KR20180021570A - Method for determining state of charge and method for measuring charge loss of battery using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for calculating open circuit voltage (OCV)-state of charge (SoC) curves of a battery, comprising: a step (1) of acquiring an entropy (ΔS) curve and an enthalpy (ΔH) curve of a battery as a function of SoC; and a step (2) of using the entropy (ΔS) curve and the enthalpy (ΔH) curve, and calculating OCV by the function of SoC at a target temperature (T_target) according to the second law of thermodynamics to acquire OCV-SoC curves. According to the present invention, a precise OCV-SoC curve of a battery can be obtained at a random temperature, an SoC value for OCV values measured at a random temperature can be derived, and a charge reduction can be simply and precisely measured when the charge reduction is measured.

Description

배터리의 용량상태 결정방법 및 그를 이용한 용량감소 측정방법 {METHOD FOR DETERMINING STATE OF CHARGE AND METHOD FOR MEASURING CHARGE LOSS OF BATTERY USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of determining a capacity state of a battery,

본 발명은 배터리 용량상태 결정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 용량상태 결정방법 및 그를 이용한 용량감소 측정방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery capacity determination method, and more particularly, to a battery capacity determination method and a capacity reduction measurement method using the same.

전기 장치들에서 전기를 공급하는 주요 수단은 배터리이다. 사용되는 배터리의 대다수는 리튬-기반 배터리인데, 이는 더 높은 전력밀도와 고속 충전능력을 제공하기 때문이다. 또한, 리튬-기반 배터리들은 자체방전(self-discharge)이 낮고 점화가 쉽지 않다. 따라서 리튬 배터리들은 오늘날 모바일 폰에서 어린이 장난감, 전기자전거, 승객 운송수단 등에 이르기까지 넓은 범위의 소비자 상품에 전력을 제공하기 위해 사용되고 있다. 리튬-기반 배터리는 이미 배터리 시장에서 제일 큰 부분을 차지하고 있으며, 그에 대한 요구는 여전히 계속 증가하고 있어, 앞으로 2020년까지 시장이 거의 4배 정도 성장할 것으로 예상되고 있다. A primary means of supplying electricity in electrical devices is the battery. The majority of used batteries are lithium-based batteries because they provide higher power density and faster charging capability. In addition, lithium-based batteries have low self-discharge and are difficult to ignite. Lithium batteries are being used today to power a wide range of consumer products, from mobile phones to children's toys, electric bicycles and passenger vehicles. Lithium-based batteries are already the largest part of the battery market, and the demand for them is still growing, and the market is expected to grow nearly four times by 2020.

리튬-기반 배터리가 여전히 시장에서의 지배적 지위를 차지하고 있으며, 이런 상황은 상당히 오랫동안 계속될 것이다. 하지만, 리튬-기반 배터리들은 몇 가지 도전에 직면해 있다. 리튬-기반 배터리들은 과충전 되는 것과 과방전 되는 것을 막을 필요가 있다. 또한, 그 리튬-기반 배터리들은 온도와, 전압 및 전류의 잘못된 사용에도 민감하다. 만약 이에 관한 적정한 조건들이 만족되지 않으면, 그 배터리들의 수명은 쉽게 저하되고 심한 경우 화재 또는 폭발로 이어진다. Lithium-based batteries still dominate the market, and this situation will continue for quite some time. However, lithium-based batteries face several challenges. Lithium-based batteries need to be prevented from overcharging and overdischarging. In addition, the lithium-based batteries are also sensitive to temperature, misuse of voltage and current. If the appropriate conditions are not met, the life of those batteries is easily degraded and, in severe cases, a fire or explosion.

또한 리튬 배터리에서는 일어나는 노화 과정(aging process)은 또 다른 문제로 되고 있다. 이것은 시간의 경과에 달려있을 뿐만 아니라, 배터리가 경험한 충방전 사이클의 회수에도 달려있다.The aging process in lithium batteries is another problem. This depends not only on the lapse of time, but also on the number of charge / discharge cycles experienced by the battery.

그러나 종래의 배터리 관리시스템(BMS)에 있어서, 개방전압(OCV)의 비선형적 특성으로 인하여 임의의 온도에서 정확한 개방전압-용량상태(OCV-SoC) 곡선을 구하기 어렵고, 측정된 개방전압(OCV) 값에 대한 정확한 용량상태(SoC) 값을 도출하기 어렵고, 또한 용량감소 측정 시 정확한 용량감소를 측정하기 어려운 문제점이 있었다.However, in the conventional battery management system (BMS), it is difficult to obtain an accurate OCV-SoC curve at an arbitrary temperature due to the non-linear characteristic of the OCV, It is difficult to derive an accurate Capacity State (SoC) value for the value, and it is difficult to measure the accurate capacity decrease in the capacity decrease measurement.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 목적은 배터리에 관한 물질적 이해에 기반한 열역학적 이론을 기반으로 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for calculating the OCV-Capacity State (SoC) curve of a battery based on a thermodynamic theory based on a material understanding of a battery.

또한, 본 발명의 다른 하나의 목적은 용량상태(SoC) 산출방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of calculating a capacity state (SoC).

또한 본 발명의 다른 하나의 목적은 배터리의 현재용량 측정방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for measuring current capacity of a battery.

또한 본 발명의 다른 하나의 목적은 배터리의 용량감소 측정방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method for measuring the capacity reduction of a battery.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 According to one aspect of the present invention,

배터리에서, 열역학적 방법으로 배터리의 엔트로피(△S) 곡선 및 엔탈피(△H) 곡선을 각각 용량상태(SoC)의 함수로 구하는 단계 (1); 및 (1) of obtaining, as a function of the capacity state (SoC), the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve of the battery in a thermodynamic manner in the battery; And

상기 엔트로피(△S) 곡선과 상기 엔탈피(△H) 곡선을 사용하고 열역학 제2 법칙에 따라, 목표 온도(Ttarget)에서 용량상태(SoC)의 함수로 개방전압(OCV)을 계산하여 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선을 얻는 단계(2);를 Using the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve and calculating the open-circuit voltage (OCV) as a function of the capacity state (SoC) at the target temperature (T target ) according to the second law of thermodynamics, (OCV) - Capacity State (SoC) curve (2);

포함하는 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법을 제공한다.(OCV) -capacity state (SoC) curve of a battery that includes the battery.

또한 상기 단계(1)의 정확성을 유지하기 위하여 규칙적으로 또는 정해진 시간에 다시 수행되어 상기 엔트로피(△S) 곡선과 상기 엔탈피(△H) 곡선이 업데이트될 수 있다.Also, the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve may be updated at regular or predetermined times again to maintain the accuracy of step (1).

또한 상기 단계(2)에서 상기 개방전압(OCV)의 계산이 하기 식 1을 사용하여 수행될 수 있다.Also, in the step (2), the calculation of the open-circuit voltage (OCV) may be performed using the following equation (1).

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

식 1에서 Ttarget은 목표 온도이고, In Equation 1, Ttarget is the target temperature,

△SSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 엔트로피 값이고, DELTA SoC is an entropy value in a predetermined capacity state SoC,

△HSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 엔탈피 값이고, DELTA H SoC is an enthalpy value at a predetermined capacity state SoC,

OCVSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 개방전압이고, The OCV SoC is the open-circuit voltage at the predetermined capacitance state SoC,

n은 전자의 몰수이고, n is the number of moles of electrons,

F는 패러데이 상수이다.F is a Faraday constant.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,

배터리에서, 열역학적 방법으로 상기 배터리의 엔트로피(△S) 곡선 및 엔탈피(△H) 곡선을 각각 용량상태(SoC)의 함수로 구하는 단계 (a); (A) obtaining, in a battery, an entropy (? S) curve and an enthalpy (? H) curve of the battery as a function of a state of charge (SoC) in a thermodynamic manner;

임의 측정 온도(Tarb)에서 배터리의 개방전압(OCVTarb)을 측정하는 단계 (b);(B) measuring the open-circuit voltage (OCV Tarb ) of the battery at the arbitrary measurement temperature (T arb );

측정된 상기 임의 측정 온도(Tarb)와 상기 개방전압(OCVTarb)에 대해, 단계(a)의 상기 엔트로피(△S) 곡선 및 상기 엔탈피(△H) 곡선으로부터 열역학 제2법칙을 만족하는 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)의 쌍을 구하는 단계 (c);From the entropy ( ΔS ) curve and the enthalpy ( ΔH ) curve of step (a) for the measured arbitrary measured temperature (T arb ) and the open-circuit voltage (OCV Tarb ), entropy satisfying the second law of thermodynamics (C) obtaining a pair of enthalpy (? S Tarb ) and enthalpy (? H Tarb );

상기 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)의 쌍에 대해 상기 엔트로피(△S) 곡선 및 상기 엔탈피(△H) 곡선으로부터 측정된 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb)를 구하는 단계 (d); 를 The entropy (△ S Tarb) and the enthalpy of the entropy (△ S) to the pair of (△ H Tarb) curve and the enthalpy (△ H) capacities corresponding to the open-circuit voltage (OCV Tarb) measured from the curved state (SoC Tarb (D); To

포함하는 용량상태(SoC) 산출방법이 제공된다.A method of calculating a capacity state (SoC) is provided.

또한 단계(c) 또는 (d)가 보간법(interpolation)분석방법에 의해 수행될 수 있다.Step (c) or (d) may also be performed by an interpolation analysis method.

또한 단계(c) 또는 (d)가 엘링함 접근 영역(Ellingham approximation region)에서 수행될 수 있다.Step (c) or (d) may also be performed in the Ellingham approximation region.

또한 단계(c)에서 상기 엔트로피(△STarb)와 상기 엔탈피(△HTarb)는 특정 온도범위에서 측정된 임의 측정 온도(Tarb))와 무관할 수 있다.In addition, in step (c), the entropy (? S Tarb ) and the enthalpy (? H Tarb ) may be independent of any measured temperature (T arb ) measured in a specific temperature range.

또한 단계(c)에서 상기 엔트로피(△STarb)와 상기 엔탈피(△HTarb)를 구하는 것이 하기 식 2를 사용하여 수행될 수 있다.Also, in step (c), the entropy (? S Tarb ) and the enthalpy (? H Tarb ) can be obtained using the following equation (2).

[식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

식 2에서, In Equation 2,

Tarb은 임의 측정 온도이고, T arb is the arbitrary measurement temperature,

△STarb는 해당 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb) 값에서의 엔트로피이고, ΔS Tarb is the entropy in the capacitance state (SoC Tarb ) value corresponding to the corresponding open-circuit voltage (OCV Tarb )

△HTarb는 해당 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb) 값에서의 엔탈피이고, △ H Tarb is the enthalpy in the capacitance state (SoC Tarb ) value corresponding to the corresponding open-circuit voltage (OCV Tarb )

OCVTarb는 임의 측정 온도(Tarb)에서 측정된 개방전압이고, OCV Tarb is the open-circuit voltage measured at arbitrary measurement temperature (T arb )

n은 전자의 몰수이고, n is the number of moles of electrons,

F는 패러데이 상수이다.F is a Faraday constant.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,

기준온도(Tref)에서 배터리의 개방전압(OCVTref)을 용량상태(SoCTref)의 함수로 구하는 단계 (가); Obtaining (A) the open-circuit voltage (OCV Tref ) of the battery as a function of the capacity state (SoC Tref ) at the reference temperature (T ref );

배터리에서, 임의의 용량상태(SoC)에서, 상기 배터리의 초기개방전압(OCVinit)과 초기온도(Tinit)를 측정하는 단계(나); (B) measuring an initial open-circuit voltage (OCV init ) and an initial temperature (T init ) of the battery in an arbitrary capacity state (SoC);

상기 배터리를 전류(IBatt)로 일정시간(△t) 동안 충전 또는 방전하고, IBatt 으로 충전 또는 방전한 전류를 적분하여 전하량 변화(△Q)를 계산하는 단계(다); (B) charging or discharging the battery with a current (I Batt ) for a predetermined time (Δt) and integrating a current charged or discharged by I Batt to calculate a change in charge amount (ΔQ);

상기 일정시간 (△t) 후에, 말기개방전압(OCVfin)과 말기온도(Tfin)를 측정하는 단계(라); Further comprising: after the predetermined period of time (△ t), measuring the open end voltage (OCV fin) and the end temperature (T fin) (D);

상기 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법 및/또는 용량상태(SoC) 산출방법을 사용하여, 상기 초기개방전압(OCVinit)과 상기 말기개방전압(OCVfin)에 각각 상응하는 기준 온도(Tref)에서의 초기개방전압(OCVinit _ Tref)과 말기개방전압(OCVfin_Tref)을 결정하는 단계(마); (OCV init ) and the terminal open-circuit voltage (OCV fin ), respectively, using the OCV-Capacity State (SoC) curve calculation method and / or the Capacity State (SoC) the step of determining a corresponding reference temperature (T ref), the initial open-circuit voltage (OCV _ init Tref) and the end of the open-circuit voltage (OCV fin_Tref) in which (e);

상기 초기개방전압(OCVinit _ Tref)과 상기 말기개방전압(OCVfin _ Tref)으로부터 기준 온도(Tref)에서의 초기용량상태(SoCinit _ Tref)와 말기용량상태(SoCfin _ Tref)를 구하는 단계(바); The initial open circuit voltage (OCV init _ Tref) and the end of the open-circuit voltage reference temperature (T ref) initial capacity state (SoC init _ Tref) and the end of dose state (SoC fin _ Tref) in from the (OCV fin _ Tref) Step (bar) to obtain;

상기 초기용량상태(SoCinit _ Tref)와 상기 말기용량상태(SoCfin)의 차이를 계산하여 기준 온도(Tref)에서의 용량상태변화(△SoCTref)를 수득하는 단계(사); 및 To obtain the initial capacity state (SoC _ init Tref) and by calculating the difference between the reference temperature (T ref), the capacity change of state (SoC △ Tref) at the end of dose state (SoC fin) (g); And

상기 전하량변화(△Q)를 상기 용량상태변화(△SoCTref)로 나눈값에 100을 곱하여 현재용량(Ccurrent)을 구하는 단계(아);를 포함하는 배터리의 현재용량 측정방법이 제공된다.And a current capacity (C current ) by multiplying a value obtained by dividing the charge amount change (DELTA Q) by the capacitance state change (SoC Tref ) by 100, (A).

또한 본 발명의 또 하나의 다른 측면에 따르면 According to yet another aspect of the present invention

상기 현재용량 측정방법; 및 The current capacity measurement method; And

당초용량(Coriginal)과 상기 현재용량(Ccurrent)으로부터 용량감소(Closs)를 구하는 단계(자);를 A step of obtaining a capacity loss (C loss ) from the original capacity (C original ) and the current capacity (C current )

포함하는 배터리의 용량감소 측정방법이 제공된다.A method for measuring the capacity reduction of a battery is provided.

본 발명에 따르면, 임의의 온도에서 배터리의 정확한 개방전압-용량상태(OCV-SoC) 곡선을 구할 수 있고, 임의의 온도에서 측정된 개방전압(OCV) 값에 대한 용량상태(SoC) 값을 도출할 수 있고, 또한 용량감소 측정 시 간단하고 정확하게 용량감소를 측정할 수 있다. According to the present invention, an accurate open voltage-capacity state (OCV-SoC) curve of a battery can be obtained at any temperature, and a capacitance state (SoC) value for an OCV value measured at an arbitrary temperature And it is also possible to measure the capacity decrease simply and accurately when measuring the capacity decrease.

도 1은 본 발명에 따른 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선을 구하는 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 용량상태에서 온도변화에 따른 개방전압의 변화를 모니터링하여 배터리의 엔트로피를 구하는 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 용량상태에 따른 엔트로피 변화곡선을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 용량상태에 따른 엔탈피 변화곡선을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법의 개략적인 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리의 임의의 온도에서의 용량상태(SoC) 산출방법의 개략적인 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리의 현재 용량 및 용량감소 측정방법의 개략적인 방법을 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram briefly showing a method of obtaining an open-circuit voltage (OCV) -capacity state (SoC) curve of a battery according to the present invention.
FIG. 2 is a view schematically illustrating a method of calculating entropy of a battery by monitoring a change in open-circuit voltage according to a temperature change in a plurality of capacitive states according to the present invention.
3 is a graph showing an entropy change curve according to the capacity state of the present invention.
4 is a graph showing an enthalpy change curve according to the capacity state of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic method of calculating the OCV-Capacity State (SoC) curve of a battery according to the present invention.
6 is a diagram showing a schematic method of calculating a capacity state (SoC) at a certain temperature of a battery according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic view illustrating a method of measuring the current capacity and capacity of a battery according to the present invention.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선 본 발명의 구체적인 설명에 앞서, 본 발명에서 사용하는 주요 용어들의 의미를 간략하게 설명한다. Prior to the detailed description of the present invention, the meaning of the main terms used in the present invention will be briefly described.

- 개방전압(open circuit voltage: OCV): 전지에 부하가 걸려 있지 않을 때, 즉 외부에 전류를 방출하고 있지 않는 열평형 상태에서 양과 음의 두 전극간의 전압. 개방 전압의 최대값은 이론상 그 전지의 기전력의 값과 동등해진다.- Open circuit voltage (OCV): The voltage between two positive and negative electrodes in a thermal equilibrium state when the battery is not under load, ie, it is not emitting current to the outside. The maximum value of the open-circuit voltage is theoretically equivalent to the value of the electromotive force of the battery.

- (전기) 셀: 전기 에너지로 전환될 수 있는 화학 에너지를 저장하는 장치.- (Electric) cell: A device that stores chemical energy that can be converted into electrical energy.

- 배터리: 셀 하나 또는 셀 집단을 내포하는 전기에너지 저장 장치. - Battery: An electrical energy storage device containing one cell or a group of cells.

- 배터리 충전 상태(State of Charge: SoC): 충전 상태를 의미하며, 배터리의 연료 게이지와 등가적이다. 이것의 단위는 퍼센티지 포인트이다. 0%는 완전 고갈(empty)을 의미하고, 100%는 만충(full)을 의미한다. SoC는 주로 사용 중인 배터리의 현재 충전 상태를 나타낼 때 사용된다. - State of Charge (SoC): Indicates the state of charge and is equivalent to the fuel gauge of the battery. Its units are percentage points. 0% means full exhaustion, and 100% means full. The SoC is mainly used to indicate the current state of charge of the battery in use.

- 배터리 건강 상태(State of health: SoH): 배터리의 이상적인 조건에 비해 배터리, 셀, 또는 배터리 팩의 건강상태를 나타낸다. 흔히 배터리의 내부저항이나 용량손실 정도를 척도로 삼는다. 예를들어, 배터리 제조시에 용량을 100%라고 가정하고, 용량이 당초대비 80% 정도로 줄어들었을 때, 용량손실이 20% 포인트라고 평가하며, 일반적으로 20% 포인트 정도 용량이 손실된 배터리는 폐기 대상으로 간주한다. - State of health (SoH): Indicates the health of the battery, cell, or battery pack relative to the ideal condition of the battery. Often, the internal resistance or capacity loss of the battery is used as a measure. For example, assuming a capacity of 100% at the time of manufacturing a battery, the capacity loss is estimated to be 20% when the capacity is reduced to about 80% of the original capacity, and a battery with a capacity loss of about 20% It is considered as a target.

- 배터리 안전 상태 (State of Safety: SoS): 주어진 SoC에서 배터리가 위험하게 행동할 즉, 갑자기 연소하거나 폭발하는 등의 행동을 할 확률을 나타낸다.- State of Safety (SoS): The probability that a battery will behave dangerously, ie suddenly burn or explode, at a given SoC.

- 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS): 재충전 가능 배터리, 셀 또는 배터리 팩을 관리하는 전자 시스템으로서, 배터리가 안전 운영 영역 밖에서 운영되지 않도록 보호하고, 배터리의 상태를 모니터링하며, 2차 데이터를 계산하고, 그 데이터를 보고하며, 그것의 환경을 제어하며, 배터리를 인증 및/또는 밸런싱하는 등의 관리 작업들을 수행하나, 이런 작업에만 국한되는 것은 아니다.- Battery Management System (BMS): An electronic system that manages rechargeable batteries, cells or battery packs. It protects the battery from operating outside the safe operating area, monitors the status of the battery, Performs the management tasks such as calculating, reporting the data, controlling its environment, authenticating and / or balancing the battery, but is not limited to this task.

- 엔탈피(Enthalpy): 시스템의 전체 열량과 등가적인 양으로서, 그 시스템의 내부 에너지와, 압력과 부피의 곱을 합한 값과 같다. 시스템의 엔탈피 변화는 특정 화학적 프로세스와 연관되어 있다.Enthalpy: The total calorific value of the system, equivalent to the internal energy of the system plus the product of pressure and volume. The change in enthalpy of the system is associated with a particular chemical process.

- 엔트로피: 기계적인 일로 전환하는 데 유용하지 않은 시스템의 열에너지를 나타내는 열역학적 양(상태 함수)으로서, 종종 그 시스템의 무질서도 또는 임의성의 정도로 해석된다. - entropy: a thermodynamic quantity (state function) that represents the thermal energy of a system that is not useful for converting to mechanical work, and is often interpreted as a degree of randomness or randomness of the system.

- 배터리 사이클: 방전과 충전으로 이루어지는 배터리 동작의 일부분- Battery Cycle: Part of battery operation consisting of discharging and charging

- 리튬-기반 배터리(Li-based battery): 두 개의 산화 환원 커플(RedOx couples) 중 하나가 리튬-기반 배터리로 여겨지므로, 모든 화학적 특성이 리튬에 의존하는 모든 종류의 배터리. 예로는 Li-Ion, Li-Po, Li-Mn, Li-Al 등의 배터리를 생각해볼 수 있을 것이다.- Li-based battery: Any type of battery in which all chemical properties are dependent on lithium, as one of the two RedOx couples is considered a lithium-based battery. For example, batteries such as Li-Ion, Li-Po, Li-Mn, and Li-Al may be considered.

- (물질) 페이즈((Material) Phase): 물리학에서, 페이즈는 공간(열역학계)의 한 영역으로서, 그 공간의 도처에서 물질의 모든 물리적 특성들은 본질적으로 균일하다. 물리적 특성의 예로는 밀도, 굴절률, 자화 및 화학 성분을 들 수 있다. 그렇지만, 용어 '페이즈'는 본 발명에서는 페이즈 다이어그램상의 페이즈 경계에 의해 압력 및 온도와 같은 상태 변수들의 경계가 나뉘어지는 평형 상태 집합을 가리킨다. 페이즈 경계들은, 액체에서 고체로의 변화 또는 하나의 결정 구조에서 다른 결정 구조로의 더 미묘한 변화와 같이, 물질의 조직(organization of matter)의 변화에 관련된 것이기 때문에, 이런 의미로서의 사용은 "페이즈"를 물질의 상태에 관한 동의어로서 사용하는 것과 비슷하다. - (Material) Phase: In physics, phase is an area of space (thermodynamic system) in which all physical properties of matter are essentially homogeneous. Examples of physical properties include density, refractive index, magnetization and chemical composition. However, the term " phase " refers to an equilibrium state set in which boundaries of state variables such as pressure and temperature are divided by the phase boundary on the phase diagram. Phase boundaries are related to changes in the organization of matter, such as a change from a liquid to a solid or a more subtle change from one crystal structure to another, As a synonym for the state of matter.

- 배터리 용량: 배터리 용량은 배터리 셀 또는 팩이 만충 상태에서 완전 방전 상태까지 가는 동안에 그 배터리 셀 또는 팩으로부터 얻어낼 수 있는 에너지 량이다. 배터리 용량은 보통 밀리-암페어-아우어(milli-ampere-hour (mA.h), 암페어-아우어(ampere-hour (A.h) 또는 킬로-왓트-아우어(kilo-watt-hour) 등으로 표시된다Battery capacity: The amount of energy that a battery cell or pack can get from a battery cell or pack while it is going from a fully charged state to a fully discharged state. Battery capacity is usually expressed in terms of milli-ampere-hour (mA.h), ampere-hour (A.h) or kilo-watt-hour

- 배터리 수명: 배터리 수명을 논의하기 위해서는, 배터리 용량 손실을 먼저 정의할 필요가 있다. 모든 배터리는 계속된 사용에 따라 그리고 시간 경과에 따라 그것의 성능이 떨어지는 것을 경험하게 된다. 이 성능 저하는 대개 배터리의 만충 용량에 영향을 주어, 시간이 지남에 따라 만충 용량은 감소한다. 그 성능 저하는 여러 가지 다른 방식으로 표현될 수 있는데, 그 중 한 가지는 내부저항이고, 다른 한 가지는 예를 들면 용량손실 정도이다. 용량손실의 경우에 있어서 성능 저하의 정도는 원래의 최대 용량과 실제의 최대 용량 간의 비교로 표현된다. 그와 같은 접근법에 따르면, 그 비교를 위해 원래의 용량에서 손실이 발생된 양 내지 비율, 또는 남은 양 내지 비율, 또는 그들 간의 차이의 크기를 계산할 수도 있다.- Battery life: To discuss battery life, it is necessary to define the battery capacity loss first. All batteries experience a degradation in performance over time and over time. This degradation usually affects the full charge capacity of the battery, and the full charge capacity decreases over time. The performance degradation can be expressed in several different ways, one of which is the internal resistance and the other is about the capacity loss, for example. In the case of capacity loss, the degree of degradation is expressed as a comparison between the original maximum capacity and the actual maximum capacity. According to such an approach, the magnitude of the amount or rate at which the loss occurred in the original capacity for the comparison, or the remaining amount to ratio, or the difference between them may be calculated.

한편 전기화학적 열역학적 측정에 기반하여, 리튬-이온 배터리의 내부 상태를 비파괴적인 방식으로 파악할 수 있다. 또한, 배터리의 충전 상태(SoC), 건강 상태(SoH), 그리고 안전 상태(SoS)와 같은 파라미터들을 계산하여, 배터리의 양극과 음극 물질을 분석할 수 있다. 이를 위한 방법은, SoC의 여러 가지 다른 값에서, 배터리의 개방전압(OCV, E0)의 점진적 변화(evolution)를 배터리 셀 온도(T)와 함께 모니터링 하는 방식이다. OCV는 LixC6와 Li1 - xCoO2 각각에서 배터리의 양극과 음극에서의 리튬의 화학량론(stoichiometry)(x)에 대응한다. On the other hand, based on electrochemical thermodynamic measurements, the internal state of a lithium-ion battery can be grasped in a non-destructive manner. In addition, parameters such as the state of charge (SoC), state of health (SoH), and state of safety (SoS) of the battery can be calculated to analyze the anode and cathode materials of the battery. How to do this, in a number of different values of the SoC, a method of monitoring together with the battery cell temperature (T), an incremental variation (evolution) of the open-circuit voltage (OCV, E 0) of the battery. The OCV corresponds to the stoichiometry (x) of lithium at the anode and cathode of the battery in Li x C 6 and Li 1 - x CoO 2, respectively.

엔트로피[ΔS(x)]와 엔탈피[ΔH(x)] 상태 함수들은 다음과 같은 일반적인 열역학 법칙들로부터 계산될 수 있다.Entropy [ΔS (x)] and enthalpy [ΔH (x)] state functions can be calculated from the following general thermodynamic laws.

[식 (a)][Formula (a)]

Figure pat00003
Figure pat00003

[식 (b)][Formula (b)]

Figure pat00004
Figure pat00004

[식 (c)][Formula (c)]

Figure pat00005
Figure pat00005

위 식들에서, G는 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)를 나타내며, n은 통상적인 기본 반응에서 전자들의 교환량을 나타내며, F는 패러데이 상수이다. In the above equations, G represents the Gibbs free energy, n represents the exchange of electrons in a typical basic reaction, and F is the Faraday constant.

이하에서 설명하는 본 발명의 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법, 임의의 온도에서 측정된 OCV 값으로부터 용량상태(SoC) 산출방법, 및 배터리의 현재용량 측정방법에서 각각 사용된 목표 온도(Ttarget), 임의 측정 온도(Tarb), 및 기준 온도(Tref)는 상이하거나 또는 동일한 의미의 온도일 수 있다.(OCV) -capacity state (SoC) curve calculation method of a battery of the present invention, a method of calculating a capacitance state (SoC) from an OCV value measured at an arbitrary temperature, and a current capacity measurement method of a battery The target temperature (T target ), the arbitrary measurement temperature (T arb ), and the reference temperature (T ref ) used may be different or the same meaning.

배터리의 개방전압(Open-circuit voltage of the battery ( OCVOCV )-용량상태(SoC) 곡선 산출방법) - Capacity state (SoC) curve calculation method

본 발명에 따른 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법의 개략적인 방법이 도 5에 도시되어 있다.A schematic method of calculating the OCV-Capacity State (SoC) curve of a battery according to the present invention is shown in FIG.

단계(1); 먼저 열역학적 방법으로 배터리의 엔트로피(△S) 곡선 및 엔탈피(△H) 곡선을 각각 용량상태(SoC)의 함수로 구할 수 있다.Step (1); First, the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve of the battery can be obtained as a function of the capacity state (SoC) by a thermodynamic method.

단계(2): 그리고 상기 엔트로피(△S) 곡선과 상기 엔탈피(△H) 곡선을 사용하고 열역학 제2 법칙에 따라, 목표 온도(Ttarget)에서 용량상태(SoC)의 함수로 개방전압(OCV)을 계산하여 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선을 얻을 수 있다.Step (2) and the entropy (△ S) curve and the enthalpy (△ H) using a curve, and in accordance with the second law of thermodynamics, the target temperature (T target) as a function of the capacitance state (SoC) open-circuit voltage (OCV in ) Can be calculated to obtain the open-circuit voltage (OCV) -capacity state (SoC) curve.

상기 개방전압(OCV) 곡선은 배터리 관리의 기초이며, 임의의 목표온도에서 용량상태(SoC)의 각 값에서의 개방전압(OCV)의 값을 나타낸다. The open-circuit voltage (OCV) curve is the basis of battery management and represents the value of the open-circuit voltage (OCV) at each value of the capacity state (SoC) at any target temperature.

목표온도(Ttarget)에서 측정된 개방전압(OCV)에 대해, 그와 관련된 용량상태(SoC) 값을 추정할 수 있다.For the open-circuit voltage (OCV) measured at the target temperature (T target ), its associated capacity state (SoC) value can be estimated.

따라서, 매우 정확한 참고적 OCV-SOC 곡선을 가지는 것이 배터리 관리에서 매우 중요하다. 리튬 전지의 경우에, 정확성이 더욱 중요하다. 왜냐하면 리튬 전지의 OCV 곡선이 SoC에 대해 극히 평탄하고, 따라서 잘못된 추정은 전지의 파괴로 이끌고, 결국 화재 또는 폭발을 야기할 것이기 때문이다.Therefore, having a very accurate reference OCV-SOC curve is very important in battery management. In the case of lithium batteries, accuracy is more important. Because the OCV curve of a lithium battery is extremely flat for the SoC, so a false estimate will lead to battery failure and eventually a fire or explosion.

도 1을 참조하면, 배터리를 용량상태(SoC)를 100%로 충전하면서 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선이 측정된다.Referring to FIG. 1, an open-circuit voltage (OCV) -capacity state (SoC) curve is measured while the battery is charged to 100% of the capacity state (SoC).

먼저 배터리에 공급되는 전류를 모니터하고, 일정 시간에 걸쳐 적분하여 용량상태를 측정한다. 다음으로 전류의 공급을 중지하고 일정한 완화시간 동안 완화(Relaxation)한다. 상기 완화시간은 3, 5 또는 24시간일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. 그 다음으로 완화시간이 종료되면 개방전압(OCV)를 측정한 다음, 전류를 다시 공급하고 모니터하면서 일정 시간 동안 충전하여 배터리의 용량상태를 측정한다. 상기 단계를 반복하여 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선을 완성할 수 있다.First, the current supplied to the battery is monitored, and the capacitance state is measured by integrating over a certain period of time. Next, the supply of current is stopped and relaxed for a certain relaxation time. The relaxation time may be 3, 5, or 24 hours, but is not limited thereto. Next, when the relaxation time is over, the open-circuit voltage (OCV) is measured. Then, the current is supplied again, and the battery is charged for a predetermined time while monitoring. The above steps may be repeated to complete the OCV-Capacity State (SoC) curve.

도 2를 참조하여 엔트로피 곡선을 구하는 방법을 설명한다. 엔트로피는 다수의 용량상태 값에서 배터리 온도 T에 따라 개방전압을 모니터링하여 결정할 수 있다. 엔탈피는 열역학 제2법칙에 따라 구할 수 있다. 정의된 온도에서 용량상태와 개방전압을 결정한다. 그 후 배터리 온도가 결정된 값까지 감소하거나 증가하고, 열적 평형에 도달하면 개방전압을 측정한다. 이러한 단계는 N번 반복될 수 있다. N은 다양한 온도에서 측정된 개방전압의 개수와 동일하다. 상기 단계는 적어도 2회 반복될 수 있으며 3회, 또는 4회 반복하여 측정하여 우수한 정확도를 갖는 엔트로피를 결정할 수 있다. 상기 측정값은 배터리의 조성물질의 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. A method for obtaining an entropy curve will be described with reference to FIG. The entropy can be determined by monitoring the open-circuit voltage according to the battery temperature T at a plurality of capacity state values. The enthalpy can be obtained according to the second law of thermodynamics. Determine capacitance state and open-circuit voltage at defined temperature. The battery temperature then decreases or increases to the determined value, and when the thermal equilibrium is reached, the open-circuit voltage is measured. This step can be repeated N times. N is equal to the number of open voltages measured at various temperatures. This step can be repeated at least twice and can be repeated three or four times to determine entropy with good accuracy. It is known that the measured values represent the characteristics of the constituent materials of the battery.

도 3을 참고하면, 엔트로피 곡선이 배터리의 노화에 따라 그 절대값이 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the absolute value of the entropy curve increases with aging of the battery.

한편 도 4에 나타낸 엔탈피는 주어진 깁스에너지, 엔트로피, 온도에 대해, 열역학 제2법칙 [식 2]을 이용하여 용량상태(SOC)의 함수로 구할 수 있다. 도 4에 보면, 배터리의 노화에도 엔탈피 값의 변화는 미미한 것을 알 수 있다. On the other hand, the enthalpy shown in FIG. 4 can be obtained as a function of the capacity state (SOC) using a second law of thermodynamics [Equation 2] for a given Gibbs energy, entropy, and temperature. 4, it can be seen that the change of the enthalpy value is insignificant even with aging of the battery.

또한 상기 단계(1)이 정확성을 유지하기 위하여 규칙적으로 또는 정해진 시간에 엔트로피 및 엔탈피 값의 측정이 다시 수행되어 상기 엔트로피(△S) 곡선과 상기 엔탈피(△H) 곡선이 실시간으로 업데이트 될수록 더 정확한 개방전압(OCV)-용량상태(SOC) 곡선을 구할 수 있다.Further, in order to maintain the accuracy of the step (1), the entropy and enthalpy values are again measured regularly or at a predetermined time, and as the entropy (ΔS) curve and the enthalpy (ΔH) curve are updated in real time, Open-circuit voltage (OCV) - capacity state (SOC) curves can be obtained.

또한 상기 단계(2)에서 상기 개방전압(OCV)의 계산이 하기 식 1을 사용하여 수행될 수 있다.Also, in the step (2), the calculation of the open-circuit voltage (OCV) may be performed using the following equation (1).

[식 1][Equation 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

식 1에서 Ttarget은 목표 온도이고, In Equation 1, Ttarget is the target temperature,

△SSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 엔트로피 값이고, DELTA SoC is an entropy value in a predetermined capacity state SoC,

△HSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 엔탈피 값이고, DELTA H SoC is an enthalpy value at a predetermined capacity state SoC,

OCVSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 개방전압이고, The OCV SoC is the open-circuit voltage at the predetermined capacitance state SoC,

n은 전자의 몰수이고, n is the number of moles of electrons,

F는 패러데이 상수이다.F is a Faraday constant.

임의의 온도에서의 측정된 개방전압(The measured open-circuit voltage at any temperature ( OCVOCV )에 대한 용량상태(SoC) 산출방법(SoC) calculation method

본 발명에 따른 배터리의 임의의 온도에서의 용량상태(SoC) 산출방법의 개략적인 설명이 도 6에 도시되어 있다.A schematic description of a method of calculating the capacity state (SoC) at any temperature of a battery according to the present invention is shown in Fig.

단계 (a): 용량상태를 산출하기 위해서, 우선 배터리에서, 열역학적 방법으로 상기 배터리의 엔트로피(△S) 곡선 및 엔탈피(△H) 곡선을 각각 용량상태(SoC)의 함수로 구한다.Step (a): In order to calculate the capacity state, the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve of the battery are first obtained as a function of the capacity state (SoC) in a thermodynamic manner in the battery.

단계 (a)는 상기 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법의 단계(1)과 동일하므로 그 설명으로 대신한다.Step (a) is the same as step (1) of the method for calculating the OCV-capacitance state (SoC) curve of the battery,

단계(b): 다음으로, 임의의 온도(Tarb)에서 배터리의 개방전압(OCVTarb)을 측정할 수 있다.Step (b): Next, the open-circuit voltage (OCV Tarb ) of the battery can be measured at a certain temperature (T arb ).

단계(c): 상기 측정된 온도(Tarb)와 개방전압(OCVTarb)에서 대해 단계 (a)의 엔트로피(△S) 및 엔탈피(△H) 곡선으로부터 열역학 제2법칙을 만족하는 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)의 쌍을 구할 수 있다. Step (c): From the entropy (? S) and enthalpy (? H) curves of step (a) with respect to the measured temperature (T arb ) and the open circuit voltage (OCV Tarb ) S Tarb ) and enthalpy ( ΔH Tarb ) can be obtained.

단계(d): 상기 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)의 쌍에 대해, 단계 (a)의 엔트로피(△S) 및 엔탈피(△H) 곡선으로부터 측정된 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb)를 구할 수 있다.Step (d): For the pair of entropy ( ΔS Tarb ) and enthalpy ( ΔH Tarb ), the open-circuit voltage (OCV Tarb ) measured from the entropy ( ΔS ) and enthalpy ( ΔH ) (SoC Tarb ) can be obtained.

여기서, 단계(c) 또는 (d)가 보간법(interpolation)에 의해 수행될 수 있다.Here, step (c) or (d) may be performed by interpolation.

또한 단계(c) 또는 (d)가 엘링함 접근 영역(Ellingham approximation region)에서 수행될 수 있다.Step (c) or (d) may also be performed in the Ellingham approximation region.

또한 단계(c)에서 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)는 특정 온도범위에서 임의 측정 온도(Tarb))와 무관할 수 있다.In step (c), entropy (? S Tarb ) and enthalpy (? H Tarb ) may be independent of any measured temperature (T arb ) over a certain temperature range.

또한 단계(c)에서 주어진 OCV 값에 대해, 상기 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)를 구하는 것이 하기 식 2를 사용하여 수행될 수 있다.Also for the OCV value given in step (c), the entropy (? S Tarb ) and the enthalpy (? H Tarb ) can be calculated using Equation (2) below.

[식 2][Formula 2]

Figure pat00007
Figure pat00007

식 2에서, In Equation 2,

Tarb은 임의 측정 온도이고, T arb is the arbitrary measurement temperature,

△STarb는 해당 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb) 값에서의 엔트로피이고, ΔS Tarb is the entropy in the capacitance state (SoC Tarb ) value corresponding to the corresponding open-circuit voltage (OCV Tarb )

△HTarb는 해당 개방전압(OCV)에 상응하는 용량상태(SoC) 값에서의 엔탈피이고, DELTA H Tarb is the enthalpy in the Capacitance State (SoC) value corresponding to the corresponding OCV,

OCVTarb는 임의 측정 온도(Tarb)에서 측정된 개방전압이고, OCV Tarb is the open-circuit voltage measured at arbitrary measurement temperature (T arb )

n은 전자의 몰수이고, n is the number of moles of electrons,

F는 패러데이 상수이다.F is a Faraday constant.

배터리의 현재용량 측정방법How to measure the current capacity of the battery

본 발명에 따른 배터리의 현재 용량 및 용량감소 측정방법의 개략적인 방법이 도 7에 도시되어 있다.A schematic diagram of a current capacity and capacity reduction measurement method of a battery according to the present invention is shown in FIG.

단계(가): 기준온도(Tref)에서 배터리의 개방전압(OCVTref)을 용량상태(SoCTref)의 함수로 구할 수 있다.Step (A): The OCV Tref of the battery at the reference temperature T ref can be obtained as a function of the capacity state (SoC Tref ).

단계(나): 배터리에서, 임의의 용량상태(SoC)에서, 상기 배터리의 초기개방전압(OCVinit)과 초기온도(Tinit)를 측정할 수 있다. Step (B): In the battery, in an arbitrary capacity state (SoC), the initial opening voltage (OCV init ) and the initial temperature (T init ) of the battery can be measured.

단계(다): 여기서 배터리를 (IBatt)의 전류로 일정 시간 (t) 충전 또는 방전시킬 수 있고, 일정시간(t) 동안 충전 또는 방전된 전류(IBatt)를 적분하여 전하량 변화(Q)를 계산할 수 있다.Step (C): where it is possible to a certain time (t) and charged or discharged with a current of the battery (I Batt), a predetermined time (t) the charge or discharge current (I Batt) to (Q) charge amount changes by integrating over Can be calculated.

단계(라): 상기 일정시간 (t) 후에, 말기개방전압(OCVfin)과 말기온도(Tfin)를 측정할 수 있다.Step (d): After the predetermined time t, the terminal open-circuit voltage OCV fin and the terminal temperature T fin can be measured.

단계(마): 상기 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법 및/또는 용량상태(SoC) 산출방법을 사용하여, 상기 초기개방전압(OCVinit)과 상기 말기개방전압(OCVfin)에 각각 상응하는 기준 온도(Tref)에서의 초기개방전압(OCVinit _ Tref)과 말기개방전압(OCVfin_Tref)을 결정할 수 있다.Step (e): Using the OCV-Capacity State SoC curve calculation method and / or SoC calculation method, the initial OCV init and the terminal open-circuit voltage may determine the corresponding reference temperature (T ref) initial open-circuit voltage (OCV _ init Tref) and the end of the open-circuit voltage (OCV fin_Tref) in which each of the fin OCV).

단계(바): 상기 초기개방전압(OCVinit _ Tref)과 상기 말기개방전압(OCVfin _ Tref)으로부터 기준 온도(Tref)에서의 초기용량상태(SoCinit _ Tref)와 말기용량상태(SoCfin _ Tref)를 구할 수 있다.Step (F): the initial open-circuit voltage (OCV init _ Tref) and the end of the open-circuit voltage (OCV fin _ Tref), the reference temperature (T ref), the initial capacity state (SoC init _ Tref) and the end of dose state (SoC at from fin _ Tref ) can be obtained.

단계(사): 상기 초기용량상태(SoCinit _ Tref)와 상기 말기용량상태(SoCfin)의 차이를 계산하여 기준 온도(Tref)에서의 용량상태변화(△SoCTref)를 수득할 수 있다.Step (g) can be obtained for the initial capacity state (SoC init _ Tref) and by calculating the difference between the reference temperature (T ref), the capacity change of state (△ SoC Tref) at the end of dose state (SoC fin) .

단계(아): 상기 전하량변화(△Q)를 상기 용량상태변화(△SoCTref)로 나눈값에 100을 곱하면 현재용량(Ccurrent)을 구할 수 있다.Step (A): The current capacity (C current ) can be obtained by multiplying the value obtained by dividing the charge amount change (Q) by the capacitance state change (SoC Tref ) by 100.

배터리의 용량감소 측정방법How to measure the capacity reduction of the battery

상기 현재용량 측정방법으로 현재용량을 측정할 수 있다.The current capacity can be measured by the current capacity measurement method.

단계(자):, 당초용량(Coriginal)과 상기 현재용량(Ccurrent)으로부터 용량감소(Closs)를 구할 수 있다.Step: The capacity decrease (C loss ) can be obtained from the original capacity C original and the current capacity C current .

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. It will be understood that the invention may be modified and varied without departing from the scope of the invention.

본 발명은 이차 전지의 용량 측정방법으로 이용될 수 있다. 리튬-기반 배터리의 용량측정에 초점을 맞춰 설명하였지만, 다른 종류의 이차 전지의 용량측정에도 그것의 특성에 적응적으로 수정하여 적용될 수 있음은 물론이다. 이차 전지의 충전기, BMS (Battery Management System) 등에 적용 가능하다. 웨어러블, 전기 자동차, 포터블디바이스 모두 적용 가능하다.The present invention can be used as a capacity measuring method of a secondary battery. Although it has been described focusing on the capacity measurement of a lithium-based battery, it is needless to say that the capacity measurement of other types of secondary batteries can be adaptively modified and applied to its characteristics. A charger of a secondary battery, a battery management system (BMS), and the like. Wearable, electric vehicles, and portable devices.

Claims (9)

배터리에서, 열역학적 방법으로 배터리의 엔트로피(△S) 곡선 및 엔탈피(△H) 곡선을 각각 용량상태(SoC)의 함수로 구하는 단계 (1); 및
상기 엔트로피(△S) 곡선과 상기 엔탈피(△H) 곡선을 사용하고 열역학 제2 법칙에 따라, 목표 온도(Ttarget)에서 용량상태(SoC)의 함수로 개방전압(OCV)을 계산하여 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선을 얻는 단계(2);를
포함하는 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법. (1) of obtaining, as a function of the capacity state (SoC), the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve of the battery in a thermodynamic manner in the battery; And
Using the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve and calculating the open-circuit voltage (OCV) as a function of the capacity state (SoC) at the target temperature (T target ) according to the second law of thermodynamics, (OCV) - Capacity State (SoC) curve (2);
Open Voltage (OCV) - Capacity State (SoC) Curve of a Containing Battery. 제1항에 있어서,
상기 단계(1)이 정확성을 유지하기 위하여 규칙적으로 또는 정해진 시간에 다시 수행되어 상기 엔트로피(△S) 곡선과 상기 엔탈피(△H) 곡선이 업데이트되는 것을 특징으로 하는 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법.The method according to claim 1,
Characterized in that the step (1) is performed again regularly or at a predetermined time to maintain accuracy so that the entropy (ΔS) curve and the enthalpy (ΔH) curve are updated. Calculating a capacity state (SoC) curve. 제1항에 있어서,
상기 단계(2)에서 상기 개방전압(OCV)의 계산이 하기 식 1을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법.
[식 1]
Figure pat00008

식 1에서
Ttarget은 목표 온도이고
△SSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 엔트로피 값이고,
△HSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 엔탈피 값이고,
OCVSoC는 소정의 용량상태 SoC에서의 개방전압이고,
n은 전자의 몰수이고,
F는 패러데이 상수이다.The method according to claim 1,
Wherein the calculation of the open-circuit voltage (OCV) in the step (2) is performed using the following equation (1).
[Formula 1]
Figure pat00008

In Equation 1
T target is the target temperature
DELTA SoC is an entropy value in a predetermined capacity state SoC,
DELTA H SoC is an enthalpy value at a predetermined capacity state SoC,
The OCV SoC is the open-circuit voltage at the predetermined capacitance state SoC,
n is the number of moles of electrons,
F is a Faraday constant. 배터리에서, 열역학적 방법으로 상기 배터리의 엔트로피(△S) 곡선 및 엔탈피(△H) 곡선을 각각 용량상태(SoC)의 함수로 구하는 단계 (a);
임의 측정 온도(Tarb)에서 배터리의 개방전압(OCVTarb)을 측정하는 단계 (b);
측정된 상기 임의 측정 온도(Tarb)와 상기 개방전압(OCVTarb)에 대해 단계 (a)의 상기 엔트로피(△S) 곡선 및 상기 엔탈피(△H) 곡선으로부터 열역학 제2법칙을 만족하는 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)의 쌍을 구하는 단계 (c); 및
상기 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)의 쌍에 대해 상기 엔트로피(△S) 곡선 및 상기 엔탈피(△H) 곡선으로부터 측정된 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb)를 구하는 단계(d); 를
포함하는 용량상태(SoC) 산출방법. (A) obtaining, in a battery, an entropy (? S) curve and an enthalpy (? H) curve of the battery as a function of a state of charge (SoC) in a thermodynamic manner;
(B) measuring the open-circuit voltage (OCVTarb) of the battery at the arbitrary measurement temperature (Tarb);
From the entropy (? S) curve and the enthalpy (? H) curve of the step (a) for the measured arbitrary measurement temperature (T arb ) and the open-circuit voltage (OCV Tarb ), entropy satisfying the second law of thermodynamics △ Tarb S) and calculating a pair of enthalpy (△ H Tarb) (c) ; And
The entropy (△ S Tarb) and the enthalpy of the entropy (△ S) to the pair of (△ H Tarb) curve and the enthalpy (△ H) capacities corresponding to the open-circuit voltage (OCV Tarb) measured from the curved state (SoC Tarb (D); To
Comprising calculating a capacity state (SoC). 제4항에 있어서,
단계(c) 또는 (d)에서 상기 엔트로피(△S)와 상기 엔탈피(△H) 값을 정함에 보간법(interpolation)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 용량상태(SoC) 산출방법.5. The method of claim 4,
Is performed by interpolation to determine the entropy (? S) and the enthalpy (? H) value in step (c) or (d). 제4항에 있어서,
단계(c) 또는 (d)가 엘링함 접근 영역(Ellingham approximation region)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 용량상태(SoC) 산출방법.5. The method of claim 4,
Wherein step (c) or (d) is performed in an Ellingham approximation region. 제4항에 있어서,
상기 단계(c)에서 상기 엔트로피(△STarb)와 엔탈피(△HTarb)를 구하는 것이 하기 식 2를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 하는 용량상태(SoC) 산출방법.
[식 2]
Figure pat00009

식 2에서,
Tarb은 임의 측정 온도이고,
△STarb는 해당 개방전압(OCVTarb)에 상응하는 용량상태(SoCTarb) 값에서의 엔트로피이고,
△HTarb는 해당 개방전압(OCV)에 상응하는 용량상태(SoC) 값에서의 엔탈피이고,
OCVTarb는 임의 측정 온도(Tarb)에서 측정된 개방전압이고,
n은 전자의 몰수이고,
F는 패러데이 상수이다.5. The method of claim 4,
Wherein the step (c) comprises calculating the entropy (? S Tarb ) and the enthalpy (? H Tarb ) using the following Equation (2).
[Formula 2]
Figure pat00009

In Equation 2,
T arb is the arbitrary measurement temperature,
ΔS Tarb is the entropy in the capacitance state (SoC Tarb ) value corresponding to the corresponding open-circuit voltage (OCV Tarb )
DELTA H Tarb is the enthalpy in the Capacitance State (SoC) value corresponding to the corresponding OCV,
OCV Tarb is the open-circuit voltage measured at arbitrary measurement temperature (T arb )
n is the number of moles of electrons,
F is a Faraday constant. 기준온도(Tref)에서 배터리의 개방전압(OCVTref)을 용량상태(SoCTref)의 함수로 구하는 단계 (가);
배터리에서, 임의의 용량상태(SoC)에서, 상기 배터리의 초기개방전압(OCVinit)과 초기온도(Tinit)를 측정하는 단계(나);
상기 배터리를 전류(IBatt)로 일정시간(△t) 동안 충전 또는 방전하고, IBatt 으로 충전 또는 방전한 전류를 적분하여 전하량 변화(△Q)를 계산하는 단계(다);
상기 일정시간 (△t) 후에, 말기개방전압(OCVfin)과 말기온도(Tfin)를 측정하는 단계(라);
상기 배터리의 개방전압(OCV)-용량상태(SoC) 곡선 산출방법 및/또는 용량상태(SoC) 산출방법을 사용하여, 상기 초기개방전압(OCVinit)과 상기 말기개방전압(OCVfin)에 각각 상응하는 기준 온도(Tref)에서의 초기개방전압(OCVinit _ Tref)과 말기개방전압(OCVfin_Tref)을 결정하는 단계(마);
상기 초기개방전압(OCVinit _ Tref)과 상기 말기개방전압(OCVfin _ Tref)으로부터 기준 온도(Tref)에서의 초기용량상태(SoCinit _ Tref)와 말기용량상태(SoCfin _ Tref)를 구하는 단계(바);
상기 초기용량상태(SoCinit _ Tref)와 상기 말기용량상태(SoCfin)의 차이를 계산하여 기준 온도(Tref)에서의 용량상태변화(△SoCTref)를 수득하는 단계(사); 및
상기 전하량변화(△Q)를 상기 용량상태변화(SoCTref)로 나눈값에 100을 곱하여 현재용량(Ccurrent)을 구하는 단계(아);를 포함하는 배터리의 현재용량 측정방법. Obtaining (A) the open-circuit voltage (OCV Tref ) of the battery as a function of the capacity state (SoC Tref ) at the reference temperature (T ref );
(B) measuring an initial open-circuit voltage (OCV init ) and an initial temperature (T init ) of the battery in an arbitrary capacity state (SoC);
(B) charging or discharging the battery with a current (I Batt ) for a predetermined time (Δt) and integrating a current charged or discharged by I Batt to calculate a change in charge amount (ΔQ);
Further comprising: after the predetermined period of time (△ t), measuring the open end voltage (OCV fin) and the end temperature (T fin) (D);
(OCV init ) and the terminal open-circuit voltage (OCV fin ), respectively, using the OCV-Capacity State (SoC) curve calculation method and / or the Capacity State (SoC) the step of determining a corresponding reference temperature (T ref), the initial open-circuit voltage (OCV _ init Tref) and the end of the open-circuit voltage (OCV fin_Tref) in which (e);
The initial open circuit voltage (OCV init _ Tref) and the end of the open-circuit voltage reference temperature (T ref) initial capacity state (SoC init _ Tref) and the end of dose state (SoC fin _ Tref) in from the (OCV fin _ Tref) Step (bar) to obtain;
To obtain the initial capacity state (SoC _ init Tref) and by calculating the difference between the reference temperature (T ref), the capacity change of state (SoC △ Tref) at the end of dose state (SoC fin) (g); And
Calculating a current capacity (C current ) by multiplying a value obtained by dividing the charge amount change (Q) by the capacitance state change (SoC Tref ) by 100; 제8항에 따른 현재용량 측정방법; 및
당초용량(Coriginal)과 상기 현재용량(Ccurrent)으로부터 용량감소(Closs)를 구하는 단계(자);를
포함하는 배터리의 용량감소 측정방법.
A method for measuring current capacity according to claim 8; And
A step of obtaining a capacity loss (C loss ) from the original capacity (C original) and the current capacity (C current )
How to measure the capacity reduction of the included battery.
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