(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態はバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置およびその方法に関し、解決しようとする技術的課題は、バッテリーの寿命評価時間を短縮すると同時に評価された加速条件で正常条件の寿命を正確に予測することにある。【解決手段】このために本発明は、バッテリーの正常寿命実験データおよび加速寿命実験データが入力されるデータ入力部；および、前記正常寿命実験データおよび加速寿命実験データから媒介変数を抽出し、前記媒介変数から加速係数（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  Ｆａｃｔｏｒ）を計算し、前記加速係数から前記バッテリーの正常寿命を予測するデータ処理部からなるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置およびその方法を提供する。【選択図】図４
2013134250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの寿命評価装置において、
互いに異なる条件に対応する第１バッテリー寿命実験データおよび第２バッテリー寿命実験データが入力される入力部；および、
前記入力部に動作的に連結され、前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データから一つまたはそれ以上の媒介変数（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を決め、前記一つまたはそれ以上の媒介変数に応じた前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データと相互関連のある加速係数を決めて、前記加速係数および前記第２バッテリー寿命実験データに応じた前記バッテリーの予想寿命を予測する処理部を含むことを特徴とするバッテリーの寿命評価装置。
【請求項２】
前記第１バッテリー寿命実験データは第１電流に第１バッテリーを充電および／または放電して獲得され、
前記第２バッテリー寿命実験データは前記第１電流より大きい第２電流に第２バッテリーを充電および／または放電して獲得されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項３】
前記第１バッテリー寿命実験データは第１期間の間に第１温度の状態で第１バッテリーを充電および／または放電して獲得され、
前記第２バッテリー寿命実験データは第２期間の間に第２温度の状態で第２バッテリーを充電および／または放電して獲得され、
前記第２温度は前記第１温度より高いか低いかまたは同じであり、前記第２期間は前記第１期間より短いか長いかまたは同じであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項４】
前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データのそれぞれはサイクル回数、容量残存率、充電および／または放電電流、または充電および／または放電カットオフ電圧のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項５】
前記処理部は、
前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データから一つまたはそれ以上の媒介変数を抽出する媒介変数抽出部；
前記一つまたはそれ以上の媒介変数に応じた加速係数を計算する加速係数計算部；および
前記加速係数に応じた前記バッテリーの予想寿命を予測する予測部を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項６】
前記媒介変数抽出部は前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データに応じたサイクル回数対比容量残存率の傾き媒介変数を決めることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項７】
前記第１バッテリー寿命実験データは第１電圧で第１バッテリーを充電および／または放電して獲得され、
前記第２バッテリー寿命実験データは第２電圧で第２バッテリーを充電および／または放電して獲得され、
前記第１電圧は前記第２電圧より大きいか小さいかまたは同じであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項８】
前記加速係数計算部は以下のように定義される半経験的寿命モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【数１６】
2013134250.tif 000023
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、ｔ（ｎｏｒｍａｌ）は第１バッテリー寿命実験データを獲得するための第１バッテリー寿命実験のための正常寿命実験時間、ｔ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）は第２バッテリー寿命実験データを獲得するための第２バッテリー寿命実験のための加速寿命実験時間、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｓｗｉｎｇ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ｓｗｉｎｇ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ａｎは正常寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数であり、Ａａは加速寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数である。
【請求項９】
前記加速係数計算部は、以下のように定義される統計的寿命分析モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算することを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【数１７】
2013134250.tif 000024
ここで、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は前記第１バッテリー寿命実験データの獲得のための正常寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は前記第２バッテリー寿命実験データの獲得のための加速寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、ｔｉｍｅ_ｒａｔｉｏは初期１００サイクルの評価時間に対する比率、ｋは以下のように定義される数式によって計算される劣化加速係数である。
【数１８】
2013134250.tif 000025
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、下添字ｎは前記正常寿命実験に対応する正常実験条件、下添字ａは前記加速寿命実験に対応する加速実験条件、ｘはサイクル回数、ｙは容量残存率、ｂｎは正常寿命実験でのバッテリー容量とサイクル回数データ間の傾き、ａｎはｙ切片である。
【請求項１０】
前記処理部は前記バッテリーの予想寿命決定のために前記第２バッテリー寿命実験データに前記加速係数をかけることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項１１】
前記第１バッテリー寿命実験データ、前記第２バッテリー寿命実験データ、前記一つまたはそれ以上の媒介変数、前記加速係数または前記バッテリーの予想寿命のうち、一つまたはそれ以上を貯蔵する貯蔵部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【請求項１２】
バッテリーの寿命を評価する方法において、
前記バッテリーの互いに異なる条件に対応する第１バッテリー寿命実験データおよび第２バッテリー寿命実験データから一つまたはそれ以上の媒介変数を決める段階；
前記一つまたはそれ以上の媒介変数に応じた前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データと相互関連のある加速係数を決める段階；および
前記加速係数および前記第２バッテリー寿命実験データに応じた前記バッテリーの予想寿命を予測する段階を含むことを特徴とするバッテリーの寿命評価方法。
【請求項１３】
第１電流に第１バッテリーを充電および／または放電して前記第１バッテリー寿命実験データを獲得し、
前記第１電流より大きい第２電流に第２バッテリーを充電および／または放電して前記第２バッテリー寿命実験データを獲得することを特徴をする請求項１２に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【請求項１４】
第１期間の間に第１温度の状態で第１バッテリーを充電および／または放電して前記第１バッテリー寿命実験データを獲得し、
第２期間の間に第２温度の状態で第２バッテリーを充電および／または放電して前記第２バッテリー寿命実験データを獲得し、
前記第２温度は前記第１温度より高いか低いかまたは同じであり、前記第２期間は前記第１期間より短いか長いかまたは同じであることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【請求項１５】
前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データのそれぞれはサイクル回数、容量残存率、充電および／または放電電流、または充電および／または放電カットオフ電圧のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【請求項１６】
前記一つまたはそれ以上の媒介変数を決める段階は、
前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データに応じたサイクル回数対比容量残存率の傾き媒介変数を決めることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【請求項１７】
前記加速係数を決める段階は、
前記バッテリーの半経験的寿命モデルまたは前記バッテリーの統計的寿命分析モデルに応じた前記一つまたはそれ以上の媒介変数を使って加速係数を計算することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【請求項１８】
前記加速係数を決める段階は、以下のように定義される半経験的寿命モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算することを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーの寿命評価装置。
【数１９】
2013134250.tif 000026
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、ｔ（ｎｏｒｍａｌ）は第１バッテリー寿命実験データを獲得するための第１バッテリー寿命実験のための正常寿命実験時間、ｔ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）は第２バッテリー寿命実験データを獲得するための第２バッテリー寿命実験のための加速寿命実験時間、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｓｗｉｎｇ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ｓｗｉｎｇ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ａｎは正常寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数であり、Ａａは加速寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数である。
【請求項１９】
前記加速係数を計算する段階は、以下のように定義される統計的寿命分析モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算することを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【数２０】
2013134250.tif 000027
ここで、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は前記第１バッテリー寿命実験データの獲得のための正常寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は前記第２バッテリー寿命実験データの獲得のための加速寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、ｔｉｍｅ_ｒａｔｉｏは初期１００サイクルの評価時間に対する比率、ｋは以下のように定義される数式によって計算される劣化加速係数である。
【数２１】
2013134250.tif 000028
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、下添字ｎは前記正常寿命実験に対応する正常実験条件、下添字ａは前記加速寿命実験に対応する加速実験条件、ｘはサイクル回数、ｙは容量残存率、ｂｎはデータ間の傾き、ａｎはｙ切片である。
【請求項２０】
前記バッテリーの予想寿命を予測する段階は、前記バッテリーの予想寿命決定のために前記第２バッテリー寿命実験データに前記加速係数をかけることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態はバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリー（２次電池）の開発時にバッテリーの寿命が保証されるようにバッテリーの実際使用環境と類似の条件および時間の間、充放電が反復的に行われ、その時ごとに寿命（容量残存率）が測定されることによって、バッテリーの長寿命が評価されている。
【０００３】
このようなバッテリーの寿命評価に要する時間はバッテリーの全体開発時間のほぼ５０％以上を占めることによって、バッテリーの寿命評価がバッテリーの開発時間の短縮において最大の障害要素となっている。
【０００４】
特に、他業界対比新製品の開発周期が非常に短い情報通信製品の特性上、前記寿命評価時間の短縮は非常に切迫している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態はバッテリーの寿命評価時間を短縮すると同時に、評価された加速条件で正常条件の寿命を正確に予測できるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置およびその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によるバッテリーの寿命評価装置は、互いに異なる条件に対応する第１バッテリー寿命実験データおよび第２バッテリー寿命実験データが入力される入力部；および、前記入力部に動作的に連結され、前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データから一つまたはそれ以上の媒介変数（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を決め、前記一つまたはそれ以上の媒介変数に応じた前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データと相互関連のある加速係数を決めて、前記加速係数および前記第２バッテリー寿命実験データに応じた前記バッテリーの予想寿命を予測する処理部を含む。
【０００７】
前記第１バッテリー寿命実験データは第１電流に第１バッテリーを充電および／または放電して獲得され、前記第２バッテリー寿命実験データは前記第１電流より大きい第２電流に第２バッテリーを充電および／または放電して獲得される。
【０００８】
前記第１バッテリー寿命実験データは第１期間の間に第１温度の状態で第１バッテリーを充電および／または放電して獲得され、前記第２バッテリー寿命実験データは第２期間の間に第２温度の状態で第２バッテリーを充電および／または放電して獲得され、前記第２温度は前記第１温度より高いか低いかまたは同じであり、前記第２期間は前記第１期間より短いか長いかまたは同じである。
【０００９】
前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データそれぞれはサイクル回数、容量残存率、充電および／または放電電流、または充電および／または放電カットオフ電圧のうちの少なくとも一つを含む。
【００１０】
前記処理部は前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データから一つまたはそれ以上の媒介変数を抽出する媒介変数抽出部；前記一つまたはそれ以上の媒介変数に応じた加速係数を計算する加速係数計算部；および前記加速係数に応じた前記バッテリーの予想寿命を予測する予測部を含む。
【００１１】
前記媒介変数抽出部は前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データに応じたサイクル回数対比容量残存率の傾き媒介変数を決定する。
【００１２】
前記第１バッテリー寿命実験データは第１電圧で第１バッテリーを充電および／または放電して獲得され、前記第２バッテリー寿命実験データは第２電圧で第２バッテリーを充電および／または放電して獲得され、前記第１電圧は前記第２電圧より大きいか小さいかまたは同じである。
【００１３】
前記加速係数計算部は、以下のように定義される半経験的寿命モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算する。
【００１４】
【数１】
2013134250.tif 000003
【００１５】
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、ｔ（ｎｏｒｍａｌ）は第１バッテリー寿命実験データを獲得するための第１バッテリー寿命実験のための正常寿命実験時間、ｔ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）は第２バッテリー寿命実験データを獲得するための第２バッテリー寿命実験のための加速寿命実験時間、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｓｗｉｎｇ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ｓｗｉｎｇ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ａｎは正常寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数であり、Ａａは加速寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数である。
【００１６】
前記加速係数計算部は、以下のように定義される統計的寿命分析モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算する。
【００１７】
【数２】
2013134250.tif 000004
【００１８】
ここで、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は前記第１バッテリー寿命実験データの獲得のための正常寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は前記第２バッテリー寿命実験データの獲得のための加速寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、ｔｉｍｅ_ｒａｔｉｏは初期１００サイクルの評価時間に対する比率、ｋは以下のように定義される数式によって計算される劣化加速係数である。
【００１９】
【数３】
2013134250.tif 000005
【００２０】
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、下添字ｎは前記正常寿命実験に対応する正常実験条件、下添字ａは前記加速寿命実験に対応する加速実験条件、ｘはサイクル回数、ｙは容量残存率、ｂｎはデータ間の傾き、ａｎはｙ切片である。
【００２１】
前記処理部は前記バッテリーの予想寿命決定のために前記第２バッテリー寿命実験データに前記加速係数をかける。
【００２２】
前記第１バッテリー寿命実験データ、前記第２バッテリー寿命実験データ、前記一つまたはそれ以上の媒介変数、前記加速係数または前記バッテリーの予想寿命中の一つまたはそれ以上を貯蔵する貯蔵部をさらに含む。
【００２３】
本発明の一実施形態によるバッテリーの寿命評価方法は、前記バッテリーの互いに異なる条件に対応する第１バッテリー寿命実験データおよび第２バッテリー寿命実験データから一つまたはそれ以上の媒介変数を決める段階；前記一つまたはそれ以上の媒介変数に応じた前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データと相互関連のある加速係数を決める段階；および前記加速係数および前記第２バッテリー寿命実験データに応じた前記バッテリーの予想寿命を予測する段階を含む。
【００２４】
本発明は第１電流に第１バッテリーを充電および／または放電して前記第１バッテリー寿命実験データを獲得し、前記第１電流より大きい第２電流に第２バッテリーを充電および／または放電して前記第２バッテリー寿命実験データを獲得する。
【００２５】
本発明は第１期間の間に第１温度の状態で第１バッテリーを充電および／または放電して前記第１バッテリー寿命実験データを獲得し、第２期間の間に第２温度の状態で第２バッテリーを充電および／または放電して前記第２バッテリー寿命実験データを獲得し、前記第２温度は前記第１温度より高いか低いかまたは同じであり、前記第２期間は前記第１期間より短いか長いかまたは同じである。
【００２６】
前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データそれぞれはサイクル回数、容量残存率、充電および／または放電電流、または充電および／または放電カットオフ電圧のうちの少なくとも一つを含む。
【００２７】
前記一つまたはそれ以上の媒介変数を決める段階は、前記第１バッテリー寿命実験データおよび前記第２バッテリー寿命実験データに応じたサイクル回数対比容量残存率の傾き媒介変数を決定する。
【００２８】
前記加速係数を決める段階は、前記バッテリーの半経験的寿命モデルまたは前記バッテリーの統計的寿命分析モデルに応じた前記一つまたはそれ以上の媒介変数を使って、加速係数を計算する。
【００２９】
前記加速係数を決める段階は、以下のように定義される半経験的寿命モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算する。
【００３０】
【数４】
2013134250.tif 000006
【００３１】
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、ｔ（ｎｏｒｍａｌ）は第１バッテリー寿命実験データを獲得するための第１バッテリー寿命実験のための正常寿命実験時間、ｔ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）は第２バッテリー寿命実験データを獲得するための第２バッテリー寿命実験のための加速寿命実験時間、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｓｗｉｎｇ（ｎ）は第１バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ｓｗｉｎｇ（ａ）は第２バッテリー寿命実験時に利用される充電および／または放電カットオフ電圧、Ａｎは正常寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数であり、Ａａは加速寿命実験時に充電および／または放電電流そして充電および／または放電カットオフ電圧によって決定される傾き媒介変数である。
【００３２】
前記加速係数を計算する段階は、以下のように定義される統計的寿命分析モデルに応じた数式を利用して前記加速係数を計算する。
【００３３】
【数５】
2013134250.tif 000007
【００３４】
ここで、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は前記第１バッテリー寿命実験データの獲得のための正常寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は前記第２バッテリー寿命実験データの獲得のための加速寿命実験時に利用される充電および／または放電電流、ｔｉｍｅ_ｒａｔｉｏは初期１００サイクルの評価時間に対する比率、ｋは以下のように定義される数式によって計算される劣化加速係数である。
【００３５】
【数６】
2013134250.tif 000008
【００３６】
ここで、前記一つまたはそれ以上の媒介変数の中から、下添字ｎは前記正常寿命実験に対応する正常実験条件、下添字ａは前記加速寿命実験に対応する加速実験条件、ｘはサイクル回数、ｙは容量残存率、ｂｎはデータ間の傾き、ａｎはｙ切片である。
【００３７】
前記バッテリーの予想寿命を予測する段階は、前記バッテリーの予想寿命決定のために前記第２バッテリー寿命実験データに前記加速係数をかける。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置およびその方法は、バッテリーの寿命評価時間を短縮すると同時に評価された加速条件で正常条件の寿命を正確に予測できる。
【００３９】
一例として、角型バッテリーの場合、正常条件で評価時間がほぼ１５０日間必要であるが、本発明による加速条件で評価時間はほぼ４０日あれば十分である。また、パウチ型バッテリーの場合、正常条件で評価時間がほぼ９０日間必要であるが、本発明による加速条件で評価時間はほぼ３０日あれば十分である。さらに、円筒形バッテリーの場合、正常条件で評価時間がほぼ９０日間必要であるが、本発明による加速条件で評価時間はほぼ４３日あれば十分である。もちろん、このような評価時間は一例であり、バッテリーの材料、製造工程および容量などにより変更できる。
【００４０】
また、本発明の一実施形態はバッテリーの長寿命予測が短時間内に行われることによって、結局、バッテリーの全体開発時間も短くなることになる。
【００４１】
一例として、バッテリーの長寿命予測時間が、従来には全体開発時間のほぼ５０％程度を占めていたが、本発明ではこれよりもはるかに短時間を占めることによって、その分バッテリーの開発時間が短くなることになる。
【００４２】
また、本発明の一実施形態による加速寿命評価方法に応じたバッテリーの寿命（容量残存率）と正常寿命評価方法に応じたバッテリーの寿命（容量残存率）がほぼ５％以内、または１００サイクル以内の誤差を有する。したがって、本発明の一実施形態による加速寿命評価装置およびその方法により予測された長寿命予測値の正確度および信頼度は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法が適用されたバッテリーの評価フローチャートを示す概念図である。
【図２】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法を示す概念図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法をより具体的に示す概念図である。
【図３ｂ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法をより具体的に示す概念図である。
【図３ｃ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法をより具体的に示す概念図である。
【図３ｄ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法をより具体的に示す概念図である。
【図３ｅ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法をより具体的に示す概念図である。
【図３ｆ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法をより具体的に示す概念図である。
【図４】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法を示すフローチャートである。
【図６ａ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の一例を示す説明図である。
【図６ｂ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の一例を示す説明図である。
【図６ｃ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の一例を示す説明図である。
【図６ｄ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の一例を示す説明図である。
【図６ｅ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の一例を示す説明図である。
【図７ａ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた結果検証のための一例を示す図である。
【図７ｂ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた結果検証のための一例を示す図である。
【図８ａ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた結果検証のための他の例を示す図である。
【図８ｂ】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた結果検証のための他の例を示す図である。
【図９ａ】図９ａは角型バッテリー、パウチ型バッテリーおよび円筒形バッテリーの一例を示す断面図である。
【図９ｂ】図９ｂは角型バッテリー、パウチ型バッテリーおよび円筒形バッテリーの一例を示す断面図である。
【図９ｃ】図９ｃは角型バッテリー、パウチ型バッテリーおよび円筒形バッテリーの一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた誤差率を示すグラフである。
【図１１】正常容量と加速容量との整合性を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるよう、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
図１に、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法が適用されたバッテリー評価フローチャートを示す。
【００４６】
図１に示されているように、多様で複雑な設計要素により製造されたバッテリーは正常寿命評価方法または本発明による加速寿命評価方法により寿命評価を受けることになる。
【００４７】
ここで、前記正常寿命評価方法はバッテリーが正常状態で劣化が進められるようにして寿命（容量残存率）を評価するのであり、本発明による加速寿命評価方法はバッテリーが加速状態で劣化が進められるようにして寿命（容量残存率）を評価するのである。
【００４８】
もちろん、前記加速寿命評価方法は正常寿命評価方法に比べて、充放電電流、充放電カットオフ電圧、温度および放置時間が調整されることによって、加速寿命評価時間が正常寿命評価時間に比べて短くなる。言い換えれば、加速状態は正常状態に比べて過酷な条件であり、これによってバッテリーの劣化が急速に進行して、バッテリーの寿命評価時間が相対的に短くなることになる。
【００４９】
一方、前記正常寿命評価方法も同様であるが、前記加速寿命評価方法はバッテリーの種類によって多様に条件が変わる。代表的に、バッテリーは角型バッテリー、パウチ型バッテリーおよび円筒形バッテリーに区分され、また、同一形態のバッテリーも構成要素の材質や組成比などが違うことによって、製造されるバッテリーの特性により最適化した評価条件を予め多くの実験によって決めなければならない。
【００５０】
さらに、このような正常劣化条件および本発明による加速劣化条件によりバッテリーの寿命を予測し、このように予測されたバッテリーの寿命が許容可能な範囲内（Ｓｐｅｃ  Ｉｎ）にあると判定されると、前述した複雑で多様な設計要素が適用されたバッテリーが量産される。もちろん、このように予測されたバッテリーの寿命が許容可能な範囲外（Ｓｐｅｃ  Ｏｕｔ）にあると判定されると、前述した複雑で多様な設計要素が変更されてバッテリーが製造される。
【００５１】
図２に、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の概念図を示す。ここで、Ｘ軸はバッテリーの評価時間（ヶ月）であり、Ｙ軸はバッテリーの寿命（容量残存率（％））である。
【００５２】
図２に示されているように、一例として、顧客（ｅ．ｇ．バッテリーが装着される電子製品を作る会社）が要求する正常条件での寿命（容量残存率）が測定されるためにはほぼ３ヶ月の評価期間が要求される。これは、前述のように開発周期が非常に短い情報通信製品においては致命的な弱点である。これを克服するために、本発明では加速条件による加速寿命評価装置および方法が開発された。例えば、ほぼ１ヶ月の加速寿命データがほぼ３ヶ月の正常寿命データを得るのに用いられる。ここで、前記加速寿命データを利用して正常寿命データを得るために加速係数ＡＦが利用されるが、これは、以下でさらに詳しく説明する。
【００５３】
図３ａ乃至図３ｆを参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法がさらに具体的に示されている。ここで、Ｘ軸は時間であり、Ｙ軸は寿命（容量残存率（％））である。
【００５４】
図３ａに示されているように、正常条件でバッテリーの寿命が許容範囲内（Ｓｐｅｃ  Ｉｎ）、または許容範囲外（Ｓｐｅｃ  Ｏｕｔ）であるかを判断するためには、バッテリーの充放電サイクル回数対比実際寿命（容量残存率）を測定しなければならない。しかし、このようにバッテリーの充放電サイクル回数対比実際寿命を測定するためには多くの時間が必要になる。
【００５５】
ここで、許容範囲はバッテリーの容量がほぼ８０％に減少する時間を基準にした。
【００５６】
図３ｂに示されているように、バッテリーの寿命評価時間を減らすために、相対的に短時間の実際評価が進められ、次いで、残り寿命時間は前記短時間に得られたデータを通して予測できる。
【００５７】
しかし、図３ｃに示されているように、バッテリーの劣化がどのような方向に進められるか正確に予測できない。
【００５８】
したがって、図３ｄに示されているように、正常条件および加速条件でバッテリーの寿命（容量残存率）が測定され、このようなデータらから正常条件での寿命予測のための公式（ｆｏｒｍｕｌａ）を導き出すことができる。
【００５９】
図３ｅに示されているように、加速条件での評価時間（ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）（１）は正常条件での評価寿命時間（ｅｓｔｉｍａｔｅｄ  ｌｉｆｅ  ｔｉｍｅ）（２）に拡張される。つまり、相対的に短い評価時間（１）を利用して比較的長い評価寿命時間（２）を得ることになる。言い換えれば、加速条件での評価時間（１）および正常条件での評価寿命時間（２）の合計は、加速条件での評価時間（１）に加速ファクターＡＦをかけて得られる。ここで、時間はヶ月（ｍｏｎｔｈ）またはサイクル回数であることができる。
【００６０】
図３ｆに示されているように、さらに過酷な加速条件でバッテリーの寿命が評価される場合、評価寿命時間に対する信頼区間がさらに拡張される。
【００６１】
このような本発明の基本的な概念に基づいて、本発明についてより具体的に説明する。
【００６２】
図４に、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置の構成を示す。
【００６３】
図４に示されているように、本発明の一実施形態による加速寿命評価装置１００はデータ入力部１１０、データ処理部１２０、貯蔵部１３０および表示部１４０を含む。実質的に、このような加速寿命評価装置１００は個人用コンピュータ、サーバー用コンピュータまたはその等価物によって具現されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６４】
前記データ入力部１１０は、一定時間の間進められた第１バッテリーの正常寿命実験データ（容量残存率、サイクル回数、充放電電流、充放電カットオフ電圧等）が入力され、また、一定時間の間進められた第２バッテリーの加速寿命実験データ（容量残存率、サイクル回数、充放電電流、充放電カットオフ電圧等）が入力される。このようなデータは実験、測定または評価装置から自動的に入力されたり、またはキーボードやマウスなどによって手動で入力される。ここで、正常寿命実験データは第１バッテリー寿命実験データと、加速寿命実験データは第２バッテリー寿命実験データと呼ばれることができる。
【００６５】
これとともに、前記データはサイクル（ｃｙｃｌｅ）方式またはインターバル（ｉｎｔｅｒｖａｌ）方式で得られるが、これについては、以下で再び説明する。
【００６６】
前記データ処理部１２０は媒介変数抽出部１２１、加速係数計算部１２２および正常寿命予測部１２３を含む。実質的に、このようなデータ処理部１２０はコンピュータに設けられたプログラム、ソフトウェアまたはその等価物によって具現されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
前記媒介変数抽出部１２１は前記入力された正常寿命実験データおよび加速寿命実験データからサイクル対比容量残存率に対する傾き媒介変数Ａを抽出することができる。さらに、前記媒介変数抽出部１２１は単にサイクル回数および寿命（容量残存率）を抽出することができる。
【００６８】
また、前記加速係数計算部１２２は前記抽出された媒介変数および以下に紹介する半経験的寿命モデル（Ｓｅｍｉ−Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ  Ｌｉｆｅ  Ｍｏｄｅｌ）に関する数式または統計的寿命分析モデル（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｌｉｆｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｍｏｄｅｌ）に関する数式を利用して、加速係数ＡＦを計算する。
【００６９】
最後に、前記正常寿命予測部１２３は時間（ヶ月またはサイクル回数）対比寿命（容量残存率）でバッテリーの正常寿命を予測する。
【００７０】
例えば、１ヶ月分のデータを利用して３ヶ月分から得るものと同じ正常寿命を予測する。
【００７１】
一方、前記貯蔵部１３０は前記データ入力部１１０およびデータ処理部１２０の各種データを貯蔵する。つまり、前記貯蔵部１３０はデータ入力部１１０から入力された実験データだけでなく、媒介変数、加速係数ＡＦおよび予測された正常寿命データなどを貯蔵する。このような貯蔵部１３０は通常のハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭまたはその等価物であることができるが、特に種類を限定するものではない。
【００７２】
さらに、前記表示部１４０は前記データ入力部１１０およびデータ処理部１２０の各種データを表す。つまり、前記表示部１４０はデータ入力部１１０に入力された実験データだけでなく、媒介変数、加速係数ＡＦおよび予測された正常寿命データなどを表す。このような表示部１４０は通常のＬＣＤモニターまたはその等価物であることができるが、特に種類を限定するものではない。
【００７３】
このような加速寿命評価装置の動作については以下の加速寿命評価方法を通して、さらに具体的に説明する。
【００７４】
図５に、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法を示す。
【００７５】
図５に示されているように、本発明による加速寿命評価方法はデータ入力段階（Ｓ１１）、媒介変数抽出段階（Ｓ１２）、加速係数計算段階（Ｓ１３）、および正常寿命予測段階（Ｓ１４）を含む。ここで、データ入力段階（Ｓ１１）では正常寿命実験データおよび加速寿命実験データが入力される。
【００７６】
図６ａ乃至図６ｅに、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法の一例を順次示す。
【００７７】
図６ａに示されているように、データ入力段階（Ｓ１１）では、充放電サイクル回数対比容量（ｍＡｈ）に対する第１バッテリーの正常寿命実験データおよび第２バッテリーの加速寿命実験データが入力される。前記正常寿命実験データは第１バッテリー寿命実験データに、前記加速寿命実験データは第２バッテリー寿命実験データに定義することができる。
【００７８】
ここで、前記正常寿命実験に比べて、加速寿命実験の充放電電流および充放電カットオフ電圧を相対的にさらに高く設定することができる。したがって、バッテリーの充放電サイクル回数が増加することによって、正常寿命実験データの曲線でバッテリーの容量は徐々に減少する反面、加速寿命実験データの曲線でバッテリーの容量は急激に減少することが分かる。図６ａおよび図６ｂに示す正常寿命実験データのための充放電電流１．０Ｃ／１．０Ｃ、図６ｃに示す加速寿命実験データのための充放電電流２．０Ｃ／２．０Ｃは本発明の理解のための一例であり、このような値により本発明が限定されるものではない。
【００７９】
一方、前記加速寿命実験データは、大きくサイクル（ｃｙｃｌｅ）方式またはインターバル（ｉｎｔｅｒｖａｌ）方式で得られる。
【００８０】
まず、前記サイクル方式はバッテリーの充放電サイクル回数に応じた寿命（容量残存率）を測定することであって、基本的に充放電電流を相対的に高めると同時に他の条件を並行して加速寿命実験をすることである。
【００８１】
一例として、前記正常寿命実験データは第１バッテリーがサイクル当たりほぼ１．０Ｃの第１電流に充放電されて得られた値である反面、前記加速寿命実験データは第２バッテリーがサイクル当たりほぼ２．０Ｃの第２電流に充放電されて得られた値であることができる。前述のように、このような第１、２電流に本発明が限定されるものではなく、このような第１、２電流は本発明の理解のための一例に過ぎない。また、前記正常寿命実験データは第１電圧で第１バッテリーが充電および／または放電されて獲得され、前記加速寿命実験データは前記第１電圧より大きいかまたは小さい第２電圧で第２バッテリーが充電および／または放電されて獲得されることができる。なお、前記第１電流が前記第２電流と違うとき、前記第１電圧は前記第２電圧と同じであることができる。
【００８２】
さらに、このようなサイクル方式は角型バッテリーまたはパウチ型バッテリーに適用できるが、本発明はこれに限定するものではなく、前記サイクル方式は円筒形バッテリーにも適用可能であることは当然である。
【００８３】
次に、インターバル方式はバッテリーを所定温度（常温（例えば、摂氏２５度）または常温より高い温度）で所定時間放置して加速寿命実験をすることである。
【００８４】
一例として、前記正常寿命実験データは第１バッテリーを第１温度で第１時間の間放置して得られた値である反面、前記加速寿命実験データは第２バッテリーを前記第１温度より高いかまたは低い第２温度で前記第１時間より短いかまたは長い第２時間の間放置して得られた値であることができる。ここで、前記第１時間が前記第２時間と違う場合、前記第１温度は前記第２温度と同じであることができる。また、前記第１温度が前記第２温度と違う場合、前記第１時間は前記第２時間と同じであることができる。もちろん、前記加速寿命実験データは温度および時間が正常寿命実験と同じ条件であり、加速係数だけ若干高い状態にして得られた値であることができる。なお、このようなインターバル方式は円筒形バッテリーに適用できるが、本発明はこれに限定するものではなく、前記インターバル方式は角型バッテリーおよびパウチ型バッテリーにも適用可能であることは当然である。
【００８５】
ここで、前記円筒形バッテリーの場合、内部に電流遮断デバイス（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）が設置されている。したがって、前記円筒形バッテリーに前記サイクル方式のように充放電電流およびカットオフ電圧を高めて実験をする場合、前記電流遮断デバイスが動作するので、円筒形バッテリーはサイクル方式で実験しにくい側面がある。
【００８６】
図６ｂおよび図６ｃに示されているように、媒介変数抽出段階（Ｓ１２）では、前記入力された正常寿命実験データおよび加速寿命実験データからそれぞれ傾きに関する媒介変数Ａが抽出される。ここで、図６ｂは正常寿命実験データに対する変換結果であり、図６ｃは加速寿命実験データに対する変換結果である。
【００８７】
また、図６ｂおよび図６ｃに示されているように、容量はｍＡｈ単位から％単位に変換され、また、サイクル回数Ｎはサイクル回数Ｎ１／２に変換される。例えば、放電容量１１００ｍＡｈは１００％に変換され、サイクル回数４００は２０に変換される。
【００８８】
また、前記入力されたデータはｙ=Ａｘ+Ｂのようなモデル式によって、図６ｂおよび図６ｃに示されているように、ほぼ直線形態に変換される。もちろん、変換されたデータで容量が線形的に変化される区間が選択されて、傾き媒介変数Ａが抽出される。
【００８９】
一例として、図６ｂを参照すれば、ｙ=−０．５７７３ｘ+１００．５４によって、傾き媒介変数Ａとして０．５７７３が抽出される。また、一例として、図６ｃを参照すれば、ｙ=−０．６４７８ｘ+１００．３７によって、傾き媒介変数Ａとして０．６４７８が抽出される。
【００９０】
図６ｄに示されているように、加速係数計算段階（Ｓ１３）では前記抽出された媒介変数Ａおよび数式によって、加速係数ＡＦが計算される。ここで、前記正常実験データに対しては加速係数ＡＦが計算されない。
【００９１】
一例として、以下のような半経験的寿命モデルに基づいて、加速係数ＡＦが計算されることができる。ここで、加速係数ＡＦに関する数式を説明する前に、容量およびサイクル回数に関する半経験的寿命モデルについて説明する。
【００９２】
本発明の発明者らはバッテリーの容量が半経験的に以下の数式１のように定義される可能性があることを把握した。
【００９３】
【数７】
2013134250.tif 000009
【００９４】
ここで、Ｃ０は初期容量、Ａは傾き媒介変数、Ｃ−ｒａｔｅは充放電電流、Ｓｗｉｎｇは充放電カットオフ電圧、ｍｉｄｄｌｅ  ＳＯＣは中間ＳＯＣ（一例として、８０％）、ｃｙｃｌｅ#は充放電サイクル回数である。
【００９５】
数式１によれば、バッテリーの容量は充放電電流およびカットオフ電圧などに影響を受ける傾き媒介変数Ａと充放電サイクル回数が大きいほど小さくなることが分かる。つまり、充放電電流が大きく、サイクル回数が大きいとバッテリーの容量は急激に減少する。
【００９６】
一方、本発明の発明者らはバッテリーのサイクル回数（ｃｙｃｌｅ#）と時間（ｔ（ｄａｙ））が半経験的に以下の数式２のように定義される可能性があることを把握した。
【００９７】
【数８】
2013134250.tif 000010
【００９８】
数式２によれば、バッテリーのサイクル回数は充放電電流（Ｃ−ｒａｔｅ）および時間（ｔ（ｄａｙ））が増加することによって、大きくなることが分かる。
【００９９】
最後に、本発明の発明者らは前述した数式１および数式２を利用して、以下の数式３のように加速係数ＡＦが計算される可能性があることを把握した。
【０１００】
【数９】
2013134250.tif 000011
【０１０１】
数式３でのように加速係数ＡＦは加速寿命実験時間対比正常寿命実験時間の比率であり、これは再び充放電電流（Ｃ−ｒａｔｅ）、充放電カットオフ電圧および傾き媒介変数Ａｎ、Ａａによって、計算することができる。
【０１０２】
数式３でｔ（ｎｏｒｍａｌ）は正常寿命実験時間であり、ｔ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）は加速寿命実験時間であり、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は正常寿命実験時の充放電電流であり、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は加速寿命実験時の充放電電流である。また、Ｓｗｉｎｇ（ｎ）は正常寿命実験時のカットオフ電圧であり、Ｓｗｉｎｇ（ａ）は加速寿命実験時のカットオフ電圧である。さらに、前述のように、Ａｎは正常寿命実験時のサイクル回数対比バッテリー容量のグラフの傾きを定義する傾き媒介変数であり、これは電流とカットオフ電圧に依存する。これとともに、Ａａは加速寿命実験時のサイクル回数対比バッテリー容量のグラフの傾きを定義する傾き媒介変数であり、これは電流とカットオフ電圧に依存する。
【０１０３】
一方、図に示していないが、本発明の媒介変数抽出段階（Ｓ１２）および加速係数計算段階（Ｓ１３）は統計的寿命分析モデルによって行われることもできる。
【０１０４】
このような方法は正常寿命実験データおよび加速寿命実験データが統計的方法によって解釈されることによって、加速係数ＡＦが算出される方法である。言い換えれば、同じ容量に対する正常寿命実験データおよび加速寿命実験データに最小自乗法（Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）が適用されて加速係数ＡＦが算出されることができる。
【０１０５】
一例として、まず、媒介変数抽出段階（Ｓ１２）でバッテリーの正常寿命実験データおよび加速寿命実験データから（ｘｎ、ｙｎ）、（ｘａ、ｙａ）がそれぞれ抽出される。ここで、ｎは正常実験条件、ａは加速実験条件、ｘはサイクル回数、ｙは寿命（容量残存率）である。
【０１０６】
また、加速係数計算段階（Ｓ１３）で、前記加速係数ＡＦは同じ容量に対するすべての正常寿命実験データおよび加速寿命実験データのサイクルを比較、分析して得ることができるが、このとき、前述した最小自乗法が利用される。このために、前記抽出された（ｘｎ、ｙｎ）、（ｘａ、ｙａ）から直線の方程式が得られ、一例として、正常寿命に対する直線方程式が以下の数式４のように求められる。
【０１０７】
【数１０】
2013134250.tif 000012
【０１０８】
ここで、ａｎはｙ切片であり、ｂｎは正常寿命実験時のサイクル回数対比バッテリー容量のデータ間の傾きであり、ｋは劣化加速係数である。正常寿命実験データおよび加速寿命実験データの同じ容量に対して最小自乗法を適用すれば、以下の数式５のように劣化加速係数ｋが求められる。
【０１０９】
【数１１】
2013134250.tif 000013
【０１１０】
このように計算された劣化加速係数ｋによって、以下の数式５のように加速係数ＡＦが計算されることができる。
【０１１１】
【数１２】
2013134250.tif 000014
【０１１２】
ここで、Ｃ−ｒａｔｅ（ｎ）は正常寿命実験データの充放電電流であり、Ｃ−ｒａｔｅ（ａ）は加速寿命実験データの充放電電流である。また、ｔｉｍｅ_ｒａｔｉｏはほぼ初期１００サイクル程度の評価時間に対する比率である。
【０１１３】
このようにして、本発明は加速寿命実験データ対比正常寿命実験データがどれくらい加速されたか分かる加速係数ＡＦを求められることになる。このような加速係数ＡＦは正常寿命実験時間対比加速寿命実験時間の比率であるため、評価時間短縮を解釈する一つの尺度で用いられる。
【０１１４】
例えば、加速係数ＡＦが４であれば、正常寿命実験時間が１６０日である場合、加速寿命実験時間は４０日間という意味である。つまり、加速寿命実験の場合、４０日だけに１６０日間の正常寿命を予測できるという意味である。
【０１１５】
図６ｅを参照すれば、正常寿命予測段階（Ｓ１４）では、加速寿命実験データに加速係数ＡＦをかけることによって、バッテリーの正常寿命曲線を得ることができる。このとき、Ｙ軸は容量（％）に変換され、Ｘ軸は時間（日付）およびサイクル回数の積に変換されることができる。より具体的に、Ｘ軸はＡＦｔｉｍｅ*ＡＦｃｙｃｌｅ／（Ｃ−ｒａｔｅ）に変換されるが、これについて簡単に説明する。
【０１１６】
実質的に加速係数ＡＦはＡＦ時間（ｔｉｍｅ）とＡＦサイクル（ｃｙｃｌｅ）からなり、以下の数式７のように定義される。
【０１１７】
【数１３】
2013134250.tif 000015
【０１１８】
つまり、ＡＦｔｉｍｅは以下の数式８のように定義され、ＡＦｃｙｃｌｅは以下の数式９のように定義される。
【０１１９】
【数１４】
2013134250.tif 000016
【０１２０】
【数１５】
2013134250.tif 000017
【０１２１】
したがって、図６ｅでＸ軸が時間加速係数ＡＦｔｉｍｅとサイクル加速係数ＡＦｃｙｃｌｅの積に変換される場合、サイクル当たり充放電に要求される時間がＣ−ｒａｔｅにより変わるので、ＡＦｔｉｍｅ*ＡＦｃｙｃｌｅはＣ−ｒａｔｅに分けられることになる。
【０１２２】
このようにして、本発明はバッテリーの寿命評価時間を短縮すると同時に、評価された加速条件で正常条件の寿命を正確に予測できる。
【０１２３】
また、本発明はバッテリーの長寿命予測が短時間内に行われることによって、バッテリーの全体開発時間も短くなることになる。
【０１２４】
一方、前述のような加速寿命評価方法において重要な点は、正常寿命実験条件と加速寿命実験条件から得られた容量の変化傾向性が同一でなければならないことである。このために、本発明者らは容量解釈プロファイル解釈、放電曲線解釈およびバッテリーの解体分析を通して検証を実施した。これについて説明する。
【０１２５】
図７ａおよび図７ｂに、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた結果検証の一例を示す。
【０１２６】
図７ａに示されているように、正常寿命実験はほぼ５００サイクルの間で行われ、加速寿命実験はほぼ９００サイクルの間で行われた。
【０１２７】
ここで、Ｘ軸は充放電サイクル回数であり、Ｙ軸は容量（ｍＡｈ）である。また、正常寿命実験は充放電電流（Ｃ−ｒａｔｅ）がそれぞれ１．０Ｃ−１．０Ｃであり、加速寿命実験は充放電電流（Ｃ−ｒａｔｅ）が２．０Ｃ−２．０Ｃおよび３．０Ｃ−３．０Ｃである。ここで、前記充放電電流（Ｃ−ｒａｔｅ）の値は本発明の理解のための一例に過ぎず、本発明はこのような数値に限定されるものではない。
【０１２８】
図７ｂに示されているように、加速寿命実験データに前述した方法によって求めた加速係数ＡＦを適用すれば、正常寿命実験データと加速寿命実験データの容量変化傾向性が同じであることが分かる。したがって、本発明による加速寿命評価方法は信頼性が優れていると認められる。ここで、Ｘ軸は充放電サイクル回数であり、Ｙ軸は容量（％）である。もちろん、Ｘ軸の単位は図６ｅに示されているＸ軸の単位と同じであることができる。
【０１２９】
図８ａおよび図８ｂに、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた結果検証のための他の例を示す。
【０１３０】
図８ａに示されているように、正常寿命実験データおよび加速寿命実験データがそれぞれ得られる。ここで、図８ａでＸ軸はサイクル回数であり、Ｙ軸は容量（％）である。また、前記加速寿命実験データのサイクル回数対比容量に関する傾きは正常寿命実験データの傾きに比べてさらに大きい。したがって、正常寿命実験に比べて、加速寿命実験でバッテリーの劣化が相対的に早く進行することが分かる。
【０１３１】
図８ｂに示されているように、正常寿命実験データおよび加速寿命実験データのうち、同じ容量で放電特性を測定し、これをノーマライズ（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）すれば、同一の放電特性曲線が導き出されることが分かる。つまり、正常寿命実験および加速寿命実験でたとえ劣化条件が違っても、バッテリーは全て同じ劣化メカニズムを有することが確認できる。このような放電曲線は劣化メカニズムの同一性を確認できる電気化学的方法の一つである。
【０１３２】
その他にも、本発明では劣化メカニズムの同一性を確認するためにバッテリーを解体して分析および検証した。例えば、陰極の接触抵抗増加率、不活性化した領域の増加率および電荷移動抵抗の増加率と、正極のフィルム抵抗増加率などを分析および検証した結果、正常寿命実験および加速寿命実験に利用されたバッテリーの両側で全て同一の特性が観察された。
【０１３３】
このようにして、本発明はバッテリーの加速寿命評価方法による容量値と正常寿命評価方法による容量値がほぼ５％以内または１００サイクル以内で誤差を持つことが確認された。
【０１３４】
したがって、本発明の一実施形態による加速寿命評価装置およびその方法により予測された長寿命予測値に対する信頼性は非常に高い。
【０１３５】
図９ａ乃至図９ｃに角型バッテリー、パウチ型バッテリーおよび円筒形バッテリーの一例が示されている。
【０１３６】
図９ａに示されているように、角型バッテリー２００は正極２１１、セパレータ２１２および陰極２１３が積層されてなる電極組立体２１０と、前記電極組立体２１０と電解液（図示せず）を収容する角型ケース２２０と、前記角型ケース２２０を密封するキャッププレート２３０と、前記キャッププレート２３０に結合される電極端子２４０と、前記キャッププレート２３０と前記電極組立体２１０のうち、例えば、正極２１１を連結する正極タップ２５０と、前記電極端子２４０と前記電極組立体２１０のうち、例えば、陰極２１３を連結する陰極タップ２６０とを含む。なお、図において、符号２７０は注液口キャップであり、符号２８０は絶縁ガスケットである。
【０１３７】
図９ｂに示されているように、パウチ型バッテリー３００は正極３１１、セパレータ３１２および陰極３１３が積層されてなる電極組立体３１０と、前記電極組立体３１０と電解液（図示せず）を収容するパウチケース３２０と、前記電極組立体３１０のうち、正極３１１に連結されて前記パウチケース３２０の外側に延長される正極タップ３３０と、前記電極組立体３１０のうち、陰極３１３に連結されて前記パウチケース３２０の外側に延長される陰極タップ３４０とを含む。ここで、前記パウチケース３２０は金属層３２１と、前記金属層３２１の一面に形成される第１絶縁層３２２と、前記金属層３２１の他面に形成される第２絶縁層３２３とを含む。
【０１３８】
図９ｃに示されているように、円筒形バッテリー４００は正極４１１、セパレータ４１２および陰極４１３が積層されてなる電極組立体４１０と、前記電極組立体４１０と電解液（図示せず）を収容する円筒形ケース４２０と、前記円筒形ケース４２０を密封するキャップ組立体４３０と、前記電極組立体４１０のうち、例えば、正極４１１と前記キャップ組立体４３０を電気的に連結する正極タップ４４０と、前記電極組立体４１０のうち、例えば、陰極４１３と前記円筒形ケース４２０を電気的に連結する陰極タップ４５０とを含む。ここで、前記キャップ組立体４３０は前記正極タップ４４０に連結されるとともに、過充電によって内圧が高くなる場合、反転する反転プレート４３１と、前記反転プレート４３１の上に電気的に連結され前記反転プレート４３１の反転時に電気的経路を遮断する回路基板４３２と、前記回路基板４３２に電気的に連結される導電環４３３と、前記導電環４３３に電気的に連結されるキャップ端子４３４と、前記反転プレート４３１、回路基板４３２、導電環４３３およびキャップ端子４３４を前記円筒形ケース４２０から絶縁させる絶縁ガスケット４４４とを含む。ここで、前記反転プレート４３１および回路基板４３２を電流遮断デバイスといい、このような電流遮断デバイスは基本的に円筒形バッテリー４００の過充電および過放電を防止する役割を果たす。
【０１３９】
図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価方法に応じた誤差率を示すグラフである。
【０１４０】
図１０に示されているように、角型、パウチ型および円筒形バッテリーに対して正常寿命実験と加速寿命実験の結果、正常実験の容量と加速実験の容量はほぼ５％以内の誤差を持つことが確認された。つまり、本発明による加速寿命実験によって得られた正常寿命予測値はほぼ９５％以上の正確度および信頼度を有する。もちろん、このような実験の結果は本発明の理解のための一例であり、バッテリーをなす構成要素の材料、組成比および容量などにより正常寿命予測値はほぼ９５％以上または以下であることができる。
【０１４１】
図１１に正常容量と加速容量との整合性を比較したグラフを示す。図において、Ｘ軸はサイクル回数であり、Ｙ軸は容量（％）である。
【０１４２】
図１１に示されているように、加速容量グラフと正常容量グラフがほとんど一致する場合、これを整合性に一致すると定義する。ここで、加速容量は前述した加速寿命実験データから媒介変数および加速係数などを求めて得られた値であり、前記正常容量は従来の方法によって得られた値である。
【０１４３】
しかし、加速容量グラフと正常容量グラフが一致しない場合、これを整合性が一致しないと定義する。このような整合性の不一致は大部分が寿命末期に現れ、これは加速寿命実験時に不適切な充放電電流（Ｃ−ｒａｔｅ）、充放電カットオフ電圧、温度および放置時間などによって現れる。したがって、それぞれのバッテリーの種類別およびバッテリーの特性別に実験を通して最適の加速寿命条件を決めておく必要がある。もちろん、前記のように整合性が一致しない場合、その時の加速寿命条件は利用できない。
【０１４４】
下記の表１は、一例として角型バッテリーに対して充放電電流（Ｃ−Ｒａｔｅ）および充放電カットオフ電圧などを変更しながら実験した結果を示すものである。各顧客別に販売する角型バッテリーの特性がみんな違うので、各顧客別に角型バッテリーに最適化した充放電電流（Ｃ−Ｒａｔｅ）、充放電カットオフ電圧および加速係数を多くの実験を通して探さなければならない。ここではいくつか例を挙げて説明する。
【０１４５】
【表１】
2013134250.tif 000018
【０１４６】
下記の表２は表１から得られた結果に基づいて、正常評価期間および最適化した加速評価期間などを示すものである。
【０１４７】
【表２】
2013134250.tif 000019
【０１４８】
表２に記載されている通り、一例としてＡ顧客向けバッテリーの場合、正常評価期間が５５日かかる反面、本発明による加速評価期間は３０日あれば十分であった。また、Ｂ顧客向けバッテリーの場合、正常評価期間が６０日かかる反面、本発明による加速評価期間は２７日あれば十分であった。また、Ｃ顧客向けバッテリーの場合、正常評価期間が１５０日かかる反面、本発明による加速評価期間は４０日あれば十分であった。もちろん、このような正常評価期間および加速評価期間は本発明の理解のための一例であり、このような正常評価期間および加速評価期間に本発明が限定されるものではない。
【０１４９】
このようにして、本発明による加速寿命評価装置および方法によればバッテリーの寿命評価期間を従来に比べて、大幅に縮小できることが分かる。
【０１５０】
下記の表３はパウチ型バッテリーに対し、正常評価期間および最適化した加速評価期間などを示すものである。パウチ型バッテリーの場合、顧客向けではない、製品特徴別に正常評価および加速評価を行った。Ａグループの場合、正極活物質対比陰極活物質が１．６倍以上と多く、体積エネルギー密度は５００Ｗｈ／Ｌであり、Ｂグループの場合、正極活物質対比陰極活物質が１．６倍以下と少なく、電流密度は２．８ないし２．９９であり、Ｃグループの場合、正極活物質対比陰極活物質が１．６倍以下と少なく、電流密度は２．８以下である。
【０１５１】
【表３】
2013134250.tif 000020
【０１５２】
上記表３に記載されている通り、一例としてＡグループのバッテリーの場合、正常評価期間が９０日かかる反面、本発明による加速評価期間は３０日あれば十分であった。また、Ｂ乃至Ｃグループのバッテリーの場合、正常評価期間が７６日かかる反面、本発明による加速評価期間は２７日あれば十分であった。同様に、このような正常評価期間および加速評価期間は本発明の理解のための一例であり、このような正常評価期間および加速評価期間に本発明が限定されるものではない。
【０１５３】
このようにして、本発明による加速寿命評価装置および方法によればバッテリーの寿命評価期間を従来に比べて、大幅に縮小できることが分かる。
【０１５４】
下記の表４はインターバル方式で円筒形バッテリーに対し、温度および放置時間を変更して実験した結果を記載したものである。
【０１５５】
【表４】
2013134250.tif 000021
【０１５６】
上記表４に記載されている通り、円筒形バッテリーの場合、温度は５０度であり、放置時間は８日が最適条件であり、評価時間は正常条件の９０日から加速条件の４３日に短縮した。同様に、このような正常評価期間および加速評価期間は本発明の理解のための一例であり、このような正常評価期間および加速評価期間に本発明が限定されるものではない。
【０１５７】
下記の表５は常温で円筒形バッテリーに対して加速寿命実験をした結果を記載したものである。ここで、前記円筒形バッテリーの正極活物質はコバルト比率の高いＬＣＯ機種を選択した。
【０１５８】
【表５】
2013134250.tif 000022
【０１５９】
上記表５に記載されている通り、円筒形バッテリーの常温での加速寿命実験の結果、評価時間は正常条件の４５日から加速条件の３０日および２５日にそれぞれ短縮した。同様に、このような正常評価期間および加速評価期間は本発明の理解のための一例であり、このような正常評価期間および加速評価期間に本発明が限定されるものではない。
【０１６０】
以上の説明は、本発明によるバッテリーの長寿命予測のための加速寿命評価装置およびその方法を実施するための一つの実施形態に過ぎないのであって、本発明は前記実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように本発明の要旨を逸脱しない範囲内において通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神がいるとみなされる。
【符号の説明】
【０１６１】
１００  加速寿命評価装置
１１０  データ入力部
１２０  データ処理部
１３０  貯蔵部
１４０  表示部
【図１】
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【図２】
2013134250.tif 000030
【図３ａ】
2013134250.tif 000031
【図３ｂ】
2013134250.tif 000032
【図３ｃ】
2013134250.tif 000033
【図３ｄ】
2013134250.tif 000034
【図３ｅ】
2013134250.tif 000035
【図３ｆ】
2013134250.tif 000036
【図４】
2013134250.tif 000037
【図５】
2013134250.tif 000038
【図６ａ】
2013134250.tif 000039
【図６ｂ】
2013134250.tif 000040
【図６ｃ】
2013134250.tif 000041
【図６ｄ】
2013134250.tif 000042
【図６ｅ】
2013134250.tif 000043
【図７ａ】
2013134250.tif 000044
【図７ｂ】
2013134250.tif 000045
【図８ａ】
2013134250.tif 000046
【図８ｂ】
2013134250.tif 000047
【図９ａ】
2013134250.tif 000048
【図９ｂ】
2013134250.tif 000049
【図９ｃ】
2013134250.tif 000050
【図１０】
2013134250.tif 000051
【図１１】
2013134250.tif 000052