(57)【要約】バッテリーセルの電気化学的性能を非破壊的にテストする装置及び方法が提供される。本発明の一実施例によるテスト装置は、複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値を保存するように構成されたメモリーと、テストセルのＳＯＣの変化による前記テストセルの開放電圧を測定するように構成されたセンシング部と、前記メモリー及び前記センシング部と電気的に接続する制御部と、を含む。前記制御部は、前記メモリーに保存された前記参照セルに関わるデータ及び前記センシング部によって測定されたデータに基づき、前記テストセルの性能を非破壊的にテストするように構成される。  【選択図】      図１
2019503480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセルの性能テスト装置であって、
複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値を保存するように構成されたメモリーと、
テストセルのＳＯＣの変化による前記テストセルの開放電圧を測定するように構成されたセンシング部と、
前記メモリー及び前記センシング部に電気的に接続し、前記テストセルの性能を非破壊的にテストするように構成された制御部とを備え、
前記第１プロファイルデータが、前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、
前記第２プロファイルデータが、前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示し、
前記第１正極上限値が、所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第１正極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第１負極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第１負極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記制御部が、
前記第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値に基づき、前記所定のＳＯＣ範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第３プロファイルデータを生成し、
前記センシング部によって測定された前記所定のＳＯＣ範囲における前記テストセルの両端の開放電圧の変化を示す第４プロファイルデータを生成し、
前記第３プロファイルデータ及び前記第４プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正し、
前記第２正極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２正極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２負極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２負極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応することを特徴とする、バッテリーセルの性能テスト装置。
【請求項２】
前記制御部が、
前記所定のＳＯＣ範囲内の複数のサンプル値における前記第３プロファイルデータと前記第４プロファイルデータとの残差の二乗和を示す費用関数を宣言し、
前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を予め決められた確率モデルから推正することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
【請求項３】
前記制御部が、
予め与えられた最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法を用いて、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
【請求項４】
前記メモリーが、前記テストセルの最大容量値をさらに保存し、
前記制御部が、
下記の数式１を用いて、前記テストセルの正極の最大容量を示す第１容量値を演算し、
下記の数式２を用いて、前記テストセルの負極の最大容量を示す第２容量値を演算することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
［数１］    ＱtP＝ＱtF／（ｐf’−ｐi’）
［数２］    ＱtN＝ＱtF／（ｎf’−ｎi’）
〔上記式中、
前記ＱtFは前記最大容量値、
前記ｐf’は前記第２正極上限値、
前記ｐi’は前記第２正極下限値、
前記ｎf’は前記第２負極上限値、
前記ｎi’は前記第２負極下限値、
前記ＱtPは前記第１容量値、
前記ＱtNは前記第２容量値である。〕
【請求項５】
前記制御部が、下記の数式３を用いて、前記テストセルの不可逆容量を演算することを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
［数３］    Ｑloss＝（ＱtP  Ｘ  ｐi’）−（ＱtN  Ｘ  ｎi’）
〔上記式中、前記Ｑlossは、前記不可逆容量である。〕
【請求項６】
前記制御部が、下記の数式４を用いて、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率を演算することを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
［数４］    ＲNP＝ＱtN／ＱtP＝（ｐf’−ｐi’）／（ｎf’−ｎi’）
〔上記式中、前記ＲNPは、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率である。〕
【請求項７】
前記制御部が、前記所定のＳＯＣ範囲において、前記テストセルの充電時における電圧プロファイルと放電時における電圧プロファイルとを平均して前記第４プロファイルデータを生成することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
【請求項８】
前記制御部が、前記所定のＳＯＣ範囲において電圧弛緩法によって測定される前記テストセルの両端の電圧に基づき、前記第４プロファイルデータを生成することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
【請求項９】
バッテリーセルの性能テスト方法であって、
（ａ）複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値を保存する段階と、
（ｂ）前記第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値に基づき、所定のＳＯＣ範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第３プロファイルデータを生成する段階と、
（ｃ）テストセルのＳＯＣの変化による前記テストセルの開放電圧を測定する段階と、
（ｄ）前記測定されたテストセルの開放電圧に基づき、前記所定のＳＯＣ範囲における前記テストセルの両端の開放電圧の変化を示す第４プロファイルデータを生成する段階と、
（ｅ）前記第３プロファイルデータ及び前記第４プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正する段階と、を含んでなり、
前記第１プロファイルデータが、前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、
前記第２プロファイルデータが、前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示し、
前記第１正極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第１正極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第１負極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第１負極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２正極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２正極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２負極上限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第２負極下限値が、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応することを特徴とする、バッテリーセルの性能テスト方法。
【請求項１０】
前記（ｅ）段階が、
（ｅ−１）前記所定のＳＯＣ範囲内の複数のサンプル値における前記第３プロファイルデータと前記第４プロファイルデータとの残差の二乗和を示す費用関数を宣言する段階と、
（ｅ−２）前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を予め決められた確率モデルから推正する段階と、を含んでなることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーセルの性能テスト方法。
【請求項１１】
前記（ｅ−２）段階が、予め与えられた最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法を用いて、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正することを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーセルの性能テスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーセルの性能テスト装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーセルの電気化学的性能を非破壊的にテストする装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１６年８月２６日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１０９２７１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、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
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二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
【０００４】
現在、商用化した二次電池としては、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、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池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。
【０００５】
バッテリーを構成するバッテリーセルは、基本的に、正極、負極及び電解質を含む。バッテリーセルの電気化学的反応に関与する作動イオン（例えば、リチウムイオン）が正極から負極へ、または負極から正極へ移動することによってバッテリーセルの充放電が行われる。
【０００６】
バッテリーセルは、活性化工程を経て製造される。活性化工程においては、充放電装置にバッテリーセルを連結した状態で予め決められた条件でバッテリーセルへの充放電を所定の回数行う。従来の性能テスト方法を用いる場合、活性化工程が行われる間に測定されるバッテリーセルの充電容量と放電容量との割合によって、バッテリーセルから実際に抽出可能な最大容量値を推正することができる。前記最大容量値は、ＦＣＣ（Ｆｕｌｌ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）とも称し得る。
【０００７】
但し、従来の性能テスト方法によっては、バッテリーセルの両端の電圧領域（ｖｏｌｔａｇｅ  ｗｉｎｄｏｗ）などを含む使用領域についての情報が概略的に分かり得るだけで、バッテリーセルの正極と負極各々の使用領域についての情報までは把握できないという限界がある。
【０００８】
また、活性化工程においてリチウムイオンが負極に用いられる炭素と反応することによって生成されるＳＥＩ（ｓｏｌｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などによって、リチウムイオンの一部が不可逆的に消失するため、バッテリーセルの最大容量値が予め決められた設計容量値よりも小くなる。しかし、従来の性能テスト方法は、予め決められた設計容量値と、活性化工程後におけるバッテリーセルの最大容量値との差が発生した原因についての情報を提供することはできない。
【０００９】
前述の問題を解決するための３電極テスト方法が開示されている。３電極テスト方法によれば、バッテリーセルの正極と負極各々の電位を基準電極の電位と比較することで、バッテリーセルの正極と負極各々の使用領域と最大容量を測定する。しかし、３電極テスト方法を行うには、正極及び負極を含むバッテリーセルを分解して基準電極を別に付着しなければならず、煩わしくなる。これに加え、基準電極がバッテリーセルの電気化学的特性に影響を及ぼし得るので、基準電極を有するバッテリーセルから測定された結果は、基準電極を有さないバッテリーセルの実際の電気化学的特性に符合しないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基準電極などを付着するためにバッテリーセルを分解することなくバッテリーセルの性能を正確にテストすることができる装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的及び長所は、下記する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分かるであろう。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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するための本発明の多様な実施例は、下記のようである。
【００１３】
本発明の一面によるバッテリーセルの性能テスト装置は、複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値を保存するように構成されたメモリーと、テストセルのＳＯＣの変化による前記テストセルの開放電圧を測定するように構成されたセンシング部と、前記メモリー及び前記センシング部に電気的に接続し、前記テストセルの性能を非破壊的にテストするように構成された制御部と、を含む。前記第１プロファイルデータは、前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、前記第２プロファイルデータは、前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示す。前記第１正極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第１正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第１負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第１負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。前記制御部は、前記第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値に基づき、前記所定のＳＯＣ範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第３プロファイルデータを生成する。前記制御部は、前記センシング部によって測定された前記所定のＳＯＣ範囲における前記テストセルの両端の開放電圧の変化を示す第４プロファイルデータを生成する。前記制御部は、前記第３プロファイルデータ及び前記第４プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正する。この際、前記第２正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第２正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第２負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第２負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。
【００１４】
また、前記制御部は、前記所定のＳＯＣ範囲内の複数のサンプル値における前記第３プロファイルデータと前記第４プロファイルデータとの残差（ｒｅｓｉｄｕａｌ）の二乗和（ｓｕｍ  ｏｆ  ｓｑｕａｒｅｓ）を示す費用関数（ｃｏｓｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を宣言する。前記制御部は、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を予め決められた確率モデルから推正することができる。
【００１５】
また、前記制御部は、予め与えられた最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法を用いて、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正することができる。
【００１６】
また、前記メモリーは、前記テストセルの最大容量値をさらに保存する。前記制御部は、下記の数式１を用いて、前記テストセルの正極の最大容量を示す第１容量値を演算し、下記の数式２を用いて、前記テストセルの負極の最大容量を示す第２容量値を演算することができる。
【００１７】
［数１］    ＱtP＝ＱtF／（ｐf’−ｐi’）
［数２］    ＱtN＝ＱtF／（ｎf’−ｎi’）
（ここで、前記ＱtFは前記最大容量値、前記ｐf’は前記第２正極上限値、前記ｐi’は前記第２正極下限値、前記ｎf’は前記第２負極上限値、前記ｎi’は前記第２負極下限値、前記ＱtPは前記第１容量値、前記ＱtNは前記第２容量値である。）
【００１８】
また、前記制御部は、下記の数式３を用いて、前記テストセルの不可逆容量を演算することができる。
［数３］    Ｑloss＝（ＱtP×ｐi’）−（ＱtN×ｎi’）
（ここで、前記Ｑlossは、前記不可逆容量である。）
【００１９】
また、前記制御部は、下記の数式４を用いて、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率を演算することができる。
［数４］    ＲNP＝ＱtN／ＱtP＝（ｐf’−ｐi’）／（ｎf’−ｎi’）
（ここで、前記ＲNPは、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率である。）
また、前記制御部は、前記所定のＳＯＣ範囲において、前記テストセルの充電時における電圧プロファイルと放電時における電圧プロファイルとを平均して前記第４プロファイルデータを生成することができる。
【００２０】
また、前記制御部は、前記所定のＳＯＣ範囲において、電圧弛緩法（ｖｏｌｔａｇｅ  ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）によって測定される前記テストセルの両端の電圧に基づき、前記第４プロファイルデータを生成することができる。
【００２１】
本発明の他面によるバッテリーセルの性能テスト方法は、（ａ）複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値を保存する段階と、（ｂ）前記第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値に基づき、所定のＳＯＣ範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第３プロファイルデータを生成する段階と、（ｃ）テストセルのＳＯＣの変化による前記テストセルの開放電圧を測定する段階と、（ｄ）前記測定されたテストセルの開放電圧に基づき、前記所定のＳＯＣ範囲における前記テストセルの両端の開放電圧の変化を示す第４プロファイルデータを生成する段階と、（ｅ）前記第３プロファイルデータ及び前記第４プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正する段階と、を含む。この際、前記第１プロファイルデータは、前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、前記第２プロファイルデータは、前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示す。前記第１正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第１正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第１負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第１負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。前記第２正極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第２正極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第２負極上限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の上限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、前記第２負極下限値は、前記所定のＳＯＣ範囲の下限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。
【００２２】
また、前記（ｅ）段階は、（ｅ−１）前記所定のＳＯＣ範囲内の複数のサンプル値における前記第３プロファイルデータと前記第４プロファイルデータとの残差の二乗和を示す費用関数を宣言する段階と、（ｅ−２）前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を予め決められた確率モデルから推正する段階と、を含み得る。
【００２３】
また、前記（ｅ−２）段階は、予め与えられた最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法を用いて、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一実施例の少なくとも一つによれば、基準電極などを付着するためにバッテリーセルを分解することなくバッテリーセルの性能テストを行うことができる。即ち、バッテリーセルの正極と負極各々の電気化学的性能についての情報を非破壊的に得ることができる。
【００２５】
また、本発明の一実施例の少なくとも一つによれば、バッテリーセルの正極と負極各々の使用領域を推正することができる。
【００２６】
また、本発明の一実施例の少なくとも一つによれば、バッテリーセルの正極と負極各々の単位面積当たりの最大容量を推正することができる。
【００２７】
また、本発明の一実施例の少なくとも一つによれば、バッテリーセルの正極と負極との容量比を推正することができる。
【００２８】
また、本発明の一実施例の少なくとも一つによれば、製造されたバッテリーセルの不良有無を迅速にチェックすることができる。
【００２９】
本発明の効果は前述の効果に制限されず、言及されていない他の効果は、請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
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。
【図１】本発明の一実施例によるテスト装置の機能的構成を示した図である。
【図２】図１を参照して前述した第１プロファイルデータから提供される参照セルの正極開放電圧プロファイルを示す。
【図３】図１を参照して前述した第１プロファイルデータから提供される参照セルの正極開放電圧プロファイルを示す。
【図４】図１を参照して前述した第２プロファイルデータから提供される参照セルの負極開放電圧プロファイルを示す。
【図５】図１を参照して前述した第２プロファイルデータから提供される参照セルの負極開放電圧プロファイルを示す。
【図６】図１を参照して前述した第３プロファイルデータから提供される参照セルの両端の開放電圧プロファイルを示す。
【図７】本発明の一実施例によるテストセルの両端の開放電圧プロファイルを示す。
【図８】テストセルの両端の開放電圧を測定する技法を例示する
【図９】テストセルの両端の開放電圧を測定する技法を例示する。
【図１０】本発明の一実施例によってテストセルの使用領域を推正する方法を説明するための参照図である。
【図１１】本発明の一実施例によってテストセルの推定性能と実際性能との比較結果を示す表である。
【図１２】本発明の一実施例によるバッテリーセルの性能テスト方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や事前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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、本発明の説明にあたり、本発明に関連する公知技術ついての具体的な説明が、不要に本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その詳細な説明を略する。
【００３４】
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。また、明細書に記載の「制御ユニット」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示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。
【００３５】
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。
【００３６】
これから本発明の実施例によるテスト装置及び方法についてより詳しく説明する。以下では、説明の便宜のために、バッテリーセルを「セル」と称することにする。また、後述する多様な電圧プロファイルは、必ずしも連続的な形態を有することに限定されず、離散的な形態を有し得る。
【００３７】
図１は、本発明の一実施例によるテスト装置１００の機能的構成を示す図である。
【００３８】
図１を参照すれば、テスト装置１００は、メモリー１１０、センシング部１２０及び制御部１３０を含む。
【００３９】
メモリー１１０は、複数の参照セル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｅｌｌ）各々の性能を示す、予め決められた参照情報を保存するように構成される。参照情報は、後述するテストセルの性能をテストするための比較の基準として活用される。参照情報には、少なくとも第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値が含まれる。参照情報は、ＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ  Ｏｆ  Ｌｉｆｅ）における参照セルに対する事前実験によって得られたものである。ここで、ＢＯＬとは、参照セルの最初の製造時点から充放電サイクルが所定の回数に到達した時点までの期間を指称し得る。
【００４０】
具体的に、第１プロファイルデータは、参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による参照セルの正極の開放電圧の変化を示す。例えば、参照セルの充電が進むほど、参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量は次第に減少する一方、参照セルの正極の電位は次第に増加する。
【００４１】
第２プロファイルデータは、参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による参照セルの負極の開放電圧の変化を示す。例えば、参照セルの充電が進むほど、参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量は次第に増加する一方、参照セルの負極の電位は次第に減少する。
【００４２】
第１正極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値において参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。具体的に、第１正極上限値は、参照セルの正極に保存可能な作動イオン（例えば、リチウムイオン）の最大量を示す第１臨界値を基準にして、前記第１臨界値から、参照セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点で参照セルの正極に保存された作動イオンの量を示す第１実験値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｖａｌｕｅ）を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達したとき、参照セルの正極に保存された作動イオンの量が前記第１臨界値の１０％であれば、前記第１正極上限値は、（１００％−１０％）／１００％＝０．９０となる。
【００４３】
第１正極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値において参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。具体的に、第１正極下限値は、前記第１臨界値を基準にして、前記第１臨界値から、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点で参照セルの正極に保存された作動イオンの量を示す第２実験値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達したとき、参照セルの正極に保存された作動イオンの量が前記第１臨界値の８０％であれば、前記第１正極下限値は、（１００％−８０％）／１００％＝０．２０となる。参照セルのＳＯＣが減少するほど、参照セルの正極に保存される作動イオンの量は増加するため、第１正極下限値は第１正極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
【００４４】
第１負極上限値は、所定のＳＯＣ範囲の上限値において参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。具体的に、第１負極上限値は、参照セルの負極に保存可能な作動イオンの最大量を示す第２臨界値を基準にして、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点で参照セルの負極に保存された作動イオンの量を示す第３実験値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達したとき、参照セルの負極に保存された作動イオンの量が前記第２臨界値の９５％であれば、前記第１負極上限値は９５％／１００％＝０．９５となる。
【００４５】
第１負極下限値は、所定のＳＯＣ範囲の下限値において参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応する。具体的に、第１負極上限値は、前記第２臨界値を基準にして参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点で参照セルの負極に保存された作動イオンの量を示す第４実験値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、参照セルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達したとき、参照セルの負極に保存された作動イオンの量が前記第２臨界値の５％であれば、前記第１負極下限値は５％／１００％＝０．０５となる。参照セルのＳＯＣが減少するほど、参照セルの負極に保存される作動イオンの量は減少するため、第１負極下限値は第１負極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
【００４６】
また、メモリー１１０は、テスト装置１００の全般的な動作に求められる各種データ、命令語及びソフトウェアをさらに保存し得る。このようなメモリー１１０は、フラッシュメモリータイプ（ｆｌａｓｈ  ｍｅｍｏｒｙ  ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ  ｄｉｓｋ  ｔｙｐｅ）、ＳＳＤタイプ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｉｓｋ  ｔｙｐｅ）、ＳＤＤタイプ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ  ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｃａｒｄ  ｍｉｃｒｏ  ｔｙｐｅ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ；ＲＡＭ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｒａｓａｂｌｅ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）のうち少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。
【００４７】
センシング部１２０は、電圧センサー１２１、電流センサー１２２及び温度センサー１２３のうち少なくとも一つを含み得る。電圧センサー１２１、電流センサー１２２及び温度センサー１２３のうち少なくとも一つは、制御部１３０から提供される制御信号に応答し、テストセル１０の電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを個別的に測定し、測定された値を示すデータを制御部１３０へ伝送する。
【００４８】
制御部１３０は、メモリー１１０に保存されたデータ及び命令語を参照するか、ソフトウェアを駆動して、テストセルの性能を非破壊的にテストするように構成される。制御部１３０は、テストセルの電圧、電流及び温度の測定、ＳＯＣ演算、ＳＯＨ推定及び温度管理のうち少なくとも一つのためのソフトウェアを実行できる。
【００４９】
制御部１３０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能の遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを用いて具現され得る。
【００５０】
制御部１３０は、複数の参照セル各々の第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１  負極下限値に基づき、所定のＳＯＣ範囲における参照セルの両端の開放電圧の変化を示す第３プロファイルデータを生成することができる。具体的に、第３  プロファイルデータは、第１プロファイルデータによって提供される参照セルの正極開放電圧プロファイルと、第２プロファイルデータによって提供される参照セルの負極開放電圧プロファイルとの差、即ち、参照セルの両端開放電圧プロファイルを示す。
【００５１】
一方、制御部１３０は、参照セルとは別であるテストセルに関わる第４プロファイルデータを生成できる。ここで、テストセルは、参照セルと同一の電気化学的特性を有するように設計及び製造されたものであり得る。但し、工程誤差などの原因によってテストセルと参照セルの少なくとも一つの実際性能は相異なり得る。
【００５２】
詳述すれば、制御部１３０は、センシング部１２０から提供されるテストセルについての電圧データに基づき、所定のＳＯＣ範囲におけるテストセルの両端開放電圧プロファイルを示す第４プロファイルテータを生成することができる。即ち、第４プロファイルデータは、所定のＳＯＣ範囲における前記テストセルの両端開放電圧の変化を示す。
【００５３】
第４プロファイルデータの生成が完了すれば、制御部１３０は、第３プロファイルデータ及び第４プロファイルデータに基づき、テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正できる。
【００５４】
この際、第２正極上限値は、テストセルのＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の上限値であるときにテストセルの正極に保存されたことと推定される作動イオンの量に対応する。具体的に、第２正極上限値は、前記第１臨界値を基準にして、前記第１臨界値から、テストセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点でテストセルの正極に保存されたことと推定される作動イオンの量を示す第１推定値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、前記第１推定値が前記第１臨界値の５％であれば、前記第２正極上限値は、（１００％−５％）／１００％＝０．９５となる。
【００５５】
第２正極下限値は、テストセルのＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の下限値であるときにテストセルの正極に保存されたことと推定される作動イオンの量に対応する。具体的に、第２正極下限値は、前記第１臨界値を基準にして、前記第１臨界値から、テストセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点でテストセルの正極に保存されたことと推定される作動イオンの量を示す第２推定値を引いた値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、前記第２推定値が前記第１臨界値の９５％であれば、前記第２正極下限値は、（１００％−９５％）／１００％＝０．０５となる。テストセルのＳＯＣが減少するほど、テストセルの正極に保存される作動イオンの量は増加するため、第２正極下限値は、第２正極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
【００５６】
第２負極上限値は、テストセルのＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の上限値であるときにテストセルの負極に保存されたことと推定される作動イオンの量に対応する。具体的に、第２負極上限値は、前記第２臨界値を基準にして、テストセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達した時点でテストセルの負極に保存されたことと推定される作動イオンの量を示す第３推定値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、テストセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の上限値に到達したとき、テストセルの負極に保存された作動イオンの量が前記第２臨界値の９０％であれば、前記第２負極上限値は９０％／１００％＝０．９０となる。
【００５７】
第２負極下限値は、テストセルのＳＯＣが前記所定のＳＯＣ範囲の下限値であるときにテストセルの負極に保存されたことと推定される作動イオンの量に対応する。具体的に、第２負極上限値は、前記第２臨界値を基準にしてテストセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達した時点でテストセルの負極に保存されたことと推定される作動イオンの量を示す第４推定値を、０〜１の範囲内で示す化学量論値を意味する。例えば、テストセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲の下限値に到達したとき、テストセルの負極に保存された作動イオンの量が前記第２臨界値の５％であれば、前記第２負極下限値は１０％／１００％＝０．１０となる。テストセルのＳＯＣが減少するほど、テストセルの負極に保存される作動イオンの量は減少するため、第２負極下限値は、第２負極上限値よりも小さいということは当業者にとって自明である。
【００５８】
以下では、参照セルとテストセル各々の正極と負極は、ＬｉxＭｅＯ2とＬｉｙＣ6であり、参照セルとテストセルの充放電を誘導する電気化学的反応に関与する作動イオンは、リチウムイオン（Ｌｉ+）であると仮定する。ここで、ｘは、正極に保存されたリチウムイオンの量を示す化学量論値であり、ｙは、負極に保存されたリチウムイオンの量を示す化学量論値である。また、Ｍｅは、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌのような金属元素であり得る。また、前記所定のＳＯＣ範囲は０〜１であると仮定する。セルのＳＯＣが１であるということは、セルの両端電圧が予め決められた上限電圧に到達して満充電状態に至ったことを意味し、セルのＳＯＣが０であるということは、セルの両端電圧が予め決められた下限電圧に到達して満放電状態に至ったことを意味することは、当業者であれば容易に理解できるだろう。
【００５９】
図１には示していないが、テスト装置１００は出力部をさらに含み得る。出力部は、テスト装置１００によって処理されるデータを使用者が認知可能な形態で出力する。例えば、出力部は、テスト装置１００によって処理されるデータを視覚的な形態で出力するディスプレイを含み得る。他の例を挙げれば、出力部は、テスト装置１００によって処理されるデータを聴覚的な形態で出力するスピーカーを含み得る。使用者は、出力部によってテストセルのテスト結果を受けることができる。
【００６０】
図２及び図３は、図１を参照して、前述の第１プロファイルデータから提供される参照セルの正極開放電圧プロファイルを示す。
【００６１】
図２を参照すれば、事前実験によって参照セル各々の正極（ＬｉxＭｅＯ2）に保存されたリチウムイオンの量（ｘ）が第１実験値（ｘ１）と第２実験値（ｘ２）との間の範囲で調節される間に測定された参照セルの正極開放電圧プロファイルＵP（ｘ）を確認することができる。この際、参照セルの正極開放電圧は、参照セルの正極電位と基準電位（例えば、０Ｖ）との差である。参照セルの正極開放電圧プロファイルＵP（ｘ）によれば、参照セルの正極に保存されるリチウムイオンの量（ｘ）が第１実験値（ｘ１）から第２実験値（ｘ２）に向けて増加するほど、参照セルの正極開放電圧は次第に減少することを確認することができる。リチウムイオンの量（ｘ）は、下記の数式１から決められる。
【００６２】
［数１］    ｘ＝Ｐi＋（１−ＳＯＣ）×（Ｐf−Ｐi）
数学式１において、Ｐfは第１正極上限値、Ｐiは第１正極下限値、ＳＯＣは参照セルの充電状態である。この際、Ｐf及びＰiは、予め決められた定数であるため、ｘは、ＳＯＣの変化に依存する。即ち、ｘとＳＯＣのいずれか一つが分かれば、残りの一つが分かれる。図２とともに図３を参照すれば、制御部１３０は、正極開放電圧プロファイルＵP（ｘ）を参照セルの充電状態による正極電圧プロファイルＵP（ＳＯＣ）に変換することができる。
【００６３】
図４及び図５は、図１を参照して前述の第２プロファイルデータから提供される参照セルの負極開放電圧プロファイルを示す。
【００６４】
図４を参照すれば、事前実験によって参照セルの負極（ＬｉyＣ6）に保存されたリチウムイオンの量（ｙ）が、第３実験値（ｙ１）と第４実験値（ｙ２）との間の範囲で調節される間に測定された参照セルの負極開放電圧プロファイルＵN（ｙ）を確認することができる。この際、参照セルの負極開放電圧は、参照セルの負極電位と前記基準電位との差である。参照セルの負極開放電圧プロファイルＵN（ｙ）によれば、参照セルの負極に保存されるリチウムイオンの量が第３実験値（ｙ１）から第４実験値（ｙ２）に向けて増加するほど、参照セルの負極開放電圧が次第に減少することを確認することができる。リチウムイオンの量（ｙ）は、下記の数式２から決けられる。
【００６５】
［数２］    ｙ＝Ｎi＋ＳＯＣ×（Ｎf−Ｎi）
数式２において、Ｎfは第１負極上限値、Ｎｉは第１負極下限値、ＳＯＣは参照セルの充電状態である。この際、Ｎf及びＮiは予め決められた定数であるため、ｙはＳＯＣの変化に依存する。即ち、ｙとＳＯＣのいずれか一つが分かれば、残りの一つが分かれる。図４とともに図５を参照すれば、制御部１３０は、負極開放電圧プロファイルＵN（ｙ）を参照セルの充電状態による負極電圧プロファイルＵN（ＳＯＣ）に変換することができる。
【００６６】
図６は、図１を参照して前述した第３プロファイルデータから提供される参照セルの両端開放電圧プロファイルを示す。
【００６７】
図６を参照すれば、ある一つの参照セルの充電状態による両端開放電圧プロファイルＵR（ＳＯＣ）を確認することができる。両端開放電圧プロファイルＵR（ＳＯＣ）は、共通のＳＯＣ範囲である０〜１において、図３に示した正極電圧プロファイルＵP（ＳＯＣ）と図５に示した負極電圧プロファイルＵN（ＳＯＣ）との差である。前述のように、正極電圧プロファイルＵP（ＳＯＣ）は、第１プロファイルデータ、第１正極上限値及び第１正極下限値に関わり、負極電圧プロファイルＵN（ＳＯＣ）は、第２プロファイルデータ、第１負極上限値及び第１負極下限値に関わる。したがって、制御部１３０は、第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値に基づき、両端開放電圧プロファイルＵR（ＳＯＣ）を示す第３プロファイルデータを生成することができる。
【００６８】
図７は、本発明の一実施例によるテストセルの両端開放電圧プロファイルを示し、図８及び図９は、テストセルの両端開放電圧を測定する技法を示す。
【００６９】
図７を参照すれば、所定のＳＯＣ範囲である０〜１において、センシング部１２０によって測定されたテストセルの両端開放電圧プロファイルＵT（ＳＯＣ）を確認することができる。前述のように、制御部１３０は、センシング部１２０から提供される電圧測定値に基づき、第４プロファイルデータを生成することができる。
【００７０】
図８は、電圧平均技法（ｖｏｌｔａｇｅ  ａｖｅｒａｇｉｎｇ）を例示する。図８を参照すれば、制御部１３０は、満充電状態であるテストセルを満放電状態まで所定の定電流で放電する間に測定される電圧プロファイルＵT,D（ＳＯＣ）と、満放電状態であるテストセルを満充電状態まで前記定電流で充電する間に測定される電圧プロファイルＵT,C（ＳＯＣ）との平均値となる電圧プロファイルＵT,A（ＳＯＣ）を前記両端開放電圧プロファイルＵT（ＳＯＣ）として設定することができる。
【００７１】
図９は、電圧弛緩法（ｖｏｌｔａｇｅ  ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）を示す。電圧弛緩法は、ＨＰＰＣ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）放電テスト法の一種類である。電圧弛緩法は、満充電状態であるテストセルを満放電状態まで所定の定電流で放電する間、テストセルの充電状態が予め決められたＳＯＣ値に順次到達する度にテストセルを無負荷状態に転換する。テストセルの充電状態は、テストセルから抜け出る放電電流を時間に対して積算してテストセルの残存容量を求め、前記設計容量値または前記最大容量値を基準にして前記残存容量を０〜１の範囲にて示した値として表すことができるのは、当業者にとって自明である。勿論、テストセルの充電状態は百分率（％）で示すこともできる。
【００７２】
無負荷状態に転換された各々の時点から予め決められた弛緩時間（例えば、１時間）だけ経過した時点（図９における点線円を参照）において、センシング部１２０によってテストセルの両端の電圧が測定され、カーブフィッティング（ｃｕｒｖｅ  ｆｉｔｔｉｎｇ）などのような近似化アルゴリズムを用いて前記測定された電圧値を追従する電圧プロファイルを前記両端開放電圧プロファイルＵT（ＳＯＣ）に設定することができる。
【００７３】
制御部１３０は、複数の参照セル各々から得られた第３プロファイルデータに基づき、任意の使用領域θ＝［ｐf，ｐi，ｎf，ｎi］を有するバッテリーセルから予測される両端開放電圧プロファイルであるＵR（ＳＯＣ，θ）を生成することができる。具体的に、両端開放電圧プロファイルＵR（ＳＯＣ，θ）は、正極上限値がｐfであり、正極下限値がｐiであり、負極上限値がｎfであり、負極下限値がｎiである任意のバッテリーセルのＳＯＣを前記所定のＳＯＣ範囲で調節する時に示されると予測される両端開放電圧プロファイルである。
【００７４】
図１０は、本発明の一実施例によってテストセルの使用領域を推正する方法を説明するための参照図である。
【００７５】
制御部１３０は、所定のＳＯＣ範囲である０〜１内における予め決められたｎ個のサンプル値を入力値とすることで、前記両端開放電圧プロファイルＵT（ＳＯＣ）と前記両端開放電圧プロファイルＵR（ＳＯＣ，θ）との残差の二乗和を示す費用関数を宣言することができる。前記費用関数は、下記の数式４で表される。
【００７６】
【数１】
2019503480.tif 000003
数式４において、ＳＯＣｉは、前記サンプル値のいずれか一つであり、前記Ｓ（θ）は、前記費用関数である。
【００７７】
例えば、任意のθが与えられたとき、両端開放電圧プロファイルＵR（ＳＯＣ，θ）と両端開放電圧プロファイルＵT（ＳＯＣ）とが完全にマッチされると仮定する。この場合、前記費用関数の出力値は０であることが自明であり、制御部１３０はテストセルの使用領域がθと同一であると演算できる。このような面から、制御部１３０は、予め決められた確率モデルから前記費用関数の値が最小となるようにするテストセルの使用領域を示すパラメータを推正することができる。この際、テストセルの使用領域は、テストセルの性能を代弁する。
【００７８】
次のようなアルゴリズムが、前記費用関数からテストセルの使用領域を推正するのに活用され得る。
【００７９】
１）グラジエント基盤最適化（ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｂａｓｅ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）のアルゴリズム：ｆｍｉｎｃｏｎ、ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈなど
２）全域最適化（ｇｌｏｂａｌ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）のアルゴリズム：ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ、ｇｅｎｅｔｉｃ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
３）マルコフ連鎖モンテカルロ（ＭＣＭＣ：Ｍａｒｋｏｖ  Ｃｈａｉｎ  Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ）アルゴリズム：Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ−Ｈａｓｔｉｎｇｓ、Ｇｉｂｂｓ  Ｓａｍｐｌｉｎｇなど
勿論、上記で挙げられたアルゴリズムの外に他の最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法が、テストセルの使用領域を推正するのに活用できると理解されるべきである。
【００８０】
図１０を参照すれば、前記確率モデルを用いて前記費用関数から演算されたテストセルの使用領域に関わる四つのパラメータ（Ｐf’、Ｐi’、Ｎf’、Ｎi’）  各々についての事後分布（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を示すヒストグラムを確認することができる。各ヒストグラムにおいて、横軸はパラメータ、縦軸は確率を示す。
【００８１】
例えば、制御部１３０は、各事後分布から予め決められた規則（例えば、最大確率値を有するもの）に当る特定のパラメータ値がテストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値であると推正することができる。
【００８２】
制御部１３０は、数式５を用いて、テストセルの正極の最大容量を示す第１容量値を演算できる。
［数５］    ＱtP＝ＱtF／（ｐf’−ｐi’）
数式５において、ＱtFはテストセルの最大容量値、ｐf’は推定された第２正極上限値、ｐi’は推定された第２正極下限値、ＱtPは第１容量値である。テストセルの最大容量値は、センシング部１２０から提供されるデータに基づき、制御部１３０によって演算できる。
【００８３】
制御部１３０は、数式６を用いて、テストセルの負極の最大容量を示す第２  容量値を演算できる。
［数６］    ＱtN＝ＱtF／（ｎf’−ｎi’）
数式６において、ｎf’は推定された第２負極上限値、ｎi’は推定された第２負極下限値、ＱtN は第２容量値である。
【００８４】
数式５及び数式６において、第１容量値及び第２容量値は、テストセルの正極及び負極の各々に最大に保存可能な電荷量であって、フルセル（ｆｕｌｌ  ｃｅｌｌ）形態のテストセルから実際に抽出可能な電荷量である前記最大容量値より大きいことは自明である。
【００８５】
制御部１３０は、数式７を用いて、所定のＳＯＣ範囲におけるテストセルの不可逆容量を演算できる。
［数７］    Ｑloss＝（ＱtP×ｐi’）−（ＱtN×ｎi’）
数式７において、Ｑlossはテストセルの不可逆容量である。（ＱtP×ｐi’）はテストセルの正極の不可逆容量、（ ＱtN×ｎi’）はテストセルの負極の不可逆容量を各々示す。もし、Ｑlossが正数であれば、負極の不可逆容量よりも正極の不可逆容量が相対的に大きいことを意味する。逆に、Ｑlossが負数であれば、負極の不可逆容量よりも正極の不可逆容量が相対的に小さいことを意味する。
【００８６】
制御部１３０は、数式８を用いて、テストセルの負極の最大容量とテストセルの正極の最大容量との比率を演算できる。
［数８］    ＲNP＝ＱtN／ＱtP＝（ｐf’−ｐi’）／（ｎf’−ｎi’）
数式８において、ＲNPは、テストセルの負極の最大容量とテストセルの正極の最大容量との比率である。
【００８７】
前述の演算結果は、前記出力部によって使用者に提供され得る。
【００８８】
図１１は、本発明の一実施例によってテストセルの推定性能と実際性能との比較結果を示す表１１００である。説明の便宜のために、表１１００に含まれた数値は全て小数点二位までのみを示した。
【００８９】
図１１を参照すれば、表１１００の第一行は、最大容量が４．２２ｍＡｈ／ｃｍ２であるテストセルに対して推定された第２正極上限値ｐf’、第２正極下限値ｐi’、第２負極上限値ｎf’、第２負極下限値ｎi’が各々０．８９２７、０．００５３１２６、０．９２６５、０．０６８５８２である場合、テストセルの正極と負極の最大容量値を示す。制御部１３０は、数式５を用いて正極の最大容量値である４．７６ｍＡｈ／ｃｍ２を得、数式６を用いて負極の最大容量値である４．９２ｍＡｈ／ｃｍ２を得ることができる。
【００９０】
次に、表１１００の第二行は、前記テストセルの正極と負極の各々に対応する２つの半電池（ｈａｌｆ−ｃｅｌｌ）に対する実際の測定から得た正極の最大容量値４．７３ｍＡｈ／ｃｍ２と、負極の最大容量値４．９４ｍＡｈ／ｃｍ２を示す。
【００９１】
続いて、表１１００の第三行は、第一行に示した推定値と第二行に示した測定値との誤差率を示す。図示したように、正極の最大容量値に対して＋０．６３％、負極の最大容量値に対して−０．４０％の誤差率が存在し、これはごく小さい値である。即ち、表１１００は、本発明の一実施例による性能テスト装置１００を用いる場合、テストセルを分解しなくともテストセルの実際性能によく符合する性能テスト結果を得ることができることを強力に裏付ける。
【００９２】
図１２は、本発明の一実施例によるバッテリーセルの性能テスト方法を示すフローチャートである。図１２に示した段階は、前述の性能テスト装置によって行われる。
【００９３】
段階１２１０において、複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値を保存する。
【００９４】
段階１２２０において、前記第１プロファイルデータ、第２プロファイルデータ、第１正極上限値、第１正極下限値、第１負極上限値及び第１負極下限値に基づき、所定のＳＯＣ範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第３プロファイルデータを生成する。
【００９５】
段階１２３０において、テストセルのＳＯＣの変化による前記テストセルの開放電圧を測定する。
【００９６】
段階１２４０において、前記測定されたテストセルの開放電圧に基づき、前記所定のＳＯＣ範囲における前記テストセルの両端開放電圧の変化を示す第４プロファイルデータを生成する。
【００９７】
段階１２５０において、前記第３プロファイルデータ及び前記第４プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を推正する。具体的に、段階１２５０において、前記所定のＳＯＣ範囲内の複数のサンプル値についての前記第３プロファイルデータと前記第４プロファイルデータとの残差の二乗和を示す費用関数を宣言した後、ＭＣＭＣアルゴリズムなどを用いて前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第２正極上限値、第２正極下限値、第２負極上限値及び第２負極下限値を予め決められた確率モデルから推正することができる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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