(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電圧及び電流を測定するセンサと、
前記センサから電圧測定値及び電流測定値の入力を受け、予め設定された開放電圧の測定条件が成立した時点を基準に前記電圧測定値及び前記電流測定値を用いて前記二次電池の第１放電深度（ＤｏＤ’）及び開放電圧（ＯＣＶｍ）をそれぞれ決定し、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）で予め決められているオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及び前記開放電圧（ＯＣＶｍ）から負極電圧（Ｖａ）を算出し、オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）が前記負極電圧（Ｖａ）に等しいと決定し、前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）で予め決められている第２放電深度（ＤｏＤ”）を決定し、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差によって前記二次電池の容量劣化（Δｃａｐａ）を決定する制御部と
を具備することを特徴とする二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項２】
前記制御部が、放電深度とオリジナル負極電圧との対応関係を予め決めたオリジナル負極電圧プロファイルを前記容量劣化ほどシフトさせ、放電深度とオリジナル正極電圧との対応関係を予め決めたオリジナル正極電圧プロファイルから、シフトされたオリジナル負極電圧プロファイルを引いて、前記二次電池の劣化した開放電圧プロファイルを決定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記センサを用いて前記二次電池の開放電圧を測定し、前記劣化した開放電圧プロファイルから、測定された前記開放電圧に対応する前記二次電池の放電深度を決定することを特徴とする請求項２に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記センサを用いて前記二次電池の放電深度を測定し、前記劣化した開放電圧プロファイルから、測定された前記放電深度に対応する前記二次電池の開放電圧を決定することを特徴とする請求項２に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項５】
前記制御部が、前記センサを用いて前記二次電池の放電深度を測定し、測定された前記放電深度及び決定された前記容量劣化を用いて前記二次電池の充電状態を決定することを特徴とする請求項２に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項６】
各放電深度に対応するオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）のデータと、各放電深度に対応するオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）のデータとを保存している記憶部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項７】
前記制御部が、決定された容量劣化、決定された開放電圧、決定された放電深度、または決定された充電状態を保存、表示、または伝送することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項８】
前記二次電池が、第１正極材及び第２正極材を含む混合正極材を含み、
前記第１正極材及び前記第２正極材は、相異なる動作電圧範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池のパラメータ推定装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の二次電池のパラメータ推定装置を具備する電気駆動装置。
【請求項１０】
センサから二次電池の電圧測定値及び電流測定値の入力を受ける段階と、
予め設定された開放電圧の測定条件が成立した時点を基準に前記電圧測定値及び前記電流測定値を用いて前記二次電池の第１放電深度（ＤｏＤ’）及び開放電圧（ＯＣＶｍ）をそれぞれ決定する段階と、
前記第１放電深度（ＤｏＤ’）で予め決められているオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及び前記開放電圧（ＯＣＶｍ）から負極電圧（Ｖａ）を算出し、オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）が前記負極電圧（Ｖａ）に等しいと決定する段階と、
前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）で予め決められている第２放電深度（ＤｏＤ”）を決定する段階と、
前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差によって前記二次電池の容量劣化（Δｃａｐａ）を決定する段階と
を有することを特徴とする二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１１】
放電深度とオリジナル負極電圧との対応関係を予め決めたオリジナル負極電圧プロファイルを前記容量劣化ほどシフトさせる段階と、
放電深度とオリジナル正極電圧との対応関係を予め決めたオリジナル正極電圧プロファイルから、シフトされたオリジナル負極電圧プロファイルを引いて、前記二次電池の劣化した開放電圧プロファイルを決定する段階と
をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１２】
前記センサを用いて前記二次電池の開放電圧を測定する段階と、
前記劣化した開放電圧プロファイルから、測定された前記開放電圧に対応する前記二次電池の放電深度を決定する段階と
をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１３】
前記センサを用いて前記二次電池の放電深度を測定する段階と、
前記劣化した開放電圧プロファイルから、測定された前記放電深度に対応する前記二次電池の開放電圧を決定する段階と
をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１４】
前記センサを用いて前記二次電池の放電深度を測定する段階と、
測定された前記放電深度及び決定された前記容量劣化から二次電池の充電状態を決定する段階と
をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１５】
決定された容量劣化、決定された開放電圧、決定された放電深度、または決定された充電状態を保存、表示、または伝送する段階をさらに有することを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１６】
前記二次電池が、第１正極材及び第２正極材を含む混合正極材を含み、
前記第１正極材及び前記第２正極材は、相異なる動作電圧範囲を有することを特徴とする請求項１０に記載の二次電池のパラメータ推定方法。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６のいずれか一項に記載の二次電池のパラメータ推定方法がプログラム化されて書き込まれたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、二次電池の電気的状態を表すパラメータを推定する装置及び方法に関する。
本出願は、２０１２年４月３０日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００４５８６８号及び２０１３年３月１５日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００２８２８４号に基づく優先権を主張するものであり、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
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、幅広い範囲で多様な用途で用いられる。例えば、携帯電話、ラップトップパソコン、デジタルカメラ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのように持ち運び可能な装置、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電気駆動動力装置、新再生エネルギーを用いて発電した電力や余剰発電電力を貯蔵するときに使用される電力貯蔵装置、サーバーコンピュータと通信用基地局を含む各種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、電池の使用領域はますます拡がっている。
【０００３】
電池は、３つの基本構成要素を含む。すなわち、放電する間に電子を放出しながら酸化される物質を含む負極（ａｎｏｄｅ）、放電する間に電子を収容しながら還元される物質を含む正極（ｃａｔｈｏｄｅ）、そして負極と正極との間でイオンの移動を可能にする電解質である。電池は、放電した後は再使用が不可能な一次電池と、電気化学反応が少なくとも部分的には可逆的であって、繰り返して充電と放電が可能な二次電池とに分類することができる。
【０００４】
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、ニッケル金属水素化物（ｈｙｄｒｉｄｅ）電池、亜鉛−マンガン酸化物電池、亜鉛−臭化物電池、金属−空気電池、リチウム二次電池などが知られている。そのうち、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及び電池電圧が高く、保存寿命が長いという点で商業的に多大な関心を集めている。
【０００５】
一方、二次電池の放電深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＤｏＤ）は、二次電池が放電するとき、二次電池のオリジナル容量を基準に、二次電池の容量がどれ位放電したのかを０から１の範囲で相対的に表すものである。
ここで、前記オリジナル容量とは、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態にある二次電池が充電上限電圧から放電終止電圧まで放電する過程で、二次電池から流れる電流の量を積算した値を意味する。
例えば、二次電池のオリジナル容量が１０００ｍＡｈであって、二次電池が満充電された後に二次電池から流れた放電電流を積算した値が７００ｍＡｈであったと仮定すれば、このときの放電深度は０．７に計算される。
【０００６】
二次電池の電気化学的反応に関わる化学物質（例えば、リチウムイオン）は、充電及び放電サイクルが増加するにつれて非可逆的に消失する。このような化学物質の消失は二次電池の容量劣化（ｃａｐａｃｉｔｙ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を引き起こし、容量劣化が進行した二次電池は、放電深度が１に到達する前に二次電池の電圧が放電終止電圧に達するようになる。したがって、放電終止電圧に到達するときの放電深度は容量劣化に比例して減少する。
例えば、二次電池の放電終止電圧が３．０Ｖであって、二次電池の容量劣化が２０％進行したならば、二次電池の放電深度が０．８０まで増加したときに二次電池の電圧が放電終止電圧である３．０Ｖまで減少する。
【０００７】
二次電池の容量劣化は、二次電池の充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を正確に計算するために必要なパラメータである。充電状態は、容量劣化が反映された二次電池の全体容量を基準に、現在残っている二次電池の容量を０から１の範囲で相対的に表すパラメータである。
二次電池の充電状態は、下記数式１のように二次電池の放電深度を用いて計算することができる。
［数式１］
ＳＯＣ＝（ＤｏＤｍａｘ−ＤｏＤ）／ＤｏＤｍａｘ
ＤｏＤｍａｘ＝１−ΔＣａｐａ
ここで、ＳＯＣは二次電池の充電状態、ＤｏＤｍａｘは二次電池が放電終止電圧に到達するときの放電深度、ＤｏＤは現在の放電深度、ΔＣａｐａは０から１の範囲で二次電池の容量劣化を表すそれぞれのパラメータである。
【０００８】
数式１において、ＤｏＤは測定可能なパラメータであるため、結局、二次電池の充電状態はΔＣａｐａで表された二次電池の容量劣化によって決定される。
二次電池の容量劣化は、二次電池を充電上限電圧まで充電した後、放電終止電圧まで完全放電（ｆｕｌｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を行う過程で、二次電池から流れる（ｄｒａｗｎ）電流の量を積算し、積算された電流量をオリジナル容量と比べることで正確に計算することができる。
【０００９】
しかしながら、二次電池が実際使用される環境では、二次電池の容量劣化を正確に計算可能な完全放電イベントがめったに生じない。したがって、当業界では間接的に二次電池の容量劣化を推定する方法が用いられている。
例えば、二次電池の内部抵抗は容量劣化と相関関係があるため、二次電池の電圧と電流をサンプリングして二次電池の内部抵抗変化を推定し、内部抵抗変化量によって二次電池の容量劣化を推定することができる。
しかしながら、このような方法では二次電池の容量劣化を正確に測定できず、二次電池の温度変化によって容量劣化に対する推定の正確度が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、二次電池が使用される環境で、二次電池の容量劣化を簡単且つ正確に推定することができる二次電池のパラメータ推定装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明は、推定された容量劣化を用いて二次電池の開放電圧、放電深度、または充電状態を推定することができる二次電池のパラメータ推定装置及び方法を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の技術的課題を達成するため、本発明による二次電池のパラメータ推定装置は、第１放電深度（ＤｏＤ’）で二次電池の開放電圧（ＯＣＶｍ）を測定するセンサ（ここで、前記開放電圧（ＯＣＶｍ）は前記第１放電深度（ＤｏＤ’）で予め決められているオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）と負極電圧（Ｖａ）との差に該当する）と、前記オリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及び前記開放電圧（ＯＣＶｍ）から負極電圧（Ｖａ）を算出し、オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）が前記負極電圧（Ｖａ）に等しいと決定し、前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）に対応する第２放電深度（ＤｏＤ”）を得て、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差によって前記二次電池の容量劣化（Δｃａｐａ）を決定する制御部とを含む。
【００１２】
本発明において、前記オリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及び前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）は、それぞれ二次電池の容量劣化が実質的に無いときに、放電深度毎に予め測定した二次電池の正極電圧及び負極電圧であって、実験を通じて予め測定しておいた電圧値である。
前記オリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及び前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）は、電位が０になり得る基準電極（例えば、リチウム電極）を基準に測定することができる。
前記二次電池の容量劣化が実質的に無いときとは、二次電池が製造された直後であって、例えば、二次電池の充／放電サイクルがまだ始まっていないとき（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ：ＢＯＬ）を意味する。
【００１３】
望ましくは、本発明による二次電池のパラメータ推定装置は、放電深度毎に測定したオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及びオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）をプロファイルデータとして保存している記憶部をさらに含むことができる。
以下、放電深度毎に測定されたオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及びオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）をそれぞれオリジナル正極電圧プロファイル及びオリジナル負極電圧プロファイルと称する。
【００１４】
前記負極電圧（Ｖａ）は、二次電池の負極に形成された現在電圧を意味し、前記オリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）と前記開放電圧（ＯＣＶｍ）との差から計算することができる。
前記第１放電深度（ＤｏＤ’）は、アンペアカウンティング（ａｍｐｅｒｅ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）方法によって計算した二次電池の電流積算量と二次電池のオリジナル容量との相対的な比率に該当する。
【００１５】
望ましくは、前記センサは、二次電池の充電または放電中に電流を測定して、電流の測定値を制御部に提供でき、前記制御部は、放電電流の測定値を積算して前記第１放電深度（ＤｏＤ’）を算出することができる。前記記憶部は、二次電池のオリジナル容量を保存でき、前記制御部は、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）の算出時に、前記記憶部に保存された二次電池のオリジナル容量を参照することができる。前記開放電圧（ＯＣＶｍ）測定の基準になる第１放電深度（ＤｏＤ’）のレベルは、固定された値として予め設定されても良く、任意に変化するものであっても良い。
【００１６】
別の態様によれば、前記制御部は、前記決定された容量劣化ほど二次電池のオリジナル負極電圧プロファイルをシフトさせ、前記オリジナル正極電圧プロファイル及び前記シフトしたオリジナル負極電圧プロファイルから二次電池の劣化した開放電圧プロファイルを得ることができ、選択的に、前記劣化した開放電圧プロファイルを記憶部に保存することができる。
さらに別の態様によれば、前記制御部は、二次電池の開放電圧を測定し、前記測定された開放電圧を用いて前記劣化した開放電圧プロファイルから前記二次電池の放電深度（ＤｏＤ）を決定でき、選択的に、前記決定された放電深度（ＤｏＤ）及び前記決定された容量劣化（Δｃａｐａ）を用いて二次電池の充電状態を推定することができる。
本発明において、前記制御部は、前記決定された容量劣化、前記決定された開放電圧、前記決定された放電深度、及び前記決定された充電状態からなる群より選択された少なくとも１つのパラメータを保存、伝送、または表示することができる。
【００１７】
上記の技術的課題を達成するため、本発明による二次電池のパラメータ推定方法は、第１放電深度（ＤｏＤ’）で二次電池の開放電圧（ＯＣＶｍ）を測定する段階（ここで、前記開放電圧（ＯＣＶｍ）は前記第１放電深度（ＤｏＤ’）で予め決められているオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）と負極電圧（Ｖａ）との差に該当する）と、前記オリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）及び前記開放電圧（ＯＣＶｍ）から負極電圧（Ｖａ）を算出し、オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）が前記負極電圧（Ｖａ）に等しいと決定する段階と、前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）に対応する第２放電深度（ＤｏＤ”）を得る段階と、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差によって前記二次電池の容量劣化（Δｃａｐａ）を決定する段階とを含む。
【００１８】
選択的に、二次電池のパラメータ推定方法は、前記決定された容量劣化ほど二次電池のオリジナル負極電圧プロファイルをシフトさせ、前記オリジナル正極電圧プロファイル及び前記シフトしたオリジナル負極電圧プロファイルから二次電池の劣化した開放電圧プロファイルを得る段階をさらに含むことができる。
選択的に、二次電池のパラメータ推定方法は、二次電池の開放電圧を測定し、前記測定された開放電圧を用いて前記劣化した開放電圧プロファイルから前記二次電池の放電深度を決定する段階と、選択的に、前記決定された放電深度及び前記決定された容量劣化を用いて二次電池の充電状態を推定する段階をさらに含むことができる。
選択的に、二次電池のパラメータ推定方法は、二次電池の放電深度を測定し、前記測定された放電深度を用いて前記劣化した開放電圧プロファイルから前記二次電池の開放電圧を決定する段階をさらに含むことができる。
選択的に、二次電池のパラメータ推定方法は、前記決定された容量劣化、前記決定された開放電圧、前記決定された放電深度、及び前記決定された充電状態からなる群より選択された少なくとも１つのパラメータを保存、伝送、または表示する段階をさらに含むことができる。
【００１９】
本発明において、前記二次電池は、相異なる動作電圧範囲を有する第１正極材及び第２正極材を含む混合正極材を含むことができる。
望ましくは、前記第１正極材及び第２正極材のうち少なくとも１つは電圧平坦領域（ｐｌａｔｅａｕ）を含む電圧プロファイルを有し得る。
前記第１及び第２正極材は、電圧の変化に従ってこれらと反応する動作（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ）イオンの反応濃度が相異なり、固有電圧帯域で遊休状態または無負荷状態になったとき、相互間の前記動作イオンの伝達を通じて電圧弛緩（ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）を起こすことができる。前記二次電池は、前記固有電圧帯域を含む電圧範囲で充電または放電することができる。
【００２０】
ここで、前記動作イオンとは、混合正極材が含まれた二次電池が充電または放電する過程で、前記第１及び第２正極材と電気化学的反応するイオンを称する。前記動作イオンは、二次電池の種類によって変わり得る。一例として、リチウム二次電池の場合、動作イオンはリチウムイオンであり得る。
前記電気化学的反応は、二次電池の動作メカニズムによって変わり得る。一例として、前記電気化学的反応は、動作イオンが前記第１正極材及び／または前記第２正極材の内部に挿入されるか又は逆に内部から脱離することを意味し得る。このような場合、前記第１及び第２正極材に挿入される動作イオンの濃度、または、前記第１及び第２正極材から脱離する動作イオンの濃度は、二次電池の電圧の変化に従って変わり得る。換言すれば、前記第１及び第２正極材は、動作イオンに対する動作電圧範囲が相異なる。一例として、二次電池が放電する条件において、ある電圧帯域では前記第２正極材よりも前記第１正極材に動作イオンが優先的に挿入され、他の電圧帯域ではその逆になり得る。別の例として、二次電池が充電される条件において、ある電圧帯域では前記第１正極材よりも前記第２正極材から動作イオンが優先的に脱離し、他の電圧帯域ではその逆になり得る。
【００２１】
前記遊休状態とは、二次電池から、二次電池の搭載された装置のメイン負荷側に、大きい放電電流が流れる（ｄｒａｗｎ）状態が中断し、前記装置に含まれた電子装置で要する最小限の放電電流が二次電池から流れる状態を意味する。前記二次電池が遊休状態になれば、前記二次電池から流れる放電電流はかなり少なくなる。前記二次電池が遊休状態になったとき、二次電池から流れる電流の量は一定であるか、実質的に一定であるか、又は、可変であり得る。
【００２２】
例えば、（ｉ）二次電池が電気自動車に搭載されている場合、運転者がキーオンした直後、前記二次電池が、モーター側には放電電流を供給せず、電気自動車に搭載されているコンピュータユニットやオーディオ機器などに少ない放電電流を供給する状態、（ｉｉ）前記電気自動車が、運行中に信号待ちのためしばらく停車するか、または、駐車後コンピュータユニットがスリープモードに切り換わった状態、（ｉｉｉ）電源をオフにせず、二次電池が搭載された情報通信機器の使用が一定時間以上中断したとき、前記情報通信機器のプロセッサがエネルギー節約のためにスリープモードに切り換わった状態などが挙げられる。
【００２３】
前記無負荷状態とは、二次電池の充電または放電が中断し、二次電池の容量変化が実質的に無い状態を意味する。
また、前記電圧弛緩（ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）とは、二次電池が遊休状態または無負荷状態になったとき、前記第１正極材と第２正極材との間に電位差が生じ、前記電位差によって正極材の間で動作イオンの移動が引き起こされることで、前記電位差が経時的に解消される現象を称する。
ここで、前記電圧弛緩は、混合正極材が含まれた二次電池が固有電圧帯域で放電状態から遊休状態または無負荷状態に切り換わったときに生じる。前記二次電池が固有電圧帯域で放電状態にあれば、前記第１及び第２正極材のうち動作イオンとの反応が円滑な正極材が、動作イオンと反応可能な残余容量があまり残らない状態になることで、他方の正極材が動作イオンと反応し始める。
このような条件で、二次電池が遊休状態または無負荷状態に切り換われば、前記第１正極材及び前記第２正極材の表面付近にあった動作イオンが相異なる拡散速度で該当正極材の中心部に拡散しながら、正極材の間に電位差が生じるようになる。このように生じた電位差は、正極材の間で動作イオンの移動を引き起こし、その結果として正極材同士の電位差が解消される電圧弛緩を起こす。
【００２４】
このような電圧弛緩を考慮すれば、遊休状態または無負荷状態を次のような観点で定義することもできる。すなわち、二次電池から放電電流が流れ出れば動作イオンが正極材に挿入される。しかしながら、放電電流が少なければ、動作イオンが正極材に挿入されても電圧弛緩が起こり得る。したがって、正極材の間で電圧弛緩が生じることを妨害しないほどの少ない放電電流が流れる状態、または、放電電流が全く流れない状態を遊休状態または無負荷状態と定義することができる。
前記固有電圧帯域は、前記第１及び第２正極材の種類、二次電池の充電または放電電流の量、二次電池が遊休状態または無負荷状態になったときの二次電池の充電状態などを含む多様な要因によって変動し得る。
【００２５】
本発明において、前記第１及び第２正極材が固有電圧帯域で示す電圧弛緩現象は、次のような条件のうち少なくとも１つを満たす正極材の間で生じ得る。
一例として、前記電圧弛緩は、前記第１及び第２正極材に対してｄＱ／ｄＶ分布を測定したとき、それぞれの正極材のｄＱ／ｄＶ分布で現れるメインピークの位置及び／または前記メインピークの強度に差があるときに生じ得る。ここで、ｄＱ／ｄＶ分布とは、正極材に対する動作イオンの電圧毎の容量特性を意味する。したがって、ｄＱ／ｄＶ分布で現れるメインピークの位置及び／または前記メインピークの強度に差がある正極材は、相異なる動作電圧範囲を有すると見なせる。前記メインピークの位置の差は前記第１及び第２正極材の種類によって変わり得、一例として前記メインピークの位置の差が０．１〜４Ｖであり得る。
【００２６】
別の例として、前記電圧弛緩は、前記混合正極材が含まれた二次電池に対してＳＯＣ毎に放電抵抗を測定したとき、放電抵抗プロファイルがコンベックス（ｃｏｎｖｅｘ）パターン（いわゆる、凸形状）を有するときに生じ得る。
さらに別の例として、前記電圧弛緩は、前記混合正極材が含まれた二次電池に対してＳＯＣ毎に放電抵抗を測定したとき、放電抵抗プロファイルが前記コンベックスパターンの頂点の前後に少なくとも２個の変曲点を有するときに生じ得る。
さらに別の例として、前記電圧弛緩は、前記混合正極材が含まれた二次電池が少なくとも１回の電圧平坦領域（ｐｌａｔｅａｕ）が含まれた充電または放電プロファイルを有するときに生じ得る。ここで、前記電圧平坦領域は、変曲点が存在しながらも、変曲点を前後にしての電圧変化が小さい領域を意味する。
さらに別の例として、前記電圧弛緩は、前記混合正極材に含まれた第１正極材及び第２正極材のうち少なくとも１つが電圧平坦領域を含む電圧プロファイルを有するときに生じ得る。
【００２７】
本発明において、前記第１及び第２正極材として使用できる物質は、固有電圧帯域で電圧弛緩を起こせるものであれば、その種類に特に制限がない。
一態様によれば、前記第１正極材は、一般化学式Ａ［ＡｘＭｙ］Ｏ２＋ｚ（Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫのうち少なくとも１つの元素を含む；Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｚｒ、Ｒｕ、及びＣｒから選択された少なくとも１つの元素を含む；ｘ≧０、１≦ｘ＋ｙ≦２、−０．１≦ｚ≦２；ｘ、ｙ、ｚ、及びＭに含まれた成分の化学量論係数は化合物が電気的中性を維持するように選択される）で表されるアルカリ金属化合物であり得る。
選択的に、前記第１正極材は、米国特許第６，６７７，０８２号、米国特許第６，６８０，１４３号などに開示されたアルカリ金属化合物ｘＬｉＭ１Ｏ２−（１−ｘ）Ｌｉ２Ｍ２Ｏ３（Ｍ１は平均酸化状態３を有する少なくとも１つの元素を含む；Ｍ２は平均酸化状態４を有する少なくとも１つの元素を含む；０≦ｘ≦１）であり得る。
【００２８】
別の態様によれば、前記第２正極材は、一般化学式ＬｉａＭ１ｘＦｅ１−ｘＭ２ｙＰ１−ｙＭ３ｚＯ４−ｚ（Ｍ１は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｍｇ、及びＡｌから選択された少なくとも１つの元素を含む；Ｍ２は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、及びＳから選択された少なくとも１つの元素を含む；Ｍ３はＦを選択的に含むハロゲン族元素を含む；０＜ａ≦２、０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１；ａ、ｘ、ｙ、ｚ、Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３に含まれた成分の化学量論係数は化合物が電気的中性を維持するように選択される）、または、Ｌｉ３Ｍ２（ＰＯ４）３（Ｍは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及びＡｌから選択された少なくとも１つの元素を含む）で表されるリチウム金属フォスフェートであり得る。
【００２９】
さらに別の態様によれば、前記第１正極材は、Ｌｉ［ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＯ２＋ｚ］（ａ≧０；ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１；ｂ、ｃ、及びｄのうち少なくとも１つは０でない；−０．１≦ｚ≦２）であり得る。また、前記第２正極材は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎｘＦｅｙＰＯ４（０＜ｘ＋ｙ≦１）、及びＬｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３からなる群より選択された１つ以上であり得る。
さらに別の態様によれば、前記第１正極材及び／または前記第２正極材は、コーティング層を含むことができる。前記コーティング層は、炭素層を含むか、若しくは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、及びＳからなる群より選択された少なくとも１つの元素を含む酸化物層またはフッ化物層を含むことができる。
【００３０】
本発明において、前記第１正極材と第２正極材との混合比率は、製造しようとする二次電池の用途を考慮した電気化学的設計条件、正極材の間で電圧弛緩を起こすために必要な正極材の電気化学的特性、電圧弛緩を起こす固有電圧帯域の範囲などを考慮して適切に調節することができる。
また、前記混合正極材に含まれる正極材の数は２種に限定されない。また、混合正極材の物性を改善するために他の添加物、例えば導電材、バインダーなどを混合正極材に添加することは特に制限されない。したがって、固有電圧帯域で無負荷状態になったとき、電圧弛緩を起こせる少なくとも２つの正極材が含まれた混合正極材であれば、正極材の数と他の添加物の存在如何とは関係なく、本発明の範疇に含まれると解釈せねばならないことは当業者にとって自明である。
【００３１】
前記二次電池は、多様な種類の電気駆動装置に搭載でき、その種類に特に制限がない。
一態様によれば、前記電気駆動装置は、携帯電話、ラップトップパソコン、タブレットパソコンなどのモバイルコンピュータ装置、またはデジタルカメラ、ビデオカメラ、オーディオ／ビデオ再生装置などを含む手持ち式のマルチメディア装置であり得る。別の態様によれば、前記電気駆動装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターを備えるパワーツールであり得る。
さらに別の態様によれば、前記電気駆動装置は、電力グリッドに設けられて新再生エネルギーや余剰発電電力を貯蔵する大容量電力貯蔵装置、または停電などの非常状況でサーバーコンピュータや移動通信装備などを含む各種の情報通信装置の電源を供給する無停電電源供給装置であり得る。
【００３２】
本発明において、前記二次電池は、前記混合正極材を含む正極、負極、及び分離膜を含むことができる。また、前記二次電池は、動作イオンが含まれた電解質をさらに含むことができる。前記電解質は、動作イオンを含み、動作イオンを介して正極と負極で電気化学的な酸化または還元反応を行えるものであれば、その種類に特に制限がない。
また、前記二次電池は、前記正極、負極、及び分離膜を密封する包装材をさらに含むことができる。前記包装材は、化学的に安全性を有するものであれば、その材質に特に制限がない。前記二次電池の外形は前記包装材の構造によって決定される。前記包装材の構造は、当業界で既知の多様な構造のうち１つであり得るが、代表的に円筒型、角形、パウチ型、コイン型などの構造を有し得る。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、二次電池を制御するとき、パラメータとして用いられる容量劣化、開放電圧、放電深度、充電状態などを簡単且つ正確に推定することができる。
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って、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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】放電深度の変化に従って、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）及びＥＯＬ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のリチウム二次電池の開放電圧プロファイルを示したグラフである。
【図２】リチウム二次電池が劣化すれば、オリジナル負極電圧プロファイルがシフトすることを示した図である。
【図３】本発明の仮定によって推定されたリチウム二次電池の開放電圧プロファイルが実際のリチウム二次電池の開放電圧プロファイルとよく整合することを示した図である。
【図４】本発明の仮定が単一正極材が使用されたリチウム二次電池にも有効に適用できることを示した図である。
【図５】本発明の仮定が単一正極材が使用されたリチウム二次電池にも有効に適用できることを示した図である。
【図６】本発明の一実施形態による装置の構成を示したブロック図である。
【図７】第１放電深度（ＤｏＤ’）と第２放電深度（ＤｏＤ”）との差が二次電池の容量劣化（Δｃａｐａ）に該当することを概念的に示したグラフである。
【図８】第１放電深度（ＤｏＤ’）と第２放電深度（ＤｏＤ”）との差が二次電池の容量劣化（Δｃａｐａ）に該当することを概念的に示したグラフである。
【図９】本発明の実施形態によって決定されたリチウム二次電池のパラメータを表示するときに使用されるグラフィックインターフェースの多様な例を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態による二次電池のパラメータ推定方法を順次示したフロー図である。
【図１１】本発明の実施形態による二次電池のパラメータ推定方法を順次示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は一般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形態があり得ることを理解せねばならない。
【００３６】
後述される実施形態は、本発明の技術的思想がリチウム二次電池に適用された場合に関する。ここで、リチウム二次電池とは、充電と放電が行われる間に、リチウムイオンが動作イオンとして作用して正極と負極で電気化学的反応を引き起こす二次電池のことを総称する。前記動作イオンは、二次電池が充電または放電する過程で電気化学的な酸化及び還元反応に参加するイオンを意味し、例えばリチウムが該当する。したがって、リチウム二次電池に使用された電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に使用された包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変わっても、リチウムイオンが動作イオンとして使用される二次電池であれば、全て前記リチウム二次電池の範疇に含まれると解釈しなければならない。
【００３７】
また、本発明は、リチウム二次電池以外の他の二次電池にも適用することができる。したがって、動作イオンがリチウムイオンではなくても、本発明の技術的思想が適用可能な二次電池であればその種類に関係なく全て本発明の範疇に含まれると解釈せねばならない。
また、二次電池は、それを構成する要素の数によって限定されない。したがって、二次電池は、負極、電解質、及び正極を基本単位にする単一セルを始めとして、単一セルのアセンブリ、多数のアセンブリが直列及び／または並列で接続されたモジュール、多数のモジュールが直列及び／または並列で接続されたパック、多数のパックが直列及び／または並列で接続された電池システムなども含むと解釈されねばならない。
【００３８】
図１には、リチウム二次電池に対する２つの開放電圧プロファイルが示されている。１つは、リチウム二次電池の活性化のために３サイクルの充放電を行った後、すなわちＢＯＬ状態で放電深度毎に測定した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ＿ＢＯＬ（ＤｏＤ）である。リチウム二次電池がＢＯＬ状態にあれば、リチウム二次電池の容量劣化は実質的に無い。また、他の１つは、６２１サイクルの充放電を行ってリチウム二次電池の容量を７．２％低下させた後、放電深度毎に測定した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ＿ＥＯＬ（ＤｏＤ）である。説明の便宜上、６２１サイクルの充放電が行われたリチウム二次電池はＥＯＬ状態にあると仮定する。リチウム二次電池がＥＯＬ状態に到達すれば、新たな電池に入れ替える必要がある。
【００３９】
図１において、横軸に示されたＤｏＤはリチウム二次電池の放電深度である。ＯＣＶｃｅｌｌ＿ＢＯＬ（ＤｏＤ）を基準にするとき、ＤｏＤが１であればリチウム二次電池の容量が全て放電した状態に該当し、ＤｏＤが０であればリチウム二次電池が完全に充電された状態に該当する。
ＤｏＤが０である状態で、リチウム二次電池が放電すれば、放電深度は徐々に増加する。従って、リチウム二次電池の開放電圧は放電深度の増加と共に減少し、リチウム二次電池が放電終止電圧に到達するまで放電すれば、放電深度は１になる。放電深度は、リチウム二次電池のオリジナル容量に対するリチウム二次電池から流れ出た電流積算量の相対的な比率である。また、前記オリジナル容量は、リチウム二次電池の容量劣化が実質的に無いとき、例えばＢＯＬ状態で測定した容量を意味する。
【００４０】
前記リチウム二次電池は、混合正極材を含む正極と、グラファイトを含む負極とを備える。前記混合正極材は、層状構造を有するリチウム遷移金属酸化物であるＬｉ１＋ｘＮｉａＣｏｂＭｎｃＯ２（ｘ≧０；ａ＝ｂ＝ｃ＝１／３；以下、ＮＭＣ正極材と略称する）とオリビン構造を有するＬｉＦｅＰＯ４（ＬＦＰ正極材と略称する）とが７：３（重量比）で混合されたものである。後述される実施形態におけるリチウム二次電池は、特に言及しない限り、前記リチウム二次電池と同じ仕様を有する。
一方、混合正極材に含まれた正極材の種類は、上述した様々な種類の物質から多様に選択でき、負極材も既知の物質から変更自在である。
【００４１】
図１を参照すれば、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池の開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ＿ＢＯＬ（ＤｏＤ）は少なくとも１つの電圧平坦領域を有する（点線ボックスを参照）。前記電圧平坦領域は変曲点を含み、プロファイルの様子がほぼ水平に近い領域を意味する。ＯＣＶｃｅｌｌ＿ＢＯＬ（ＤｏＤ）において、電圧平坦領域は開放電圧を基準に３．００Ｖと３．５０Ｖとの中間ほどに位置する。ＯＣＶｃｅｌｌ＿ＥＯＬ（ＤｏＤ）はＯＣＶｃｅｌｌ＿ＢＯＬ（ＤｏＤ）よりも右側にシフトしており、電圧平坦領域も消えたかのように見える。図１は、リチウム二次電池の充放電サイクルが増加してリチウム二次電池の容量が劣化すれば、開放電圧プロファイルが変わるということを裏付ける。
【００４２】
前記電圧平坦領域は、混合正極材に含まれた２つの正極材に対してｄＱ／ｄＶ分布を測定したとき、それぞれの正極材のｄＱ／ｄＶ分布で現れるメインピークの位置及び／または前記メインピークの強度に差が見られるときに生じる。ここで、ｄＱ／ｄＶ分布とは、正極材に対する動作イオンの電圧別の容量特性を意味する。前記メインピークの位置の差は正極材の種類によって変わり得る。別の態様において、前記電圧平坦領域は、前記混合正極材が含まれた二次電池に対して放電深度毎に放電抵抗を測定したとき、放電抵抗プロファイルがコンベックスパターン（いわゆる、凸形状）を有するときに生じる。さらに別の態様において、前記電圧平坦領域は、前記混合正極材が含まれた二次電池に対して放電深度毎に放電抵抗を測定したとき、放電抵抗プロファイルが前記コンベックスパターンの頂点を前後にして少なくとも２個の変曲点を有するときに生じる。さらに別の態様において、前記電圧平坦領域は、前記混合正極材に含まれた少なくとも１つの正極材がハーフセル（負極はリチウム電極）の正極材として使用されるとき、電圧平坦領域を含む電圧プロファイルを有すれば生じる。
【００４３】
図２は、二次電池の容量劣化が電気化学的に如何なる意味を有するかを説明するための図である。
図２には、３つの開放電圧プロファイルが示されている。１番の開放電圧プロファイルは、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池の正極に対する開放電圧プロファイルを放電深度ＤｏＤの関数で示したものである。以下、前記正極に対する開放電圧プロファイルをオリジナル正極電圧プロファイルＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）と称する。また、２番の開放電圧プロファイルは、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池の負極に対する開放電圧プロファイルを放電深度ＤｏＤの関数で示したものである。以下、前記負極に対する開放電圧プロファイルをオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）と称する。また、３番の開放電圧プロファイルは、容量が２０％劣化した状態にあるリチウム二次電池の負極に対する開放電圧プロファイルを放電深度ＤｏＤの関数で示したものである。以下、容量劣化が進んだ二次電池の負極に対する開放電圧プロファイルを負極電圧プロファイルＶａ（ＤｏＤ）と称する。参考までに、正極と負極の開放電圧プロファイルは、リチウム二次電池を４．２Ｖまで充電した後、定電流で放電しながら周期的に電池を無負荷状態にし、一定時間放置した後、リチウム金属を基準電位（０Ｖ）として、正極とリチウム金属との間、及び負極とリチウム金属との間の電圧を測定することで得られる。
【００４４】
図２を参照すれば、負極電圧プロファイルＶａ（ＤｏＤ）は、オリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）を０．２０ほど右側にシフトさせたプロファイルであることが分かる。すなわち、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池の容量を基準に８０％の容量が放電するだけでも、負極の開放電圧は放電終止電圧に該当する約１．５Ｖまで上昇するようになる。また、Ｖａ（ＤｏＤ）は、Ｖａ，ｏ（ＤｏＤ）と比べたとき、プロファイルの位置がシフトしただけで、プロファイルの様子は実質的に同一であることが分かる。したがって、Ｖａ（ＤｏＤ）は近似的にＶａ，ｏ（ＤｏＤ−０．２）と同じであると見なせる。周知のように、リチウム二次電池が放電するときに伴われる電池の容量減少はリチウムの電気化学的反応から始まる。したがって、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池の容量を基準に、８０％の容量が放電するだけでも負極の開放電圧が放電終止電圧に達することから、結局、リチウム二次電池の容量劣化は、リチウム二次電池の放電過程で電気化学的酸化及び還元に参加できる可用リチウムの量がリチウム二次電池の劣化によって非可逆的に減少したために生じると見なせる。
このような実験結果は、リチウム二次電池が劣化すれば、負極の開放電圧プロファイルがリチウム二次電池の容量劣化に伴ってシフトすると仮定できるようにする。
【００４５】
図３は、前記仮定が実際のリチウム二次電池の開放電圧変化挙動とよく整合することを示した図である。
図３には、２つの推定された開放電圧プロファイル及び２つの測定された開放電圧プロファイルが示されている。それぞれの開放電圧プロファイルは放電深度の変化に従って示された。まず、実線で示された開放電圧プロファイルは、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池の推定された開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ｏ（ＤｏＤ）であって、図２に示されたＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）とＶａ，ｏ（ＤｏＤ）との差に該当する。次に、点線で示された開放電圧プロファイルは、２０％の容量劣化が進んだリチウム二次電池の開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ（ＤｏＤ）であって、図２に示されたＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）とＶａ（ＤｏＤ）との差に該当する。また、○で示された開放電圧プロファイルは、ＢＯＬ状態にあるリチウム二次電池に対する、測定された開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ｏ，ｍ（ＤｏＤ）に該当する。最後に、△で示された開放電圧プロファイルは、２０％の容量劣化が進んだリチウム二次電池に対する、測定された開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ｍ（ＤｏＤ）に該当する。図面を参照すれば、ＢＯＬ状態及び２０％の容量劣化が進行した状態のいずれも、推定された開放電圧プロファイルが測定された開放電圧プロファイルとよく整合するということが分かる。図３に示された結果は、リチウム二次電池の容量が劣化すれば、負極の開放電圧プロファイルが容量劣化の程度に応じてシフトするという仮定を実験的に裏付けている。
【００４６】
図４及び図５は、本発明の前記仮定が単一正極材が使用されたリチウム二次電池にも有効に適用できることを示した図である。
図４には、単一の正極材、すなわちＮＭＣ正極材が正極に使用されたリチウム二次電池のＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）、Ｖａ，ｏ（ＤｏＤ）、及びＶａ（ＤｏＤ）が示されている。
ここでも、Ｖｃ，ｏ（ＤｏＤ）及びＶａ，ｏ（ＤｏＤ）は、それぞれリチウム二次電池がＢＯＬ状態にあるとき、すなわち、容量劣化が実質的に無いとき、放電深度毎に測定した正極と負極の開放電圧プロファイルを示す。そして、Ｖａ（ＤｏＤ）は、リチウム二次電池の容量が２０％劣化したとき、放電深度毎に測定した負極の開放電圧プロファイルを示す。
【００４７】
図５には、図４に示された開放電圧プロファイルを用いて推定された開放電圧プロファイルに該当するＯＣＶｃｅｌｌ，ｏ（ＤｏＤ）及びＯＣＶｃｅｌｌ（ＤｏＤ）、並びに実際に測定した開放電圧プロファイルに該当するＯＣＶｃｅｌｌ，ｏ，ｍ（ＤｏＤ）及びＯＣＶｃｅｌｌ，ｍ（ＤｏＤ）が示されている。
図４及び図５に示された結果は、リチウム二次電池の容量が劣化すれば、負極の開放電圧プロファイルが容量劣化の程度に応じてシフトするという仮定を単一正極材を含むリチウム二次電池にも適用できることを実験的に裏付けている。
【００４８】
以下、上記の説明に基づいて二次電池の動作制御に使用される様々なパラメータを推定する装置と方法を説明する。
図６は、本発明の一実施形態による二次電池のパラメータ推定装置１００の構成を示したブロック図である。
図６を参照すれば、本発明の実施形態による装置１００は、二次電池１１０に電気的に接続される。前記二次電池１１０は、繰り返して充電と放電が可能な電池を称し、電池の具体的な種類によって本発明が限定されることはない。望ましくは、前記二次電池１１０はリチウム二次電池であり得る。
【００４９】
前記装置１００は、センサ１２０と、制御部１３０とを含む。前記センサ１２０は、電圧測定部１４０、電流測定部１５０、及び温度測定部１６０からなる群より選択された少なくとも１つを含むことができる。
前記電圧測定部１４０及び／または前記電流測定部１５０及び／または前記温度測定部１６０は、制御部１３０の制御によって二次電池１１０の電圧及び／または電流及び／または温度を測定し、測定された値を制御部１３０に提供する。
【００５０】
前記装置１００は、選択的な要素として、記憶部１７０をさらに含むことができる。前記記憶部１７０は、前記制御部１３０がパラメータを推定する過程で使用するプログラム、前記プログラムの実行過程で必要なデータ、または、前記プログラムの実行過程で生成されるデータを保存して更新する。
望ましくは、前記記憶部１７０は、二次電池１１０が実質的に容量劣化していないとき、放電深度毎に測定した複数のオリジナル正極電圧Ｖｃ，ｏ及び放電深度毎に測定した複数のオリジナル負極電圧Ｖａ，ｏをプロファイルデータとして事前に保存することができる。また、前記記憶部１７０は、二次電池１１０が実質的に容量劣化していないとき、測定したオリジナル容量に関するデータを事前に保存することができる。前記オリジナル容量は、容量劣化が実質的に無い二次電池を満充電させた後、放電終止電圧まで連続的に放電しながら放電電流を積算することで算出することができる。
【００５１】
前記二次電池の容量劣化が実質的に無いときとは、二次電池が製造された直後であって、例えば、二次電池の充放電サイクルがまだ始まっていないとき（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ：ＢＯＬ）、または、充放電サイクルの回数が少ないとき、例えば、充放電サイクルが１０回未満の状態を意味し得る。
前記オリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）と前記オリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）は、電位が０になり得る基準電極（例えば、リチウム電極）を基準に測定することができる。
以下、放電深度毎に測定された複数のオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）と複数のオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）をそれぞれオリジナル正極電圧プロファイルＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）とオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）と称する。
【００５２】
前記記憶部１７０は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、レジスタなどのように情報が保存できる装置であればその種類に特に制限がない。
前記センサ１２０は、電圧測定部１４０を通じて、第１放電深度（ＤｏＤ’）における二次電池の開放電圧（ＯＣＶｍ）を測定して前記制御部１３０に提供する。
ここで、前記開放電圧（ＯＣＶｍ）は、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）において、予め決められているオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）と現在の負極電圧（Ｖａ）との差に該当する。
望ましくは、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）は、放電または充電モードにある二次電池の動作が十分な時間中断して開放電圧の測定条件が成立したとき、二次電池の動作が中断する直前に計算された放電深度であり得る。
【００５３】
前記開放電圧の測定条件は、二次電池１１０の無負荷状態が一定時間以上続いたこと、二次電池１１０の温度が一定範囲に属すること、二次電池１１０から出入りする電流の量が少ないこと、二次電池１１０から出入りする電流の量が少ない状態が一定時間以上続いたことなどの条件のうち少なくとも１つを含むことができる。
前記無負荷状態の維持時間、二次電池１１０の温度、電流の量、低い電流の維持時間などの望ましい範囲は、試行錯誤法（Ｔｒｉａｌ ａｎｄ Ｅｒｒｏｒ）によって決定でき、前記制御部１３０がアクセス可能な記憶部１７０に保存することができる。
前記制御部１３０は、前記開放電圧の測定条件の成立をモニタリングするため、二次電池１１０の動作が中断した時間を計数でき、及び／または前記センサ１２０の温度測定部１６０を通じて二次電池１１０の温度測定値の提供を受けて二次電池１１０の温度をモニタリングでき、及び／または前記センサ１２０の電流測定部１５０を通じて二次電池１１０の電流測定値の提供を受けて二次電池１１０の電流量の変化を経時的にモニタリングすることができる。
【００５４】
前記第１放電深度（ＤｏＤ’）は、アンペアカウンティング（ａｍｐｅｒｅ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）によって制御部１３０で計算することができる。
そのために、前記センサ１２０は、二次電池１１０の充電または放電中に、電流測定部１５０を通じて二次電池１１０に出入りする電流を測定し、測定された電流値を制御部１３０に提供することができる。
すると、前記制御部１３０は、二次電池１１０の満充電状態を基準に電池１１０から流れ出た電流積算量を算出する。そして、前記制御部１３０は、記憶部１７０に保存された二次電池１１０のオリジナル容量を参照して、オリジナル容量対比電流積算量の相対的な比率を計算することで、二次電池の放電深度を算出することができる。
例えば、二次電池のオリジナル容量が１０００ｍＡｈであり、二次電池１１０から流れ出た電流積算量が８００ｍＡｈであれば、放電深度は０．８になる。
前記制御部１３０は、算出された放電深度を記憶部１７０に保存し、二次電池１１０の動作中に持続的に更新することができる。
【００５５】
前記制御部１３０は、第１放電深度（ＤｏＤ’）で測定された開放電圧（ＯＣＶｍ）がセンサ１２０から提供されれば、記憶部１７０に放電深度毎に保存されている複数のオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）から前記第１放電深度（ＤｏＤ’）に該当するオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）を識別する。
また、前記制御部１３０は、前記識別されたオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）から前記測定された開放電圧（ＯＣＶｍ）を引いて、現在二次電池１１０の負極が有する負極電圧（Ｖａ）を算出し、その値を二次電池１１０のオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）として決定する。
また、前記制御部１３０は、記憶部１７０に放電深度毎に保存されている複数のオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）から前記決定されたオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）に対応する第２放電深度（ＤｏＤ”）を得る。
また、前記制御部１３０は、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差を計算する。
【００５６】
前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差は、二次電池１１０の負極に形成される負極電圧プロファイルＶａ（ＤｏＤ）が二次電池のオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）からどの位シフトしたのかを定量的に示す。そして、前記オリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）のシフト量は二次電池１１０の容量劣化の程度を示す。
したがって、前記制御部１３０は、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差を二次電池１１０の容量劣化（Δｃａｐａ）として決定することができる。
【００５７】
図７は、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差が二次電池１１０の容量劣化（Δｃａｐａ）に該当することを概念的に示したグラフである。
図７において、プロファイル１は、放電深度毎に測定した二次電池１１０のオリジナル正極電圧プロファイルＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）を示したものであり、プロファイル２は、放電深度毎に測定した二次電池１１０のオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）を示したものである。
前記Ｖｃ，ｏ（ＤｏＤ）及びＶａ，ｏ（ＤｏＤ）が得られた二次電池は、正極と負極にＮＭＣ正極材と炭素をそれぞれ含み、それぞれの電圧プロファイルは電位が０であるリチウム電極を基準電極にして測定したものである。プロファイル１及び２は、図４のグラフ１及び２と実質的に同一である。
【００５８】
図７を参照すれば、位置Ａは二次電池１１０の開放電圧が測定された時点を示したものであって、開放電圧が測定された時点における二次電池１１０の放電深度は０．８５である。ここで、放電深度０．８５は上述した実施形態において第１放電深度（ＤｏＤ’）に該当する。第１放電深度（ＤｏＤ’）が０．８５であるとき、二次電池１１０のオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）は記憶部１７０から参照でき、放電深度が０．８５のときの開放電圧（ＯＣＶｍ）は測定することでその値が分かる。二次電池１１０の開放電圧（ＯＣＶｍ）は正極電圧と負極電圧との差に該当するため、放電深度が０．８５であるときの負極電圧Ｖａ（０．８５）の大きさはＶｃ，ｏ（０．８５）−ＯＣＶｍ（０．８５）から容易に計算することができる。一方、前記負極電圧（Ｖａ）は、プロファイル２が二次電池１１０の容量劣化ほどシフトしたプロファイル上に位置する。プロファイル２のシフト量は、プロファイル２上で、前記負極電圧Ｖａ（０．８５）と同じ大きさのオリジナル負極電圧に対応する第２放電深度（ＤｏＤ”）を識別すれば容易に求めることができる。すなわち、第２放電深度（ＤｏＤ”）は、点線で示したように、Ｖ−１ａ，ｏ（Ｖａ（０．８５））であり、プロファイル２のシフト量は０．８５−Ｖ−１ａ，ｏ（Ｖａ（０．８５））であって、この値が二次電池１１０の容量劣化Δｃａｐａに該当する。
【００５９】
図８は、二次電池１１０が混合正極材を含む場合にも、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差が二次電池１１０の容量劣化（Δｃａｐａ）に該当することを概念的に示したグラフである。
図８において、プロファイル１は、放電深度毎に測定した二次電池１１０のオリジナル正極電圧プロファイルＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）を示したものであり、プロファイル２は、放電深度毎に測定した二次電池１１０のオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）を示したものである。
前記Ｖｃ，ｏ（ＤｏＤ）及びＶａ，ｏ（ＤｏＤ）が得られた二次電池は、正極にはＮＭＣ正極材とＬＦＰ正極材とが７：３（重量比）で混合された混合正極材が含まれ、負極には炭素が含まれている。それぞれの電圧プロファイルは電位が０であるリチウム電極を基準電極にして測定したものである。プロファイル１及び２は、図２に示されたグラフ１及び２と実質的に同一である。
【００６０】
図８を参照すれば、混合正極材が含まれている二次電池の場合にも、第１放電深度（ＤｏＤ’）が０．８５であるとき、開放電圧ＯＣＶｍ（０．８５）を測定すれば、プロファイル２のシフト量は０．８５−Ｖ−１ａ，ｏ（Ｖａ（０．８５））であり、この値が二次電池１１０の容量劣化Δｃａｐａに該当することが確認できる。
本発明の別の態様によれば、前記制御部１３０は、前記決定された容量劣化Δｃａｐａほど二次電池１１０のオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）をシフトさせ、前記オリジナル正極電圧プロファイルＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）から前記シフトしたオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ−Δｃａｐａ）を引いて、二次電池１１０の劣化した開放電圧プロファイルを得ることができる。前記制御部１３０は、選択的に、前記劣化した開放電圧プロファイルを記憶部１７０に保存し、Δｃａｐａが更新される度に二次電池１１０の開放電圧プロファイルも共に更新することができる。
【００６１】
本発明の別の態様によれば、前記制御部１３０はアンペアカウンティング法によって計算した電流積算量を用いて二次電池１１０の放電深度を計算し、前記記憶部１７０に保存された前記劣化した開放電圧プロファイルを参照して、前記計算された放電深度に対応する二次電池１１０の開放電圧を決定することができる。
本発明の別の態様によれば、前記制御部１３０は、二次電池の開放電圧ＯＣＶｍを測定し、前記記憶部１７０に保存されている劣化した開放電圧プロファイルを参照して、前記測定された開放電圧ＯＣＶｍから前記二次電池の放電深度（ＤｏＤ）を決定することができる。前記劣化した開放電圧プロファイルをＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）とするとき、前記測定された開放電圧ＯＣＶｍから計算される放電深度（ＤｏＤ）はＯＣＶ−１ｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＯＣＶｍ）である。
【００６２】
本発明の別の態様によれば、前記制御部１３０は、前記劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）を参照し、前記測定された開放電圧ＯＣＶｍから決定された放電深度（ＤｏＤ）と前記決定された容量劣化（Δｃａｐａ）を用いて、下記数式２のように二次電池の充電状態を決定することができる。
［数式２］
ＳＯＣ＝（ＤｏＤｍａｘ−ＤｏＤ）／ＤｏＤｍａｘ
ＤｏＤｍａｘ＝１−ΔＣａｐａ
ここで、ＳＯＣは二次電池の充電状態、ＤｏＤｍａｘは二次電池が放電終止電圧に到達するときの放電深度、ＤｏＤは測定された開放電圧ＯＣＶｍから決定された現在の放電深度、ΔＣａｐａは本発明によって決定された容量劣化をそれぞれ示す。
【００６３】
また、前記制御部１３０は、選択的に、前記決定された充電状態を記憶部１７０に保存して更新することができる。
本発明の別の態様によれば、前記制御部１３０は、表示部１８０と電気的に接続でき、上記のようにして決定された二次電池１１０のパラメータを前記表示部１８０を通じてグラフィックインターフェースで表示することができる。
ここで、前記パラメータは、二次電池１１０の容量劣化、開放電圧、放電深度及び充電状態からなる群より選択された少なくとも１つを含む。
【００６４】
前記表示部１８０は、前記装置１００の内部に設けられる必要はなく、他の装置に設けられても良い。このような場合、前記表示部１８０と前記制御部１３０とは直接的に接続されず、前記他の装置に含まれた制御手段を介して前記表示部１８０と間接的に接続される。したがって、前記表示部１８０と前記制御部１３０との電気的接続は、このような間接接続方式も含むと理解しなければならない。
一方、前記制御部１３０が二次電池１１０のパラメータを表示部１８０を通じて直接表示できない場合、前記表示部１８０を含む他の装置に伝送することができる。このような場合、前記制御部１３０は前記他の装置とデータ伝送ができるように接続され、前記他の装置は制御部１３０から二次電池１１０のパラメータを受信し、前記他の装置はそれに接続された表示部を通じて前記受信したパラメータをグラフィックインターフェースで表示することができる。
【００６５】
前記グラフィックインターフェースは二次電池のパラメータをユーザに表せるものであれば、如何なるものでも良い。図９は前記グラフィックインターフェースの多様な実施形態を示す。
図９に示されたように、前記グラフィックインターフェースは、二次電池１１０のパラメータを棒グラフの長さで表示する方式（ａ）、ゲージポインタで表示する方式（ｂ）、数字で表示する方式（ｃ）などが可能である。
前記制御部１３０は、後述する多様な制御ロジックを実行するために当業界で既知のプロセッサ、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むことができる。また、前記制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１３０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、プロセッサによって実行され得る。前記メモリは、プロセッサの内部または外部にあり得、既知の多様な手段でプロセッサと接続され得る。また、前記メモリは、本発明の記憶部１７０に含まれ得る。また、前記メモリは装置の種類に関係なく情報が保存される装置を総称し、特定メモリ装置を称しない。
【００６６】
以下、上述した構成に基づいて、本発明の実施形態による二次電池のパラメータ推定方法を具体的に説明する。
前記二次電池のパラメータ推定方法は、上述した装置１００によって実行され、上述された事項については繰り返される説明を省略する。
また、二次電池のパラメータ推定方法に含まれる段階は、装置１００の制御部１３０によって行われるため、それぞれの段階が制御部１３０の機能として装置１００に含まれ得ることは自明である。
【００６７】
図１０及び図１１は、二次電池のパラメータ推定方法を示したフロー図である。
まず、段階Ｓ１０において、前記制御部１３０は二次電池１１０がキーオン（ｋｅｙ ｏｎ）状態になったのか否かを判断する。
ここで、キーオン状態とは、無負荷状態にあった二次電池１１０が充電または放電モードに入る直前の状態に切り換わった状態を意味する。
キーオン状態は、一例として二次電池１１０が装着された電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、またはプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）の運行のため、始動キーがオンになった状態を挙げられる。別の例として、モバイル装置の電源キーがオンになった状態が挙げられる。
【００６８】
前記制御部１３０は、二次電池１１０がキーオン状態になったことを確認すれば、プロセスを段階Ｓ２０に移行する。
段階Ｓ２０において、前記制御部１３０は開放電圧の測定条件が成立したか否かを判断する。
前記開放電圧の測定条件は、二次電池１１０の動作が十分な時間中断して二次電池１１０の電圧が安定化した場合、または、二次電池１１０から出入りする電流の量が少なくて二次電池１１０の分極電圧が無視できる程度である場合に成立され得る。
前記開放電圧の測定条件は、二次電池１１０の無負荷状態が一定時間以上続いたこと、二次電池１１０の温度が一定範囲に属すること、二次電池１１０から出入りする電流の量が少ないこと、二次電池１１０から出入りする電流の量の少ない状態が一定時間以上続いたことなどの条件のうち少なくとも１つを含むことができる。
前記無負荷状態の維持時間、二次電池１１０の温度、電流の量、低い電流の維持時間などの望ましい範囲は、試行錯誤法によって決定でき、前記制御部１３０がアクセス可能な記憶部１７０に保存することができる。
【００６９】
前記制御部１３０は、二次電池１１０がキーオフ（ｋｅｙ ｏｆｆ）された時間を記憶部１７０に保存し、二次電池１１０がキーオン状態になったときに保存された時間情報を参照して二次電池１１０の無負荷状態維持時間を計算し、計算された時間と記憶部１７０に保存された望ましい時間範囲とを比べて前記開放電圧測定条件の成立如何を判断することができる。
前記制御部１３０は、前記センサ１２０を通じて定期的に二次電池１１０の温度測定値の提供を受け、前記提供された温度測定値と前記記憶部１７０に保存された望ましい温度範囲とを比べて前記開放電圧測定条件の成立如何を判断することができる。
前記制御部１３０は、前記センサ１２０を通じて定期的に二次電池１１０の電流測定値の提供を受け、前記提供された電流測定値と前記記憶部１７０に保存された望ましい電流量の範囲とを比べて前記開放電圧測定条件の成立如何を判断することができる。
前記制御部１３０は、前記センサ１２０から提供された電流測定値が前記記憶部１７０に保存された望ましい電流量の範囲に属するとき、該当量の電流が流れた時間を積算し、積算時間を前記記憶部１７０に保存された望ましい時間範囲と比べて、前記開放電圧測定条件の成立如何を判断することができる。
【００７０】
前記開放電圧測定条件の成立如何を判断する方式は、２つ以上を組み合わせることができる。このような場合、２つ以上の成立条件が同時に満たされるとき、前記開放電圧の測定条件が成立したと判断することができる。
図示していないが、前記制御部１３０は、二次電池１１０の充電または放電中に、センサ１２０を通じて二次電池１１０から出入りする電流測定値の提供を受け、提供された電流測定値を積算して放電深度を計算し、計算された放電深度を記憶部１７０に保存し更新することができる。
【００７１】
前記制御部１３０は、段階Ｓ２０において、開放電圧の測定条件が成立したと判断すれば、プロセスを段階Ｓ３０に移行する。
前記制御部１３０は、段階Ｓ３０において、開放電圧の測定条件が成立した時点を基準に最も直近に計算された放電深度を記憶部１７０から読み出して第１放電深度（ＤｏＤ’）として決定する。
前記制御部（５０）は、段階Ｓ４０において、二次電池１１０が第１放電深度状態にあるとき、センサ１２０を制御して二次電池１１０の開放電圧ＯＣＶｍを測定し、測定された開放電圧ＯＣＶｍを記憶部１７０に保存する。
【００７２】
前記制御部１３０は、段階Ｓ５０において、前記記憶部１７０に放電深度毎に保存されているオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）を参照して前記第１放電深度（ＤｏＤ’）に対応するオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）を決定し、決定されたオリジナル正極電圧（Ｖｃ，ｏ）から前記測定された開放電圧ＯＣＶｍを引いて二次電池１１０の負極電圧Ｖａを決定する。
前記制御部１３０は、段階Ｓ６０において、前記決定された負極電圧Ｖａを二次電池１１０のオリジナル負極電圧Ｖａ，ｏとして決定する。
前記制御部１３０は、段階Ｓ７０において、前記記憶部１７０に放電深度毎に保存されているオリジナル負極電圧（Ｖａ，ｏ）を参照して前記決定されたオリジナル負極電圧Ｖａ，ｏに対応する放電深度を識別し、識別された放電深度を第２放電深度（ＤｏＤ”）として決定する。
前記制御部１３０は、段階Ｓ８０において、前記第１放電深度（ＤｏＤ’）と前記第２放電深度（ＤｏＤ”）との差から二次電池１１０の容量劣化Δｃａｐａを決定することができる。
前記制御部１３０は、段階Ｓ９０において、前記決定された容量劣化Δｃａｐａを記憶部１７０に保存し、及び／または前記表示部１８０にグラフィックインターフェースを通じて表示し、及び／または前記決定された容量劣化Δｃａｐａを外部の装置に伝送することができる。
【００７３】
さらに、前記制御部１３０は、図１１に示されたように、次のような段階のうち少なくとも１つを選択的に行うことができる。２つ以上の段階が選択されて行われるとき、それぞれの段階が必ず時間的に順次行われる必要はなく、それぞれの段階が行われる順序はいくらでも変更され得る。
前記制御部１３０は、段階Ｓ１００において、前記決定された容量劣化Δｃａｐａほど二次電池１１０のオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ）をシフトさせ、前記オリジナル正極電圧プロファイルＶｃ，ｏ（ＤｏＤ）から前記シフトしたオリジナル負極電圧プロファイルＶａ，ｏ（ＤｏＤ−Δｃａｐａ）を引いて、二次電池１１０の劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）を決定することができる。また、前記制御部１３０は、Δｃａｐａが更新される度に二次電池１１０の劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）も共に更新することができる。
前記制御部１３０は、段階Ｓ１１０において、前記劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）を記憶部１７０に保存し、及び／または表示部１８０にグラフィックインターフェースを通じて表示し、及び／または外部の装置に伝送することができる。
【００７４】
前記制御部１３０は、段階Ｓ１２０において、アンペアカウンティング法によって計算した電流積算量を用いて二次電池１１０の放電深度を計算し、前記記憶部１７０に保存された前記劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）を参照して前記計算された放電深度に対応する二次電池１１０の開放電圧を決定することができる。
前記制御部１３０は、段階Ｓ１３０において、前記決定された二次電池１１０の開放電圧を記憶部１７０に保存し、及び／または前記決定された開放電圧を表示部１８０にグラフィックインターフェースを通じて表示し、及び／または前記決定された開放電圧を外部の装置に伝送することができる。
【００７５】
前記制御部１３０は、段階Ｓ１４０において、二次電池１１０の開放電圧ＯＣＶｍを測定し、前記記憶部１７０に保存されている放電深度毎の劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）を参照して前記測定された開放電圧ＯＣＶｍから前記二次電池の放電深度（ＤｏＤ）を決定することができる。前記測定された開放電圧ＯＣＶｍから計算される放電深度（ＤｏＤ）はＯＣＶ−１ｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＯＣＶｍ）である。
前記制御部１３０は、段階Ｓ１５０において、前記決定された放電深度ＯＣＶ−１ｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＯＣＶｍ）を記憶部１７０に保存し、及び／または表示部１８０にグラフィックインターフェースを通じて表示し、及び／または外部の装置に伝送することができる。
【００７６】
前記制御部１３０は、段階Ｓ１６０において、前記劣化した開放電圧プロファイルＯＣＶｃｅｌｌ，ａｇｅｄ（ＤｏＤ）を参照し、前記測定された開放電圧ＯＣＶｍから決定された放電深度（ＤｏＤ）と前記決定された容量劣化（Δｃａｐａ）を用いて二次電池の充電状態（ＳＯＣ）を決定することができる。二次電池の充電状態は上述した数式２を用いて決定することができる。
前記制御部１３０は、段階Ｓ１７０において、前記決定された充電状態を記憶部１７０に保存し、及び／または前記表示部１８０にグラフィックインターフェースを通じて表示し、及び／または外部の装置に伝送することができる。
【００７７】
上述した実施形態において、二次電池１１０の開放電圧ＯＣＶｍを開放電圧の測定条件が成立したときにセンサ１２０を通じて測定される値として説明したが、前記開放電圧ＯＣＶｍは、二次電池１１０の電圧、電流、及び温度に対する測定データから推定された値でもあり得る。
また、二次電池１１０の放電深度（ＤｏＤ）と充電状態（ＳＯＣ）は数式２によって互いに変換できるが、前者は二次電池１１０の放電観点で、後者は二次電池１１０の充電観点で二次電池１１０に残っている可用容量を定量化するパラメータである。したがって、前記放電深度（ＤｏＤ）と充電状態（ＳＯＣ）は、二次電池１１０の可用容量を定量的に表すパラメータであるという点で相互均等なパラメータであると解釈され得る。
また、前記制御部１３０によって決定されるパラメータは、二次電池１１０の充放電制御、最大放電電力の計算、最小充電電力の計算などに使用でき、及び／または通信インターフェースを通じて他の制御装置に提供され得る。
【００７８】
また、前記制御部１３０の多様な制御ロジックは少なくとも１つが組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックはコンピュータ読み取り可能なコード体系として作成されてコンピュータ読み取り可能な記録媒体に書き込まれ得る。前記記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサ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、前記記録媒体は、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（登録商標）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１つを含む。また、前記コード体系は、キャリア信号に変調されて特定時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークで接続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、前記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ーによって容易に推論できる。
【００７９】
本発明の多様な実施様態の説明において、「部」と称した構成要素は物理的に区分される要素ではなく、機能的に区分される要素であると理解せねばならない。したがって、それぞれの構成要素は他の構成要素と選択的に統合されるか、又は、それぞれの構成要素が制御ロジックの効率的な実行のためにサブ構成要素に分割され得る。しかしながら、構成要素が統合または分割されても機能の同一性が認められれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内に属すると解釈されねばならないことは当業者にとって自明である。
【００８０】
以上のように、本発明を限定された実施形態及び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及び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。
【符号の説明】
【００８１】
１００  二次電池のパラメータ推定装置
１１０  二次電池
１２０  センサ
１３０  制御部
１４０  電圧測定部
１５０  電流測定部
１６０  温度測定部
１７０  記憶部
１８０  表示部
【図１】
0005946955.tif 000002
【図２】
0005946955.tif 000003
【図３】
0005946955.tif 000004
【図４】
0005946955.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005946955.tif 000007
【図７】
0005946955.tif 000008
【図８】
0005946955.tif 000009
【図９（ａ）】
0005946955.tif 000010
【図９（ｂ）】
0005946955.tif 000011
【図９（ｃ）】
0005946955.tif 000012
【図１０】
0005946955.tif 000013
【図１１】
0005946955.tif 000014