JP2020533759A - バッテリー診断装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明によるバッテリー診断装置は、バッテリーの電位及び電流を測定するように構成されたセンシング部と、前記センシング部によって測定された電流に基づいて前記バッテリーの容量を推定し、前記センシング部によって測定された電位と推定された容量とがマッピングされた電位−容量データから前記電位−容量データに含まれた複数の変曲データを検出し、検出された複数の変曲データの電位、容量及び個数に基づいて前記複数の変曲データの電極電位を推定し、推定された複数の電極電位と基準電極電位との電位差を算出し、算出された複数の電位差の増減パターンに基づいて前記バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断し、診断結果に基づいて前記バッテリーのモードを正常モードまたは故障モードと判断するように構成されたプロセッサとを含む。

Description

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、バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度の変化を診断するバッテリー診断装置及び方法に関する。

本出願は、２０１８年４月１０日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００４１６９３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。

二次電池は、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ものであって、幅広く多様な用途で用いられる。例えば、二次電池は、携帯電話、ラップトップパソコン、デジカメ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのようなハンドヘルド装置；電気自転車、電気バイク、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気船、電気飛行機などのような各種の電気駆動動力装置；新材生エネルギーを通じて発電した電力や余剰発電電力の貯蔵に使用される電力貯蔵装置；サーバーコンピュータ及び通信用基地局を含む各種の情報通信装置に電力を安定的に供給するための無停電電源供給装置などに至るまで使用領域が徐々に拡がっている。

二次電池は、放電中に電子を放出しながら酸化する物質を含む負極（ａｎｏｄｅ）、放電中に電子を収容しながら還元する物質を含む正極（ｃａｔｈｏｄｅ）、及び負極と正極との間でイオンの移動を可能にする電解質の３種の基本構成要素を含む。また、電池は、放電した後は再使用できない一次電池と、電気化学反応が少なくとも部分的には可逆的であるため繰り返して充電及び放電できる二次電池とに分けられる。

そのうち、二次電池としては、鉛−酸電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−鉄電池、銀酸化物電池、ニッケル金属水和物電池、亜鉛−マンガン酸化物電池、亜鉛−臭素電池、金属−空気電池、リチウム二次電池などが公知されている。これらのうちリチウム二次電池は、他の二次電池に比べてエネルギー密度が高くて電池電圧が高く、保存寿命が長いという理由から、商業的に最大の関心を集めている。

一方、二次電池の性能を確認するなどのため、二次電池の電極電位（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が測定される。

電極電位の測定には、基準電極（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、作用電極（ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）及び補助電極（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）で構成された三電極系電極電位測定方法が主に使われている。

基準電極は、電池を構成している電極や電気分解が起きている電極の電位を測定するため、当該電極と組み合わせて電極電位測定用電池回路を形成するのに用いられる電極であって、電極電位の相対値を測定するときに電位の基準になる。

このような基準電極は、可逆的な電極電位（可逆状態にある電極）であって、ネルンスト（Ｎｅｒｎｓｔ）平衡理論に従わなければならない。また、常に一定した電位値を維持する非分極特性を有し、液間電位差がなるべく少なく、温度が変化しても電位変化が小さく、一定の温度で一定の電位値を示すなどの要件を満たさなければならない。

電極電位を測定するためには電池セル当り一つの基準電極が組み合わせられ、基準電極の信頼性を高めるため、充放電による電位の変化のない平坦電位で基準電極を活性化させる過程が行われる。

このような過程を経て測定された電極電位は、二次電池の種類や容量などによって変わるだけでなく、二次電池の種類や容量などが特定された場合にも、使用による退化の進行に伴って変わるようになる。従って、電極電位を活用して二次電池の性能、退化度などを診断する技術が求められている実情である。

本発明は、バッテリーの電極電位と基準電極電位との電位差がバッテリーの電極電位に対応する容量によって増加又は減少するか否かに応じて、バッテリーの電極の活物質面積の増減を診断することができる。

また、本発明は、バッテリーの電極電位が基準電位範囲内に含まれるか否かに応じて、バッテリー電極の充電深度及び放電深度の変化を診断することができる。

本発明の目的は上記の目的に制限されず、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理解できるであろう。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、バッテリーの電位及び電流を測定するように構成されたセンシング部と、前記センシング部によって測定された電流に基づいて前記バッテリーの容量を推定し、前記センシング部によって測定された電位と推定された容量とがマッピングされた電位−容量データから前記電位−容量データに含まれた複数の変曲データを検出し、検出された複数の変曲データの電位、容量及び個数に基づいて前記複数の変曲データの電極電位を推定し、推定された複数の電極電位と基準電極電位との電位差を算出し、算出された複数の電位差の増減パターンに基づいて前記バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断し、診断結果に基づいて前記バッテリーのモードを正常モードまたは故障モードと判断するように構成されたプロセッサとを含む。

前記プロセッサは、変曲データの個数と負極活物質及び正極活物質の種類とがマッピングされて保存されている活物質種類データに基づいて、前記検出された変曲データの個数によって前記バッテリーの負極活物質及び正極活物質の種類を決定するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つでも変化したと診断された場合、前記バッテリーのモードを故障モードと判断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記検出された複数の変曲データを電位の大きさによって第１グループと第２グループとに分類するように構成され得る。

前記プロセッサは、予め保存された第１電極−容量データから前記第１グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準正極電位を抽出し、抽出された基準正極電位を前記第１グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位として推定するように構成され得る。

前記プロセッサは、予め保存された第２電極−容量データから前記第２グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準負極電位を抽出し、抽出された基準負極電位及び前記第２グループに属した変曲データの電位に基づいて、前記第２グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位を推定するように構成され得る。

前記予め保存された第１電極−容量データは、正極活物質の種類によって基準正極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータであり得る。

前記予め保存された第２電極−容量データは、負極活物質の種類によって基準負極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータであり得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位に対応する基準電極電位との電位差を算出し、算出された電位差及び前記算出された電位差の増減パターンに基づいて前記活物質面積、放電深度及び充電深度のうち一つ以上の変化を診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位全部に対して算出された電位差がすべて０Ｖである場合、前記活物質面積、放電深度及び充電深度がすべて変化していないと診断し、前記バッテリーのモードを正常モードと判断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位のうち対応する容量が最も小さい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖである場合、前記放電深度の変化がないと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記対応する容量が最も小さい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖを超える場合、前記放電深度が減少したと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記対応する容量が最も小さい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖ未満である場合、前記放電深度が増加したと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位に対して算出された電位差が同じである場合、前記活物質面積の変化がないと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位に対して算出された電位差が対応する容量の増加とともに増加する場合、前記活物質面積が減少したと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位に対して算出された電位差が対応する容量の増加とともに減少する場合、前記活物質面積が増加したと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位のうち対応する容量が最も大きい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖである場合、前記充電深度の変化がないと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記対応する容量が最も大きい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖを超える場合、前記充電深度が増加したと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記対応する容量が最も大きい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖ未満である場合、前記充電深度が減少したと診断するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記基準電極電位同士の変化率を算出し、算出された変化率に基づいて既定の基準容量区間の大きさを調整し、前記推定された電極電位のうち大きさが調整された基準容量区間に属する電極電位のみを選択して前記電位差を算出するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記バッテリーに含まれた正極及び負極のうち少なくとも一つの診断対象電極を選択し、選択された診断対象電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断するように構成され得る。

本発明の他の態様によるバッテリー管理装置は、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態様による自動車は、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態様によるバッテリー診断方法は、バッテリーの電位及び電流を測定し、測定された電流に基づいて前記バッテリーの容量を推定する容量推定段階と、測定された電位と推定された容量とがマッピングされた電位−容量データに基づいて前記電位−容量データに含まれた複数の変曲データを検出する変曲データ検出段階と、検出された複数の変曲データの電位、容量及び個数に基づいて前記複数の変曲データの電極電位を推定する電極電位推定段階と、推定された複数の電極電位と基準電極電位との電位差を算出する電位差算出段階と、算出された複数の電位差の増減パターンに基づいて前記バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断する診断段階と、前記診断段階における診断結果に基づいて前記バッテリーのモードを正常モードまたは故障モードと判断するバッテリーモード判断段階とを含む。

本発明の一態様によれば、バッテリーの電極電位の推定において、基準電極を用いずにも、バッテリーの電位のみを測定することで、バッテリーの正極電位及び負極電位を推定することができる。

また、本発明の一態様によれば、バッテリーの電位−容量データから変曲データを抽出し、抽出された変曲データの個数に基づいてバッテリーの正極活物質及び負極活物質の種類を判断することができる。

また、本発明の一態様によれば、バッテリーの電極電位と基準電極電位との電位差がバッテリーの電極電位に対応する容量によって増加又は減少するか否かに応じて、バッテリーの活物質面積の増減を診断することで、迅速且つ正確にバッテリーの各電極の活物質面積の変化を把握することができる。

また、本発明の一態様によれば、バッテリーの電極電位が基準電位範囲内に含まれるか否かに応じて、バッテリーの充電深度及び放電深度の変化を診断することで、迅速且つ正確にバッテリーの各電極の充電深度及び放電深度の変化を把握することができる。

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バッテリー診断装置の構成を示した図である。 バッテリーの電位に応じたバッテリーの容量グラフである。 平滑化する前のバッテリーの電位に応じたバッテリーの容量微分グラフである。 平滑化した後のバッテリーの電位に応じたバッテリーの容量微分グラフである。 バッテリーの容量に応じたバッテリーの電位、及び基準バッテリーの容量に応じた基準バッテリーの第１電極電位と第２電極電位を示したグラフである。 バッテリーの容量に応じたバッテリーの電位、及び基準バッテリーの容量に応じた基準バッテリーの第１電極電位と第２電極電位を示したグラフである。 バッテリーの正極電位と基準電極電位の第１例を示した図である。 バッテリーの正極電位と基準電極電位の第２例を示した図である。 バッテリーの正極電位と基準電極電位の第３例を示した図である。 バッテリーの正極電位と基準電極電位の第４例を示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリー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、本明細書及び請求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、関連公知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、その詳細な説明は省略する。

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「プロセッサ」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」されるとするとき、これは「直接的な連結」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結」も含む。

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置の構成を示した図である。

図１を参照すれば、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Ｂを含むバッテリーパック１に含まれ、バッテリーＢと連結されてバッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度の変化を診断することができる。ここで、バッテリーＢは、正極及び負極を含む。また、バッテリーＢは、活物質面積、充電深度及び放電深度の変化が診断されるバッテリーを意味し得る。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１に備えられたバッテリー管理装置（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に含まれてもよい。

バッテリーＢは、電気的に直列及び／または並列で連結された複数の単位セルを含むことができる。勿論、前記バッテリーＢが一つの単位セルのみを含む場合も本発明の範疇に含まれる。ここで、単位セルは、繰り返して充放電できれば、その種類に特に制限がなく、一例としてパウチ型のリチウムポリマーバッテリーであり得る。

バッテリーＢは、外部端子を通じて多様な外部装置に電気的に結合される。例えば、外部装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、ドローンのような無人飛行体、電力グリッドに含まれた大容量の電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）、またはモバイルデバイスであり得る。この場合、バッテリーＢは、前記外部装置に搭載された、モジュール化された電池パックに含まれた単位セルの一部または全部を含み得る。

バッテリーＢの外部端子は、充電装置と選択的に結合され得る。前記充電装置は、バッテリーＢが搭載される外部装置の制御によってバッテリーＢに選択的に結合され得る。

以下、図１を参照して本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置の機能的構成について具体的に説明する。

図１を参照すれば、バッテリー診断装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０及びプロセッサ１３０を含むことができる。

センシング部１１０は、プロセッサ１３０と動作可能に結合される。すなわち、センシング部１１０は、プロセッサ１３０に電気的信号を送信するか、又は、プロセッサ１３０から電気的信号を受信できるように、プロセッサ１３０に接続され得る。

センシング部１１０は、予め設定された周期毎に、バッテリーＢの正極と負極との間に印加される電位、及びバッテリーＢに流れ込むか又はバッテリーＢから流れ出る電流を繰り返して測定し、測定された電位及び電流を示す測定信号をプロセッサ１３０に提供することができる。

センシング部１１０は、バッテリーＢの電流を測定するように構成された電流センサを含む。また、センシング部１１０は、バッテリーＢの電位を測定するように構成された電圧センサをさらに含み得る。図１には示されていないが、電流センサはバッテリーＢに回路的に連結されたセンス抵抗の両端に連結され得る。すなわち、電流センサは、センス抵抗の両端の電位差を測定し、測定した電位差及びセンス抵抗の抵抗値に基づいてバッテリーＢの電流を測定することができる。

プロセッサ１３０は、センシング部１１０から測定信号を受信すれば、信号処理を通じてバッテリーＢの電位及び電流それぞれのデジタル値を決定してメモリ部１２０に保存することができる。

前記メモリ部１２０は、半導体メモリ素子であって、前記プロセッサ１３０によって生成されるデータを記録、消去、更新し、バッテリーＢの電極電位を推定するために設けられた複数のプログラムコードを保存する。また、前記メモリ部１２０は、本発明の実施に使用される既定の各種パラメータの事前設定値を保存することができる。

前記メモリ部１２０は、データを記録、消去、更新できると知られた半導体メモリ素子であれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記メモリ部１２０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどであり得る。前記メモリ部１２０は、前記プロセッサ１３０の制御ロジックを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含むことができる。前記保存媒体は、フラッシュメモリやハードディスクのような不揮発性記憶素子を含む。前記メモリ部１２０は、プロセッサ１３０と物理的に分離されていてもよく、前記プロセッサ１３０と一体的に統合されていてもよい。

前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢに予め設定された充電電流値の電流が入力されてバッテリーＢが充電されるようにバッテリーＢの電流を制御し、バッテリーＢに入力された電流に基づいてバッテリーＢの容量を推定することができる。ここで、バッテリーＢの容量は、バッテリーＢの充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）と同一である。

このとき、予め設定された充電電流値は、下記の数式１を用いて算出することができる。
ここで、Ｉ_ｃは予め設定された充電電流値であり、αは１以下の定数であり、Ｃ_ｎはバッテリーの定格電流であり得る。

これによって、プロセッサ１３０は、定格電流の電流値以下の充電電流値の電流が入力されて充電されるバッテリーＢの容量を推定することができる。

また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢに入力された電流の電流値を積算する電流積算法を用いてバッテリーＢの容量を推定することができる。ここで、プロセッサ１３０が電流積算法を用いてバッテリーＢの容量を推定すると説明したが、予め設定された充電電流値の電流が入力されるバッテリーＢの容量を推定できれば、推定方法は特に限定されない。

一方、プロセッサ１３０は、センシング部１１０によって測定された電位と推定されたバッテリーＢの容量とをマッピングして、バッテリーＢの電位−容量データを生成することができる。

ここで、バッテリーＢの電位は、バッテリーＢの開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）であり得る。

図２は、バッテリーの電位に応じたバッテリーの容量グラフである。図２に示されたように、バッテリーＢの電位−容量データはバッテリーＢの容量に応じたバッテリーＢの電位曲線で表すことができる。すなわち、プロセッサ１３０は、生成した電位−容量データをＸ軸が電位（Ｖ）であって、Ｙ軸が容量（ｍＡｈ）である２次元グラフで表すことができる。

このとき、メモリ部１２０は、バッテリーＢの電位−容量データをバッテリーＢの容量に応じたバッテリーＢの電位曲線で近似させた近似関数、及びバッテリーＢの容量毎にバッテリーＢの電位がマッピングされたルックアップテーブルのうち一つ以上の形態で保存することができる。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電位−容量データに基づいて電位−容量データの変曲データを検出することができる。ここで、変曲データとは、図２に示された曲線に位置した変曲点における電位及び容量を含むデータであり得る。

より具体的には、前記プロセッサ１３０は、電位−容量データに基づいて、電位の微小変化によるバッテリーＢの容量の変化が増加してから減少する地点の電位とバッテリーＢの容量を変曲データとして検出することができる。

また、前記プロセッサ１３０は、電位−容量データに基づいて、電位の微小変化によるバッテリーＢの容量の変化が減少してから増加する地点の電位とバッテリーＢの容量を変曲データとして検出することができる。

すなわち、前記プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電位−容量データに対応する近似関数の二階微分係数が「０」である電位と、該電位に対応するバッテリーＢの容量を変曲データとして検出することができる。

電位−容量データの一階導関数の例を図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、平滑化する前と後のバッテリーの電位に応じたバッテリーの容量微分グラフである。

プロセッサ１３０は、図３に示されたように、バッテリーＢの電位−容量データに対応する近似関数を微分して一階導関数を算出することができる。

その後、プロセッサ１３０は、図４に示されたように、バッテリーＢの電位−容量データに対応する近似関数の一階導関数を平滑化してノイズ成分を除去することができる。

このとき、前記プロセッサ１３０は、ノイズフィルタを用いてバッテリーＢの電位−容量データに対応する近似関数の一階導関数を平滑化することができる。

これを通じて、前記プロセッサ１３０は、ノイズ成分によって変曲データが誤検出される現象を防止することで、変曲データ検出の正確性を向上させることができる。

次いで、前記プロセッサ１３０は、平滑化した近似関数の一階導関数を微分して二階導関数を算出し、算出された二階導関数の関数値が「０」である電位と、該電位に対応するバッテリーＢの容量を変曲データとして検出することができる。

すなわち、前記プロセッサ１３０は、図４に示されたように、バッテリーＢの８個の変曲データ（Ｉ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６、Ｉ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２）を検出することができる。

プロセッサ１３０は、検出した複数の変曲データを電位の大きさによって第１グループと第２グループとに分類することができる。例えば、プロセッサ１３０は、検出した変曲データに対応する電位と予め設定された基準電位とを比べ、比較結果によって変曲データを第１グループと第２グループとに分類することができる。

より具体的には、前記プロセッサ１３０は、変曲データの電位が予め設定された基準電位以上である場合、該変曲データを第１グループとして分類することができる。逆に、前記プロセッサ１３０は、変曲データに対応する電位が予め設定された基準電位未満である場合、該変曲データを第２グループとして分類することができる。

ここで、第１グループに属した変曲データは、バッテリーＢの正極と負極のうち正極活物質の種類の電気的特性によって検出された変曲データであり得、第２グループに属した変曲データは、バッテリーＢの正極と負極のうち負極活物質の種類の電気的特性によって検出された変曲データであり得る。

例えば、予め設定された基準電位が「３．８Ｖ」である場合、プロセッサ１３０は、検出された変曲データ（Ｉ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６、Ｉ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２）のうち対応する電位が予め設定された基準電位「３．８Ｖ」以上である変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２を第１グループとして分類することができる。

逆に、前記プロセッサ１３０は、検出された変曲データ（Ｉ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６、Ｉ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２）のうち対応する電位が予め設定された基準電位「３．８Ｖ」未満である変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６を第２グループとして分類することができる。

プロセッサ１３０は、検出された変曲データ（Ｉ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６、Ｉ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２）に基づいてバッテリーＢの電極活物質の種類を確認することができる。より具体的には、プロセッサ１３０は、第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の個数及び第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の個数に基づいて、バッテリーＢの正極活物質の種類及び負極活物質の種類を確認することができる。

そのため、前記メモリ部１２０には、第１グループに属した変曲データの個数及び第２グループに属した変曲データの個数に対して電極活物質の種類がマッピングされた活物質種類データが予め保存され得る。

例えば、図４の実施形態のように、第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の個数が２個であり、第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の個数が６個であると仮定する。この場合、メモリ部１２０に保存された活物質種類データには、正極活物質が「ＬｉＭＯ_２」、負極活物質が「ＳｉＯ_２」と保存され得る。

プロセッサ１３０は、メモリ部１２０に保存された活物質種類データを用いて、第１グループに属した変曲データの個数及び第２グループに属した変曲データの個数からバッテリーＢの正極活物質及び負極活物質の種類を確認することができる。

プロセッサ１３０は、正極活物質及び負極活物質の種類を確認した後、検出した複数の変曲データの電位、容量及び個数に基づいて複数の変曲データの電極電位を推定するように構成される。

複数の変曲データの電極電位の推定については、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、バッテリーの容量に応じたバッテリーの電位及び基準バッテリーの容量に応じた基準バッテリーの電極電位を示した図である。

図５及び図６に示されたＤ_Ｒ１はメモリ部１２０に予め保存された第１電極−容量データであり、Ｄ_Ｒ２はメモリ部１２０に予め保存された第２電極−容量データである。ここで、予め保存された第１電極−容量データは、正極活物質の種類によって基準正極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータであり、予め保存された第２電極−容量データは、負極活物質の種類によって基準負極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータである。すなわち、メモリ部１２０には、多様な活物質の種類で構成された基準バッテリー毎に第１電位−容量データ及び第２電位−容量データが予め保存され得る。

プロセッサ１３０は、予め保存された第１電極−容量データから第１グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準正極電位を抽出し、抽出された基準正極電位を前記第１グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位として推定することができる。

例えば、図５の実施形態において、プロセッサ１３０は、電位−容量データから第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の電位を読み出すことができる。その後、プロセッサ１３０は、予め保存された第１電位−容量データＤ_Ｒ１から、第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の容量に対応する基準容量にマッチングされた基準バッテリーの基準正極電位を抽出することができる。そして、プロセッサ１３０は、抽出した基準正極電位と第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の電位との差から、第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の負極電位を推定することができる。このとき、プロセッサ１３０は、下記の数式２を用いて基準正極電位と第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の電位との差を算出することができる。
ここで、ＶＢＡは第１電極電位であり、ＶＲＣは基準バッテリーの基準正極電位であり、ＶＢ１は第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の電位である。

図５の実施形態において、第１グループに属した変曲データＩ_Ｃ１、Ｉ_Ｃ２の電位ＶＢ１は「●」で示され、基準バッテリーの基準正極電位ＶＲＣは「■」で示され、算出された第１電極電位ＶＢＡは「▲」で示された。

数式２を用いて第１電極電位ＶＢＡを算出した後、プロセッサ１３０は、算出した第１電極電位ＶＢＡをバッテリーＢの負極電位として推定し、基準正極電位ＶＲＣをバッテリーＢの正極電位として推定することができる。

また、プロセッサ１３０は、予め保存された第２電極−容量データから第２グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準負極電位を抽出し、抽出された基準負極電位を前記第２グループに属した変曲データの容量それぞれにおける負極電位として推定することができる。

例えば、図６の実施形態において、プロセッサ１３０は、電位−容量データから第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の電位を読み出すことができる。その後、プロセッサ１３０は、予め保存された第２電位−容量データＤ_Ｒ２から、第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の容量に対応する基準容量にマッチングされた基準バッテリーの基準負極電位を抽出することができる。そして、プロセッサ１３０は、抽出した基準負極電位と第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の電位との差から、第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の正極電位を推定することができる。このとき、プロセッサ１３０は、下記の数式３を用いて基準負極電位と第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の電位との差を算出することができる。
ここで、ＶＢＣは第２電極電位であり、ＶＲＡは基準バッテリーの基準負極電位であり、ＶＢ２は第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の電位である。

図６の実施形態において、第２グループに属した変曲データＩ_Ａ１〜Ｉ_Ａ６の電位ＶＢ２は「●」で示され、基準バッテリーの基準負極電位ＶＲＡは「■」で示され、算出された第２電極電位ＶＢＣは「▲」で示された。

数式３を用いて第２電極電位ＶＢＣを算出した後、プロセッサ１３０は、算出した第２電極電位ＶＢＣをバッテリーＢの正極電位として推定し、基準負極電位ＶＲＡをバッテリーＢの負極電位として推定することができる。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置は、バッテリーＢの電極電位の推定において、基準電極を用いずにも、バッテリーＢの電位のみを測定することで、バッテリーＢの正極電位及び負極電位を正確に推定することができる。

その後、プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの電極電位と基準電極電位との電位差を算出することができる。具体的には、プロセッサ１３０は、推定したバッテリーＢの正極電位と基準電極電位との電位差を算出することができる。

推定されたバッテリーＢの正極電位と基準電極電位との電位差の算出については図７〜図１０を参照して具体的に説明する。

図７はバッテリーの正極電位と基準電極電位の第１例を示した図であり、図８はバッテリーの正極電位と基準電極電位の第２例を示した図である。

図７及び図８の実施形態において、プロセッサ１３０によって推定されたバッテリーＢの正極電位はＶ_Ａ１〜Ｖ_Ａ５であり、基準電極電位はＶ_ＲＡ１〜Ｖ_ＲＡ１である。ここで、基準電極電位Ｖ_ＲＡ１〜Ｖ_ＲＡ１は、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーＢから測定した正極電位であり得る。また、数式２の基準バッテリーの基準電極電位ＶＲＣ及び数式３で算出された第２電極電位ＶＢＣがバッテリーＢの正極電位として推定されたが、以下では説明の便宜上、推定されたバッテリーＢの正極電位が図７及び図８に示されたＶ_Ａ１〜Ｖ_Ａ５であるとして説明する。

プロセッサ１３０は、下記の数式４を通じて電位差を算出することができる。
ここで、ＶＤは電位差であり、ＶＡは推定されたバッテリーＢの正極電位であり、ＶＲＡは前記バッテリーＢの正極電位に対応する基準電極電位である。

例えば、推定されたバッテリーＢの正極電位ＶＡと基準電極電位ＶＲＡとが同じであれば、電位差ＶＤは０Ｖと算出される。推定されたバッテリーＢの正極電位ＶＡが基準電極電位ＶＲＡより大きければ、電位差ＶＤは０Ｖを超える範囲内で算出される。推定されたバッテリーＢの正極電位ＶＡが基準電極電位ＶＲＡより小さければ、電位差ＶＤは０Ｖ未満の範囲内で算出される。

例えば、図７及び図８の実施形態において、プロセッサ１３０は、推定したバッテリーＢの正極電位Ｖ_Ａ１〜Ｖ_Ａ５と基準電極電位Ｖ_ＲＡ１〜Ｖ_ＲＡ１との差から、バッテリーＢの電位差を算出することができる。具体的には、プロセッサ１３０は、第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との差から第１電位差を算出し、第２正極電位Ｖ_Ａ２と第２基準電極電位Ｖ_ＲＡ２との差から第２電位差を算出することができる。そして、プロセッサ１３０は、第３正極電位Ｖ_Ａ３と第３基準電極電位Ｖ_ＲＡ３との差から第３電位差を算出し、第４正極電位Ｖ_Ａ４と第４基準電極電位Ｖ_ＲＡ４との差から第４電位差を算出することができる。最後に、プロセッサ１３０は、第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ５との差から第５電位差を算出することができる。

プロセッサ１３０は、算出した複数の電位差の増減パターンに基づいて、前記バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断するように構成される。この場合、プロセッサ１３０は、バッテリーに含まれた正極及び負極のうち少なくとも一つの診断対象電極を選択し、選択された診断対象電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断するように構成される。例えば、プロセッサ１３０は、診断対象電極として正極を選択し、正極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断することができる。また、プロセッサ１３０は、診断対象電極として負極を選択し、負極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断することもできる。また、プロセッサ１３０は、診断対象電極として正極及び負極をすべて選択し、正極及び負極それぞれの活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断することもできる。

以下、下記の表１〜表３を参照して、プロセッサ１３０がバッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度の変化をそれぞれ判断する過程について説明する。

表１は、プロセッサ１３０がバッテリーＢの電極電位と基準電極電位との電位差の増減パターンに基づいて、バッテリーＢの電極の放電深度の変化を診断する内容を示した表である。以下、説明の便宜上、プロセッサ１３０が正極の放電深度の変化如何を診断する場合について説明する。ただし、表１はプロセッサ１３０が負極の放電深度の変化如何を診断する場合にも同様に適用され得る。

例えば、上述した実施形態を参照すれば、表１において第１電位差とは、バッテリーＢの複数の正極電位のうち対応する容量が最も小さい第１正極電位Ｖ_Ａ１と、複数の基準電極電位のうち第１正極電位Ｖ_Ａ１に対応する第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との電位差を意味する。

また、表１において、電位差増加パターンとは複数の正極電位と対応する基準電極電位との電位差が次第に増加するパターンを意味し、電位差同一パターンとは前記電位差が一定したパターンを意味し、電位差減少パターンとは前記電位差が次第に減少するパターンを意味する。例えば、上述した実施形態を参照すれば、電位差増加パターンとは算出された電位差が第１電位差から第６電位差まで次第に増加するパターンを意味し、電位差同一パターンとは算出された第１電位差から算出された第６電位差までが同じパターンを意味し、電位差減少パターンとは算出された電位差が第１電位差から第６電位差まで次第に減少するパターンを意味する。

プロセッサ１３０は、第１電位差が０である場合、現在バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度と同一であると診断することができる。すなわち、第１電位差が０であれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度から変化していないと診断することができる。

また、第１電位差が０より大きい場合、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度よりも減少したと診断することができる。

また、第１電位差が０より小さい場合、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度よりも増加したと診断することができる。

表２は、プロセッサ１３０がバッテリーＢの電極電位と基準電極電位との電位差の増減パターンに基づいて、バッテリーＢの電極の活物質面積の変化を診断する内容を示した表である。以下、説明の便宜上、プロセッサ１３０が正極の活物質面積の変化如何を診断する場合について説明する。ただし、表２はプロセッサ１３０が負極の活物質面積の変化如何を診断する場合にも同様に適用され得る。

上述した実施形態と同様に、表２において第１電位差とは、バッテリーＢの複数の正極電位のうち対応する容量が最も小さい第１正極電位Ｖ_Ａ１と、複数の基準電極電位のうち第１正極電位Ｖ_Ａ１に対応する第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との電位差を意味する。

プロセッサ１３０は、第１電位差と関係なく、電位差増減パターンによってバッテリーＢの正極の活物質面積の変化を診断することができる。

例えば、電位差増減パターンが電位差同一パターンである場合、プロセッサ１３０は、現在バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積と同一であると診断することができる。すなわち、電位差増減パターンが電位差同一パターンであれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の活物質面積が変化していないと診断することができる。

また、電位差増減パターンが電位差増加パターンである場合、プロセッサ１３０は、現在バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積よりも減少したと診断することができる。

また、電位差増減パターンが電位差減少パターンである場合、プロセッサ１３０は、現在バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積よりも増加したと診断することができる。

表３は、プロセッサ１３０がバッテリーＢの電極電位と基準電極電位との電位差の増減パターンに基づいて、バッテリーＢの電極の充電深度の変化を診断する内容を示した表である。以下、説明の便宜上、プロセッサ１３０が正極の充電深度の変化如何を診断する場合について説明する。ただし、表３はプロセッサ１３０が負極の充電深度の変化如何を診断する場合にも同様に適用され得る。

プロセッサ１３０は、第Ｎ電位差を用いてバッテリーＢの正極の充電深度の変化を診断することができる。ここで、Ｎは複数の変曲データの個数であり、第Ｎ電位差は、第１電位差とは逆に、対応する容量が最も大きい第Ｎ正極電位と第Ｎ正極電位に対応する第Ｎ基準電極電位との電位差を意味する。例えば、図７及び図８の実施形態において、第Ｎ正極電位は第５正極電位Ｖ_Ａ５であり、第Ｎ基準電極電位は第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ１であり、第Ｎ電位差は第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との電位差である。

第Ｎ電位差が０である場合、プロセッサ１３０は、現在バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度と同一であると診断することができる。すなわち、第Ｎ電位差が０であれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度が変化していないと診断することができる。

また、第Ｎ電位差が０より大きい場合、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも増加したと診断することができる。

また、第Ｎ電位差が０より小さい場合、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の電極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも減少したと診断することができる。

まず、表３を参照して第１電位差が０である場合を説明する。第１電位差が０であって、電位差増加パターンであれば、第Ｎ電位差は０より大きいはずである。従って、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも増加したと診断することができる。

第１電位差が０であって、電位差同一パターンであれば、第Ｎ電位差は０であるため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度から変化していないと診断することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度と同一であると診断することができる。

第１電位差が０であって、電位差減少パターンであれば、第Ｎ電位差は０より小さいはずである。従って、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも減少したと診断することができる。

次いで、第１電位差が０より大きい場合を説明する。第１電位差が０より大きく、電位差増加パターンであれば、第Ｎ電位差は０より大きいはずである。従って、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも増加したと診断することができる。

第１電位差が０より大きく、電位差同一パターンであれば、第Ｎ電位差は０より大きいはずである。従って、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも増加したと診断することができる。

第１電位差が０より大きく、電位差減少パターンであれば、プロセッサ１３０は、第Ｎ電位差の大きさによってバッテリーＢの正極の充電深度の変化を診断することができる。すなわち、第１電位差が０より大きくて電位差減少パターンであれば、第Ｎ電位差は０であることも、０より大きいことも、０より小さいこともあり得る。従って、プロセッサ１３０は、第１電位差が０より大きくて電位差減少パターンである場合は、第Ｎ電位差を算出し、算出した第Ｎ電位差に基づいてバッテリーＢの正極の充電深度の変化を診断することができる。

最後に、第１電位差が０より小さい場合を説明する。第１電位差が０より小さくて電位差増加パターンであれば、上述した第１電位差が０より大きくて電位差減少パターンである場合と同様に、バッテリーＢの正極の充電深度の変化を診断することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、第Ｎ電位差を算出し、算出した第Ｎ電位差に基づいてバッテリーＢの正極の充電深度の変化を診断することができる。

第１電位差が０より小さく、電位差同一パターンであれば、第Ｎ電位差は０より小さいはずである。従って、プロセッサ１３０は、現在バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも減少したと診断することができる。

第１電位差が０より小さく、電位差減少パターンであれば、第Ｎ電位差は０より小さいはずである。従って、プロセッサ１３０は、現在バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも減少したと診断することができる。

図７の実施形態において、第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との差である第１電位差が０であり、電位差増減パターンは電位差増加パターンであると仮定する。表１〜表３及び図７の実施形態を参照すれば、プロセッサ１３０は、第１電位差が０であるため、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度から変化していないと診断することができる。そして、プロセッサ１３０は、電位差増減パターンが電位差増加パターンであるため、バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積よりも減少したと診断することができる。そして、第Ｎ電位差に該当する第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との電位差が０より大きいため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも増加したと診断することができる。

図８の実施形態において、第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との差である第１電位差が０であり、電位差増減パターンは電位差減少パターンであると仮定する。表１〜表３及び図８の実施形態を参照すれば、プロセッサ１３０は、第１電位差が０であるため、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度から変化していないと診断することができる。そして、プロセッサ１３０は、電位差増減パターンが電位差減少パターンであるため、バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積よりも増加したと診断することができる。そして、第Ｎ電位差に該当する第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との電位差が０より小さいため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも減少したと診断することができる。

バッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何が診断された後、プロセッサ１３０は、診断結果に基づいてバッテリーＢのモードを正常モードまたは故障モードと判断するように構成される。そして、プロセッサ１３０は、バッテリーＢのモードを判断した後、バッテリーＢのモードを判断したモードに設定することができる。

具体的には、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つでも変化したと診断した場合、バッテリーＢのモードを故障モードと判断するように構成される。そして、プロセッサ１３０は、バッテリーＢのモードを故障モードに設定することができる。

例えば、表１〜表３を参照すれば、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度の変化をそれぞれ独立的に判断することができる。特に、プロセッサ１３０は、第１電位差が０であって、電位差同一パターンである場合にのみ、バッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度がすべて変化していないと診断することができる。従って、第１電位差が０であって、電位差同一パターンである場合のみ、プロセッサ１３０は、バッテリーＢのモードを正常モードと判断することができる。そして、プロセッサ１３０は、バッテリーＢのモードを正常モードに設定することができる。

上述した実施形態を参照すれば、図７の実施形態において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度は変化していないと診断したが、活物質面積は減少したと診断し、充電深度は増加したと診断したため、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。

また、上述した実施形態を参照すれば、図８の実施形態において、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度は変化していないと診断したが、活物質面積は増加したと診断し、充電深度は減少したと診断したため、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、バッテリーの退化原因を正確に診断し、退化原因に応じてバッテリーＢのモードを正常モードまたは故障モードのいずれかとして判断することができる。そして、バッテリー診断装置１００は、バッテリーＢの電極の活物質面積の変化、放電深度の変化及び充電深度の変化のうち一つでもＢＯＬ状態よりも増加または減少したと判断すれば、バッテリーＢのモードを故障モードと判断して、過放電または過充電などのバッテリーの退化によって生じ得る予想できない問題を予め防止することができる。

以下、図９及び図１０を参照して、バッテリーＢの正極の活物質面積、放電深度及び充電深度の変化診断、及びバッテリーＢのモード判断について説明する。

図９はバッテリーの正極電位と基準電極電位の第３例を示した図であり、図１０はバッテリーの正極電位と基準電極電位の第４例を示した図である。

まず、プロセッサ１３０は、基準電極電位同士の変化率を算出し、算出された変化率に基づいて既定の基準容量区間の大きさを調整し、推定された電極電位のうち、大きさが調整された基準容量区間に属する電極電位のみを選択して電位差を算出するように構成される。

既定の基準容量区間の大きさはバッテリーＢの容量の大きさと同一であり得る。例えば、図９及び図１０の実施形態において、既定の基準容量区間の大きさは０ｍＡｈ〜８０ｍＡｈに予め設定され得る。

基準電極電位同士の変化率とは、図９及び図１０の実施形態において、第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１、第２基準電極電位Ｖ_ＲＡ２、第３基準電極電位Ｖ_ＲＡ３、第４基準電極電位Ｖ_ＲＡ４及び第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ５が含まれた曲線の傾きの変化率を意味する。すなわち、容量４０ｍＡｈを基準にして、前記曲線の傾きが急激に増加しているため、プロセッサ１３０は既定の基準容量区間の大きさを「０ｍＡｈ〜８０ｍＡｈ」から「０ｍＡｈ〜４０ｍＡｈ」に調整することができる。大きさが調整された基準容量区間は、図９及び図１０の実施形態におけるＲＲ区間である。

プロセッサ１３０は、ＲＲ区間内に属した第１正極電位Ｖ_Ａ１、第２正極電位Ｖ_Ａ２及び第３正極電位Ｖ_Ａ３に基づいて、バッテリーＢの正極の活物質面積及び放電深度のうち一つ以上の変化を診断することができる。ただし、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の充電深度の変化は第Ｎ正極電位に対応する第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位との電位差に基づいて判断することができる。

例えば、図９の実施形態において、ＲＲ区間内の電位差増減パターンは電位差同一パターンであると仮定する。第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との第１電位差が０より大きく、電位差増減パターンが電位差同一パターンであるため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積から変化していないと診断することができる。また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度よりも減少したと診断することができる。また、プロセッサ１３０は、第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ５との電位差が０より大きいため、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも増加したと診断することができる。従って、図９の場合、プロセッサ１３０は、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。

他の例として、図１０の実施形態において、ＲＲ区間内の電位差増減パターンは電位差同一パターンであると仮定する。第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との第１電位差が０より小さく、電位差増減パターンが電位差同一パターンであるため、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の活物質面積から変化していないと診断することができる。また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極の放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の放電深度よりも増加したと診断することができる。また、プロセッサ１３０は、第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ５との電位差が０より小さいため、バッテリーＢの正極の充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの正極の充電深度よりも減少したと診断することができる。従って、図９の場合、プロセッサ１３０は、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。

プロセッサ１３０は、推定されたバッテリーＢの電極電位を示すメッセージを通信端子（ＣＯＭ）を通じて外部装置に伝送することができる。

また、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの活物質面積、充電深度及び放電深度の診断結果を示すメッセージを通信端子（ＣＯＭ）を通じて外部装置に伝送することができる。

プロセッサ１３０は、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ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、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。プロセッサ１３０によって実行される多様な制御ロジックは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサ１３０によってアクセス可能なものであればその種類に特に制限がない。一例として、記録媒体はＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、キャリア信号に変調されて特定時点で通信キャリアに含まれ、ネットワークで連結されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマによって容易に推論できる。

一方、本発明による自動車は、上述したバッテリー診断装置を含むことができる。これを通じて、自動車に備えられたバッテリーパックの電極電位を推定することができる。

一方、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、上述したバッテリー診断装置を含むことができる。これを通じて、エネルギー貯蔵装置に備えられたバッテリーパックの電極電位を推定することができる。

図１１は、本発明の他の実施形態によるバッテリー診断方法を概略的に示したフロー図である。ここで、バッテリー診断方法は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００で動作できる。

図１１を参照すれば、バッテリー診断方法は、容量推定段階（Ｓ１００）、変曲データ検出段階（Ｓ２００）、電極電位推定段階（Ｓ３００）、電位差算出段階（Ｓ４００）、診断段階（Ｓ５００）及びバッテリーモード判断段階（Ｓ６００）を含むことができる。

容量推定段階（Ｓ１００）は、バッテリーＢの電位及び電流を測定し、測定された電流に基づいてバッテリーＢの容量を推定する段階である。容量推定段階（Ｓ１００）において、バッテリーＢの電位及び電流の測定はセンシング部１１０で実行され、バッテリーＢの容量推定はプロセッサ１３０によって実行できる。

プロセッサ１３０は、センシング部１１０によって測定されたバッテリーＢの電流に基づいて、バッテリーＢの容量を推定することができる。ここで、バッテリーＢの容量はバッテリーＢの充電状態であり得る。

変曲データ検出段階（Ｓ２００）は、測定された電位と推定された容量とがマッピングされた電位−容量データに基づいて、電位−容量データに含まれた複数の変曲データを検出する段階である。変曲データ検出段階（Ｓ２００）は、プロセッサ１３０によって実行できる。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢに対して推定した容量とセンシング部１１０によって測定されたバッテリーＢの電位とをマッピングして電位−容量データを生成し、生成した電位−容量データをメモリ部１２０に保存することができる。

そして、プロセッサ１３０は、電位−容量データから複数の変曲データを検出することができる。ここで、変曲データは、電位−容量データを２次元平面に示した電位−容量曲線の変曲点における電位及び容量データを含むことができる。

電極電位推定段階（Ｓ３００）は、検出された複数の変曲データの電位、容量及び個数に基づいて前記複数の変曲データの電極電位を推定する段階である。電極電位推定段階（Ｓ３００）は、プロセッサ１３０によって実行できる。

プロセッサ１３０は、検出した複数の変曲データを予め設定された基準電位を基準にして、第１グループと第２グループとに分類することができる。そして、プロセッサ１３０は、第１グループに属した変曲データの個数及び第２グループに属した変曲データの個数に基づいて、バッテリーＢの負極活物質の種類及び正極活物質の種類を確認することができる。

例えば、メモリ部１２０には、第１グループに属した変曲データの個数及び第２グループに属した変曲データの個数に対して電極活物質の種類がマッピングされた活物質種類データが予め保存され得る。従って、プロセッサ１３０は、メモリ部１２０に予め保存された活物質種類データに基づいて、バッテリーＢの負極活物質の種類及び正極活物質の種類を確認することができる。

プロセッサは、バッテリーＢの負極活物質の種類及び正極活物質の種類を確認した後、メモリ部１２０に予め保存された第１電極−容量データ及び予め保存された第２電極−容量データを用いてバッテリーＢの正極電位及び負極電位を推定することができる。ここで、予め保存された第１電極−容量データは、正極活物質の種類によって基準正極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータであり、予め保存された第２電極−容量データは、負極活物質の種類によって基準負極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータである。

プロセッサ１３０は、予め保存された第１電極−容量データから第１グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準正極電位を抽出し、抽出した基準正極電位を前記第１グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位として推定することができる。また、プロセッサ１３０は、第１グループに属した変曲データの電位と抽出した基準正極電位との差を計算して負極電位を算出し、算出した負極電位を第１グループに属した変曲データの容量それぞれにおける負極電位として推定することができる。

また、プロセッサ１３０は、予め保存された第２電極−容量データから第２グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準負極電位を抽出し、抽出した基準負極電位を前記第２グループに属した変曲データの容量それぞれにおける負極電位として推定することができる。また、プロセッサ１３０は、第２グループに属した変曲データの電位と抽出した基準負極電位との和を計算して正極電位を算出し、算出した正極電位を第２グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位として推定することができる。

電位差算出段階（Ｓ４００）は、推定された複数の電極電位と基準電極電位との電位差を算出する段階である。電位差算出段階（Ｓ４００）は、プロセッサによって実行できる。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢに対して推定された正極電位と基準電極電位との電位差を算出することができる。

例えば、図７の実施形態において、プロセッサ１３０は、推定された正極電位（Ｖ_Ａ１〜Ｖ_Ａ５）と基準電極電位（Ｖ_ＲＡ１〜Ｖ_ＲＡ５）との電位差を算出することができる。

具体的には、プロセッサ１３０は、第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との差から第１電位差を算出し、第２正極電位Ｖ_Ａ２と第２基準電極電位Ｖ_ＲＡ２との差から第２電位差を算出することができる。そして、プロセッサ１３０は、第３正極電位Ｖ_Ａ３と第３基準電極電位Ｖ_ＲＡ３との差から第３電位差を算出し、第４正極電位Ｖ_Ａ４と第４基準電極電位Ｖ_ＲＡ４との差から第４電位差を算出することができる。最後に、プロセッサ１３０は、第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ５との差から第５電位差を算出することができる。

診断段階（Ｓ５００）は、算出された複数の電位差の増減パターンに基づいてバッテリーＢの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断する段階である。診断段階（Ｓ５００）は、プロセッサ１３０によって実行できる。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢの正極及び負極のうち少なくとも一つの診断対象電極を選択することができる。そして、プロセッサ１３０は、上記の表１〜表３を参照して、第１電位差、電位差増減パターン及び第Ｎ電位差に基づいて、選択した電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断することができる。

例えば、図７の実施形態において、第１正極電位Ｖ_Ａ１と第１基準電極電位Ｖ_ＲＡ１との間の第１電位差は０であり、電位差増減パターンは電位差増加パターンであると仮定する。プロセッサ１３０は、第１電位差が０であるため、バッテリーＢの放電深度が変化していないと診断することができる。また、プロセッサ１３０は、電位差増減パターンが電位差増加パターンであるため、バッテリーＢの活物質面積が減少したと診断することができる。また、プロセッサ１３０は、第５正極電位Ｖ_Ａ５と第５基準電極電位Ｖ_ＲＡ５との間の第５電位差が０より大きいため、バッテリーＢの充電深度が増加したと診断することができる。

バッテリーモード判断段階（Ｓ６００）は、診断段階（Ｓ５００）における診断結果に基づいて前記バッテリーのモードを正常モードまたは故障モードと判断する段階である。バッテリーモード判断段階（Ｓ６００）は、プロセッサ１３０によって実行できる。

プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極の放電深度、活物質面積及び充電深度のうち少なくとも一つが変化したと診断した場合、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。具体的には、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの放電深度、活物質面積及び充電深度のうち少なくとも一つがＢＯＬ状態より増加または減少したと診断した場合、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。すなわち、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの放電深度、活物質面積及び充電深度を診断した結果、バッテリーＢの放電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの放電深度よりも増加または減少した場合、バッテリーＢの活物質面積がＢＯＬ状態のバッテリーＢの活物質面積よりも増加または減少した場合、及びバッテリーＢの充電深度がＢＯＬ状態のバッテリーＢの充電深度よりも増加または減少した場合のうち少なくとも一つに該当すれば、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することができる。

例えば、バッテリーＢは、退化するにつれて過放電及び過充電だけでなく、リチウムメッキ（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｌａｔｉｎｇ）、膨張（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象などの多様な問題が生じ得る。従って、プロセッサ１３０は、バッテリーＢの電極の放電深度、活物質面積及び充電深度のうちいずれか一つがＢＯＬ状態よりも増加または減少したと診断した場合、バッテリーＢのモードを故障モードと判断することで、バッテリーＢに生じ得る予想できない問題を予め防止することができる。

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
Ｂ：バッテリー
１００：バッテリー診断装置
１１０：センシング部
１２０：メモリ部
１３０：プロセッサ

Claims (15)

1. バッテリーの電位及び電流を測定するように構成されたセンシング部と、
   前記センシング部によって測定された電流に基づいて前記バッテリーの容量を推定し、前記センシング部によって測定された電位と推定された容量とがマッピングされた電位−容量データから前記電位−容量データに含まれた複数の変曲データを検出し、検出された複数の変曲データに基づいて前記複数の変曲データの電極電位を推定し、推定された複数の電極電位と基準電極電位との電位差を算出し、算出された複数の電位差の増減パターンに基づいて前記バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上を診断し、診断結果に基づいて前記バッテリーのモードを正常モードまたは故障モードと判断するように構成されたプロセッサとを含む、バッテリー診断装置。
2. 前記プロセッサは、変曲データの個数と負極活物質及び正極活物質の種類とがマッピングされて保存されている活物質種類データに基づいて、前記検出された変曲データの個数によって前記バッテリーの負極活物質及び正極活物質の種類を決定するように構成された、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
3. 前記プロセッサは、前記活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つでも変化したと診断された場合、前記バッテリーのモードを故障モードと判断するように構成された、請求項１または２に記載のバッテリー診断装置。
4. 前記プロセッサは、
   前記検出された複数の変曲データを電位の大きさによって第１グループと第２グループとに分類し、
   予め保存された第１電極−容量データから前記第１グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準正極電位を抽出し、抽出された基準正極電位を前記第１グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位として推定し、
   予め保存された第２電極−容量データから前記第２グループに属した変曲データの容量に対応する基準容量にマッチングされた基準負極電位を抽出し、抽出された基準負極電位及び前記第２グループに属した変曲データの電位に基づいて、前記第２グループに属した変曲データの容量それぞれにおける正極電位を推定するように構成された、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. 前記予め保存された第１電極−容量データは、正極活物質の種類によって基準正極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータであり、
   前記予め保存された第２電極−容量データは、負極活物質の種類によって基準負極電位と基準容量とがマッチングされて保存されたデータである、請求項４に記載のバッテリー診断装置。
6. 前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位に対応する基準電極電位との電位差を算出し、算出された電位差及び前記算出された電位差の増減パターンに基づいて前記活物質面積、放電深度及び充電深度のうち一つ以上の変化を診断するように構成された、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. 前記プロセッサは、前記推定された複数の電極電位全部に対して算出された電位差がすべて０Ｖである場合、前記活物質面積、放電深度及び充電深度がすべて変化していないと診断し、前記バッテリーのモードを正常モードと判断するように構成された、請求項６に記載のバッテリー診断装置。
8. 前記プロセッサは、
   前記推定された複数の電極電位のうち対応する容量が最も小さい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖである場合、前記放電深度の変化がないと診断し、
   前記対応する容量が最も小さい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖを超える場合、前記放電深度が減少したと診断し、
   前記対応する容量が最も小さい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖ未満である場合、前記放電深度が増加したと診断するように構成された、請求項６または７に記載のバッテリー診断装置。
9. 前記プロセッサは、
   前記推定された複数の電極電位に対して算出された電位差が同じである場合、前記活物質面積の変化がないと診断し、
   前記推定された複数の電極電位に対して算出された電位差が対応する容量の増加とともに増加する場合、前記活物質面積が減少したと診断し、
   前記推定された複数の電極電位に対して算出された電位差が対応する容量の増加とともに減少する場合、前記活物質面積が増加したと診断するように構成された、請求項６から８のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
10. 前記プロセッサは、
    前記推定された複数の電極電位のうち対応する容量が最も大きい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖである場合、前記充電深度の変化がないと診断し、
    前記対応する容量が最も大きい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖを超える場合、前記充電深度が増加したと診断し、
    前記対応する容量が最も大きい電極電位に対して算出された電位差が０Ｖ未満である場合、前記充電深度が減少したと診断するように構成された、請求項６から９のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
11. 前記プロセッサは、前記基準電極電位同士の変化率を算出し、算出された変化率に基づいて既定の基準容量区間の大きさを調整し、前記推定された電極電位のうち大きさが調整された基準容量区間に属する電極電位のみを選択して前記電位差を算出するように構成された、請求項６から１０のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
12. 前記プロセッサは、前記バッテリーに含まれた正極及び負極のうち少なくとも一つの診断対象電極を選択し、選択された診断対象電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上の変化如何を診断するように構成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
13. 請求項１から１２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管理装置。
14. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置を含む自動車。
15. バッテリーの電位及び電流を測定し、測定された電流に基づいて前記バッテリーの容量を推定する容量推定段階と、
    測定された電位と推定された容量とがマッピングされた電位−容量データに基づいて前記電位−容量データに含まれた複数の変曲データを検出する変曲データ検出段階と、
    検出された複数の変曲データに基づいて前記複数の変曲データの電極電位を推定する電極電位推定段階と、
    推定された複数の電極電位と基準電極電位との電位差を算出する電位差算出段階と、
    算出された複数の電位差の増減パターンに基づいて前記バッテリーの電極の活物質面積、充電深度及び放電深度のうち一つ以上を診断する診断段階と、
    前記診断段階における診断結果に基づいて前記バッテリーのモードを正常モードまたは故障モードと判断するバッテリーモード判断段階とを含む、バッテリー診断方法。