WO2022015116A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus and method, and more particularly, to a battery management apparatus and method for determining the state of a battery in various aspects based on a differential profile of the battery.
  • the battery may deteriorate as charging or discharging is repeated.
  • the electrolyte may be oxidized or the crystal structure may be destroyed, and the battery may deteriorate.
  • metallic lithium may be deposited and the battery may deteriorate.
  • deterioration of a battery is diagnosed based on a battery profile obtained while the battery is being charged.
  • the state of the battery was diagnosed based on the behavior of the peak included in the differential profile of the battery.
  • the state of the battery is diagnosed using a charging profile (a profile obtained in the charging process) or a discharging profile (a profile obtained in the discharging process), or whether the positive electrode deteriorates or the negative electrode deteriorates for each peak is limited. was diagnosed with
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery management apparatus and method for determining the state of a battery in various aspects based on a differential profile of the battery.
  • a battery management apparatus obtains a battery profile indicating a correspondence relationship between a voltage and a capacity of a battery, and based on the obtained battery profile, a corresponding relationship between a differential voltage for a capacity of the battery and the capacity or the a profile generating unit configured to generate a differential profile representing a correspondence relationship between a differential capacity with respect to a voltage of a battery and the voltage; and receiving the differential profile generated from the profile generator, determining a target peak included in the received differential profile according to a rule corresponding to the type of the received differential profile, and corresponding to the type of the received differential profile and a control unit configured to determine the state of the battery based on a change in the behavior of the target peak with respect to a preset reference peak.
  • the controller determines whether available lithium is lost in the battery based on a change in the behavior of the target peak with respect to the reference peak can be configured to
  • the control unit may include, when the received differential profile is a differential capacity profile indicating a correspondence relationship between the differential capacity and the voltage, whether or not the positive electrode capacity of the battery is lost based on a change in the behavior of the target peak with respect to the reference peak, and the It may be configured to determine at least one of the loss of available lithium.
  • the control unit sets a target capacitance range based on a capacitance of a reference voltage peak corresponding to the differential voltage profile among the entire capacitance range of the differential voltage profile, and targets a peak included in the target capacitance range in the differential voltage profile It is determined as a voltage peak, and based on the reference voltage peak and the target voltage peak, it may be configured to determine whether the available lithium is lost.
  • the reference voltage peak may be configured to be preset as a peak having the smallest capacitance in the reference voltage profile preset to correspond to the differential voltage profile.
  • the control unit may be configured to set a capacity range from the discharging end capacity of the battery to a capacity symmetrical to the discharging end capacity of the battery based on the capacity of the reference voltage peak as the target capacity range.
  • the controller may be configured to determine that the available lithium of the battery is lost when the determined number of target voltage peaks is one and the differential voltage of the target voltage peak is lower than the differential voltage of the reference voltage peak. .
  • the controller may be configured to determine that the available lithium of the battery is lost when the determined number of target voltage peaks is two or more.
  • the control unit sets a voltage range from a preset voltage to a charge termination voltage preset for the battery among the entire voltage range of the differential capacity profile as a target voltage range, and is included in the target voltage range in the differential capacity profile.
  • a peak is determined as a target capacity peak, and based on a reference capacity peak preset to correspond to the target capacity peak and the target capacity peak, it may be configured to determine at least one of whether the cathode capacity is lost and whether the available lithium is lost. .
  • the controller may be configured to set a peak included in the target voltage range in a preset reference capacity profile to correspond to the differential capacity profile as the reference capacity peak.
  • the control unit determines whether the positive electrode capacity of the battery is lost according to a result of comparing the differential capacity of the reference capacity peak with the differential capacity of the target capacity peak, and sets the differential capacity and voltage of the reference capacity peak to the target capacity peak It may be configured to determine whether available lithium is lost in the battery according to the results of comparison with the differential capacity and voltage, respectively.
  • the control unit when the differential capacity of the target capacity peak is increased than the differential capacity of the reference capacity peak, and the voltage of the target capacity peak is reduced than the voltage of the reference capacity peak, the available lithium of the battery is lost can be configured to judge.
  • the control unit may be configured to determine that the positive electrode capacity of the battery is lost when the differential capacity of the target capacity peak is lower than the differential capacity of the reference capacity peak.
  • the control unit may be configured to change at least one of a threshold value of a charge rate and a threshold value of a discharge rate preset for the battery when it is determined that the positive electrode capacity or the available lithium of the battery is lost. have.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery management apparatus according to an aspect of the present invention.
  • a battery management method includes: a battery profile acquiring step of acquiring a battery profile indicating a correspondence relationship between voltage and capacity of a battery; Based on the battery profile obtained in the battery profile obtaining step, a differential for generating a differential profile indicating a correspondence relationship between a differential voltage and the capacity of the battery capacity or a differential capacity and a correspondence relationship between the voltage and a differential voltage of the battery profile creation step; a target peak determining step of determining a target peak included in the generated differential profile according to a rule corresponding to a type of the differential profile generated in the differential profile generating step; and determining the state of the battery based on a change in the behavior of the target peak with respect to a preset reference peak to correspond to the type of the generated differential profile.
  • the state of the battery can be determined from more various aspects. There is this. That is, according to one aspect of the present invention, there is an advantage in that a new analysis method for the differential profile of the battery is presented.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a battery profile, a positive electrode profile, and a negative electrode profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a first reference voltage profile and a first differential voltage profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a second reference voltage profile and a second differential voltage profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a first reference dose profile and a first differential dose profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a first reference dose profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a first reference dose profile and a second differential dose profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a second reference dose profile and a third differential dose profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 10 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 may include a profile generator 110 and a controller 120 .
  • the profile generator 110 may be configured to obtain a battery profile indicating a correspondence relationship between the voltage and the capacity of the battery B .
  • the battery B has a negative terminal and a positive terminal, and means one physically separable cell.
  • one lithium ion cell or one lithium polymer cell may be regarded as the battery (B).
  • the battery profile may be configured to indicate a correspondence between the voltage and capacity of the battery B measured while the battery B is being charged or discharged. That is, the profile generator 110 may obtain a battery profile with respect to the voltage and capacity measured while the battery B is being charged or discharged.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a battery profile, a positive electrode profile, and a negative electrode profile according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 is a diagram illustrating a battery profile, a positive electrode profile, and a negative electrode profile as a graph showing a correspondence relationship between capacity and voltage.
  • the battery profile may be configured to indicate a correspondence between the voltage and capacity of the battery B measured while the battery B is charged or discharged at a C-rate of 1C or less. More preferably, the battery profile may be configured to indicate a correspondence relationship between the voltage and capacity of the battery B measured while the battery B is charged or discharged at a seed rate of 0.05C.
  • the battery B may be charged or discharged by the charging/discharging device 20 .
  • the measurement unit 200 may measure the voltage of the battery B through a plurality of sensing lines connected to the battery B. Also, the measurement unit 200 may measure the capacity of the battery B using the current measurement unit A. Here, the unit of voltage may be [V], and the unit of capacity (Q) may be [mAh].
  • the measuring unit 200 may generate a battery profile indicating a correspondence relationship between the voltage and capacity of the battery B measured at the same time point, and transmit the generated battery profile to the profile generating unit 110 .
  • the battery profile may be a table in which a voltage value and a capacity value measured at the same time are mapped.
  • the profile generator 110 may be configured to, based on the obtained battery profile, a correspondence relationship between a differential voltage for the capacity of the battery B and the capacity or a correspondence between a differential capacity for a voltage of the battery B and the voltage. and may be configured to generate a differential profile indicative of the relationship.
  • the differential voltage is a difference of voltage with respect to capacity, and may be expressed as “dV/dQ”, and the unit may be [V/mAh].
  • the differential voltage profile may be expressed as an X-Y graph in the case where X is set as the capacitance and Y is set as the differential voltage.
  • the differential capacity is a difference of capacity with respect to voltage, and may be expressed as “dQ/dV”, and the unit may be [mAh/V].
  • the differential capacity profile may be expressed as an X-Y graph in the case where X is set as a voltage and Y is set as a differential capacity.
  • the profile generator 110 may convert the obtained battery profile into a differential voltage profile.
  • the profile generator 110 may extract a voltage and a capacity from the battery profile and calculate a differential voltage dV/dQ with respect to the capacity Q.
  • the profile generator 110 may generate a differential voltage profile indicating a correspondence between the capacity Q of the battery B and the differential voltage dV/dQ.
  • the profile generator 110 may convert the obtained battery profile into a differential capacity profile.
  • the profile generator 110 may extract a voltage and a capacity from the battery profile and calculate a differential capacity (dQ/dV) with respect to the voltage (V).
  • the profile generator 110 may generate a differential capacity profile indicating a correspondence between the voltage of the battery B and the differential capacity (dQ/dV).
  • the controller 120 may be configured to receive the differential profile generated from the profile generator 110 .
  • controller 120 and the profile generator 110 may be connected to each other to enable communication.
  • the controller 120 and the profile generator 110 are connected to each other, and the profile generator 110 may transmit the generated differential profile to the controller 120 .
  • the controller 120 may be configured to determine a target peak included in the received differential profile according to a rule corresponding to the type of the received differential profile.
  • the control unit 120 controls the differential voltage profile Among them, a peak included in the target capacity range may be determined as the target peak.
  • the control unit 120 controls the differential capacitance profile in the target voltage range.
  • the included peak may be determined as the target peak. Target peaks determined from the differential voltage profile and the differential capacitance profile will be described below in detail with reference to FIGS. 4 to 9 .
  • the controller 120 may be configured to determine the state of the battery B based on a change in the behavior of the target peak with respect to a preset reference peak to correspond to the type of the received differential profile.
  • each reference peak may be set to correspond to the type of the differential profile. That is, the reference peak set to correspond to the differential voltage profile and the reference peak set to correspond to the differential capacitance profile may be different from each other.
  • control unit 120 may be configured to determine whether available lithium is lost in the battery B based on a change in the behavior of the target peak with respect to the reference peak.
  • the controller 120 determines whether the positive electrode capacity of the battery B is lost and the available lithium based on a change in the behavior of the target peak with respect to the reference peak. It may be configured to determine at least one of whether there is a loss.
  • the present invention based on the change in the behavior of the target peak with respect to the reference peak, it can be determined whether the positive electrode capacity is lost and/or whether the available lithium is lost, so that the state of the battery (B) can be changed in more various aspects. There are advantages that can be judged.
  • control unit 120 provided in the battery management apparatus 100 is a processor, ASIC (application-specific integrated circuit) known in the art to execute various control logics performed in the present invention. , other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, and the like.
  • control logic when the control logic is implemented in software, the controller 120 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 120 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 120 , and may be connected to the control unit 120 by various well-known means.
  • the battery management apparatus 100 may further include a storage unit 130 .
  • the storage unit 130 may store programs and data required by the control unit 120 . That is, the storage unit 130 includes data required for each component of the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention to perform an operation and function, or data generated in the process of performing a program or an operation and function, etc. can be saved.
  • the storage unit 130 is not particularly limited in its type as long as it is a known information storage means capable of writing, erasing, updating and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, and the like.
  • the storage unit 130 may store program codes in which processes executable by the control unit 120 are defined.
  • the storage unit 130 may be connected to the profile generation unit 110 and the control unit 120 , respectively.
  • the storage unit 130 may store the differential profile generated by the profile generation unit 110 .
  • the controller 120 may receive the differential profile directly from the profile generator 110 , or may access the storage 130 to obtain the differential profile.
  • a target peak corresponding to the differential voltage profile will be described as a target voltage peak
  • a reference peak will be described as a reference voltage peak
  • control unit 120 determines whether available lithium is lost in the battery B based on the target voltage peak and the reference voltage peak will be described in detail.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a first reference voltage profile R_dVdQ_P1 and a first differential voltage profile dVdQ_P1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a first reference voltage profile (R_dVdQ_P1) for a battery (B) in a beginning of life (BoL) state and a first differential voltage profile (dVdQ_P1) for a battery (B) in which available lithium is lost.
  • the profile generator 110 may generate a first differential voltage profile dVdQ_P1 indicating a correspondence between the capacity Q of the battery B and the differential voltage dV/dQ. .
  • the controller 120 may be configured to set a target capacitance range based on a capacitance of a reference voltage peak corresponding to the differential voltage profile among the entire capacitance range of the differential voltage profile. That is, the controller 120 may set the target capacitance range among the entire capacitance range of the differential voltage profile based on the capacitance of the reference voltage peak.
  • the target capacitance range may be set based on the preset capacitance of the reference voltage peak.
  • the target capacity range may be preset and input to the controller 120 , or may be directly set by the controller 120 .
  • the target capacity range QR1 may be set in a range of 0 [mAh] or more and K4 [mAh] or less.
  • the controller 120 sets the target capacity range QR1 will be described later.
  • the controller 120 may be configured to determine a peak included in the target capacitance range in the differential voltage profile as a target voltage peak.
  • the controller 120 may be configured to determine a plurality of peaks in the received differential voltage profile.
  • the controller 120 may calculate the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacitance from the received differential voltage profile. Then, the control unit 120 determines as a peak a point at which the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the low-capacitance side is a positive number and the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacity on the high-capacity side is negative among the points where the calculated instantaneous rate of change is 0. can That is, the controller 120 may determine a point convex upward in the differential voltage profile as a peak.
  • the controller 120 may determine a plurality of peaks P1 , P2 , P3 , P4 , and P5 in the first differential voltage profile dVdQ_P1 .
  • the plurality of peaks (P1, P2, P3, P4, P5) is a point at which the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacity is 0, and the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacity of the low-capacitance side based on the peak is a positive number, and the high-capacity
  • the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacitance of the side may be negative.
  • the controller 120 selects the P1 peak and P2 peak included in the target capacitance range QR1 among the plurality of peaks P1, P2, P3, P4, and P5 determined in the first differential voltage profile dVdQ_P1 as the target voltage peak. (TV1) can be determined.
  • controller 120 may be configured to determine a change in the behavior of the target voltage peak with respect to the reference voltage peak.
  • the reference voltage peak may be preset as a peak having the smallest capacitance in a preset reference voltage profile to correspond to the differential voltage profile.
  • the reference voltage peak may be preset and input to the controller 120 , or the controller 120 may set the peak having the smallest corresponding capacity among a plurality of peaks included in the reference voltage profile.
  • the reference voltage peak may be set by the controller 120 .
  • the reference voltage profile may be a differential profile generated in the process of discharging the reference cell.
  • the reference cell is a cell corresponding to the battery B, and may be a battery B in a BoL state or a separate battery manufactured to generate a reference voltage profile. However, hereinafter, for convenience of description, it will be described that the reference cell is the battery B in the BoL state.
  • the reference voltage profile may be a differential voltage profile obtained based on the voltage and capacity of the reference cell measured while the reference cell is discharged at a seed rate of 1C or less. More preferably, the reference voltage profile may be a differential voltage profile obtained based on the voltage and capacity of the reference cell measured while the reference cell is discharged at a seed rate of 0.05C.
  • the first reference voltage profile R_dVdQ_P1 may include a plurality of peaks R1 , R2 , R3 , R4 , R5 , R6 , and R7 .
  • an R1 peak having the smallest corresponding capacitance may be set as the reference voltage peak RV1 .
  • the capacity of the reference voltage peak RV1 may be K2 [mAh].
  • the controller 120 may be configured to determine whether the available lithium is lost based on the reference voltage peak and the target voltage peak.
  • the controller 120 may be configured to diagnose whether the available lithium contained in the battery B is lost based on a change in the behavior of the target voltage peak with respect to the reference voltage peak.
  • the controller 120 may be configured to diagnose that the available lithium of the battery is lost.
  • a P1 peak and a P2 peak may be included in the target capacitance range QR1 of the first differential voltage profile dVdQ_P1. That is, the P1 peak and the P2 peak may be the target voltage peak TV1. In this case, since the number of target voltage peaks TV1 is plural, the controller 120 may diagnose the state of the battery B as a loss of available lithium.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a second reference voltage profile R_dVdQ_P2 and a second differential voltage profile dVdQ_P2 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a second reference voltage profile R_dVdQ_P2 for the battery B in the BoL state and a second differential voltage profile dVdQ_P2 for the battery B in which available lithium is lost.
  • the battery B according to the embodiment of FIG. 4 and the battery B according to the embodiment of FIG. 5 may be different from each other.
  • the identification codes of the battery B according to the embodiment of FIG. 4 and the battery B according to the embodiment of FIG. 5 are unified and described as "B".
  • the second reference voltage profile R_dVdQ_P2 may include a plurality of peaks R1 , R2 , R3 , R4 , R5 , R6 , R7 , and R8 . And, among the plurality of peaks R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 included in the second reference voltage profile R_dVdQ_P2, the R1 peak having the smallest corresponding capacity is the reference voltage peak RV2. can be set.
  • the capacity of the reference voltage peak RV2 may be X2 [mAh].
  • the second differential voltage profile dVdQ_P2 may include a plurality of peaks P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6 , and P7 .
  • the control unit 120 sets the target capacity range QR2 of the second differential voltage profile dVdQ_P2 to a capacity range of 0 [mAh] or more and X3 [mAh] or less, and selects the P1 peak included in the target capacity range QR2 It can be set to the target voltage peak (TV2).
  • the controller 120 may be configured to diagnose that the available lithium is lost when the determined number of target voltage peaks is one and the differential voltage of the target voltage peak is lower than the differential voltage of the reference voltage peak. have.
  • the controller 120 determines the difference between the target voltage peak TV2 and the reference voltage peak RV2. Differential voltages can be compared.
  • the differential voltage of the target voltage peak TV2 is Y1
  • the differential voltage of the reference voltage peak RV2 is Y2. That is, since the differential voltage Y1 of the target voltage peak TV2 is smaller than the differential voltage Y2 of the reference voltage peak RV2, the controller 120 diagnoses the state of the battery B as an available lithium loss state.
  • the controller 120 may diagnose the state of the battery B as the loss of available lithium. In addition, the controller 120 determines the state of the battery B as an available lithium loss state even when the number of target voltage peaks included in the differential voltage profile is one and the differential voltage of the target voltage peak is smaller than the differential voltage of the reference voltage peak. can be diagnosed with
  • the battery management apparatus 100 may determine a change in the behavior of the target voltage peak with respect to the reference voltage peak, and as a result of the determination, specifically diagnose whether the available lithium of the battery B is lost.
  • the battery management apparatus 100 has the advantage of specifically diagnosing the cause of deterioration of the battery B as the loss of available lithium.
  • the controller 120 may be configured to set a capacity range having the capacity of the reference voltage peak as an intermediate value as the target capacity range.
  • the controller 120 determines a capacity range from the end-of-discharge capacity (EoD) of the battery (B) to a capacity that is symmetrical to the end-of-discharge capacity (EoD) based on the capacity of the reference voltage peak. It can be configured to set to a target dose range.
  • the discharge end capacity EoD may be “0 [mAh]”
  • the capacity of the reference voltage peak RV1 may be “K2 [mAh]”.
  • K4[mAh] may be “2 ⁇ K2[mAh]”.
  • the target capacity range QR1 may be set to a capacity range of 0 [mAh] or more and K4 [mAh] or less.
  • the discharge end capacity EoD may be “0 [mAh]”, and the capacity of the reference voltage peak RV2 may be “X2 [mAh]”. Also, X3[mAh] may be “2 ⁇ X2[mAh]”. Accordingly, the target capacity range QR2 may be set to a capacity range of 0 [mAh] or more and X3 [mAh] or less.
  • phase equilibrium For example, a plurality of times of phase equilibrium may occur while the battery B is charged or discharged. And, when the phase equilibrium is generated, a peak may appear in the differential profile of the battery (B). That is, the phase equilibrium generated inside the battery may be expressed in the form of a peak in the differential profile of the battery (B).
  • the reference voltage peak may be set as a peak corresponding to a phase equilibrium occurring at the lowest capacity among a plurality of phase equilibriums that may be generated while the battery B is discharged. That is, the reference voltage peak may be set as a peak corresponding to the last phase equilibrium generated at the end of the discharge. And, in order to determine the target voltage peak corresponding to the reference voltage peak, the controller 120 may set the capacity range up to the capacity symmetrical to the discharge end capacity (EoD) as the target capacity range based on the capacity of the reference voltage peak. have.
  • EoD discharge end capacity
  • the target capacity range QR1 may be set to a capacity range of 0 [mAh] or more and K4 [mAh] or less.
  • the target capacity range QR2 may be set to a capacity range of 0 [mAh] or more and X3 [mAh] or less.
  • a target peak corresponding to the differential capacity profile will be described as a target capacity peak
  • a reference peak will be described as a reference capacity peak
  • control unit 120 determines at least one of whether the positive electrode capacity of the battery B is lost and whether the available lithium is lost based on a target capacity peak and a reference capacity peak preset to correspond to the target capacity peak Examples are specifically described.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a first reference capacity profile R_dQdV_P1 and a first differential capacity profile dQdV_P1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a first reference capacity profile (R_dQdV_P1) for a reference cell (eg, a battery B in a BoL state) and a first differential capacity profile (dQdV_P1) for a battery B in which available lithium is lost. It is the drawing shown.
  • the upper side is the first reference capacity profile (R_dQdV_P1) and the first differential capacity profile (dQdV_P1) for the entire voltage range
  • the lower side is the first reference capacity profile (R_dQdV_P1) for the target voltage range
  • the profile generator 110 may generate a first differential capacity profile dQdV_P1 indicating a correspondence between the voltage of the battery B and the differential capacity.
  • the controller 120 may be configured to determine a target capacitance peak in a preset target voltage range VR of the received differential profile.
  • the controller 120 may be configured to set a voltage range from a preset voltage to a preset charge termination voltage for the battery among the entire voltage range of the differential capacity profile as the target voltage range VR.
  • the target voltage range VR is a voltage range set by the controller 120 and may be a voltage range preset to determine the target capacity peak.
  • the controller 120 may be configured to set a voltage range from a preset voltage to a preset charging end voltage for the battery B as the target voltage range VR.
  • the preset charging termination voltage for the battery B may be 4.2 [V].
  • the voltage preset by the controller 120 may be 4.0 [V]. That is, the target voltage range VR may be a voltage range of 4.0 [V] or more and 4.2 [V] or less.
  • controller 120 may be configured to determine a peak included in the target voltage range in the differential capacitance profile as a target capacitance peak.
  • a peak included in the target voltage range VR of the first differential capacitance profile dQdV_P1 may be determined as the target capacitance peak TQ1 .
  • the voltage of the target capacity peak TQ1 may be 4.11 [V], and the differential capacity may be 102 [mAh/V].
  • the control unit 120 may be configured to set a peak included in the target voltage range in a preset reference capacity profile to correspond to the differential capacity profile as a reference capacity peak.
  • the controller 120 may be configured to preset a peak included in the target voltage range VR as the reference capacitance peak in a preset reference capacitance profile to correspond to the received differential profile.
  • the controller 120 may be configured to preset a peak included in the target voltage range VR as the reference capacitance peak in a preset reference capacitance profile to correspond to the received differential profile.
  • information on the set reference capacity peak may be provided to the controller 120 .
  • the reference capacity profile may be a differential capacity profile generated in the process of charging the reference cell.
  • the reference cell is a cell corresponding to the battery B, and may be the battery B in the BoL state or a separate cell manufactured to generate the reference capacity profile.
  • the reference cell is the battery B in the BoL state.
  • the reference capacity profile may be a differential capacity profile obtained based on the voltage and capacity of the reference cell measured while the reference cell is charged at a seed rate of 1C or less. More preferably, the reference capacity profile may be a differential capacity profile obtained based on the voltage and capacity of the reference cell measured while the reference cell is charged at a seed rate of 0.05C.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a first reference capacity profile R_dQdV_P1 according to an embodiment of the present invention.
  • phase equilibrium may occur four times while the battery B is being charged.
  • the first phase equilibrium peak E1 appears at 3.36 [V]
  • the second phase equilibrium peak E2 appears at 3.62 [V].
  • a third phase equilibrium peak E3 may appear at 3.92 [V]
  • a fourth phase equilibrium peak E4 may appear at 4.12 [V].
  • the fourth phase equilibrium peak E4 may be generated in the charging end region of 4.0 [V] or more and 4.2 [V] or less. Accordingly, the controller 120 may set the voltage range in which the fourth phase equilibrium can be generated as the target voltage range VR. In addition, the controller 120 may determine a peak included in the target voltage range VR of the differential capacitance profile as the target capacitance peak, and determine the peak included in the target voltage range VR of the reference capacitance profile as the reference capacitance peak. have.
  • the control unit 120 may determine the first target capacitance peak TQ1 in the target voltage range VR of the first differential capacitance profile dQdV_P1 received from the measurement unit 200 . . Also, the controller 120 may determine the first reference capacitance peak RQ1 in the target voltage range VR of the first reference capacitance profile R_dQdV_P1. Specifically, the voltage of the first target capacity peak TQ1 may be 4.11 [V], and the differential capacity may be 102 [mAh/V]. In addition, the voltage of the first reference capacity peak RQ1 may be 4.12 [V], and the differential capacity may be 97 [mAh/V].
  • the controller 120 may determine whether the positive electrode capacity of the battery B is lost and whether the available lithium is lost based on the change in the behavior of the reference capacity peak and the target capacity peak corresponding to each other.
  • the fourth phase equilibrium peak E4 belonging to the target voltage range VR is a peak reflecting the state of the positive electrode. Accordingly, the fourth phase equilibrium peak E4 is used to determine the change in the state of the positive electrode.
  • control unit 120 determines whether or not the available lithium is lost as well as the positive electrode capacity loss based on the change in the behavior of the target capacity peak with respect to the reference capacity peak corresponding to the fourth phase equilibrium peak E4.
  • diagnostic item related to the positive electrode For example, among the plurality of items for diagnosing deterioration of the battery B, whether the capacity of the positive electrode is lost is a diagnostic item related to the positive electrode, and whether or not available lithium is lost is a diagnostic item related to the negative electrode. Additional diagnostic items include whether there is an overvoltage and whether the negative electrode capacity is lost related to the negative electrode.
  • the controller 120 may determine whether there is a loss of available lithium related to the negative electrode as well as whether the positive electrode capacity is lost in relation to the positive electrode by using the target capacity peak reflecting the state of the positive electrode of the battery (B).
  • control unit 120 is configured to determine whether available lithium is lost in the battery B according to a result of comparing the differential capacity and voltage of the reference capacity peak with the differential capacity and voltage of the target capacity peak, respectively.
  • control unit 120 when the differential capacity of the target capacity peak is increased than the differential capacity of the reference capacity peak and the voltage of the target capacity peak is decreased than the voltage of the reference capacity peak, the control unit 120 is configured to control the battery B ) may be configured to determine that the available lithium is lost.
  • the controller 120 controls the voltage and derivative of the first reference capacity peak RQ1 of the first reference capacity profile R_dQdV_P1 and the first target peak TQ1 of the first differential capacity profile dQdV_P1 According to the result of comparing the capacity, it can be determined whether the available lithium is lost in the battery (B).
  • the differential capacity of the first target capacity peak TQ1 may be 102 [mAh/V], and the voltage may be 4.11 [V].
  • the differential capacity of the first reference capacity peak RQ1 may be 97 [mAh/V], and the voltage may be 4.12 [V].
  • the controller 120 determines that the available lithium of the battery (B) is lost.
  • the voltage of the battery B in which the fourth phase equilibrium is generated may decrease.
  • the voltage of the battery B may be the difference between the positive voltage and the negative voltage.
  • the voltage of the battery B may be expressed by a formula of “positive voltage-negative voltage”. That is, when the available lithium of the battery (B) is lost, the negative voltage of the battery (B) may increase, and when the negative voltage of the battery (B) is increased, the battery (B) according to the formula of “positive voltage-negative voltage” can be reduced.
  • the relationship between the available lithium loss and the voltage of the battery B will be described with reference to FIG. 3 .
  • the positive electrode profile remains the same, but the negative electrode profile may shift to the right as a whole.
  • the voltage of the battery B can be decreased as a whole. That is, the voltage at which the fourth phase equilibrium occurs in the battery B in which the available lithium is lost may be lower than the voltage at which the fourth phase equilibrium occurs in the battery B in the BoL state. Accordingly, in the embodiment of FIG. 6 , the voltage of the first target capacitance peak TQ1 may be lower than the voltage of the first reference capacitance peak RQ1 .
  • the expressed capacity of the battery (B) when available lithium is lost, the expressed capacity of the battery (B) may be increased.
  • the voltage of the battery B for the same capacity may be reduced.
  • the expressed capacity of the battery B for the same voltage may be increased.
  • the capacity expressed when the fourth phase equilibrium occurs in the battery B in which the available lithium is lost may be higher than the capacity expressed when the fourth phase equilibrium occurs in the BoL-state battery (B).
  • the expressed capacity of the battery (B) is related to the differential capacity of the differential capacity profile. That is, in the embodiment of FIG. 6 , the differential capacity of the first target capacity peak TQ1 for the battery B in which the available lithium has been lost may be greater than the differential capacity of the first reference capacity peak RQ1 .
  • the controller 120 compares the differential capacity and voltage between the first target capacity peak TQ1 and the first reference capacity peak RQ1 , the available lithium of the battery B This can be considered lost.
  • control unit 120 may be configured to determine whether the positive electrode capacity of the battery B is lost according to a result of comparing the differential capacity of the reference capacity peak with the differential capacity of the target capacity peak.
  • control unit 120 may be configured to determine that the positive electrode capacity of the battery B is lost when the differential capacity of the target capacity peak is lower than the differential capacity of the reference capacity peak.
  • the cathode profile remains the same, but the anode profile can be shifted entirely to the left.
  • the voltage of the battery B for the same capacity may increase. That is, when the positive electrode capacity is lost, the expressed capacity of the battery B for the same voltage may be reduced. Accordingly, the capacity expressed when the fourth phase equilibrium occurs in the battery B in which the positive electrode capacity is lost may be reduced than the capacity expressed when the fourth phase equilibrium occurs in the battery B in the BoL state.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a first reference capacity profile R_dQdV_P1 and a second differential capacity profile dQdV_P2 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a first reference capacity profile R_dQdV_P1 for the battery B in the BoL state and a second differential capacity profile dQdV_P2 for the battery B in which the positive electrode capacity is lost.
  • the first reference capacity profile R_dQdV_P1 of FIGS. 6 to 8 may be the same.
  • the voltages of the first reference capacitance peak RQ1 and the second target capacitance peak TQ2 may be equal to 4.12 [V].
  • the differential capacity of the first reference capacity peak RQ1 may be 97 [mAh]
  • the differential capacity of the second target capacity peak TQ2 may be 92 [mAh].
  • the expressed capacity of the battery B is related to the differential capacity of the differential capacity profile, so in the embodiment of FIG. 8 , the second target capacity peak TQ2 for the battery B which has lost the positive electrode capacity.
  • the differential capacity (92 [V/mAh]) of may be smaller than the differential capacity (97 [V/mAh]) of the first reference capacity peak RQ1 for the battery B in the BoL state. Accordingly, in the embodiment of FIG. 8 , the controller 120 may determine that the positive electrode capacity of the battery B is lost.
  • the content of nickel included in the positive electrode material of the battery (B) may be 80% or more.
  • the target capacity peak may be a peak appearing in the target voltage range VR in the differential capacity profile of the battery B including the cathode material having a nickel content of 80% or more.
  • the battery B may include a cathode material having a nickel content of 80% or more, such as NCM811 or NCM91 ⁇ 21 ⁇ 2.
  • N nickel (Ni)
  • C cobalt (Co)
  • M manganese (Mn).
  • the target capacity peak corresponding to the fourth phase equilibrium peak E4 may be clearly determined by the controller 120 .
  • the target capacity peak is a point where the instantaneous rate of change of the differential capacitance with respect to voltage is 0, the instantaneous rate of change of the differential capacity with respect to the voltage on the low voltage side is positive, and the instantaneous rate of change of the differential capacity with respect to the voltage on the high voltage side is a negative number.
  • the target dose peak may be an upwardly convex open peak.
  • the fourth phase equilibrium may not occur, and even if the fourth phase equilibrium occurs, there may be cases in which the corresponding target capacity peak is not generated.
  • the instantaneous rate of change of the differential capacitance with respect to voltage is 0, the instantaneous rate of change of the differential capacitance with respect to the voltage on the low voltage side is positive, and the instantaneous rate of change of the differential capacitance with respect to the voltage on the high voltage side is negative. In-points may not be created.
  • the battery management apparatus 100 since the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention uses the battery B having a nickel content of 80% or more in the positive electrode material, the target capacity peak is clearly determined in the differential capacity profile. can Accordingly, the battery management apparatus 100 may more accurately determine whether the positive electrode capacity of the battery B is lost and whether the available lithium is lost.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a second reference capacity profile R_dQdV_P2 and a third differential capacity profile dQdV_P3 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second reference capacity profile R_dQdV_P2 for the battery B in the BoL state and a third differential capacity profile dQdV_P3 for the battery B in which the available lithium has been lost.
  • the upper part of FIG. 9 is the second reference capacitance profile (R_dQdV_P2) and the third differential capacitance profile (dQdV_P3) for the entire voltage range
  • the lower part is the second reference capacitance profile (R_dQdV_P2) and the second reference capacitance profile (R_dQdV_P2) for the target voltage range 3
  • the battery B may include a composite anode material in which graphite and SiO are mixed.
  • the ratio of graphite and SiO included in the negative electrode material of the battery (B) may be graphite: SiO (9:1).
  • the content of nickel included in the cathode material of the battery (B) may be 80%.
  • the battery B may include a cathode material having a nickel content of 80% or more, such as NCM811 or NCM91 ⁇ 21 ⁇ 2.
  • the third target capacity peak TQ3 may be included in the target voltage range VR.
  • the controller 120 determines in the target voltage range VR of the third differential capacitance profile dQdV_P3 for the second reference capacitance peak RQ2 preset in the target voltage range VR of the second reference capacitance profile R_dQdV_P2 A change in behavior of the third target capacity peak TQ3 may be determined.
  • the controller 120 may determine that the available lithium of the battery B is lost.
  • control unit 120 When it is determined that the positive electrode capacity or the available lithium of the battery (B) is lost, the control unit 120 is configured to set an upper limit threshold of the charge rate and an upper limit threshold of the discharge rate preset for the battery (B). may be configured to change at least one of the values.
  • control unit 120 changes the upper limit threshold value of the charge rate and the upper limit threshold value of the discharge rate so that the battery (B) It can slow down the rate of degeneration.
  • the controller 120 may change each of the upper limit threshold value of the charge rate and the upper limit threshold value of the discharge rate of the battery B to a value corresponding to 90% of a currently set value.
  • the battery management apparatus 100 changes the upper limit threshold value of the charge/discharge rate, so that the battery B is currently It can induce charging and discharging at a lower rate than the set charging/discharging rate. Accordingly, since the battery B can be charged and discharged at a lower seed rate, the degradation rate of the battery B can be slowed down.
  • the battery management apparatus 100 may be provided in the battery pack 10 .
  • the battery pack 10 according to the present invention may include the battery management apparatus 100 , one or more batteries B, and the measurement unit 200 .
  • the battery pack 10 may further include electronic components (relays, fuses, etc.) and a case.
  • a charging/discharging device 20 capable of charging and/or discharging the battery B may be connected to the battery pack 10 .
  • the charging/discharging device 20 may be connected to the positive terminal P+ and the negative terminal P- of the battery pack 10 .
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • Each step of the battery management method may be performed by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • content overlapping with the previously described content will be briefly described or omitted.
  • the battery management method may include a battery profile obtaining step S100 , a differential profile generating step S200 , a target peak determination step S300 , and a battery state determination step S400 .
  • the battery profile obtaining step ( S100 ) is a step of obtaining a battery profile indicating a correspondence relationship between the voltage and the capacity of the battery B , and may be performed by the profile generating unit 110 .
  • the profile generating unit 110 may obtain a battery profile indicating a correspondence between the voltage and the capacity of the battery B from the measuring unit 200 .
  • the differential profile generating step ( S200 ) includes a differential voltage profile indicating a correspondence between the differential voltage for the capacity of the battery B and the capacity of the battery B and the voltage of the battery B based on the obtained battery profile.
  • the step of generating at least one of a differential voltage profile representing a correspondence relationship between a differential capacitance and the voltage may be performed by the profile generator 110 .
  • the profile generator 110 may generate a first differential voltage profile dVdQ_P1 indicating a correspondence between the capacity of the battery B and the differential voltage. Also, in the embodiment of FIG. 5 , the profile generator 110 may generate a second differential voltage profile dVdQ_P2 indicating a correspondence between the capacity of the battery B and the differential voltage.
  • the profile generator 110 may generate a first differential capacity profile dQdV_P1 indicating a correspondence between the voltage of the battery B and the differential capacity. Also, in the embodiment of FIG. 8 , the profile generator 110 may generate a second differential capacity profile dQdV_P2 indicating a correspondence between the voltage of the battery B and the differential capacity. Also, in the embodiment of FIG. 9 , the profile generator 110 may generate a third differential capacity profile dQdV_P3 indicating a correspondence between the voltage of the battery B and the differential capacity.
  • the target peak determining step (S300) is a step of determining a target peak included in the generated differential profile according to a rule corresponding to the type of the differential profile generated in the differential profile generating step (S200). can be performed by
  • control unit 120 when the control unit 120 receives the differential voltage profile from the profile generator 110 , the control unit 120 may determine a peak included in the target capacitance range among the entire capacitance section of the differential voltage profile as the target voltage peak. .
  • the controller 120 receives the first differential voltage profile dVdQ_P1 from the profile generator 110 , and includes a first differential voltage profile dVdQ_P1 included in the target capacitance range QR1 of the first differential voltage profile dVdQ_P1 .
  • the first peak P1 and the second peak P2 may be determined as the target voltage peak TV1 .
  • the controller 120 receives the second differential voltage profile dVdQ_P2 from the profile generator 110 , and includes a second differential voltage profile dVdQ_P2 in the target capacitance range QR2 of the second differential voltage profile dVdQ_P2 .
  • One peak P1 may be determined as the target voltage peak TV2.
  • the controller 120 may determine a peak included in the target voltage range among the entire capacity section of the differential capacity profile as the target capacity peak. have.
  • the controller 120 receives the first differential capacitance profile dQdV_P1 from the profile generator 110 , and a peak included in the target voltage range VR of the first differential capacitance profile dQdV_P1 may be determined as the target capacity peak TQ1.
  • the controller 120 receives the second differential capacitance profile dQdV_P2 from the profile generator 110 , and a peak included in the target voltage range VR of the second differential capacitance profile dQdV_P2 may be determined as the target capacity peak TQ2.
  • the controller 120 receives the third differential capacitance profile dQdV_P3 from the profile generator 110 , and a peak included in the target voltage range VR of the third differential capacitance profile dQdV_P3 may be determined as the target capacity peak TQ3.
  • the battery state determination step (S400) is a step of determining the state of the battery B based on a change in the behavior of the target peak with respect to a preset reference peak to correspond to the type of the generated differential profile, and the control unit 120 can be performed by
  • the controller 120 may determine whether the positive electrode of the battery B is lost and/or the available lithium is lost based on the change in the behavior of the target peak with respect to the reference peak.
  • control unit 120 determines the available lithium in the battery B based on the number of target voltage peaks and the differential voltage of the target voltage peak. loss can be determined.
  • the controller 120 determines that the available lithium of the battery B is lost.
  • the number of second target capacitance peaks TV2 included in the second differential voltage profile dVdQ_P2 is one.
  • the controller 120 may determine that the available lithium of the battery B is lost.
  • control unit 120 determines whether or not the available lithium of the battery B is lost based on the voltage and the differential capacity of the target capacity peak; / or it may be determined whether the positive electrode capacity is lost.
  • the differential capacity (102 [mAh/V]) of the first target capacity peak TQ1 is greater than the differential capacity (97 [mAh/V]) of the first reference capacity peak RQ1, and the second 1 Since the voltage (4.11 [V]) of the target capacity peak (TQ1) is less than the voltage (4.12 [V]) of the first reference capacity peak (RQ1), the controller 120 controls the loss of available lithium in the battery (B). can be judged to have been
  • the voltage of the second target capacitance peak TQ2 and the voltage of the first reference capacitance peak RQ1 are equal to 4.12 [V], but the differential capacitance 92 of the second target capacitance peak TQ2 Since [mAh/V]) is smaller than the differential capacity (97 [mAh/V]) of the first reference capacity peak RQ1 , the controller 120 may determine that the positive electrode capacity of the battery B is lost. .
  • the controller 120 may determine that the available lithium of the battery B is lost.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 120 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리의 용량에 대한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계 또는 상기 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 생성된 미분 프로파일을 수신하고, 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 수신한 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하고, 상기 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 상태를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2020년 07월 16일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0088355호 및 2020년 07월 23일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0091830호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리에 대한 미분 프로파일에 기반하여 다양한 측면에서 배터리의 상태를 판단하는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
하지만, 배터리는 충전이나 방전이 반복되면서 퇴화가 진행될 수 있다. 예컨대, 배터리의 양극 측에서는 전해액이 산화되거나 결정 구조가 파괴되어, 배터리가 퇴화될 수 있다. 음극 측에서는 금속 리튬이 석출되어 배터리가 퇴화될 수 있다. 종래에는 배터리가 충전되는 과정에서 획득된 배터리 프로파일에 기반하여 배터리의 퇴화를 진단하였다.
종래에도 배터리의 미분 프로파일에 포함된 피크의 거동을 토대로 배터리의 상태가 진단되었다. 다만, 종래에는 충전 프로파일(충전 과정에서 획득된 프로파일) 또는 방전 프로파일(방전 과정에서 획득된 프로파일)을 이용하여 배터리의 상태가 진단되거나, 각각의 피크별로 배터리의 양극 퇴화 여부 또는 음극 퇴화 여부가 제한적으로 진단되었다.
따라서, 배터리의 미분 프로파일에 포함된 피크의 거동을 토대로, 배터리 상태를 보다 정확하고 다양한 측면에서 진단하기 위한 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리에 대한 미분 프로파일에 기반하여, 배터리의 상태를 다양한 측면에서 판단하는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리의 용량에 대한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계 또는 상기 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 생성된 미분 프로파일을 수신하고, 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 수신한 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하고, 상기 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 상태를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일인 경우, 상기 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 용량 프로파일인 경우, 상기 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 양극 용량 손실 여부 및 상기 가용 리튬 손실 여부 중 적어도 하나를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 전압 프로파일의 전체 용량 범위 중에서 상기 미분 전압 프로파일에 대응되는 기준 전압 피크의 용량에 기초하여 타겟 용량 범위를 설정하고, 상기 미분 전압 프로파일에서 상기 타겟 용량 범위에 포함된 피크를 타겟 전압 피크로 결정하며, 상기 기준 전압 피크와 상기 타겟 전압 피크에 기반하여 상기 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 기준 전압 피크는, 상기 미분 전압 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 전압 프로파일에서 대응되는 용량이 가장 작은 피크로 미리 설정되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 방전 종료 용량으로부터 상기 기준 전압 피크의 용량을 기준으로 상기 배터리의 방전 종료 용량에 대칭되는 용량까지의 용량 범위를 상기 타겟 용량 범위로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결정된 타겟 전압 피크의 개수가 하나이고, 상기 기준 전압 피크의 미분 전압보다 상기 타겟 전압 피크의 미분 전압이 감소된 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결정된 타겟 전압 피크의 개수가 둘 이상인 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 용량 프로파일의 전체 전압 범위 중에서 기설정된 전압부터 상기 배터리에 대해 미리 설정된 충전 종료 전압까지의 전압 범위를 타겟 전압 범위로 설정하고, 상기 미분 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 타겟 용량 피크로 결정하고, 상기 타겟 용량 피크와 상기 타겟 용량 피크에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 피크에 기반하여 상기 양극 용량 손실 여부 및 상기 가용 리튬 손실 여부 중 적어도 하나를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 용량 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 상기 기준 용량 피크로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 용량 피크의 미분 용량을 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량과 비교한 결과에 따라 상기 배터리의 양극 용량 손실 여부를 판단하고, 상기 기준 용량 피크의 미분 용량 및 전압을 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량 및 전압과 각각 비교한 결과에 따라 상기 배터리의 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량이 상기 기준 용량 피크의 미분 용량보다 증가되고, 상기 타겟 용량 피크의 전압이 상기 기준 용량 피크의 전압보다 감소된 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량이 상기 기준 용량 피크의 미분 용량보다 감소된 경우, 상기 배터리의 양극 용량이 손실된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 상기 양극 용량 또는 상기 가용 리튬이 손실된 것으로 판단된 경우, 상기 배터리에 대해 미리 설정된 충전 씨레이트의 임계값 및 방전 씨레이트의 임계값 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 배터리 프로파일 획득 단계; 상기 배터리 프로파일 획득 단계에서 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리의 용량에 대한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계 또는 상기 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계; 상기 미분 프로파일 생성 단계에서 생성된 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 생성된 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하는 타겟 피크 결정 단계; 및 상기 생성된 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 상태를 판단하는 배터리 상태 판단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기준 피크에 대한 타겟 피크의 거동 변화를 토대로, 양극 용량 손실 여부 및/또는 가용 리튬 손실 여부가 판단될 수 있으므로, 배터리의 상태가 보다 다양한 측면에서 판단될 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 미분 프로파일에 대한 새로운 해석 방법이 제시되는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일, 양극 프로파일, 및 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 전압 프로파일 및 제1 미분 전압 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 기준 전압 프로파일 및 제2 미분 전압 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 용량 프로파일 및 제1 미분 용량 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 용량 프로파일을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 용량 프로파일 및 제2 미분 용량 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 기준 용량 프로파일 및 제3 미분 용량 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
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 제어부와 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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(10)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리(B)는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 셀 또는 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리(B)로 간주될 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 프로파일은, 상기 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 과정에서 측정된 상기 배터리(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성될 수 있다. 즉, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 과정에서 측정된 전압 및 용량에 대한 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일, 양극 프로파일, 및 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 배터리 프로파일, 양극 프로파일, 및 음극 프로파일을 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 그래프로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 프로파일은, 배터리(B)가 1C 이하의 씨레이트(C-rate)로 충전 또는 방전되는 과정에서 측정된 배터리(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성될 수 있다. 보다 바람직하게, 배터리 프로파일은, 배터리(B)가 0.05C의 씨레이트로 충전 또는 방전되는 과정에서 측정된 배터리(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 충방전 장치(20)에 의해 배터리(B)가 충전 또는 방전될 수 있다. 측정부(200)는 배터리(B)와 연결된 복수의 센싱 라인을 통해서 배터리(B)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(200)는 전류 측정 유닛(A)을 이용하여 배터리(B)의 용량을 측정할 수 있다. 여기서, 전압의 단위는 [V]이고, 용량(Q)의 단위는 [mAh]일 수 있다. 그리고, 측정부(200)는 동일한 시점에서 측정한 배터리(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하고, 생성한 배터리 프로파일을 프로파일 생성부(110)에게 송신할 수 있다. 예컨대, 배터리 프로파일은, 동일한 시점에 측정된 전압값과 용량값이 맵핑된 테이블일 수 있다.
또한, 프로파일 생성부(110)는 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리(B)의 용량에 대한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계 또는 상기 배터리(B)의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 미분 전압은 전압을 용량에 대해 미분한 것으로서, "dV/dQ"로 표현될 수 있으며, 단위는 [V/mAh]일 수 있다. 그리고, 미분 전압 프로파일은 X를 용량으로 설정하고, Y를 미분 전압으로 설정한 경우의 X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
또한, 미분 용량은 용량을 전압에 대해 미분한 것으로서, "dQ/dV"로 표현될 수 있으며, 단위는 [mAh/V]일 수 있다. 그리고, 미분 용량 프로파일은 X를 전압으로 설정하고, Y를 미분 용량으로 설정한 경우의 X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(110)는 획득한 배터리 프로파일을 미분 전압 프로파일로 변환할 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 배터리 프로파일에서 전압과 용량을 추출하고, 용량(Q)에 대한 미분 전압(dV/dQ)을 산출할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 용량(Q)과 미분 전압(dV/dQ) 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일을 생성할 수 있다.
또한, 프로파일 생성부(110)는 획득한 배터리 프로파일을 미분 용량 프로파일로 변환할 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 배터리 프로파일에서 전압과 용량을 추출하고, 전압(V)에 대한 미분 용량(dQ/dV)을 산출할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 전압과 미분 용량(dQ/dV) 간의 대응 관계를 나타내는 미분 용량 프로파일을 생성할 수 있다.
제어부(120)는 상기 프로파일 생성부(110)로부터 생성된 미분 프로파일을 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)와 프로파일 생성부(110)는 통신 가능하도록 서로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)와 프로파일 생성부(110)는 서로 연결되고, 프로파일 생성부(110)는 생성한 미분 프로파일을 제어부(120)에게 송신할 수 있다.
제어부(120)는 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 수신한 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)가 프로파일 생성부(110)로부터 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일인 경우, 미분 전압 프로파일인 경우, 제어부(120)는 미분 전압 프로파일 중에서 타겟 용량 범위에 포함된 피크를 타겟 피크로 결정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)가 프로파일 생성부(110)로부터 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일인 경우, 제어부(120)는 미분 용량 프로파일 중에서 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 타겟 피크로 결정할 수 있다. 미분 전압 프로파일 및 미분 용량 프로파일에서 결정되는 타겟 피크는 도 4 내지 도 9를 참조하여 구체적으로 후술한다.
제어부(120)는 상기 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리(B)의 상태를 판단하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 기준 피크는 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 각각 설정될 수 있다. 즉, 미분 전압 프로파일에 대응되도록 설정된 기준 피크와 미분 용량 프로파일에 대응되도록 설정된 기준 피크는 서로 상이할 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(120)는 상기 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 전압 프로파일인 경우, 상기 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리(B)의 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 상기 제어부(120)는 상기 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 용량 프로파일인 경우, 상기 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리(B)의 양극 용량 손실 여부 및 상기 가용 리튬 손실 여부 중 적어도 하나를 판단하도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기준 피크에 대한 타겟 피크의 거동 변화를 토대로, 양극 용량 손실 여부 및/또는 가용 리튬 손실 여부가 판단될 수 있으므로, 배터리(B)의 상태가 보다 다양한 측면에서 판단될 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 제어부(120)가 필요로 하는 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 저장부(130)는 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)와 각각 연결될 수 있다. 그리고, 저장부(130)는 프로파일 생성부(110)가 생성한 미분 프로파일을 저장할 수 있다. 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 직접 미분 프로파일을 수신할 수도 있고, 저장부(130)에 접근하여 미분 프로파일을 획득할 수도 있다.
이하에서는, 미분 전압 프로파일에 기반하여, 제어부(120)가 배터리(B)의 상태를 판단하는 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에서는 미분 전압 프로파일에 대응되는 타겟 피크를 타겟 전압 피크라고 설명하고, 기준 피크를 기준 전압 피크라고 설명한다.
구체적으로, 제어부(120)가 타겟 전압 피크와 기준 전압 피크에 기반하여 상기 배터리(B)의 가용 리튬 손실 여부를 판단하는 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P1) 및 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 BoL(Beginning of life) 상태의 배터리(B)에 대한 제1 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P1)과 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에 대한 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)을 도시한 도면이다.
예컨대, 도 4을 참조하면, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 용량(Q)과 미분 전압(dV/dQ) 간의 대응 관계를 나타내는 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)을 생성할 수 있다.
제어부(120)는 상기 미분 전압 프로파일의 전체 용량 범위 중에서 상기 미분 전압 프로파일에 대응되는 기준 전압 피크의 용량에 기초하여 타겟 용량 범위를 설정하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(120)는 기준 전압 피크의 용량에 기초하여, 미분 전압 프로파일의 전체 용량 범위 중에서 타겟 용량 범위를 설정할 수 있다.
구체적으로, 타겟 용량 범위는 미리 설정된 기준 전압 피크의 용량에 기초하여 설정될 수 있다. 예컨대, 타겟 용량 범위는 미리 설정되어 제어부(120)에게 입력될 수 있고, 제어부(120)에 의해서 직접 설정될 수도 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 타겟 용량 범위(QR1)는 0[mAh] 이상 K4[mAh] 이하의 범위로 설정될 수 있다. 제어부(120)가 타겟 용량 범위(QR1)를 설정하는 구체적인 실시예는 후술한다.
제어부(120)는 상기 미분 전압 프로파일에서 상기 타겟 용량 범위에 포함된 피크를 타겟 전압 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 수신한 미분 전압 프로파일에서 복수의 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 수신한 미분 전압 프로파일에서 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 산출한 순간 변화율이 0인 지점 중 저용량 측의 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율은 양수이고, 고용량 측의 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 음수인 지점을 피크로 결정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 미분 전압 프로파일에서 위로 볼록한 지점을 피크로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)에서 복수의 피크(P1, P2, P3, P4, P5)를 결정할 수 있다. 복수의 피크(P1, P2, P3, P4, P5)는 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0인 지점이고, 해당 피크를 기준으로 저용량 측의 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율은 양수이며, 고용량 측의 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율은 음수일 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)에서 결정한 복수의 피크(P1, P2, P3, P4, P5) 중 타겟 용량 범위(QR1)에 포함된 P1 피크 및 P2 피크를 타겟 전압 피크(TV1)로 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 상기 기준 전압 피크에 대한 상기 타겟 전압 피크의 거동 변화를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 기준 전압 피크는, 상기 미분 전압 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 전압 프로파일에서 대응되는 용량이 가장 작은 피크로 미리 설정될 수 있다. 여기서, 기준 전압 피크는 미리 설정되어 제어부(120)에 입력될 수도 있고, 제어부(120)가 기준 전압 프로파일에 포함된 복수의 피크 중 대응되는 용량이 가장 작은 피크로 설정할 수도 있다. 바람직하게, 기준 전압 피크는 제어부(120)에 의해서 설정될 수 있다.
또한, 기준 전압 프로파일은 기준 셀을 방전하는 과정에서 생성된 미분 프로파일일 수 있다. 여기서, 기준 셀은 배터리(B)에 대응되는 셀로서, BoL 상태의 배터리(B)이거나, 기준 전압 프로파일을 생성하기 위해 제작된 별도의 배터리일 수 있다. 다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 기준 셀은 BoL 상태의 배터리(B)인 것으로 설명한다.
바람직하게, 기준 전압 프로파일은, 기준 셀이 1C 이하의 씨레이트로 방전되는 과정에서 측정된 기준 셀의 전압과 용량에 기반하여 획득된 미분 전압 프로파일일 수 있다. 보다 바람직하게, 기준 전압 프로파일은, 기준 셀이 0.05C의 씨레이트로 방전되는 과정에서 측정된 기준 셀의 전압과 용량에 기반하여 획득된 미분 전압 프로파일일 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P1)에는 복수의 피크(R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7)가 포함될 수 있다. 복수의 피크(R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7) 중에서 대응되는 용량이 가장 작은 R1 피크가 기준 전압 피크(RV1)로 설정될 수 있다. 여기서, 기준 전압 피크(RV1)의 용량은 K2[mAh]일 수 있다.
제어부(120)는 상기 기준 전압 피크와 상기 타겟 전압 피크에 기반하여 상기 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 기준 전압 피크에 대한 타겟 전압 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리(B)에 포함된 가용 리튬의 손실 여부를 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(120)는, 상기 결정된 타겟 전압 피크의 개수가 둘 이상인 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)의 타겟 용량 범위(QR1)에는 P1 피크와 P2 피크가 포함될 수 있다. 즉, P1 피크 및 P2 피크가 타겟 전압 피크(TV1)일 수 있다. 이 경우, 타겟 전압 피크(TV1)의 개수가 복수이기 때문에, 제어부(120)는 배터리(B)의 상태를 가용 리튬 손실 상태로 진단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P2) 및 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 5는 BoL 상태의 배터리(B)에 대한 제2 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P2)과 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에 대한 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)을 도시한 도면이다.
여기서, 도 4의 실시예에 따른 배터리(B)와 도 5의 실시예에 따른 배터리(B)는 서로 다를 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 도 4의 실시예에 따른 배터리(B)와 도 5의 실시예에 따른 배터리(B)의 식별 부호를 "B"로 통일하여 기술한다.
도 5의 실시예에서, 제2 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P2)에는 복수의 피크(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)가 포함될 수 있다. 그리고, 제2 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P2)에 포함된 복수의 피크(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8) 중 대응되는 용량이 가장 작은 R1 피크가 기준 전압 피크(RV2)로 설정될 수 있다. 여기서, 기준 전압 피크(RV2)의 용량은 X2[mAh]일 수 있다.
또한, 도 5의 실시예에서, 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)에는 복수의 피크(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7)가 포함될 수 있다. 제어부(120)는 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)의 타겟 용량 범위(QR2)를 0[mAh] 이상 X3[mAh] 이하의 용량 범위로 설정하고, 타겟 용량 범위(QR2)에 포함된 P1 피크를 타겟 전압 피크(TV2)로 설정할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 결정된 타겟 전압 피크의 개수가 하나이고, 상기 기준 전압 피크의 미분 전압보다 상기 타겟 전압 피크의 미분 전압이 감소된 경우, 상기 가용 리튬이 손실된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 제어부(120)는 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)에 포함된 타겟 전압 피크(TV2)의 개수가 1개이므로, 타겟 전압 피크(TV2)와 기준 전압 피크(RV2)의 미분 전압을 비교할 수 있다. 타겟 전압 피크(TV2)의 미분 전압은 Y1이고, 기준 전압 피크(RV2)의 미분 전압은 Y2이다. 즉, 타겟 전압 피크(TV2)의 미분 전압(Y1)이 기준 전압 피크(RV2)의 미분 전압(Y2)보다 작기 때문에, 제어부(120)는 배터리(B)의 상태를 가용 리튬 손실 상태로 진단할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제어부(120)는 미분 전압 프로파일에 포함된 타겟 전압 피크의 개수가 복수인 경우에 배터리(B)의 상태를 가용 리튬 손실 상태로 진단할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 미분 전압 프로파일에 포함된 타겟 전압 피크의 개수가 1개이면서 타겟 전압 피크의 미분 전압이 기준 전압 피크의 미분 전압보다 작은 경우에도 배터리(B)의 상태를 가용 리튬 손실 상태로 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 기준 전압 피크에 대한 타겟 전압 피크의 거동 변화를 판단하고, 판단 결과로써 배터리(B)의 가용 리튬이 손실되었는지 여부를 구체적으로 진단할 수 있는 장점이 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)는 배터리(B)의 퇴화 원인을 가용 리튬 손실로 구체적으로 진단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 제어부(120)는, 상기 기준 전압 피크의 용량을 중간값으로 하는 용량 범위를 상기 타겟 용량 범위로 설정하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 배터리(B)의 방전 종료 용량(EoD)으로부터 상기 기준 전압 피크의 용량을 기준으로 상기 방전 종료 용량(EoD)에 대칭되는 용량까지의 용량 범위를 상기 타겟 용량 범위로 설정하도록 구성될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 방전 종료 용량(EoD)은 "0[mAh]"이고, 기준 전압 피크(RV1)의 용량은 "K2[mAh]"일 수 있다. 또한, K4[mAh]는 "2×K2[mAh]"일 수 있다. 따라서, 타겟 용량 범위(QR1)는 0[mAh] 이상 K4[mAh] 이하의 용량 범위로 설정될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 방전 종료 용량(EoD)은 "0[mAh]"이고, 기준 전압 피크(RV2)의 용량은 "X2[mAh]"일 수 있다. 또한, X3[mAh]는 "2×X2[mAh]"일 수 있다. 따라서, 타겟 용량 범위(QR2)는 0[mAh] 이상 X3[mAh]이하의 용량 범위로 설정될 수 있다.
예컨대, 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 과정에서 복수 회의 상평형(Phase equilibrium)이 발생될 수 있다. 그리고, 상평형이 발생될 때, 배터리(B)의 미분 프로파일에는 피크가 나타날 수 있다. 즉, 배터리 내부에서 발생되는 상평형은 배터리(B)의 미분 프로파일에서 피크의 형태로 표현될 수 있다.
상기 기준 전압 피크는 배터리(B)가 방전되는 과정에서 발생될 수 있는 복수 회의 상평형 중 가장 낮은 용량에서 발생되는 상평형에 대응되는 피크로 설정될 수 있다. 즉, 기준 전압 피크는 방전 말단에서 발생되는 마지막 상평형에 대응되는 피크로 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 기준 전압 피크에 대응되는 타겟 전압 피크를 결정하기 위하여, 기준 전압 피크의 용량을 기준으로 방전 종료 용량(EoD)에 대칭되는 용량까지의 용량 범위를 타겟 용량 범위로 설정할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, K2[mAh]에서 기준 셀의 마지막 상평형이 발생되었고, 상평형으로 인해 제1 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P1)에 나타난 R1 피크가 기준 전압 피크(RV1)로 설정될 수 있다. 그리고, 타겟 용량 범위(QR1)는 0[mAh] 이상 K4[mAh] 이하의 용량 범위로 설정될 수 있다.
다른 예로, 도 5의 실시예에서, X2[mAh]에서 기준 셀의 마지막 상평형이 발생되었고, 상평형으로 인해 제2 기준 전압 프로파일(R_dVdQ_P2)에 나타난 R1 피크가 기준 전압 피크(RV2)로 설정될 수 있다. 그리고, 타겟 용량 범위(QR2)는 0[mAh] 이상 X3[mAh] 이하의 용량 범위로 설정될 수 있다.
이하에서는, 미분 용량 프로파일에 기반하여, 제어부(120)가 배터리(B)의 상태를 판단하는 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에서는 미분 용량 프로파일에 대응되는 타겟 피크를 타겟 용량 피크라고 설명하고, 기준 피크를 기준 용량 피크라고 설명한다.
구체적으로, 제어부(120)가 타겟 용량 피크와 상기 타겟 용량 피크에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 피크에 기반하여 상기 배터리(B)의 상기 양극 용량 손실 여부 및 상기 가용 리튬 손실 여부 중 적어도 하나를 판단하는 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1) 및 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 6은 기준 셀(예컨대, BoL 상태의 배터리(B))에 대한 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1)과 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에 대한 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)을 도시한 도면이다.
보다 구체적으로, 도 6에서, 위쪽은 전체 전압 범위에 대한 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1) 및 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)이고, 아래쪽은 타겟 전압 범위에 대한 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1) 및 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)을 확대 도시한 도면이다.
예컨대, 도 6을 참조하면, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)을 생성할 수 있다.
제어부(120)는 수신한 미분 프로파일의 미리 설정된 타겟 전압 범위(VR)에서 타겟 용량 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
먼저, 상기 제어부(120)는 상기 미분 용량 프로파일의 전체 전압 범위 중에서 기설정된 전압부터 상기 배터리에 대해 미리 설정된 충전 종료 전압까지의 전압 범위를 타겟 전압 범위(VR)로 설정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 타겟 전압 범위(VR)는 제어부(120)에 의해 설정된 전압 범위로서, 타겟 용량 피크를 결정하기 위하여 미리 설정된 전압 범위일 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부(120)는, 기설정된 전압부터 상기 배터리(B)에 대해 미리 설정된 충전 종료 전압까지의 전압 범위를 상기 타겟 전압 범위(VR)로 설정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 배터리(B)에 대해 미리 설정된 충전 종료 전압은 4.2[V]일 수 있다. 그리고, 제어부(120)에 의해 기설정된 전압은 4.0[V]일 수 있다. 즉, 타겟 전압 범위(VR)는 4.0[V] 이상 4.2[V] 이하의 전압 범위일 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 상기 미분 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 타겟 용량 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)의 타겟 전압 범위(VR)에 포함된 피크가 타겟 용량 피크(TQ1)로 결정될 수 있다. 타겟 용량 피크(TQ1)의 전압은 4.11[V]이고, 미분 용량은 102[mAh/V]일 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 미분 용량 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 기준 용량 피크로 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 상기 수신한 미분 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 프로파일에서, 상기 타겟 전압 범위(VR)에 포함된 피크를 상기 기준 용량 피크로 미리 설정하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 기준 용량 피크는 기준 용량 프로파일에 기반하여 미리 설정된 후, 설정된 기준 용량 피크에 대한 정보가 제어부(120)에게 제공될 수도 있다.
구체적으로, 기준 용량 프로파일은 기준 셀을 충전하는 과정에서 생성된 미분 용량 프로파일일 수 있다. 여기서, 기준 셀은 배터리(B)에 대응되는 셀로서, BoL 상태의 배터리(B)이거나, 기준 용량 프로파일을 생성하기 위해 제작된 별도의 셀일 수 있다. 다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 기준 셀은 BoL 상태의 배터리(B)인 것으로 설명한다.
바람직하게, 기준 용량 프로파일은, 기준 셀이 1C 이하의 씨레이트로 충전되는 과정에서 측정된 기준 셀의 전압과 용량에 기반하여 획득된 미분 용량 프로파일일 수 있다. 보다 바람직하게, 기준 용량 프로파일은, 기준 셀이 0.05C의 씨레이트로 충전되는 과정에서 측정된 기준 셀의 전압과 용량에 기반하여 획득된 미분 용량 프로파일일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1)을 도시한 도면이다.
도 7의 실시예에서, 배터리(B)가 충전되는 과정에서 4번의 상평형(Phase equilibrium)이 발생될 수 있다. 배터리(B)가 2.5[V]부터 4.2[V]까지 충전되는 과정에서, 3.36[V]에서 제1 상평형 피크(E1)가 나타나고, 3.62[V]에서 제2 상평형 피크(E2)가 나타날 수 있다. 또한, 3.92[V]에서 제3 상평형 피크(E3)가 나타나고, 4.12[V]에서 제4 상평형 피크(E4)가 나타날 수 있다.
일반적으로, 제4 상평형 피크(E4)는 4.0[V] 이상 4.2[V] 이하의 충전 말단 영역에서 발생될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제4 상평형이 발생될 수 있는 전압 범위를 타겟 전압 범위(VR)로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 미분 용량 프로파일의 타겟 전압 범위(VR)에 포함되는 피크를 타겟 용량 피크로 결정하고, 기준 용량 프로파일의 타겟 전압 범위(VR)에 포함되는 피크를 기준 용량 피크로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 제어부(120)는 측정부(200)로부터 수신한 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)의 타겟 전압 범위(VR)에서 제1 타겟 용량 피크(TQ1)를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1)의 타겟 전압 범위(VR)에서 제1 기준 용량 피크(RQ1)를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 전압은 4.11[V]이고, 미분 용량은 102[mAh/V]일 수 있다. 그리고, 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 전압은 4.12[V]이고, 미분 용량은 97[mAh/V]일 수 있다.
제어부(120)는 서로 대응되는 기준 용량 피크와 타겟 용량 피크의 거동 변화에 기반하여, 배터리(B)의 양극 용량 손실 여부 및 가용 리튬 손실 여부를 모두 판단할 수 있다.
일반적으로, 타겟 전압 범위(VR)는 배터리(B)의 충전 말단에 대응되는 전압 범위이기 때문에, 타겟 전압 범위(VR)에 속하는 제4 상평형 피크(E4)는 양극의 상태를 반영하는 피크이다. 따라서, 제4 상평형 피크(E4)는 양극의 상태 변화를 판단하는데 이용된다.
이와 달리, 제어부(120)는 제4 상평형 피크(E4)에 대응되는 기준 용량 피크에 대한 타겟 용량 피크의 거동 변화에 기반하여, 양극 용량 손실 여부는 물론이고, 가용 리튬 손실 여부를 모두 판단할 수 있다.
예컨대, 배터리(B)의 퇴화를 진단하는 복수의 항목 중 양극 용량 손실 여부는 양극과 관련된 진단 항목이고, 가용 리튬 손실 여부는 음극과 관련된 진단 항목이다. 추가적인 진단 항목으로는, 과전압 여부 및 음극과 관련된 음극 용량 손실 여부 등이 있다.
즉, 제어부(120)는 배터리(B)의 양극의 상태가 반영된 타겟 용량 피크를 이용하여, 양극과 관련된 양극 용량 손실 여부뿐만 아니라 음극과 관련된 가용 리튬 손실 여부를 모두 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 기준 용량 피크의 미분 용량 및 전압을 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량 및 전압과 각각 비교한 결과에 따라 상기 배터리(B)의 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(120)는, 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량이 상기 기준 용량 피크의 미분 용량보다 증가되고, 상기 타겟 용량 피크의 전압이 상기 기준 용량 피크의 전압보다 감소된 경우, 상기 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1)의 제1 기준 용량 피크(RQ1)와 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)의 제1 타겟 피크(TQ1)의 전압 및 미분 용량을 비교한 결과에 따라 배터리(B)의 가용 리튬 손실 여부를 판단할 수 있다. 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 미분 용량은 102[mAh/V]이고, 전압은 4.11[V]일 수 있다. 그리고, 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량은 97[mAh/V]이고, 전압은 4.12[V]일 수 있다. 즉, 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 미분 용량(102[mAh/V])은 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량(97[mAh/V])보다 증가하였고, 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 전압(4.11[V])은 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 전압(4.12[V])보다 감소하였으므로, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
일반적으로, 가용 리튬이 손실되면, 제4 상평형이 발생되는 배터리(B)의 전압이 감소할 수 있다. 구체적으로, 배터리(B)의 전압은 양극 전압과 음극 전압 간의 차이일 수 있다. 예컨대, 배터리(B)의 전압은 "양극 전압-음극 전압"의 수식으로 나타낼 수 있다. 즉, 배터리(B)의 가용 리튬이 손실되면 배터리(B)의 음극 전압이 증가될 수 있고, 배터리(B)의 음극 전압이 증가되면 "양극 전압-음극 전압"의 수식에 따라 배터리(B)의 전압은 감소될 수 있다. 구체적으로, 가용 리튬 손실과 배터리(B)의 전압 간의 관계는 도 3을 참조하여 설명한다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 배터리(B)의 가용 리튬이 손실되면, 양극 프로파일은 그대로 유지되지만, 음극 프로파일은 전체적으로 오른쪽으로 시프트될 수 있다. 이 경우, 동일 용량에서 음극 전압이 증가하였기 때문에, 배터리(B)의 전압은 전체적으로 감소될 수 있다. 즉, BoL 상태의 배터리(B)에서 제4 상평형이 발생되는 전압보다 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에서 제4 상평형이 발생되는 전압이 낮아질 수 있다. 따라서, 도 6의 실시예에서, 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 전압은 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 전압보다 낮을 수 있다.
또한, 가용 리튬이 손실되면, 배터리(B)의 발현 용량이 증가될 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예에서, 가용 리튬이 손실되면 동일 용량에서 음극 전압이 증가되기 때문에, 동일 용량에 대한 배터리(B)의 전압은 감소될 수 있다. 다른 말로 설명하면, 가용 리튬이 손실되면, 동일 전압에 대한 배터리(B)의 발현 용량은 증가될 수 있다. 따라서, BoL 상태의 배터리(B)에서 제4 상평형이 발생될 때 발현되는 용량보다 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에서 제4 상평형이 발생될 때 발현되는 용량이 증가될 수 있다. 그리고, 배터리(B)의 발현 용량은 미분 용량 프로파일의 미분 용량과 관련되어 있다. 즉, 도 6의 실시예에서, 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에 대한 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 미분 용량은 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량보다 클 수 있다.
따라서, 도 6의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 타겟 용량 피크(TQ1)와 제1 기준 용량 피크(RQ1) 간의 미분 용량과 전압을 비교한 결과에 따라, 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부(120)는, 상기 기준 용량 피크의 미분 용량을 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량과 비교한 결과에 따라 상기 배터리(B)의 양극 용량 손실 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량이 상기 기준 용량 피크의 미분 용량보다 감소된 경우, 상기 배터리(B)의 양극 용량이 손실된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 양극 용량이 손실되면, 음극 프로파일은 그대로 유지되지만, 양극 프로파일은 전체적으로 왼쪽으로 시프트될 수 있다. 이 경우, 동일 용량에 대해서 양극 전압이 증가하기 때문에, 동일 용량에 대한 배터리(B) 전압이 증가될 수 있다. 즉, 양극 용량이 손실되면, 동일 전압에 대한 배터리(B)의 발현 용량은 감소될 수 있다. 따라서, BoL 상태의 배터리(B)에서 제4 상평형이 발생될 때 발현되는 용량보다 양극 용량이 손실된 배터리(B)에서 제4 상평형이 발생될 때 발현되는 용량이 감소될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1) 및 제2 미분 용량 프로파일(dQdV_P2)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 8은 BoL 상태의 배터리(B)에 대한 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1)과 양극 용량이 손실된 배터리(B)에 대한 제2 미분 용량 프로파일(dQdV_P2)을 도시한 도면이다. 도 6 내지 도 8의 제1 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P1)은 동일할 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 제1 기준 용량 피크(RQ1) 및 제2 타겟 용량 피크(TQ2)의 전압은 4.12[V]로 동일할 수 있다. 그리고, 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량은 97[mAh]이고, 제2 타겟 용량 피크(TQ2)의 미분 용량은 92[mAh]일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리(B)의 발현 용량은 미분 용량 프로파일의 미분 용량과 관련되어 있으므로, 도 8의 실시예에서, 양극 용량이 손실된 배터리(B)에 대한 제2 타겟 용량 피크(TQ2)의 미분 용량(92[V/mAh])은 BoL 상태의 배터리(B)에 대한 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량(97[V/mAh])보다 작을 수 있다. 따라서, 도 8의 실시예에서, 제어부(120)는 배터리(B)의 양극 용량이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
바람직하게, 배터리(B)가 충전되는 과정에서 제4 상평형이 발생되기 위해서는, 배터리(B)의 양극재에 포함된 니켈의 함유량이 80% 이상일 수 있다.
즉, 상기 타겟 용량 피크는, 니켈 함유량이 80% 이상인 양극재가 포함된 배터리(B)의 상기 미분 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위(VR)에 나타나는 피크일 수 있다. 예컨대, 배터리(B)는 NCM811 또는 NCM9½½ 등 니켈의 함유량이 80% 이상인 양극재를 포함할 수 있다. 여기서, N은 니켈(Ni)이고, C는 코발트(Co)이며, M은 망간(Mn)이다.
구체적으로, 양극재에 포함된 니켈의 함유량이 80% 이상이면, 제4 상평형 피크(E4)에 대응되는 타겟 용량 피크가 명확하게 제어부(120)에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 타겟 용량 피크는, 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율이 0이면서, 저전압 측의 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율은 양수이고, 고전압 측의 전압에 대한 미분 용량이 순간 변화율은 음수인 포인트일 수 있다. 예컨대, 도 6 및 도 8의 실시예에서, 타겟 용량 피크는 위로 볼록한 개형의 피크일 수 있다.
반면, 양극재에 포함된 니켈의 함유량이 80% 미만이면, 제4 상평형이 발생되지 않는 경우가 발생될 수도 있고, 제4 상평형이 발생되더라도 대응되는 타겟 용량 피크가 생성되지 않는 경우가 있을 수 있다. 즉, 제4 상평형이 발생되더라도, 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율이 0이면서, 저전압 측의 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율은 양수이고, 고전압 측의 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율은 음수인 포인트가 생성되지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 양극재에 포함된 니켈의 함유량이 80% 이상인 배터리(B)를 이용하기 때문에, 미분 용량 프로파일에서 타겟 용량 피크를 명확하게 결정할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리(B)의 양극 용량 손실 여부 및 가용 리튬 손실 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P2) 및 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 9는 BoL 상태의 배터리(B)에 대한 제2 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P2)과 가용 리튬이 손실된 배터리(B)에 대한 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)을 도시한 도면이다.
보다 구체적으로, 도 9의 위쪽은 전체 전압 범위에 대한 제2 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P2) 및 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)이고, 아래쪽은 타겟 전압 범위에 대한 제2 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P2) 및 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)을 확대 도시한 도면이다.
또한, 도 9의 실시예에서, 배터리(B)는 Graphite 및 SiO가 혼합된 복합 음극재를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리(B)의 음극재에 포함된 Graphite와 SiO의 비율은 Graphite:SiO(9:1)일 수 있다. 그리고, 배터리(B)의 양극재에 포함된 니켈의 함유량은 80%일 수 있다. 예컨대, 배터리(B)에는 NCM811 또는 NCM9½½ 등 니켈의 함유량이 80% 이상인 양극재가 포함될 수 있다.
도 9를 참조하면, 복합 음극재가 포함된 배터리(B)의 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)에서도 타겟 전압 범위(VR)에 제3 타겟 용량 피크(TQ3)가 포함될 수 있다. 제어부(120)는 제2 기준 용량 프로파일(R_dQdV_P2)의 타겟 전압 범위(VR)에서 미리 설정된 제2 기준 용량 피크(RQ2)에 대한 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)의 타겟 전압 범위(VR)에서 결정한 제3 타겟 용량 피크(TQ3)의 거동 변화를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제3 타겟 용량 피크(TQ3)의 전압이 제2 기준 용량 피크(RQ2)의 전압보다 감소하였으며, 제3 타겟 용량 피크(TQ3)의 미분 용량은 제2 기준 용량 피크(RQ2)의 미분 용량보다 증가하였다. 따라서, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 배터리(B)의 양극 용량 또는 상기 가용 리튬이 손실된 것으로 판단된 경우, 상기 배터리(B)에 대해 미리 설정된 충전 씨레이트의 상한 임계값 및 방전 씨레이트의 상한 임계값 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실되었거나 양극 용량이 감소된 것으로 판단한 경우, 충전 씨레이트의 상한 임계값 및 방전 씨레이트의 상한 임계값을 변경하여 배터리(B)의 퇴화 속도를 늦출 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 배터리(B)의 충전 씨레이트의 상한 임계값 및 방전 씨레이트의 상한 임계값 각각을 현재 설정된 값의 90%에 해당하는 값으로 변경할 수 있다.
즉, 배터리(B)의 배터리(B)의 양극 용량 또는 가용 리튬이 손실된 것으로 판단된 경우, 배터리 관리 장치(100)는 충방전 씨레이트의 상한 임계값을 변경함으로써, 배터리(B)가 현재 설정된 충방전 씨레이트보다 낮은 씨레이트로 충방전되도록 유도할 수 있다. 따라서, 배터리(B)가 보다 낮은 씨레이트로 충전 및 방전될 수 있으므로, 배터리(B)의 퇴화 속도를 늦출 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(10)에 구비될 수 있다. 예컨대, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 관리 장치(100), 하나 이상의 배터리(B) 및 측정부(200)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
그리고, 배터리 팩(10)에는 배터리(B)를 충전 및/또는 방전시킬 수 있는 충방전 장치(20)가 연결될 수 있다. 예컨대, 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에는 충방전 장치(20)가 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 관리 방법의 각 단계는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 간략히 설명하거나 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 배터리 관리 방법은 배터리 프로파일 획득 단계(S100), 미분 프로파일 생성 단계(S200), 타겟 피크 결정 단계(S300) 및 배터리 상태 판단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
배터리 프로파일 획득 단계(S100)는 배터리(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 측정부(200)로부터 배터리(B)의 전압 및 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
미분 프로파일 생성 단계(S200)는 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리(B)의 용량에 대한 미분 전압과 상기 배터리(B)의 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일 및 상기 배터리(B)의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일 중 적어도 하나를 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)을 생성할 수 있다. 또한, 도 5의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)을 생성할 수 있다.
다른 예로, 도 6의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)을 생성할 수 있다. 또한, 도 8의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 제2 미분 용량 프로파일(dQdV_P2)을 생성할 수 있다. 또한, 도 9의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리(B)의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)을 생성할 수 있다.
타겟 피크 결정 단계(S300)는 상기 미분 프로파일 생성 단계(S200)에서 생성된 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 생성된 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)가 프로파일 생성부(110)로부터 미분 전압 프로파일을 수신한 경우, 제어부(120)는 미분 전압 프로파일의 전체 용량 구간 중에서 타겟 용량 범위에 포함된 피크를 타겟 전압 피크로 결정할 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)을 수신하고, 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)의 타겟 용량 범위(QR1)에 포함된 제1 피크(P1) 및 제2 피크(P2)를 타겟 전압 피크(TV1)로 결정할 수 있다.
도 5의 실시예에서, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)을 수신하고, 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)의 타겟 용량 범위(QR2)에 포함된 제1 피크(P1)를 타겟 전압 피크(TV2)로 결정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)가 프로파일 생성부(110)로부터 미분 용량 프로파일을 수신한 경우, 제어부(120)는 미분 용량 프로파일의 전체 용량 구간 중에서 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 타겟 용량 피크로 결정할 수 있다.
도 6의 실시예에서, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)을 수신하고, 제1 미분 용량 프로파일(dQdV_P1)의 타겟 전압 범위(VR)에 포함된 피크를 타겟 용량 피크(TQ1)로 결정할 수 있다.
도 8의 실시예에서, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 제2 미분 용량 프로파일(dQdV_P2)을 수신하고, 제2 미분 용량 프로파일(dQdV_P2)의 타겟 전압 범위(VR)에 포함된 피크를 타겟 용량 피크(TQ2)로 결정할 수 있다.
도 9의 실시예에서, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)을 수신하고, 제3 미분 용량 프로파일(dQdV_P3)의 타겟 전압 범위(VR)에 포함된 피크를 타겟 용량 피크(TQ3)로 결정할 수 있다.
배터리 상태 판단 단계(S400)는 상기 생성된 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리(B)의 상태를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 기준 피크에 대한 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여, 배터리(B)의 양극 손실 여부 및/또는 가용 리튬 손실 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)가 프로파일 생성부(110)로부터 미분 전압 프로파일을 수신한 경우, 제어부(120)는 타겟 전압 피크의 개수와 타겟 전압 피크의 미분 전압에 기반하여, 배터리(B)의 가용 리튬 손실 여부를 판단할 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제1 미분 전압 프로파일(dVdQ_P1)에 포함된 제1 타겟 용량 피크(TV1)의 개수는 복수이므로, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
도 5의 실시예에서, 제2 미분 전압 프로파일(dVdQ_P2)에 포함된 제2 타겟 용량 피크(TV2)의 개수는 하나이다. 다만, 제2 타겟 용량 피크(TV2)의 미분 전압이 제2 기준 전압 피크(RV2)의 미분 전압보다 작기 때문에, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)가 프로파일 생성부(110)로부터 미분 용량 프로파일을 수신한 경우, 제어부(120)는 타겟 용량 피크의 전압과 미분 용량에 기반하여, 배터리(B)의 가용 리튬 손실 여부 및/또는 양극 용량 손실 여부를 판단할 수 있다.
도 6의 실시예에서, 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 미분 용량(102[mAh/V])이 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량(97[mAh/V])보다 크고, 제1 타겟 용량 피크(TQ1)의 전압(4.11[V])이 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 전압(4.12[V])보다 작기 때문에, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
도 8의 실시예에서, 제2 타겟 용량 피크(TQ2)의 전압과 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 전압이 4.12[V]로 동일하지만, 제2 타겟 용량 피크(TQ2)의 미분 용량(92[mAh/V])이 제1 기준 용량 피크(RQ1)의 미분 용량(97[mAh/V])보다 작기 때문에, 제어부(120)는 배터리(B)의 양극 용량이 손실된 것으로 판단할 수 있다.
도 9의 실시예에서, 제3 타겟 용량 피크(TQ3)의 미분 용량이 제2 기준 용량 피크(RQ2)의 미분 용량보다 크고, 제3 타겟 용량 피크(TQ3)의 전압이 제2 기준 용량 피크(RQ2)의 전압보다 작기 때문에, 제어부(120)는 배터리(B)의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단할 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.
(부호의 설명)
10: 배터리 팩
100: 배터리 관리 장치
110: 프로파일 생성부
120: 제어부
130: 저장부
200: 측정부
20: 충방전 장치
B: 배터리

Claims (15)

  1. 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리의 용량에 대한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계 또는 상기 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
    상기 프로파일 생성부로부터 생성된 미분 프로파일을 수신하고, 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 수신한 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하고, 상기 수신한 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 상태를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 전압 프로파일인 경우, 상기 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 가용 리튬 손실 여부를 판단하고,
    상기 수신한 미분 프로파일이 상기 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 용량 프로파일인 경우, 상기 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 양극 용량 손실 여부 및 상기 가용 리튬 손실 여부 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 전압 프로파일의 전체 용량 범위 중에서 상기 미분 전압 프로파일에 대응되는 기준 전압 피크의 용량에 기초하여 타겟 용량 범위를 설정하고, 상기 미분 전압 프로파일에서 상기 타겟 용량 범위에 포함된 피크를 타겟 전압 피크로 결정하며, 상기 기준 전압 피크와 상기 타겟 전압 피크에 기반하여 상기 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 전압 피크는,
    상기 미분 전압 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 전압 프로파일에서 대응되는 용량이 가장 작은 피크로 미리 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 방전 종료 용량으로부터 상기 기준 전압 피크의 용량을 기준으로 상기 배터리의 방전 종료 용량에 대칭되는 용량까지의 용량 범위를 상기 타겟 용량 범위로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 타겟 전압 피크의 개수가 하나이고, 상기 기준 전압 피크의 미분 전압보다 상기 타겟 전압 피크의 미분 전압이 감소된 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 타겟 전압 피크의 개수가 둘 이상인 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 용량 프로파일의 전체 전압 범위 중에서 기설정된 전압부터 상기 배터리에 대해 미리 설정된 충전 종료 전압까지의 전압 범위를 타겟 전압 범위로 설정하고, 상기 미분 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 타겟 용량 피크로 결정하고, 상기 타겟 용량 피크와 상기 타겟 용량 피크에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 피크에 기반하여 상기 양극 용량 손실 여부 및 상기 가용 리튬 손실 여부 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 용량 프로파일에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량 프로파일에서 상기 타겟 전압 범위에 포함된 피크를 상기 기준 용량 피크로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 용량 피크의 미분 용량을 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량과 비교한 결과에 따라 상기 배터리의 양극 용량 손실 여부를 판단하고, 상기 기준 용량 피크의 미분 용량 및 전압을 상기 타겟 용량 피크의 미분 용량 및 전압과 각각 비교한 결과에 따라 상기 배터리의 가용 리튬 손실 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 용량 피크의 미분 용량이 상기 기준 용량 피크의 미분 용량보다 증가되고, 상기 타겟 용량 피크의 전압이 상기 기준 용량 피크의 전압보다 감소된 경우, 상기 배터리의 가용 리튬이 손실된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 용량 피크의 미분 용량이 상기 기준 용량 피크의 미분 용량보다 감소된 경우, 상기 배터리의 양극 용량이 손실된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 상기 양극 용량 또는 상기 가용 리튬이 손실된 것으로 판단된 경우, 상기 배터리에 대해 미리 설정된 충전 씨레이트의 임계값 및 방전 씨레이트의 임계값 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 배터리 프로파일 획득 단계;
    상기 배터리 프로파일 획득 단계에서 획득된 배터리 프로파일 기반하여, 상기 배터리의 용량에 대한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계 또는 상기 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계;
    상기 미분 프로파일 생성 단계에서 생성된 미분 프로파일의 종류에 대응되는 규칙에 따라 상기 생성된 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크를 결정하는 타겟 피크 결정 단계; 및
    상기 생성된 미분 프로파일의 종류에 대응되도록 미리 설정된 기준 피크에 대한 상기 타겟 피크의 거동 변화에 기반하여 상기 배터리의 상태를 판단하는 배터리 상태 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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