WO2024096584A1 - 배터리 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2024096584A1
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battery
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degradation
charging
capacity ratio
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배윤정
우경화
정희석
차아밍
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 diagnostic device and method, and more specifically, to a battery diagnostic device and method that can diagnose the state of a battery in a non-destructive manner.
  • 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.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery diagnosis device and method that can diagnose the state of a battery in a non-destructive manner through profile analysis.
  • a battery diagnostic device includes a data acquisition unit configured to measure battery information including voltage and current of the battery in a battery charging cycle, and a constant current charging capacity ratio during the charging cycle based on the battery information. and a control unit configured to calculate a constant voltage charging capacity ratio and determine the type of degradation of the battery based on the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio.
  • the control unit divides the total charging capacity in the charging cycle into constant current charging capacity and constant voltage charging capacity, and based on the total charging capacity, the constant current charging capacity, and the constant voltage charging capacity, the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity It can be configured to calculate a ratio.
  • the control unit may be configured to calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio when the total charging capacity of the battery decreases during the charging cycle of the battery.
  • the control unit may be configured to diagnose the type of battery degradation as capacity degradation or complex degradation based on an increase or decrease in the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio, respectively.
  • the control unit may be configured to compare the change rate of the constant current charging capacity ratio with a preset first change rate and to compare the change rate of the constant voltage charging capacity ratio with a preset second change rate.
  • the control unit may be configured to diagnose the type of battery degradation as the complex degradation when the change rate of the constant current charging capacity ratio is less than the first change rate and the change rate of the constant voltage charging capacity ratio is greater than or equal to the second change rate.
  • the control unit may be configured to diagnose the type of battery degradation as the capacity degradation if the rate of change of the constant current charging capacity ratio is greater than or equal to the first rate of change and the rate of change of the constant voltage charging capacity rate is less than the second rate of change.
  • the control unit may be configured to change the charging cut-off condition of the battery when the type of degradation of the battery is diagnosed as the complex degradation.
  • the control unit may be configured to reduce the constant current charging cut-off voltage among the charging cut-off conditions when the type of battery degradation is diagnosed as the complex degradation.
  • the control unit may be configured to increase the constant voltage charging cut-off current among the charging cut-off conditions when the type of battery degradation is diagnosed as the complex degradation.
  • the control unit may be configured to reduce the constant voltage charging cut-off time among the charging cut-off conditions when the type of battery degradation is diagnosed as the complex degradation.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery diagnostic device according to an aspect of the present invention.
  • a battery diagnosis method includes a battery information acquisition step of acquiring battery information including voltage and current of the battery during the battery charging cycle; A charging capacity ratio calculation step of calculating a constant current charging capacity ratio and a constant voltage charging capacity ratio during the charging cycle based on the battery information; and a battery degradation type determination step of determining the type of battery degradation based on the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio.
  • the state of the battery can be diagnosed in a non-destructive manner through profile analysis.
  • the type of battery degradation can be specifically diagnosed using the constant current charging capacity ratio and constant voltage charging capacity ratio of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a battery diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram schematically showing a total charging capacity profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing a constant current charging capacity ratio profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing a constant voltage charging capacity ratio profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram schematically showing a constant current charging capacity ratio profile and a constant voltage charging capacity ratio profile according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram schematically showing a constant current charging capacity ratio profile and a constant voltage charging capacity ratio profile according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram schematically showing an exemplary configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing a battery diagnosis method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing a battery diagnosis device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery diagnosis device 100 may include a data acquisition unit 110 and a control unit 120.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information including the voltage and current of the battery during a charging cycle.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information including the voltage and current of the battery measured during the battery charging process.
  • the battery charging process may include constant current (CC) charging and constant voltage (CV) charging.
  • CC constant current
  • CV constant voltage
  • the battery refers to an independent cell that has a negative terminal and a positive terminal and is physically separable.
  • a single lithium ion cell or lithium polymer cell can 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 may refer to a battery pack in which a plurality of battery modules are connected in series and/or parallel.
  • the battery will be described as meaning one cell.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information measured through a voltage sensing line connected to the anode and cathode of the battery. Additionally, the data acquisition unit 110 may be connected to a current sensor that measures the current of the battery. Additionally, the data acquisition unit 110 may obtain battery information from a current sensor through a current sensing line.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information including battery voltage and current in real time during the battery charging cycle.
  • the data acquisition unit 110 may be configured to communicate with the outside.
  • the data acquisition unit 110 may receive battery information from the outside using communication.
  • the control unit 120 and the data acquisition unit 110 may be connected wired and/or wirelessly to enable communication with each other. Additionally, the control unit 120 may receive battery information from the data acquisition unit 110 through a wired line and/or a wireless communication network.
  • the control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio during the charging cycle based on the battery information obtained from the data acquisition unit 110.
  • a charging cycle may mean charging the battery from the lower limit to the upper limit of a preset charging voltage range and stopping charging while maintaining the temperature of the battery constant.
  • the charge cycle may be included in the charge/discharge cycle along with the discharge cycle.
  • a discharge cycle may mean stabilizing the battery for a predetermined period of time after the charging cycle is completed, then discharging the battery from the upper limit to the lower limit of a preset discharge voltage range while maintaining the temperature of the battery the same as the charging cycle, and then stopping the discharge. .
  • the charging voltage section and the discharging voltage section may be the same or different. However, when performing a plurality of charge/discharge cycles, it is preferable that the charging voltage sections between the charging cycles are the same and the discharge voltage sections between the discharging cycles are also the same.
  • a charging cycle means charging the battery from the lower limit to the upper limit of a preset charging voltage range and stopping charging while maintaining the temperature of the battery constant.
  • a discharge cycle means that discharge starts from the upper limit of a preset discharge voltage section, integrates the discharge current, and stops discharge when the current integration value reaches the preset discharge capacity.
  • the control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and constant voltage charging capacity ratio during the charging cycle.
  • control unit 120 may be configured to divide the total charging capacity in a charging cycle into constant current charging capacity and constant voltage charging capacity. Additionally, the control unit 120 may be configured to calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio based on the total charging capacity, constant current charging capacity, and constant voltage charging capacity, respectively.
  • constant current charging capacity may mean capacity charged by constant current charging.
  • constant voltage charging capacity may mean capacity charged by constant voltage charging.
  • control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio by calculating the ratio of the constant current charging capacity to the total charging capacity in the charging cycle. Additionally, the control unit 120 may calculate the constant voltage charging capacity ratio by calculating the ratio of the constant voltage charging capacity to the total charging capacity.
  • control unit 120 may receive information about the total charge capacity, constant current charge capacity, and constant voltage charge capacity measured during the CC-CV charging process of the battery. In this case, the control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and constant voltage charging capacity ratio based on the received information.
  • the control unit 120 may determine the type of battery degradation based on the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio.
  • Types of battery degradation may include complex degradation or capacity degradation.
  • Capacity degradation may refer to basic degradation that occurs as the battery is used. Capacity degradation is the basic degradation that occurs when a battery is used, so it corresponds to a normal mode in which the battery degrades at a normal rate and the battery can be used as expected, so no additional charging condition control is required.
  • Complex degradation may mean degradation in which resistance degradation occurs in addition to capacity degradation. In the case of complex degradation, since it corresponds to an accelerated degradation mode, active charging condition control is required.
  • the battery diagnosis device 100 can specifically diagnose the type of battery degradation by comparing the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio of the battery.
  • the battery diagnosis device 100 can actively control charging conditions in the case of complex degradation, which is an accelerated degradation mode, by specifically diagnosing the type of battery degradation.
  • the data acquisition unit 110 and the control unit 120 provided in the battery diagnosis device 100 include a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), and a processor known in the art to execute various control logics performed in the present invention. It may optionally include other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, etc.
  • the control logic is implemented as software
  • the data acquisition unit 110, profile creation unit, and control unit 120 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module is stored in memory and can be executed by the data acquisition unit 110 and the control unit 120.
  • the memory may be inside or outside the data acquisition unit 110 and the control unit 120, respectively, and may be connected to the data acquisition unit 110 and the control unit 120 through various well-known means.
  • the battery diagnosis device 100 may further include a storage unit 130.
  • the storage unit 130 may store data or programs necessary for each component of the battery diagnosis 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 130 may store program codes in which processes executable by the control unit 120 are defined.
  • Figure 2 is a diagram schematically showing a total charging capacity profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows an X-Y two-dimensional graph where X is set as the charging cycle and Y is set as the total charging capacity.
  • the control unit 120 cannot diagnose the type of battery degradation based on the total capacity decrease using only the profile of FIG. 2.
  • control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio when the total charging capacity of the battery decreases during the charging cycle of the battery.
  • control unit 120 may be configured to compare the total charge capacity of the previous charge cycle and the total charge capacity of the current charge cycle, and determine whether to calculate the constant current charge capacity ratio and the constant voltage charge capacity ratio based on the comparison result. there is. For example, when the total charge capacity of the current charge cycle is reduced compared to the total charge capacity of the previous charge cycle, the control unit 120 may calculate the constant current charge capacity ratio and the constant voltage charge capacity ratio for the current charge cycle.
  • control unit 120 may divide the total charging capacity in a charging cycle into constant current charging capacity and constant voltage charging capacity. For example, the control unit 120 may classify the capacity charged by constant current charging out of the total charging capacity as constant current charging capacity, and classify the capacity charged by constant voltage charging out of the total charging capacity as constant voltage charging capacity.
  • the control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio based on the total charging capacity, constant current charging capacity, and constant voltage charging capacity. For example, the control unit 120 may calculate the constant current charging ratio by comparing the constant current charging capacity with the total charging capacity. This will be explained with reference to Figure 3.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing a constant current charging capacity ratio profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows an X-Y two-dimensional graph where X is set as the charging cycle and Y is set as the constant current charging capacity ratio.
  • the constant current charging capacity ratio shows a linear decrease depending on the cycle and then sharply decreases at a specific point (A). Additionally, the control unit 120 can diagnose the type of battery degradation based on the change in the constant current charging capacity ratio.
  • types of battery degradation may include complex degradation and capacity degradation.
  • Capacity degradation can refer to the basic degradation that occurs as the battery is used.
  • Complex degradation may mean degradation in which resistance degradation occurs in addition to capacity degradation. In the case of complex degradation, since it corresponds to an accelerated degradation mode, active charging condition control is required.
  • the control unit 120 may diagnose the type of battery degradation as complex degradation or capacity degradation based on the increase or decrease in the constant current charging capacity ratio. For example, referring to FIG. 3, the control unit 120 may diagnose that the type of degradation changes from capacity degradation to complex degradation at a specific point (A).
  • the control unit 120 can diagnose a change in the type of degradation at a specific point A by using the constant current charging capacity ratio.
  • the control unit 120 can diagnose that the type of battery degradation at a specific point (A) changes from capacity degradation in which only capacity degradation occurs to complex degradation in which resistance degradation additionally occurs, so that the battery deteriorates at a specific point (A). ), it can be determined that the degradation acceleration mode has been entered.
  • control unit 120 may compare the constant voltage charging capacity among the total charging capacities with the total charging capacity to calculate the constant voltage charging ratio. This will be explained with reference to FIG. 4.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing a constant voltage charging capacity ratio profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows an X-Y two-dimensional graph where X is set as the charging cycle and Y is set as the constant voltage charging capacity ratio.
  • the constant voltage charging capacity ratio shows a linear increase depending on the cycle and then sharply increases at a specific point (B). Additionally, the control unit 120 can diagnose the type of battery degradation based on the change in the constant voltage charging capacity ratio.
  • the specific point (A) in FIG. 3 and the specific point (B) in FIG. 4 may indicate the same charging cycle.
  • a specific point (A) in FIG. 3 and a specific point (B) in FIG. 4 may represent 400 CYCLE.
  • the control unit 120 can diagnose a change in the type of degradation at a specific point (B) using the constant voltage charging capacity ratio.
  • Types of battery degradation may include complex degradation and capacity degradation.
  • the control unit 120 may diagnose the type of battery degradation as complex degradation or capacity degradation based on the increase or decrease in the constant voltage charging capacity ratio. For example, referring to FIG. 4 , the control unit 120 may diagnose that the type of degradation changes from capacity degradation to complex degradation at a point (B) where the slope of the constant voltage charging capacity ratio changes rapidly.
  • control unit 120 can diagnose a change in the type of degradation at a specific point (B) by using the constant voltage charging capacity ratio.
  • control unit 120 can diagnose that the type of battery degradation at a specific point (B) changes from capacity degradation in which only capacity degradation occurs to complex degradation in which resistance degradation additionally occurs, so that the battery deteriorates at a specific point (B). ), it can be determined that the degradation acceleration mode has been entered.
  • the control unit 120 may compare the change rate of the charging capacity ratio with a preset change rate. For example, the control unit 120 may compare the change rate of the constant current charging capacity ratio with a preset first change rate. Additionally, the control unit 120 may compare the change rate of the constant voltage charging capacity ratio with a preset second change rate. It will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
  • Figure 5 is a diagram schematically showing a constant current charging capacity ratio profile and a constant voltage charging capacity ratio profile according to another embodiment of the present invention.
  • X is set to the charging cycle
  • Y is set to the constant current charging capacity rate
  • an An X-Y two-dimensional graph showing the set second rate of change (t2) is shown.
  • the control unit 120 may compare the change rate of the constant current charging capacity ratio with a preset first change rate (t1). Additionally, the control unit 120 may compare the change rate of the constant voltage charging capacity ratio with a preset second change rate (t2).
  • control unit 120 may compare a preset first change rate t1 and the constant current charging capacity change rate using a profile as shown in FIG. 5.
  • control unit 120 may compare the preset second change rate t2 and the constant voltage charging capacity change rate.
  • the control unit 120 may diagnose the type of deterioration based on the results of comparing the change rates.
  • the control unit 120 sets the type of battery degradation to complex degradation. It can be diagnosed.
  • the control unit 120 If it corresponds to a section C where the constant current charging capacity ratio is less than the first change rate (t1) and the change rate of the constant voltage charging capacity ratio is greater than or equal to the second change rate (t2), the control unit 120 The type of battery deterioration can be diagnosed as complex deterioration.
  • control unit 120 detects battery degradation in a section D in which the constant current charging capacity ratio is greater than the first change rate (t1) and the change rate of the constant voltage charging capacity ratio is less than the second change rate (t2).
  • the type can be diagnosed as capacity deterioration.
  • the control unit 120 may change the charging cut-off condition of the battery.
  • the charging cut-off condition can be set in advance as a condition that can terminate CC-CV charging of the battery.
  • control unit 120 may be configured to change the charging cut-off condition in a way that allows battery charging (CC-CV charging) to end earlier than before. That is, as the charging cut-off condition changes, the use of the battery at high voltage is reduced, thereby preventing or mitigating battery degradation.
  • Charging cut-off conditions may include conditions regarding cut-off voltage, cut-off current, and cut-off time.
  • the control unit 120 may change at least one of the charging cut-off conditions so that charging of the battery can be terminated quickly.
  • control unit 120 may control CC-CV charging by changing the charging cut-off condition to reduce the time the battery remains at high potential.
  • the cut-off voltage may mean the voltage at the point when CC charging ends. CC charging progresses until the battery voltage reaches the set cut-off voltage, and CV charging can begin when the battery voltage reaches the cut-off voltage. Accordingly, when the cut-off voltage is reduced, charging of the battery can be completed sooner than before.
  • the control unit 120 may change and set a preset cut-off voltage for the battery in order to increase the life of the battery.
  • setting the cut-off voltage means setting the upper charging limit voltage of the battery. For example, if the cut-off voltage is reduced according to the diagnosis result, the upper charging limit voltage of the battery may be lower than before. In this case, because the available voltage section of the battery is reduced, use of the battery at high voltage is limited, and thus battery deterioration can be prevented or alleviated.
  • Cut-off current may refer to the current at the point when CV charging ends.
  • the voltage of the battery is kept constant to correspond to the cut-off voltage, and the charging current may be reduced. And, when the charging current reaches the cut-off current, charging of the battery may be terminated. Therefore, if the cut-off current increases, charging of the battery may be terminated sooner than before. For example, if the type of battery degradation is diagnosed as complex degradation, the control unit 120 may increase the charging cut-off current. As the CV charge cutoff current of a battery's charge cycle is increased, the time the battery remains at high potential can be reduced.
  • Cut-off time may mean the time required for CV charging. Accordingly, when the cut-off time is reduced, charging of the battery can be completed sooner than before.
  • control unit 120 may change at least one of the cut-off voltage, cut-off current, and cut-off time in order to effectively reduce the time that the battery that is diagnosed as complex deterioration remains at a high potential. It may be possible. Preferably, the control unit 120 may change two or more of the cut-off voltage, cut-off current, and cut-off time to further reduce the time the battery remains at high potential.
  • control unit 120 may diagnose the type of battery degradation as capacity degradation.
  • Figure 6 is a diagram schematically showing a constant current charging capacity ratio profile and a constant voltage charging capacity ratio profile according to another embodiment of the present invention.
  • X is set to the charging cycle
  • Y is set to the constant current charging capacity rate
  • an An X-Y two-dimensional graph showing the rate of change is shown.
  • the control unit 120 controls the deterioration of the battery.
  • the type can be diagnosed as capacity deterioration.
  • control unit 120 changes the type of degradation to capacity. It can be diagnosed as degeneration.
  • control unit 120 may control CC-CV charging of the battery according to preset charging cut-off conditions. That is, unlike when the type of battery deterioration is diagnosed as complex deterioration, when the type of battery deterioration is diagnosed as capacity deterioration, the charging cut-off condition may not be changed so that charging of the battery is terminated quickly.
  • the battery diagnosis device has the advantage of being able to set charging conditions to correspond to the current state of the battery by maintaining or changing the charging cut-off condition according to the state of the battery being diagnosed. In this way, since deterioration of the battery can be prevented based on the charging conditions set for each charging cycle, the life expectancy of the battery can be increased.
  • the battery diagnosis 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 diagnosis device 100 described above. In this configuration, at least some of the components of the battery diagnosis device 100 may be implemented by supplementing or adding functions included in a conventional BMS. For example, the data acquisition unit 110, control unit 120, and storage unit 130 of the battery diagnosis device 100 may be implemented as components of a BMS.
  • BMS battery management system
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing an exemplary configuration of the battery pack 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery diagnosis device 100 according to the present invention may be provided in the battery pack 1. That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the above-described battery diagnosis device 100, the measurement unit 200, and one or more batteries (B). Additionally, the battery pack 1 may further include electrical components (relays, fuses, etc.) and a case.
  • the positive terminal of the battery (B) may be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack (1), and the negative terminal of the battery (B) may be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack (1).
  • the measuring unit 200 may be connected to the first sensing line (SL1), the second sensing line (SL2), and the third sensing line (SL3). Specifically, the measuring unit 200 may be connected to the positive terminal of the battery B through the first sensing line SL1 and may be connected to the negative terminal of the battery B through the second sensing line SL2. The measurement unit 200 may measure the voltage of the battery B based on the voltage measured at each of the first and second sensing lines (SL1) and SL2.
  • the measurement unit 200 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 shunt resistor capable of measuring the charging current and discharging current of the battery (B).
  • the measuring unit 200 may calculate the charging amount by measuring the charging current of the battery B through the third sensing line SL3. Additionally, the measurement unit 200 may calculate the discharge amount by measuring the discharge current of the battery B through the third sensing line SL3.
  • the charging/discharging unit 300 may be a charging device or load that can be connected to the battery pack 1. Specifically, one end of the charge/discharge unit 300 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. Therefore, the positive terminal of the battery (B), the positive terminal (P+) of the battery pack (1), the charge/discharge unit 300, the negative terminal (P-) of the battery pack (1), and the negative terminal of the battery (B) are electrically connected to each other. It can be connected to .
  • Figure 8 is a diagram schematically showing a battery diagnosis method according to another embodiment of the present invention.
  • each step of the battery diagnosis method can be performed by the battery diagnosis device 100.
  • the battery diagnosis device 100 Preferably, content that overlaps with the content described above will be omitted or briefly explained.
  • the battery information acquisition step (S110) is a step of acquiring battery information including the voltage and current of the battery during the battery charging cycle, and may be performed by the data acquisition unit 110.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information including the voltage and current of the battery during a charging cycle.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information including the voltage and current of the battery measured during the CC-CV charging process of the battery.
  • the data acquisition unit 110 may acquire battery information including the voltage and current of the battery in real time during the battery charging cycle.
  • the charging capacity ratio calculation step (S120) is a step of calculating the constant current charging capacity ratio and constant voltage charging capacity ratio during the charging cycle based on battery information, and may be performed by the control unit 120.
  • control unit 120 may be configured to divide the total charging capacity in a charging cycle into constant current charging capacity and constant voltage charging capacity. Additionally, the control unit 120 may be configured to calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio based on the total charging capacity, constant current charging capacity, and constant voltage charging capacity, respectively.
  • constant current charging capacity may mean capacity charged by constant current charging.
  • constant voltage charging capacity may mean capacity charged by constant voltage charging.
  • control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio by calculating the ratio of the constant current charging capacity to the total charging capacity in the charging cycle. Additionally, the control unit 120 may calculate the constant voltage charging capacity ratio by calculating the ratio of the constant voltage charging capacity to the total charging capacity.
  • control unit 120 may receive information about the total charge capacity, constant current charge capacity, and constant voltage charge capacity measured during the CC-CV charging process of the battery. In this case, the control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and constant voltage charging capacity ratio based on the received information.
  • control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio when the total charging capacity of the battery decreases during the charging cycle of the battery.
  • control unit 120 may divide the total charging capacity in a charging cycle into constant current charging capacity and constant voltage charging capacity. For example, the control unit 120 may classify the capacity charged by constant current charging out of the total charging capacity as constant current charging capacity, and classify the capacity charged by constant voltage charging out of the total charging capacity as constant voltage charging capacity.
  • the control unit 120 may calculate the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio based on the divided constant current charging capacity and constant voltage charging capacity. For example, the control unit 120 may calculate the constant current charging ratio by calculating the ratio of the constant current charging capacity to the total charging capacity. The control unit 120 may calculate the constant voltage charging ratio by calculating the ratio of the constant voltage charging capacity to the total charging capacity.
  • the battery degradation type determination step (S130) is a step of determining the type of battery degradation based on the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio, and may be performed by the control unit 120.
  • the control unit 120 may determine the type of battery degradation based on the constant current charging capacity ratio and the constant voltage charging capacity ratio. Types of battery degradation may include complex degradation or capacity degradation.
  • control unit 120 may diagnose the type of battery degradation as complex degradation.
  • control unit 120 may diagnose the type of battery degradation as capacity degradation.
  • control unit 120 may change the battery charging cut-off condition so that the battery charging can be terminated sooner than before. As the charging cut-off conditions change, the time the battery remains at high potential during the charging process may decrease.
  • 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 120 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치는 배터리의 충전 사이클에서 상기 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 측정하도록 구성된 데이터 획득부 및 상기 배터리 정보에 기반하여 상기 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출하고, 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 진단 장치 및 방법
본 출원은 2022년 11월 01일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0143796호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 비파괴적인 방식으로 배터리의 상태를 진단할 수 있는 배터리 진단 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 충전 및 방전이 지속됨에 따라 퇴화할 수 있다. 예컨대, 가스 발생으로 인해 전극 내 전자 전달력이 저하되어 음극 퇴화 불균형이 일어날 수 있다. 또한, 배터리의 가스 발생량은 발화로 연결될 수 있기 때문에, 배터리의 상태 진단이 신속하게 진행되지 않은 경우에는, 예상치 못한 사고가 발생될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 프로파일 해석을 통해 비파괴적인 방식으로 배터리의 상태를 진단할 수 있는 배터리 진단 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 진단 장치는 배터리의 충전 사이클에서 상기 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 측정하도록 구성된 데이터 획득부 및 상기 배터리 정보에 기반하여 상기 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출하고, 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 충전 사이클에서의 충전 총 용량을 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량으로 구분하고, 상기 충전 총 용량, 상기 정전류 충전 용량 및 상기 정전압 충전 용량에 기반하여 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 배터리의 충전 사이클 동안 상기 배터리의 충전 총 용량이 감소한 경우, 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 정전류 충전 용량 비율과 상기 정전압 충전 용량 비율 각각의 증감에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 용량 퇴화 또는 복합 퇴화로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 정전류 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제1 변화율과 비교하고, 상기 정전압 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제2 변화율과 비교하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제1 변화율 미만이고, 상기 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제2 변화율 이상이면, 상기 배터리의 퇴화 종류를 상기 복합 퇴화로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제1 변화율 이상이고, 상기 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제2 변화율 미만이면, 상기 배터리의 퇴화 종류를 상기 용량 퇴화로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 배터리의 충전 컷 오프 조건을 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 충전 컷 오프 조건 중 정전류 충전 컷 오프 전압을 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 충전 컷 오프 조건 중 정전압 충전 컷 오프 전류를 증가시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 충전 컷 오프 조건 중 정전압 충전 컷 오프 시간을 감소시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 배터리의 충전 사이클에서 상기 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득하는 배터리 정보 획득 단계; 상기 배터리 정보에 기반하여 상기 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출하는 충전 용량 비율 산출 단계; 및 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 판단하는 배터리 퇴화 종류 판단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로파일 해석을 통해 비파괴적인 방식으로 배터리의 상태가 진단될 수 있다. 특히, 배터리의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 이용하여 배터리의 퇴화 종류가 구체적으로 진단될 수 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 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 총 용량 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전압 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 충전 용량 비율 프로파일 및 정전압 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 충전 용량 비율 프로파일 및 정전압 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 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 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 데이터 획득부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
데이터 획득부(110)는 충전 사이클에서 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 데이터 획득부(110)는 배터리의 충전 과정에서 측정된 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득할 수 있다.
여기서, 배터리의 충전 과정에는 정전류(Constant current, CC) 충전과 정전압(Constant voltage, CV) 충전이 포함될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 정전류 충전과 CC 충전, 정전압 충전과 CV 충전은 혼용해서 사용함을 유의한다.
여기서, 배터리는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 셀 또는 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 의미할 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 배터리 모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 팩을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리는 하나의 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
실시예에 따라, 데이터 획득부(110)는 배터리의 양극 및 음극에 연결된 전압 센싱 라인을 통해 측정된 배터리 정보를 획득할 수 있다. 또한, 데이터 획득부(110)는 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서와 연결될 수 있다. 그리고, 데이터 획득부(110)는 전류 센싱 라인을 통해 전류 센서로부터 배터리 정보를 획득할 수 있다.
데이터 획득부(110)는 배터리의 충전 사이클에서 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 실시간으로 획득할 수 있다.
실시예에 따라, 데이터 획득부(110)는 외부와 통신 가능하도록 구성될 수 있다. 데이터 획득부(110)는 통신을 이용해 외부로부터 배터리 정보를 수신할 수 있다.
제어부(120)와 데이터 획득부(110)는 서로 통신 가능하도록 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 유선 라인 및/또는 무선 통신망을 통해서, 데이터 획득부(110)로부터 배터리 정보를 수신할 수 있다.
제어부(120)는 데이터 획득부(110)로부터 획득된 배터리 정보에 기반하여 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
충전 사이클은 배터리의 온도를 일정하게 유지하면서 미리 설정된 충전 전압 구간의 하한부터 상한까지 배터리를 충전시키고 충전을 중단하는 것을 의미할 수 있다. 충전 사이클은 방전 사이클과 함께 충방전 사이클에 포함될 수 있다. 방전 사이클은 충전 사이클이 완료된 후 소정 시간 동안 배터리를 안정화시켰다가 배터리의 온도를 충전 사이클과 동일하게 유지하면서 미리 설정된 방전 전압 구간의 상한부터 하한까지 배터리를 방전시키고 방전을 중단하는 것을 의미할 수 있다. 충전 전압 구간과 방전 전압 구간은 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 하지만, 복수의 충방전 사이클을 진행함에 있어서, 충전 사이클 상호 간의 충전 전압 구간은 서로 동일하고 방전 사이클 상호 간의 방전 전압 구간 또한 동일한 것이 바람직하다.
다른 예에서, 충전 사이클은 배터리의 온도를 일정하게 유지하면서 미리 설정된 충전 전압 구간의 하한부터 상한까지 배터리를 충전시키고 충전을 중단하는 것을 의미한다. 방전 사이클은 미리 설정된 방전 전압 구간의 상한부터 방전을 시작하고 방전 전류를 적산하여 전류 적산값이 미리 설정된 방전용량에 도달되었을 때 방전을 중단하는 것을 의미한다. 복수의 충방전 사이클을 진행함에 있어서, 충전 사이클 상호 간의 충전 전압 구간은 서로 동일하고 방전 사이클 상호 간의 방전용량이 서로 동일한 것이 바람직하다.
제어부(120)는 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 충전 사이클에서의 충전 총 용량을 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량으로 구분하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 충전 총 용량, 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 각각 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 정전류 충전 용량이란, 정전류 충전에 의해 충전된 용량을 의미할 수 있다. 반대로, 정전압 충전 용량이란, 정전압 충전에 의해 충전된 용량을 의미할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 충전 사이클에서의 충전 총 용량에 대한 정전류 충전 용량의 비율을 계산하여 정전류 충전 용량 비율을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 충전 총 용량에 대한 정전압 충전 용량의 비율을 계산하여 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 제어부(120)는 배터리의 CC-CV 충전 과정에서 측정된 충전 총 용량, 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 수신한 정보들에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수도 있다.
제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 배터리의 퇴화 종류를 판단할 수 있다. 배터리의 퇴화 종류는 복합 퇴화 또는 용량 퇴화를 포함할 수 있다. 용량 퇴화란, 배터리를 사용함에 따라 발생하는 기본 퇴화를 의미할 수 있다. 용량 퇴화는 배터리가 사용으로 인해 발생하는 기본 퇴화이므로, 정상적인 속도로 퇴화하여 배터리가 예상된 만큼 사용 가능한 정상 모드에 해당하여 추가적인 충전 조건 제어가 필요하지 않다.
복합 퇴화란, 용량 퇴화 이외에 저항 퇴화가 추가로 발생하는 퇴화를 의미할 수 있다. 복합 퇴화의 경우, 퇴화 가속 모드에 해당하기 때문에, 적극적인 충전 조건 제어가 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 배터리의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 비교하여 배터리의 퇴화 종류가 구체적으로 진단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 배터리의 퇴화 종류를 구체적으로 진단함으로써, 퇴화 가속 모드인 복합 퇴화의 경우, 적극적인 충전 조건 제어를 할 수 있다.
한편, 배터리 진단 장치(100)에 구비된 데이터 획득부(110) 및 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, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 데이터 획득부(110), 프로파일 생성부 및 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 데이터 획득부(110) 및 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 데이터 획득부(110) 및 제어부(120) 각각의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 데이터 획득부(110) 및 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 진단 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 진단 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.
이하에서는, 제어부(120)에 대하여 자세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 총 용량 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에는 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 충전 총 용량으로 설정한 X-Y 2차원 그래프가 도시되어 있다.
도 2의 충전 총 용량 프로파일을 참조하면, 충전 사이클이 증가함에 따라 충전 총 용량이 선형 감소하는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 배터리가 퇴화될수록(충전 사이클이 증가할수록) 배터리에 대한 충전 총 용량은 감소할 수 있다. 따라서, 도 2의 프로파일만으로는 제어부(120)가 총 용량 감소에 기반하여 배터리의 퇴화 종류를 진단할 수 없다.
즉, 배터리가 용량 퇴화만이 발생한 용량 퇴화 상태인 것인지, 저항 퇴화가 추가로 발생한 복합 퇴화 상태인 것인지 진단할 수 없으므로, 배터리가 퇴화 가속 모드인지 여부를 판단할 수 없다.
일 실시예에서, 제어부(120)는 배터리의 충전 사이클 동안 배터리의 충전 총 용량이 감소한 경우, 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 직전 충전 사이클의 충전 총 용량과 현재 충전 사이클의 충전 총 용량을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율의 산출 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 직전 충전 사이클의 충전 총 용량보다 현재 충전 사이클의 충전 총 용량이 감소된 경우, 제어부(120)는 현재 충전 사이클에 대한 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 충전 사이클에서의 충전 총 용량을 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 충전 총 용량 중 정전류 충전에 의해 충전된 용량을 정전류 충전 용량으로 구분하고, 충전 총 용량 중 정전압 충전에 의해 충전된 용량을 정전압 충전 용량으로 구분할 수 있다.
제어부(120)는 충전 총 용량, 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 정전류 충전 용량을 충전 총 용량과 비교하여 정전류 충전 비율을 산출할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에는 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 정전류 충전 용량 비율로 설정한 X-Y 2차원 그래프가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 정전류 충전 용량 비율은 사이클에 따라 선형 감소의 형태를 보이다가, 특정 지점(A)에서 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화를 토대로 배터리의 퇴화 종류를 진단할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리의 퇴화 종류는 복합 퇴화 및 용량 퇴화를 포함할 수 있다. 용량 퇴화란 배터리를 사용함에 따라 발생하는 기본 퇴화를 의미할 수 있다. 복합 퇴화란, 용량 퇴화 이외에 저항 퇴화가 추가로 발생하는 퇴화를 의미할 수 있다. 복합 퇴화의 경우, 퇴화 가속 모드에 해당하기 때문에, 적극적인 충전 조건 제어가 필요하다.
제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 증감에 기반하여 배터리의 퇴화 종류를 복합 퇴화 또는 용량 퇴화로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 제어부(120)는 특정 지점(A)에서 퇴화 종류가 용량 퇴화에서 복합 퇴화로 변경되는 것을 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율을 이용함으로써, 특정 지점(A)에서 퇴화 종류가 변경되는 것을 진단할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 특정 지점(A)에서 배터리의 퇴화 종류가 용량 퇴화만이 발생한 용량 퇴화에서, 저항 퇴화가 추가로 발생한 복합 퇴화로 변경되는 것을 진단할 수 있으므로, 배터리가 특정 지점(A)에서 퇴화 가속 모드에 진입한 것을 판단할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 제어부(120)는 충전 총 용량 중 정전압 충전 용량을 충전 총 용량과 비교하여 정전압 충전 비율을 산출할 수 있다. 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전압 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4에는 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 정전압 충전 용량 비율로 설정한 X-Y 2차원 그래프가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 정전압 충전 용량 비율은 사이클에 따라 선형 증가의 형태를 보이다가, 특정 지점(B)에서 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율의 변화를 토대로 배터리의 퇴화 종류를 진단할 수 있다.
바람직하게, 도 3의 특정 지점(A)와 도 4의 특정 지점(B)는 동일한 충전 사이클을 가리키는 지점일 수 있다. 예컨대, 도 3의 특정 지점(A)과 도 4의 특정 지점(B)은 400 CYCLE을 나타낼 수 있다.
제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율을 이용하여 특정 지점(B)에서 퇴화 종류가 변경되는 것을 진단할 수 있다. 배터리의 퇴화 종류는 복합 퇴화 및 용량 퇴화를 포함할 수 있다. 제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율의 증감에 기반하여 배터리의 퇴화 종류를 복합 퇴화 또는 용량 퇴화로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율의 기울기가 급격히 변하는 지점(B)에서 퇴화 종류가 용량 퇴화에서 복합 퇴화로 변경되는 것을 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율을 이용함으로써, 특정 지점(B)에서 퇴화 종류가 변경되는 것을 진단할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 특정 지점(B)에서 배터리의 퇴화 종류가 용량 퇴화만이 발생한 용량 퇴화에서, 저항 퇴화가 추가로 발생한 복합 퇴화로 변경되는 것을 진단할 수 있으므로, 배터리가 특정 지점(B)에서 퇴화 가속 모드에 진입한 것을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 미리 설정된 변화율과 충전 용량 비율의 변화율을 비교할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제1 변화율과 비교할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제2 변화율과 비교할 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 충전 용량 비율 프로파일 및 정전압 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5에는 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 정전류 충전 용량 비율로 설정하고 미리 설정된 제1 변화율(t1)이 표시된 X-Y 2차원 그래프 및 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 정전압 충전 용량 비율로 설정하고, 미리 설정된 제2 변화율(t2)이 표시된 X-Y 2차원 그래프가 도시되어 있다.
제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제1 변화율(t1)과 비교할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 정전압 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제2 변화율(t2)과 비교할 수 있다.
예를 들어, 제어부(120)는 도 5에 도시된 바와 같은, 프로파일을 이용하여 미리 설정된 제1 변화율(t1)과 정전류 충전 용량 변화율을 비교할 수 있다. 또는 제어부(120)는 미리 설정된 제2 변화율(t2)과 정전압 충전 용량 변화율을 비교할 수 있다.
제어부(120)는 변화율을 비교한 결과에 기반하여, 퇴화의 종류를 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 제1 변화율(t1) 미만이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율(t2) 이상이면, 배터리의 퇴화 종류를 복합 퇴화로 진단할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 정전류 충전 용량 비율이 제1 변화율(t1) 미만이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율(t2) 이상인 구간(C)에 해당하면, 제어부(120)는 배터리의 퇴화 종류를 복합 퇴화로 진단할 수 있다.
반대로, 도 6을 참조하면, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율이 제1 변화율(t1) 이상이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율(t2) 미만인 구간(D)에서, 배터리의 퇴화 종류를 용량 퇴화로 진단할 수 있다.
제어부(120)는 배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단되면, 배터리의 충전 컷 오프 조건을 변경할 수 있다. 여기서, 충전 컷 오프 조건은 배터리의 CC-CV 충전을 종료할 수 있는 조건으로 미리 설정될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 배터리의 충전(CC-CV 충전)이 기존보다 빨리 종료될 수 있는 방향으로 충전 컷 오프 조건을 변경하도록 구성될 수 있다. 즉, 충전 컷 오프 조건이 변경됨에 따라, 고전압에서의 배터리의 사용이 감소됨으로써, 배터리의 퇴화가 방지 또는 완화될 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)에 의해 변경될 수 있는 충전 컷 오프 조건에 대해 설명한다.
충전 컷 오프 조건에는 컷 오프 전압, 컷 오프 전류 및 컷 오프 시간 등에 관한 조건이 포함될 수 있다. 바람직하게, 배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단되면, 제어부(120)는 배터리에 대한 충전을 빨리 종료시킬 수 있도록 충전 컷 오프 조건 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있다.
배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단된 경우, 제어부(120)는 배터리가 고전위에 머무는 시간을 감소시키기 위하여, 충전 컷 오프 조건을 변경함으로써 CC-CV 충전을 제어할 수 있다.
컷 오프 전압이란, CC 충전이 종료되는 시점의 전압을 의미할 수 있다. 배터리의 전압이 설정된 컷 오프 전압까지 CC 충전이 진행되고, 배터리의 전압이 컷 오프 전압에 도달하면 CV 충전이 시작될 수 있다. 따라서, 컷 오프 전압이 감소되면, 배터리의 충전은 기존보다 빨리 종료될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 진단 결과에 기반하여, 배터리의 수명을 증대시키기 위하여, 배터리에 대해 미리 설정된 컷 오프 전압을 변경 설정할 수 있다. 여기서, 컷 오프 전압이 설정된다는 것은 배터리의 충전 상한 전압이 설정된다는 것을 의미한다. 예컨대, 진단 결과에 따라 컷 오프 전압이 감소되면, 배터리의 충전 상한 전압은 기존보다 낮아질 수 있다. 이 경우, 배터리의 가용 전압 구간이 감소되기 때문에, 고전압에서 배터리의 사용이 제한되고, 이에 따라 배터리의 퇴화가 방지 또는 완화될 수 있다.
컷 오프 전류란, CV 충전이 종료되는 시점의 전류를 의미할 수 있다. 배터리의 CV 충전 과정에서, 배터리의 전압은 컷 오프 전압에 대응되도록 일정하게 유지되고, 충전 전류는 감소될 수 있다. 그리고, 충전 전류가 컷 오프 전류에 도달하면, 배터리에 대한 충전이 종료될 수 있다. 따라서, 컷 오프 전류가 증가되면, 배터리의 충전은 기존보다 빨리 종료될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단되면, 충전 컷 오프 전류를 증가시킬 수 있다. 배터리의 충전 사이클의 CV 충전 컷 오프 전류를 증가됨에 따라, 배터리가 고전위에서 머무는 시간이 줄어들 수 있다.
컷 오프 시간이란, CV 충전에 소요되는 시간을 의미할 수 있다. 따라서, 컷 오프 시간이 감소되면, 배터리의 충전은 기존보다 빨리 종료될 수 있다.
실시예에 따라서는, 제어부(120)는 배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단된 배터리의 고전위에 머무는 시간을 효과적으로 감소시키기 위하여, 컷 오프 전압, 컷 오프 전류 및 컷 오프 시간 중 적어도 하나를 변경시킬 수도 있다. 바람직하게, 제어부(120)는 컷 오프 전압, 컷 오프 전류 및 컷 오프 시간 중 둘 이상을 변경하여, 배터리가 고전위에 머무르는 시간을 보다 감소시킬 수도 있다.
반대로, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 제1 변화율 이상이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율 미만이면, 배터리의 퇴화 종류를 용량 퇴화로 진단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 충전 용량 비율 프로파일 및 정전압 충전 용량 비율 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6에는 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 정전류 충전 용량 비율로 설정하고 미리 설정된 제1 변화율이 표시된 X-Y 2차원 그래프 및 X를 충전 사이클로 설정하고 Y를 정전류 충전 용량 비율로 설정하고, 미리 설정된 제2 변화율이 표시된 X-Y 2차원 그래프 가 도시되어 있다.
예를 들어, 도 6을 참조하면, 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 제1 변화율 이상이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율 미만인 구간(D)에 해당하면, 제어부(120)는 배터리의 퇴화 종류를 용량 퇴화로 진단할 수 있다.
즉, 제어부(120)는 충전 총 용량은 감소하지만, 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 제1 변화율과 유사하고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율과 유사한 수준으로 유지하는 경우, 퇴화 종류를 용량 퇴화로 진단할 수 있다.
배터리의 퇴화 종류가 용량 퇴화로 진단되면, 제어부(120)는 미리 설정된 충전 컷 오프 조건에 따라 배터리의 CC-CV 충전을 제어할 수 있다. 즉, 배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단되는 경우와 달리, 배터리의 퇴화 종류가 용량 퇴화로 진단된 경우에는 배터리의 충전이 빨리 종료되도록 충전 컷 오프 조건이 변경되지 않을 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치는 진단되는 배터리의 상태에 따라 충전 컷 오프 조건을 유지 또는 변경함으로써, 배터리의 현재 상태에 대응되도록 충전 조건을 설정할 수 있는 장점이 있다. 이렇듯 충전 사이클마다 설정되는 충전 조건에 기반하여 배터리의 퇴화가 방지될 수 있기 때문에, 배터리의 기대 수명이 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 진단 장치(100)의 데이터 획득부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 진단 장치(100), 측정부(200) 및 하나 이상의 배터리(B)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
배터리(B)의 양극 단자는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(B)의 음극 단자는 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리(B)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(B)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1)과 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정된 전압에 기반하여, 배터리(B)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(200)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 배터리(B)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(200)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(B)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(200)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(B)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
충방전부(300)는 배터리 팩(1)에 연결될 수 있는 충전 장치 또는 부하일 수 있다. 구체적으로, 충방전부(300)는 일단이 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 타단이 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다. 따라서, 배터리(B)의 양극 단자, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 충방전부(300), 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 및 배터리(B)의 음극 단자는 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 진단 방법의 각 단계는 배터리 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
배터리 정보 획득 단계(S110)는 배터리의 충전 사이클에서 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득하는 단계로서, 데이터 획득부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 데이터 획득부(110)는 충전 사이클에서 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 데이터 획득부(110)는 배터리의 CC-CV 충전 과정에서 측정된 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득할 수 있다.
예컨대, 데이터 획득부(110)는 배터리의 충전 사이클에서 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 실시간으로 획득할 수 있다.
충전 용량 비율 산출 단계(S120)는 배터리 정보에 기반하여 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 충전 사이클에서의 충전 총 용량을 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량으로 구분하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 충전 총 용량, 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 각각 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 정전류 충전 용량이란, 정전류 충전에 의해 충전된 용량을 의미할 수 있다. 반대로, 정전압 충전 용량이란, 정전압 충전에 의해 충전된 용량을 의미할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 충전 사이클에서의 충전 총 용량에 대한 정전류 충전 용량의 비율을 계산하여 정전류 충전 용량 비율을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 충전 총 용량에 대한 정전압 충전 용량의 비율을 계산하여 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 제어부(120)는 배터리의 CC-CV 충전 과정에서 측정된 충전 총 용량, 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 수신한 정보들에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수도 있다.
일 실시예에서, 제어부(120)는 배터리의 충전 사이클 동안 배터리의 충전 총 용량이 감소한 경우, 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 충전 사이클에서의 충전 총 용량을 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 충전 총 용량 중 정전류 충전에 의해 충전된 용량을 정전류 충전 용량으로 구분하고, 충전 총 용량 중 정전압 충전에 의해 충전된 용량을 정전압 충전 용량으로 구분할 수 있다.
제어부(120)는 구분된 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량에 기반하여 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 충전 총 용량에 대한 정전류 충전 용량의 비율을 계산하여 정전류 충전 비율을 산출할 수 있다. 제어부(120)는 충전 총 용량에 대한 정전압 충전 용량의 비율을 계산하여 정전압 충전 비율을 산출할 수 있다.
배터리 퇴화 종류 판단 단계(S130)는 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 배터리의 퇴화 종류를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 배터리의 퇴화 종류를 판단할 수 있다. 배터리의 퇴화 종류는 복합 퇴화 또는 용량 퇴화를 포함할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 제1 변화율 미만이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율 이상이면, 배터리의 퇴화 종류를 복합 퇴화로 진단할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 제1 변화율 이상이고, 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 제2 변화율 미만이면, 배터리의 퇴화 종류를 용량 퇴화로 진단할 수 있다.
한편, 제어부(120)는 배터리의 퇴화 종류가 복합 퇴화로 진단되면, 배터리의 충전이 기존보다 빨리 종료될 수 있도록 배터리의 충전 컷 오프 조건을 변경할 수 있다. 충전 컷 오프 조건이 변경됨에 따라 배터리는 충전 과정에서 고전위에 머무는 시간이 감소될 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 진단 장치
110: 데이터 획득부
120: 제어부
130: 저장부
200: 측정부
300: 충방전부

Claims (13)

  1. 배터리의 충전 사이클에서 상기 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득하도록 구성된 데이터 획득부; 및
    상기 배터리 정보에 기반하여 상기 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출하고, 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 사이클에서의 충전 총 용량을 정전류 충전 용량 및 정전압 충전 용량으로 구분하고, 상기 충전 총 용량, 상기 정전류 충전 용량 및 상기 정전압 충전 용량에 기반하여 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율을 각각 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 충전 사이클 동안 상기 배터리의 충전 총 용량이 감소한 경우, 상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정전류 충전 용량 비율과 상기 정전압 충전 용량 비율 각각의 증감에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 용량 퇴화 또는 복합 퇴화로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정전류 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제1 변화율과 비교하고, 상기 정전압 충전 용량 비율의 변화율을 미리 설정된 제2 변화율과 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제1 변화율 미만이고, 상기 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제2 변화율 이상이면, 상기 배터리의 퇴화 종류를 상기 복합 퇴화로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정전류 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제1 변화율 이상이고, 상기 정전압 충전 용량 비율의 변화율이 상기 제2 변화율 미만이면, 상기 배터리의 퇴화 종류를 상기 용량 퇴화로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 배터리의 충전 컷 오프 조건을 변경하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 충전 컷 오프 조건 중 컷 오프 전압을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 충전 컷 오프 조건 중 충전 컷 오프 전류를 증가시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 퇴화 종류가 상기 복합 퇴화로 진단되면, 상기 충전 컷 오프 조건 중 컷 오프 시간을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  13. 배터리의 충전 사이클에서 상기 배터리의 전압 및 전류를 포함하는 배터리 정보를 획득하는 배터리 정보 획득 단계;
    상기 배터리 정보에 기반하여 상기 충전 사이클 동안의 정전류 충전 용량 비율 및 정전압 충전 용량 비율을 산출하는 충전 용량 비율 산출 단계; 및
    상기 정전류 충전 용량 비율 및 상기 정전압 충전 용량 비율에 기반하여 상기 배터리의 퇴화 종류를 판단하는 배터리 퇴화 종류 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20260006974A (ko) * 2024-07-05 2026-01-13 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치 및 그 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162451A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウムイオン電池の容量推定方法、劣化判定方法および劣化判定装置ならびに劣化判定機能を具備したリチウムイオン電池パック
KR20120056200A (ko) * 2010-11-22 2012-06-01 미쓰미덴기가부시기가이샤 전지 감시 장치 및 전지 감시 방법
KR20180005345A (ko) * 2016-07-06 2018-01-16 주식회사 엘지화학 Cc/cv 비율을 이용한 이차전지의 가용 용량 추정 장치
KR101952406B1 (ko) * 2016-12-01 2019-02-26 주식회사 맥사이언스 메타데이터를 이용한 2차 전지 시험 방법
KR20200111014A (ko) * 2019-03-18 2020-09-28 주식회사 엘지화학 배터리 상태 추정 장치
KR20220143796A (ko) 2022-10-07 2022-10-25 김가현 기름이 바닥에 흐르지 않는 기름통

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3460567B2 (ja) 1998-01-19 2003-10-27 松下電器産業株式会社 二次電池の劣化検出方法及び劣化検出機能を具備した充電器
JPH11329512A (ja) 1998-05-20 1999-11-30 Fuji Photo Film Co Ltd 二次電池の容量劣化判断方法およびその判断装置
TW510977B (en) 2000-03-13 2002-11-21 Nippon Telegraph & Telephone Capacity estimation method, degradation estimation method and degradation estimation apparatus for lithium-ion cells, and lithium-ion batteries
JP2003132955A (ja) 2001-10-23 2003-05-09 Nec Yonezawa Ltd 非水電解質二次電池の充放電方法
FR3011393B1 (fr) 2013-10-01 2017-02-10 Centre Nat Rech Scient Procede et appareil d'evaluation de l'etat de sante d'une batterie lithium
JP6638227B2 (ja) 2015-07-10 2020-01-29 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子劣化状態推定装置、蓄電素子劣化状態推定方法及び蓄電システム
JP6485708B2 (ja) 2016-01-13 2019-03-20 トヨタ自動車株式会社 電池システム
JP6770933B2 (ja) 2017-06-30 2020-10-21 ニチコン株式会社 蓄電システム
JP6933109B2 (ja) 2017-11-29 2021-09-08 トヨタ自動車株式会社 二次電池の劣化状態推定方法および二次電池システム
KR102660502B1 (ko) 2019-04-18 2024-04-24 현대모비스 주식회사 자동차용 배터리 관리 방법 및 장치
KR102724647B1 (ko) 2019-09-09 2024-10-30 주식회사 엘지에너지솔루션 활성화 공정에서의 이차전지 셀 검사 방법 및 장치
KR102856950B1 (ko) 2019-12-11 2025-09-05 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 퇴화도 진단 장치 및 방법
CN111136033A (zh) * 2020-01-08 2020-05-12 山东精工电源科技有限公司 一种锂离子电池一致性的筛选方法
KR102895991B1 (ko) 2021-02-09 2025-12-03 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
KR102640846B1 (ko) * 2021-08-05 2024-02-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리의 충전 소요 시간을 추정하는 방법 및 장치
JP7579622B2 (ja) * 2022-07-08 2024-11-08 プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 蓄電デバイスの評価方法及び製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162451A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウムイオン電池の容量推定方法、劣化判定方法および劣化判定装置ならびに劣化判定機能を具備したリチウムイオン電池パック
KR20120056200A (ko) * 2010-11-22 2012-06-01 미쓰미덴기가부시기가이샤 전지 감시 장치 및 전지 감시 방법
KR20180005345A (ko) * 2016-07-06 2018-01-16 주식회사 엘지화학 Cc/cv 비율을 이용한 이차전지의 가용 용량 추정 장치
KR101952406B1 (ko) * 2016-12-01 2019-02-26 주식회사 맥사이언스 메타데이터를 이용한 2차 전지 시험 방법
KR20200111014A (ko) * 2019-03-18 2020-09-28 주식회사 엘지화학 배터리 상태 추정 장치
KR20220143796A (ko) 2022-10-07 2022-10-25 김가현 기름이 바닥에 흐르지 않는 기름통

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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