KR102470882B1 - 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법 - Google Patents

단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102470882B1
KR102470882B1 KR1020160039586A KR20160039586A KR102470882B1 KR 102470882 B1 KR102470882 B1 KR 102470882B1 KR 1020160039586 A KR1020160039586 A KR 1020160039586A KR 20160039586 A KR20160039586 A KR 20160039586A KR 102470882 B1 KR102470882 B1 KR 102470882B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery cell
amount
deterioration
degree
temperature
Prior art date
Application number
KR1020160039586A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170112490A (ko
Inventor
황창묵
김명훈
장혜림
Original Assignee
에스케이온 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이온 주식회사 filed Critical 에스케이온 주식회사
Priority to KR1020160039586A priority Critical patent/KR102470882B1/ko
Publication of KR20170112490A publication Critical patent/KR20170112490A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102470882B1 publication Critical patent/KR102470882B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명인 단위 배터리 모듈은 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 내부에 배치되어, 상기 배터리 셀의 체적변화에 따른 압력과 상기 배터리 셀 내부의 온도를 센싱하는 센싱모듈을 포함한다.

Description

단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법{UNIT BATTERY MODULE AND MEASURING FOR STATE OF HEALTH THEREOF}
본 발명은 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법에 관한 것이다.
전기자동차나 하이브리드 차량에 적용되는 이차전지모듈은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀(Battery Cell)을 연결한 배터리모듈을 사용한다. 이러한 배터리모듈은 하우징 내에 다수의 배터리 셀을 적층시켜 수납하고 이를 전기적으로 연결한 기본 구성을 가진다.
그런데 이러한 배터리 셀은 일반적으로 수명이 존재하며, 사용에 의해 자연스레 내부 저항이 증가하여 출력이 줄어들고 사용 가능한 용량도 줄어든다. 이러한 성능 저하를 배터리 셀의 열화라고 하며, 열화된 배터리 셀이 배터리모듈 전체에 악영향을 미치지 않도록 일정한 열화도를 기준으로 교체가 필요하다.
따라서 배터리 셀 또는 배터리모듈의 열화도를 측정할 필요가 있으며, 기존에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에서 배터리 셀의 저항 변화율에 기초하여 열화를 판단하거나, 배터리 셀의 전류 및 전압에 기초하여 배터리의 수명을 예측하였다.
KR2007-0047453 A
본 발명은 단위 배터리 모듈에 적어도 하나 이상의 압력센서와 온도센서를 구비하여, 단위 배터리 모듈의 압력과 온도 변화에 따른 열화도(SOH)를 산출할 수 있는 단위 배터리 모듈의 열화도 산출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명인 단위 배터리 모듈은 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 내부에 배치되어, 상기 배터리 셀의 체적변화에 따른 압력과 상기 배터리 셀 내부의 온도를 센싱하는 센싱모듈을 포함한다.
또한, 상기 센싱모듈은 상기 배터리 셀의 전극의 일면에 면접하도록 구비되며, 상기 전극의 면적에 대응되는 크기를 갖는 필름, 상기 필름상에 형성되며, 상기 배터리 셀의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력을 센싱하는 압력센서 및 상기 필름상에 형성되며, 상기 배터리 셀 내부의 온도를 센싱하는 온도센서를 포함한다.
또한, 상기 센싱모듈은 상기 배터리 셀의 음극판 일면에 면접하도록 구비된다.
또한, 상기 압력센서는 상기 배터리 셀의 팽창력에 대한 측정범위가 1 내지 10,000 [psi] 이다.
본 발명인 배터리 셀의 열화도 산출방법은 센싱모듈에 의해, 배터리 셀의 체적변화에 따른 두께방향으로의 팽창력에 의한 압력 데이타와 상기 배터리 셀 내부의 온도 데이타를 검출하는 데이타 검출단계 및 컨트롤러에 의해, 상기 배터리 셀의 방전심도(Depth of Discharge, 이하 DOD 라 함), 전류량(Rate) 및 충전량(State of Charge, 이하 SOC 라 함)을 토대로, 상기 배터리 셀의 팽창력에 의한 압력데이타와 상기 배터리 셀의 온도데이타를 이용하여 상기 배터리 셀의 열화도(State of Health, 이하 SOH 라 함)를 산출하는 열화도 산출단계를 포함한다.
또한, 상기 데이타 검출단계는 압력센서에 의해, 상기 배터리 셀의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력에 비례하는 압력데이타를 검출하는 단계 및 온도센서에 의해, 상기 배터리 셀 내부의 온도에 비례하는 온도데이타를 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 데이타 검출단계 이전에, 상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀의 방전심도(DOD), 전류량(Rate) 및 충전량(SOC) 정보를 전송받는 정보수집단계를 더 포함한다.
또한, 상기 열화도 산출단계는 상기 센싱모듈로부터, 상기 배터리 셀의 체적변화에 의한 압력데이타와 상기 배터리 셀의 온도데이타를 입력받는 단계, 상기 전송받은 방전심도(DOD), 전류량(Rate) 및 충전량(SOC)을 기초로, 복수의 룩업테이블 중에서 하나의 룩업테이블을 결정하는 단계 및 상기 결정된 룩업테이블에 기초하여, 상기 배터리 셀의 압력데이타와 온도데이타에 대응하는 상기 배터리 셀의 열화도(SOH)를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명인 배터리 셀의 열화도 산출방법은 종래의 배터리 셀의 온도데이타 또는 압력데이타만을 기초로 하여, 배터리 셀의 열화도(SOH)를 산출하는 방법과는 달리, 현재 배터리 셀의 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)를 고려한 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH) 산출방법은 배터리 셀의 열화도(SOH) 판단에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 단위 배터리 모듈 각각의 압력과 온도 변화에 따른 열화도(SOH)를 개별적으로 산출할 수 있으며, 이를 통해, 단위 배터리 모듈의 개별적 관리 및 교환이 가능함으로써, 일부 단위 배터리 모듈의 오작동으로 인한 배터리모듈 전체의 불사용을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출시스템을 구성하는 구성요소의 기능을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출 방법을 나타낸 블록도이다.
도 7 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출에 있어서의 온도, 압력, 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)의 변화에 따른 열화도(SOH)를 나타낸 데이타이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명인 단위 배터리 모듈 및 이의 열화도 산출방법에 대해 상세히 설명한다. 여기에서, 열화도(State of Health, 이하, SOH라 함)는 배터리의 이상적인 상태와 현재 배터리의 상태를 비교하여 나타낸 성능지수를 의미하며, 충전량(State of Charge)은 배터리모듈에 충전가능한 최대전력을 기준으로, 현재 충전된 전력의 양을 퍼센트(%)로 나타낸 값이다.
배터리 셀(110)의 전류량(Rate)은 배터리 셀(110)의 충전 또는 방전시 전류량을 말한다. 본 명세서에서는 1시간 동안 충전량(SOC) 0 [%] 에서 100 [%] 로 충전할 수 있는 전류량을 1 [C] 로 나타낸다. 배터리 셀(110)의 방전심도(Depth Of Discharge)는 충전량(SOC)과 반비례관계에 있는 값이며, 배터리 셀(110)이 완전히 충전되었을 때 0 [%], 완전히 방전되었을 때 100 [%]로 표시된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱모듈을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일시예에 따른 단위 배터리 모듈(100)은 이차전지로 구성되는 배터리 셀(110), 배터리 셀(110)의 내부에 삽입 고정되는 센싱모듈(120) 및 내부에 배터리 셀(110)을 수용하는 케이스(130)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)은 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 그 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 이차전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-이온(Li-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery) 등이 있다.
배터리 셀(110)은 양극판(111), 양극판(111)에 대면되도록 적층되는 음극판(113) 및 양극판 및 음극판(113)이 대면되는 적층면 사이에 형성되며, 양극판(111) 또는 음극판(113) 외측면을 감싸도록 배치되는 분리막(112)을 포함한다.
배터리 셀(110)은 양극판(111), 음극판(113) 및 분리막(112)을 결합하는 방법에 따라, 젤리-롤(Jelly-roll)로 권취된 타입(Winding type)이거나, 스택형/ 스택폴딩형 등으로 형성될 수 있다.
여기에서, 1) 양극판(111)은 일측면이 돌출되어 형성되는 양극탭(111a), 양극 집전판(111b) 및 양극 활물질층(미도시)을 포함하여 구성될 수 있으며, 양극 집전판(111b)으로는 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등이 사용될 수 있다.
양극판(111)상에 활물질 등이 도포된 양극 활물질층과 도포되지 않은 양극 무지부로 이루어진다. 양극 활물질층은 양극 활물질과 양극 활물질을 결착시키는 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있으며, 양극 활물질층은 용매에 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 첨가하여 슬러리 형태로 만든 후, 상기 슬러리를 양극 집전판(111b)에 도포하여 형성될 수 있다.
2) 음극판(113)은 일측면상에 돌출되어 형성되는 음극탭(113a), 음극 집전판(113b) 및 음극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있으며, 음극판(113)은 음극 집전판(113b)에 음극 활물질을 도포하여 형성된 음극 활물질층과 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부로 이루어진다. 음극 집전판(113b)은 도전성을 가진 것으로, 예를들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈 등으로 형성될 수 있다.
3) 양극 활물질로는 코발트산리튬(LiCoO2), 3원계등의 층상계 구조의 리튬금속산화물(LiMO2)을 비롯하여 리튬망간산화물(LiMn2O4)로 대표되는 스피넬계 재료(LiM2O4), 또는 인산철리튬(LiFePO4) 같은 올리빈(Olivine)계 재료(LiMPO4)가 이용될 수 있으며, 음극 활물질층은 음극 활물질로 이루어지는데, 음극 활물질로는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드(Tin Oxide), 틴 합금 복합체(CompositeTin Alloys), 전이 금속 산화물 또는 리튬 금속 산화물 등이 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 센싱모듈(120)은 배터리 셀(110)의 음극판(113) 일면에 면접하도록, 배터리 셀(110)의 내부에 삽입고정되어, 배터리 셀(110)의 체적변화에 따른 수평방향으로의 팽창력에 의한 압력과 배터리 셀(110) 내부의 온도를 센싱한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 센싱모듈(120)은 배터리 셀(110)의 음극판(113)의 일면에 면접하도록 구비되며, 상기 음극판(113)의 면적에 대응되는 크기를 갖는 필름(122), 필름(122)상에 형성되며, 배터리 셀(110)의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력을 센싱하는 압력센서(121) 및 필름(122)상에 형성되며, 상기 배터리 셀(110) 내부의 온도를 센싱하는 온도센서(123)를 포함할 수 있다.
여기에서, 센싱모듈(120)은 배터리 셀(110)의 내부에서 최외각면에 구비되는 음극판(113)에 면접하도록 구비될 수 있으며, 두께는 100[um]이하의 범위에서 형성될 수 있다.
압력센서(121)는 배터리 셀(110)의 수평방향으로의 팽창력을 센싱할 수 있도록, 센싱할 수 있는 압력의 범위가 1 내지 10,000[Pound per Square Inch]일 수 있으며, 배터리 셀(110)의 내부에 삽입되어, 배터리 셀(110)의 일면에 면접하여, 압력의 변화를 센싱할 수 있도록 두께가 얇은 필름 타입으로 구비될 수 있다.
여기에서, 압력센서(121)는 배터리 셀(110)의 일면에 적어도 하나 이상이 구비되어, 일면에 구비된 위치에서의 배터리 셀의 수평방향으로의 팽창력에 따른 압력변화를 센싱함으로써, 열화에 따른 배터리 셀의 팽창력에 따른 압력변화를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
온도센서(123)는 배터리 셀(110)의 내부에 구비되어, 배터리 셀(110)의 온도변화를 센싱할 수 있도록, 두께가 얇은 필름 타입으로 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 압력센서(121)와 함께 필름(122)상에 구비될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)은 적어도 하나 이상의 단위 배터리 모듈(100)이 수평방향으로 적층되어, 구성될 수 있다. 여기에서, 센싱모듈(120)은 각각의 단위 배터리 모듈(100) 내부에 구비되거나, 일부 단위 배터리 모듈(100)의 내부에만 구비될 수 있다.
즉, 배터리 모듈(10)은 복수의 단위 배터리 모듈(100)이 수평방향으로 적층되어 구성되는 경우, 이 경우, 단위 배터리 모듈이 중첩된 면에서의 온도는 상승하게 되며, 중앙에 구비된 단위 배터리 모듈(100)이 온도와 압력에 따른 영향을 많이 받게 되어, 다른 단위 배터리 모듈(100)에 비하여, 온도의 상승과 압력의 집중으로 인해, 열화가 빨리 진행되어, 배터리 모듈 전체의 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 배터리 모듈(10)을 구성하는 각각의 단위 배터리 모듈(100)의 내부에 압력센서(121)와 온도센서(123)를 구비하는 구조를 통해, 단위 배터리 모듈(100) 단위의 온도와 압력등에 의한 열화도(SOH)를 개별적으로 산출하며, 단위 배터리 모듈(100)간의 냉각정도를 달리 적용함으로써, 배터리 모듈(10)의 전체적인 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 15를 참조하여, 본 발명인 단위 배터리 모듈의 열화도 산출 방법에 대해 보다 상세히 설명할 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출시스템을 구성하는 구성요소의 기능을 나타낸 블록도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출 방법을 나타낸 블록도이다.
도 7 (a) 내지 도 15 (b)는 단위 배터리 모듈의 온도, 압력, 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)의 변화에 따라 기산출된 열화도(SOH)를 나타낸 데이타이다.
본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출방법은 컨트롤러(300)가 배터리 셀(110)의 방전심도(DOD), 전류량(Rate) 및 충전량(SOC) 정보를 전송받는 정보수집단계(S101), 센싱모듈(120)에 의해, 배터리 셀(110)의 체적변화에 따른 두께방향으로의 팽창력에 의한 압력데이타와 배터리 셀(110) 내부의 온도에 비례하는 온도데이타를 검출하는 데이타 검출단계(S100, S110), 컨트롤러(300)에 의해, 단위 배터리 모듈(100)의 방전심도(Depth of Discharge, 이하 DOD 라 함), 전류량(Rate), 충전량(State of Charge, 이하 SOC 라 함)을 토대로, 배터리 셀(110)의 팽창력에 의한 압력데이타와 배터리 셀(110)의 온도데이타를 이용하여 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(State of Health, 이하 SOH 라 함)를 산출하는 열화도 산출단계(S120), 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)를 기설정된 기준값과 비교하는 단계(S130) 및 상기 열화도(SOH)가 상기 기준값 이하인 경우, 단위 배터리 모듈(100)의 열화도 정보를 전송하는 단계(S140)를 포함한다.
즉, 컨트롤러(300)는 배터리 셀(110)이 사용되는 방전심도(DOD)의 범위, 충방전시의 전류량(Rate), 현재 배터리 셀(110)의 충전량(SOC) 정보를 배터리관리시스템(BMS) 등으로부터 전송받고, 단위 배터리 모듈(100)에 구비된 복수의 압력센서(121)로부터 입력된 데이타를 합산하여, 각각의 단위 배터리 모듈(100)에 대한 압력데이타를 생성하며, 단위 배터리 모듈(100)에 구비된 복수의 온도센서(123)로부터 입력된 데이타의 평균값인 온도데이타를 산출한다.
다음으로, 컨트롤러(300)는 각각의 배터리 셀(110)의 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)를 토대로, 각각의 단위 배터리 모듈(100)의 압력데이타와 온도데이타를 이용하여, 각각의 단위 배터리 모듈의 열화도(SOH)를 산출한다.
즉, 컨트롤러(300)는 각각의 단위 배터리 모듈(100)의 압력데이타와 온도데이타를 기초로 한 열화도(SOH)를 산출시, 배터리 셀(110)의 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)를 고려할 수 있다.
컨트롤러(300)는 도 7(a) 내지 15(b)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)의 압력데이타, 온도데이타, 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)를 반영하여, 기산출된 열화도(SOH)로 구성된 룩업테이블을 이용하여, 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)를 산출할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 그리고 룩업테이블에 기재되지 않은 온도, 압력, 충전량(SOC), 전류량(Rate), 방전심도(DOD)에 대한 열화도(SOH)값은 선형보간법에 의해 산출될 수도 있다.
여기에서, 1) 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)는 동일한 압력데이타와 온도데이타를 기초로 한 경우라도, 현재의 배터리 셀(110)의 충전량(SOC)에 따라, 달리 산출될 수 있다.
예를 들면, 도 8(a)와 도 8(b) 에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)의 방전심도(DOD)의 범위가 0-100 [%], 전류량(Rate)가 1 [C], 온도가 25 [℃], 압력이 8 [kN] 인 경우, 배터리 셀(110)의 미충전시(SOC가 0 [%])에 열화도(SOH)가 91.3 [%] 이고, 충전시(SOC가 100 [%])에 열화도(SOH)가 100 [%] 인바, 동일한 온도와 압력하에서도, 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)가 달리 산출될 수 있다.
또한, 2) 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)는 동일한 압력데이타와 온도데이타를 기초로 한 경우라도, 배터리 셀(110)의 충전 또는 방전시의 전류량(Rate)에 따라, 달리 산출될 수 있다.
예를 들면, 도 7(b), 도 8(b) 및 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)의 방전심도(DOD)의 범위가 0-100 [%], 충전량(SOC)이 100[%], 온도가 25 [℃], 압력이 10 [kN] 인 경우, 단위 배터리 모듈(100)의 전류량(Rate)(0.5 [C], 1 [C], 2 [C])에 따라, 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)는 각각 97.5 [%], 98 [%], 99.2 [%]로 상이하게 산출될 수 있다.
나아가, 3) 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)는 동일한 압력데이타와 온도데이타를 기초로 한 경우라도, 배터리 셀(110)의 방전심도(DOD)에 따라, 달리 산출될 수 있다.
예를 들면, 도 8(b), 도 11(b), 및 도 14(b)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)의 전류량(Rate)가 1 [C], 충전량(SOC)이 100[%], 온도가 25 [℃], 압력이 10 [kN] 인 경우, 단위 배터리 모듈(100)의 방전심도(DOD)의 범위가 0-100 [%], 10-90 [%], 5-95 [%] 일 때의 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH)는 각각 98 [%], 96 [%], 96.7 [%]로 상이하게 산출될 수 있다.
이하에서, 배터리 셀(110)의 방전심도(DOD)의 범위, 전류량(Rate), 충전량(SOC)를 고려하여, 배터리 셀의 열화도(SOH)를 산출하는 방법을 설명한다.
컨트롤러(300)는 상기 센싱모듈로부터, 상기 배터리 셀(110)의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력에 의한 압력데이타와 상기 배터리 셀(110)의 온도데이타를 입력받고, 상기 전송받은 방전심도(DOD), 전류량(Rate) 및 충전량(SOC)을 기초로, 복수의 룩업테이블 중에서 하나의 룩업테이블을 결정한 후, 상기 결정된 룩업테이블에 기초하여, 상기 배터리 셀의 압력데이타와 온도데이타에 대응하는 상기 배터리 셀의 열화도(SOH)를 산출한다.
즉, 컨트롤러(300)는 단위 배터리 모듈(100)로부터 배터리 셀(110)의 압력 데이타와 온도 데이타가 전송된 경우, 전송받은 배터리 셀(110)의 방전심도(DOD)의 범위, 충전량(SOC), 전류량(Rate) 정보를 토대로, 배터리 셀(110)의 압력 데이타와 온도 데이타의 변화에 따라 산출된 복수의 룩업테이블(도 7(a) 내지 도 15(b)) 중에서 참조하기 위한 룩업테이블을 결정하고, 현재 배터리 셀(110)의 압력 데이타와 온도 데이타에 대응되는 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)를 산출할 수 있다.
여기에서, 배터리 셀(110)의 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)는 다양한 범위로 기설정될 수 있지만, 충전량(SOC)은 0 또는 100[%], 전류량(Rate)은 0.5, 1, 또는 2 [C], 방전심도(DOD)의 범위는 0-100, 10-90 또는 5-95 [%] 로 기설정된 복수의 룩업테이블(도 7(a) 내지 도 15(b))을 기초로 하여, 배터리 셀(110)의 현재 온도 및 압력에 대응하는 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH) 산출방법을 설명한다. 도 7(a) 내지 도 15(b)에 개시된 룩업테이블은 예시적인 것으로서, 컨트롤러(300)는 다양한 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD) 범위에 해당하는 룩업테이블을 이용할 수 있다. 또한, 룩업테이블의 열화도(SOH)가 100[%] 부터 80[%] 까지의 범위를 개시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 1) 배터리 셀(110)의 충전량(SOC)= 100 [%], 전류량(Rate)= 1 [C], 방전심도(DOD)= 0-100 [%], 압력 데이타= 15 [kN]이며, 온도 데이타= 25 [℃] 인 경우, 컨트롤러(300)는 먼저 복수의 룩업테이블(도 7(a) 내지 도 15(b)) 중에서 방전심도(DOD)가 0-100[%]에 해당하는 룩업테이블을 선택한다. 그 결과 도 7, 도 8, 도 9가 선택된다. 다음으로, 컨트롤러(300)는 복수의 룩업테이블(도 7, 도 8, 도 9) 중에서 전류량(Rate)이 1 [C]에 해당하는 룩업테이블을 선택한다. 그 결과 도 8(a) 및 도 8(b)가 선택된다. 다음으로, 컨트롤러(300)는 복수의 룩업테이블(도 8(a) 및 도 8(b)) 중에서 충전량(SOC)이 100 [%]에 해당하는 룩업테이블을 선택한다. 그 결과 선택된 도 8(b)가 열화도를 산출하기 위한 룩업테이블로 결정된다.
다음으로, 컨트롤러(300)는 최종선택된 도 8(b)에 기초하여, 배터리 셀(110)의 압력 데이타 및 온도 데이타에 대응하는 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)를 산출한다. 도 8(b)를 참조하면, 압력 데이타= 15 [kN]이며, 온도 데이타= 25 [℃] 인 경우, 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)는 92.5 [%]이므로, 컨트롤러(300)는 최종적으로 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)를 92.5[%]로 산출한다.
여기에서, 충전량(SOC), 전류량(Rate), 방전심도(DOD)를 고려하여 상기 룩업테이블을 선택하는 순서는 본 실시예로 제한되지 않으며, 전류량(Rate)에 해당하는 룩업테이블을 먼저 선택할 수도 있다.
예를 들면, 2) 배터리 셀(110)의 충전량(SOC)= 100 [%], 전류량(Rate)= 2 [C] , 방전심도(DOD)= 5-95 [%], 압력 데이타= 15 [kN]이며, 온도 데이타= 25 [℃] 인 경우, 컨트롤러(300)는 먼저 복수의 룩업테이블(도 7(a) 내지 도 15(b)) 중에서 전류량(Rate)이 2 [C]에 해당하는 룩업테이블을 선택한다. 그 결과 도 9, 도 12, 도 15가 선택된다. 다음으로, 컨트롤러(300)는 복수의 룩업테이블(도 9, 도 12, 도 15) 중에서 방전심도(DOD)가 0-100[%]에 해당하는 룩업테이블을 선택한다. 그 결과 도 15(a) 및 도 15(b)가 선택된다. 다음으로, 컨트롤러(300)는 복수의 룩업테이블(도 15(a) 및 도 15(b)) 중에서 충전량(SOC)이 100 [%]에 해당하는 룩업테이블을 선택한다. 그 결과 선택된 도 15(b)가 열화도를 산출하기 위한 룩업테이블로 결정된다.
다음으로, 컨트롤러(300)는 최종선택된 도 15(b)에 기초하여, 배터리 셀(110)의 압력 데이타 및 온도 데이타에 대응하는 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)를 산출한다. 도 15(b)를 참조하면, 압력 데이타= 15 [kN]이며, 온도 데이타= 25 [℃] 인 경우, 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)는 90 [%]이므로, 컨트롤러(300)는 최종적으로 배터리 셀(110)의 열화도(SOH)를 90 [%]로 산출한다.
따라서, 종래에 배터리 셀의 온도데이타 또는 압력데이타만을 기초로 배터리 셀의 열화도(SOH)를 산출하는 방법과는 달리, 현재 배터리 셀의 충전량(SOC), 전류량(Rate) 및 방전심도(DOD)를 고려한 단위 배터리 모듈(100)의 열화도(SOH) 산출방법은 신뢰성 있는 배터리 셀의 열화도(SOH) 판단방법을 제공한다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 열화도 산출방법은 상기 열화도 산출단계(S120) 이후에, 컨트롤러(140)에서 산출된 열화도(SOH)와 기설정된 기준값을 비교(S130)하여, 열화도(SOH)가 기설정된 기준값 이하이면 열화도 정보를 전송하는 단계(S140)를 더 포함한다.
기설정된 기준값은 배터리모듈(130)의 열화에 의한 단락 등의 고장을 예방하기 위하여, 배터리모듈(130)의 열화에 의한 급격한 성능저하가 발생하는 경계값 근처에서 선정될 수 있다.
그리고, 열화도(SOH)가 기준값 이하인 경우, 컨트롤러(300)는 배터리관리시스템(Battery Management System: BMS), 하이브리드제어유닛(Hybrid Control Unit: HCU) 등의 제어장치 또는 별도의 표시장치에 열화도 정보를 전송할 수 있다. 컨트롤러(300)로부터의 열화도 정보는 배터리관리시스템(200) 등에서 배터리모듈(10)의 냉각시스템을 제어하거나 또는 열화된 배터리모듈(10)의 차단여부 등의 판단을 위한 기초데이터가 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지모듈의 열화도 측정장치 및 열화도 측정방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 배터리모듈
100 : 단위 배터리 모듈 110 : 배터리 셀
111 : 양극판 112 : 분리막
113 : 음극판 120 : 센싱모듈
121 : 압력센서 122 : 필름
123 : 온도센서 130 : 케이스
200 : 배터리관리시스템(BMS) 300 : 컨트롤러

Claims (8)

  1. 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 내부에 배치되어, 상기 배터리 셀의 체적변화에 따른 압력과 상기 배터리 셀 내부의 온도를 센싱하는 센싱모듈; 및
    미리 저장된 복수의 룩업테이블 중에서, 상기 배터리 셀이 사용되는 방전심도(Depth of Discharge, 이하 DOD 라 함)의 범위, 충전 또는 방전시의 전류량(Rate), 충전량(State of Charge, 이하 SOC 라 함)에 대응하는 룩업테이블을 선택하고, 상기 센싱모듈이 센싱한 압력과 온도에 대응하는 열화도를 산출하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 복수의 룩업테이블은
    배터리 셀이 사용되는 방전심도(DOD)의 범위, 충전 또는 방전시의 전류량(Rate), 충전량(SOC)마다 하나의 룩업테이블이 형성되며, 상기 룩업테이블은 온도 및 압력의 변화에 따라 미리 산출된 열화도(SOH)를 포함하는, 단위 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센싱모듈은
    상기 배터리 셀의 전극의 일면에 면접하도록 구비되며, 상기 전극의 면적에 대응되는 크기를 갖는 필름;
    상기 필름상에 형성되며, 상기 배터리 셀의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력을 센싱하는 압력센서; 및
    상기 필름상에 형성되며, 상기 배터리 셀 내부의 온도를 센싱하는 온도센서를 포함하는 단위 배터리 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 센싱모듈은
    상기 배터리 셀의 음극판 일면에 면접하도록 구비되는 단위 배터리 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력센서는
    상기 배터리 셀의 팽창력에 대한 측정범위가 1 내지 10,000 [psi] 인 단위 배터리 모듈.
  5. 컨트롤러가 배터리 셀이 사용되는 방전심도(DOD)의 범위, 충전 또는 방전시의 전류량(Rate), 충전량(SOC)을 전송받는 정보수집단계;
    센싱모듈에 의해, 배터리 셀의 체적변화에 따른 두께방향으로의 팽창력에 의한 압력 데이타와 상기 배터리 셀 내부의 온도 데이타를 검출하는 데이타 검출단계;
    상기 컨트롤러는 센싱모듈로부터 상기 배터리 셀의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력에 의한 압력데이타와 상기 배터리 셀의 온도데이타를 입력받는 단계;
    상기 전송받은 배터리 셀이 사용되는 방전심도(DOD)의 범위, 충전 또는 방전시의 전류량(Rate), 충전량(SOC)을 기초로, 복수의 룩업테이블 중에서 하나의 룩업테이블을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 룩업테이블에 기초하여, 상기 배터리 셀의 압력데이타와 온도데이타에 대응하는 상기 배터리 셀의 열화도(SOH)를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 룩업테이블은
    배터리 셀이 사용되는 방전심도(DOD)의 범위, 충전 또는 방전시의 전류량(Rate), 충전량(SOC)마다 하나의 룩업테이블이 형성되며, 상기 룩업테이블은 온도 및 압력의 변화에 따라 미리 산출된 열화도를 포함하는, 배터리 셀의 열화도 산출방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 데이타 검출단계는
    압력센서에 의해, 상기 배터리 셀의 체적변화에 의한 두께방향으로의 팽창력에 비례하는 압력데이타를 검출하는 단계; 및
    온도센서에 의해, 상기 배터리 셀 내부의 온도에 비례하는 온도데이타를 검출하는 단계를 포함하는 배터리 셀의 열화도 산출방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020160039586A 2016-03-31 2016-03-31 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법 KR102470882B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160039586A KR102470882B1 (ko) 2016-03-31 2016-03-31 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160039586A KR102470882B1 (ko) 2016-03-31 2016-03-31 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170112490A KR20170112490A (ko) 2017-10-12
KR102470882B1 true KR102470882B1 (ko) 2022-11-25

Family

ID=60140179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160039586A KR102470882B1 (ko) 2016-03-31 2016-03-31 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102470882B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102255485B1 (ko) 2018-01-26 2021-05-24 주식회사 엘지에너지솔루션 Soh 분석 장치 및 방법
CN108565366B (zh) * 2018-03-14 2023-12-01 华霆（合肥）动力技术有限公司 热管理设备及电源装置
KR102079875B1 (ko) 2018-10-10 2020-02-19 한국전력공사 배터리의 열화 모듈 또는 열화 셀 검출장치 및 방법
CN110739495A (zh) * 2019-09-19 2020-01-31 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种储能电池模组热失控监测装置、系统和方法
KR20220093841A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 엘지에너지솔루션 파우치 셀 내압 측정용 연성인쇄회로기판 및 파우치 셀의 내부 압력 측정 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100740113B1 (ko) 2005-11-02 2007-07-16 삼성에스디아이 주식회사 배터리의 수명 판정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리시스템
KR20130040575A (ko) * 2011-10-14 2013-04-24 삼성에스디아이 주식회사 배터리의 고장 검출 장치 및 방법
KR102241683B1 (ko) * 2014-07-30 2021-04-19 삼성전자주식회사 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170112490A (ko) 2017-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9562948B2 (en) Control device for secondary battery, and SOC detection method
US9653724B2 (en) Secondary battery, and secondary battery module and secondary battery pack comprising the same
JP6021087B2 (ja) 混合正極材を含む二次電池のためのシステム、混合正極材を含む二次電池の管理装置及び方法
KR102470882B1 (ko) 단위배터리 모듈 및 배터리 셀의 열화도 산출방법
KR101611116B1 (ko) 2차 전지의 제어 장치, 충전 제어 방법 및 soc 검출 방법
JP5904039B2 (ja) 二次電池の制御装置
JP2007250299A (ja) 非水電解液二次電池
EP2427932B1 (en) System and method for pressure determination in a li-ion battery
CN109791181B (zh) 蓄电元件的soc估计装置、蓄电装置、蓄电元件的soc估计方法
US20190361076A1 (en) Secondary battery degradation state estimation method, degradation state estimation device, control method, and control system
JP2016110917A (ja) リチウムイオン二次電池および電池システム
KR101806416B1 (ko) 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 리튬 이온 이차 전지
KR20130089376A (ko) 온도 센서를 포함하는 이차전지
KR20170020275A (ko) 배터리 셀용 전극 유닛, 배터리 셀, 및 배터리 셀 작동 방법
US20170271669A1 (en) Composite Anode for a Galvanic Cell and a Galvanic Cell
WO2017110662A1 (ja) リチウムイオン電池
CN116670525A (zh) 确定电池的充电曲线的方法和使用该方法的电池充电系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant