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1. JP2013134250 - LIFE EVALUATION DEVICE OF BATTERY AND METHOD THEREFOR

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Title of Invention バッテリーの寿命評価装置およびその方法 US 61/579,890 20111223 US 13/450,421 20120418 20170322 G01R 31/36 H01M 10/42 H01M 10/48 H02J 7/00 特開2008−275581(JP,A) 特開平10−106291(JP,A) 特開2010−63279(JP,A) 2013134250 20130708 20150622 菅藤 政明

Technical Field

0001  

Background Art

0002   0003   0004  

Summary of Invention

Technical Problem

0005  

Technical Solution

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037  

Advantageous Effects

0038   0039   0040   0041   0042  

Brief Description of Drawings

0043  

Description of Embodiments

0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160  

Reference Signs List

0161  

Claims

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20  

Drawings

1   2   3a   3b   3c   3d   3e   3f   4   5   6a   6b   6c   6d   6e   7a   7b   8a   8b   9a   9b   9c   10   11    

Description

バッテリーの寿命評価装置およびその方法

US 61/579,890 20111223 US 13/450,421 20120418 20170322 G01R 31/36 H01M 10/42 H01M 10/48 H02J 7/00 patcit 1 : 特開2008−275581(JP,A)
patcit 2 : 特開平10−106291(JP,A)
patcit 3 : 特開2010−63279(JP,A)
2013134250 20130708 20150622 菅藤 政明

Technical Field

[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。

Background Art

[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。

Summary of Invention

Technical Problem

[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。

Technical Solution

[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]
[Math. 1]


[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、A 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、A 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]
[Math. 2]


[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]
[Math. 3]


[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、b はデータ間の傾き、a 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]
[Math. 4]


[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、A 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、A 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]
[Math. 5]


[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]
[Math. 6]


[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、b はデータ間の傾き、a 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。

Advantageous Effects

[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。

Brief Description of Drawings

[0043]
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。
[fig. 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。

Description of Embodiments

[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N 1/2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]
[Math. 7]


[0094]
ここで、C 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]
[Math. 8]


[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]
[Math. 9]


[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A 、A 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、A 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、A 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(x 、y )、(x 、y )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(x 、y )、(x 、y )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]
[Math. 10]


[0108]
ここで、a はy切片であり、b 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]
[Math. 11]


[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]
[Math. 12]


[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AF time*AF cycle/(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]
[Math. 13]


[0118]
つまり、AF timeは以下の数式8のように定義され、AF cycleは以下の数式9のように定義される。
[0119]
[Math. 14]


[0120]
[Math. 15]


[0121]
したがって、図6eでX軸が時間加速係数AF timeとサイクル加速係数AF cycle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、AF time*AF cycle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]
[Table 1]


[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]
[Table 2]


[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]
[Table 3]


[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]
[Table 4]


[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]
[Table 5]


[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。

Reference Signs List

[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

Claims

[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[Math. 1]


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、A 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、A 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。
[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。
[Math. 2]


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。
[Math. 3]


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、b 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、a はy切片である。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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 方法
[Math. 4]


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、A 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、A 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。
[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。
[Math. 5]


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。
[Math. 6]


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、b はデータ間の傾き、a はy切片である。
[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。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3a]

[ Fig. 3b]

[ Fig. 3c]

[ Fig. 3d]

[ Fig. 3e]

[ Fig. 3f]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6a]

[ Fig. 6b]

[ Fig. 6c]

[ Fig. 6d]

[ Fig. 6e]

[ Fig. 7a]

[ Fig. 7b]

[ Fig. 8a]

[ Fig. 8b]

[ Fig. 9a]

[ Fig. 9b]

[ Fig. 9c]

[ Fig. 10]

[ Fig. 11]