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KR20230171968A - 전지성능 평가장치 및 전지성능 평가방법 - Google Patents

전지성능 평가장치 및 전지성능 평가방법 Download PDF

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Publication number
KR20230171968A
KR20230171968A KR1020237038966A KR20237038966A KR20230171968A KR 20230171968 A KR20230171968 A KR 20230171968A KR 1020237038966 A KR1020237038966 A KR 1020237038966A KR 20237038966 A KR20237038966 A KR 20237038966A KR 20230171968 A KR20230171968 A KR 20230171968A
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KR
South Korea
Prior art keywords
battery
model
secondary battery
processing element
performance evaluation
Prior art date
Application number
KR1020237038966A
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English (en)
Inventor
이치로 무나카타
슌타로 이가리
šœ타로 이가리
사토시 타노
히데키 쇼지
Original Assignee
도요시스템 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요시스템 가부시키가이샤 filed Critical 도요시스템 가부시키가이샤
Publication of KR20230171968A publication Critical patent/KR20230171968A/ko

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Abstract

이차전지의 성능을 평가하기 위해서 이용되는 모델을 정의하는 모델 파라미터의 값의 동정에 요하는 연산처리부하를 저감시키면서, 해당 이차전지의 성능을 평가할 수 있는 장치 등을 제공한다. 지정 조건의 충족 및 불충족에 따라서, 대상 이차전지의 성능 평가를 위해서 이용되는 전지 모델로서 다른 전지 모델이 확정된다. 구체적으로는, 지정 조건이 충족되어 있는 경우, 복수의 제1 모델 파라미터보다 소수인 제2 모델 파라미터에 의해 정의되어 있는 만큼, 해당 복수의 제1 모델 파라미터에 의해 정의되는 제1 전지 모델(지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에 확정되는 전지 모델)보다 간소한 전지 모델인 제2 전지 모델이 확정된다.

Description

전지성능 평가장치 및 전지성능 평가방법
본 발명은 리튬 이온 배터리 등의 이차전지의 열화상태를 판정하는 시스템 등에 관한 것이다.
본 출원인에 의해, 대상이 되는 이차전지 그 자체의 특성 파라미터의 초기 측정결과가 존재하지 않는 경우에도, 해당 이차전지의 열화상태를 판정할 수 있는 기술적 수법이 제안되고 있다(특허문헌 1 참조). 구체적으로는, 이차전지의 전압(V)의 이번 측정값(V(k)) 및 전류(I)의 이번 측정값(I(k))에 기초하여 초기 특성 모델을 나타내는 다변수 함수(G)에 따라서, 전압(V)의 과거값이 초기 특성 추정값(V(0←k))으로서 특정되어 있다. '초기 특성 모델'은, 열화상태 판정대상이 되는 이차전지와 동일 규격의 참조 이차전지의 초기 특성을 나타내는 모델이다.
본 출원인에 의해, IIR 시스템 및 FIR 시스템 각각을 나타내는 임펄스 응답에 의해 이차전지의 내부 저항의 임피던스가 표현되고 있는 이차전지 모델을 이용하여, 이차전지의 전지성능을 평가하는 기술적 수법이 제안되고 있다(특허문헌 2 참조).
[특허문헌 1] 특허 제6745554호 공보 [특허문헌 2] 특허 제6842212호 공보
그러나, 모델을 정의하는 모델 파라미터의 수가 많으면, 해당 모델 파라미터의 값의 동정에 요하는 연산처리부하가 과대해지는 경우가 있다. 그렇기 때문에, 기기에 탑재되어 있는 이차전지의 전지성능 평가처리가 해당 기기에서 온 보드로 실행되기 어려워지는 등, 그 적용범위가 한정될 가능성이 있었다.
이에, 본 발명은, 이차전지의 성능을 평가하기 위해서 이용되는 모델을 정의하는 모델 파라미터의 값의 동정에 요하는 연산처리부하를 저감시키면서, 해당 이차전지의 성능을 평가할 수 있는 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전지성능 평가장치는,
참조 이차전지의 임피던스의 측정결과를 인식하는 제1 인식처리요소와,
상기 제1 인식처리요소에 의해 인식된 상기 참조 이차전지의 임피던스의 측정결과에 기초하여, 지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 복수의 제1 모델 파라미터 각각의 값을 동정함으로써 해당 복수의 제1 모델 파라미터에 의해 정의되는 제1 전지 모델을 확정하고, 상기 지정 조건이 충족되어 있는 경우에는 상기 복수의 제1 모델 파라미터보다 소수인 복수의 제2 모델 파라미터 각각의 값을 동정함으로써 해당 복수의 제2 모델 파라미터에 의해 정의되는 제2 전지 모델을 확정하는 제1 연산처리요소와,
상기 참조 이차전지와 동일 제원을 갖는 대상 이차전지에 대해서 지정 전류가 입력되었을 때에 해당 대상 이차전지로부터 출력되는 전압의 변화양태의 계측결과로서의 실측 출력전압을 인식하는 제2 인식처리요소와,
상기 제1 연산처리요소에 의해 확정된 상기 제1 전지 모델 또는 상기 제2 전지 모델에 대해서, 상기 지정 전류가 입력되었을 때에 해당 제1 전지 모델 또는 해당 제2 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화양태로서의 모델 출력전압을 특정하는 제2 연산처리요소와,
상기 제2 인식처리요소에 의해 인식된 상기 실측 출력전압과 상기 제2 연산처리요소에 의해 특정된 상기 모델 출력전압과의 대비 결과에 기초하여, 상기 대상 이차전지의 성능을 평가하는 전지성능 평가요소를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 전지성능 평가장치에 의하면, 지정 조건의 충족 및 불충족에 따라서, 대상 이차전지의 성능 평가를 위해서 이용되는 전지 모델로서 다른 전지 모델이 확정된다. 구체적으로는, 지정 조건이 충족되어 있는 경우, 복수의 제1 모델 파라미터보다 소수인 복수의 제2 모델 파라미터에 의해 정의되어 있는 만큼, 해당 복수의 제1 모델 파라미터에 의해 정의되는 제1 전지 모델(지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에 확정되는 전지 모델)보다 간소한 전지 모델인 제2 전지 모델이 확정된다. 그렇기 때문에, 지정 조건의 충족성과는 관계없이 제1 전지 모델이 확립되는 경우와 비교해서, 대상 이차전지의 성능 평가를 위해서 이용되는 전지 모델의 모델 파라미터의 동정 처리에 요하는 연산처리부하의 저감이 도모되어진다.
본 발명에 따른 전지성능 평가장치(100) 및 이것에 의해 실행되는 전지성능 평가방법에 의하면, 지정 조건의 충족 및 불충족에 따라서, 대상 이차전지의 성능 평가를 위해서 이용되는 전지 모델로서 다른 전지 모델이 확정된다. 구체적으로는, 지정 조건이 충족되어 있는 경우, 복수의 제1 모델 파라미터에 의해 정의되는 제1 전지 모델(지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에 확정되는 전지 모델)로부터, 제1 전지 모델보다 소수인 제2 모델 파라미터에 의해 정의되어 있는 간소한 전지 모델인 제2 전지 모델이 확정된다(도 2/STEP 114‥YES→STEP 118 참조). 그렇기 때문에, 지정 조건의 충족성과는 관계없이 제1 전지 모델이 확립되는 경우와 비교해서, 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 성능 평가를 위해서 이용되는 전지 모델의 모델 파라미터의 동정 처리에 요하는 연산처리부하의 저감이 도모되어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 전지성능 평가장치의 구성에 관한 설명도이다.
도 2는 대상 이차전지의 전지성능 평가방법의 절차를 나타내는 플로우차트이다.
도 3a는 제1 전지 모델(풀 모델)에 관한 설명도이다.
도 3b는 제2 전지 모델(간소화 모델)에 관한 설명도이다.
도 4a는 이차전지의 풀 모델에 의한 나이퀴스트 플롯에 관한 설명도이다.
도 4b는 이차전지의 간소화 모델에 의한 나이퀴스트 플롯에 관한 설명도이다.
도 5a는 지정 전류에 관한 설명도이다.
도 5b는 이차전지 및 전지 모델의 전압 응답특성에 관한 설명도.
(전지성능 평가장치의 구성)
도 1에 도시되어 있는 본 발명의 일 실시형태로서의 전지성능 평가장치(100)는, 데이터베이스(10) 및 대상 기기(200) 각각과 네트워크를 통해서 통신 가능한 하나 또는 복수의 서버에 의해 구성되어 있다. 전지성능 평가장치(100)는, 대상 기기(200)에 전원으로서 탑재되어 있는 이차전지(220)의 성능을 평가한다.
전지성능 평가장치(100)는, 제1 인식처리요소(111)와, 제2 인식처리요소(112)와, 제1 연산처리요소(121)와, 제2 연산처리요소(122)와, 전지성능 평가요소(130)와, 정보제공요소(132)를 구비하고 있다. 제1 인식처리요소(111), 제2 인식처리요소(112), 제1 연산처리요소(121), 제2 연산처리요소(122), 전지성능 평가요소(130) 및 정보제공요소(132) 각각은 프로세서(연산처리장치), 메모리(저장장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다. 메모리 또는 이것과는 별개의 저장장치에는, 지정 전류에 대한 이차전지(220)의 전압 응답특성의 측정결과 등의 다양한 데이터 외에 프로그램(소프트웨어)이 저장 보유되어 있다. 예를 들어, 이차전지(220)또는 이것이 탑재되어 있는 대상 기기(200)의 종류(규격 및 제원에 의해 특정됨)를 식별하기 위한 복수의 식별자 각각과 복수의 이차전지 모델 각각이 대응되어 메모리에 저장 보유되어 있다.
프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽어내고, 해당 데이터에 기초하여 해당 프로그램에 따른 연산처리를 실행함으로써, 각 요소(111, 112, 121, 122, 130 및 132)에 할당된 후술하는 연산처리 또는 태스크가 실행된다. 각 요소가 정보를 '인식한다'라는 것은, 정보를 수신하는 것, 데이터베이스(10) 등의 정보원으로부터 정보를 검색하는 것 또는 읽어내는 것, 기초정보에 대해서 연산처리를 실행함으로써 정보를 산정, 추정, 특정, 동정, 예측하는 것 등과 같이, 후속되는 연산처리에서 필요한 정보 또는 데이터를 준비하는 모든 연산처리를 실행하는 것을 의미한다.
대상 기기(200)는, 입력 인터페이스(202)와, 출력 인터페이스(204)와, 제어장치(210)와, 이차전지(220)와, 센서군(230)을 구비하고 있다. 대상 기기(200)는, PC, 휴대전화(스마트폰), 가전제품 또는 전동자전거 등의 이동체 등과 같이, 이차전지(220)를 전원으로 하는 모든 기기를 포함하고 있다.
제어장치(210)는, 프로세서(연산처리장치), 메모리(저장장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다. 해당 메모리 또는 이것과는 별개의 저장장치에는, 이차전지(220)의 전압 응답특성의 계측결과 등의 다양한 데이터가 저장 보유된다. 제어장치(210)는, 이차전지(220)로부터의 공급 전력에 따라서 작동되고, 통전상태에서 대상 기기(200)의 동작을 제어한다. 대상 기기(200)의 동작에는, 해당 대상 기기(200)를 구성하는 액츄에이터(전동식 액츄에이터 등)의 동작이 포함된다. 제어장치(210)를 구성하는 프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽어내고, 해당 데이터에 기초하여 해당 프로그램에 따라서 할당된 연산처리를 실행한다.
이차전지(220)는, 예를 들어 리튬 이온 배터리이며, 니켈·카드뮴 전지 등의 그 외의 이차전지이어도 된다. 센서군(230)은, 이차전지(220)의 전압 응답특성 및 온도 외에, 대상 기기(200)의 제어에 필요한 파라미터의 값을 측정한다. 센서군(230)은, 예를 들어 이차전지(220)의 전압, 전류 및 온도 각각에 따른 신호를 출력하는 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서에 의해 구성되어 있다.
전지성능 평가장치(100)는 대상 기기(200)에 탑재되어 있어도 된다. 이 경우, 소프트웨어 서버(도시 생략)가, 대상 기기(200)가 구비하고 있는 제어장치(210)를 구성하는 연산처리장치에 대해서 열화 판정용 소프트웨어를 송신함으로써, 해당 연산처리장치에 대해서 전지성능 평가장치(100)로서의 기능이 부여되어도 된다.
(전지성능 평가방법)
후술하는 기재에 의해, 상기 구성의 전지성능 평가장치(100)에 의해 실행되는 이차전지(220)(대상 이차전지)의 전지성능 평가방법이 설명된다.
(임피던스의 측정결과의 인식)
전지성능 평가장치(100)에서의 제1 인식처리요소(111)에 의해, 다양한 종류의 참조 이차전지로서의 이차전지(220)의 복소 임피던스(Z) 등의 임피던스의 측정결과가 인식된다(도 2/STEP 112). 참조 이차전지의 복소 임피던스(Z)는, 교류 임피던스법에 의해 측정되고, 해당 측정결과는 참조 이차전지의 종류를 식별하기 위한 식별자와 관련되어 데이터베이스(10)에 등록된다.
대상 기기(200)에 탑재되어 있지 않은 상태에서의 참조 이차전지로서의 이차전지(220)의 복소 임피던스(Z)가 측정된다. 그 외에, 대상 기기(200)에 탑재되어 있는 상태에서의 참조 이차전지로서의 이차전지(220)의 복소 임피던스(Z)가 측정되어도 된다. 예를 들어, 대상 기기(200)가 이차전지(220)의 충전을 위해서 상용 전원 등의 전원에 접속되고, 해당 전원으로부터 공급되는 전력에 의해 정현파 신호가 출력될 수 있다.
도 4a에는, 이차전지(220)의 복소 임피던스(Z)의 실측결과를 나타내는 나이퀴스트 플롯의 일례가 해당 플롯의 근사 곡선과 함께 도시되어 있다. 가로축은 복소 임피던스(Z)의 실부(ReZ)이고, 세로축은 복소 임피던스(Z)의 허부(-ImZ)이다. -ImZ＞0의 영역에서 ReZ가 커질수록 저주파수의 복소 임피던스(Z)가 나타나고 있다. -ImZ=0에서의 ReZ의 값은 이차전지(220)의 전해액 중의 이동저항에 상당한다. -ImZ＞0의 영역에서의 대략 반원형상의 부분의 곡률반경은, 이차전지(220)의 전하 이동저항에 상당한다. 해당 곡률반경은, 이차전지(220)의 온도(T)가 고온이 될수록 작아지는 경향이 있다. -ImZ＞0의 영역의 저주파수 영역에 있어서 약 45°로 일어서는 직선형의 부분에는 이차전지(220)의 와버그 임피던스의 영향이 반영되어 있다.
(이차전지 모델의 확립)
전지성능 평가장치(100)에 있어서, 제1 연산처리요소(121)에 의해 지정 조건이 충족되어 있는지 여부가 판정된다(도 2/STEP 114). 지정 조건은, 예를 들어, 대상 이차전지로서의 이차전지(220)에 대해서 인가되는 지정 전류가 샘플링 주파수보다 낮은 저주파 전류성분에 의해 구성되어 있다고 하는 조건이다. 예를 들어, 도 4a에 도시되어 있는 나이퀴스트 플롯에 있어서, -ImZ＞0의 영역의 저주파수 영역에서의 약 45°의 직선형의 일어서는 부분에 상당하는 주파수(~1Hz)가 샘플링 주파수로서 채용되어 있어도 된다. 예를 들어, 이차전지(220)의 충방전 전류에 상당하는 저주파 전류성분에 의해 구성되어 있는 전류가 지정 전류에 해당한다.
이 조건에 추가하거나, 이 조건 대신에, 제1 연산처리요소(121)의 연산처리부하(CPU 사용률 등)가 기준값 이상이라고 하는 조건, 대상 기기(200)가 이차전지(220)의 성능평가의 요청 정밀도 또는 긴급도가 임계값 이하인 기기(예를 들어, 스마트폰, 퍼스널 컴퓨터 등과 같이, 이차전지(220)의 성능 저하에 의한 기능 저하의 정도가 낮은 기기)라고 하는 조건, 및/또는 이번 성능평가의 대상이 되는 이차전지(220)의 지난번 성능평가 시점으로부터의 경과 기간이 지정 기간 미만이라고 하는 조건이 지정 조건으로서 정의되어 있어도 된다.
지정 조건이 충족되어 있지 않다고 판정된 경우(도 2/STEP 114‥NO), 제1 인식처리요소(111)에 의해 인식된 참조 이차전지로서의 이차전지(220)의 복소 임피던스(Z)의 측정결과에 기초하여, 제1 전지 모델을 정의하는 복수의 제1 모델 파라미터 각각의 값이 다른 온도마다 동정된다(도 2/STEP 116).
제1 전지 모델은, 전류(I(z))가 이차전지(220)에 입력되었을 때에 해당 이차전지(220)로부터 출력되는 전압(V(z))을 나타내는 모델이다. 제1 전지 모델(풀 모델)은, 예를 들어, 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 전해액 중의 이동저항에 상당하는 저항(r0), 와버그 임피던스(W), 전하 이동저항에 상당하는 저항(ri) 및 커패시터(Ci)로 이루어지는 제i RC 병렬회로(i=1, 2,‥, m), 및 코일(L) 및 저항(rL)으로 이루어지는 LR 병렬회로가 직렬로 접속된 등가회로에 의해 정의되어 있다.
직렬로 접속되는 RC 병렬회로의 수는 3보다 적어도 되고, 3보다 많아도 된다. 와버그 임피던스(W)는, 적어도 어느 하나의 RC 병렬회로에서 저항(R)과 직렬로 접속되어 있어도 된다. 커패시터(C)가 CPE(Constant Phase Element)로 치환되어 있어도 된다.
제1 전지 모델은, 이차전지(220)의 개방전압(OCV(z)) 및 내부 저항의 전달함수(H1(z))를 이용하여 관계식(11)에 의해 정의된다.
V(z)=OCV(z)+H1(z)·I(z) ‥(11).
여기서, OCV(z)는, 전류(I(z))의 충전 및/또는 방전에 수반되어 개방전압이 증감되는 것을 나타내고 있다.
제1 전지 모델에서의 내부 저항의 전달함수(H1(z))는, 관계식(12)에 의해 정의되어 있는 저항(r0)의 전달함수(H0(z)), 관계식(13)에 의해 정의되어 있는 제i의 RC 병렬회로의 전달함수(Hi(z)), 관계식(14)에 의해 정의되어 있는 와버그 임피던스(W)의 전달함수(HW(z)), 및 관계식(15)에 의해 정의되어 있는 LR 병렬회로의 전달함수(HL(z))를 이용하여 관계식(16)에 의해 정의된다.
H0(z)=r0 ‥(12).
Hi(z)=(bi0+bi1z-1)/(1+ai1z-1) ‥(13).
여기서, ai, bi0 및 bi1은 샘플링 주기(T)를 이용하여 계수 관계식(131) 및 (132)로 나타난다.
ai=-(T-2riCi)/(T+riCi)　‥(131).
bi0=bi1=riT/(T+riCi)　‥(132).
실험 데이터에 맞는 와버그 임피던스(W)의 전달함수(hW(s))는, 주파수 영역에서 관계식(141) 또는 (142)로 나타난다.
hW(s)=w1·tanh{(sw2)w3}/(sw2)w3 ‥(141).
hW(s)=w1·coth{(sw2)w3}/(sw2)w3 ‥(142).
해당 전달함수는, 임펄스 응답에 대응시키기 위해서는 FIR에 전개하여, 관계식(14)~(16)에 의해 나타난다.
HW(z)=Σn k=0hkz-k ‥(14).
HL(z)=(2L0/T)(1-z-1)/(1+z-1) ‥(15).
H1(z)=HL(z)+Σm i=1Hi(z)+HW(z)+H0(z) ‥(16).
도 4a에 실선으로 도시되어 있는 나이퀴스트 플롯에 의해 나타나는 이차전지의 복소 임피던스(Z)의 근사 곡선은, 관계식(16)에 따라서 이차전지의 내부 저항의 등가회로 모델의 전달함수(H(z))가 정의된다고 하는 가정 하에서 구해진다. 이에 의해, 제1 모델 파라미터(r0, ri, Ci, w1, w2, w3, rL 및 L)의 값이 구해진다(관계식(12)~(15) 참조). 표 1에는, 제1 모델 파라미터의 값의 동정결과 및 시정수의 일례가 도시되어 있다.
파라미터 값 시정수
r0 0.0103Ω
r1 0.00207Ω 5.71ms
C1 2.76F
r2 0.00241Ω 0.718ms
C2 0.298F
r3 0.00172Ω 0.0687ms
C3 0.0687F
WR 0.0516Ω
WT 164.4
WP 0.6065
L1 0.515μH ≤1ms
rL 1.19Ω
개방 전압(OCV)의 측정값에 의해 이차전지 모델에서의 개방 전압(OCV)의 값이 동정된다(관계식(11) 참조). 그리고, 해당 파라미터의 값에 의해 제1 전지 모델이 다양한 제원 또는 사양의 참조 이차전지로서의 이차전지(220)로서 확립된다.
그 반면에, 지정 조건이 충족되어 있다고 판정된 경우(도 2/STEP 114‥YES), 제1 인식처리요소(111)에 의해 인식된 참조 이차전지로서의 이차전지(220)의 복소 임피던스(Z)의 측정결과에 기초하여, 제2 전지 모델을 정의하는 복수의 제2 모델 파라미터 각각의 값이 다른 온도마다 동정된다(도 2/STEP 118).
제2 전지 모델은, 제1 전지 모델과 마찬가지로 전류(I(z))가 이차전지(220)에 입력되었을 때에 해당 이차전지(220)로부터 출력되는 전압(V(z))을 나타내는 모델이다. 제2 전지 모델은, 관계식(13)에 의해 정의되어 있는 제i의 RC 병렬회로의 전달함수(Hi(z))의 시정수가 샘플링 주기(T)보다 충분히 작은 경우에 제1 전지 모델과 비교해서 간소화된 모델이다. 예를 들어, 제2 전지 모델은, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 단일 저항(R0) 및 와버그 임피던스(W)가 직렬로 접속된 등가회로에 의해 정의되어 있다.
제2 전지 모델은, 이차전지(220)의 개방전압(OCV(z)) 및 내부 저항의 전달함수(H2(z))를 이용하여 관계식(21)에 의해 정의된다.
V(z)=OCV(z)+H2(z)·I(z) ‥(21).
제2 전지 모델에서의 내부 저항의 전달함수(H1(z))는, 관계식(22)에 의해 정의되어 있는 저항(R0)의 전달함수(H0(z)) 및 관계식(14)에 의해 정의되어 있는 와버그 임피던스(W)의 전달함수(HW(z))를 이용하여 관계식(26)에 의해 정의된다. 저항(R0)은, 전해액 중의 이동저항에 상당하는 저항(r0) 및 전하 이동저항에 상당하는 저항(ri)(i=1, 2,‥, m)이 집약된 결과로서의 단일 저항으로 간주된다.
H0(z)=R0=r0+Σm i = 1ri　‥(22).
H2(z)=HW(z)+H0(z) ‥(26).
도 4b에 실선으로 도시되어 있는 나이퀴스트 플롯에 의해 나타나는 이차전지의 복소 임피던스(Z)의 근사 곡선(특히, -ImZ＞0의 영역에서의 직선형 부분)은, 관계식(26)에 따라서 이차전지의 내부 저항의 등가회로 모델의 전달함수(H(z))가 정의된다고 하는 가정 하에서 구해진다. 이에 의해, 제2 모델 파라미터(r0, ri, w1, w2 및 w3)의 값이 구해진다(관계식(22) 및 (14) 참조). 개방 전압(OCV)의 측정값에 의해 이차전지 모델에서의 개방 전압(OCV)의 값이 동정된다(관계식(21) 참조). 그리고, 해당 파라미터의 값에 의해 제2 전지 모델이 다양한 제원 또는 사양의 참조 이차전지로서의 이차전지(220)로서 확립된다.
제2 모델 파라미터(R0, w1, w2, w3)의 수는 '4'이고, 제1 모델 파라미터(r0, ri(i=1~3), Ci(i=1~3) w1, w2, w3, rL, L)의 수 '12'보다 적다. 또한, 제2 모델 파라미터의 일부이며, 와버그 임피던스(W)를 정의하는 파라미터(w1, w2, w3)는, 제1 모델 파라미터의 일부이며, 동일하게 와버그 임피던스(W)를 정의하는 파라미터(w1, w2, w3)와 공통된 것이다.
(이차전지 성능평가)
대상 기기(200)에 있어서, 통전상태의 제어장치(210)에 의해 제1 조건이 충족되어 있는지 여부가 판정된다(도 2/STEP 212). '제1 조건'으로서는, 대상 기기(200)에서 입력 인터페이스(202)를 통해서 이차전지(220)의 전지성능 평가의 요청이 있었던 것, 대상 기기(200)가 이차전지(220)의 충전을 위해서 외부 전원에 접속되었던 것 등의 조건이 채용된다. 전지성능 평가장치(100)에 의해, 대상 기기(200)와의 적당한 타이밍에서의 통신에 기초하여, 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 제원 및/또는 사양 등을 식별하기 위한 식별자 ID가 인식된다.
제1 조건이 충족되어 있지 않다고 판정된 경우(도 2/STEP 212‥NO), 제1 조건의 충족성 판정처리가 다시 실행된다(도 2/STEP 212). 제1 조건의 충족성 판정처리(도 2/STEP 212)는 생략되어도 된다.
제1 조건이 충족되어 있다고 판정된 경우(도 2/STEP 212‥YES), 도 5a에 도시되어 있는 양태로 시간 변화되는 지정 전류(I(t))가 대상 이차전지로서의 이차전지(220)에 대해서 입력된다(도 2/STEP 214). 지정 전류(I(t))의 파형 신호는, 전지성능 평가장치(100) 및 대상 기기(200)의 상호 통신에 의해, 제2 인식처리요소(112)에 의해 지정된 것이어도 된다. 예를 들어, 대상 기기(200)가 접속된 외부 전원으로부터의 공급 전력에 의해, 대상 기기(200)에 탑재되어 있는 펄스 전류 발생기가 구동됨으로써, 해당 펄스 전류 발생기에서 발생된 지정 전류(I(t))가 이차전지(220)에 대해서 입력된다. 지정 전류 발생을 위한 보조 전원이 대상 기기(200)에 탑재되어 있어도 된다.
센서군(230)의 출력신호에 기초하여, 제어장치(210)에 의해 이차전지(220)의 전압 응답특성(V(t)) 및 온도(T)가 측정된다(도 2/STEP 216). 이에 의해, 예를 들어, 도 5b에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이 변화되는 이차전지(220)의 전압 응답특성(V(t))이 측정된다.
이어서, 제어장치(210)에 의해 제2조건이 충족되어 있는지 여부가 판정된다(도 2/STEP 218). '제2 조건'으로서는, 전압 응답특성(V(t))을 특정하기 위해서 충분한 파형 신호가 취득되었던 것, 마지막에 제1 조건이 충족되었다고 판정된 제1 시점으로부터 소정 시간이 경과된 제2 시점에 도달했던 것, 대상 기기(200)에서 입력 인터페이스(202)를 통해서 이차전지(220)의 전지성능 평가의 요청이 있었던 것 등의 조건이 채용된다.
제2 조건이 충족되어 있지 않다고 판정된 경우(도 2/STEP 218‥NO), 제1 조건의 충족성 판정처리가 다시 실행된다(도 2/STEP 212). 제2 조건의 충족성 판정처리(도 2/STEP 218)는 생략되어도 된다.
제2 조건이 충족되어 있다고 판정된 경우(도 2/STEP 218‥YES), 이차전지(220)의 전압 응답특성(V(t)) 및 온도(T)의 측정결과가, 출력 인터페이스(204)를 구성하는 송신장치에 의해 대상 기기(200)로부터 전지성능 평가장치(100)에 대해서 송신된다(도 2/STEP 220). 또한, 전압 응답특성(V(t))이 측정되었을 때에 이차전지(220)에 입력된 지정 전류(I(t))를 특정하기 위한 측정조건정보가 대상 기기(200)로부터 전지성능 평가장치(100)에 대해서 송신되어도 된다.
전지성능 평가장치(100)에 있어서, 제2 인식처리요소(112)에 의해, 이차전지(220)의 전압 응답특성(V(t)) 및 온도(T)의 측정결과가 제2 측정결과로서 인식된다(도 2/STEP 122).
제2 연산처리요소(122)에 의해, 데이터베이스(10)에 등록되어 있는 다수의 이차전지 모델 중에서, 제2 측정결과에 부수되는 식별자 ID 및 제2 측정결과에 포함되어 있는 온도(T)의 측정결과 각각에 관련되어 있는 제1 전지 모델 또는 제2 전지 모델이 선정된다(도 2/STEP 124). 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 성능을 평가하기 위한 제1 전지 모델이 존재하지 않는 경우, 또는 제2 전지 모델이 존재하는 경우, 제2 전지 모델이 선정되어도 된다. 제1 전지 모델 및 제2 전지 모델이 모두 존재하는 경우, 어느 한쪽의 전지 모델(예를 들어, 성능평가 정밀도가 약간 더 우수한 제1 전지 모델)이 우선적으로 선정되어도 된다.
나아가, 제2 연산처리요소(122)에 의해, 해당 선정된 제1 전지 모델 또는 제2 전지 모델에 대해서 지정 전류(I(t))가 입력된다(도 2/STEP 126). 지정 전류(I(t))는, 제2 인식처리요소(112)에 의해 지정된 파형 신호에 기초하여 인식되어도 되고, 대상 기기(200)로부터 전지성능 평가장치(100)에 대해서 송신된 측정조건정보에 기초하여 인식되어도 된다.
제2 연산처리요소(122)에 의해, 제1 전지 모델 또는 제2 전지 모델로부터 출력되는 전압 응답특성(Vmodel(t))이 해당 제1 전지 모델 또는 해당 제2 전지 모델의 출력신호로서 특정된다(도 2/STEP 128). 이에 의해, 예를 들어, 도 5b에 파선으로 도시되어 있는 바와 같이 변화되는 제2 전지 모델의 전압 응답특성(Vmodel(t))이 이차전지 모델의 출력신호로서 특정된다.
이어서, 전지성능 평가요소(130)에 의해, 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 전압 응답특성(V(t))과 제1 전지 모델 또는 제2 전지 모델의 전압 응답특성(Vmodel(t))의 대비 결과에 기초하여, 해당 이차전지(220)의 성능이 평가된다(도 2/STEP 130). 예를 들어, 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 전압 응답특성(V(t)) 및 이차전지 모델의 전압 응답특성(Vmodel(t)) 각각을 나타내는 곡선의 유사도(x)가 특정된다. 그리고, 유사도(x)를 주 변수로 하는 감소 함수(f)에 따라서 이차전지(220)의 열화도(D(i)=f(x))가 특정된다('i'는 이차전지(220)의 종류를 의미하는 지수임). 즉, 해당 유사도(x)가 높을수록 열화도(D)가 낮게 평가되고, 이와 반대로, 해당 유사도(x)가 낮을수록 열화도(D)가 높게 평가된다.
전지성능 평가요소(130)에 의해, 이차전지(220)의 열화도(D(i))에 따른 열화 진단정보(Info(D(i)))가 생성된다(도 2/STEP 132). 전지성능 평가요소(130)에 의해, 진단정보(Info(D(i)))가 전지성능 평가장치(100)로부터 대상 기기(200)에 대해서 송신된다(도 2/STEP 134).
대상 기기(200)에 있어서, 입력 인터페이스(202)를 구성하는 수신장치에 대해서 열화진단정보(Info(D(i)))가 수신된다(도 2/STEP 222). 출력 인터페이스(204)를 구성하는 디스플레이 장치에 열화진단정보(Info(D(i)))가 출력 표시된다(도 2/STEP 224). 이에 의해, 이차전지(220)의 열화도(D(i))를 나타내는 그래프 표시 외에, '배터리의 열화도는 30%입니다. 150일 지나면 교환할 것을 권장합니다.'와 같은 열화도(D(i))에 따른 대처방법 등에 관한 메시지가 디스플레이 장치에 표시된다.
(본 발명의 다른 실시형태)
상기 실시형태에서는, 참조 이차전지 및 대상 이차전지 각각의 전압 응답특성(V(t))의 측정 시의 온도(T)가 감안된 후에 제1 전지 모델 및/또는 제2 전지 모델이 선정되고, 해당 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 성능이 평가되었다. 한편, 다른 실시형태로서, 참조 이차전지 및 대상 이차전지 각각의 전압 응답특성(V(t))의 측정 시의 온도(T)가 감안되지 않으며, 대상 이차전지의 제원 등을 나타내는 식별자에 기초하여 제1 전지 모델 및/또는 제2 전지 모델이 선정되고, 해당 대상 이차전지로서의 이차전지(220)의 성능이 평가되어도 된다.
10 : 데이터베이스 100 : 전지성능 평가장치
111 : 제1 인식처리요소 112 : 제2 인식처리요소
121 : 제1 연산처리요소 122 : 제2 연산처리요소
130 : 전지성능 평가요소 200 : 대상 기기
202 : 입력 인터페이스 204 : 출력 인터페이스
210 : 제어장치 220 : 이차전지
221 : 참조 이차전지 222 : 대상 이차전지
230 : 센서군

Claims (4)

  1. 참조 이차전지의 임피던스의 측정결과를 인식하는 제1 인식처리요소와,
    상기 제1 인식처리요소에 의해 인식된 상기 참조 이차전지의 임피던스의 측정결과에 기초하여, 지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 복수의 제1 모델 파라미터 각각의 값을 동정함으로써 해당 복수의 제1 모델 파라미터에 의해 정의되는 제1 전지 모델을 확정하고, 상기 지정 조건이 충족되어 있는 경우에는 상기 복수의 제1 모델 파라미터보다 소수인 복수의 제2 모델 파라미터 각각의 값을 동정함으로써 해당 복수의 제2 모델 파라미터에 의해 정의되는 제2 전지 모델을 확정하는 제1 연산처리요소와,
    상기 참조 이차전지와 동일 제원을 갖는 대상 이차전지에 대해서 지정 전류가 입력되었을 때에 해당 대상 이차전지로부터 출력되는 전압의 변화양태의 계측결과로서의 실측 출력전압을 인식하는 제2 인식처리요소와,
    상기 제1 연산처리요소에 의해 확정된 상기 제1 전지 모델 또는 상기 제2 전지 모델에 대해서, 상기 지정 전류가 입력되었을 때에 해당 제1 전지 모델 또는 해당 제2 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화양태로서의 모델 출력전압을 특정하는 제2 연산처리요소와,
    상기 제2 인식처리요소에 의해 인식된 상기 실측 출력전압과 상기 제2 연산처리요소에 의해 특정된 상기 모델 출력전압과의 대비 결과에 기초하여, 상기 대상 이차전지의 성능을 평가하는 전지성능 평가요소를 구비하고 있는 전지성능 평가장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인식처리요소가, 상기 참조 이차전지의 다른 온도 각각에서의 임피던스의 측정결과를 인식하고,
    상기 제1 연산처리요소가, 상기 제1 인식처리요소에 의해 인식된 상기 참조 이차전지의 상기 다른 온도 각각에서의 임피던스의 측정결과에 기초하여, 상기 지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 상기 복수의 제1 모델 파라미터 각각의 값의 온도 의존성을 특정함으로써 상기 제1 전지 모델을 확정하고, 상기 지정 조건이 충족되어 있는 경우에는 상기 복수의 제2 모델 파라미터 각각의 값의 온도 의존성을 특정함으로써 상기 제2 전지 모델을 확정하고,
    상기 제2 인식처리요소가, 상기 대상 이차전지의 상기 출력전압에 추가하여 해당 대상 이차전지의 온도의 계측결과를 인식하고,
    상기 제2 연산처리요소가, 상기 제1 연산처리요소에 의해 확정된 상기 제1 전지 모델 또는 상기 제2 전지 모델에 대해서, 상기 지정 전류에 추가하여 상기 제2 인식처리요소에 의해 인식된 상기 대상 이차전지의 온도의 계측결과가 입력되었을 때의 상기 모델 출력전압을 특정하는 전지성능 평가장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 연산처리요소가, 상기 지정 전류가 기준 주파수보다 낮은 저주파 전류성분에 의해 구성되어 있는 것, 및 상기 제1 연산처리요소의 연산처리부하가 기준값 이상인 것 중 적어도 하나를 상기 지정 조건으로서 상기 제1 전지 모델 또는 상기 제2 전지 모델을 확립하는 전지성능 평가장치.
  4. 참조 이차전지의 임피던스의 측정결과를 인식하는 제1 인식처리과정과,
    상기 제1 인식처리과정에서 인식된 상기 참조 이차전지의 임피던스의 측정결과에 기초하여, 지정 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 복수의 제1 모델 파라미터 각각의 값을 동정함으로써 해당 복수의 제1 모델 파라미터에 의해 정의되는 제1 전지 모델을 확정하고, 상기 지정 조건이 충족되어 있는 경우에는 상기 복수의 제1 모델 파라미터보다 소수인 복수의 제2 모델 파라미터 각각의 값을 동정함으로써 해당 복수의 제2 모델 파라미터에 의해 정의되는 제2 전지 모델을 확정하는 제1 연산처리과정과,
    상기 참조 이차전지와 동일 제원을 갖는 대상 이차전지에 대해서 지정 전류가 입력되었을 때에 해당 대상 이차전지로부터 출력되는 전압의 변화양태의 계측결과로서의 실측 출력전압을 인식하는 제2 인식처리과정과,
    상기 제1 연산처리과정에서 확정된 상기 제1 전지 모델 또는 상기 제2 전지 모델에 대해서, 상기 지정 전류가 입력되었을 때에 해당 제1 전지 모델 또는 해당 제2 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화양태로서의 모델 출력전압을 특정하는 제2 연산처리과정과,
    상기 제2 인식처리과정에서 인식된 상기 실측 출력전압과 상기 제2 연산처리과정에서 특정된 상기 모델 출력전압과의 대비 결과에 기초하여, 상기 대상 이차전지의 성능을 평가하는 전지성능 평가과정을 포함하고 있는 전지성능 평가방법.
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