(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の退化度推定装置であって、
二次電池の電流を測定して出力する電流測定部と、
二次電池の温度を測定して出力する温度測定部と、
前記電流測定部及び前記温度測定部と動作可能に結合された制御部とを備えてなり、
前記制御部は、
前記電流測定部及び前記温度測定部から電流測定信号及び温度測定信号の入力を受けて二次電池の電流及び温度を決定し、
前記二次電池の電流から二次電池の充電状態を決定し、
前記二次電池の電流を用いて二次電池の動作状態をカレンダー状態とサイクル状態のいずれか一方に決定し、
前記二次電池がカレンダー状態にある間は前記決定された充電状態及び温度に対応する予め定義されたカレンダー退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してカレンダー状態におけるカレンダー退化度を決定し、
前記二次電池がサイクル状態にある間は二次電池の充電状態、温度及び電流に対応する予め定義されたサイクル退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してサイクル状態におけるサイクル退化度を決定し、
前記決定されたカレンダー退化度と前記決定されたサイクル退化度とに対し、カレンダー状態が維持されたカレンダー時間とサイクル状態が維持されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して加重平均値を計算し、
計算された加重平均値を二次電池の退化度として決定するように構成されてなることを特徴とする、二次電池の退化度推定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記二次電池がカレンダー状態にある間は一定基準時間が経過する度に、次の動作、即ち、
（ｉ）前記二次電池の充電状態及び温度を用いて前記基準時間中のカレンダー退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定する動作、
（ii）前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する動作
、
（iii）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記カレンダー退化度プロファイルを用いてカレンダー退化度変化量を決定する動作、及び
（iv）前記決定されたカレンダー退化度変化量を直前に決定されたカレンダー退化度に
積算して二次電池のカレンダー退化度を決定する動作、を周期的に行うように構成されてなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で直前に決定されたカレンダー退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定するように構成されてなることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記二次電池がサイクル状態にある間は一定基準時間が経過する度に、次の動作、即ち、
（ｉ）前記二次電池の充電状態、温度及び電流を用いて前記基準時間中のサイクル退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定する動作、
（ii）前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する動作、
（iii）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記サイクル退化度プロファイルを用いてサイクル退化度変化量を決定する動作、及び
（iv）前記決定されたサイクル退化度変化量を直前に決定されたサイクル退化度に積算
して二次電池のサイクル退化度を決定する動作を行うように構成されてなることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で直前に計算されたサイクル退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定するように構成されてなることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、対数スケールが適用されたカレンダー時間と対数スケールが適用されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算するように構成されてなることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項７】
前記制御部と動作可能に結合されたメモリ部をさらに備えてなり、
前記制御部は、前記二次電池の決定された退化度を前記メモリ部に保存するように構成されてなることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項８】
前記制御部と動作可能に結合された通信部をさらに備えてなり、
前記制御部は、前記二次電池の決定された退化度を前記通信部を通じて外部に出力するように構成されてなることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
【請求項９】
二次電池の退化度推定方法であって、
（ａ）電流測定部及び温度測定部を用いて二次電池の電流及び温度を決定する段階と、
（ｂ）前記二次電池の電流から二次電池の充電状態を決定する段階と、
（ｃ）前記二次電池の電流を用いて二次電池の動作状態をカレンダー状態とサイクル状態のいずれか一方に決定する段階と、
（ｄ）前記二次電池がカレンダー状態にある間は前記決定された充電状態及び温度に対応する予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定し、前記決定されたカレンダー退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してカレンダー状態におけるカレンダー退化度を決定する段階と、
（ｅ）前記二次電池がサイクル状態にある間は前記決定された充電状態、温度及び電流に対応する予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定し、前記決定されたサイクル退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してサイクル状態におけるサイクル退化度を決定する段階と、
（ｆ）前記決定されたカレンダー退化度と前記決定されたサイクル退化度とに対し、カレンダー状態が維持されたカレンダー時間とサイクル状態が維持されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して加重平均値を計算して、前記計算された加重平均値を二次電池の退化度として決定する段階とを含んでなることを特徴とする、二次電池の退化度推定方法。
【請求項１０】
前記（ｄ）段階は、
（ｄ１）前記二次電池の充電状態及び温度を用いて前記基準時間中のカレンダー退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定する段階と、
（ｄ２）前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する段階と、
（ｄ３）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記カレンダー退化度プロファイルを用いてカレンダー退化度変化量を決定する段階と、及び
（ｄ４）前記決定されたカレンダー退化度変化量を積算して二次電池のカレンダー退化度を決定する段階と、を繰り返して行うことにより、前記カレンダー退化度を周期的に更新する段階であることを特徴とする、請求項９に記載の二次電池の退化度推定方法。
【請求項１１】
前記（ｄ２）段階は、前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で直前の計算周期で決定されたカレンダー退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定する段階であることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池の退化度推定方法。
【請求項１２】
前記（ｅ）段階は、
（ｅ１）前記二次電池の充電状態、温度、及び電流を用いて前記基準時間中のサイクル退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定する段階と、
（ｅ２）前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する段階と、
（ｅ３）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記サイクル退化度プロファイルを用いてサイクル退化度変化量を決定する段階と、及び
（ｅ４）前記決定されたサイクル退化度変化量を積算して二次電池のサイクル退化度を決定する段階と、を繰り返して行うことにより、前記サイクル退化度を周期的に更新する段階であることを特徴とする、請求項９〜１１の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定方法。
【請求項１３】
前記（ｅ２）段階は、前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で直前の計算周期で決定されたサイクル退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定する段階であることを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池の退化度推定方法。
【請求項１４】
前記（ｆ）段階において、前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、対数スケールが適用されたカレンダー時間と対数スケールが適用されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算することを特徴とする、請求項９〜１３の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定方法。
【請求項１５】
前記（ｆ）段階の後に、
前記決定された二次電池の退化度をメモリ部に保存する段階、又は、
前記決定された二次電池の退化度を、通信部を通じて外部に出力する段階をさらに含んでなることを特徴とする、請求項９〜１４の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の退化度（Ｄｅｇｒｅｅ−Ｏｆ−Ａｇｉｎｇ；ＤＯＡ）を推定する装置及び方法に関し、より詳しくは、二次電池が充放電するサイクル（ｃｙｃｌｅ）状態にある間と無負荷状態であるカレンダー（ｃａｌｅｎｄａｒ）状態にある間との退化度変化量を個別的に積算して、より正確に退化度を推定することができる装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年８月２１日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１１８１３６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】
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、デジカメ、ビデオカメラ、タブレットパソコン、電動工具などのよう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ー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、二次電池の使用領域はますます拡がっている。
【０００４】
一般に、二次電池は、外装材内に電極組立体を電解質とともに密封し、極性が異なる２個の電極端子を外部に露出させた構造を有する。前記電極組立体は、複数の単位セルを含み、単位セルは少なくとも負極板と正極板との間に多孔性分離膜が介在された構造を有する。前記負極板と正極板とには電気化学的反応に参加する活物質がコーティングされており、活物質と電解質との電気化学的反応によって二次電池が充電または放電する。
【０００５】
一方、二次電池の容量はＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ Ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態の容量が継続的に維持されるのではなく、 カレンダー時間またはサイクル時間が経過するにつれて減少する。ここで、カレンダー時間は二次電池が無負荷状態を維持した累積時間を意味し、サイクル時間は二次電池が充電または放電を繰り返した累積時間を意味する。二次電池の容量減少は、退化度によって定量的に計算することができる。退化度は、ＢＯＬ状態の容量に対する現在状態の容量減少量の比率で定義することができる。退化度は二次電池の交替周期を見積る尺度である。すなわち、退化度が臨界値を超えれば、二次電池の容量が著しく低下したことを意味するため、二次電池を新たなものに交替しなければならない。
【０００６】
二次電池は、充放電中の状態、すなわちサイクル状態だけでなく、無負荷状態、すなわちカレンダー状態でも退化が進行する。二次電池が無負荷状態であっても、電極にコーティングされた活物質と電解質との非可逆的変性、負極の表面に形成されたＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）層の厚さ増加などによって二次電池の容量が低減するためである。
【０００７】
また、二次電池の退化速度は後者の場合よりも前者の場合が一層速い。二次電池がサイクル状態にあれば、充電または放電電流が流れる過程でジュール熱が発生し、作動イオン（リチウム電池の場合、Ｌｉイオン）が電極で吸蔵または放出する過程で活物質と電解質との非可逆的変性がさらに速く行われるためである。
【０００８】
二次電池の退化度は、二次電池の容量を測定し、ＢＯＬ容量を基準にして測定された容量の差を計算することで決定することができる。
【０００９】
参考までに、二次電池の容量は、二次電池が完全に放電したとき、充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）が１００％になるまで充電し、その過程で二次電池に流れ込む充電電流を積算して計算することができる。
【００１０】
しかし、二次電池の実際の使用環境では二次電池が完全に放電することはあまりなく、電流センサの誤差のため二次電池の容量を正確に決定し難い。
【００１１】
したがって、本発明が属した技術分野では二次電池の退化度を間接的に推定可能な多様な方法が開発されているが、そのうちの１つが退化度積算モデルを用いる方法である。
【００１２】
前記退化度積算モデルは、図１に示されたように、二次電池の動作条件、例えば充電状態（ＳＯＣ）、温度、Ｃ−レートなどによって複数の退化度プロファイル（△ｙ1（ｔ）、△ｙ2（ｔ）…、△ｙn（ｔ））を予め定義しておく。
【００１３】
また、前記退化度積算モデルは、二次電池の動作中に動作条件を識別し、識別された動作条件に対応する退化度プロファイルを選択して、前記動作条件が維持される間には前記識別された退化度プロファイルを用いて二次電池の退化度変化量を決定する。そして、前記退化度積算モデルは、動作条件の変更毎に決定された退化度変化量を積算することで、現在時点の退化度を決定する。
【００１４】
図１を参照すれば、例えば、退化が殆ど起きていないＢＯＬ状態の二次電池が特定動作条件でΔｔ1時間サイクル状態を維持し、その動作条件に対応する退化度プロファイルが△ｙn-k（ｔ）（ここで、１≦ｋ≦ｎ−１）曲線であれば、二次電池は点Ｐ0に対応する退化度（０％）から点Ｐ1に対応する退化度であるＧ1％まで△ｙn-k（ｔ）曲線の実線部分に沿って退化度が増加する。すなわち、二次電池の退化度はΔｔ1時間にＧ1％ほど増加する。
【００１５】
一方、時間Δｔ1が経過したとき、二次電池の動作条件が変更され、変更された動作条件に対応する退化度プロファイルが△ｙ2（ｔ）曲線であれば、時間Δｔ1以後は△ｙ2（ｔ）曲線に沿って二次電池の退化度が増加する。ただし、退化度は連続的に増加しなければならないため、変更された動作条件で退化度計算が始まる時間の位置は点Ｐ1から点Ｐ2に変わる。以下、変更された退化度プロファイルにおいて、点Ｐ2のように、退化度増加の基準になる時間を基準等価時間と称する。もし、変更された動作条件がΔｔ2時間維持されれば、二次電池の退化度は点Ｐ2に対応する退化度であるＧ1％から点Ｐ3に対応する退化度であるＧ2％まで△ｙ2（ｔ）曲線の実線部分に沿って増加する。したがって、二次電池の退化度はΔｔ2時間に（Ｇ2−Ｇ1）％ほど増加し、退化度変化量を以前の退化度であるＧ1％と積算すれば、現在の退化度はＧ2％になる。
【００１６】
また、時間Δｔ1＋Δｔ2が経過したとき、二次電池の動作条件がさらに変更され、変更された動作条件に対応する退化度プロファイルが△ｙ1（ｔ）曲線であれば、時間Δｔ1＋Δｔ2以後には△ｙ1（ｔ）曲線に沿って二次電池が退化する。ただし、退化度は連続的に増加しなければならないため、△ｙ1（ｔ）曲線で基準等価時間は点Ｐ4に対応する時間に変わる。もし、変更された動作条件がΔｔ3時間維持されれば、二次電池の退化度は点Ｐ4に対応する退化度であるＧ2％から点Ｐ5に対応する退化度であるＧ3％まで△ｙ1（ｔ）曲線の実線部分に沿って増加する。したがって、二次電池の退化度はΔｔ3時間に（Ｇ3−Ｇ2）％ほど増加し、該退化度変化量を以前の退化度であるＧ2％と積算すれば、現在の退化度はＧ3％になる。
【００１７】
このように二次電池の動作条件が変更されたとき、退化度プロファイルを変更し、変更された退化度プロファイル上で直前まで積算された退化度に対応する基準等価時間を決定し、変更された動作条件が維持される間前記変更されたプロファイルを用いて二次電池の退化度増加量を決定して直前の退化度に積算し、退化度を更新する過程が繰り返される。
【００１８】
しかし、従来の退化度積算モデルは、二次電池がサイクル状態にあるときとカレンダー状態にあるときとを区分せずに退化度変化量を積算するため、退化度が実際より低く推定される問題がある。その原因は、変更された退化度プロファイルの基準等価時間が急に増加すれば、プロファイルの傾きの変化も急に小くなって、退化度変化量が実際より過小に計算されるためである。
【００１９】
例えば、上述した例において、時間Δｔ1が経過したとき、二次電池の動作条件が変更されて、退化度の計算に用いられる退化度プロファイルがΔｙn-k（ｔ）曲線から傾きが最も緩いΔｙn（ｔ）曲線に変われば、基準等価時間が点Ｐ6に対応する時間に急に増加する。
【００２０】
ところが、Δｙn（ｔ）曲線は他の曲線よりプロファイルの傾きが最も緩い。したがって、Δｙn（ｔ）曲線に対応する動作条件が相対的に長いΔｔ4時間維持されても、二次電池の退化度は点Ｐ7に対応する退化度まで増加するだけであるため、時間変化量に対する退化度の変化量がかなり小さい。したがって、傾きの変化が小さい退化度プロファイルを用いて退化度を積算するほど、退化度変化量が過小に計算されて退化度の推定誤差がその分増加するようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであり、改善された退化度積算モデルを用いて退化度推定の精度を従来より向上させることができる二次電池の退化度推定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の退化度推定装置は、二次電池の電流を測定して出力する電流測定部；二次電池の温度を測定して出力する温度測定部；及び前記電流測定部及び前記温度測定部と動作可能に結合された制御部を含む。
〔本発明の一の態様〕
〔１〕  二次電池の退化度推定装置であって、
二次電池の電流を測定して出力する電流測定部と、
二次電池の温度を測定して出力する温度測定部と、
前記電流測定部及び前記温度測定部と動作可能に結合された制御部とを備えてなり、
前記制御部は、
前記電流測定部及び前記温度測定部から電流測定信号及び温度測定信号の入力を受けて二次電池の電流及び温度を決定し、
前記二次電池の電流から二次電池の充電状態を決定し、
前記二次電池の電流を用いて二次電池の動作状態をカレンダー状態とサイクル状態のいずれか一方に決定し、
前記二次電池がカレンダー状態にある間は前記決定された充電状態及び温度に対応する予め定義されたカレンダー退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してカレンダー状態におけるカレンダー退化度を決定し、
前記二次電池がサイクル状態にある間は二次電池の充電状態、温度及び電流に対応する予め定義されたサイクル退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してサイクル状態におけるサイクル退化度を決定し、
前記決定されたカレンダー退化度と前記決定されたサイクル退化度とに対し、カレンダー状態が維持されたカレンダー時間とサイクル状態が維持されたサイクル時間とを基準に加重平均値を計算し、
計算された加重平均値を二次電池の退化度として決定するように構成されてなることを特徴とする、二次電池の退化度推定装置。
〔２〕  前記制御部は、前記二次電池がカレンダー状態にある間は一定基準時間が経過する度に、次の動作、即ち、
（i）前記二次電池の充電状態及び温度を用いて前記基準時間中のカレンダー退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定する動作、
（ii）前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する動作、
（iii）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記カレンダー退化度プロファイルを用いてカレンダー退化度変化量を決定する動作、及び
（iv）前記決定されたカレンダー退化度変化量を直前に決定されたカレンダー退化度に積算して二次電池のカレンダー退化度を決定する動作、を周期的に行うように構成されてなることを特徴とする、〔１〕に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔３〕  前記制御部は、前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で直前に決定されたカレンダー退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定するように構成されてなることを特徴とする、〔２〕に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔４〕  前記制御部は、前記二次電池がサイクル状態にある間は一定基準時間が経過する度に、次の動作、即ち、
（i）前記二次電池の充電状態、温度及び電流を用いて前記基準時間中のサイクル退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定する動作、
（ii）前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する動作、
（iii）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記サイクル退化度プロファイルを用いてサイクル退化度変化量を決定する動作、及び
（iv）前記決定されたサイクル退化度変化量を直前に決定されたサイクル退化度に積算して二次電池のサイクル退化度を決定する動作を行うように構成されてなることを特徴とする、〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔５〕  前記制御部は、前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で直前に計算されたサイクル退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定するように構成されてなることを特徴とする、〔４〕に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔６〕  前記制御部は、前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、前記カレンダー時間と前記サイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算するか、又は、
前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、対数スケールが適用されたカレンダー時間と対数スケールが適用されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算するように構成されてなることを特徴とする、〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔７〕  前記制御部と動作可能に結合されたメモリ部をさらに備えてなり、
前記制御部は、前記二次電池の決定された退化度を前記メモリ部に保存するように構成されてなることを特徴とする、〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔８〕  前記制御部と動作可能に結合された通信部をさらに備えてなり、
前記制御部は、前記二次電池の決定された退化度を前記通信部を通じて外部に出力するように構成されてなることを特徴とする、〔１〕〜〔７〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定装置。
〔９〕  二次電池の退化度推定方法であって、
（ａ）電流測定部及び温度測定部を用いて二次電池の電流及び温度を決定する段階と、
（ｂ）前記二次電池の電流から二次電池の充電状態を決定する段階と、
（ｃ）前記二次電池の電流を用いて二次電池の動作状態をカレンダー状態とサイクル状態のいずれか一方に決定する段階と、
（ｄ）前記二次電池がカレンダー状態にある間は前記決定された充電状態及び温度に対応する予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定し、前記決定されたカレンダー退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してカレンダー状態におけるカレンダー退化度を決定する段階と、
（ｅ）前記二次電池がサイクル状態にある間は前記決定された充電状態、温度及び電流に対応する予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定し、前記決定されたサイクル退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してサイクル状態におけるサイクル退化度を決定する段階と、
（ｆ）前記決定されたカレンダー退化度と前記決定されたサイクル退化度とに対し、カレンダー状態が維持されたカレンダー時間とサイクル状態が維持されたサイクル時間とを基準に加重平均値を計算して、前記計算された加重平均値を二次電池の退化度として決定する段階とを含んでなることを特徴とする、二次電池の退化度推定方法。
〔１０〕  前記（ｄ）段階は、
（ｄ１）前記二次電池の充電状態及び温度を用いて前記基準時間中のカレンダー退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定する段階と、
（ｄ２）前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する段階と、
（ｄ３）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記カレンダー退化度プロファイルを用いてカレンダー退化度変化量を決定する段階と、及び
（ｄ４）前記決定されたカレンダー退化度変化量を積算して二次電池のカレンダー退化度を決定する段階と、を繰り返して行うことにより、前記カレンダー退化度を周期的に更新する段階であることを特徴とする、〔９〕に記載の二次電池の退化度推定方法。
〔１１〕  前記（ｄ２）段階は、前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で直前の計算周期で決定されたカレンダー退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定する段階であることを特徴とする、〔１０〕に記載の二次電池の退化度推定方法。
〔１２〕  前記（ｅ）段階は、
（ｅ１）前記二次電池の充電状態、温度、及び電流を用いて前記基準時間中のサイクル退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定する段階と、
（ｅ２）前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する段階と、
（ｅ３）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記サイクル退化度プロファイルを用いてサイクル退化度変化量を決定する段階と、及び
（ｅ４）前記決定されたサイクル退化度変化量を積算して二次電池のサイクル退化度を決定する段階と、を繰り返して行うことにより、前記サイクル退化度を周期的に更新する段階であることを特徴とする、〔９〕〜〔１１〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定方法。
〔１３〕  前記（ｅ２）段階は、前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で直前の計算周期で決定されたサイクル退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定する段階であることを特徴とする、〔１２〕に記載の二次電池の退化度推定方法。
〔１４〕  前記（ｆ）段階において、
前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、前記カレンダー時間と前記サイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算するか、又は、
前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、対数スケールが適用されたカレンダー時間と対数スケールが適用されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算することを特徴とする、〔９〕〜〔１３〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定方法。
〔１５〕  前記（ｆ）段階の後に、
前記決定された二次電池の退化度をメモリ部に保存する段階、又は、
前記決定された二次電池の退化度を、前記通信部を通じて外部に出力する段階をさらに含んでなることを特徴とする、〔９〕〜〔１４〕の何れか一項に記載の二次電池の退化度推定方法。
【００２３】
望ましくは、前記制御部は、前記電流測定部及び前記温度測定部から電流測定信号及び温度測定信号の入力を受けて二次電池の電流及び温度を決定し；前記二次電池の電流から二次電池の充電状態を決定し；前記二次電池の電流を用いて二次電池の動作状態をカレンダー状態とサイクル状態のいずれか一方に決定し；前記二次電池がカレンダー状態にある間は前記決定された充電状態及び温度に対応する予め定義されたカレンダー退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してカレンダー状態におけるカレンダー退化度を決定し；前記二次電池がサイクル状態にある間は二次電池の充電状態、温度及び電流に対応する予め定義されたサイクル退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してサイクル状態におけるサイクル退化度を決定し；前記決定されたカレンダー退化度と前記決定されたサイクル退化度とに対し、カレンダー状態が維持されたカレンダー時間とサイクル状態が維持されたサイクル時間とを基準に加重平均値を計算して、計算された加重平均値を二次電池の退化度として決定するように構成される。
【００２４】
一態様によれば、前記制御部は、前記二次電池の電流からＣ−レートを決定し、前記Ｃ−レートが０であれば、二次電池の動作状態をカレンダー状態に決定し、前記Ｃ−レートが０でなければ、二次電池の動作状態をサイクル状態に決定するように構成することができる。
【００２５】
他の態様によれば、前記制御部は、前記二次電池の電流を積算して二次電池の充電状態を決定するように構成することができる。
【００２６】
望ましくは、前記制御部は、前記二次電池がカレンダー状態にある間は一定基準時間が経過する度に、次の（ｉ）〜（iv）の動作を周期的に行うように構成することができる。
【００２７】
（i）前記二次電池の充電状態及び温度を用いて前記基準時間中のカレンダー退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定する動作；
（ii）前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する動作；
（iii）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記カレンダー退化度プロファイルを用いてカレンダー退化度変化量を決定する動作；及び
（iv）前記決定されたカレンダー退化度変化量を直前に決定されたカレンダー退化度に積算して二次電池のカレンダー退化度を決定する動作。
【００２８】
望ましくは、前記制御部は、前記決定されたカレンダー退化度プロファイル上で直前に決定されたカレンダー退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定することができる。
【００２９】
望ましくは、前記制御部は、前記二次電池がサイクル状態にある間は一定基準時間が経過する度に、次の（ｉ）〜（iv）の動作を周期的に行うように構成することができる。
【００３０】
（i）前記二次電池の充電状態、温度及び電流を用いて前記基準時間中のサイクル退化度変化量を計算するときに使用される、予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定する動作；
（ii）前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で基準等価時間を決定する動作；
（iii）前記基準等価時間から前記基準時間が経過する間、前記サイクル退化度プロファイルを用いてサイクル退化度変化量を決定する動作；及び
（iv）前記決定されたサイクル退化度変化量を直前に決定されたサイクル退化度に積算して二次電池のサイクル退化度を決定する動作。
【００３１】
望ましくは、前記制御部は、前記決定されたサイクル退化度プロファイル上で直前の計算周期で決定されたサイクル退化度に対応する時間を前記基準等価時間として決定するように構成することができる。
【００３２】
一態様によれば、前記制御部は、前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、前記カレンダー時間と前記サイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算するように構成することができる。
【００３３】
他の態様によれば、前記制御部は、前記カレンダー退化度と前記サイクル退化度とに対し、対数スケールが適用されたカレンダー時間と対数スケールが適用されたサイクル時間とでそれぞれ加重値を付与して前記加重平均値を計算するように構成することができる。
【００３４】
望ましくは、本発明による装置は、前記制御部と動作可能に結合されたメモリ部をさらに含むことができる。この場合、前記制御部は、前記二次電池の決定された退化度を前記メモリ部に保存するように構成することができる。
【００３５】
望ましくは、本発明による装置は、前記制御部と動作可能に結合された通信部をさらに含むことができる。この場合、前記制御部は、前記二次電池の決定された退化度を前記通信部を通じて外部に出力するように構成することができる。
【００３６】
上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の退化度推定方法は、（ａ）電流測定部及び温度測定部を用いて二次電池の電流及び温度を決定する段階；（ｂ）前記二次電池の電流から二次電池の充電状態を決定する段階；（ｃ）前記二次電池の電流を用いて二次電池の動作状態をカレンダー状態とサイクル状態のいずれか一方に決定する段階；（ｄ）前記二次電池がカレンダー状態にある間は前記決定された充電状態及び温度に対応する予め定義されたカレンダー退化度プロファイルを決定し、前記決定されたカレンダー退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してカレンダー状態におけるカレンダー退化度を決定する段階；（ｅ）前記二次電池がサイクル状態にある間は前記決定された充電状態、温度及び電流に対応する予め定義されたサイクル退化度プロファイルを決定し、前記決定されたサイクル退化度プロファイルに退化度累積モデルを適用してサイクル状態におけるサイクル退化度を決定する段階；及び（ｆ）前記決定されたカレンダー退化度と前記決定されたサイクル退化度とに対し、カレンダー状態が維持されたカレンダー時間とサイクル状態が維持されたサイクル時間とを基準に加重平均値を計算して、前記計算された加重平均値を二次電池の退化度として決定する段階；を含むことができる。
【００３７】
上記の課題は本発明による二次電池の退化度推定方法をプログラム化して書き込んだコンピューター可読の記録媒体によっても達成することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、退化度積算モデルを用いて二次電池の退化度を推定するとき、カレンダー退化度変化量とサイクル退化度変化量とを独立的に計算して二次電池の退化度を推定することで、より正確な退化度を推定することができる。
【００３９】
また、本発明は、カレンダー退化度変化量とサイクル退化度変化量とに対して時間加重値を付与して算出した加重平均値を二次電池の退化度として決定することで、二次電池の実際の使用パターンを退化度増加に充実に反映することができる。
【００４０】
また、本発明は、カレンダー退化度変化量とサイクル退化度変化量とに対する時間加重平均を算出して退化度を決定するとき、時間因子に対して対数スケールを適用することで、退化度推定の精度をさらに増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
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】従来技術による退化度積算モデルを通じた二次電池の退化度決定過程を説明するため、二次電池の退化度が変化する経路を複数の退化度プロファイル上に示したグラフである。
【図２】本発明の実施例による二次電池の退化度推定装置の構成を概略的に示したブロック図である。
【図３】本発明の実施例による二次電池の退化度推定方法を示したフロー図である。
【図４】本発明の実施例による二次電池の退化度推定方法を示したフロー図である。
【図５】本発明によって推定された退化度の変化パターンと実際の退化度変化パターンを比べたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
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説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞典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。
【００４３】
図２は、本発明の一実施例による二次電池の退化度推定装置１００の構成を概略的に示したブロック図である。
【００４４】
図２を参照すれば、本発明による二次電池の退化度推定装置１００は、二次電池１１０に結合され、改善された退化度積算モデルによって二次電池１１０の退化度を推定できる装置であって、電圧測定部１２０、温度測定部１３０、電流測定部１４０、制御部１６０及びメモリ部１７０を含むことができる。
【００４５】
前記二次電池１１０は、退化度が推定される最小単位の電池であって、電気的に直列及び／または並列で連結された複数の単位セルを含む。勿論、前記二次電池１１０が一つの単位セルのみを含む場合も本発明の範疇に含まれる。
【００４６】
前記単位セルは充放電を繰り返すことができればその種類に特に制限がなく、一例としてパウチ型リチウムポリマー二次電池であり得る。
【００４７】
前記二次電池１１０は、外部端子を通じて多様な負荷装置と電気的に結合することができる。前記負荷装置は、一例として電気自動車、ハイブリッド自動車、ドローンのような無人飛行体、電力グリッドに含まれた大容量の電力貯蔵装置（ＥＳＳ）、またはモバイル装置であり得る。この場合、前記二次電池１１０は、前記負荷装置に搭載されたモジュール化された電池パックに含まれた単位セルの一部または全部を含み得る。
【００４８】
前記二次電池１１０の外部端子は充電装置と選択的に結合され得る。前記充電装置は二次電池１１０が搭載される負荷装置の制御によって二次電池１１０に選択的に電気的に結合され得る。
【００４９】
前記充電装置は充電専用で使用される充電器であり得る。他の例として、前記充電装置は、前記二次電池１１０が搭載された負荷装置で充電電力を生産する装置、例えばエンジンと結合された発電機または自動車のブレーキと結合された回生充電装置であり得る。前記発電機はエンジンのクランク軸と結合して、クランク軸が回転するときに充電電力を生産する。そして、前記回生充電装置はブレーキ操作で自動車が減速するとき、ブレーキと連動して回生充電電力を生産する。前記発電機と前記回生充電装置は自動車技術分野で周知されているため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
前記電圧測定部１２０、前記温度測定部１３０及び前記電流測定部１４０は、制御部１６０の統制によって二次電池１１０の電圧、温度及び電流を時間間隔を置いて周期的に測定し、測定結果を制御部１６０側に出力する。前記測定結果はアナログ信号またはデジタル信号として制御部１６０に提供され得る。前記制御部１６０は、Ａ／Ｄ信号変換処理を通じて前記アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。
【００５１】
前記電圧測定部１２０は電池技術分野で通常使用される電圧測定回路を含む。前記電圧測定回路は、一例として二次電池１１０の正極端子と負極端子との間の電圧差に相応する電圧信号を出力する差動増幅回路を含むことができる。前記電圧測定部１２０は、二次電池１１０の正極と負極との間に印加される電圧に相応する電圧信号を生成して制御部１６０側に出力する。
【００５２】
前記温度測定部１３０は温度測定に使用される温度センサであって、例えばサーマルカプラーであり得る。前記温度測定部１３０は、二次電池１１０の温度に相応する電圧信号を生成して制御部１６０側に出力する。
【００５３】
前記電流測定部１４０はセンス抵抗またはホールセンサであって、二次電池１１０の充電電流と放電電流の大きさに相応する電圧信号を生成して制御部１６０側に出力する。
【００５４】
前記制御部１６０は、各測定部１２０、１３０、１４０から測定信号が入力されれば、信号処理を通じて二次電池１１０の電圧値、温度値、電流値をそれぞれ決定してメモリ部１７０に保存する。
【００５５】
前記メモリ部１７０は半導体メモリ素子であって、前記制御部１６０によって生成されるデータを記録、消去、更新し、二次電池１１０の退化度推定のために設けられた複数のプログラムコードを記憶する。また、前記メモリ部１７０は、本発明を実施するとき用いられる予め決められた各種パラメーターの事前設定値を記憶している。また、前記メモリ部１７０は、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）の推定に使用される予め定義された「開放電圧−充電状態ルックアップテーブル」を保存することもできる。前記ルックアップテーブルは、開放電圧から充電状態をマッピングするか、または、逆に充電状態から開放電圧をマッピングすることができるデータ構造を有する。
【００５６】
前記メモリ部１７０は、データの記録、消去、更新が可能であると知られた半導体メモリ素子であれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記メモリ部１７０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどであり得る。前記メモリ部１７０は、前記制御部１６０の制御ロジッグを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含むことができる。前記保存媒体は、フラッシュメモリやハードディスクのような不揮発性記憶素子を含む。前記メモリ部１７０は制御部１６０と物理的に分離していても良く、前記制御部１６０と一体に統合されていても良い。
【００５７】
本発明による装置１００は、選択的に、通信部１８０をさらに含むことができる。この場合、前記制御部１６０は、通信部１８０と動作可能に結合でき、通信部１８０を通じて本発明によって推定された退化度値を外部に出力することができる。
【００５８】
前記外部に出力された退化度値は二次電池１１０が搭載された負荷装置の制御コンピューターや二次電池の診断装置によって受信され得る。前記制御コンピューターまたは前記診断装置は、受信した退化度値を用いて二次電池１１０の交替如何を判断することに使用することができる。また、前記制御コンピューターまたは前記診断装置は、データ処理を通じて前記受信した退化度値をディスプレイユニットを通じて文字、グラフなどの形態で視覚的に表示することができる。また、前記制御コンピューターまたは前記診断装置は、受信した退化度値が臨界値を超える場合、警告メッセージをディスプレイユニットを通じて視覚的に出力するか又はスピーカーを通じて聴覚的に出力することができる。
【００５９】
前記通信部１８０は、外部の通信ネットワークを通じてデジタル信号を送信または受信できる通信装置であれば、その種類に特に制限がない。前記通信部１８０は有線または無線通信モデムであり得、公知の通信プロトコルによって前記制御コンピューターまたは前記診断装置と通信することができる。
【００６０】
前記制御部１６０は、改善された退化度推定モデルによって二次電池１１０の退化度を推定することができる。
【００６１】
前記制御部１６０は、二次電池１１０がカレンダー状態にあるときの退化度変化量とサイクル状態にあるときの退化度変化量とを独立的に積算し、カレンダー状態を維持した時間とサイクル状態を維持した時間とを基準に２つの退化度変化量に対して加重平均を計算することで、二次電池の退化度を決定する。
【００６２】
以下、説明の便宜上、二次電池１１０がカレンダー状態にあるときに積算される退化度をカレンダー退化度ＤＯＡcalendarと定義する。また、二次電池１１０がサイクル状態にあるときに積算される退化度をサイクル退化度ＤＯＡcycleと定義する。本定義において、ＤＯＡは「Ｄｅｇｒｅｅ Ｏｆ Ａｇｉｎｇ」の略語である。また、二次電池１１０がカレンダー状態を維持した累積時間をカレンダー時間ｔcalendar、二次電池１１０がサイクル状態を維持した累積時間をサイクル時間ｔcycleと定義する。
【００６３】
より具体的に、前記制御部１６０は、予め設定された基準時間（△ｔ）が経過する度に、二次電池１１０の充電状態（ＳＯＣ）と温度（Ｔ）を決定し、決定された充電状態（ＳＯＣ）と温度（Ｔ）に対応するカレンダー退化度プロファイルを決定し、決定されたカレンダー退化度プロファイル上で基準等価時間を決定し、前記基準等価時間から前記基準時間（△ｔ）が経過する間、二次電池１１０のカレンダー退化度変化量△ＤＯＡcalendarを決定する。
【００６４】
一実施例において、前記カレンダー退化度プロファイルは、離散時間モデル（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ−Ｔｉｍｅ Ｍｏｄｅｌ）によって下記数式１のような関数で表すことができる。
【００６５】
【数１】
0006674014.tif 000002
上記数式１において、パラメーターβkとγkはカレンダー退化度プロファイルの変化傾きを決定するファクターである。数式１で表されるカレンダー退化度プロファイルは、図１に示された従来の退化度プロファイルのように、時間が経つにつれて１に徐々に収束する概形を有する。プロファイルが１に収束する速度はパラメーターβkとγkによって変わる。
【００６６】
上記数式１において、パラメーターβkとγkは、それぞれ、二次電池１１０の充電状態（ＳＯＣ）と温度（Ｔ）によって固有に決定される。前記パラメーターβkと、充電状態（ＳＯＣ）及び温度（Ｔ）との相互関係は実験を通じてルックアップテーブルや関数の形態で予め定義できる。同様に、パラメーターγkと、充電状態（ＳＯＣ）及び温度（Ｔ）との相互関係は実験を通じてルックアップテーブルや関数の形態で予め定義できる。ｋは時間インデックスであって、基準時間（△ｔ）が経過する度に１ずつ増加する。
【００６７】
一実施例において、前記制御部１６０は、基準時間（△ｔ）が経過する度に、二次電池１１０の充電状態（ＳＯＣ）と温度（Ｔ）に対応するパラメーターβkとγkを予め定義されたルックアップテーブルや関数を用いて決定する。
【００６８】
また、前記制御部１６０は、下記数式２を用いてパラメーターβkとγkが適用されたカレンダー退化度プロファイル上で退化度計算が始まる時点である基準等価時間ｔ＾kを決定する。
【００６９】
【数２】
0006674014.tif 000003
上記数式２において、ＤＯＡcalendar［ｋ−１］は時間インデックスがｋ−１になるまで積算されたカレンダー退化度であり、βk-1及びγk-1は時間インデックスがｋ−１であるとき、カレンダー退化度変化量を計算するために使用されたカレンダー退化度プロファイルのパラメーターである。
【００７０】
また、前記制御部１６０は、下記数式３を用いて前記充電状態（ＳＯＣ）と温度（Ｔ）が前記基準等価時間ｔ＾kから基準時間（△ｔ）維持されるときのカレンダー退化度変化量△ＤＯＡcalendar［ｋ］を決定する。
【００７１】
【数３】
0006674014.tif 000004
また、前記制御部１６０は、ＤＯＡcalendar［ｋ−１］に△ＤＯＡcalendar［ｋ］を積算することで、時間インデックスがｋであるときのカレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］を決定することができる。
【００７２】
他の態様によれば、前記制御部１６０は、予め設定された基準時間（△ｔ）が経過する度に、二次電池１１０の充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートを決定し、決定された充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートに対応するサイクル退化度プロファイルを決定し、決定されたサイクル退化度プロファイル上で基準等価時間を決定し、決定された基準等価時間から前記基準時間（△ｔ）が経過する間、二次電池１１０のサイクル退化度変化量△ＤＯＡcycleを決定することができる。
【００７３】
一実施例において、前記サイクル退化度プロファイルは、離散時間モデルによって下記数式４のような関数で表すことができる。
【００７４】
【数４】
0006674014.tif 000005
上記数式４において、パラメーターβ*kとγ*kはサイクル退化度プロファイルの変化傾きを決定するファクターである。数式４で表されるサイクル退化度プロファイルは、図１に示された従来の退化度プロファイルのように、時間が経つにつれて１に徐々に収束する概形を有する。プロファイルが１に収束する速度はパラメーターβ*kとγ*kによって変わる。
【００７５】
上記数式４において、パラメーターβ*kとγ*kは、それぞれ、二次電池１１０の充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートによって固有に決定される。前記パラメーターβ*kと、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートとの間の相互関係は実験を通じてルックアップテーブルや関数の形態で予め定義できる。同様に、パラメーターγ*kと、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートとの間の相互関係は実験を通じてルックアップテーブルや関数の形態で予め定義できる。ｋは時間インデックスであって、基準時間（△ｔ）が経過する度に１ずつ増加する。
【００７６】
一実施例において、前記制御部１６０は、基準時間（△ｔ）が経過する度に、二次電池１１０の充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートに対応するパラメーターβ*kとγ*kをルックアップテーブルや関数を用いてそれぞれ決定する。
【００７７】
また、前記制御部１６０は、下記数式５を用いてパラメーターβ*kとγ*kが適用されたサイクル退化度プロファイル上で退化度計算が始まる基準等価時間ｔ*k を決定する。
【００７８】
【数５】
0006674014.tif 000006
上記数式５において、ＤＯＡcycle［ｋ−１］は時間インデックスがｋ−１になるまで積算されたサイクル退化度であり、β*k-1及びγ*k-1は時間インデックスがｋ−１であるとき、サイクル退化度変化量を計算するために使用されたサイクル退化度プロファイルのパラメーターである。
【００７９】
また、前記制御部１６０は、下記数式６を用いて前記充電状態（ＳＯＣ）、温度（Ｔ）及びＣ−レートが前記基準等価時間ｔ*kから基準時間（△ｔ）維持されるときのサイクル退化度変化量△ＤＯＡcycle［ｋ］を決定する。
【００８０】
【数６】
0006674014.tif 000007
また、前記制御部１６０は、ＤＯＡcycle［ｋ−１］に△ＤＯＡcycle［ｋ］を積算することで、時間インデックスがｋであるときのサイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］を決定することができる。
【００８１】
望ましくは、前記制御部１６０は、時間（△ｔ）が経過する度に、下記数式７または数式８を用いてカレンダー時間（ｔcalendar）とサイクル時間（ｔcycle）とを基準にカレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］とサイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］とに対する加重平均を求め、二次電池１１０の退化度（ＤＯＡbat）を決定することができる。
【００８２】
【数７】
0006674014.tif 000008
【００８３】
【数８】
0006674014.tif 000009
数式７と数式８とを比べれば、数式８はカレンダー時間（ｔcalendar）とサイクル時間（ｔcycle）に対して対数スケールを適用した点で異なる。このように、時間に対して対数スケールを適用すれば、退化度の精度をさらに改善することができる。これについては実験例を通じて説明する。
【００８４】
前記制御部１６０は、上述した制御ロジッグを実行するために当業界に周知されたプロセッサ、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み得る。
【００８５】
また、前記制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１６０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、各プログラムモジュールはメモリに保存され、コンピューター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、周知された多様なコンピューター部品でプロセッサと連結され得る。また、前記メモリは、本発明のメモリ部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。
【００８６】
前記制御部１６０の多様な制御ロジッグは少なくとも１つが組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグはコンピューター可読のコード体系に作成されてコンピューター可読の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ー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で変調されて特定時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークで連結されたコンピューター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グ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。
【００８７】
前記制御部１６０は、二次電池１１０と電気的に結合できる電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）であるか、又は、前記電池管理システムに含まれる制御要素であり得る。
【００８８】
前記電池管理システムは、本発明が属する技術分野でＢＭＳと呼ばれるシステムを意味しても良いが、機能的観点で本発明に記載される少なくとも１つの機能を果たすシステムであれば、如何なるものであっても前記電池管理システムの範疇に含まれ得る。
【００８９】
以下、制御部１６０が改善された退化度積算モデルを用いて二次電池１１０の退化度を決定する制御ロジッグのフローを、図３及び図４のフロー図を参照して具体的に説明する。
【００９０】
図３及び図４に示されたように、まず、制御部１６０は改善された退化度積算モデルによって二次電池１１０の退化度を決定するため、退化度計算のためのプログラムコードを実行する（Ｓ１０）。
【００９１】
その後、前記制御部１６０は、時間インデックスｋを１に初期化し（Ｓ２０）、時間を計数するカウンターをリセットする（Ｓ３０）。前記カウンターの場合、リセットされれば、時間を０秒から再度計数する。
【００９２】
次いで、前記制御部１６０は、電圧測定部１２０、温度測定部１３０及び電流測定部１４０を制御して二次電池１１０の電圧Ｖk、温度Ｔk及び電流Ｉkを測定し、測定された電圧値、温度値及び電流値を決定してメモリ部１７０に保存する（Ｓ４０）。
【００９３】
次いで、前記制御部１６０は、現在時点で測定された電流値Ｉkを用いて電流積算法によって二次電池１１０の充電状態ＳＯＣkを更新する（Ｓ５０）。前記電流積算法は、下記数式９を用いて二次電池１１０の充電電流と放電電流を時間によって積分し、二次電池の充電状態を更新する方法である。
SOCk=SOCk-1+△t*Ik/Qbat    〔数式９〕
数式９において、△ｔは電流が流れた時間であって、図３及び図４のアルゴリズムが繰り返される基準時間に対応し、Ｑbatは二次電池１１０の容量である。Ｉkは二次電池１１０の測定された電流値であって、二次電池１１０が充電中であるときは正の値を有し、二次電池１１０が放電中であるときは負の値を有する。
【００９４】
前記制御部１６０は、二次電池１１０が充放電を開始する前に測定した開放電圧と対応する充電状態を、メモリ部１７０に予め保存されている「開放電圧−充電状態ルックアップテーブル」から決定し、決定された充電状態値を初期値であるＳＯＣ0値に割り当ててメモリ部１７０に保存する。このようにして充電状態が初期化されれば、前記制御部１６０は、その以後は充電電流または放電電流が測定される度に数式９を用いて周期的に充電状態ＳＯＣkを決定することができる。前記ＳＯＣ0を決定する過程は図３及び図４のアルゴリズムと独立的に実行され得る。
【００９５】
一方、前記制御部１６０は、電流積算法の外に、拡張カルマンフィルタのような再帰的アルゴリズムによっても二次電池１１０の充電状態ＳＯＣkを更新でき、本発明は充電状態を決定する具体的な方式によって限定されない。二次電池の充電状態を決定するとき拡張カルマンフィルタを用いる場合、段階Ｓ４０で測定された二次電池の電圧Ｖk、温度Ｔk及び電流Ｉkを活用することができる。
【００９６】
次いで、前記制御部１６０は、段階Ｓ４０で測定した電流値Ｉkを用いて二次電池１１０のＣ−レートＣkを決定する（Ｓ６０）。すなわち、前記制御部１６０は測定された電流値Ｉk（ａｍｐｅｒｅ）を二次電池１１０の容量（Ａｈ）で除してＣ−レートＣkを決定することができる。
【００９７】
段階Ｓ６０の後に、前記制御部１６０はＣ−レートＣkが０であるか否かを判断する（Ｓ７０）。
【００９８】
前記制御部１６０は、Ｃ−レートＣkが０であると判断すれば、二次電池１１０がカレンダー状態にあると決定する（Ｓ８０）。
【００９９】
このような場合、前記制御部１６０は、カレンダー退化度変化量△ＤＯＡcalendar［ｋ］を決定するため、メモリ部１７０に保存された二次電池１１０の温度Ｔkと充電状態ＳＯＣkを参照してカレンダー退化度プロファイル（数式１参照）のパラメーターβkとγkを決定する（Ｓ９０）。
【０１００】
ここで、二次電池１１０の温度Ｔk及び充電状態ＳＯＣkのそれぞれと、パラメーターβk及びγkとの予め定義された相関関係（ルックアップテーブルまたは関数）を用いてパラメーターβkとγkを決定する方法は上述した。
【０１０１】
次いで、前記制御部１６０は、段階Ｓ９０で決定されたパラメーターβkとγkを上述した数式１に適用して、カレンダー退化度変化量△ＤＯＡcalendar［ｋ］を計算するときに使用されるカレンダー退化度プロファイルを下記のように決定する（Ｓ１００）。
【０１０２】
【数９】
0006674014.tif 000010
次いで、前記制御部１６０は決定されたカレンダー退化度プロファイルを用いて基準等価時間ｔ＾kを上述した数式２を用いて下記のように決定する（Ｓ１１０）。
【０１０３】
【数１０】
0006674014.tif 000011
数式において、βk-1、γk-1は以前の計算周期で決定されたものであって、時間インデックスｋが１であるときの値、すなわちβ0、γ0は図３及び図４のアルゴリズムが開始する前に測定された充電状態値及び温度値によって決定されて初期化され得る。
【０１０４】
一方、時間インデックスｋが１であるとき、ＤＯＡcalendar［０］は二次電池１１０が実質的に退化していない状態の退化度を意味する。したがって、ＤＯＡcalendar［０］には初期化条件として０または０に近接した値を初期化値として設定することができる。
【０１０５】
また、前記制御部１６０は、現在の計算周期で決定された充電状態ＳＯＣk及び温度Ｔkが段階Ｓ１１０で決定された基準等価時間ｔ＾kから基準時間△ｔの間維持されると仮定し、段階Ｓ１００で決定されたカレンダー退化度プロファイルと数式３を用いてカレンダー退化度変化量△ＤＯＡcalendar［ｋ］を下記のように決定する（Ｓ１２０）。
【０１０６】
【数１１】
0006674014.tif 000012
次いで、前記制御部１６０は、前記段階Ｓ１２０で決定されたカレンダー退化度変化量△ＤＯＡcalendar［ｋ］をＤＯＡcalendar［ｋ−１］に積算して時間インデックスｋにおけるカレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］を決定する（Ｓ１３０）。
【０１０７】
現在の時間インデックスが１であるため、ＤＯＡcalendar［ｋ−１］は初期化値であるＤＯＡcalendar［０］であり、△ＤＯＡcalendar［ｋ］は△ＤＯＡcalendar［１］であり、ＤＯＡcalendar［ｋ］はＤＯＡcalendar［１］である。
【０１０８】
次いで、前記制御部１６０は、基準時間△ｔを積算してカレンダー状態が維持された累積時間に該当するカレンダー時間ｔcalendarを更新する（Ｓ１４０）。
【０１０９】
一方、段階Ｓ７０でプロセスが分岐して段階Ｓ８０〜Ｓ１４０に進む場合、サイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］とサイクル時間ｔcycleは更新（増加）されない。
【０１１０】
一方、段階Ｓ７０において、Ｃ−レートＣkが０でないと判断された場合、サイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］とサイクル時間ｔcycleの更新プロセスが行われる。
【０１１１】
具体的に、前記制御部１６０は、段階Ｓ７０においてＣ−レートＣkが０でないと判断されれば、二次電池１１０がサイクル状態にあると決定する（Ｓ１５０）。
【０１１２】
このような場合、前記制御部１６０はサイクル状態における退化度変化量、すなわちサイクル退化度変化量△ＤＯＡcycle［ｋ］を決定するため、メモリ部１７０に保存された二次電池１１０の温度Ｔk、充電状態ＳＯＣk及びＣ−レートＣkを参照してサイクル退化度プロファイル（数式４を参照）のパラメーターβ*kとγ*kを決定する（Ｓ１６０）。ここで、二次電池１１０の温度Ｔk、充電状態ＳＯＣk及びＣ−レートＣkのそれぞれと、パラメーターβ*k及びγ*kとの予め定義された相関関係を用いてパラメーターβ*kとγ*kを決定する方法は上述した。
【０１１３】
次いで、前記制御部１６０は、段階Ｓ１６０で決定されたパラメーターβ*kとγ*kを上述した数式４に適用して、サイクル退化度変化量△ＤＯＡcycle［ｋ］を計算するときに使用されるサイクル退化度プロファイルを下記のように決定する（Ｓ１７０）。
【０１１４】
【数１２】
0006674014.tif 000013
また、前記制御部１６０は、前記サイクル退化度変化量△ＤＯＡcycle［ｋ］を計算するときに基準点になる基準等価時間ｔ*kを上述した数式５を用いて下記のように決定する（Ｓ１８０）。
【０１１５】
【数１３】
0006674014.tif 000014
数式において、β*k-1、γ*k-1は以前の計算周期で決定されたものであって、時間インデックスｋが１であるときの値、すなわちβ*0、γ*0は図３及び図４のアルゴリズムが開始する前に予め決められた二次電池の充電状態値、温度値及びＣ−レート値によって決定されて初期化され得る。
【０１１６】
一方、時間インデックスｋが１であるとき、ＤＯＡcycle［０］は二次電池１１０が実質的に退化していない状態の退化度を意味する。したがって、ＤＯＡcalendar［０］には初期化条件として０または０に近接した値を初期化値として設定することができる。
【０１１７】
また、前記制御部１６０は、現在の計算周期で決定された充電状態ＳＯＣk、温度Ｔk及びＣ−レートＣkが段階Ｓ１８０で決定された基準等価時間ｔ*kから基準時間△ｔの間維持されると仮定し、段階Ｓ１７０で決定されたサイクル退化度プロファイルと数式６を用いてサイクル退化度変化量△ＤＯＡcycle［ｋ］を下記のように決定する（Ｓ１９０）。
【０１１８】
【数１４】
0006674014.tif 000015
次いで、前記制御部１６０は、前記段階Ｓ１９０で決定されたサイクル退化度変化量△ＤＯＡcycle［ｋ］をＤＯＡcycle［ｋ−１］に積算して、時間インデックスｋにおけるサイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］を決定する（Ｓ２００）。
【０１１９】
現在の時間インデックスが１であるため、ＤＯＡcycle［ｋ−１］は初期化値であるＤＯＡcycle［０］であり、△ＤＯＡcycle［ｋ］は△ＤＯＡcycle［１］であり、ＤＯＡcycle［ｋ］はＤＯＡcycle［１］である。
【０１２０】
次いで、前記制御部１６０は、基準時間△ｔを積算してサイクル状態が維持された累積時間に該当するサイクル時間ｔcycleを更新する（Ｓ２１０）。
【０１２１】
一方、段階Ｓ７０でプロセスが分岐して段階Ｓ１５０〜Ｓ２１０に進む場合、カレンダー退化度△ＤＯＡcalendar［ｋ］とカレンダー時間ｔcalendarは更新（増加）されない。
【０１２２】
上記のようなプロセスを通じてカレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］とサイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］が決定されれば、前記制御部１６０は現在の時間インデックスｋを基準に二次電池１１０の退化度を決定する。
【０１２３】
すなわち、前記制御部１６０は、カレンダー時間ｔcalendarとサイクル時間ｔcycleとを基準にカレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］とサイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］とに対する加重平均を求め、加重平均値を二次電池１１０の退化度ＤＯＡbatとして決定する（Ｓ２２０）。
【０１２４】
カレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］とサイクル退化度ＤＯＡcycle［ｋ］との加重平均値は、次の数式のうちいずれかによって計算できるが、後者の計算方式が前者の計算方式よりも精度がさらに高い。
【０１２５】
【数１５】
0006674014.tif 000016
【数１６】
0006674014.tif 000017
前記制御部１６０は、現在の時間インデックスを基準に二次電池１１０の退化度ＤＯＡbat［ｋ］を決定した後、段階Ｓ２３０を行う。
【０１２６】
段階Ｓ２３０において、前記制御部１６０はカウンターによって計数された時間が基準時間△ｔに到達したか否かを判断する。ここで、△ｔは実質的に二次電池１１０の退化度に対する更新周期に該当する。
【０１２７】
もし、カウンターの計数時間が基準時間△ｔより小さければプロセスの実行を待機し、カウンターの計数時間が基準時間△ｔに到達すれば段階Ｓ２４０を行う。
【０１２８】
段階Ｓ２４０において、前記制御部１６０は、時間インデックスｋを１増加させ、プロセスを再度段階Ｓ３０に戻す。したがって、上述したプロセスは時間インデックスｋが１ずつ増加する度に繰り返される。
【０１２９】
すなわち、時間インデックスがｋ＋１であるときを基準に、カレンダー退化度ＤＯＡcalendar［ｋ］及びカレンダー時間ｔcalendarと、サイクル退化度ＤＯＡcycle［Ｋ＋１］及びサイクル時間ｔcycleとのいずれか一方が選択的に更新され、二次電池１１０の退化度ＤＯＡbatが加重平均算式によって周期的に更新される。
【０１３０】
図示していないが、前記制御部１６０は、アルゴリズムが繰り返されながら生成される測定値と計算値を時間インデックスとマッチングさせてメモリ部１７０に保存することができる。
【０１３１】
また、前記制御部１６０は、累積して保存した測定値と計算値のうち少なくとも１つを選択してメモリ部１７０から読み出した後、負荷装置の制御コンピューターまたは二次電池１１０の診断を行う診断装置に伝送することができる。
【０１３２】
特に、前記制御部１６０は、アルゴリズムの実行過程で生成される計算値のうち、二次電池１１０の退化度値をメモリ部１７０から読み出して通信部１８０を通じて負荷装置の制御コンピューターまたは二次電池１１０の診断を行う診断装置に伝送することができる。
【０１３３】
前記制御コンピューターまたは前記診断装置は、通信部１８０を通じて受信した退化度値を用いて二次電池１１０の交替周期を管理することができる。
【０１３４】
一例として、前記制御コンピューターまたは前記診断装置は、最近計算された二次電池１１０の退化度値を文字、数字またはグラフの形態で液晶ディスプレイのようなディスプレイユニットに視覚的に表示することができる。
【０１３５】
また、前記制御コンピューターまたは前記診断装置は、最近決定された二次電池１１０の退化度値が臨界値を超えれば、警告メッセージを生成して二次電池１１０の点検が必要である旨の情報を負荷装置のユーザまたは二次電池１１０を診断するオペレータにディスプレイユニットまたはスピーカーを通じて視覚的または聴覚的に出力することができる。
【０１３６】
＜実験例＞
以下、実験例を挙げて本発明の効果を説明する。本明細書で説明する実験例は本発明の理解を助けるためのものであって、本発明の範囲が実験例によって限定されないことは自明である。
【０１３７】
まず、容量が５２Ａｈ、充電状態が９５％であり、退化が実質的に進んでいないパウチ型リチウムポリマー二次電池を用意した。
【０１３８】
その後、用意した二次電池をハイブリッド自動車に搭載された二次電池の充放電を模写できる充放電シミュレーターに取り付けた。
【０１３９】
また、本発明による退化度推定装置を二次電池に結合し、退化度推定のために開発されたプログラムを装置にインストールした。
【０１４０】
実験の用意が完了した後、米国の自動車標準として使用される都心運行（マイアミ）条件による充放電プロファイルを前記充放電シミュレーターに入力して二次電池を４０週間充放電させた。前記充放電プロファイルは充電区間及び放電区間の外にも、休止区間を間歇的に含む。前記休止区間では二次電池の充放電が実質的に中断される。したがって、二次電池のカレンダー状態は前記休止区間を用いて模写した。
【０１４１】
実験において、前記開発されたプログラムを用いて二次電池の退化度を決定するときの基準時間△ｔは１秒に設定した。したがって、本実験では実質的に１秒間隔で二次電池の退化度を決定した。退化度は数式７及び数式８の加重平均式を別々に適用して異なる計算条件で退化度を決定した。
【０１４２】
退化度プロファイルのパラメーターは予めチューニングされた関数を用いて１秒毎に決定した。
【０１４３】
カレンダー退化度プロファイルのパラメーターβkとγkを決定するための関数は、入力変数として二次電池の充電状態であるＳＯＣと温度Ｔを含むように構成した。
【０１４４】
βkとγkを決定する関数の形態は、試行錯誤を通じて、二次電池がカレンダー状態にあるとき、カレンダー退化度プロファイルが二次電池の実際の退化度変化概形に十分追従するように最適化させた。
【０１４５】
同様に、サイクル退化度プロファイルのパラメーターβ*kとγ*kを決定するための関数は、入力変数として二次電池の充電状態であるＳＯＣ、温度Ｔ及びＣ−レートを含むように構成した。
【０１４６】
β*kとγ*kを決定する関数の形態は、試行錯誤を通じて、二次電池が充放電サイクルにあるとき、サイクル退化度プロファイルが二次電池の実際の退化度変化概形に十分追従するように最適化させた。
【０１４７】
＜実験結果＞
図５は、本実験において１秒間隔で決定した退化度の変化概形を実際の退化度変化概形とともに示したグラフである。
【０１４８】
図５において、◆（黒い菱形）でプロットしたグラフは二次電池の実際退化度に対する経時的変化を示す。また、実線グラフは、本発明によって二次電池の退化度を決定するとき、数式７の加重平均式を使用した場合の退化度変化を経時的に示している。また、点線グラフは、本発明によって二次電池の退化度を決定するとき、数式８の加重平均式を使用した場合の退化度変化を経時的に示している。
【０１４９】
図５を参照すれば、実線及び点線グラフは共に退化度の実際の変化概形に十分追従することが確認できる。また、点線グラフが実線グラフよりも退化度の実際概形にさらに十分追従することが見られるが、これは加重平均の計算時に時間因子に対して対数スケールを適用したためである。対数スケールが時間因子に適用されれば、退化度プロファイルの変化傾きが非常に小さい時間区間で退化度変化量が過小に計算される問題を緩和することができる。
【０１５０】
一方、４０週間充放電実験を行う間、従来の退化度積算モデルを適用した結果、本発明によって退化度を推定する場合より約３．５８％ほど退化度が小さく計算された。
【０１５１】
従来の退化度積算モデルはカレンダー退化度とサイクル退化度とを独立的に積算しないため、図１に示したように、基準等価時間が退化度変化傾きのかなり小さい時間区間に急に移動する場合、時間変化量に対する退化度の変化を過小に計算するためである。
【０１５２】
一方、本発明は、退化度の増加が相対的に遅いカレンダー状態と退化度増加が相対的に速いサイクル状態とを分離して退化度を個別的に計算する。したがって、それぞれの退化度プロファイルを用いて退化度変化量を計算するとき、基準等価時間の急激な増加を防止することができ、その結果、基準等価時間の急激な変動によって発生する誤差を緩和させることができる。
【０１５３】
また、本発明は、カレンダー退化度とサイクル退化度との加重平均値で二次電池の退化度を決定するため、二次電池の実際の退化状況に合わせて退化度を推定することができる。
【０１５４】
上記実験結果は、本発明による退化度積算モデルが従来のモデルよりも信頼性がさらに高く、本発明が従来の技術より二次電池の退化度を一層正確に推定できることを裏付ける。
【０１５５】
本出願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グ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、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。
【０１５６】
以上のように、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るものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明によれば、退化度積算モデルを用いて二次電池の退化度を推定するとき、カレンダー退化度変化量とサイクル退化度変化量とを独立的に計算して二次電池の退化度を推定することで、より正確に退化度を推定することができる。
【０１５８】
また、本発明は、カレンダー退化度変化量とサイクル退化度変化量とに対して時間加重値を付与して算出した加重平均値を二次電池の退化度として決定することで、二次電池の実際の使用パターンを退化度増加に充実に反映することができる。
【０１５９】
また、本発明は、カレンダー退化度変化量とサイクル退化度変化量とに対する時間加重平均を算出して退化度を決定するとき、時間因子に対して対数スケールを適用することで、退化度推定の精度をさらに増加させることができる。
【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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