(57)【要約】様々な実施形態において、バッテリを試験するための装置が提供される。バッテリを試験するための装置は、バッテリの差分エンタルピーおよびバッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定するように構成された判定回路と、決定された差分エンタルピーおよび差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路とを備える。
2014526781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを試験するための装置であって、
前記バッテリの差分エンタルピーおよび前記バッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも１つを決定するように構成された判定回路と、
前記決定された前記差分エンタルピーおよび前記差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路とを備えることを特徴とするバッテリ試験装置。
【請求項２】
前記バッテリを充電するように構成された充電回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バッテリを放電するように構成された放電回路をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記バッテリを加熱するように構成されたヒーター回路、および前記バッテリを冷却するように構成された冷却回路のうちの少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記バッテリのエントロピーを測定するように構成されたエントロピー測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記バッテリのエンタルピーを測定するように構成されたエンタルピー測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに、使用済みのバッテリのエントロピーを測定するように構成されたエントロピー測定回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記新しいバッテリの前記エントロピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エントロピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エントロピーを決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定するように構成されたエンタルピー測定回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記新しいバッテリの前記エンタルピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エンタルピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エンタルピーを決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーを決定するようにさらに構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エンタルピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エントロピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置はチップであることを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記チップは前記バッテリに埋め込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記チップはバッテリモジュールに埋め込まれていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記チップはバッテリパックに埋め込まれていることを特徴とする請求項１３乃至１５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
バッテリを試験するための方法であって、
前記バッテリの差分エンタルピーおよび前記バッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定する工程と、
前記決定された前記差分エンタルピーおよび前記差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価する工程とを含むことを特徴とするバッテリ試験方法。
【請求項１８】
前記バッテリを充電する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記バッテリを放電する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッテリを加熱する工程および前記バッテリを冷却する工程のうちの少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記バッテリのエントロピーを測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記バッテリのエンタルピーを測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエントロピーを測定する工程と、
前記新しいバッテリの前記エントロピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エントロピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エントロピーを決定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定する工程と、
前記新しいバッテリの前記エンタルピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エンタルピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エンタルピーを決定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エンタルピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エントロピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリを試験するための装置、およびバッテリを試験するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは、モバイルエレクトロニクス、電気自動車、スマートグリッド等における電気エネルギー蓄電および電源において、鍵となる要素である。世界的なバッテリ市場は増加する要求により拡大している。リチウムイオン電池（ＬＩＢ）は他のバッテリと比較して、より高い性能によりほとんどの応用における選択システムである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＬＩＢは熱暴走を生じ、特別な条件下において、最終的に着火および爆発し、重大な安全問題を提起している。健康の状態が劣化した状態にあるバッテリは、熱暴走の傾向にある。したがって、サイクル寿命の間にバッテリのＳＯＨ（健康の状態）を知ることが重要である。電流電池管理システム（ＢＭＳ）は、バッテリのＳＯＨを正確に評価することができないため、ラップトップ型コンピュータ、携帯電話および電気自動車におけるものを含むバッテリの熱事象に関する報告が増加している。したがって、改善されたバッテリ試験に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
様々な実施形態において、バッテリを試験するための装置が提供される。バッテリを試験するための装置は、バッテリの差分エンタルピーおよびバッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定するように構成された判定回路と、決定された差分エンタルピーおよび差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路とを備える。
【０００５】
様々な実施形態において、バッテリを試験する方法が提供される。バッテリを試験する方法は、バッテリの差分エンタルピーおよびバッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定する工程と、決定された差分エンタルピーおよび差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価する工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】様々な実施形態によるバッテリを試験するための装置を示す図。
【図２】様々な実施形態によるバッテリを試験するための装置を示す図。
【図３】様々な実施形態によるバッテリを試験するための方法を示すフローチャート。
【図４】異なる充電カットオフ電圧にさらされるバッテリセルの放電プロフィールを示すグラフ。
【図５】バッテリセルがカットオフ電圧にさらされる充電中におけるバッテリセルの開放電流電圧プロフィール対充電容量を示すグラフ。
【図６】第１の充電中における未使用のセルのエントロピープロフィール対充電状態を示すグラフ。
【図７】第１の充電中における未使用のセルのエンタルピープロフィール対充電状態を示すグラフ。
【図８】４．６Ｖにおけるカットオフ電圧試験のエントロピープロフィールの比較を示すグラフ。
【図９】４．９Ｖにおけるカットオフ電圧試験のエントロピープロフィールの比較を示すグラフ。
【図１０】異なる充電カットオフ電圧におけるエントロピープロフィールを示すグラフ。
【図１１】異なる充電カットオフ電圧におけるエンタルピープロフィールを示すグラフ。
【図１２】充電カットオフ電圧に応じた、８０％の充電状態ＳＯＣにおけるエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の漸進的変化を示すグラフ。
【図１３Ａ】過充電前後におけるＬｉＣｏＯ２のＸ線回折の全パターンを示すグラフ。
【図１３Ｂ】ピーク領域を備えた図１３Ａの回折パターンを示すグラフ。
【図１３Ｃ】別のピーク領域を備えた図１３Ａの回折パターンを示すグラフ。
【図１３Ｄ】図１３Ａに示すパターンに対するカットオフ電圧に応じた１０４／００３のピーク強度の漸進的変化を示すグラフ。
【図１４】異なるカットオフ電圧におけるコバルト酸リチウム陰極のラマンスペクトルを示すグラフ。
【図１５】過充電前後における黒鉛陽極のＸ線回折パターンを示す図であって、（ａ）その全パターン、（ｂ）ピーク領域を示すグラフ。
【図１６】カットオフ電圧に対する黒鉛陽極ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）の漸進的変化を示すグラフ。
【図１７】異なるカットオフ電圧における黒鉛陽極のラマンスペクトルを示すグラフ。
【図１８】カットオフ電圧に応じた、黒鉛陽極のラマンＤバンドおよびラマンＧバンドのＩＤ／ＩＧ強度比の漸進的変化を示すグラフ。
【図１９】充電において２．７５Ｖ乃至４．２Ｖにてサイクルしたバッテリにおける高圧劣化および高温劣化前の最初の試験を示すグラフ。
【図２０】放電において２．７５Ｖ乃至４．２Ｖにてサイクルしたバッテリにおける高圧劣化および高温劣化前の最初の試験を示すグラフ。
【図２１】充電において２．７５Ｖ乃至４．５Ｖにてサイクルしたバッテリにおける高圧劣化後の試験を示すグラフ。
【図２２】放電において２．７５Ｖ乃至４．５Ｖにてサイクルしたバッテリにおける高圧劣化後の試験を示すグラフ。
【図２３】充電においてバッテリの比較における高圧劣化後の試験を示すグラフ。
【図２４】放電においてバッテリの比較における高圧劣化後の試験を示すグラフ。
【図２５】数週間にわたる６２℃の高温劣化後の試験、および充電におけるバッテリ間の比較を示すグラフ。
【図２６】数週間にわたる６２℃の高温劣化後の試験、および放電におけるバッテリ間の比較を示すグラフ。
【図２７】３Ｄプロットを示すグラフ。
【図２８】３Ｄプロットを示すグラフ。
【図２９】３Ｄプロットを示すグラフ。
【図３０】充電において、１、２、および３週間の劣化における異なるバッテリの派生的なエントロピーおよび派生的なエンタルピーを示すグラフ。
【図３１】充電において、２．７５Ｖ乃至４．５Ｖにてサイクルした４つのバッテリの高圧劣化試験における差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ。
【図３２】放電において２．７５Ｖ乃至４．５Ｖにてサイクルした４つのバッテリの高圧劣化試験における差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ。
【図３３】放電において高温劣化における差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ。
【図３４】充電において高温劣化における差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ。
【図３５】ＳＯＣ（充電状態）に応じた、約５％および約８０％の充電状態における差分エントロピーピーク強度の漸進的変化を示すグラフ。
【図３６】６０℃および７０℃におけるＯＣＶ（開路電圧）電圧の劣化時間の比較を示すグラフ。
【図３７】６０℃および７０℃における容量対劣化時間の比較を示すグラフ。
【図３８】充電および放電中における未使用のセルのＯＣＶ対（電圧）容量を示すグラフ。
【図３９】充電および放電中における未使用のセルのＯＣＶ対ＳＯＣを示すグラフ。
【図４０】充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＳＯＣを示すグラフ。
【図４１】充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＳＯＣを示すグラフ。
【図４２】充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＳＯＣを示すグラフ。
【図４３】充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＳＯＣを示すグラフ。
【図４４】充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＯＣＶを示すグラフ。
【図４５】充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＯＣＶを示すグラフ。
【図４６】充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＯＣＶを示すグラフ。
【図４７】充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＯＣＶを示すグラフ。
【図４８】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのＯＣＶプロフィール対容量を示すグラフ。
【図４９】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのＯＣＶプロフィール対容量を示すグラフ。
【図５０】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ。
【図５１】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ。
【図５２】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ。
【図５３】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ。
【図５４】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対容量を示すグラフ。
【図５５】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対容量を示すグラフ。
【図５６】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対容量を示すグラフ。
【図５７】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対容量を示すグラフ。
【図５８】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ。
【図５９】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ。
【図６０】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ。
【図６１】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ。
【図６２】６０℃にて劣化したセルにおいて、所定劣化時間に応じた、８０％のＳＯＣにおけるエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の漸進的変化を示すグラフ。
【図６３】７０℃にて劣化したセルにおいて、所定劣化時間に応じた、８０％のＳＯＣにおけるエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の漸進的変化を示すグラフ。
【図６４】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対エントロピーを示すグラフ。
【図６５】充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対エントロピーを示すグラフ。
【図６６】６０℃で劣化したセルのＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示すグラフ。
【図６７】７０℃で劣化したセルのＬｉＣｏＯ２のＸ線回折パターンを示すグラフ。
【図６８】６０℃で劣化したセルの黒鉛陽極のＸ線回折パターンを示すグラフ。
【図６９】６０℃で劣化したセルにおける劣化時間に対する黒鉛陽極の００２のピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）の漸進的変化を示すグラフ。
【図７０】７０℃で劣化したセルの黒鉛陽極のＸ線回折パターンを示すグラフ。
【図７１】７０℃で劣化したセルにおける劣化時間に対する黒鉛陽極の００２のピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）の漸進的変化を示すグラフ。
【図７２】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢの差分エントロピー対ＳＯＣを示すグラフ。
【図７３】充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢの差分エンタルピー対ＳＯＣを示すグラフ。
【図７４】５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ。
【図７５】５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ。
【図７６】過充電後のＬＩＢの差分エントロピー対充電中におけるＳＯＣを示すグラフ。
【図７７】過充電後のＬＩＢの差分エンタルピー対充電中におけるＳＯＣを示すグラフ。
【図７８】５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ。
【図７９】５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ。
【図８０】Ｃ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルの容量対サイクル数を示すグラフ。
【図８１】５００サイクルまでにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルのエントロピープロフィールを示すグラフ。
【図８２】５００サイクルにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルのエンタルピープロフィールを示すグラフ。
【図８３】５００サイクルにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルの差分エントロピーを示すグラフ。
【図８４】５００サイクルにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルの差分エンタルピーを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図面において、類似の参照符号は、通常異なる図面にわたって同じ部分を示す。図面は必ずしも正確に測定されたものではなく、これに代えて、様々な実施形態の原理を示すように通常強調される。後述する明細書において、本発明の様々な実施形態が、添付の図面を参照してここに開示される。
【０００８】
後述する詳細な説明は、本発明が実施される所定の詳細および実施形態を例示する添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に開示される。別例が利用され、構造的、論理的、および電気的変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされてもよい。様々な実施形態は必ずしも相互に排他的なものではなく、いくつかの実施形態が１つ以上の別例と組み合わされ新しい実施形態を形成してもよい。
【０００９】
バッテリを試験するための装置は、例えばバッテリを試験するための装置によって実行される処理において使用されるメモリを含む。実施形態において使用されるメモリは、例えばダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）のような揮発性メモリや、例えばプログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、イレイサブルＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、エレクトリカリーイレーサブルＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、あるいは例えばフローティングゲートメモリ、チャージトラッピングメモリ、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）や相転移ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）等のフラッシュメモリのような不揮発性メモリである。
【００１０】
一実施形態において、装置はバッテリに埋め込まれたチップである。
一実施形態において、「回路」は要素の任意のタイプの実装といえ、これは、専用回路類またはメモリに記憶されたプロセッサ実行ソフトウェア、ファームウェア、あるいはこれらの任意の組み合わせである。したがって、一実施形態において、「回路」は、配線論理回路、あるいはプログラム可能なプロセッサ、例えばマイクロプロセッサ（例、複数命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）プロセッサや、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ）のようなプログラマブル論理回路である。「回路」はさらにソフトウェア、例えばＪＡＶＡ（登録商標）のような仮想マシンコードを使用するコンピュータプログラムのような任意のタイプのコンピュータプログラムを実行するプロセッサである。回路は、さらにバッテリセルまたはバッテリパックの内部の埋め込まれたチップである。より詳細に後述するそれぞれの機能の任意の他のタイプの実施も、別例による「回路」といえる。
【００１１】
ここで「バッテリ」および「セル」という用語は交換可能に使用可能であるものといえる。
「バッテリ」は、単一セル、あるいは直列および並列のセル配列からなり、バッテリモジュールまたはバッテリパックを形成する。
【００１２】
「バッテリ」は、リチウム一次（充電不可）電池および二次（充電可能）電池を含み、これらは、Ｌｉ／ＭｎＯ２およびＬｉ／ＣＦｘのようなリチウム一次電池、Ｚｎ／ＭｎＯ２の含塩および塩基性電池、亜鉛−銀電池、亜鉛−ニッケル電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池および鉛蓄電池を含むが、これらに限定されるものではない。ナトリウム硫黄電池、ナトリウム−ＮｉＣｌ２電池、およびマグネシウム電池のような高温電池および保存型電池もこの実施形態に応用される。
【００１３】
ここで「例示」なる語は、「例、実例あるいは引例として機能する」ことを意味するように使用される。「例示」としてここに開示される任意の実施形態や設計は、他の実施形態や設計に対して必ずしも好適または効果的であると解釈されるべきものではない。
【００１４】
様々な実施形態が装置に関して開示され、様々な実施形態が方法に関して開示される。方法に関して開示された特性は、それぞれの装置にも適用可能であり、その逆もいえると理解されるであろう。
【００１５】
図１は、様々な実施形態によるバッテリを試験するための装置１００を示す。装置１００は、バッテリの差分エンタルピーおよびバッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定するように構成された判定回路１０２を備える。装置１００は、決定された差分エンタルピーおよび差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路１０４をさらに備える。判定回路１０２および評価回路１０４は、例えば、電気的結合により、あるいは光結合（例えばケーブル、バス）により、連結部１０６によって接続される。
【００１６】
図２は、様々な実施形態によるバッテリを試験するための装置２００を示す。装置２００は、図１の装置１００と同様に、バッテリの差分エンタルピーおよびバッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定するように構成された判定回路１０２を備える。装置１００は、図１の装置１００と同様に、決定された差分エンタルピーおよび差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路１０４をさらに備える。装置２００は、充電回路２０２をさらに含み、これはより詳細に後述する。装置２００は、放電回路２０４をさらに含み、これはより詳細に後述する。装置２００は、加熱および／または冷却回路２０６をさらに含み、これはより詳細に後述する。装置２００は、エントロピー測定回路２０８をさらに含み、これはより詳細に後述する。装置２００は、エンタルピー測定回路２１０をさらに含み、これはより詳細に後述する。判定回路１０２、評価回路１０４、充電回路２０２、放電回路２０４、加熱回路２０６、エントロピー測定回路２０８、およびエンタルピー測定回路２１０は、電気的結合により、あるいは光結合（例えばケーブル、バス）により、連結部２１２によって接続される。
【００１７】
様々な実施形態によれば、充電回路２０２はバッテリを充電するように構成される。
様々な実施形態によれば、放電回路２０４はバッテリを放電するように構成される。
様々な実施形態によれば、加熱回路２０６はバッテリを加熱するように構成される。
【００１８】
様々な実施形態によれば、エントロピー測定回路２０８はバッテリのエントロピーを測定するように構成される。
様々な実施形態によれば、エンタルピー測定回路２１０はバッテリのエンタルピーを測定するように構成される。
【００１９】
様々な実施形態によれば、エントロピー測定回路２０８は、新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに、使用済みのバッテリのエントロピーを測定するように構成される。様々な実施形態によれば、判定回路１０２は、新しいバッテリのエントロピーの測定および使用済みのバッテリのエントロピーの測定に基づいてバッテリの差分エントロピーを決定するようにさらに構成される。
【００２０】
様々な実施形態によれば、エンタルピー測定回路２１０は、新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定するように構成される。様々な実施形態によれば、判定回路１０２は、新しいバッテリのエンタルピーの測定および使用済みのバッテリのエンタルピーの測定に基づいてバッテリの差分エンタルピーを決定するようにさらに構成される。
【００２１】
様々な実施形態によれば、判定回路１０２はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの派生的なエンタルピーを決定するように構成される。様々な実施形態によれば、評価回路１０４はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された派生的なエンタルピーに基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成される。
【００２２】
様々な実施形態によれば、判定回路１０２はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの派生的なエントロピーを決定するように構成される。様々な実施形態によれば、評価回路１０４はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された派生的なエントロピーに基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成される。
【００２３】
様々な実施形態によれば、判定回路１０２はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの差分エンタルピーを決定するように構成される。様々な実施形態によれば、評価回路１０４はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された差分エンタルピーに基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成される。
【００２４】
様々な実施形態によれば、判定回路１０２はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの差分エントロピーを決定するように構成される。様々な実施形態によれば、評価回路１０４はバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された差分エントロピーに基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成される。
【００２５】
様々な実施形態によれば、装置はチップを含むか、チップである。
様々な実施形態によれば、チップはバッテリに（すなわち、セルに）埋め込まれてもよい。
【００２６】
様々な実施形態によれば、チップは、例えばバッテリを含むバッテリモジュールのようなバッテリモジュールに埋め込まれてもよい。
様々な実施形態によれば、チップは、例えばバッテリを含むバッテリパックのようなバッテリパックに埋め込まれてもよい。
【００２７】
図３は、様々な実施形態によるバッテリを試験する方法を示すフローチャート３００を示す。工程３０２において、バッテリの差分エンタルピーおよびバッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方が決定される。工程３０４において、バッテリの健康状態は、決定された差分エンタルピーおよび差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいて評価される。
【００２８】
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリを充電する工程をさらに含む。
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリを放電する工程をさらに含む。
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリを加熱する工程をさらに含む。
【００２９】
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリのエントロピーを測定する工程をさらに含む。
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリのエンタルピーを測定する工程をさらに含む。
【００３０】
様々な実施形態によれば、方法は、新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエントロピーを測定する工程、並びに新しいバッテリのエントロピーの測定および使用済みのバッテリのエントロピーの測定に基づいてバッテリの差分エントロピーを決定する工程をさらに含む。
【００３１】
様々な実施形態によれば、方法は、新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定する工程、並びに新しいバッテリのエンタルピーの測定および使用済みのバッテリのエンタルピーの測定に基づいてバッテリの差分エンタルピーを決定する工程をさらに含む。
【００３２】
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリの複数の充電状態におけるバッテリの派生的なエンタルピーを決定する工程、およびバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された派生的なエンタルピーに基づいてバッテリの健康状態を評価する工程をさらに含む。
【００３３】
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリの複数の充電状態におけるバッテリの派生的なエントロピーを決定する工程、およびバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された派生的なエントロピーに基づいてバッテリの健康状態を評価する工程をさらに含む。
【００３４】
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリの複数の充電状態におけるバッテリの差分エンタルピーを決定する工程、およびバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された差分エンタルピーに基づいてバッテリの健康状態を評価する工程をさらに含む。
【００３５】
様々な実施形態によれば、方法は、バッテリの複数の充電状態におけるバッテリの差分エントロピーを決定する工程、およびバッテリの複数の充電状態におけるバッテリの決定された差分エントロピーに基づいてバッテリの健康状態を評価する工程をさらに含む。
【００３６】
様々な実施形態によれば、装置および方法は、リチウムイオン電池（ＬＩＢ）のエントロピーおよびエンタルピーに対する過充電の影響を決定するために提供される。
様々な実施形態によれば、黒鉛陽極およびコバルト酸リチウム（ＬＣＯ）陰極に基づくリチウムイオン電池の電極材料の熱力学的挙動および結晶構造の漸進的変化が、４．２Ｖ乃至４．９Ｖのカットオフ電圧（ＣＯＶ）の高圧充電を適用した後に調査される。エントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールが適用されたＣＯＶに応じて劇的に変換することがわかる。これらの変化は、ポストモーテムＸ線回折法およびラマン散乱分光法によって明示されるように陽極および陰極結晶構造劣化と大きく相関する。
【００３７】
さらに、様々な実施形態によれば、電極材料の劣化レベルを特徴づけ、これによりセルの健康の状態（ＳＯＨ）を評価する新しく非破壊的な調査ツールとして、熱力学的測定が使用可能であることがわかる。ここで「健康の状態」および「健康状態」なる語は、交換可能に使用可能であるものといえる。
【００３８】
様々な実施形態によれば、装置および方法は、熱力学、エントロピー、エンタルピー、高圧充電およびリチウムイオン電池と関係する。
陽極および陰極材料を分析するために電気化学的熱力学測定（ＥＴＭ）方法およびツールが開発され、リチウム電池半電池に応用されている。方法は、異なる充電の状態（ＳＯＣ）におけるセル温度「Ｔ」に応じたセル開路電圧（ＯＣＶ）「Ｅ０」の漸進的変化を監視する工程を含む。前者は、ＬｉｘＣ６およびＬｉ１−ｘＣｏＯ２それぞれにおける陽極および陰極のリチウム化学量論「ｘ」にそれぞれ相当する。エントロピーΔＳ（ｘ）およびエンタルピーΔＨ（ｘ）状態関数は、一般的な熱力学法則から計算されてもよい。ここで、Ｆはファラデー数である。
【００３９】
【数１】
2014526781.tif 000003
【００４０】
【数２】
2014526781.tif 000004
完全に充電されたリチウムイオン電池（コイン型セル２０３２）が４．３Ｖ乃至４．９ＶのＣＯＶの過充電にさらされ、処理は、電極および電解質材料の劣化に起因してセルの蓄電性能を早める。
【００４１】
セルの劣化およびΔＳ（ｘ）プロフィールおよびΔＨ（ｘ）プロフィール間における変化が、ＣＯＶの関数として示される。結果は、セルの熱力学的挙動に重要な変化が生じたことを示し、これはＣＯＶに応じて増加した陽極および陰極材料の劣化とよく相関する。これらの結果はポストモーテムｘ線回折法（ＸＲＤ）およびラマン分光法による分析によって立証される。
【００４２】
様々な実施形態による実験結果を後述する。
定格約４０ｍＡｈのリチウムイオンコイン型電池（ＬＩＲ  ２０３２）が、後述する試験の工程、すなわち高圧劣化および熱力学測定にさらされた。
【００４３】
高圧劣化の第１の工程において、第１の組のセルは、次の２つの工程において気温にてアルビンインストゥルメント社製バッテリサイクラでサイクルされた。すなわち、
（ｉ）２．７５ＶまでＣ／４レートで放電する工程（Ｃは、例えば４０ｍＡｈのセルの容量であり、Ｃ／４レートは、時間で割った容量の４分の１の電流であり、例えば４０ｍＡｈのセルに対する１０ｍＡである）、および
（ｉｉ）Ｃ／４レートで設定されたＣＯＶに充電する工程である。各試験セルにおいて、ＣＯＶは４．２Ｖから４．９Ｖまで１００ｍＶずつ増加した。ＣＯＶに到達すると、セルは休止するように設定される。
【００４４】
この第１の組の試験セルを「ＣＯＶ１」と呼ぶ。
第２の組のセルは、工程（ｉｉ）の最後においてさらなるセルの劣化のために一定のＣＯＶが１時間にわたって保持された点を除き工程（ｉ）および（ｉｉ）にさらされた。この第２の組のセルを「ＣＯＶ２」と呼ぶ。
【００４５】
工程（ｉｉｉ）において、ＣＯＶ１およびＣＯＶ２の組は、さらにＣ／４レートで２．７５Ｖまで放電された。その後、工程（ｉｖ）において、セルは４．２Ｖまで充電され、同じＣ／４レートにて２．７５Ｖまで再放電された。
【００４６】
工程（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、および（ｉｖ）で得られた充電（Ｃ）および放電（Ｄ）性能は、以下それぞれｑＣ２、ｑＤ３およびｑＤ４と呼ぶ。
熱力学測定の第２の工程において、工程（ｉｖ）の後の放電されたセルは、電気化学的熱力学測定システム（ＥＴＭＳ、登録商標ＢＡ−１０００、ＫＶＩ  ＰＴＥ  ＬＴＤ社（シンガポール））に輸送された。セルは、それらが実容量を決定するために４．２Ｖまで充電されるとともに２．７５Ｖまで放電される「コンディショニング」サイクルにさらされる。セルは、続いて４．２Ｖまで徐々に充電される。各増分において、ＳＯＣは、好適な継続時間（例えば約２０分）にわたって定電流（例えば約６ｍＡ）を適用することにより、５％ずつ増加された。実電流および時間は、ユーザによって設定されるデータポイントの数およびコンディショニング工程で決定されたセル定格容量に応じてＥＴＭＳによって固定される。例えば、データポイントの数は、例えば２１に固定される。したがって、０％から１００％まで５％の増分によってＳＯＣの全領域をカバーする。
【００４７】
各ＳＯＣにおいて、セルの温度Ｔは、約２５℃の気温から１０℃まで約５℃ずつ冷却されるが、ＯＣＶは、設定されたＴで安定するまで監視される。登録商標ＢＡ−１０００は、Ｅ０（ｘ、Ｔ）データを数（１）および数（２）のそれぞれによってΔＳ（ｘ）およびΔＨ（ｘ）データに変換する。
【００４８】
すべてのＣＯＶ１およびＣＯＶ２試験において、２つの試験セルが再現性をチェックするために使用される。
上述したＥＴＭ試験の終わりに、セルは２．７５Ｖまで放電される。それらの放電状態における選択されたセルは、アルゴンで満たされたグローブボックスにおいて開かれ、陽極および陰極は回収されるとともにＤＭＣで洗浄され、続いてこれらは気温にてアルゴンおよび真空中で乾燥される。電極材料は、続いてＸＲＤおよびラマン散乱分光法によって分析される。
【００４９】
電気化学的サイクルデータを後述する。
図４は、異なる充電カットオフ電圧（ＣＯＶ）にさらされたＬＩＢセルの放電プロフィール４００を示す。図４は、Ｃ／４レート（１０ｍＡ）下で４．２Ｖ乃至２．７５ＶのＣＯＶ２試験セルの工程（ｉｖ）における放電プロフィールを示す。過充電により低減した放電電圧および放電性能の両者は、セルの分極の拡大、および電極構造の劣化を示唆する。表１は、工程（ｉｉ）および工程（ｉｖ）のそれぞれの平均充電および放電電圧である＜ｅＣ２＞および＜ｅＤ４＞とともにｑＣ２、ｑＤ３、ｑＤ４を含む充電および放電試験結果を示す。表１は、さらにＣＯＶ２試験セルにおける工程（ｉ）と工程（ｉｖ）との間の放電性能損失（％）を示す。
【００５０】
【表１】
2014526781.tif 000005
表１：ＬＩＢセルの充電および放電データ対ＣＯＶ。ｑＣ２、ｑＤ３、ｑＤ４は、工程（ｉｉ）、工程（ｉｉｉ）、および工程（ｉｖ）のそれぞれにおける充電（Ｃ）および放電（Ｄ）性能を示し、＜ｅＣ２＞および＜ｅＤ４＞は、工程（ｉｉ）および工程（ｉｖ）における平均充電および放電電圧を示し、ｑＣＬは、工程（ｉ）と工程（ｉｖ）との間の放電性能損失（％）を示す。
【００５１】
充電容量ｑＣ２は、４．２Ｖ乃至４．９ＶのＣＯＶに劇的に増加した。これは、ＬＣＯ陰極の部分的な脱リチウムを示し、これは電解質の酸化による分解である可能性が高い。同様に、放電性能ｑＤ３はＣＯＶに応じて増加した。さらに、ｑＣ２とｑＤ３との間のサイクル効率は、４．９Ｖで８８％に達するまでに有意に低減された。
【００５２】
表１に示す放電性能損失ｑＣＬも、ＣＯＶに応じて増加し、４．９Ｖで約１９％に達した。１９％の性能損失が生じ、これはセルの寿命と相関する。
性能損失ｑＣＬは、経験的な多項式関数によりＣＯＶに対して適合し、次の方程式に９９．２％良好に適合することがわかった。
【００５３】
【数３】
2014526781.tif 000006
注目すべきことは、４．５Ｖ乃至４．６ＶのＣＯＶにおいてｑＣＬが約１００％増加することにある。
【００５４】
開路電圧（ＯＣＶ）から開始して熱力学を後述する。
図５は、充電中におけるＬＩＢセルのＯＣＶプロフィール５００対充電容量を示す。セルは異なるＣＯＶにさらされた。図５は工程（ｉｖ）におけるＯＣＶプロフィール対充電容量を示す。ＯＣＶ値の差は、充電ゼロ状態で、一方が４．２Ｖ乃至４．６ＶのＣＯＶにおいて充電されるセル、および他方が４．７Ｖ乃至４．９Ｖにおいて充電されるセルに対して確認される。
【００５５】
充電ゼロ状態で最初のＯＣＶはＣＯＶに応じて増加した。これは、セルが２．７５Ｖまで放電されたにもかかわらず、陰極材料において部分的に脱リチウムされたコバルト酸化物位相（Ｌｉ１−ｘＣｏＯ２）の存在を示す。リチウムの不足の割合「ｘ」は、おそらくＣＯＶに応じて増加し、これにより最初のＯＣＶはより高くなる。したがって、劣化したセルが２．７５Ｖまで放電される場合においても、コバルト酸化物陰極における残余の脱リチウム位相および黒鉛陽極における関連付けられたリチウム化された位相が存在するべきである。これらの記載は、ｅｘ−ｓｉｔｕ  ＸＲＤおよびラマン分析により後に立証される。
【００５６】
図５におけるＯＣＶ軌跡は、２つの組、すなわち、ＣＯＶが４．２Ｖ以上４．６Ｖ以下の第１の組、および４．７Ｖ以上４．９Ｖ以下の第２の組に分けられ、第２の組は、より高いＯＣＶ値を示す。これは、４．７Ｖ以上のＣＯＶにおける劣化した陰極のより高い異質的な特徴を示す。この特徴は、図４および表１に示すような４．６Ｖより大きい放電性能ｑＤ４の著しい減少とよく相関する。
【００５７】
未使用のセル（すなわち、新しいセル）から開始して、エントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールを後述する。
図６は、第１の充電中における未使用のセルのエントロピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ６００である。ＡｉポイントおよびＣｉポイントは、黒鉛陽極およびコバルト酸リチウム陰極の相転移にそれぞれ相当する。
【００５８】
図７は、第１の充電中における未使用のセルのエンタルピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ７００である。ＡｉポイントおよびＣｉポイントは、黒鉛陽極およびコバルト酸リチウム陰極の相転移にそれぞれ相当する。図６および図７に、２．７５Ｖ乃至４．２Ｖでサイクルするセル（未使用のセル）の例示のエントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールをそれぞれ示す。曲線は、最小値および最大値とともに傾斜の変化を示す。これらの変化は、相転移のような陽極および陰極材料に生じる電極反応の開始に関連付けられる。
【００５９】
Ｌｉ／ＬｉｘＣ６（黒鉛）およびＬｉ／ＬｉｘＣｏＯ２の両半セルにおいて得られた上記熱力学データを使用することにより、図６および図７にそれぞれ示されるエントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールが、黒鉛陽極およびリチウム化されたコバルト酸化物陰極からなる完全なセルに十分に適合することが分かる。完全なセルのエントロピーおよびエンタルピーは、次の式による陰極および陽極における対応する状態関数間の差の演算により得られる。
【００６０】
【数４】
2014526781.tif 000007
【００６１】
【数５】
2014526781.tif 000008
したがって、陽極および陰極に生じるΔＳプロフィールおよびΔＨプロフィールにおけるいかなる変化も完全なセルのΔＳプロフィールおよびΔＨプロフィールに反映される。黒鉛陽極の場合には、ΔＳプロフィールおよびΔＨプロフィールの変化は、ＬｉｘＣ６の段階に応じたものであり、リチウム化されたコバルト酸化物陰極の場合には、熱力学データの変化は、六方相および単斜相を含む相転移の過程に関係する。陽極および陰極における相転移の開始は、それぞれ図６および図７にＡｉおよびＣｉの文字によって示される。例えば、ＬｉｘＣ６においてｘが０．５であるときに生じる黒鉛における段階２から段階１への転移は、図面においてＡ２に相当し、Ｌｉ０．５５ＣｏＯ２で生じる六方相から単斜相の転移は、Ｃ４で示される。
【００６２】
正確な電気化学的熱力学（ＥＴＭ）測定の一態様において、完全なセルを開放し電極材料分析することなく完全なセルの陽極および陰極の化学的性質が決定される。ＥＴＭは、Ｘ線、ガンマ線、および中性子線等の他のより重くより高価な高エネルギー回折法および分光法技術と比較して、セルの化学的性質を明らかにするはるかにより好適な方法に適用する非破壊的分析ツールである。
【００６３】
ＣＯＶ１試験対ＣＯＶ２試験から開始して劣化したセルをより詳細に後述する。
図８は、４．６ＶにおけるＣＯＶ１試験およびＣＯＶ２試験のエントロピープロフィールの比較８００を示す。
【００６４】
図９は、４．９ＶにおけるＣＯＶ１試験およびＣＯＶ２試験のエントロピープロフィールの比較９００を示す。
熱力学特性において高圧に暴露される拡張セルの影響を評価するために、４．６Ｖおよび４．９ＶのＣＯＶにおいてＣＯＶ１およびＣＯＶ２の劣化手順を受けたセルの両エントロピープロフィールを図８および図９に示す。図８（ＣＯＶは４．６Ｖである）は、特に８０％のＳＯＣの周辺のピーク位置の僅かな変化から特に構成されるエントロピープロフィールにおける重要でない変化のみを示す。また、図９（ＣＯＶは４．９Ｖである）の曲線は、ＣＯＶ２セルにおけるより低いＳＯＣ値への大きな変化を示す。ＣＯＶ２対ＣＯＶ１のエントロピーの両曲線におけるより大きな変化は、セルがより長期間にわたってより高い電圧に暴露される場合におけるより強い電極材料の劣化を示す。
【００６５】
ＣＯＶ２シリーズを後述する。エントロピーおよびエンタルピーの結果は、ＣＯＶ２の劣化手順のみの下において劣化したセルにおけるもののみを示す。
図１０は異なる充電カットオフ電圧におけるエントロピープロフィール１０００を示す。
【００６６】
図１１は、異なる充電カットオフ電圧におけるエンタルピープロフィール１１００を示す。
図１０および図１１は、ＳＯＣに対するエントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールをそれぞれまとめる。エントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールの顕著な変化が、０％、約５％、および約６０％乃至約９０％のＳＯＣ領域に生じ、特に８０％のＳＯＣ周辺のＣ２のピークに生じる。４０％乃至７０％のＳＯＣ領域における図１１のエンタルピープロフィールは、図１０のエントロピープロフィールと比較してより高解像度であるといえる。
【００６７】
図１２は、充電カットオフ電圧に応じた８０％のＳＯＣでのエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の漸進的変化１２００を示す。図１２に、８０％のＳＯＣにおけるＣ２のピークの、ＣＯＶに対するエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の軌跡を示す。エントロピーの軌跡およびエンタルピーの軌跡の両者において、ピークの強度は、４．５ＶのＣＯＶまでほとんど変化しなかった。ピーク強度は続いて急速に低減した。これは、図５のＯＣＶの両プロフィールの変化と一致し、４．５Ｖより大きいＣＯＶにおける陰極材料の急速な劣化を示す。
【００６８】
ポストモーテム電極材料分析を後述する。
Ｘ線のパウダー回折法およびラマン分光法は結晶構造上のコバルト酸リチウム陰極および黒鉛陽極のＣＯＶ２手順下における高圧充電の影響を調査することに使用される。電極は２．７５Ｖまで放電されたセルから得られる。
【００６９】
コバルト酸リチウム（ＬＣＯ）陰極を後述する。
図１３Ａは、過充電前後におけるＬｉＣｏＯ２のＸ線回折の全パターン１３００を示す。図１３Ｂは、ピーク領域（００３）を備えた図１３Ａの回折パターン１３０２を示す。図１３Ｃは、ピーク領域（１０４）を備えた図１３Ａの回折パターン１３０４を示す。図１３Ｄは、図１３Ａに示すパターンに対するＣＯＶに応じた１０４／００３のピーク強度の漸進的変化１３０６を示す。
【００７０】
図１３Ａは、異なるＣＯＶにおけるＬＣＯ陰極材料の全ＸＲＤのグラフを示す。図１３Ｂおよび図１３Ｃにおいて、００３のピークおよび１０４のピークが現れる回折角領域は、それぞれ拡大される。図１３Ｂおよび図１３Ｃにおける「未使用セル」の１８．９°および４５．２５°の比較的狭いピークは、完全にリチウム化されたＬＣＯの００３および１０４のピークにそれぞれ相当する。ＣＯＶが上昇すると、００３および１０４の両ピークは、２θのピーク角位置のより低い角度に変化し、より幅広となった。ピーク位置のそのような変化は、Ｌｉ１−ｘＣｏＯ２における残余のリチウム空格子点により生じる。六方相のｃ−パラメータは、リチウムがＬｉ１−ｘＣｏＯ２における０より大きく０．５より小さいｘの組成範囲においてＬＣＯから抽出されると増加する。別の顕著な特徴は、００３のピークが４．７Ｖ以上のＣＯＶにおいて２つのピークに分裂することにある。これは、ＬｉおよびＣｏのカチオンミキシング（ｃａｔｉｏｎ  ｍｉｘｉｎｇ）を含む不規則な位相の形成に関係する。図１３Ｃは、Ｉ１０４／Ｉ００３のピークの強度比のＣＯＶ依存性を示す。後者の比はＣＯＶに応じて増加し、これは陰極の過充電の劣化に応じたＬｉおよびＣｏのカチオンミキシングの割合の増加を示唆する。
【００７１】
図１４は、異なるＣＯＶにおけるＬＣＯ陰極のラマンスペクトル１４００を示す。図１４は、異なるＣＯＶのＬＣＯ陰極のラマン散乱（ＲＳ）プロフィールを示す。４８５ｃｍ−１および５９５ｃｍ−１で２つのラマンモードが観察され、層状岩塩型構造（［数７］の空間群）のＬｉ１−ｘＣｏＯ２に対応する分光学空間群（［数６］）のＥｇおよびＡ１ｇの両モードそれぞれに帰する。しかしながら、Ｆ２ｇモードに対応する特有の最も強力な６８８ｃｍ−１ピークがスペクトルからなくなると、純粋なスピネル構造体（Ｆｄ３ｍ空間群）の形成のＲＳ証拠はないであろう。したがって、カチオンミキシングはＣＯＶに応じて顕著に増加したが、純粋なスピネル相は生じなかった。
【００７２】
【数６】
2014526781.tif 000009
【００７３】
【数７】
2014526781.tif 000010
黒鉛陽極を後述する。
【００７４】
図１５は、過充電前後における黒鉛陽極のＸ線回折パターン１５００を示し、（ａ）は全パターン、（ｂ）は（００２）ピーク領域を示す。異なるＣＯＶにおける黒鉛陽極のＸＲＤグラフを、図１５（ａ）（完全なスペクトル）および図１５（ｂ）（００２のピーク領域）に示す。最初の未使用のセルと比較して、００２のピーク位置は、より低い回折角に変化し、また、ピークは増加したＣＯＶに応じて幅広となった。より低い角度への変化により、黒鉛構造に挿入された残余のリチウムに由来する空間により大きなグラフェン中間層が生じる。
【００７５】
図１６は、ＣＯＶ対黒鉛陽極の００２ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）の漸進的変化１６００を示す。図１６に示すような００２ピークの幅広化は、無秩序なグラフェン積層の増加に起因する。「未使用セル」の００２ピーク位置が２θ＝２６．４８°に当たり、これは中間層空間ｄ００２＝３．３６５Åに相当し、高結晶黒鉛のｄ００２＝３．３５０Åより僅かに高い。したがって、我々の試験セルに使用される黒鉛は、残余の不規則な乱層をなおいくらか含む。
【００７６】
図１７は、異なるＣＯＶにおける黒鉛陽極のラマンスペクトル１７００を示す。ＸＲＤの結果は、図１７に示されるラマン散乱のものと一致する。１３５０ｃｍ−１（Ｄモード）および１５９０ｃｍ−１（Ｇモード）における２つの活性モードは、多かれ少なかれ不規則な結晶構造を備えた黒鉛材料において例示的である。未使用のセルから取られた陽極材料における脆弱なＤモードのピークの存在は、上述したＸＲＤの結果と一致する。
【００７７】
図１８は、ＣＯＶに対する黒鉛陽極のラマンＤバンドおよびラマンＧバンドのＩＤ／ＩＧ強度比の漸進的変化１８００を示す。図１８に示すラマン活性モード強度比ＩＤ／ＩＧは、高圧劣化の際の不規則なグラフェン層の増加を示すＣＯＶに応じて増加する。
【００７８】
様々な実施形態によれば、放電状態におけるリチウムイオンセルに関する熱力学的研究が使用され、これにより、エントロピープロフィールおよびエンタルピープロフィールにおける劇的な変化が明示される。充電領域の特定の状態が、熱力学特性の変化がより明白であるところにおいて、特に０のＳＯＣおよび約８０％のＳＯＣにおいてわかる。さらに、４．５Ｖ乃至４．６ＶのＣＯＶにおける容量損失の急激な増加が見られ、これは、４．５Ｖ乃至４．６ＶのＣＯＶの範囲における電極および／または電解質の劣化の加速を示す。熱力学特性の変化は、一時的に陽極（０のＳＯＣ）および陰極（８０％のＳＯＣ）における結晶構造劣化に関係し、これは、ｘ−ｓｉｔｕ  ＸＲＤおよびラマン散乱分析によって確認される。黒鉛陽極側において、００２のＸＲＤのピークの変化はより低い角度に向かうことがわかり、これは黒鉛構造体に挿入された残余のリチウムとともに、不規則なグラフェン積層により生じるピークの幅広化を示し、結果はＲＳによって確認される。ＬＣＯ側において、００３の回折のピークのより低い角度への変化がわかり、これは、ＣＯＶが増加すると、ＬＣＯに相当量のリチウム空格子点があることを示唆し、さらに、ピークの幅広化、および分裂を示唆する。セルの放電状態においてリチウム化された黒鉛および脱リチウムされたＬＣＯが生じたことにより、「０」のＳＯＣにおいてより高いＯＣＶが観察されたことが説明される。それらの理論的な完全な放電状況におけるセルは、充電が利用可能ではないという逆説に対してなお部分的に充電される。
【００７９】
様々な実施形態によれば、高度な熱力学測定（以下、差分エントロピーおよび差分エンタルピー技術（ＤＥＥＴ）とも呼ぶ）が提供される。
ＳＯＨを含むバッテリ操作状況に関するより高い知識が得られる熱力学に基づいた技術（電気化学的熱力学測定システム（ＥＴＭＳ））が開発されている。様々な実施形態によれば、ＤＥＥＴ（次世代ＥＴＭＳ技術と考えられる）が提供される。
【００８０】
様々な実施形態によれば、装置および方法（ＤＥＥＴと呼ぶ）が提供され、これらにより電気化学的セル特性および挙動がより正確に評価され分析される。
方法は、自由エネルギー、エントロピーおよびエンタルピーのような派生的および差分の状態関数を含む熱力学データの処理に基づく。
【００８１】
派生的および差分の熱力学データは以下を含む電気化学システムに関係する異なる応用において使用されるが、これらに限定されるものではない。
−バッテリの健康の状態（ＳＯＨ）、
−バッテリの安全性のリスク評価、
−バッテリ劣化率、および
−電極材料の分析的な特性化。
【００８２】
様々な実施形態による測定を後述する。
様々な実施形態によれば、リチウムイオン電池（すなわち、セル）は以下のように試験される。リチウムイオン電池は、
１．４．２Ｖまで気温において数回サイクルされ、
２．続いて、
ａ）４．５Ｖまでの高圧（ＨＶまたは高圧劣化とも呼ぶ）、および
ｂ）１乃至４週間にわたる約６２℃での最初の充電状態における高温（ＨＴとも呼ぶ）劣化にさらされ、
３．その後、充電および放電中にエントロピーおよびエンタルピーを測定するためにＥＴＭＳ（例えば、登録商標ＢＡ−１０００を使用して）を使用して試験される。
４．結果は差分エントロピーおよび差分エンタルピー技術を使用して、暴露前の最初のバッテリと比較される。
【００８３】
様々な実施形態による差分エントロピーおよび差分エンタルピー技術（ＤＥＥＴ）の原理を後述する。
１．充電および放電中のエントロピー（およびエンタルピー）が測定される。
ａ）ＨＶおよびＨＴにそれらを暴露する前の最初のバッテリにおいて測定される。結果はエントロピーおよびエンタルピー、すなわちΔＳ０（ｘ）（エントロピー用）およびΔＨ０（ｘ）（エンタルピー用）をそれぞれ得るべく充電の状態（％のｘ）に対してプロットされる。
ｂ）ΔＳＥｘｐ（ｘ）（エントロピー用）およびΔＨｅｘｐ（ｘ）（エンタルピー用）を得るべくＨＶおよびＨＴに暴露（ｅｘｐ．）後のバッテリにおいて測定される。
２．差分エントロピーｄＳ（ｘ）および差分エンタルピーｄＨ（ｘ）は、それぞれ以下のように定義される。
【００８４】
【数８】
2014526781.tif 000011
【００８５】
【数９】
2014526781.tif 000012
図１９は、充電において２．７５Ｖ乃至４．２ＶにてサイクルしたバッテリにおけるＨＶおよびＨＴ前の最初の試験を示すグラフ１９００である。
【００８６】
図２０は、放電において２．７５Ｖ乃至４．２ＶにてサイクルしたバッテリにおけるＨＶおよびＨＴ前の最初の試験を示すグラフ２０００である。
図２１は、充電において２．７５Ｖ乃至４．５ＶにてサイクルしたバッテリにおけるＨＶ後の試験を示すグラフ２１００である。
【００８７】
図２２は、放電において２．７５Ｖ乃至４．５ＶにてサイクルしたバッテリにおけるＨＶ後の試験を示すグラフ２２００である。
図２３は、充電において、バッテリ１およびＨＶ１の比較におけるＨＶ後の試験を示すグラフ２３００である。
【００８８】
図２４は、放電において、バッテリ１およびＨＶ１の比較におけるＨＶ後の試験を示すグラフ２４００である。
図２５は、充電におけるバッテリ１およびＨＴバッテリ（１、２、および３週間の劣化）間の比較における数週間にわたる６２℃のＨＴ後の試験を示すグラフ２５００である。
【００８９】
図２６は、放電におけるバッテリ１およびＨＴバッテリ（１、２、および３週間の劣化）間の比較における数週間にわたる６２℃のＨＴ後の試験を示すグラフ２６００である。
図２７は、ＳＯＣ−ΔＳ−ΔＨプロットを示す３Ｄプロット２７００を示す。
【００９０】
図２８は、ＳＯＣ−ΔＳ−ΔＨプロットを示す３Ｄプロット２８００を示す。
図２９は、ＳＯＣ−ΔＳ−ΔＨプロットを示す３Ｄプロット２９００を示す。
ＯＣＶ測定および電量分析に基づく方法と比較して、３Ｄ表現（エントロピー、エンタルピー、ＳＯＣ）はバッテリＳＯＣ評価においてより高い解像度を提供することが分かる。後者はＳＯＣ決定に影響するバッテリＳＯＨを考慮に入れなくてもよい。
【００９１】
エントロピー・エンタルピー平面における３Ｄの曲線の突出部は、ＳＯＣの曲線を「吹き」、したがって解像度を増加させる。
３ＤプロットはＳＯＣに関して熱力学データの漸進的変化を視覚化するためにより好適である。３Ｄプロットにより、ＡＳ−ＡＨ平面におけるＳＯＣの突出部に起因するＳＯＣ評価のより高い解像度が得られる。「ループ」はＳＯＣ投影カーブにおいて観察されず、これは、バッテリの異なるＳＯＣ状態が同じエントロピーおよびエンタルピーを同時に有さないことを示す。
【００９２】
派生的なエントロピーおよび派生的なエンタルピーは、それぞれ以下の式により示される。
【００９３】
【数１０】
2014526781.tif 000013
【００９４】
【数１１】
2014526781.tif 000014
図３０は、充電において、１、２、および３週間の劣化におけるバッテリ１およびＨＴバッテリの派生的なエントロピーおよび派生的なエンタルピーを示すグラフ３０００である。
【００９５】
図３１は、充電において、２．７５Ｖ乃至４．５Ｖにてサイクルした４つのバッテリのＨＶ試験における差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ３１００である。
【００９６】
図３２は、放電において、２．７５Ｖ乃至４．５Ｖにてサイクルした４つのバッテリのＨＶ試験における差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ３２００である。
【００９７】
図３３は、放電において、（１、２、３、および４週間の劣化の）ＨＴにおける差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ３３００である。
図３４は、充電において、（１、２、３、および４週間の劣化の）ＨＴにおける差分エントロピーおよび差分エンタルピーを示すグラフ３４００である。
【００９８】
図３５は、ＳＯＣ（充電の状態）に応じた、約５％および約８０％の充電の状態における差分エントロピーピーク強度の漸進的変化を示すグラフ３５００である。図３５に、高圧劣化後の５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示す。
【００９９】
様々な実施形態によれば、健康の状態（ＳＯＨ）は、高圧充電等による加速した劣化後のセルの５％以下および８０％以下のＳＯＣにおける差分エントロピーのピークの漸進的変化を測定することにより決定される。２つのピーク強度は、より多くの陽極（５％のピーク）および陰極（８０％のピーク）の劣化を示すＣＯＶに応じて増加する。陽極および陰極に由来するバッテリ性能の減衰は分離される。さらに、陽極および陰極の劣化は同じ時間プロフィールに続かない。これは図３５に示される。
【０１００】
まとめると、差分エントロピー（およびエンタルピー）プロフィールにおける選択されたピーク強度は、陽極および陰極材料の劣化に対するバッテリの健康の状態を示すものである。
【０１０１】
様々な実施形態による装置および方法は、充電式バッテリを含むすべてのタイプのバッテリに応用され、ＬＩＢは例示に過ぎない。
様々な実施形態による差分エントロピーおよびエンタルピー技術（ＤＥＥＴ）により、長期にわたるサイクル、高圧過充電、および高温暴露の後の劣化時に、バッテリにおいて変化が拡大する。
【０１０２】
様々な実施形態によるＤＥＥＴは、上述したようにＥＴＭＳの補足的なものである。
様々な実施形態による方法および装置によって得られる結果は、高度に再生可能であり、高度に正確であり、高度に解決される。
【０１０３】
様々な実施形態によるＤＥＥＴは以下を評価するために適用される。すなわち、−バッテリの健康の状態（ＳＯＨ）、
−バッテリの危険性の状態、および
−電極材料の劣化の割合。
【０１０４】
ＤＥＥＴの主要市場における応用は、学究的、公立、私立、および産業を含む調査研究所を含む。バッテリユーザの産業はモバイルエレクトロニクス（例えば携帯電話、ラップトップＰＣ、遠隔測定）、ｅ−モビリティ（例えばＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＢＥＶ（バッテリ電気自動車）、電動バイク、電動スクータ、電動ボート）、電池電力貯蔵（例えば建物、スマートグリッド、グリーンエネルギー）、宇宙、航空宇宙、医療、およびＵＰＳ（無停電電源装置）を含む。
【０１０５】
様々な実施形態によるさらなる測定結果を後述する。
ＬＩＢの熱力学的妥当性に対する劣化の影響を後述する。
ＬＩＢのエントロピーおよびエンタルピーに対する熱劣化の影響を後述する。
【０１０６】
図３６は、６０℃および７０℃におけるＯＣＶ（開路電圧）電圧の劣化時間の比較を示すグラフ３６００である。
図３７は、６０℃および７０℃における容量対劣化時間の比較を示すグラフ３７００である。
【０１０７】
図３８は、充電および放電中における未使用のセルのＯＣＶ対（電圧）容量を示すグラフである。
図３９は、充電および放電中における未使用のセルのＯＣＶ対ＳＯＣを示すグラフ３９００である。
【０１０８】
図４０は、充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＳＯＣを示すグラフ４０００である。
図４１は、充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＳＯＣを示すグラフ４１００である。
【０１０９】
図４２は、充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＳＯＣを示すグラフ４２００である。
図４３は、充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＳＯＣを示すグラフ４３００である。
【０１１０】
図４４は、充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＯＣＶを示すグラフ４４００である。
図４５は、充電および放電中における未使用のセルのエントロピー対ＯＣＶを示すグラフ４５００である。
【０１１１】
図４６は、充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＯＣＶを示すグラフ４６００である。
図４７は、充電および放電中における未使用のセルのエンタルピー対ＯＣＶを示すグラフ４７００である。
【０１１２】
図４８は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのＯＣＶプロフィール対容量を示すグラフ４８００である。
図４９は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのＯＣＶプロフィール対容量を示すグラフ４９００である。
【０１１３】
同じセルにおけるエントロピー対ＳＯＣを後述する。
図５０は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ５０００である。
【０１１４】
図５１は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ５１００である。
図５２は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ５２００である。
【０１１５】
図５３は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対ＳＯＣを示すグラフ５３００である。
図５４は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対容量を示すグラフ５４００である。
【０１１６】
図５５は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対容量を示すグラフ５５００である。
図５６は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対容量を示すグラフ５６００である。
【０１１７】
図５７は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対容量を示すグラフ５７００である。
図５０は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ５８００である。
【０１１８】
図５９は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエントロピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ５９００である。
図６０は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルロピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ６０００である。
【０１１９】
図６１は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルロピープロフィール対ＯＣＶを示すグラフ６１００である。
図６２は、６０℃にて劣化したセルにおいて、所定劣化時間に応じた、８０％のＳＯＣにおけるエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の漸進的変化を示すグラフ６２００である。
【０１２０】
図６３は、７０℃にて劣化したセルにおいて、所定劣化時間に応じた、８０％のＳＯＣにおけるエントロピーおよびエンタルピーのピーク強度の漸進的変化を示すグラフ６３００である。
【０１２１】
図６４は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対エントロピーを示すグラフ６４００である。
図６５は、充電中における６０℃にて劣化したＬＩＢのエンタルピープロフィール対エントロピーを示すグラフ６５００である。
【０１２２】
図６６は、６０℃で劣化したセルのＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示すグラフ６６００である。
図６７は、７０℃で劣化したセルのＬｉＣｏＯ２のＸ線回折パターンを示すグラフ６７００である。
【０１２３】
黒鉛におけるＸＲＤを後述する。
図６８は、６０℃で劣化したセルの黒鉛陽極のＸ線回折パターンを示すグラフ６８００である。
【０１２４】
図６９は、６０℃で劣化したセルにおける劣化時間に対する黒鉛陽極の００２のピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）の漸進的変化を示すグラフ６９００である。
図７０は、７０℃で劣化したセルの黒鉛陽極のＸ線回折パターンを示すグラフ７０００である。
【０１２５】
図７１は、７０℃で劣化したセルにおける劣化時間に対する黒鉛陽極の００２のピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）の漸進的変化を示すグラフ７１００である。
様々な実施形態による差分熱力学的方法をさらに後述する。
【０１２６】
差分プロパティは以下により求められる（Ｓはエントロピーに関係し、Ｈはエンタルピーに関係する）。
【０１２７】
【数１２】
2014526781.tif 000015
【０１２８】
【数１３】
2014526781.tif 000016
図７２は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢの差分エントロピー対ＳＯＣを示すグラフ７２００である。
【０１２９】
図７３は、充電中における７０℃にて劣化したＬＩＢの差分エンタルピー対ＳＯＣを示すグラフ７３００である。
図７４は、５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ７４００である。
【０１３０】
図７５は、５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ７５００である。
ＬＩＢのエントロピーおよびエンタルピーに対する高圧劣化の影響をさらに後述する。
【０１３１】
図７６は、過充電後のＬＩＢの差分エントロピー対充電中におけるＳＯＣを示すグラフ７６００である。
差分エントロピー測定法および差分エンタルピー測定法を後述する。
【０１３２】
図７７は、過充電後のＬＩＢの差分エンタルピー対充電中におけるＳＯＣを示すグラフ７７００である。
図７８は、５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ７８００である。
【０１３３】
図７９は、５％および８０％のＳＯＣピークにおける差分エントロピーの比較を示すグラフ７９００である。
ＬＩＢのエントロピーおよびエンタルピーに対する熱劣化の影響を後述する。
【０１３４】
図８０は、Ｃ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルの容量対サイクル数を示すグラフ８０００である。
図８１は、５００サイクルまでにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルのエントロピープロフィールを示すグラフ８１００である。
【０１３５】
図８２は、５００サイクルにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルのエンタルピープロフィールを示すグラフ８２００である。
図８３は、５００サイクルにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルの差分エントロピーを示すグラフ８３００である。
【０１３６】
図８４は、５００サイクルにおけるＣ／２レートでサイクルしたＬＩＢセルの差分エンタルピーを示すグラフ８４００である。
本発明を所定の実施形態に関して特に開示し上述したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の精神および範囲を逸脱することなく態様および詳細に様々な変更が可能であることを理解するであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってこのように示される。また、したがって、請求項の等価の意味および範囲内に来る変更はすべて、包含されるように意図される。
【図１】
2014526781.tif 000017
【図２】
2014526781.tif 000018
【図３】
2014526781.tif 000019
【図４】
2014526781.tif 000020
【図５】
2014526781.tif 000021
【図６】
2014526781.tif 000022
【図７】
2014526781.tif 000023
【図８】
2014526781.tif 000024
【図９】
2014526781.tif 000025
【図１０】
2014526781.tif 000026
【図１１】
2014526781.tif 000027
【図１２】
2014526781.tif 000028
【図１３Ａ】
2014526781.tif 000029
【図１３Ｂ】
2014526781.tif 000030
【図１３Ｃ】
2014526781.tif 000031
【図１３Ｄ】
2014526781.tif 000032
【図１４】
2014526781.tif 000033
【図１５】
2014526781.tif 000034
【図１６】
2014526781.tif 000035
【図１７】
2014526781.tif 000036
【図１８】
2014526781.tif 000037
【図１９】
2014526781.tif 000038
【図２０】
2014526781.tif 000039
【図２１】
2014526781.tif 000040
【図２２】
2014526781.tif 000041
【図２３】
2014526781.tif 000042
【図２４】
2014526781.tif 000043
【図２５】
2014526781.tif 000044
【図２６】
2014526781.tif 000045
【図２７】
2014526781.tif 000046
【図２８】
2014526781.tif 000047
【図２９】
2014526781.tif 000048
【図３０】
2014526781.tif 000049
【図３１】
2014526781.tif 000050
【図３２】
2014526781.tif 000051
【図３３】
2014526781.tif 000052
【図３４】
2014526781.tif 000053
【図３５】
2014526781.tif 000054
【図３６】
2014526781.tif 000055
【図３７】
2014526781.tif 000056
【図３８】
2014526781.tif 000057
【図３９】
2014526781.tif 000058
【図４０】
2014526781.tif 000059
【図４１】
2014526781.tif 000060
【図４２】
2014526781.tif 000061
【図４３】
2014526781.tif 000062
【図４４】
2014526781.tif 000063
【図４５】
2014526781.tif 000064
【図４６】
2014526781.tif 000065
【図４７】
2014526781.tif 000066
【図４８】
2014526781.tif 000067
【図４９】
2014526781.tif 000068
【図５０】
2014526781.tif 000069
【図５１】
2014526781.tif 000070
【図５２】
2014526781.tif 000071
【図５３】
2014526781.tif 000072
【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
2014526781.tif 000077
【図５９】
2014526781.tif 000078
【図６０】
2014526781.tif 000079
【図６１】
2014526781.tif 000080
【図６２】
2014526781.tif 000081
【図６３】
2014526781.tif 000082
【図６４】
2014526781.tif 000083
【図６５】
2014526781.tif 000084
【図６６】
2014526781.tif 000085
【図６７】
2014526781.tif 000086
【図６８】
2014526781.tif 000087
【図６９】
2014526781.tif 000088
【図７０】
2014526781.tif 000089
【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
2014526781.tif 000092
【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
2014526781.tif 000095
【図７７】
2014526781.tif 000096
【図７８】
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【図７９】
2014526781.tif 000098
【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
2014526781.tif 000102
【図８４】
2014526781.tif 000103
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月26日(2013.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを試験するための装置であって、
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーまたは前記バッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも１つを決定するように構成された判定回路と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定された前記派生的なエントロピーまたは前記差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路とを備えることを特徴とするバッテリ試験装置。
【請求項２】
前記バッテリを充電するように構成された充電回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バッテリを放電するように構成された放電回路をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記バッテリを加熱するように構成されたヒーター回路、および前記バッテリを冷却するように構成された冷却回路のうちの少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記バッテリのエントロピーを測定するように構成されたエントロピー測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記バッテリのエンタルピーを測定するように構成されたエンタルピー測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに、使用済みのバッテリのエントロピーを測定するように構成されたエントロピー測定回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記新しいバッテリの前記エントロピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エントロピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エントロピーを決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定するように構成されたエンタルピー測定回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記新しいバッテリの前記エンタルピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エンタルピーの前記測定に基づいて前記バッテリの差分エンタルピーを決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーを決定するようにさらに構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エンタルピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エントロピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置はチップであることを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記チップは前記バッテリに埋め込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記チップはバッテリモジュールに埋め込まれていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記チップはバッテリパックに埋め込まれていることを特徴とする請求項１３乃至１５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
バッテリを試験するための方法であって、
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーおよび前記バッテリの差分エントロピーのうちの少なくとも一方を決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定された前記派生的なエントロピーおよび前記差分エントロピーのうちの少なくとも一方に基づいてバッテリの健康状態を評価する工程とを含むことを特徴とするバッテリ試験方法。
【請求項１８】
前記バッテリを充電する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記バッテリを放電する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッテリを加熱する工程および前記バッテリを冷却する工程のうちの少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記バッテリのエントロピーを測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記バッテリのエンタルピーを測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエントロピーを測定する工程と、
前記新しいバッテリの前記エントロピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エントロピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エントロピーを決定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定する工程と、
前記新しいバッテリの前記エンタルピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エンタルピーの前記測定に基づいて前記バッテリの差分エンタルピーを決定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エンタルピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エントロピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１７乃至２７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
バッテリを試験するための装置であって、
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーまたは前記バッテリの差分エンタルピーのうちの少なくとも一方を決定するように構成された判定回路と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記決定された前記バッテリの前記派生的なエンタルピーまたは前記差分エンタルピーのうちの少なくとも一方に基づいて前記バッテリの健康状態を評価するように構成された評価回路とを備えることを特徴とするバッテリ試験装置。
【請求項３０】
前記バッテリを充電するように構成された充電回路をさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記バッテリを放電するように構成された放電回路をさらに備えることを特徴とする請求項２９または３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記バッテリを加熱するように構成されたヒーター回路、および前記バッテリを冷却するように構成された冷却回路のうちの少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項２９乃至３１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記バッテリのエントロピーを測定するように構成されたエントロピー測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項２９乃至３２のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記バッテリのエンタルピーを測定するように構成されたエンタルピー測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項２９乃至３３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに、使用済みのバッテリのエントロピーを測定するように構成されたエントロピー測定回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記新しいバッテリの前記エントロピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エントロピーの前記測定に基づいて前記バッテリの差分エントロピーを決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項２９乃至３４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定するように構成されたエンタルピー測定回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記新しいバッテリの前記エンタルピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エンタルピーの前記測定に基づいて前記バッテリの前記差分エンタルピーを決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項２９乃至３５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーを決定するようにさらに構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項２９乃至３６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項２９乃至３７のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項３９】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エンタルピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項２９乃至３８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４０】
前記判定回路は前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エントロピーを決定するように構成され、
前記評価回路は前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価するように構成されることを特徴とする請求項２９乃至３９のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記装置はチップであることを特徴とする請求項２９乃至４０のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
前記チップは前記バッテリに埋め込まれていることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記チップはバッテリモジュールに埋め込まれていることを特徴とする請求項４１または４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記チップはバッテリパックに埋め込まれていることを特徴とする請求項４１乃至４３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
バッテリを試験するための方法であって、
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーまたは前記バッテリの差分エンタルピーのうちの少なくとも一方を決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定された前記派生的なエンタルピーまたは前記差分エンタルピーのうちの少なくとも一方に基づいて前記バッテリの健康状態を評価する工程とを含むことを特徴とするバッテリ試験方法。
【請求項４６】
前記バッテリを充電する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記バッテリを放電する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４５または４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記バッテリを加熱する工程および前記バッテリを冷却する工程のうちの少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至４７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記バッテリのエントロピーを測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至４８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記バッテリのエンタルピーを測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至４９のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５１】
新しいバッテリのエントロピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエントロピーを測定する工程と、
前記新しいバッテリの前記エントロピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エントロピーの前記測定に基づいて前記バッテリの差分エントロピーを決定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至５０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
新しいバッテリのエンタルピーを測定するとともに使用済みのバッテリのエンタルピーを測定する工程と、
前記新しいバッテリの前記エンタルピーの前記測定および前記使用済みのバッテリの前記エンタルピーの前記測定に基づいて前記バッテリの差分エンタルピーを決定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至５１のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエンタルピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至５２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの派生的なエントロピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した派生的なエントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至５３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エンタルピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エンタルピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項３０乃至５４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記バッテリの複数の充電状態における前記バッテリの差分エントロピーを決定する工程と、
前記バッテリの前記複数の充電状態における前記バッテリの前記決定した差分エントロピーに基づいて前記バッテリの前記健康状態を評価する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４５乃至５５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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