KR102672185B1 - 배터리 진단 장치 - Google Patents

배터리 진단 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102672185B1
KR102672185B1 KR1020180084986A KR20180084986A KR102672185B1 KR 102672185 B1 KR102672185 B1 KR 102672185B1 KR 1020180084986 A KR1020180084986 A KR 1020180084986A KR 20180084986 A KR20180084986 A KR 20180084986A KR 102672185 B1 KR102672185 B1 KR 102672185B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacity
battery
electrode
processor
inflection points
Prior art date
Application number
KR1020180084986A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200009920A (ko
Inventor
김대수
배윤정
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020180084986A priority Critical patent/KR102672185B1/ko
Publication of KR20200009920A publication Critical patent/KR20200009920A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102672185B1 publication Critical patent/KR102672185B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables

Abstract

본 발명에 따른 배터리 진단 장치는 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 및 상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 배터리의 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점 중에서 제1 기준 용량 범위와 제2 기준 용량 범위 각각에 기초하여 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 각각 선택하고, 상기 제1 전극 변곡점에 대응되는 용량을 이용하여 상기 배터리의 제1 전극의 열화 여부를 진단하며, 상기 제2 전극 변곡점에 대응되는 용량을 이용하여 상기 배터리의 제2 전극의 열화 여부를 진단할 수 있다.

Description

배터리 진단 장치{Apparatus for diagnosing battery}
본 발명은 배터리 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리에 구비된 제1 전극 및 제2 전극 각각에 대해 열화 여부를 진단하는 배터리 진단 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 전기화학적인 산화 및 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 것으로, 광범위하게 다양한 용도로 이용된다. 예를 들어, 이차 전지는 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 태블릿 컴퓨터, 전동 공구 등과 같이 사람의 손에 휴대할 수 있는 장치; 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치; 신재생 에너지를 통해 발전된 전력이나 잉여 발전 전력을 저장하는데 사용되는 전력 저장 장치; 서버 컴퓨터와 통신용 기지국을 비롯한 각종 정보 통신 장치에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 무 정전 전원 공급 장치 등에 이르기까지 사용 영역이 점차 확대되고 있다.
이차 전지는, 3가지의 기본 구성요소를 포함하는데, 이는, 방전되는 동안 전자를 방출하면서 산화되는 물질을 포함하는 음극(anode), 방전되는 동안 전자를 수용하면서 환원되는 물질을 포함하는 양극(cathode), 그리고 음극과 양극 사이에서 이온 이동이 가능하게 하는 전해질이 바로 그것이다. 전지에는 방전된 후에는 재사용이 불가능한 일차 전지와, 전기화학 반응이 적어도 부분적으로는 가역적이어서 반복적인 충전과 방전이 가능한 이차 전지로 분류될 수 있다.
이 중, 이차 전지로는, 납-산 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-아연 전지, 니켈-철 전지, 은 산화물 전지, 니켈 금속 수화물(hydride) 전지, 아연-망간 산화물 전지, 아연-브로마이드 전지, 금속-공기 전지, 리튬 이차 전지 등이 공지되어 있다. 이들 중에서, 리튬 이차 전지는 다른 이차 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 전지 전압이 높으며 보존 수명이 길다는 이유로 상업적으로 가장 큰 관심을 끌고 있다.
한편, 이차 전지의 퇴화 정도를 진단하는데 있어서, 종래에는 이차 전지의 전압과 용량 간에 상호 변화 양상에 대한 데이터인 용량-전압 데이터를 이용하였다. 이러한, 용량-전압 데이터는 적용되는 해당 이차 전지의 종류에 따라 계형이 상이한데, 구체적으로 이차 전지를 구성하는 양극 전극과 음극 전극 각각의 퇴화도, 용량 설계 및 활물질의 종류에 따라 용량-전압 데이터가 달라지게 된다.
이러한, 용량-전압 데이터를 이용한 종래의 이차 전지의 진단 기술은 해당 이차 전지의 완전셀에 대한 퇴화 정도만을 진단하거나, 이차 전지의 반쪽셀에 대한 퇴화 정도를 진단하기 위해 양극과 음극을 분리하여 각 전극에 대한 용량-전압 데이터를 획득하는 3전극 실험을 수행해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 배터리의 용량-전압 데이터에 기초하여 검출된 변곡점을 이용하여 배터리에 구비된 제1 전극과 제2 전극 각각에 대해 열화 여부를 진단할 수 있는 배터리 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 진단 장치는 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 및 상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함한다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리의 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점 중에서 제1 기준 용량 범위와 제2 기준 용량 범위 각각에 기초하여 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 각각 선택하고, 상기 제1 전극 변곡점에 대응되는 용량을 이용하여 상기 배터리의 제1 전극의 열화 여부를 진단하며, 상기 제2 전극 변곡점에 대응되는 용량을 이용하여 상기 배터리의 제2 전극의 열화 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 검출된 변곡점 중에서 대응되는 용량이 제1 기준 용량 범위 내에 포함되고 대응되는 용량이 가장 작은 변곡점을 상기 제1 전극 변곡점으로 선택할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제1 전극 변곡점에 대응되는 용량을 제1 기준 용량으로 설정하고, 상기 검출된 변곡점 중에서 대응되는 용량이 상기 제1 기준 용량 보다 크고 상기 제1 기준 용량과의 차이값이 가장 작은 변곡점을 상기 제1 전극 변곡점으로 더 선택할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제1 전극 변곡점에 대응되는 용량 간의 차이값을 제1 용량 구간값으로 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제1 용량 구간값과 제1 기준 구간값을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제1 전극의 열화 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 검출된 변곡점 중에서 대응되는 용량이 제2 기준 용량 범위 내에 포함되고 대응되는 용량이 가장 큰 변곡점을 상기 제2 전극 변곡점으로 선택할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 전극 변곡점에 대응되는 용량을 제2 기준 용량으로 설정하고, 상기 검출된 변곡점 중에서 대응되는 용량이 상기 제2 기준 용량 보다 작고 상기 제2 기준 용량과의 차이값이 가장 작은 변곡점을 상기 제2 전극 변곡점으로 더 선택할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 전극 변곡점에 대응되는 용량 간의 차이값을 제2 용량 구간값으로 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 용량 구간값과 제2 기준 구간값을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제2 전극의 열화 여부를 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 상기 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 상기 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리의 용량-전압 데이터에 기초하여 검출된 변곡점을 이용하여 배터리에 구비된 제1 전극과 제2 전극 각각에 대해 열화 여부를 진단함으로써, 배터리의 퇴화를 가중시키는 전극을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 배터리의 용량에 따른 배터리의 전압 그래프이다.
도 3 및 도 4는 평활화 전과 후, 배터리의 용량에 따른 배터리의 전압 미분 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 선택하고, 제1 용량 구간값과 제2 용량 구간값을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세서가 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 제1 전극과 제2 전극 각각의 열화 여부를 진단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <프로세서>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 배터리의 용량에 따른 배터리의 전압 그래프이고, 도 3 및 도 4는 평활화 전과 후, 배터리의 용량에 따른 배터리의 전압 미분 그래프이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 배터리(B)를 포함하는 배터리 팩(1)에 포함되고, 배터리(B)와 연결되어 배터리(B)에 구비된 제1 전극과 제2 전극 각각의 열화 여부를 진단할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 배터리 팩(1)에 포함된 배터리 관리 장치(BMS)에 포함될 수도 있다.
상기 배터리 진단 장치(100)는 센싱부(110), 메모리부(120), 프로세서(130) 및 알림부(140)를 포함할 수 있다.
상기 배터리(B)는 전기 화학 반응을 일으키는 제1 전극과 제2 전극을 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 배터리(B)에 구비된 제1 전극은 양극일 수 있고, 제2 전극은 음극일 수 있다.
상기 배터리(B)는 열화 여부가 진단되는 최소 단위의 전지로서, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 단위 셀들을 포함한다. 물론, 상기 배터리(B)가 하나의 단위 셀만을 포함하는 경우도 본 발명의 범주에 포함된다.
상기 단위 셀은 반복적인 충방전이 가능하다면 그 종류에 특별한 제한이 없는데, 일 예시로서 파우치 타입으로 이루어진 리튬 폴리머 배터리일 수 있다.
상기 배터리(B)는 외부 단자를 통해 다양한 외부 장치에 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 외부 장치는, 일 예시로서 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 드론과 같은 무인 비행체, 전력 그리드에 포함된 대용량의 전력 저장 장치(ESS), 또는 모바일 디바이스일 수 있다. 이 경우, 상기 배터리(B)는 상기 외부 장치에 탑재된 모듈화된 전지 팩에 포함된 단위 셀들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 배터리(B)의 외부 단자는 충전 장치와 선택적으로 결합될 수 있다. 상기 충전 장치는 배터리(B)가 탑재되는 외부 장치의 제어에 의해 배터리(B)에 선택적으로 결합될 수 있다.
상기 센싱부(110)는 프로세서(130)와 동작 가능하게 결합된다. 즉, 센싱부(110)는 프로세서(130)로 전기적 신호를 송신하거나 프로세서(130)로부터 전기적 신호를 수신 가능하도록 프로세서(130)에 접속될 수 있다.
상기 센싱부(110)는 미리 설정된 주기마다 배터리(B)에 인가되는 전압과 배터리(B)로 흘러 들어가거나 흘러 나오는 전류를 반복 측정하고 측정된 전압과 전류를 나타내는 측정 신호를 프로세서(130)로 제공할 수 있다.
상기 센싱부(110)는 배터리(B)의 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서를 포함한다. 또한, 센싱부(110)는 배터리(B)의 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서(130)는 센싱부(110)로부터 측정 신호가 수신되면, 신호 처리를 통해 배터리(B)의 전압 및 전류 각각의 디지털 값을 결정하고 메모리부(120)에 저장할 수 있다.
상기 메모리부(120)는 반도체 메모리 소자로서, 상기 프로세서(130)에 의해 생성되는 데이터를 기록, 소거, 갱신하며, 배터리(B)에 구비된 제1 전극과 제2 전극 각각의 열화 여부를 진단하기 위해 마련된 복수의 프로그램 코드를 저장한다. 또한, 상기 메모리부(120)는 본 발명을 실시할 때 사용되는 미리 결정된 각종 파라미터들의 사전 설정 값들을 저장할 수 있다.
상기 메모리부(120)는 데이터를 기록, 소거, 갱신할 수 있다고 알려진 반도체 메모리 소자라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 메모리부(120)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 상기 메모리부(120)는 상기 프로세서(130)의 제어 로직을 정의한 프로그램 코드들을 저장하고 있는 저장매체를 더 포함할 수 있다. 상기 저장매체는 플래쉬 메모리나 하드디스크와 같은 불활성 기억 소자를 포함한다. 상기 메모리부(120)는 프로세서(130)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 상기 프로세서(130)와 일체로 통합되어 있을 수도 있다.
상기 프로세서(130)는 배터리(B)에 미리 설정된 충전 전류값의 전류가 입력되어 배터리(B)가 충전되도록 배터리(B)의 전류를 제어하고, 배터리(B)에 입력된 전류에 기초하여 배터리(B)의 용량을 추정할 수 있다.
이때, 미리 설정된 충전 전류값은 하기 수학식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
<수학식 1>
여기서, Ic는 미리 설정된 충전 전류값이고, a는 1 이하의 상수이고, Cn은 배터리의 정격 전류일 수 있다.
이에 따라, 상기 프로세서(130)는 정격 전류의 전류값 보다 작은 충전 전류값의 전류가 입력되어 충전되는 배터리(B)의 용량을 추정할 수 있다.
이어서, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)에 입력된 전류의 전류값을 적산하는 전류적산법을 이용하여 배터리(B)의 용량을 추정할 수 있다.
상기 프로세서(130)는 전류적산법을 이용하여 배터리(B)의 용량을 추정하는 것으로 설명하였으나, 미리 설정된 충전 전류값의 전류가 입력되는 배터리(B)의 용량을 추정하는 한 추정 방법은 한정되지 않음을 유의한다.
한편, 상기 프로세서(130)는 추정된 배터리(B)의 용량 별로 배터리(B)의 전압을 맵핑시켜 배터리(B)의 용량-전압 데이터를 생성할 수 있다.
이러한, 배터리(B)의 용량-전압 데이터는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 용량에 따른 배터리(B)의 전압 곡선으로 표시될 수 있다.
이때, 상기 메모리부(120)는 배터리(B)의 용량-전압 데이터를 배터리(B)의 용량에 따른 배터리(B)의 전압 곡선으로 근사시킨 근사 함수 및 배터리(B)의 용량 별로 배터리(B)의 전압이 맵핑된 룩업 테이블 중 하나 이상의 형태로 저장할 수 있다.
상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 용량-전압 데이터에 기초하여 용량-전압 데이터의 변곡점을 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 용량-전압 데이터에 기초하여 용량의 미소 변화에 따른 배터리(B)의 전압의 변화가 증가하다가 감소하는 지점의 용량과 배터리(B)의 전압을 변곡점으로 검출할 수 있다.
또한, 상기 프로세서(130)는 용량-전압 데이터에 기초하여 용량의 미소 변화에 따른 배터리(B)의 전압의 변화가 감소하다가 증가하는 지점의 용량과 배터리(B)의 전압을 변곡점으로 검출할 수 있다.
즉, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 용량-전압 데이터에 대응되는 근사 함수의 이계 미분계수가 "0"인 용량과 해당 용량에 대응되는 배터리(B)의 전압을 변곡점으로 검출할 수 있다.
이를 위하여, 상기 프로세서(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 용량-전압 데이터에 대응되는 근사 함수를 미분하여 일계 도함수를 산출할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 용량-전압 데이터에 대응되는 근사 함수의 일계 도함수를 평활화하여 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
이때, 상기 프로세서(130)는 노이즈 필터를 이용하여 배터리(B)의 용량-전압 데이터에 대응되는 근사 함수의 일계 도함수를 평활화할 수 있다.
이를 통해, 상기 프로세서(130)는 노이즈 성분으로 인해 변곡점이 오검출되는 현상을 방지함으로써, 변곡점 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 프로세서(130)는 평활화된 근사 함수의 일계 도함수를 미분하여 이계 도함수를 산출하고, 산출된 이계 도함수의 함수값이 "0"인 용량과 해당 용량에 대응되는 배터리(B)의 전압을 변곡점으로 검출할 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 9개의 변곡점(a1, ..., a9)을 검출할 수 있고, 9개의 변곡점(a1, ..., a9)에 대응되는 용량은 각각 "4.5mAh", "8.2mAh", "11.5mAh", "12.5mAh", "18.0mAh", "32.5mAh", "37.0mAh", "43.5mAh" 및 "48.0mAh"일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프로세서(130)가 검출된 변곡점 중에서 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 선택하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(130)가 제1 전극 변곡점(q1-1, q1-2)과 제2 전극 변곡점(q2-1, q2-2)을 선택하고, 제1 용량 구간값(qr1)과 제2 용량 구간값(qr2)을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 더 참조하면, 상기 프로세서(130)는 상기 배터리(B)의 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점(a1, ..., a9) 중에서 제1 기준 용량 범위(rqr1)와 제2 기준 용량 범위(rqr2) 각각에 기초하여 제1 전극 변곡점(q1-1)과 제2 전극 변곡점(q2-1)을 각각 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 상기 배터리(B)의 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점(a1, ..., a9) 중에서 제1 기준 용량 범위(rqr1)에 기초하여 제1 전극 변곡점(q1-1)을 선택하고, 제2 기준 용량 범위(rqr2)에 기초하여 제2 전극 변곡점(q2-1)을 선택할 수 있다.
여기서, 제1 기준 용량 범위(rqr1)는 퇴화되지 않은 BOL(beginning of life) 상태의 배터리의 제1 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점 중에서 어느 하나의 변곡점에 대응되는 용량에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 기준 용량 범위(rqr1)는 BOL 상태의 배터리의 제1 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점에 대응되는 용량 중에서 크기가 작은 순으로 2순위인 용량을 기준으로 설정될 수 있다.
또한, 제2 기준 용량 범위(rqr2)는 퇴화되지 않은 BOL 상태의 배터리의 제2 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점 중에서 어느 하나의 변곡점에 대응되는 용량에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 제2 기준 용량 범위(rqr2)는 BOL 상태의 배터리의 제2 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점에 대응되는 용량 중에서 크기가 큰 순으로 2순위인 용량 기준으로 설정될 수 있다.
이때, BOL 상태의 배터리의 제1 전극에 대한 용량-전압 데이터를 획득하는 과정과 BOL 상태의 배터리의 제2 전극에 대한 용량-전압 데이터를 획득하는 과정은 상술된 배터리(B)에 대한 용량-전압 데이터를 획득하는 과정과 동일할 수 있다. 또한, BOL 상태의 배터리의 제1 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 변곡점을 검출하는 과정과 배터리의 제2 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 변곡점을 검출하는 과정은 상술된 배터리(B)에 대한 용량-전압 데이터로부터 변곡점(a1, ..., a9)을 검출하는 과정과 동일할 수 있다.
이어서, 상기 프로세서(130)는 검출된 변곡점 변곡점(a1, ..., a9) 중에서 대응되는 용량이 제1 기준 용량 범위(rqr1) 내에 포함되고 대응되는 용량이 가장 작은 변곡점(a2)을 제1 전극 변곡점(q1-1)으로 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 기준 용량 범위(rqr1)가 "8mAh 내지 12mAh"로 설정된 경우, 대응되는 용량이 제1 기준 용량 범위(rqr1) 내에 포함되는 변곡점 "a2"와 "a3" 중에서 대응되는 용량이 가장 작은 변곡점 "a2"를 제1 전극 변곡점(q1-1)으로 선택할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 선택된 제1 전극 변곡점(q1-1)에 대응되는 용량을 제1 기준 용량(rq1)으로 설정하고, 검출된 변곡점(a1, ..., a9) 중에서 대응되는 용량이 제1 기준 용량(rq1) 보다 크고 제1 기준 용량(rq1)과의 차이값이 가장 작은 변곡점(a3)을 제1 전극 변곡점(q1-2)으로 더 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 선택된 제1 전극 변곡점 "q1-1"에 대응되는 용량 "8.2mAh"를 제1 기준 용량(rq1)으로 설정할 수 있다. 이어서, 상기 프로스세서(130)는 검출된 (a1, ..., a9) 중에서 대응되는 용량이 제1 기준 용량(rq1) "8.2mAh" 보다 크고 제1 기준 용량(rq1) "8.2mAh"와의 차이값이 가장 작은 변곡점 "a3"를 제1 전극 변곡점(q1-2)으로 더 선택할 수 있다.
한편, 상기 프로세서(130)는 검출된 변곡점 변곡점(a1, ..., a9) 중에서 대응되는 용량이 제2 기준 용량 범위(rqr2) 내에 포함되고 대응되는 용량이 가장 큰 변곡점(a8)을 제2 전극 변곡점(q2-1)으로 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 기준 용량 범위(rqr2)가 "35mAh 내지 45mAh"로 설정된 경우, 대응되는 용량이 제2 기준 용량 범위(rqr2) 내에 포함되는 변곡점 "a7"과 "a8" 중에서 대응되는 용량이 가장 큰 변곡점 "a8"를 제2 전극 변곡점(q2-1)으로 선택할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 선택된 제2 전극 변곡점(q2-1)에 대응되는 용량을 제2 기준 용량(rq2)으로 설정하고, 검출된 변곡점(a1, ..., a9) 중에서 대응되는 용량이 제2 기준 용량(rq2) 보다 작고 제2 기준 용량(rq2)과의 차이값이 가장 작은 변곡점(a7)을 제2 전극 변곡점(q2-2)으로 더 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 선택된 제2 전극 변곡점 "q2-1"에 대응되는 용량 "43.5mAh"를 제2 기준 용량(rq2)으로 설정할 수 있다. 이어서, 상기 프로스세서(130)는 검출된 (a1, ..., a9) 중에서 대응되는 용량이 제2 기준 용량(rq2) "43.5mAh" 보다 작고 제2 기준 용량(rq2) "43.5mAh"와의 차이값이 가장 작은 변곡점 "a7"를 제2 전극 변곡점(q2-2)으로 더 선택할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 프로세서(130)가 검출된 변곡점 중에서 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 선택하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세서(130)가 제1 전극 변곡점과 제2 전극 변곡점을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)는 검출된 변곡점 변곡점(b1, ..., b9) 중에서 하나의 변곡점(b2)에 대응되는 용량만이 제1 기준 용량 범위(rqr1) 내에 포함되면, 해당 변곡점(b2)을 제1 전극 변곡점(q1-1)으로 선택할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)는 검출된 변곡점 변곡점(b1, ..., b9) 중에서 하나의 변곡점(b8)에 대응되는 용량만이 제2 기준 용량 범위(rqr2) 내에 포함되면, 해당 변곡점(b8)을 제2 전극 변곡점(q2-1)으로 선택할 수 있다.
보다 구체적으로, 배터리(B)의 열화 정도에 따라 검출되는 변곡점(b1, ..., b9)에 대응되는 용량은 변화할 수 있다. 이에 따라, 검출된 변곡점 변곡점(b1, ..., b9)에 대응되는 용량이 제1 기준 용량 범위(rqr1)와 제2 기준 용량 범위(rqr2) 각각에 하나씩만 포함될 수 있다. 이러한 경우, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)는 검출된 변곡점 변곡점(b1, ..., b9)에 대응되는 용량 간 차이값을 산출하지 않고, 대응되는 용량이 제1 기준 용량 범위(rqr1)와 제2 기준 용량 범위(rqr2) 내에 포함되는 변곡점 "b2"와 "b8"을 각각 제1 전극 변곡점(q1-1)과 제2 전극 변곡점(q2-1)으로 선택할 수 있다.
이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)가 제1 기준 용량(rq1)과 제2 기준 용량(rq2)을 설정하고, 제1 전극 변곡점(q1-2)과 제2 전극 변곡점(q2-2)을 더 선택하는 과정은 일 실시예에 따른 프로세서(130)와 동일하게 수행할 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프로세서(130)가 제1 용량 구간값과 제2 용량 구간값을 산출하고, 제1 전극과 제2 전극 각각에 대해 열화 여부를 진단하는 과정을 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(130)가 제1 전극과 제2 전극 각각의 열화 여부를 진단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 다시 참조하면, 상기 프로세서(130)는 선택된 제1 전극 변곡점(q1-1, q1-2)에 대응되는 용량 간의 차이값을 제1 용량 구간값(qr1)으로 산출할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(130)는 선택된 제2 전극 변곡점(q2-1, q2-2)에 대응되는 용량 간의 차이값을 제2 용량 구간값(qr2)으로 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 선택된 제1 전극 변곡점 "q1-1"과 "q1-2" 각각에 대응되는 용량 "8.2mAh"와 "11.5mAh" 간의 차이값인 "3.2mAh"를 제1 용량 구간값(qr1)으로 산출할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(130)는 선택된 제2 전극 변곡점 "q2-1"과 "q2-2" 각각에 대응되는 용량 "37.0mAh"와 "43.5mAh" 간의 차이값인 "6.5mAh"를 제2 용량 구간값(qr2)으로 산출할 수 있다.
이후, 도 7을 참조하면, 상기 프로세서(130)는 제1 용량 구간값(qr1)과 제1 기준 구간값(rr1)을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 제1 전극의 열화 여부를 진단할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(130)는 제2 용량 구간값(qr2)과 제2 기준 구간값(rr2)을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 제2 전극의 열화 여부를 진단할 수 있다.
여기서, 제1 기준 구간값(rr1)은 퇴화되지 않은 BOL 상태의 배터리의 제1 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점 중에서 어느 두개의 변곡점에 대응되는 용량에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 기준 구간값(rr1)은 BOL 상태의 배터리의 제1 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점에 대응되는 용량 중에서 크기가 작은 순으로 2순위와 3순위인 용량 간에 차이값의 80%로 설정될 수 있다.
또한, 제2 기준 구간값(rr2)은 퇴화되지 않은 BOL 상태의 배터리의 제2 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점 중에서 어느 두개의 변곡점에 대응되는 용량에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 제2 기준 구간값(rr2)은 BOL 상태의 배터리의 제2 전극에 대한 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점에 대응되는 용량 중에서 크기가 큰 순으로 2순위와 3순위인 용량 간에 차이값의 80%로 설정될 수 있다.
이어서, 상기 프로세서(130)는 제1 용량 구간값(qr1)이 제1 기준 구간값(rr1) 이하이면 상기 제1 전극에 열화가 발생한 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 상기 프로세서(130)는 제1 용량 구간값(qr1)이 제1 기준 구간값(rr1)을 초과하면 상기 제1 전극에 열화가 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
상기 프로세서(230)는 제2 용량 구간값(qr2)이 제2 기준 구간값(rr2) 이하이면 상기 제2 전극에 열화가 발생한 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 상기 프로세서(230)는 제2 용량 구간값(qr2)이 제2 기준 구간값(rr2)을 초과하면 상기 제2 전극에 열화가 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 따르면, 3전극 실험을 통해 배터리의 제1 전극과 제2 전극 각각에 대한 용량-전압 데이터를 획득하지 않고도 배터리의 완전셀에 대한 용량-전압 데이터를 이용하여 제1 전극과 제2 전극 각각에 대해 열화 여부를 진단할 수 있다.
상기 프로세서(130)는, 진단 결과를 나타내는 메시지를 통신 단자(COM)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.
상기 프로세서(130)는, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 프로세서(130)에 의해 실행될 수 있는 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서(130)에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
상기 알림부(140)는 상기 프로세서(130)의 진단 결과를 입력받아 외부로 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 알림부(140)는 상술된 진단 결과를 기호, 숫자 및 코드 중 하나 이상을 이용하여 표시하는 디스플레이부 및 소리로 출력하는 스피커 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 상술된 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다. 이를 통해, 배터리 관리 장치가 관리하는 배터리에 대해 활물질 면적, 방전 심도 및 충전 심도 중 하나 이상의 변화를 진단할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 배터리 팩
B: 배터리
100: 배터리 진단 장치
110: 센싱부
120: 메모리부
130: 프로세서
140: 알림부

Claims (11)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 및
    상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 배터리의 용량-전압 데이터로부터 검출된 변곡점들 중에서 제1 기준 용량 범위와 제2 기준 용량 범위 각각에 기초하여 두 개의 제1 전극 변곡점과 두 개의 제2 전극 변곡점을 선택하고,
    상기 두 개의 제1 전극 변곡점 각각에 대응되는 용량을 이용하여 상기 배터리의 제1 전극의 열화 여부를 진단하며,
    상기 두 개의 제2 전극 변곡점 각각에 대응되는 용량을 이용하여 상기 배터리의 제2 전극의 열화 여부를 진단하는 배터리 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 검출된 변곡점들 중에서 대응되는 용량이 제1 기준 용량 범위 내에 포함되고 대응되는 용량이 가장 작은 변곡점을 상기 두 개의 제1 전극 변곡점 중 어느 하나로 선택하는 배터리 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 검출된 변곡점들 중에서 대응되는 용량이 제1 기준 용량보다 크고 상기 제1 기준 용량과의 차이값이 가장 작은 변곡점을 상기 두 개의 제1 전극 변곡점 중 다른 하나로 선택하되,
    상기 제1 기준 용량은,
    상기 검출된 변곡점들 각각에 대응되는 용량들 중에서 상기 제1 기준 용량 범위 내의 가장 작은 용량인, 배터리 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 두 개의 제1 전극 변곡점 각각에 대응되는 용량 간의 차이값을 제1 용량 구간값으로 산출하는 배터리 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 용량 구간값과 제1 기준 구간값을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제1 전극의 열화 여부를 진단하는 배터리 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 검출된 변곡점들 중에서 대응되는 용량이 제2 기준 용량 범위 내에 포함되고 대응되는 용량이 가장 큰 변곡점을 상기 두 개의 제2 전극 변곡점 중 어느 하나로 선택하는 배터리 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 검출된 변곡점들 중에서 대응되는 용량이 제2 기준 용량 보다 작고 상기 제2 기준 용량과의 차이값이 가장 작은 변곡점을 상기 두 개의 제2 전극 변곡점 중 다른 하나로 선택하되,
    상기 제2 기준 용량은,
    상기 검출된 변곡점들에 대응되는 용량들 중에서 상기 제2 기준 용량 범위 내의 가장 큰 용량인, 배터리 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 두 개의 제2 전극 변곡점 각각에 대응되는 용량 간의 차이값을 제2 용량 구간값으로 산출하는 배터리 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제2 용량 구간값과 제2 기준 구간값을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제2 전극의 열화 여부를 진단하는 배터리 진단 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를
    포함하는 배터리 관리 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를
    포함하는 배터리 팩.
KR1020180084986A 2018-07-20 배터리 진단 장치 KR102672185B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180084986A KR102672185B1 (ko) 2018-07-20 배터리 진단 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180084986A KR102672185B1 (ko) 2018-07-20 배터리 진단 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200009920A KR20200009920A (ko) 2020-01-30
KR102672185B1 true KR102672185B1 (ko) 2024-06-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010272365A (ja) 2009-05-21 2010-12-02 Gs Yuasa Corp 二次電池の劣化診断方法、及び二次電池の劣化診断装置
JP2013247003A (ja) 2012-05-28 2013-12-09 Sony Corp 二次電池の充電制御装置、二次電池の充電制御方法、二次電池の充電状態推定装置、二次電池の充電状態推定方法、二次電池の劣化度推定装置、二次電池の劣化度推定方法、及び、二次電池装置
JP2017227494A (ja) 2016-06-21 2017-12-28 マツダ株式会社 リチウムイオン電池の診断装置及び制御装置
JP2017228389A (ja) 2016-06-21 2017-12-28 マツダ株式会社 リチウムイオン電池の診断装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010272365A (ja) 2009-05-21 2010-12-02 Gs Yuasa Corp 二次電池の劣化診断方法、及び二次電池の劣化診断装置
JP2013247003A (ja) 2012-05-28 2013-12-09 Sony Corp 二次電池の充電制御装置、二次電池の充電制御方法、二次電池の充電状態推定装置、二次電池の充電状態推定方法、二次電池の劣化度推定装置、二次電池の劣化度推定方法、及び、二次電池装置
JP2017227494A (ja) 2016-06-21 2017-12-28 マツダ株式会社 リチウムイオン電池の診断装置及び制御装置
JP2017228389A (ja) 2016-06-21 2017-12-28 マツダ株式会社 リチウムイオン電池の診断装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11150307B2 (en) Apparatus and method for diagnosing battery
US11193985B2 (en) Apparatus and method for diagnosing battery
US11391780B2 (en) Battery diagnostic device and method
US11662388B2 (en) Apparatus for estimating a battery free capacity
KR102351637B1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
KR102672185B1 (ko) 배터리 진단 장치
KR102677986B1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
KR20200009920A (ko) 배터리 진단 장치
JP2021500528A (ja) バッテリー充電状態推定装置及び方法
KR20200078227A (ko) 배터리 관리 장치 및 방법