KR102424165B1

KR102424165B1 - 배터리의 soh 추정 방법

Info

Publication number: KR102424165B1
Application number: KR1020210141134A
Authority: KR
Inventors: 김예규; 이병은; 이형근
Original assignee: 에스케이온 주식회사
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2022-07-25
Also published as: DE102022127910A1; CN116008841A; US20230132102A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법은 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블을 획득하고, 상기 SOC-OCV 룩업 테이블을 메모리에 저장하는 단계와, 진단 시간 및 충방전률이 입력되면, 상기 진단 시간과 상기 충방전률에 기초하여 제1 SOC 변화량을 계산하는 단계와, 상기 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 상기 SOH에 따른 상기 제1 SOC 변화량에 해당하는 SOC 구간마다 제1 기울기를 계산하는 단계와, 상기 제1 기울기에 기초하여 진단 정확도가 높은 제1 구간들을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

배터리의 SOH 추정 방법{METHOD FOR ESTIMATING SOH OF BATTERY}

본 발명은 배터리의 SOH 추정 방법에 관한 것이다.

단구간 방전을 통해 현재 배터리의 건강상태(State Of Health: SOH)를 추정하기 위해서, BOL(beginning of life) 배터리의 SOC(state of charge)-OCV(open circuit voltage) 룩업 테이블을 이용하여 진단하는 방법이 있다. BOL은 배터리의 수명이 시작되는 시점을 의미한다.

배터리 개발 시점에서 BOL 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블이 저장 장치에 미리 저장된다. 저장 장치에 저장된 SOC-OCV 룩업 테이블을 이용하여 현재 배터리의 SOH를 파악한다. 그러나, 배터리가 열화되면 SOC-OCV 룩업 테이블에서 OCV가 변할 수 있다. 따라서, 배터리가 열화되면 SOC-OCV 룩업 테이블을 이용하여 현재 배터리의 SOH를 정확하게 파악하는 것이 어렵다. 또한 어느 정도 열화가 진행된 배터리의 재활용 여부를 판단하기 위해 SOH를 정확하게 판단하기 위한 방법을 고안할 필요가 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 기울기 분석을 통해 진단 정확도가 높은 구간을 미리 결정하고, 상기 구간에서 배터리의 SOH를 추정하는 배터리의 SOH 추정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법은, 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블을 획득하고, 상기 SOC-OCV 룩업 테이블을 메모리에 저장하는 단계와, 진단 시간 및 충방전 전류값이 입력되면, 상기 진단 시간과 상기 충방전률에 기초하여 제1 SOC 변화량을 계산하는 단계와, 상기 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 상기 SOH에 따른 상기 제1 SOC 변화량에 해당하는 SOC 구간마다 제1 기울기를 계산하는 단계와, 상기 제1 기울기에 기초하여 진단 정확도가 높은 제1 구간들을 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법은, 적어도 하나의 배터리 셀의 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 기울기 분석을 통해 진단 정확도가 높은 구간을 미리 결정하고, 상기 구간에서 배터리의 SOH를 추정할 수 있으므로, 열화된 배터리의 SOH 추정 오차를 줄일 수 있다. 따라서, 빠르고 정확하게 배터리의 SOH를 판단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 배터리의 SOH 추정 방법은 자동차의 배터리가 수명이 다되거나 자동차가 폐차된 경우, 사용 후 배터리의 폐기 또는 재사용(reuse) 여부에 대한 판단 기준이 된다.

또한, 상기 배터리의 SOH 추정 방법을 통해 열화된 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 SOH 추정 방법을 설명하기 위해 제공되는 SOC-OCV 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법을 설명하기 위한 제1 프로세스의 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기를 계산하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 정확도가 높은 구간을 결정하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법을 설명하기 위한 제2 프로세스의 플로우차트이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

명세서에 기재된 "..부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 일반적인 SOH 추정 방법을 설명하기 위해 제공되는 SOC-OCV 그래프이다.

충방전기는 배터리와 전기적으로 접속되고, 상기 충방전기에 의해 배터리는 충전 및 방전을 수행할 수 있다. 상기 충방전기를 통해서 배터리 방전 시 방전 용량(Ah)을 측정할 수 있다. SOC-OCV 그래프를 이용하여 SOH를 계산하는 방법은 다음과 같다.

예컨대, 배터리를 1시간 동안 방전시켜 측정된 방전 용량이 10(Ah)이고, OCV가 3.7V에서 3.4V로 변할 수 있다. 도 1의 그래프에서 OCV 변화량을 알면 SOC 변화량(ΔSOC)을 알 수 있다. 도 1의 그래프에서 OCV가 3.7V에서 3.4V로 변할 때, ΔSOC는 20(%)이다. ΔSOC가 20(%)이라는 의미는 측정된 10(Ah)의 방전 용량이 전체 용량의 20%만 방전한 용량이라는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 전체 용량은 50(Ah)이다. SOH는 전체 용량을 BOL 용량으로 나누어 계산될 수 있다. 이를 수식으로 정리하면 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

여기서, BOL 용량은 배터리의 출하 시 즉, 가장 초기의 배터리 용량을 의미한다.

일반적인 SOH 추정 방법은 OCV 변화량을 기초로 SOC 변화량(ΔSOC)을 파악하고, ΔSOC를 통해 SOH를 계산하는 것이다. 배터리가 열화되면, 도 1에 도시된 SOC-OCV 그래프의 기울기가 변할 수 있다. 따라서, 배터리가 열화되면 SOC-OCV 그래프를 이용하여 정확하게 현재 배터리의 SOH를 파악하는 것이 어렵다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 기울기 분석을 통해 진단 정확도가 높은 구간을 미리 결정하고, 상기 구간에서 배터리 셀의 SOH를 추정할 수 있다. 따라서, 열화된 배터리에서, 배터리 셀의 SOH 추정 오차를 줄일 수 있고, 빠르고 정확하게 배터리 셀의 SOH를 판단할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법은 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 기울기 분석을 통해 진단 정확도가 높은 구간을 결정하는 제1 프로세스와, 폐배터리가 입고되었을 때 SOH를 진단하는 제2 프로세스로 나누어 설명될 수 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 SOH 추정 방법은, 단일 배터리 셀은 물론 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩, 또는 배터리 시스템 등에도 적용될 수 있다. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 시스템 등에 본 발명의 일 실시예에 따른 SOH 추정 방법을 적용함에 있어서는, 복수의 배터리 셀에 대한 SOC-OCV 룩업 테이블의 평균을 이용할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 시스템 등에 대한 SOH 추정 방법의 결과로 획득하는 SOH는, 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 시스템 등에 포함되는 복수의 배터리 셀의 평균 SOH를 추정한 값일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 장치를 간단하게 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법을 설명하기 위한 제1 프로세스의 플로우차트이다.

도 2를 참조하면, 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 메모리(110), SOC 변화량 계산부(120), 및 기울기 계산부(130)를 포함할 수 있다. 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 기울기 분석을 통해 진단 정확도가 높은 구간을 미리 결정하고, 배터리의 SOH를 추정할 때, 상기 구간을 추천해줄 수 있다.

도 2와 도 3을 함께 참조하면, 배터리 개발 시점에서, 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 적어도 하나의 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블을 획득할 수 있다(S110). 예컨대, 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 SOH가 100인 배터리 셀의 SOC-OCV 룩업 테이블, SOH가 90인 배터리 셀의 SOC-OCV 룩업 테이블, 및 SOH가 80인 배터리 셀의 SOC-OCV 룩업 테이블을 각각 획득할 수 있다. 이 때 SOH는 배터리 셀 충방전기를 통해서 실제로 측정된 값일 수 있다. SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블은 메모리(110)에 저장될 수 있다.

배터리의 SOH 추정 장치(100)로 진단 시간(h) 및 충방전률(current rate; C-rate)이 입력되면, SOC 변화량 계산부(120)는 진단 시간(h)과 충방전률(C-rate)에 대응하는 SOC 변화량(ΔSOC)을 계산할 수 있다(S120). 진단 시간(h)은 배터리의 현재 상태를 진단하는데 소요되는 시간을 의미할 수 있으며, 사용자가 원하는 진단 시간을 배터리의 SOH 추정 장치(100)로 입력할 수 있다. 충방전률(C-rate)은 배터리의 열화 정도에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 배터리가 열화될수록 충방전률(C-rate)은 낮은 값을 가질 수 있다.

SOC 변화량(ΔSOC)은 [수학식 2]를 만족한다.

[수학식 2]

예컨대, 입력된 진단 시간(h)이 6분(=0.1시간)이고, 입력된 충방전률(C-rate)이 1C이면, SOC 변화량(ΔSOC)은 10%이다.

기울기 계산부(130)는 메모리(110)로부터 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블을 읽어오고, 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 SOC 변화량(ΔSOC)에 해당하는 SOC 구간마다 기울기(S)를 계산할 수 있다(S130).

기울기(S)는 [수학식 3]을 만족한다.

[수학식 3]

상기 [수학식 3]에서, SOC 변화량(ΔSOC)에 대응되는 OCV 변화량(OCV2-OCV1)을 계산하고, 기울기(S)는 OCV 변화량(OCV2-OCV1)을 SOC 변화량(ΔSOC)으로 나누어 계산될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기를 계산하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

도 2와 도 4를 함께 참조하면, 기울기 계산부(130)는 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 제1 SOC 변화량(ΔSOC1=5)에 해당하는 SOC 구간마다 제1 기울기(S1)를 계산할 수 있다. 예컨대, SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블에서 제1 OCV가 3.36V이고 제2 OCV가 3.44이면, 제1 기울기(S1)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블에서 제1 OCV가 3.44V이고 제2 OCV가 3.47이면, 제1 기울기(S1)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

기울기 계산부(130)는 제2 SOC 변화량(ΔSOC2=10)에 해당하는 SOC 구간마다 제2 기울기(S2)를 계산할 수 있다. 기울기 계산부(130)는 제1 기울기(S1)에 기초하여 제2 기울기(S2)를 계산할 수 있다. 제2 기울기(S2)는 서로 인접한 두개의 제1 기울기들(S1)의 평균값일 수 있다. 예컨대, SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블에서 제1 구간(SOC1)의 제2 기울기(S2)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

실시예들에 따라, 장치는 제1 기울기(S1)를 계산하지 않고, 바로 제2 기울기(S2)를 계산할 수 있다. 예컨대, SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블에서 제1 OCV가 3.36V이고 제2 OCV가 3.47이면, 제2 기울기(S2)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

다시 도 2와 도 3을 함께 참조하면, 기울기 계산부(130)는 SOC 변화량(ΔSOC=10)에 해당하는 SOC 구간마다 SOH를 진단할 수 있는 구간인지 여부를 판단할 수 있다. 기울기 계산부(130)는 동일한 SOC 구간에서 복수의 SOH의 기울기들의 편차에 기초하여 해당 SOC 구간이 SOH를 진단할 수 있는 구간인지 여부를 판단할 수 있다. 해당 SOC 구간이 SOH를 진단할 수 있는 구간이라고 판단되면, 기울기 계산부(130)는 상기 SOC 구간을 비교 가능한 구간으로 출력하고, 해당 SOC 구간이 SOH를 진단할 수 없는 구간이라고 판단되면, 기울기 계산부(130)는 상기 SOC 구간을 비교 불가능한 구간으로 출력할 수 있다. 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 비교 가능한 SOC 구간을 진단 정확도가 높은 구간으로 결정할 수 있다.

배터리의 SOH 추정 장치(100)는 진단 정확도가 가장 높은 구간을 결정할 수 있다(S150). 예컨대, 기울기 계산부(130)는 비교 가능한 구간들 중에서 기울기들의 편차가 작은 순서대로 SOC 구간을 정렬하여 출력할 수 있다. 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 기울기들의 편차가 가장 작은 SOC 구간을 진단 정확도가 가장 높은 구간으로 결정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 정확도가 높은 구간을 결정하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

도 2와 도 5를 함께 참조하면, 기울기 계산부(130)는 SOC 변화량(ΔSOC=10)에 해당하는 SOC 구간마다 기울기(S)를 계산하고, 기울기(S)를 메모리(110)에 저장할 수 있다.

기울기 계산부(130)는 동일한 SOC 구간에서 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 기울기들의 편차가 미리 정해진 범위 내이면 비교 가능한 구간으로 판단할 수 있다. 예컨대, 제1 SOC 구간(SOC1)에서 SOH가 100인 배터리의 기울기(S)는 1.1이고, SOH가 90인 배터리의 기울기(S)는 2.5이고, SOH가 80인 배터리의 기울기(S)는 2.9이다. 제1 SOC 구간(SOC1)에서 복수의 SOH의 기울기들의 편차가 10% 이상이므로 기울기 계산부(130)는 제1 SOC 구간(SOC1)을 비교 불가능한 구간으로 판단할 수 있다.

제2 SOC 구간(SOC2)에서 SOH가 100인 배터리의 기울기(S)는 0.9이고, SOH가 90인 배터리의 기울기(S)는 0.9이고, SOH가 80인 배터리의 기울기(S)는 0.9이다. 제2 SOC 구간(SOC2)에서 복수의 SOH의 기울기들의 편차가 10% 미만이므로 기울기 계산부(130)는 제2 SOC 구간(SOC2)을 비교 가능한 구간으로 판단할 수 있다.

기울기 계산부(130)는 기울기들의 편차가 미리 정해진 범위 내인 구간들(SOC2, SOC5, SOC8, SOC9, SOC10)을 비교 가능한 구간들로 메모리(110)에 저장할 수 있다. 구간들(SOC2, SOC5, SOC8, SOC9, SOC10)은 진단 정확도가 높은 구간들로 지칭될 수 있다.

실시예들에 따라, 기울기 계산부(130)는 비교 가능한 구간들 중에서 기울기들의 편차가 작은 순서대로 SOC 구간을 정렬하여 출력할 수 있다. 예컨대, 제1 그룹의 구간들(SOC2, SOC5, SOC9)에서 기울기들의 편차가 서로 동일하고, 제2 그룹의 구간들(SOC8, SOC10)에서 기울기들의 편차가 서로 동일하며, 제1 그룹의 구간들(SOC2, SOC5, SOC9)에서 기울기들의 편차는 제2 그룹의 구간들(SOC8, SOC10)에서 기울기들의 편차보다 작다. 따라서, 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 기울기들의 편차가 작은 제1 그룹의 구간들(SOC2, SOC5, SOC9)을 진단 정확도가 가장 높은 구간으로 결정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 배터리의 SOH 추정 장치(200)는 메모리(210), SOC 획득부(220), 기울기 계산부(230), 및 SOH 계산부(240)를 포함할 수 있다. 메모리(210)에는 SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블이 저장될 수 있다. 또한, 메모리(210)에는 제1 프로세스에서 결정된 진단 정확도가 높은 구간들이 저장될 수 있다.

도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 방법을 설명하기 위한 제2 프로세스의 플로우차트이다.

도 6과 도 7을 함께 참조하면, 자동차의 배터리가 수명이 다되거나 자동차가 폐차된 경우 등으로 인해 폐배터리가 발생하고, 상기 폐배터리가 입고될 수 있다(S210).

폐배터리가 입고되면, 상기 폐배터리를 재사용(reuse)할지 또는 재활용(recycle)할지 여부에 대해서 판단할 수 있다(S220). 예컨대, 폐배터리의 절연상태 및 외관을 검사하고, 폐배터리에 외부 찍힘이나 탄흔적이 있거나 폐배터리에 단락(short circuit) 발생 가능성이 있으면, 상기 폐배터리는 재사용되지 못하고 재활용될 수 있다(S220의 재활용).

폐배터리를 재사용할 수 있다고 판단되면(S220의 재사용), SOC 획득부(220)는 메모리(210)로부터 SOH 100의 SOC-OCV 테이블을 읽어올 수 있다. SOC 셋팅 포인트 획득부(230)는 제1 프로세스를 통해 확인된 진단 정확도가 높은 구간들을 메모리(210)로부터 읽어올 수 있다(S230).

전압 감지기를 이용하여 폐배터리의 현재 OCV를 측정할 수 있다. 상기 측정된 OCV가 배터리의 SOH 추정 장치(200)로 입력되면, SOC 획득부(220)는 SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 테이블에서 상기 측정된 OCV에 대응하는 현재 SOC를 획득할 수 있다(S240).

SOC 셋팅 포인트 획득부(230)는 진단 정확도가 높은 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간을 탐색할 수 있다.

미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간이 있으면(S250의 YES), SOC 셋팅 포인트 획득부(230)는 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트(SP)로 출력할 수 있다(S260). 예컨대, 도 5를 참조하면, 미리 정해진 SOC 범위가 20(%)이고, 현재 SOC가 70(%)이면 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간은 제8 SOC(SOC 8)이고, 제8 SOC(SOC 8)에 포함된 첫번째 SOC는 80이다. SOC 셋팅 포인트 획득부(230)는 80을 SOC 셋팅 포인트(SP)로 출력할 수 있다.

배터리의 SOH 추정 장치(200)로부터 SOC 셋팅 포인트(SP)가 획득되면, 충방전기를 이용하여 SOC 셋팅 포인트(SP)까지 배터리를 충전할 수 있다(S260). 예컨대, 배터리의 현재 SOC가 70이고, SOC 셋팅 포인트(SP)가 80이면, 배터리를 충전하여 배터리의 SOC를 70에서 80으로 맞출 수 있다(S270).

SOC 셋팅 포인트(SP)까지 배터리를 충전한 후, 충방전기를 이용하여 제1 프로세스에서 입력된 조건들(예컨대, 진단 시간 및 충방전율)로 배터리를 방전할 수 있다(S280). 다시 말해, 제1 프로세스에서 입력된 진단 시간 및 충방전율을 기초로 SOC 변화량(ΔSOC=10)이 계산되었으므로, SOC 변화량(ΔSOC=10)만큼 배터리를 방전할 수 있다. 예컨대, SOC 셋팅 포인트(SP)가 80이고, SOC 변화량(ΔSOC)이 10이면, 배터리의 SOC가 80에서 70이 되도록 배터리를 방전할 수 있다.

충방전기는 SOC 변화량(ΔSOC=10)에 해당하는 방전 용량을 측정할 수 있다. SOH 계산부(240)는 측정된 방전 용량을 획득할 수 있다(S290).

SOH 계산부(240)는 SOC 변화량(ΔSOC), BOL 용량, 및 측정 용량을 기초로 SOH를 계산할 수 있다(S295). SOH는 [수학식 4]를 만족한다.

[수학식 4]

여기서, BOL 용량은 배터리의 실제 출하 용량 즉, 가장 초기의 배터리 용량을 의미하고, 측정 용량은 측정된 방전 용량 또는 측정된 충전 용량을 의미할 수 있다.

예컨대, 배터리의 BOL 용량이 70(Ah)인 배터리가 일정 기간(예컨대, 5년) 사용 후 폐배터리로 입고되어 상기 폐배터리에 포함되는 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 진단하는 경우, SOC 변화량(ΔSOC)이 10(%)이고, SOC 변화량(ΔSOC=10)에 해당하는 방전 용량이 5.5(Ah)이면, SOH는 다음과 같다.

즉, 5년간 사용한 배터리의 예상 SOH는 78.57(%)일 수 있다.

도 6과 도 8을 함께 참조하면, 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간이 없으면(S250의 NO), 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 제1 프로세스에서 입력한 진단시간을 맞추지 못한다는 경고창을 디스플레이한 후(S310), SOC 변화량(ΔSOC)을 조절할 수 있다(S320).

예컨대, 제1 프로세스에서 원하는 진단시간과 충방전률을 기초로 산출된 SOC 변화량(ΔSOC)이 10이면, 기울기 계산부(130)는 SOC 변화량(ΔSOC)을 일정 크기(예컨대, ±5)만큼 조절할 수 있다. SOC 변화량(ΔSOC)이 달라지면 진단시간이 달라질 수 있다. 예컨대, SOC 변화량(ΔSOC)이 커지면 진단시간이 길어질 수 있다. 따라서, 배터리의 SOH 추정 장치(100)는 제1 프로세스에서 입력한 진단시간을 맞추지 못한다는 경고창을 디스플레이할 수 있다.

기울기 계산부(130)는 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 조절된 SOC 변화량들(ΔSOC=5, 15)에 해당하는 SOC 구간마다 기울기(S)를 계산할 수 있다(S330). 기울기 계산부(130)는 SOC 변화량들(ΔSOC=5, 15)에 해당하는 SOC 구간마다 SOH를 진단할 수 있는 구간인지 여부를 판단할 수 있다(S340).

진단 정확도가 높은 구간들을 이용하여 SOH를 계산할 수 있다(S350). 구체적으로, 전압 감지기를 이용하여 폐배터리의 OCV를 측정하고, 측정된 OCV에 대응하는 현재 SOC를 획득하며, SOC 셋팅 포인트 획득부(230)는 진단 정확도가 높은 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간을 탐색할 수 있다.

예컨대, SOC 변화량(ΔSOC)이 5일 때 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간이 없고, SOC 변화량(ΔSOC)이 15일 때 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간이 있으면, SOC 변화량(ΔSOC)이 15일 때 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트(SP)로 출력할 수 있다.

실시예들에 따라, SOC 변화량(ΔSOC)이 5일 때 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간이 있고, SOC 변화량(ΔSOC)이 15일 때 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간이 있으며, SOC 변화량(ΔSOC)이 15일 때 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간의 기울기 편차가 SOC 변화량(ΔSOC)이 5일 때 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간의 기울기 편차보다 작으면, SOC 변화량(ΔSOC)이 15일 때 현재 SOC와 가장 가까운 SOC구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트(SP)로 출력할 수 있다.

배터리의 SOH 추정 장치(200)로부터 SOC 셋팅 포인트(SP)가 획득되면 충방전기를 이용하여 SOC 셋팅 포인트(SP)까지 배터리를 충전하고, SOC 변화량(ΔSOC=15)만큼 방전하고, 방전 용량을 측정할 수 있다.

SOH 계산부(240)는 SOC 변화량(ΔSOC), BOL 용량, 및 측정 용량을 기초로 SOH를 계산할 수 있다.

본 명세서에서는 SOC 변화량(ΔSOC)이 10(%)인 실시 예를 들어 설명하였으나, SOC 변화량(ΔSOC)이 15, 20 등 다양하게 변경되어 적용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOH 추정 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.

도 2의 배터리의 SOH 추정 장치(100)와 도 6의 배터리의 SOH 추정 장치(200)는 하나의 장치일 수 있으며, 도 9의 배터리의 SOH 추정 장치(300)로 도시될 수 있다.

도 9를 참조하면, 배터리의 SOH 추정 장치(300)는 메모리(310), SOC 변화량 계산부(320), 기울기 계산부(330), SOC 획득부(340), SOC 셋팅 포인트 획득부(350), 및 SOH 계산부(360)를 포함할 수 있다.

메모리(310)에는 적어도 하나의 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블이 저장될 수 있다.

SOC 변화량 계산부(320)는 진단 시간(h)과 충방전률(C-rate)에 대응하는 SOC 변화량(ΔSOC)을 계산할 수 있다.

기울기 계산부(330)는 메모리(310)로부터 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블을 읽어오고, 배터리 셀이 가질 수 있는 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 SOC 변화량(ΔSOC)에 해당하는 SOC 구간마다 기울기(S)를 계산할 수 있다.

기울기 계산부(330)는 기울기(S)에 기초하여 SOC 변화량(ΔSOC)에 해당하는 SOC 구간마다 SOH를 진단할 수 있는 구간인지 여부를 판단할 수 있다. 다시 말해, SOC 변화량(ΔSOC)에 해당하는 SOC 구간들 중 진단 정확도가 높은 구간들을 결정할 수 있다. 진단 정확도가 높은 구간들은 메모리(310)에 저장될 수 있다.

SOC 획득부(340)는 메모리(310)로부터 SOH 100의 SOC-OCV 테이블을 읽어올 수 있다. SOC 획득부(340)는 SOH 100의 SOC-OCV 테이블에서 폐배터리의 OCV에 대응하는 현재 SOC를 획득할 수 있다.

SOC 셋팅 포인트 획득부(350)는 진단 정확도가 높은 구간들을 메모리(310)로부터 읽어올 수 있다 SOC 셋팅 포인트 획득부(350)는 진단 정확도가 높은 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간을 탐색할 수 있다.

미리 정해진 SOC 범위 내에서 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간이 있으면, SOC 셋팅 포인트 획득부(330)는 현재 SOC와 가장 가까운 SOC 구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트(SP)로 출력할 수 있다

SOC 셋팅 포인트(SP)까지 배터리를 충전한 후 SOC 변화량(ΔSOC)만큼 배터리를 방전하여 방전 용량이 획득되면, SOH 계산부(360)는 SOC 변화량(ΔSOC), BOL 용량, 및 방전 용량을 기초로 SOH를 계산할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100; 배터리의 SOH 추정 장치
110; 메모리
120; SOC 변화량 계산부
130; 기울기 계산부

Claims

적어도 하나의 배터리 셀의 SOH(State Of Health)에 따른 SOC(State Of Charge)-OCV(Open Circuit Voltage) 룩업 테이블을 획득하고, 상기 SOC-OCV 룩업 테이블을 메모리에 저장하는 단계;
진단 시간 및 충방전률이 입력되면, 상기 진단 시간과 상기 충방전률에 기초하여 제1 SOC 변화량을 계산하는 단계;
상기 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서 상기 SOH에 따른 상기 제1 SOC 변화량에 해당하는 SOC 구간마다 제1 기울기를 계산하는 단계; 및
상기 제1 기울기에 기초하여 기울기의 편차가 가장 작고 진단 정확도가 높은 제1 구간들을 결정하는 단계;
폐배터리가 입고되면, SOH가 100인 배터리의 SOC-OCV 룩업 테이블에서 상기 폐배터리에 포함되는 적어도 하나의 폐배터리 셀의 OCV에 대응하는 현재 SOC를 획득하는 단계; 및
상기 진단 정확도가 높은 제1 구간들을 이용하여 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계; 를 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 SOC 구간마다 제1 기울기를 계산하는 단계는,
상기 제1 SOC 변화량에 대응되는 OCV 변화량을 계산하고, 상기 OCV 변화량을 상기 제1 SOC 변화량으로 나누어 상기 제1 기울기를 계산하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 진단 정확도가 높은 제1 구간들을 결정하는 단계는,
동일한 SOC 구간에서 상기 복수의 SOH 별 제1 기울기들의 편차에 기초하여 해당 SOC 구간이 SOH를 진단할 수 있는 구간인지 여부를 판단하는 배터리의 SOH 추정 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계는,
상기 진단 정확도가 높은 제1 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간을 탐색하는 단계;
상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 있으면, 상기 구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트로 출력하는 단계;
상기 SOC 셋팅 포인트까지 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀이 충전된 후, 상기 제1 SOC 변화량만큼 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀이 방전되면, 방전 용량을 획득하는 단계; 및
상기 방전 용량을 기초로 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계를 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH는 하기의 수학식을 만족하는 배터리의 SOH 추정 방법.
[수학식]

여기서, ΔSOC는 제1 SOC 변화량을 의미하고, 측정 용량은 상기 방전 용량을 의미하고, BOL 용량은 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 초기 용량을 의미한다.
제5항에 있어서,
상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 없으면, 상기 제1 SOC 변화량을 감소시켜 제2 SOC 변화량을 계산하는 단계;
상기 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서, 상기 제2 SOC 변화량에 해당하는 SOC 구간마다 제2 기울기를 계산하는 단계; 및
상기 제2 기울기에 기초하여 진단 정확도가 높은 제2 구간들을 결정하는 단계를 더 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제7항에 있어서,
상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 없으면, 상기 제1 SOC 변화량을 증가시켜 제3 SOC 변화량을 계산하는 단계;
상기 SOH에 따른 SOC-OCV 룩업 테이블에서, 상기 제3 SOC 변화량에 해당하는 SOC 구간마다 제3 기울기를 계산하는 단계; 및
상기 제3 기울기에 기초하여 진단 정확도가 높은 제3 구간들을 결정하는 단계를 더 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제8항에 있어서,
상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 및 상기 진단 정확도가 높은 제3 구간들을 이용하여 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계를 더 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계는,
상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간을 탐색하는 단계;
상기 진단 정확도가 높은 제3 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간을 탐색하는 단계;
상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 있고, 상기 진단 정확도가 높은 제3 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 없으면, 상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트로 출력하는 단계;
상기 SOC 셋팅 포인트까지 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀이 충전된 후, 상기 제1 SOC 변화량만큼 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀이 방전되면, 방전 용량을 획득하는 단계; 및
상기 방전 용량을 기초로 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계를 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.
제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계는,
상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간을 탐색하는 단계;
상기 진단 정확도가 높은 제3 구간들 중에서 미리 정해진 SOC 범위 내에서 상기 현재 SOC와 가장 가까운 구간을 탐색하는 단계;
상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 있고, 상기 진단 정확도가 높은 제3 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간이 있으며, 상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간의 기울기 편차가 상기 진단 정확도가 높은 제3 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간의 기울기 편차보다 더 작으면, 상기 진단 정확도가 높은 제2 구간들 중에서 현재 SOC와 가장 가까운 구간에 포함된 SOC들 중 첫번째 SOC를 SOC 셋팅 포인트로 출력하는 단계;
상기 SOC 셋팅 포인트까지 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀이 충전된 후, 상기 제1 SOC 변화량만큼 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀이 방전되면, 방전 용량을 획득하는 단계; 및
상기 방전 용량을 기초로 상기 적어도 하나의 폐배터리 셀의 SOH를 계산하는 단계를 포함하는 배터리의 SOH 추정 방법.