WO2024014850A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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voltage
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우경화
배윤정
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management device and method, and more specifically, to a battery management device and method that can diagnose the state of a battery.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they can be freely charged and discharged, and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low and high energy density.
  • lithium precipitation on the surface of the cathode lithium plating, Li-plating
  • Li-plating lithium precipitation on the surface of the cathode
  • it causes side reactions with the electrolyte and changes in the kinetic balance of the battery, causing battery deterioration.
  • lithium metal is deposited on the surface of the cathode, an internal short circuit of the battery may occur, so there is a risk of ignition or explosion due to an internal short circuit. Therefore, there is a need to develop a technology that can detect whether lithium metal is deposited on the surface of the cathode.
  • the present invention was made to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery management device and method that can specifically diagnose whether a side reaction has occurred in a battery and the cause of the side reaction.
  • a battery management device determines a target peak from a differential profile representing the correspondence between the voltage and differential capacity of the battery, and compares the target peak with the reference peak of a preset reference profile to generate a side reaction in the battery.
  • a side reaction determination unit configured to determine whether or not;
  • a side reaction cause determination unit configured to determine a resistance pattern of the battery for a reference voltage section in a resistance profile indicating the correspondence between the voltage and resistance of the battery, and determine a cause of the side reaction based on the determined resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit may be configured to determine the cause of the side reaction as at least one of lithium precipitation and electrolyte side reaction based on the determined resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit may be configured to determine a case in which the resistance decreases as the voltage increases in the reference voltage section of the resistance profile as the first resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit may be configured to determine the cause of the side reaction as the lithium precipitation when the determined resistance pattern is the first resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit may be configured to determine a second resistance pattern when the resistance of the resistance profile is greater than or equal to the resistance of a preset reference resistance profile in the reference voltage section of the resistance profile.
  • the side reaction cause determination unit may be configured to determine the cause of the side reaction as the electrolyte side reaction when the determined resistance pattern is the second resistance pattern.
  • the battery management device may further include a control unit configured to set usage conditions for the battery based on the determined cause of occurrence of the side reaction.
  • the control unit may be configured to reduce the upper limit of the charge/discharge C-rate for the battery when the cause of the side reaction is determined to be lithium precipitation.
  • the control unit may be configured to reduce the temperature and upper limit SOC for the battery when the cause of the side reaction is determined to be the electrolyte side reaction.
  • the side reaction determination unit may be configured to determine whether a side reaction has occurred in the battery by comparing the magnitude between the voltage of the target peak and the voltage of the reference peak.
  • the side reaction determination unit may be configured to determine that the side reaction has occurred when the voltage of the target peak exceeds the voltage of the reference peak.
  • the reference voltage section may be comprised of a voltage section including resistances from the minimum resistance to a predetermined threshold resistance or less in a preset reference resistance profile.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery management device according to an aspect of the present invention.
  • a battery management method includes a target peak determination step of determining a target peak from a differential profile indicating a correspondence between the voltage of the battery and the differential capacity; A side reaction determination step of determining whether a side reaction has occurred in the battery by comparing a reference peak of a preset reference profile and the target peak; A resistance pattern determining step of determining a resistance pattern of the battery for a reference voltage section from a resistance profile indicating a correspondence between the voltage and resistance of the battery; And it may include a side reaction cause determination step of determining the cause of the side reaction based on the determined resistance pattern.
  • the battery management method may further include, after the step of determining the cause of the side reaction, a use condition setting step of setting use conditions for the battery based on the determined cause of the side reaction.
  • the usage conditions of the battery can be set to correspond to the cause of the side reaction of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram schematically showing the differential profile of a first battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a partial section of FIG. 2.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing the resistance profile of a first battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram schematically showing the differential profile of a second battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is an enlarged view of a partial section of Figure 5.
  • Figure 7 is a diagram schematically showing the resistance profile of a second battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing an exemplary configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a battery management device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery has a negative terminal and a positive terminal and refers to an independent cell that is physically separable.
  • a lithium ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery.
  • a battery may refer to a battery module in which a plurality of cells are connected in series and/or parallel.
  • the battery will be described as meaning one independent cell.
  • the battery management device 100 may include a side reaction determination unit 110 and a side reaction cause determination unit 120.
  • the side reaction determination unit 110 may be configured to determine a target peak in the differential profile D representing the correspondence between the voltage of the battery and the differential capacity.
  • the side reaction determination unit 110 may obtain battery information including the voltage and current of the battery.
  • the side reaction determination unit 110 may directly receive battery information or access and extract previously stored battery information.
  • the side reaction determination unit 110 may generate a voltage profile representing the correspondence between the voltage and capacity of the battery, based on the acquired battery information.
  • the side reaction determination unit 110 may generate a differential profile D indicating the correspondence between voltage and differential capacitance based on the voltage profile.
  • the differential capacity is a value obtained by differentiating the capacity by voltage, and can be expressed as dQ/dV.
  • the side reaction determination unit 110 may directly measure battery information and generate a voltage profile based on the measured battery information. Additionally, the side reaction determination unit 110 may generate a differential profile D from the voltage profile.
  • the voltage profile can be expressed as an X-Y graph when X is set to voltage and Y is set to capacity.
  • the differential profile (D) can be expressed as an X-Y graph when X is set to voltage and Y is set to differential capacity.
  • the side reaction determination unit 110 may determine a plurality of peaks in the differential profile (D).
  • the peak may be a point that is convex upward and has a slope of 0.
  • the peak of the differential profile D may correspond to the inflection point of the voltage profile.
  • the side reaction determination unit 110 may determine the peak with the lowest corresponding voltage among the determined plurality of peaks as the target peak.
  • the target peak falls between 3.4V and 3.5V and may be a peak generally expressed as Ea(1).
  • FIG. 3 is an enlarged view of a partial section of FIG. 2. Specifically, FIG. 3 is an enlarged view of section A in FIG. 2.
  • the first reference profile (P1), the second reference profile (P2), the first differential profile (D1), and the second differential profile (D2) can be confirmed.
  • the first differential profile D1 is a differential profile D generated according to battery information measured during the charging process of the first battery.
  • the second differential profile (D2) is a differential profile (D) generated according to battery information measured during the discharge process of the first battery.
  • the side reaction determination unit 110 determines the first target peak (tp1) in the first differential profile (D1) and the second target peak (tp2) in the second differential profile (D2). can be decided.
  • the side reaction determination unit 110 may be configured to determine whether a side reaction has occurred in the battery by comparing the reference peak and the target peak of the preset reference profile (P).
  • the reference profile P may be a profile for a reference battery (eg, a battery in a beginning of life (BOL) state) corresponding to the battery.
  • the reference profile P may be a profile representing the correspondence between the voltage and differential capacity of the reference battery.
  • the reference peak may be the lowest voltage peak in the reference profile (P).
  • the method by which the target peak is determined in the differential profile (D) can be applied as is, and the reference peak can be determined in the reference profile (P).
  • the first reference profile (P1) may correspond to the first differential profile (D1)
  • the second reference profile (P2) may correspond to the second differential profile (D2).
  • the first reference profile (P1) may include a first reference peak (rp1)
  • the second reference profile (P2) may include a second reference peak (rp2).
  • the side reaction determination unit 110 may compare the first target peak (tp1) and the first reference peak (rp1) to determine whether a side reaction has occurred in the battery. Additionally, the side reaction determination unit 110 may determine whether a side reaction has occurred by comparing the second target peak (tp2) and the second reference peak (rp2). That is, although both the differential profile (D) and the reference profile (P) corresponding to the charging and discharging of the battery are shown in FIGS. 2 and 3, the side reaction determination unit 110 determines at least one of the charging and discharging states of the battery. It is possible to determine whether a side reaction has occurred.
  • the side reaction determination unit 110 may be configured to determine whether a side reaction has occurred in the battery by comparing the magnitude between the voltage of the target peak and the voltage of the reference peak.
  • the side reaction determination unit 110 may compare the voltage of the first target peak (tp1) and the first reference peak (rp1). The side reaction determination unit 110 may determine that the voltage of the first target peak (tp1) is greater than the voltage of the first reference peak (rp1).
  • the side reaction determination unit 110 may compare the voltage of the second target peak (tp2) and the second reference peak (rp2). The side reaction determination unit 110 may determine that the voltage of the second target peak (tp2) is greater than the voltage of the second reference peak (rp2).
  • the side reaction determination unit 110 may be configured to determine that a side reaction has occurred when the voltage of the target peak exceeds the voltage of the reference peak. Conversely, the side reaction determination unit 110 may determine that no side reaction has occurred if the voltage of the target peak is less than or equal to the voltage of the reference peak.
  • the battery's target peak and reference peak may be the same.
  • the target peak (Ea(1) peak) appearing in the differential profile (D) of the battery may be shifted to a high potential.
  • the target peak may shift to a higher potential.
  • the side reaction determination unit 110 can determine whether a side reaction has occurred in the battery by comparing the voltage of the target peak and the voltage of the reference peak.
  • the side reaction determination unit 110 determines that a side reaction has occurred in the first battery. You can.
  • the side reaction determination unit 110 determines that a side reaction has occurred in the first battery. You can decide.
  • the side reaction determination unit 110 may determine that a side reaction has occurred in the first battery.
  • the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine the resistance pattern of the battery for the reference voltage section RR in a resistance profile representing the correspondence between the voltage and resistance of the battery.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing the resistance profile of a first battery according to an embodiment of the present invention.
  • the resistance profile can be expressed as an X-Y graph when X is set to voltage and Y is set to resistance.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a first resistance profile (R1) and a first reference resistance profile (RP1) for a battery.
  • the side reaction cause determination unit 120 may select a resistance corresponding to the reference voltage section RR from the resistance profile in order to determine the resistance pattern of the battery. Additionally, the side reaction cause determination unit 120 may determine a pattern between the plurality of selected resistances.
  • the reference voltage section may be a voltage section preset according to the resistance change rate according to voltage in the reference resistance profile.
  • the resistance change rate with respect to voltage changes rapidly based on the K voltage.
  • the difference in the resistance change rate corresponding to the K voltage (the difference in the resistance change rate immediately before the K voltage and the resistance change rate immediately after the K voltage) is calculated. difference) may be the largest.
  • the reference voltage section RR can be set to a voltage section corresponding to 4.2 [V] from the K voltage. That is, the reference voltage section RR may be a section in the reference resistance profile in which the change in resistance according to voltage is small. In other words, the reference voltage section RR may be a resistance flat section included in the reference resistance profile.
  • the reference voltage section RR may be configured as a voltage section including resistances from the minimum resistance to a predetermined threshold resistance (TH) or less in a preset reference resistance profile.
  • the minimum resistance in the first reference resistance profile RP1 may be LR corresponding to the L point.
  • LR2 may be the minimum resistance (LR) plus the threshold resistance (TH).
  • the threshold resistance (TH) may be preset to a value of 0.1 ( ⁇ ) or less.
  • the threshold resistance (TH) may be preset to a value of 0.05 ( ⁇ ) or less.
  • the reference voltage section (RR) may be defined as a voltage section greater than or equal to the voltage value corresponding to the LR2 resistance among the entire voltage section.
  • the reference voltage section RR may be set based on the lowest voltage value among the multiple voltage values.
  • the resistance corresponding to the voltage K [V] to 4.2 [V] may be included within the minimum resistance (LR) to the threshold resistance (TH). Accordingly, the reference voltage section RR may be preset to K[V] to 4.2[V]. Additionally, the side reaction cause determination unit 120 may determine a resistance pattern between a plurality of resistors corresponding to the reference voltage section of the resistance profile.
  • the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine a case in which resistance decreases as voltage increases in the reference voltage section RR of the resistance profile as the first resistance pattern. Additionally, the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine the second resistance pattern when the resistance of the resistance profile is greater than or equal to the resistance of a preset reference resistance profile in the reference voltage section RR of the resistance profile.
  • the resistance pattern of the battery may be determined as a first resistance pattern and a second resistance pattern.
  • the first condition is that the resistance decreases as the voltage increases in the reference voltage section (RR) of the resistance profile, and the resistance of the reference voltage section (RR) of the resistance profile is greater than or equal to the resistance of the reference voltage section (RR) of the reference resistance profile. If all of the second conditions are satisfied, the resistance pattern of the battery may be determined as a first resistance pattern and a second resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit 120 determines the resistance pattern for the first battery. can be determined as the first resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine the cause of the side reaction based on the determined resistance pattern.
  • the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine the cause of the side reaction as at least one of lithium precipitation and electrolyte side reaction based on the determined resistance pattern.
  • lithium precipitation means that lithium ions contained in the battery are deposited as metallic lithium on the surface of the cathode.
  • electrolyte side reaction means that a side reaction occurs in the electrolyte (electrolyte solution) and the performance of the battery deteriorates.
  • electrolyte side reaction refers to a side reaction that occurs in the electrolyte due to cathode reduction.
  • the side reaction cause determination unit 120 may specifically determine the cause of the side reaction for a battery in which it is determined that the side reaction has occurred. That is, the cause of the loss of available lithium in the battery may be determined to be at least one of lithium precipitation and electrolyte side reactions.
  • the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine the cause of the side reaction as lithium precipitation. Conversely, the side reaction cause determination unit 120 may be configured to determine the cause of the side reaction as an electrolyte side reaction when the determined resistance pattern is the second resistance pattern.
  • the resistance pattern for the first battery may be determined as the first resistance pattern. Accordingly, the side reaction cause determination unit 120 may determine the cause of the side reaction in the first battery to be lithium precipitation. That is, the first battery may be a battery in which available lithium is lost due to lithium plating (Li-plating), in which lithium metal is deposited on the surface of the cathode.
  • Li-plating lithium plating
  • the battery management device 100 has the advantage of being able to specifically diagnose not only whether a side reaction has occurred in the battery but also the cause of the side reaction. Therefore, according to the battery management device 100, an abnormal battery (particularly, a battery in which a side reaction has occurred) can be quickly detected, and the cause of the side reaction can also be detected.
  • Figure 5 is a diagram schematically showing the differential profile (D) of the second battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is an enlarged view of a partial section of Figure 5. Specifically, FIG. 6 is an enlarged view of section A of FIG. 5.
  • FIGS. 5 and 6 show a third differential profile (D3), a fourth differential profile (D4), a third reference profile (P3), and a fourth reference profile (P4) for the second battery.
  • the third reference profile (P3) may correspond to the third differential profile (D3)
  • the fourth reference profile (P4) may correspond to the fourth differential profile (D4).
  • the third differential profile (D3) is a differential profile (D) generated according to battery information measured during the charging process of the second battery.
  • the fourth differential profile (D4) is a differential profile (D) generated according to battery information measured during the discharging process of the second battery.
  • the side reaction determination unit 110 may determine the third target peak (tp3) from the third differential profile (D3). And, because the voltage of the third target peak (tp3) is greater than the voltage of the third reference peak (rp3), the side reaction determination unit 110 may determine that a side reaction has occurred in the second battery.
  • the side reaction determination unit 110 may determine the fourth target peak (tp4) from the fourth differential profile (D4). And, because the voltage of the fourth target peak (tp4) is greater than the voltage of the fourth reference peak (rp4), the side reaction determination unit 110 may determine that a side reaction has occurred in the second battery.
  • a side reaction may determine that a side reaction has occurred in the second battery.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the resistance profile of a second battery according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 7 is a diagram illustrating a second resistance profile (R2) and a second reference resistance profile (RP2) for the second battery.
  • R2 second resistance profile
  • RP2 second reference resistance profile
  • the side reaction cause determination unit 120 determines the cause of the second battery.
  • the resistance pattern may be determined as the second resistance pattern. That is, since the resistance does not decrease even if the voltage increases in the reference voltage section RR of the second resistance profile R2, the side reaction cause determination unit 120 determines the resistance pattern for the second battery as the second resistance pattern. You can. Accordingly, the side reaction cause determination unit 120 may determine that the cause of the side reaction in the second battery is an electrolyte side reaction.
  • the battery management device 100 may further include a control unit 130.
  • the control unit 130 may be configured to set usage conditions for the battery based on the determined cause of the side reaction.
  • usage conditions for the battery may be set in advance for charge/discharge C-rate (Current rate), temperature range, and SOC (State of charge) available range.
  • C-rate Current rate
  • temperature range temperature range
  • SOC State of charge
  • the usage conditions for charging C-rate for the type of charging (slow charging and fast charging) for the battery, discharging C-rate for the output required by the load, upper limit temperature, lower limit temperature, upper limit SOC, and lower limit SOC are set in advance. can be set.
  • Conditions for using such a battery can be set in advance in consideration of the type of battery and where the battery is used.
  • control unit 130 can change and set the usage conditions of the battery depending on the cause of the side reaction. Specifically, the control unit 130 can change and set the usage conditions of the battery depending on the cause of loss of available lithium.
  • the control unit 130 may set battery usage conditions so that the lithium precipitation reaction can be suppressed. For example, if the cause of the side reaction is determined to be lithium precipitation, the control unit 130 may be configured to reduce the upper limit of the charge/discharge C-rate for the battery.
  • control unit 130 may set the battery usage conditions so that the electrolyte decomposition reaction can be suppressed. For example, if the cause of the side reaction is determined to be an electrolyte side reaction, the control unit 130 may be configured to reduce the temperature and upper limit SOC for the battery.
  • the control unit 130 can set the usage conditions of the battery so that the lithium precipitation reaction is suppressed and electrolyte decomposition on the surface of the deposited lithium metal is suppressed.
  • the control unit 130 may be configured to reduce the upper limit of charge/discharge C-rate, temperature, and upper limit SOC for the battery.
  • the battery management device 100 sets the battery usage conditions to correspond to the cause of the side reaction, thereby preventing further side reactions from occurring in the battery and losing the activity of the side reaction.
  • the battery may be charged at a low rate or discharged at a low rate. Specifically, the battery may be charged or discharged under low C-rate conditions below a preset standard C-rate.
  • the battery may be charged or discharged at a C-rate below a predetermined rate from the standard C-rate.
  • the standard C-rate is 1C and the predetermined rate is 0.2
  • the battery can be charged or discharged at a C-rate of 0.2C or less.
  • the standard C-rate can be initially set considering the BOL (Beginning of Life) state of the battery. Additionally, the standard C-rate may be changed while the control unit 130 changes the upper limit of the charging and discharging C-rate.
  • a battery that has been charged at a low rate or discharged at a low rate can be a diagnostic target in which it is easy to determine whether a side reaction has occurred based on the behavior of the target peak alone.
  • the side reaction determination unit 110 may determine that a side reaction has occurred when the voltage of the target peak exceeds the voltage of the reference peak for a battery that has been charged at a low rate or discharged at a low rate.
  • the side reaction determination unit 110, the side reaction cause determination unit 120, and the control unit 130 provided in the battery management device 100 are processors known in the art, ASICs (application applications) to execute various control logics performed in the present invention. - specific integrated circuit), other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, etc. may optionally be included. Additionally, when the control logic is implemented as software, the side reaction determination unit 110, the side reaction cause determination unit 120, and the control unit 130 may be implemented as a set of program modules. At this time, the program module is stored in the memory and can be executed by the side reaction determination unit 110, the side reaction cause determination unit 120, and the control unit 130.
  • ASICs application applications
  • the memory may be inside or outside the side reaction determination unit 110, the side reaction cause determination unit 120, and the control unit 130, and may be stored in the side reaction determination unit 110, the side reaction cause determination unit 120, and the side reaction determination unit 110 by various well-known means. It can be connected to the control unit 130.
  • the battery management device 100 may further include a storage unit 140.
  • the storage unit 140 may store data or programs necessary for each component of the battery management device 100 to perform operations and functions, or data generated in the process of performing operations and functions.
  • information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, etc.
  • the storage unit 140 may store program codes in which processes executable by each component of the battery management device 100 are defined.
  • the storage unit 140 may store a reference profile (P), a differential profile (D), a reference resistance profile, and a resistance profile. Additionally, the storage unit 140 may store preset usage conditions for the battery and usage conditions changed by the control unit 130.
  • the battery management device 100 according to the present invention can be applied to a battery management system (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the battery management device 100 described above. In this configuration, at least some of the components of the battery management device 100 may be implemented by supplementing or adding functions included in a conventional BMS. For example, the side reaction determination unit 110, the side reaction cause determination unit 120, the control unit 130, and the storage unit 140 of the battery management device 100 may be implemented as components of a BMS.
  • the battery management device 100 may be provided in a battery pack. That is, the battery pack according to the present invention may include the above-described battery management device 100 and one or more battery cells. Additionally, the battery pack may further include electrical components (relays, fuses, etc.) and cases.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing an exemplary configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the positive terminal of the battery 10 may be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack 1, and the negative terminal of the battery 10 may be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack 1.
  • the measuring unit 20 may be connected to the first sensing line (SL1), the second sensing line (SL2), and the third sensing line (SL3). Specifically, the measuring unit 20 may be connected to the positive terminal of the battery 10 through the first sensing line (SL1) and may be connected to the negative terminal of the battery 10 through the second sensing line (SL2). The measurement unit 20 may measure the voltage of the battery 10 based on the voltage measured at each of the first and second sensing lines (SL1) and SL2.
  • the measurement unit 20 may be connected to the current measurement unit (A) through the third sensing line (SL3).
  • the current measurement unit A may be an ammeter or a shunt resistor capable of measuring the charging current and discharging current of the battery 10.
  • the measurement unit 20 may measure the charging current of the battery 10 through the third sensing line SL3 and calculate the charging amount. Additionally, the measurement unit 20 may calculate the discharge amount by measuring the discharge current of the battery 10 through the third sensing line SL3.
  • the external device may be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack 1, and the other end may be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack 1. Accordingly, the positive terminal of the battery 10, the positive terminal (P+) of the battery pack 1, the external device, the negative terminal (P-) of the battery pack 1, and the negative terminal of the battery 10 can be electrically connected.
  • the external device may be a charging/discharging device or a motor of an electric vehicle that receives power from the battery 10.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management method may include a target peak determination step (S100), a side reaction determination step (S200), a resistance pattern determination step (S300), and a side reaction cause determination step (S400).
  • S100 target peak determination step
  • S200 side reaction determination step
  • S300 resistance pattern determination step
  • S400 side reaction cause determination step
  • each step of the battery management method can be performed by the battery management device 100.
  • the battery management device 100 Preferably, each step of the battery management method can be performed by the battery management device 100.
  • content that overlaps with the content described above will be omitted or briefly described.
  • the target peak determination step (S100) is a step of determining a target peak in the differential profile (D) representing the correspondence between the voltage of the battery and the differential capacity, and may be performed by the side reaction determination unit 110.
  • the side reaction determination unit 110 may determine the peak corresponding to the lowest voltage among the plurality of peaks included in the differential profile D as the target peak.
  • the side reaction determination unit 110 may determine a first target peak tp1 among a plurality of peaks included in the first differential profile D1.
  • the side reaction determination step S200 is a step of determining whether a side reaction has occurred in the battery by comparing the reference peak and the target peak of the preset reference profile P, and may be performed by the side reaction determination unit 110.
  • the side reaction determination unit 110 may compare the voltage between the target peak of the differential profile (D) and the reference peak of the reference profile (P). Additionally, the side reaction determination unit 110 may determine that a side reaction has occurred in the battery when the voltage of the target peak exceeds the voltage of the reference peak.
  • the voltage of the first target peak (tp1) may exceed the voltage of the first reference peak (rp1). Accordingly, the side reaction determination unit 110 may determine that a side reaction has occurred in the first battery.
  • the resistance pattern determining step (S300) is a step of determining the resistance pattern of the battery for the reference voltage section (RR) in the resistance profile indicating the correspondence between the voltage and resistance of the battery, and is performed by the side reaction cause determination unit 120. You can.
  • the side reaction cause determination unit 120 may determine the resistance pattern of the battery as a first resistance pattern and/or a second resistance pattern based on the change in resistance according to voltage in the reference voltage section (RR) of the resistance profile. .
  • the first resistance pattern is a pattern in which resistance decreases as the voltage increases
  • the second resistance pattern is a pattern in which the resistance of the resistance profile in the reference voltage section RR is greater than or equal to the resistance of the reference resistance profile.
  • the side reaction cause determination unit 120 changes the resistance pattern of the first battery to the first resistance pattern. can be decided.
  • the side reaction cause determination step (S400) is a step of determining the cause of the side reaction based on the determined resistance pattern, and may be performed by the side reaction cause determination unit 120.
  • the side reaction cause determination unit 120 may determine the cause of the side reaction as lithium precipitation and/or electrolyte side reaction according to the resistance pattern of the battery.
  • the side reaction cause determination unit 120 may determine the cause of the side reaction to be lithium precipitation.
  • the side reaction cause determination unit 120 may determine the cause of the side reaction to be an electrolyte side reaction.
  • the side reaction cause determination unit 120 may determine the cause of the side reaction to be lithium precipitation and electrolyte side reaction.
  • the battery management method may further include a use condition setting step (S500) after the side reaction cause determination step (S400).
  • the use condition setting step (S500) is a step of setting the use conditions for the battery based on the determined cause of occurrence of the side reaction, and may be performed by the control unit 130.
  • control unit 130 may set the battery usage conditions differently depending on the cause of the side reaction.
  • control unit 130 may be configured to reduce the upper limit of the charge/discharge C-rate for the battery.
  • control unit 130 may be configured to reduce the temperature and upper limit SOC for the battery when the cause of the side reaction is determined to be an electrolyte side reaction.
  • control unit 130 may be configured to reduce the upper limit of charge/discharge C-rate, temperature, and upper limit SOC for the battery.
  • the embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.
  • control unit 130 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하고, 미리 설정된 기준 프로파일의 기준 피크와 상기 타겟 피크를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성된 부반응 결정부; 및 상기 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간에 대한 상기 배터리의 저항 패턴을 결정하고, 결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 결정하도록 구성된 부반응 원인 결정부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2022년 07월 11일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0085324 및 2023년 07월 10일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2023-0089416에 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, 배터리의 상태를 진단할 수 있는 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.
이러한 배터리는 고용량화 및 고밀도화 측면에서 많은 연구가 진행되고 있지만 수명과 안전성 향상 측면도 중요하다. 이를 위해서는 전극 표면에서 전해액과의 분해 반응 억제가 필요하고, 과충전 및 과방전을 방지하는 것이 요구된다.
특히, 음극 표면에 리튬이 석출되는 현상(리튬 플레이팅, Li-plating)을 방지할 필요가 있다. 음극 표면에 리튬이 석출되면 전해액과의 부반응 및 배터리의 운동역학적 균형(kinetic balance) 변경 등을 초래하여 배터리 퇴화의 원인이 된다. 또한, 음극 표면에 리튬 금속이 석출됨에 따라 배터리의 내부 단락이 발생될 수 있기 때문에, 내부 단락에 의한 발화 및 폭발 등의 위험이 있다. 따라서, 음극 표면에 리튬 금속이 석출되었는지를 검출할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 부반응 발생 여부 및 부반응 발생 원인을 구체적으로 진단할 수 있는 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 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하고, 미리 설정된 기준 프로파일의 기준 피크와 상기 타겟 피크를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성된 부반응 결정부; 및 상기 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간에 대한 상기 배터리의 저항 패턴을 결정하고, 결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 결정하도록 구성된 부반응 원인 결정부를 포함할 수 있다.
상기 부반응 원인 결정부는, 상기 결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 리튬 석출 및 전해질 부반응 중 적어도 하나로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 원인 결정부는, 상기 저항 프로파일의 상기 기준 전압 구간에서, 상기 전압이 증가함에 따라 상기 저항이 감소하는 경우를 제1 저항 패턴으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 원인 결정부는, 상기 결정된 저항 패턴이 상기 제1 저항 패턴인 경우, 상기 부반응의 발생 원인을 상기 리튬 석출로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 원인 결정부는, 상기 저항 프로파일의 상기 기준 전압 구간에서, 상기 저항 프로파일의 저항이 미리 설정된 기준 저항 프로파일의 저항 이상인 경우를 제2 저항 패턴으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 원인 결정부는, 상기 결정된 저항 패턴이 상기 제2 저항 패턴인 경우, 상기 부반응의 발생 원인을 상기 전해질 부반응으로 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 상기 결정된 부반응의 발생 원인에 기반하여 상기 배터리에 대한 사용 조건을 설정하도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 부반응의 발생 원인이 상기 리튬 석출로 결정된 경우, 상기 배터리에 대한 충방전 C-rate의 상한을 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 부반응의 발생 원인이 상기 전해질 부반응으로 결정된 경우, 상기 배터리에 대한 온도 및 상한 SOC를 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 결정부는, 상기 타겟 피크의 전압과 상기 기준 피크의 전압 간의 대소를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 결정부는, 상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하면, 상기 부반응이 발생된 것으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 기준 전압 구간은, 미리 설정된 기준 저항 프로파일에서 최소 저항으로부터 소정의 임계 저항 이하의 저항들이 포함되는 전압 구간으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 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 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하는 타겟 피크 결정 단계; 미리 설정된 기준 프로파일의 기준 피크와 상기 타겟 피크를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하는 부반응 여부 결정 단계; 상기 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간에 대한 상기 배터리의 저항 패턴을 결정하는 저항 패턴 결정 단계; 및 결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 결정하는 부반응 원인 결정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 상기 부반응 원인 결정 단계 이후, 상기 결정된 부반응의 발생 원인에 기반하여 상기 배터리에 대한 사용 조건을 설정하는 사용 조건 설정 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 부반응 발생 여부 및 부반응 발생 원인이 구체적으로 진단될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 부반응 발생 원인에 대응되도록 배터리의 사용 조건이 설정될 수 있는 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 제1 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 일부 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리의 저항 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 일부 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 배터리의 저항 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 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.
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.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 부반응 결정부(110) 및 부반응 원인 결정부(120)를 포함할 수 있다.
부반응 결정부(110)는 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일(D)에서 타겟 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 부반응 결정부(110)는 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득할 수 있다. 부반응 결정부(110)는 배터리 정보를 직접 수신하거나, 미리 저장되어 있는 배터리 정보에 접근하여 이를 추출할 수 있다. 부반응 결정부(110)는 획득한 배터리 정보에 기반하여, 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 전압 프로파일을 생성할 수 있다. 그리고, 부반응 결정부(110)는 전압 프로파일에 기반하여, 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일(D)을 생성할 수 있다. 여기서, 미분 용량은 용량을 전압으로 미분한 값으로서, dQ/dV로 표현될 수 있다.
다른 예로, 부반응 결정부(110)는 배터리 정보를 직접 측정하고, 측정된 배터리 정보에 기반하여 전압 프로파일을 생성할 수도 있다. 그리고, 부반응 결정부(110)는 전압 프로파일로부터 미분 프로파일(D)을 생성할 수도 있다.
예컨대, 전압 프로파일은 X를 전압, Y를 용량으로 설정한 경우, X-Y 그래프로 표현될 수 있다. 그리고, 미분 프로파일(D)은 X를 전압, Y를 미분 용량으로 설정한 경우, X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
구체적으로, 부반응 결정부(110)는 미분 프로파일(D)에서 복수의 피크를 결정할 수 있다. 여기서, 피크는 위로 볼록한 개형을 띠며 기울기가 0인 포인트일 수 있다. 바람직하게, 미분 프로파일(D)의 피크는 전압 프로파일의 변곡점에 대응될 수 있다.
그리고, 부반응 결정부(110)는 결정된 복수의 피크 중 대응되는 전압이 가장 낮은 피크를 타겟 피크로 결정할 수 있다. 예컨대, 타겟 피크는 3.4V 내지 3.5V에 속하며, 일반적으로 Ea(1)이라고 표현되는 피크일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리의 미분 프로파일(D)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 일부 구간을 확대 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 도 2에서 A 구간을 확대 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 기준 프로파일(P1), 제2 기준 프로파일(P2), 제1 미분 프로파일(D1) 및 제2 미분 프로파일(D2)을 확인할 수 있다. 여기서, 제1 미분 프로파일(D1)은 제1 배터리의 충전 과정에서 측정된 배터리 정보에 따라 생성된 미분 프로파일(D)이다. 제2 미분 프로파일(D2)은 제1 배터리의 방전 과정에서 측정된 배터리 정보에 따라 생성된 미분 프로파일(D)이다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 부반응 결정부(110)는 제1 미분 프로파일(D1)에서 제1 타겟 피크(tp1)를 결정하고, 제2 미분 프로파일(D2)에서 제2 타겟 피크(tp2)를 결정할 수 있다.
부반응 결정부(110)는 미리 설정된 기준 프로파일(P)의 기준 피크와 타겟 피크를 비교하여 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 프로파일(P)은 배터리에 대응되는 기준 배터리(예컨대, BOL(Beginning of life) 상태의 배터리)에 대한 프로파일일 수 있다. 구체적으로, 기준 프로파일(P)은 기준 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다.
또한, 기준 피크는 기준 프로파일(P)에서 전압 가장 낮은 피크일 수 있다. 예컨대, 미분 프로파일(D)에서 타겟 피크가 결정되는 방식이 그대로 적용되어, 기준 프로파일(P)에서 기준 피크가 결정될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 3의 실시예에서, 제1 기준 프로파일(P1)은 제1 미분 프로파일(D1)에 대응되고, 제2 기준 프로파일(P2)은 제2 미분 프로파일(D2)에 대응될 수 있다. 제1 기준 프로파일(P1)에는 제1 기준 피크(rp1)가 포함되고, 제2 기준 프로파일(P2)에는 제2 기준 피크(rp2)가 포함될 수 있다.
부반응 결정부(110)는 제1 타겟 피크(tp1)와 제1 기준 피크(rp1)를 비교하여 배터리의 부반응 발생 여부를 결정할 수 있다. 또한, 부반응 결정부(110)는 제2 타겟 피크(tp2)와 제2 기준 피크(rp2)를 비교하여 부반응 발생 여부를 결정할 수도 있다. 즉, 도 2 및 도 3에서는 배터리의 충전 및 방전 각각에 대응되는 미분 프로파일(D)과 기준 프로파일(P)을 모두 도시하였으나, 부반응 결정부(110)는 배터리의 충전 및 방전 중 적어도 하나의 상태에서 부반응 발생 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 부반응 결정부(110)는 타겟 피크의 전압과 기준 피크의 전압 간의 대소를 비교하여 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 부반응 결정부(110)는 제1 타겟 피크(tp1)와 제1 기준 피크(rp1)의 전압을 비교할 수 있다. 부반응 결정부(110)는 제1 타겟 피크(tp1)의 전압이 제1 기준 피크(rp1)의 전압보다 크다고 결정할 수 있다.
다른 예로, 도 3의 실시예에서, 부반응 결정부(110)는 제2 타겟 피크(tp2)와 제2 기준 피크(rp2)의 전압을 비교할 수 있다. 부반응 결정부(110)는 제2 타겟 피크(tp2)의 전압이 제2 기준 피크(rp2)의 전압보다 크다고 결정할 수 있다.
부반응 결정부(110)는 타겟 피크의 전압이 기준 피크의 전압을 초과하면, 부반응이 발생된 것으로 결정하도록 구성될 수 있다. 반대로, 부반응 결정부(110)는 타겟 피크의 전압이 기준 피크의 전압 이하이면, 부반응이 발생되지 않은 것으로 결정할 수 있다.
초기에는 배터리의 타겟 피크와 기준 피크가 동일할 수 있다. 그러나, 배터리에 부반응이 발생된 경우, 배터리의 미분 프로파일(D)에 나타나는 타겟 피크(Ea(1) 피크)는 고전위로 시프트(shift)될 수 있다. 구체적으로, 배터리의 가용 리튬이 손실된 경우, 타겟 피크는 고전위로 시프트될 수 있다. 예컨대, 배터리의 음극 표면에 리튬 금속이 석출되거나 전해질의 부반응이 발생된 경우, 배터리의 가용 리튬이 손실될 수 있다. 그리고, 이로 인하여 배터리의 미분 프로파일(D)에 나타나는 타겟 피크는 기준 피크보다 고전위로 시프트될 수 있다. 따라서, 부반응 결정부(110)는 타겟 피크의 전압과 기준 피크의 전압을 비교함으로써, 배터리의 부반응 발생 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 타겟 피크(tp1)의 전압은 제1 기준 피크(rp1)의 전압을 초과하기 때문에, 부반응 결정부(110)는 제1 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
다른 예로, 도 3의 실시예에서, 제2 타겟 피크(tp2)의 전압은 제2 기준 피크(rp2)의 전압을 초과하기 때문에, 부반응 결정부(110)는 제1 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
또 다른 예로, 도 3의 실시예에서, 제1 타겟 피크(tp1)의 전압이 제1 기준 피크(rp1)의 전압을 초과하고, 제2 타겟 피크(tp2)의 전압이 제2 기준 피크(rp2)의 전압을 초과하기 때문에, 부반응 결정부(110)는 제1 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
부반응 원인 결정부(120)는 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간(RR)에 대한 배터리의 저항 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리의 저항 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 저항 프로파일은 X를 전압, Y를 저항으로 설정한 경우, X-Y 그래프로 표현될 수 있다. 구체적으로, 도 4는 배터리에 대한 제1 저항 프로파일(R1)과 제1 기준 저항 프로파일(RP1)을 도시한 도면이다.
부반응 원인 결정부(120)는 배터리의 저항 패턴을 결정하기 위하여, 저항 프로파일에서 기준 전압 구간(RR)에 대응되는 저항을 선택할 수 있다. 그리고, 부반응 원인 결정부(120)는 선택된 복수의 저항 간의 패턴을 결정할 수 있다.
예컨대, 기준 전압 구간은 기준 저항 프로파일에서 전압에 따른 저항 변화율에 따라 미리 설정된 전압 구간일 수 있다. 도 4의 실시예에서, K 전압을 기준으로 전압에 대한 저항 변화율이 급격하게 변하는 것을 확인할 수 있다. 예컨대, 기준 저항 프로파일에 포함된 각각의 전압에서 직전의 저항 변화율과 직후의 저항 변화율의 차이를 산출했을 때, K 전압에 대응되는 저항 변화율의 차이(K 전압 직전의 저항 변화율과 직후의 저항 변화율의 차이)가 가장 클 수 있다. 따라서, 기준 전압 구간(RR)은 K 전압부터 4.2[V]에 대응되는 전압 구간으로 설정될 수 있다. 즉, 기준 전압 구간(RR)은 기준 저항 프로파일에서 전압에 따른 저항의 변화가 적은 구간일 수 있다. 다른 말로 설명하면, 기준 전압 구간(RR)은 기준 저항 프로파일에 포함된 저항 평탄 구간일 수 있다.
다른 예로, 기준 전압 구간(RR)은 미리 설정된 기준 저항 프로파일에서 최소 저항으로부터 소정의 임계 저항(TH) 이하의 저항들이 포함되는 전압 구간으로 구성될 수 있다. 도 4의 실시예에서, 제1 기준 저항 프로파일(RP1)에서 최소 저항은 L 포인트에 대응되는 LR일 수 있다. 그리고, LR2는 최소 저항(LR)에 임계 저항(TH)이 더해진 값일 수 있다. 예컨대, 임계 저항(TH)은 0.1(Ω) 이하의 값으로 미리 설정될 수 있다. 바람직하게, 임계 저항(TH)은 0.05(Ω) 이하의 값으로 미리 설정될 수 있다.
기준 전압 구간(RR)은 전체 전압 구간 중에서 LR2 저항에 대응되는 전압값 이상의 전압 구간으로 정의될 수 있다. 여기서, LR2 저항에 대응되는 전압값이 복수인 경우, 복수의 전압값 중 가장 낮은 전압값을 기준으로 기준 전압 구간(RR)이 설정될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 전압 K[V]부터 4.2[V]에 대응되는 저항은 최소 저항(LR)으로부터 임계 저항(TH) 이내에 포함될 수 있다. 따라서, 기준 전압 구간(RR)은 K[V] 내지 4.2[V]로 미리 설정될 수 있다. 그리고, 부반응 원인 결정부(120)는 저항 프로파일의 기준 전압 구간에 대응되는 복수의 저항 간의 저항 패턴을 결정할 수 있다.
부반응 원인 결정부(120)는 저항 프로파일의 기준 전압 구간(RR)에서, 전압이 증가함에 따라 저항이 감소하는 경우를 제1 저항 패턴으로 결정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 부반응 원인 결정부(120)는 저항 프로파일의 기준 전압 구간(RR)에서, 저항 프로파일의 저항이 미리 설정된 기준 저항 프로파일의 저항 이상인 경우를 제2 저항 패턴으로 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제1 저항 패턴 및 제2 저항 패턴은 서로 상반되는 저항 패턴이 아님을 유의한다. 즉, 배터리의 저항 패턴은 제1 저항 패턴 및 제2 저항 패턴으로 결정될 수도 있다. 예컨대, 저항 프로파일의 기준 전압 구간(RR)에서 전압이 증가함에 따라 저항이 감소하는 제1 조건 및 저항 프로파일의 기준 전압 구간(RR)의 저항이 기준 저항 프로파일의 기준 전압 구간(RR)의 저항 이상인 제2 조건이 모두 만족되면, 배터리의 저항 패턴은 제1 저항 패턴 및 제2 저항 패턴으로 결정될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제1 저항 프로파일(R1)의 기준 전압 구간(RR)을 보면, 전압이 증가함에 따라 저항이 감소하기 때문에, 부반응 원인 결정부(120)는 제1 배터리에 대한 저항 패턴을 제1 저항 패턴으로 결정할 수 있다.
부반응 원인 결정부(120)는 결정된 저항 패턴에 기반하여 부반응의 발생 원인을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 부반응 원인 결정부(120)는 결정된 저항 패턴에 기반하여 부반응의 발생 원인을 리튬 석출 및 전해질 부반응 중 적어도 하나로 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 리튬 석출은 배터리에 포함된 리튬 이온이 음극 표면에서 금속 리튬으로 석출된 것을 의미한다.
그리고, 전해질 부반응은 전해질(전해액)에서 부반응이 발생되어 배터리의 성능이 저하되는 것을 의미한다. 예컨대, 전해질 부반응은 음극 환원에 기인하여 전해질에서 발생되는 부반응을 의미한다.
부반응 원인 결정부(120)는 부반응이 발생된 것으로 결정된 배터리에 대하여, 부반응의 발생 원인을 구체적으로 결정할 수 있다. 즉, 배터리의 가용 리튬 손실의 원인이 리튬 석출 및 전해질 부반응 중 적어도 하나로 결정될 수 있다.
예컨대, 부반응 원인 결정부(120)는 결정된 저항 패턴이 제1 저항 패턴인 경우, 부반응의 발생 원인을 리튬 석출로 결정하도록 구성될 수 있다. 반대로, 부반응 원인 결정부(120)는 결정된 저항 패턴이 제2 저항 패턴인 경우, 부반응의 발생 원인을 전해질 부반응으로 결정하도록 구성될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제1 배터리에 대한 저항 패턴은 제1 저항 패턴으로 결정될 수 있다. 따라서, 부반응 원인 결정부(120)는 제1 배터리의 부반응 발생 원인을 리튬 석출로 결정할 수 있다. 즉, 제1 배터리는 음극 표면에 리튬 금속이 석출되는 리튬 플레이팅(Li-plating)에 의해 가용 리튬이 손실된 배터리일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리에 부반응 발생 여부뿐만 아니라 부반응 발생 원인을 구체적으로 진단할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)에 따르면 비정상 배터리(특히, 부반응이 발생된 배터리)가 신속하게 검출될 수 있고, 부반응의 발생 원인도 함께 검출될 수 있다.
이하에서는, 제2 배터리에 대한 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 배터리의 미분 프로파일(D)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6은 도 5의 일부 구간을 확대 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 6은 도 5의 A 구간을 확대 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 5 및 도 6에는 제2 배터리에 대한 제3 미분 프로파일(D3), 제4 미분 프로파일(D4), 제3 기준 프로파일(P3) 및 제4 기준 프로파일(P4)이 도시되었다. 여기서, 제3 기준 프로파일(P3)은 제3 미분 프로파일(D3)에 대응되고, 제4 기준 프로파일(P4)은 제4 미분 프로파일(D4)에 대응될 수 있다. 그리고, 제3 미분 프로파일(D3)은 제2 배터리의 충전 과정에서 측정된 배터리 정보에 따라 생성된 미분 프로파일(D)이다. 제4 미분 프로파일(D4)은 제2 배터리의 방전 과정에서 측정된 배터리 정보에 따라 생성된 미분 프로파일(D)이다.
예컨대, 부반응 결정부(110)는 제3 미분 프로파일(D3)에서 제3 타겟 피크(tp3)를 결정할 수 있다. 그리고, 제3 타겟 피크(tp3)의 전압이 제3 기준 피크(rp3)의 전압보다 크기 때문에, 부반응 결정부(110)는 제2 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
다른 예로, 부반응 결정부(110)는 제4 미분 프로파일(D4)에서 제4 타겟 피크(tp4)를 결정할 수 있다. 그리고, 제4 타겟 피크(tp4)의 전압이 제4 기준 피크(rp4)의 전압보다 크기 때문에, 부반응 결정부(110)는 제2 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
또 다른 예로, 제3 타겟 피크(tp3)의 전압이 제4 기준 피크(rp4)의 전압보다 크고, 제4 타겟 피크(tp4)의 전압이 제4 기준 피크(rp4)의 전압보다 크기 때문에, 부반응 결정부(110)는 제2 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 배터리의 저항 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 7은 제2 배터리에 대한 제2 저항 프로파일(R2)과 제2 기준 저항 프로파일(RP2)을 도시한 도면이다.
도 7의 실시예에서, 제2 저항 프로파일(R2)의 기준 전압 구간(RR)을 보면, 전압이 증가하더라도 저항이 일정 범위로 유지되기 때문에, 부반응 원인 결정부(120)는 제2 배터리에 대한 저항 패턴을 제2 저항 패턴으로 결정할 수 있다. 즉, 제2 저항 프로파일(R2)의 기준 전압 구간(RR)에서 전압이 증가하더라도 저항이 감소되지 않기 때문에, 부반응 원인 결정부(120)는 제2 배터리에 대한 저항 패턴을 제2 저항 패턴으로 결정할 수 있다. 따라서, 부반응 원인 결정부(120)는 제2 배터리의 부반응 발생 원인을 전해질 부반응으로 결정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다.
제어부(130)는 결정된 부반응의 발생 원인에 기반하여 배터리에 대한 사용 조건을 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 배터리에 대한 사용 조건은 충방전 C-rate(Current rate), 온도 범위 및 SOC(State of charge) 가용 범위에 대해 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 배터리에 대한 충전 종류(완속 충전 및 급속 충전)에 대한 충전 C-rate, 부하에서 요구하는 출력을 위한 방전 C-rate, 상한 온도, 하한 온도, 상한 SOC 및 하한 SOC 등에 대한 사용 조건이 미리 설정될 수 있다. 이러한 배터리의 사용 조건은 배터리의 종류 및 배터리의 사용처 등을 고려하여 미리 설정될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인에 따라 배터리의 사용 조건을 변경 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 가용 리튬의 손실 원인에 따라 배터리의 사용 조건을 변경 설정할 수 있다.
구체적으로, 부반응의 발생 원인이 리튬 석출로 결정된 경우, 제어부(130)는 리튬 석출 반응이 억제될 수 있도록 배터리의 사용 조건을 설정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인이 리튬 석출로 결정된 경우, 배터리에 대한 충방전 C-rate의 상한을 감소시키도록 구성될 수 있다.
또한, 부반응의 발생 원인이 전해질 부반응으로 결정된 경우, 제어부(130)는 전해질 분해 반응이 억제될 수 있도록 배터리의 사용 조건을 설정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인이 전해질 부반응으로 결정된 경우, 배터리에 대한 온도 및 상한 SOC를 감소시키도록 구성될 수 있다.
또한, 부반응의 발생 원인이 리튬 석출 및 전해질 부반응으로 결정된 경우, 제어부(130)는 리튬 석출 반응이 억제되고, 석출된 리튬 금속 표면에서의 전해질 분해가 억제될 수 있도록 배터리의 사용 조건을 설정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인이 리튬 석출 및 전해질 부반응으로 결정된 경우, 배터리에 대한 충방전 C-rate의 상한, 온도 및 상한 SOC를 감소시키도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 부반응의 발생 원인에 대응되도록 배터리의 사용 조건을 설정함으로써, 배터리에 부반응이 더 발생되는 것을 방지하고, 부반응의 활성을 상실시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 종국적으로는 배터리의 수명이 증대되는 장점이 있다. 또한, 화재 및 폭발 등 예상치 못한 사고가 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리는 저율 충전 또는 저율 방전될 수 있다. 구체적으로, 배터리는 미리 설정된 기준 C-rate 미만의 낮은 C-rate 조건에서 충전 또는 방전될 수 있다.
예컨대, 배터리는 기준 C-rate에서 소정의 비율 이하의 C-rate로 충전 또는 방전될 수 있다. 여기서, 기준 C-rate가 1C이고, 소정의 비율이 0.2라고 가정하면, 배터리는 0.2C 이하의 C-rate로 충전 또는 방전될 수 있다.
기준 C-rate는 배터리의 BOL(Beginning of life) 상태를 고려하여 최초로 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(130)가 충방전 C-rate의 상한을 변경하는 과정에서 기준 C-rate가 변경될 수도 있다.
이처럼 저율 충전 또는 저율 방전된 배터리는 타겟 피크의 거동만으로도 부반응의 발생 여부를 판단하기 용이한 진단 대상일 수 있다. 따라서, 부반응 결정부(110)는 저율 충전 또는 저율 방전된 배터리에 대하여, 타겟 피크의 전압이 기준 피크의 전압을 초과하면 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)에 구비된 부반응 결정부(110), 부반응 원인 결정부(120) 및 제어부(130)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 부반응 결정부(110), 부반응 원인 결정부(120) 및 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 부반응 결정부(110), 부반응 원인 결정부(120) 및 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 부반응 결정부(110), 부반응 원인 결정부(120) 및 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 부반응 결정부(110), 부반응 원인 결정부(120) 및 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 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(140)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(140)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(140)는 기준 프로파일(P), 미분 프로파일(D), 기준 저항 프로파일 및 저항 프로파일을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 배터리에 대해 미리 설정된 사용 조건과 제어부(130)에 의해 변경된 사용 조건을 저장할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 부반응 결정부(110), 부반응 원인 결정부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리(10)의 양극 단자는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(10)의 음극 단자는 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(20)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 측정부(20)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리(10)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(10)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 측정부(20)는 제1 센싱 라인(SL1)과 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정된 전압에 기반하여, 배터리(10)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 배터리(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(10)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(10)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
외부 장치는 일단이 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 타단이 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다. 따라서, 배터리(10)의 양극 단자, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 외부 장치, 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 및 배터리(10)의 음극 단자는 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 충방전 장치일 수도 있고, 배터리(10)로부터 전원을 공급받는 전기차의 모터 등일 수도 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 배터리 관리 방법은 타겟 피크 결정 단계(S100), 부반응 여부 결정 단계(S200), 저항 패턴 결정 단계(S300) 및 부반응 원인 결정 단계(S400)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
타겟 피크 결정 단계(S100)는 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일(D)에서 타겟 피크를 결정하는 단계로서, 부반응 결정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 부반응 결정부(110)는 미분 프로파일(D)에 포함된 복수의 피크 중 최저 전압에 대응되는 피크를 타겟 피크로 결정할 수 있다.
도 2 및 도 3의 제1 미분 프로파일(D1)을 참조하면, 부반응 결정부(110)는 제1 미분 프로파일(D1)에 포함된 복수의 피크 중에서 제1 타겟 피크(tp1)를 결정할 수 있다.
부반응 여부 결정 단계(S200)는 미리 설정된 기준 프로파일(P)의 기준 피크와 타겟 피크를 비교하여 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하는 단계로서, 부반응 결정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 부반응 결정부(110)는 미분 프로파일(D)의 타겟 피크와 기준 프로파일(P)의 기준 피크 간의 전압을 비교할 수 있다. 그리고, 부반응 결정부(110)는 타겟 피크의 전압이 기준 피크의 전압을 초과하면, 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
도 2 및 도 3의 제1 미분 프로파일(D1)을 참조하면, 제1 타겟 피크(tp1)의 전압은 제1 기준 피크(rp1)의 전압을 초과할 수 있다. 따라서, 부반응 결정부(110)는 제1 배터리에 부반응이 발생된 것으로 결정할 수 있다.
저항 패턴 결정 단계(S300)는 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간(RR)에 대한 배터리의 저항 패턴을 결정하는 단계로서, 부반응 원인 결정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 부반응 원인 결정부(120)는 저항 프로파일의 기준 전압 구간(RR)에서 전압에 따른 저항의 변화에 기초하여 배터리의 저항 패턴을 제1 저항 패턴 및/또는 제2 저항 패턴으로 결정할 수 있다.
여기서, 제1 저항 패턴은 전압이 증가함에 따라 저항이 감소되는 패턴이고, 제2 저항 패턴은 기준 전압 구간(RR)에서 저항 프로파일의 저항이 기준 저항 프로파일의 저항 이상인 패턴이다.
도 4의 제1 저항 프로파일(R1)을 참고하면, 기준 전압 구간(RR)에서 전압이 증가될수록 저항이 감소되기 때문에, 부반응 원인 결정부(120)는 제1 배터리의 저항 패턴을 제1 저항 패턴으로 결정할 수 있다.
부반응 원인 결정 단계(S400)는 결정된 저항 패턴에 기반하여 부반응의 발생 원인을 결정하는 단계로서, 부반응 원인 결정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 부반응 원인 결정부(120)는 배터리의 저항 패턴에 따라 부반응의 발생 원인을 리튬 석출 및/또는 전해질 부반응으로 결정할 수 있다.
예컨대, 부반응 원인 결정부(120)는 배터리의 저항 패턴이 제1 저항 패턴이면, 부반응의 발생 원인을 리튬 석출로 결정할 수 있다.
다른 예로, 부반응 원인 결정부(120)는 배터리의 저항 패턴이 제2 저항 패턴이면, 부반응의 발생 원인을 전해질 부반응으로 결정할 수 있다.
또 다른 예로, 부반응 원인 결정부(120)는 배터리의 저항 패턴이 제1 저항 패턴 및 제2 저항 패턴이면, 부반응의 발생 원인을 리튬 석출 및 전해질 부반응으로 결정할 수 있다.
도 10을 참조하면, 배터리 관리 방법은 부반응 원인 결정 단계(S400) 이후 사용 조건 설정 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
사용 조건 설정 단계(S500)는 결정된 부반응의 발생 원인에 기반하여 배터리에 대한 사용 조건을 설정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인에 따라 배터리의 사용 조건을 상이하게 설정할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인이 리튬 석출로 결정된 경우, 배터리에 대한 충방전 C-rate의 상한을 감소시키도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인이 전해질 부반응으로 결정된 경우, 배터리에 대한 온도 및 상한 SOC를 감소시키도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(130)는 부반응의 발생 원인이 리튬 석출 및 전해질 부반응으로 결정된 경우, 배터리에 대한 충방전 C-rate의 상한, 온도 및 상한 SOC를 감소시키도록 구성될 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)
1: 배터리 팩
100: 배터리 관리 장치
110: 부반응 결정부
120: 부반응 원인 결정부
130: 제어부
140: 저장부
200: 측정부

Claims (14)

  1. 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하고, 미리 설정된 기준 프로파일의 기준 피크와 상기 타겟 피크를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성된 부반응 결정부; 및
    상기 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간에 대한 상기 배터리의 저항 패턴을 결정하고, 결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 결정하도록 구성된 부반응 원인 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부반응 원인 결정부는,
    상기 결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 리튬 석출 및 전해질 부반응 중 적어도 하나로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부반응 원인 결정부는,
    상기 저항 프로파일의 상기 기준 전압 구간에서, 상기 전압이 증가함에 따라 상기 저항이 감소하는 경우를 제1 저항 패턴으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부반응 원인 결정부는,
    상기 결정된 저항 패턴이 상기 제1 저항 패턴인 경우, 상기 부반응의 발생 원인을 상기 리튬 석출로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 부반응 원인 결정부는,
    상기 저항 프로파일의 상기 기준 전압 구간에서, 상기 저항 프로파일의 저항이 미리 설정된 기준 저항 프로파일의 저항 이상인 경우를 제2 저항 패턴으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부반응 원인 결정부는,
    상기 결정된 저항 패턴이 상기 제2 저항 패턴인 경우, 상기 부반응의 발생 원인을 상기 전해질 부반응으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 결정된 부반응의 발생 원인에 기반하여 상기 배터리에 대한 사용 조건을 설정하도록 구성된 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 부반응의 발생 원인이 상기 리튬 석출로 결정된 경우, 상기 배터리에 대한 충방전 C-rate의 상한을 감소시키도록 구성되고,
    상기 부반응의 발생 원인이 상기 전해질 부반응으로 결정된 경우, 상기 배터리에 대한 온도 및 상한 SOC를 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 부반응 결정부는,
    상기 타겟 피크의 전압과 상기 기준 피크의 전압 간의 대소를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부반응 결정부는,
    상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하면, 상기 부반응이 발생된 것으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압 구간은,
    미리 설정된 기준 저항 프로파일에서 최소 저항으로부터 소정의 임계 저항 이하의 저항들이 포함되는 전압 구간으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  13. 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하는 타겟 피크 결정 단계;
    미리 설정된 기준 프로파일의 기준 피크와 상기 타겟 피크를 비교하여 상기 배터리의 부반응 발생 여부를 결정하는 부반응 여부 결정 단계;
    상기 배터리의 전압과 저항 간의 대응 관계를 나타내는 저항 프로파일에서 기준 전압 구간에 대한 상기 배터리의 저항 패턴을 결정하는 저항 패턴 결정 단계; 및
    결정된 저항 패턴에 기반하여 상기 부반응의 발생 원인을 결정하는 부반응 원인 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 부반응 원인 결정 단계 이후, 상기 결정된 부반응의 발생 원인에 기반하여 상기 배터리에 대한 사용 조건을 설정하는 사용 조건 설정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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