と、を含み得る。
本発明の一面によると、バッテリーの微分プロファイルに基づいてバッテリーの状態が診断可能な長所がある。特に、微分プロファイルに含まれたターゲットピークの電圧及び／または電圧変化率に基づいて、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）の急落可能性のあるバッテリーを診断できるという長所がある。
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、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリー状態診断装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第１バッテリー及び第２バッテリーのＳＯＨを概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第１バッテリー及び第２バッテリーに対する微分プロファイルを示した図である。 本発明の一実施例による第１バッテリー及び第２バッテリーに対する微分プロファイルを示した図である。 本発明の一実施例による第１バッテリー及び第２バッテリーに対する微分プロファイルを示した図である。 本発明の一実施例による第１バッテリー及び第２バッテリーに対する微分プロファイルを示した図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリー状態診断方法を概略的に示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例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例に過ぎず、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、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。
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いずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。
なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結（接続）」されている場合も含む。
以下では、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー状態診断装置１００を概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリー状態診断装置１００は、プロファイル獲得部１１０と、ピーク決定部１２０と、状態診断部１３０と、を含み得る。
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。一例で、リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池がバッテリーとして看做され得る。
プロファイル獲得部１１０は、バッテリーの電圧に対する前記バッテリーの容量変化率を示す微分容量と前記電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得するように構成され得る。
ここで、微分容量は、バッテリーの電圧に対するバッテリーの容量変化率を示す値であって、ｄＱ／ｄＶで表され得る。
例えば、プロファイル獲得部１１０は、バッテリーの微分容量と電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得し得る。他の例で、プロファイル獲得部１１０は、バッテリーの電圧と容量との対応関係を示す複数のバッテリープロファイルを獲得し、獲得した複数のバッテリープロファイルに各々基づいてバッテリーの微分容量を計算することで微分プロファイルを獲得し得る。
望ましくは、プロファイル獲得部１１０は、相異なる複数の時点における前記バッテリーに対する微分プロファイルを獲得するように構成され得る。
例えば、複数の時点は、前記バッテリーに対する複数のサイクル時点または複数の退化時点であり得る。即ち、プロファイル獲得部１１０は、バッテリーの複数のＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）に対して微分プロファイルを獲得し得る。ここで、ＳＯＨとは、バッテリーの健康状態を示す指標であって、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｆｅ）バッテリーのＳＯＨは１であり得る。そして、バッテリーが退化するほどバッテリーのＳＯＨは低くなり得る。
図２は、本発明の一実施例による第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２のＳＯＨを概略的に示した図である。
図２の実施例において、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２は、サイクルが反復されるほど退化してＳＯＨが減少し得る。即ち、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２は、充放電サイクルが反復されるほど退化し得る。
但し、第１バッテリーＢ１は、サイクルが反復されるほどＳＯＨが緩やかに減少する一方、第２バッテリーＢ２はサイクルが反復されるほどＳＯＨが急激に減少し得る。即ち、第１バッテリーＢ１は、ＳＯＨが急落（Ｓｕｄｄｅｎ ｄｒｏｐ）しない参照バッテリーであり得る。そして、第２バッテリーＢ２は、状態診断の対象になるバッテリーであって、約１５０サイクル付近でＳＯＨが急落する異常バッテリーであり得る。
例えば、図２の実施例で、プロファイル獲得部１１０は、第２バッテリーＢ２のＳＯＨが、０．９９、０．９７、０．９５及び０．９２である時点で微分プロファイルを獲得し得る。即ち、プロファイル獲得部１１０は、第２バッテリーＢ２のＳＯＨによる複数の時点で、第２バッテリーＢ２に対する微分プロファイルを獲得し得る。
望ましくは、参照バッテリーとなる第１バッテリーＢ１に対する微分プロファイルは、保存部１４０に予め保存され、プロファイル獲得部１１０は、状態診断の対象になる第２バッテリーＢ２に対する微分プロファイルを獲得し得る。
図３～図６は、本発明の一実施例による第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２に対する微分プロファイルを示した図である。具体的には、図３～図６は、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２のＳＯＨによる第１～第４時点における微分プロファイルを示した図である。
図３は、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２のＳＯＨが０．９９である第１時点における第１バッテリーＢ１に対する第１微分プロファイルＲＰ１と、第２バッテリーＢ２に対する第１微分プロファイルＤＰ１を示した図である。
図４は、第１バッテリーＢ１と第２バッテリーＢ２のＳＯＨが０．９７である第２時点における第１バッテリーＢ１に対する第２微分プロファイルＲＰ２と、第２バッテリーＢ２に対する第２微分プロファイルＤＰ２を示した図である。
図５は、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２のＳＯＨが０．９５である第３時点における第１バッテリーＢ１に対する第３微分プロファイルＲＰ３と、第２バッテリーＢ２に対する第３微分プロファイルＤＰ３を示した図である。
図４は、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２のＳＯＨが０．９２である第４時点における第１バッテリーＢ１に対する第４微分プロファイルＲＰ４と、第２バッテリーＢ２に対する第４微分プロファイルＤＰ４を示した図である。
即ち、図２の実施例を参照すると、第１バッテリーＢ１の微分プロファイル及び第２バッテリーＢ２の微分プロファイルは、第１バッテリーＢ１及び第２バッテリーＢ２のＳＯＨが同じ時点で獲得されたものであり得る。
ピーク決定部１２０は、前記複数の微分プロファイルの各々から所定の電圧区間に位置した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、所定の電圧区間は、バッテリーに対して運用可能に設定された電圧区間における中央部分に位置した一部区間であり得る。例えば、バッテリーに対して運用可能に設定された全体電圧区間が３．３Ｖ以上４．２Ｖ以下であると仮定する。この場合、所定の電圧区間は、全体電圧区間のうち３．６Ｖ～３．９Ｖの区間であり得る。
例えば、ピーク決定部１２０は、所定の電圧区間で微分容量が０である地点において、微分容量が最大である地点を当該微分プロファイルのピークとして決定し得る。
図３の実施例において、ピーク決定部１２０は、第２バッテリーＢ２に対する第１微分プロファイルＤＰ１から第１ターゲットピークＴＰ１を決定し得る。第１ターゲットピークＴＰ１に対応する電圧はＶｔｐ１であり得る。一方、第１バッテリーＢ１の第１微分プロファイルＲＰ１には、第１ターゲットピークＴＰ１に対応する第１参照ピークＰ１が含まれ得る。そして、第１参照ピークＰ１に対応する電圧はＶｐ１であり得る。
図４の実施例で、ピーク決定部１２０は、第２バッテリーＢ２に対する第２微分プロファイルＤＰ２から第２ターゲットピークＴＰ２を決定し得る。第２ターゲットピークＴＰ２に対応する電圧は、Ｖｔｐ２であり得る。一方、第１バッテリーＢ１の第２微分プロファイルＲＰ２には、第２ターゲットピークＴＰ２に対応する第２参照ピークＰ２が含まれ得る。そして、第２参照ピークＰ２に対応する電圧はＶｐ２であり得る。
図５の実施例で、ピーク決定部１２０は、第２バッテリーＢ２に対する第３微分プロファイルＤＰ３から第３ターゲットピークＴＰ３を決定し得る。第３ターゲットピークＴＰ３に対応する電圧はＶｔｐ３であり得る。一方、第１バッテリーＢ１の第３微分プロファイルＲＰ３には、第３ターゲットピークＴＰ３に対応する第３参照ピークＰ３が含まれ得る。そして、第３参照ピークＰ３に対応する電圧はＶｐ３であり得る。
図６の実施例で、ピーク決定部１２０は、第２バッテリーＢ２に対する第４微分プロファイルＤＰ４から第４ターゲットピークＴＰ４を決定し得る。第４ターゲットピークＴＰ４に対応する電圧はＶｔｐ４であり得る。一方、第１バッテリーＢ１の第４微分プロファイルＲＰ４には、第４ターゲットピークＴＰ４に対応する第４参照ピークＰ４が含まれ得る。そして、第４参照ピークＰ４に対応する電圧はＶｐ４であり得る。
状態診断部１３０は、前記ピーク決定部１２０によって決定された複数のターゲットピークの電圧と前記複数のターゲットピークに各々対応するように予め設定された参照ピークの電圧を比較するように構成され得る。
具体的には、状態診断部１３０は、複数のターゲットピークの電圧と対応する参照ピークの電圧の大きさを直接比較し得る。
例えば、状態診断部１３０は、第１ターゲットピークＴＰ１と第１参照ピークＰ１の電圧の大きさを比較し、第２ターゲットピークＴＰ２と第２参照ピークＰ２の電圧の大きさを比較し得る。また、状態診断部１３０は、第３ターゲットピークＴＰ３と第３参照ピークＰ３の電圧の大きさを比較して、第４ターゲットピークＴＰ４と第４参照ピークＰ４の電圧の大きさを比較し得る。
状態診断部１３０は、電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断するように構成され得る。
具体的には、前記状態診断部１３０は、前記複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの電圧が対応する前記参照ピークの電圧未満である場合、前記バッテリーの状態を異常状態に診断するように構成され得る。
前述したように、異常状態とは、バッテリーが退化するにつれ、バッテリーのＳＯＨが急激に減少する状態を意味する。例えば、バッテリーの状態が異常状態に診断される場合、当該バッテリーのＳＯＨは急落し得ることを意味する。
例えば、図３の実施例で、第１ターゲットピークＴＰ１の電圧Ｖｔｐ１は、第１参照ピークＰ１の電圧Ｖｐ１未満であり得る。同様に、図４の実施例において、第２ターゲットピークＴＰ２の電圧Ｖｔｐ２は、第２参照ピークＰ２の電圧Ｖｐ２未満であり得る。また、図５の実施例で、第３ターゲットピークＴＰ３の電圧Ｖｔｐ３は、第３参照ピークＰ３の電圧Ｖｐ３未満であり得る。また、図６の実施例で、第４ターゲットピークＴＰ４の電圧Ｖｔｐ４は、第４参照ピークＰ４の電圧Ｖｐ４未満であり得る。
したがって、状態診断部１３０は、第２バッテリーＢ２の状態を異常状態に診断し得る。即ち、状態診断部１３０は、第２バッテリーＢ２に対応するターゲットピークの電圧が第１バッテリーＢ１に対応する参照ピークの電圧よりも小さいため、第２バッテリーＢ２の状態を、ＳＯＨの急落可能性がある異常状態と診断し得る。
即ち、本発明の一実施例によるバッテリー状態診断装置１００は、バッテリーのターゲットピークに対応する電圧と参照バッテリーの参照ピークに対応する電圧を比較することで、バッテリーの状態を速かに診断できるという長所がある。特に、バッテリー状態診断装置１００は、参照ピークとターゲットピークの電圧を比較した結果に基づいて急落の危険があるバッテリーを速かに診断可能な長所がある。
一方、バッテリー状態診断装置１００は、本発明で行われる多様な制御ロジッグを実行するために当業界に知られたプロセッサー、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、レジスター、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、前記制御ロジッグがソフトウェアに具現されるとき、前記バッテリー状態診断装置１００は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。
また、バッテリー状態診断装置１００は、保存部１４０をさらに含み得る。 保存部１４０は、バッテリー状態診断装置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や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１４０は、データを記録、消去、更新及び読出可能な公知の情報保存手段であれば、その種類は特に制限されない。一例として、情報保存手段には、ＲＡＭ、フラッシュメモリー（登録商標）、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどが挙げられる。また、保存部１４０は、バッテリー状態診断装置１００の各構成要素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１４０は、バッテリーに対する複数の微分プロファイルを保存し得る。この場合、プロファイル獲得部１１０は、保存部１４０にアクセスして、バッテリーに対する複数の微分プロファイルを獲得し得る。
他の例で、保存部１４０は、バッテリーに対する複数のバッテリープロファイルを保存し得る。この場合、プロファイル獲得部１１０は、保存部１４０にアクセスしてバッテリーに対する複数のバッテリープロファイルを獲得し、獲得した複数のバッテリープロファイルに基づいて複数の微分プロファイルを獲得し得る。
他の実施例で、状態診断部１３０は、前記複数ターゲットピークのうち基準ピークを設定するように構成され得る。
例えば、状態診断部１３０は、複数のターゲットピークのうち対応するバッテリーの退化度が最も低いターゲットピークを基準ピークに設定し得る。具体的には、状態診断部１３０は、電圧が最も低いターゲットピークを基準ピークに設定し得る。
例えば、図３～図６を参照すると、状態診断部１３０は、第１ターゲットピークＴＰ１、第２ターゲットピークＴＰ２、第３ターゲットピークＴＰ３及び第４ターゲットピークＴＰ４のうち対応する電圧が最も低い第１ターゲットピークＴＰ１を基準ピークに設定し得る。
状態診断部１３０は、設定された基準ピークの電圧を基準にして前記複数のターゲットの各々に対して電圧変化率を算出するように構成され得る。
例えば、状態診断部１３０は、基準ピークＴＰ１の電圧を基準にして第２ターゲットピークＴＰ２、第３ターゲットピークＴＰ３及び第４ターゲットピークＴＰ４の各々に対して電圧変化率を算出し得る。ここで、第１ターゲットピークＴＰ１に対する電圧変化率は０であるため、省略可能であることに仮定する。具体的には、状態診断部１３０は、「（第ｎターゲットピークの電圧－基準ピークの電圧）÷基準ピークの電圧」または「第ｎターゲットピークの電圧－基準ピークの電圧」の数式によって電圧変化率を算出し得る。ここで、ｎは正数である。
また、状態診断部１３０は、前記複数のターゲットピークに対応する複数の参照ピークのうち前記設定された基準ピークに対応する参照ピークの電圧を基準して前記複数の参照ピークの各々に対して参照変化率を算出するように構成され得る。
例えば、状態診断部１３０は、基準ピークＴＰ１に対応する第１参照ピークＰ１の電圧を基準にして第２参照ピークＰ２、第３参照ピークＰ３及び第４参照ピークＰ４の各々に対して参照変化率を算出し得る。ここで、第１参照ピークＰ１に対する参照変化率は０であるため、省略可能であることに仮定する。ここで、状態診断部１３０は、ターゲットピークの電圧変化率を算出する方式を複数の参照ピークに適用して、参照ピークの各々に対して参照変化率を算出し得る。
一方、参照ピークは予め設定されたものであるため、複数の参照ピークに対する参照変化率も予め設定され得る。
状態診断部１３０は、前記複数のターゲットピークと前記複数の参照ピークとの対応関係に基づいて、対応する電圧変化率と参照変化率を比較するように構成され得る。
例えば、状態診断部１３０は、第２ターゲットピークＴＰ２に対する第２電圧変化率と第２参照ピークＰ２に対する第２参照変化率を比較し得る。また、状態診断部１３０は、第３ターゲットピークＴＰ３に対する第３電圧変化率と第３参照ピークＰ３に対する第３参照変化率を比較し得る。また、状態診断部１３０は、第４ターゲットピークＴＰ４に対する第４電圧変化率と第４参照ピークＰ４に対する第４参照変化率を比較し得る。
状態診断部１３０は、変化率比較結果及び前記電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断するように構成され得る。
具体的には、状態診断部１３０は、前記複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの前記電圧及び前記電圧変化率の各々が、対応する前記参照ピークの前記電圧及び前記参照変化率の各々よりも未満である場合、前記バッテリーの状態を異常状態に診断するように構成され得る。
即ち、状態診断部１３０は、複数のターゲットピークと複数の参照ピークのと電圧のみならず、電圧変化率をさらに考慮してバッテリーの状態を診断し得る。
具体的には、状態診断部１３０は、第２バッテリーＢ２のターゲットピークに対する電圧変化率が、対応する第１バッテリーＢ１の基準ピークに対する参照変化率未満であり、第２バッテリーＢ２のターゲットピークの電圧が、対応する第１バッテリーＢ１の基準ピークに対する電圧未満である場合、第２バッテリーＢ２の状態を異常状態に診断し得る。
例えば、図３及び図４の実施例を参照すると、第２ターゲットピークＴＰ２に対する電圧Ｖｔｐ２は、第２参照ピークＰ２に対する電圧Ｖｐ２未満であり得る。但し、第２ターゲットピークＴＰ２に対する電圧変化率は、第２参照ピークＰ２に対する参照変化率よりも大きいことがある。これによって、状態診断部１３０は、図３及び図４の実施例に基づいては第２バッテリーＢ２の状態を異常状態に診断しないこともある。
他の例で、図３及び図５の実施例を参照すると、第３ターゲットピークＴＰ３に対する電圧Ｖｔｐ３は、第３参照ピークＰ３に対する電圧Ｖｐ３未満であり得る。また、第３ターゲットピークＴＰ３に対する電圧変化率は、第３参照ピークＰ３に対する参照変化率未満であり得る。同様に、図３及び図６の実施例を参照すると、第４ターゲットピークＴＰ４に対する電圧Ｖｔｐ４は第４参照ピークＰ４に対する電圧Ｖｐ４未満であり得る。また、第４ターゲットピークＴＰ４に対する電圧変化率は、第４参照ピークＰ４に対する参照変化率未満であり得る。これによって、状態診断部１３０は、図３、図５及び図６の実施例に基づいて、第２バッテリーＢ２の状態を異常状態に診断し得る。
本発明の一実施例によるバッテリー状態診断装置１００は、バッテリーの電圧のみならず、電圧変化率をさらに考慮することで、バッテリーの状態をより正確に診断可能であるという長所がある。特に、バッテリー状態診断装置１００は、バッテリーの電圧と電圧変化率に基づいて、ＳＯＨの急落可能性がある異常バッテリーの状態を具体的に診断可能であるという長所がある。これによって、バッテリーの寿命周期の間にバッテリーのＳＯＨを持続的に追跡しなくても、ＳＯＨの急落危険のあるバッテリーを容易に選別可能である。
より具体的には、状態診断部１３０は、複数のターゲットピークに対応する電圧変化率の増減パターンを決定し得る。そして、状態診断部１３０は、決定された増減パターンが増加パターンであり、複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの電圧及び電圧変化率の各々が、対応する参照ピークの電圧及び参照変化率の各々より未満である場合、バッテリーの状態を異常状態に診断するように構成され得る。
例えば、図３～図６の実施例において、第１～第４ターゲットピークＴＰ１～ＴＰ４に対応する電圧は、第２バッテリーＢ２が退化するほど増加し得る。即ち、第２時点（ＳＯＨ ０．９７時点）、第３時点（ＳＯＨ ０．９５時点）及び第４時点（ＳＯＨ ０．９２時点）へ時間が経過するほど第２バッテリーＢ２の電圧変化率は、次第に増加し得る。これによって、状態診断部１３０は、第２バッテリーＢ２に対する電圧変化率の増減パターンを増加パターンに決定し得る。
その後、状態診断部１３０は、第２バッテリーＢ２に対する複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの電圧及び電圧変化率に対応する参照ピークの電圧及び参照変化率を比較し、比較結果に基づいて第２バッテリーＢ２の状態を診断し得る。
前述した例示のように、第３ターゲットピークＴＰ３に対する電圧Ｖｔｐ３は、第３参照ピークＰ３に対する電圧Ｖｐ３未満であり、第４ターゲットピークＴＰ４に対する電圧Ｖｔｐ４は、第４参照ピークＰ４に対する電圧Ｖｐ４未満であり得る。また、第３ターゲットピークＴＰ３に対する電圧変化率は、第３参照ピークＰ３に対する参照変化率未満であり、第４ターゲットピークＴＰ４に対する電圧変化率は、第４参照ピークＰ４に対する参照変化率未満であり得る。
したがって、状態診断部１３０は、第２バッテリーＢ２の状態を異常状態に診断し得る。
即ち、本発明の一実施例によるバッテリー状態診断装置１００は、バッテリーに対する電圧変化率の増減パターンを先に考慮した上でターゲットピークと参照ピークを具体的に比較するため、バッテリーに対する状態をより速かに診断可能であるという長所がある。特に、バッテリー状態診断装置１００は、バッテリーに対する電圧変化率を増加パターンに決定した場合、バッテリーの退化が徐々に加速していると判断可能であり、この場合に限って急落可能性のあるバッテリーであるか否かを診断することでバッテリーの状態をより迅速かつ正確に診断できる。
本発明によるバッテリー状態診断装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用可能である。即ち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー状態診断装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー状態診断装置１００の各構成要素のうち少なくとも一部は、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、バッテリー状態診断装置１００のプロファイル獲得部１１０、ピーク決定部１２０、状態診断部１３０及び保存部１４０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状態診断装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。即ち、本発明によるバッテリーパック１は、バッテリー状態診断装置１００、測定部２００及び一つ以上のバッテリーＢを含み得る。また、バッテリーパック１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７は、本発明の他の実施例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と接続され得る。
具体的には、第１センシングラインＳＬ１は、バッテリーＢの正極と測定部２００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Ｂの負極と測定部２００に接続され得る。測定部２００は、第１センシングラインＳＬ１によって測定されたバッテリーＢの正極電圧と、第２センシングラインＳＬ２によって測定されたバッテリーＢの負極電圧との差を計算し、バッテリー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によってバッテリー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Ｂの電圧及び電流は、バッテリー状態診断装置１００へ送信され得る。
例えば、プロファイル獲得部１１０は、測定部２００からバッテリーＢの電圧及び電流を受信し得る。プロファイル獲得部１１０は、受信したバッテリーＢの電圧及び電流に基づいてバッテリーＢの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。
他の例で、保存部１４０は、測定部２００からバッテリーＢの電圧及び電流を受信して保存し得る。プロファイル獲得部１１０は、保存部１４０にアクセスしてバッテリーＢの電圧及び電流に対するバッテリープロファイルを獲得し、獲得されたバッテリープロファイルに基づいて微分プロファイルを生成し得る。
さらに他の例で、プロファイル獲得部１１０は、測定部２００からバッテリーＢの微分容量と電圧との対応関係を示す微分プロファイルを直接受信して獲得し得る。
図８は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリー状態診断方法を概略的に示した図である。
望ましくは、バッテリー状態診断方法の各段階は、バッテリー状態診断装置１００によって行われ得る。以下では、前述した内容と重複する内容は省略するか、または簡略に説明する。
図８を参照すると、本発明のさらに他の実施例によるバッテリー状態診断方法は、プロファイル獲得段階Ｓ１００、ピーク決定段階Ｓ２００、比較段階Ｓ３００及び状態診断段階Ｓ４００を含み得る。
プロファイル獲得段階Ｓ１００は、バッテリーの電圧に対する前記バッテリーの容量変化率を示す微分容量と前記電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得する段階であって、プロファイル獲得部１１０によって行われ得る。
例えば、図３～図６の実施例で、プロファイル獲得部１１０は、第２バッテリーＢ２に対する複数の微分プロファイルを獲得し得る。
ピーク決定段階Ｓ２００は、前記複数の微分プロファイルの各々で所定の電圧区間に位置したターゲットピークを決定する段階として、ピーク決定部１２０によって行われ得る。
例えば、図３～図６の実施例において、ピーク決定部１２０は、第２バッテリーＢ２に対する複数の微分プロファイルの各々からターゲットピークを決定し得る。具体的には、ピーク決定部１２０は、第１微分プロファイルＤＰから第１ターゲットピークＴＰ１を決定し、第２微分プロファイルＤＰ２から第２ターゲットピークＴＰ２を決定し得る。また、ピーク決定部１２０は、第３微分プロファイルＤＰ３から第３ターゲットピークＴＰ３を決定し、第４微分プロファイルＤＰ４から第４ターゲットピークＴＰ４を決定し得る。
比較段階Ｓ３００は、前記ピーク決定段階Ｓ２００で決定された複数のターゲットピークの電圧と前記複数のターゲットピークに各々対応するように予め設定された参照ピークの電圧を比較する段階であって、状態診断部１３０によって行われ得る。
例えば、状態診断部１３０は、互いに対応するターゲットピークと参照ピークの電圧及び／または電圧変化率を比較し得る。
状態診断段階Ｓ４００は、前記比較段階Ｓ３００における電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断する段階であって、状態診断部１３０によって行われ得る。
例えば、状態診断部１３０は、比較結果に基づいてＳＯＨの急落可能性があるバッテリーの状態を異常状態に診断し得る。
以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例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具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、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、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。
１ バッテリーパック
１００ バッテリー状態診断装置
１１０ プロファイル獲得部
１２０ ピーク決定部
１３０ 状態診断部
１４０ 保存部
２００ 測定部
Ｂ バッテリー

Claims (10)

  1. バッテリーの電圧に対する前記バッテリーの容量変化率を示す微分容量と前記電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得するプロファイル獲得部と、
    前記バッテリーの前記複数の微分プロファイルの各々から所定の電圧区間に位置したターゲットピークを決定するピーク決定部と、
    前記ピーク決定部によって前記バッテリーの前記複数の微分プロファイルの各々から決定された複数のターゲットピークの電圧と前記複数のターゲットピークの各々に対応するように予め設定された参照ピークの電圧を比較して、当該比較した複数の電圧比較結果のそれぞれを用いて前記バッテリーの状態を診断する状態診断部と、を含む、バッテリー状態診断装置。
  2. 前記状態診断部は、
    前記複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの電圧が対応する前記参照ピークの電圧未満である場合、前記バッテリーの状態を異常状態に診断する、請求項１に記載のバッテリー状態診断装置。
  3. 前記状態診断部は、
    前記複数のターゲットピークのうち基準ピークを設定し、設定された基準ピークの電圧を基準にして前記複数のターゲットピークの各々に対する電圧変化率を算出する、請求項１または２に記載のバッテリー状態診断装置。
  4. 前記状態診断部は、
    前記複数のターゲットピークに対応する複数の参照ピークのうち前記設定された基準ピークに対応する参照ピークの電圧を基準にして前記複数の参照ピークの各々に対する参照変化率を算出する、請求項３に記載のバッテリー状態診断装置。
  5. 前記状態診断部は、
    前記複数のターゲットピークと前記複数の参照ピークとの対応関係に基づいて、対応する電圧変化率と参照変化率を比較し、変化率比較結果及び前記複数の電圧比較結果に基づいて前記バッテリーの状態を診断する、請求項４に記載のバッテリー状態診断装置。
  6. 前記状態診断部は、
    前記複数のターゲットピークのうち少なくとも一つの前記電圧及び前記電圧変化率の各々が、対応する前記参照ピークの前記電圧及び前記参照変化率の各々よりも未満である場合、前記バッテリーの状態を異常状態に診断する、請求項４または５に記載のバッテリー状態診断装置。
  7. 前記プロファイル獲得部は、
    相異なる複数の時点における前記バッテリーに対する微分プロファイルを獲得する、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー状態診断装置。
  8. 前記複数の時点が、
    前記バッテリーに対する複数のサイクル時点または複数の退化時点である、請求項７に記載のバッテリー状態診断装置。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリー状態診断装置を含む、バッテリーパック。
  10. バッテリーの電圧に対する前記バッテリーの容量変化率を示す微分容量と前記電圧との対応関係を示す複数の微分プロファイルを獲得するプロファイル獲得段階と、
    前記バッテリーの前記複数の微分プロファイルの各々から所定の電圧区間に位置したターゲットピークを決定するピーク決定段階と、
    前記ピーク決定段階で前記バッテリーの前記複数の微分プロファイルの各々から決定された複数のターゲットピークの電圧と前記複数のターゲットピークの各々に対応するように予め設定された参照ピークの電圧を比較する比較段階と、
    前記比較段階において当該比較した複数の電圧比較結果のそれぞれを用いて前記バッテリーの状態を診断する状態診断段階と、を含む、バッテリー状態診断方法。
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