KR102538419B1 - Method of measuring internal resistance of battery by current cut-off and method of measuring state of charge using same - Google Patents

Method of measuring internal resistance of battery by current cut-off and method of measuring state of charge using same Download PDF

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Abstract

전류차단법에 의한 배터리의 내부저항 측정방법 및 그를 이용한 배터리 잔존 용량의 측정방법이 개시된다. 상기 배터리의 내부저항 측정방법은 (a) 배터리를 충전 또는 방전하면서 상기 배터리의 전류(I0)를 차단한 때의 상기 배터리의 차단 초기 전압(V0)을 측정하는 단계; (b) 상기 전류 차단 후 제1 시간 경과한 때 상기 배터리의 제1 전압(V1)을 측정하는 단계; (c) 상기 전류 차단 후 제2 시간 경과한 때 상기 배터리의 제2 전압(V2)을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 차단 초기 전압(V0), 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 오믹저항(ohmic resistance) 및 분극저항(polarization resistance)을 포함하는 내부저항을 계산하는 단계;를 포함함으로써 배터리의 오믹저항 및 분극저항을 각각 측정할 수 있고 이를 이용해 배터리 잔존 용량을 측정할 수 있다.Disclosed are a method for measuring the internal resistance of a battery by a current cut-off method and a method for measuring the remaining capacity of a battery using the same. The internal resistance measuring method of the battery includes (a) measuring an initial cut-off voltage (V 0 ) of the battery when the current (I 0 ) of the battery is cut off while charging or discharging the battery; (b) measuring a first voltage (V 1 ) of the battery when a first time elapses after the current is cut off; (c) measuring a second voltage (V 2 ) of the battery when a second time elapses after the current is cut off; And (d) an internal including ohmic resistance and polarization resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ), the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ). By including the step of calculating the resistance, the ohmic resistance and polarization resistance of the battery can be measured, and the remaining capacity of the battery can be measured using this.

Description

전류차단법에 의한 배터리의 내부저항 측정방법 및 그를 이용한 배터리 잔존 용량의 측정방법{METHOD OF MEASURING INTERNAL RESISTANCE OF BATTERY BY CURRENT CUT-OFF AND METHOD OF MEASURING STATE OF CHARGE USING SAME}Method for measuring internal resistance of battery by current cut-off method and method for measuring residual capacity of battery using the same

본 발명은 전류차단법에 의한 배터리의 내부저항 측정방법 및 그를 이용한 배터리 잔존 용량의 측정방법에 관한 것으로 상세하게는, 배터리를 충전 또는 방전한 후 전류를 차단시키고 일정 시간에 따른 전압을 측정함으로써 배터리의 내부저항을 측정하고 이를 이용해 배터리 잔존 용량을 측정하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring the internal resistance of a battery by a current cut-off method and a method for measuring the remaining capacity of a battery using the same, and more particularly, by cutting off the current after charging or discharging the battery and measuring the voltage over a certain period of time. It relates to a method of measuring internal resistance and using it to measure remaining capacity of a battery.

전기차 및 ESS용 배터리 팩의 성능열화 정도를 파악하고 열화원인을 정확하게 파악하기 위해서는 배터리의 저항성분의 특성 파악이 중요하다. 배터리의 내부 저항을 측정하는 대표적인 방법은 전류차단법과 교류 임피던스법이 있다.It is important to understand the characteristics of the resistance component of the battery in order to understand the degree of deterioration of battery packs for electric vehicles and ESS and to accurately identify the cause of deterioration. Representative methods for measuring the internal resistance of a battery include a current blocking method and an AC impedance method.

교류 임피던스 측정법은 특정 주파수에 나타나는 배터리의 저항 값을 측정하여 특성을 파악하는 것이지만, 임피던스법 측정법을 이용해 배터리 팩의 각 단위셀 저항 성분을 모두 측정하기 위해서는 순차적으로 모든 셀을 개별 시험하거나 측정할 셀의 수만큼 교류 전류를 동시에 입력하기 위한 설비가 필요하여 설비 구성이 복잡해지고 비용이 증가하게 된다. The AC impedance measurement method measures the resistance value of a battery at a specific frequency to determine its characteristics. Equipment for simultaneously inputting alternating current as much as the number of is required, which complicates the equipment configuration and increases cost.

반면, 전류차단법은 교류 임피던스 측정법에 비하여 상대적으로 분석 장치가 간단하고 전류 차단 시 순간적으로 나타나는 전압 변화를 관측하여 수초 이내에 빠르게 저항을 측정할 수 있다. 또한, 상기의 전류차단법은 전기차 및 ESS용 배터리 팩의 BMS와 연계하여 각 단위셀의 전압측정이 가능하여 별도의 추가 설비 없이 내부 저항을 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다. On the other hand, the current blocking method has a relatively simple analysis device compared to the AC impedance measurement method, and can quickly measure resistance within a few seconds by observing a voltage change that appears instantaneously when current is cut off. In addition, the current blocking method has the advantage of being able to measure the internal resistance without additional equipment because it is possible to measure the voltage of each unit cell in connection with the BMS of the battery pack for electric vehicles and ESS.

하지만, 전류차단법은 오로지 오믹저항만 측정하고 가능하여 배터리 팩의 성능열화 원인 규명 및 상태 예측을 하는데 한계가 있다.However, since the current blocking method can measure only the ohmic resistance, there is a limit to identifying the cause of performance deterioration and predicting the state of the battery pack.

따라서, 배터리 팩의 성능열화 원인을 규명하고, 상태를 예측할 수 있는 방법에 관한 기술 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a method for identifying the cause of performance deterioration of a battery pack and predicting its state.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 배터리 내부의 오믹저항과 분극저항을 구분하여 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method capable of separately measuring ohmic resistance and polarization resistance inside a battery.

본 발명의 또 다른 목적은 배터리 팩의 성능열화 원인을 규명하고, 상태를 예측할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for identifying the cause of performance deterioration of a battery pack and predicting its condition.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 배터리를 충전 또는 방전하면서 상기 배터리의 전류(I0)를 차단한 때의 상기 배터리의 차단 초기 전압(V0)을 측정하는 단계; (b) 상기 전류 차단 후 제1 시간 경과한 때 상기 배터리의 제1 전압(V1)을 측정하는 단계; (c) 상기 전류 차단 후 제2 시간 경과한 때 상기 배터리의 제2 전압(V2)을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 차단 초기 전압(V0), 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 오믹저항(ohmic resistance) 및 분극저항(polarization resistance)을 포함하는 내부저항을 계산하는 단계;를 포함하는 배터리의 내부저항 측정방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, (a) measuring an initial cut-off voltage (V 0 ) of the battery when the current (I 0 ) of the battery is cut off while charging or discharging the battery; (b) measuring a first voltage (V 1 ) of the battery when a first time elapses after the current is cut off; (c) measuring a second voltage (V 2 ) of the battery when a second time elapses after the current is cut off; And (d) an internal including ohmic resistance and polarization resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ), the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ). There is provided a method for measuring the internal resistance of a battery including; calculating the resistance.

또한, 상기 오믹저항이 전기적으로 발생하는 저항이고, 상기 전기적으로 발생하는 저항이 전극의 내부 저항, 전해질의 내부 저항 및 접촉저항으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the ohmic resistance is electrically generated resistance, and the electrically generated resistance may include at least one selected from the group consisting of electrode internal resistance, electrolyte internal resistance, and contact resistance.

또한, 상기 분극저항이 전기화학적 반응에서 발생하는 저항이고, 상기 전기화학적 반응에서 발생하는 저항이 전하이동저항, 이온확산저항 및 활성화저항으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the polarization resistance is resistance generated from an electrochemical reaction, and the resistance generated from the electrochemical reaction may include at least one selected from the group consisting of charge transfer resistance, ion diffusion resistance, and activation resistance.

또한, 상기 제1 전압(V1)은 상기 차단 초기 전압(V0)에서 오믹저항으로 발생한 오믹전압(Vohmic) 손실이 회복된 전압이고, 상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)에서 분극저항으로 발생한 분극전압(Vpol) 손실이 회복된 전압인 것일 수 있다.In addition, the first voltage (V 1 ) is a voltage obtained by recovering the ohmic voltage (V ohmic ) loss caused by the ohmic resistance in the cut-off initial voltage (V 0 ), and the second voltage (V 2 ) is the first voltage The polarization voltage (V pol ) loss caused by the polarization resistance at (V 1 ) may be a recovered voltage.

또한, 상기 분극전압 손실이 회복된 전압이 개방전압(Voc)일 수 있다.Also, the voltage at which the polarization voltage loss is recovered may be an open circuit voltage (V oc ).

또한, 상기 제1 시간이 0 초 초과 내지 1 초 이하(0<t1(sec)≤1)일 수 있다.In addition, the first time may be greater than 0 seconds or less than 1 second (0<t 1 (sec) ≤ 1).

또한, 상기 제2 시간이 1 초 초과 내지 3,600 초 이하(1<t2(sec)≤3,600)일 수 있다.Also, the second time period may be greater than 1 second to less than 3,600 seconds (1<t 2 (sec) ≤ 3,600).

또한, 상기 단계 (d)가 (d-1) 상기 차단 초기 전압(V0) 및 상기 제1 전압(V1)을 이용하여 오믹저항을 계산하는 단계; 및 (d-2) 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 분극저항을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step (d) may include (d-1) calculating an ohmic resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ) and the first voltage (V 1 ); and (d-2) calculating polarization resistance using the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ).

또한, 상기 단계 (d-1)에서, 상기 오믹저항이 아래 식 1을 이용하여 계산되는 것일 수 있다.In addition, in the step (d-1), the ohmic resistance may be calculated using Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

오믹저항 = (|V1 - V0|)/I0 Ohmic resistance = (|V 1 - V 0 |)/I 0

상기 식 1에서,In Equation 1 above,

V1은 제1 전압이고,V 1 is a first voltage;

V0은 차단 초기 전압이고,V 0 is the cut-off initial voltage,

I0은 차단 시의 전류이다.I 0 is the current at break.

또한, 상기 단계 (d-2)에서, 상기 분극저항이 아래 식 2를 이용하여 계산되는 것일 수 있다.In addition, in the step (d-2), the polarization resistance may be calculated using Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

분극저항 = (|V2 - V1|)/I0 Polarization resistance = (|V 2 - V 1 |)/I 0

상기 식 2에서,In Equation 2 above,

V2는 제2 전압이고,V 2 is a second voltage;

V1은 제1 전압이고,V 1 is a first voltage;

I0은 차단 시의 전류이다.I 0 is the current at break.

또한, 상기 배터리의 내부저항 측정방법이 상기 단계 (d-2) 이후에, (d-3) 상기 오믹저항과 상기 분극저항을 합하여 배터리의 총 내부저항을 구하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for measuring the internal resistance of the battery may further include, after the step (d-2), (d-3) calculating the total internal resistance of the battery by adding the ohmic resistance and the polarization resistance. .

또한, 상기 배터리가 리튬이차전지일 수 있다.Also, the battery may be a lithium secondary battery.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, 상기 배터리의 내부저항 측정방법을 사용한 배터리의 내부저항 측정장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, an apparatus for measuring internal resistance of a battery using the method for measuring internal resistance of a battery is provided.

본 발명의 또 다른 하나의 측면에 따르면, (1) 충방전을 진행하기 전 배터리의 초기 용량을 측정하는 단계; (2) 상기 배터리의 내부저항 측정방법을 이용해 배터리의 내부저항을 측정하는 단계; 및 (3) 상기 내부저항을 이용해 상기 배터리의 잔존 용량(state of charge, SOC)을 측정하는 단계;를 포함하고, 상기 내부저항은 오믹저항 및 분극저항을 포함하는 것인, 배터리 잔존 용량의 측정방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (1) measuring the initial capacity of the battery before charging and discharging; (2) measuring the internal resistance of the battery using the method for measuring the internal resistance of the battery; and (3) measuring a state of charge (SOC) of the battery using the internal resistance, wherein the internal resistance includes ohmic resistance and polarization resistance. A method is provided.

또한, 상기 배터리 잔존 용량의 측정방법이 상기 단계 (2)전에, (2') 상기 배터리의 충방전을 단수회 또는 복수회 진행하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for measuring the remaining capacity of the battery may further include, prior to the step (2), (2') charging and discharging the battery singly or multiple times.

또한, 상기 단계 (3)이 상기 내부저항과 아래 식 3을 이용하여 배터리 잔존 용량을 측정하는 것일 수 있다.In addition, the step (3) may be to measure the remaining capacity of the battery using the internal resistance and Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

배터리 잔존 용량 [Ah] = α - β × Rohmic - γ × Rpol Battery remaining capacity [Ah] = α - β × R ohmic - γ × R pol

상기 식 3에서,In Equation 3 above,

α는 Ah 단위를 갖는 상수이고.α is a constant with units of Ah.

β, γ는 각각 독립적으로 Ah/Ω 단위를 갖는 상수이고, β and γ are constants each independently having units of Ah/Ω,

Rohmic은 오믹저항이고,R ohmic is the ohmic resistance,

Rpol은 분극저항이다.R pol is the polarization resistance.

또한, 상기 α, β, γ가 각각 독립적으로 선형회귀법으로 구해질 수 있다.In addition, the α, β, and γ may be independently obtained by linear regression.

또한, 상기 배터리 잔존 용량의 측정방법이 상기 단계 (3) 이후에, (4) 상기 배터리 잔존 용량으로부터 배터리의 잔존 수명을 예측하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for measuring the remaining battery capacity may further include, after the step (3), (4) estimating the remaining life of the battery from the remaining battery capacity.

본 발명의 배터리의 내부저항 측정방법은 전류차단법을 이용하여 배터리를 충전 또는 방전한 후 전류를 차단시키고 일정 시간에 따른 전압을 측정함으로써 배터리 내부의 오믹저항과 분극저항을 구분하여 측정할 수 있다.In the method for measuring the internal resistance of a battery according to the present invention, the ohmic resistance and polarization resistance inside the battery can be separately measured by charging or discharging the battery using the current blocking method, then cutting off the current and measuring the voltage over a certain period of time.

또한, 본 발명의 배터리 잔존 용량의 측정방법은 상기 배터리의 내부저항 측정방법을 포함함으로써 배터리 팩의 성능열화 원인을 규명하고, 상태를 예측할 수 있다.In addition, the method for measuring the remaining capacity of a battery according to the present invention includes a method for measuring the internal resistance of the battery, so that the cause of performance deterioration of the battery pack can be identified and the state can be predicted.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 배터리 충전 시 전극에서 발생하는 전압손실(과전압)에 관한 그래프이다.
도 2는 배터리 충전 시 관측되는 개방 전압(VOC) 및 터미널 전압(Vt)에 관한 그래프이다.
도 3은 배터리 방전 시 전극에서 발생하는 전압손실(과전압)에 관한 그래프이다.
도 4는 배터리 방전 시 관측되는 개방 전압(VOC) 및 터미널 전압(Vt)에 관한 그래프이다.
도 5는 배터리 충전 중 전류 차단 시 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 배터리 방전 중 전류 차단 시 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예에서 사용된 파우치 배터리 및 재원을 나타낸 것이다.
도 8은 충전된 배터리(도 7의 파우치 배터리)를 3V까지 방전 후 전류 차단 및 배터리 휴지 시간 동안 전압의 변화를 관찰한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 측정된 싸이클별 배터리의 총 내부저항과, 상기 배터리의 싸이클별 용량 및 작동온도를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 측정된 싸이클별 배터리의 오믹저항, 분극저항 및 총 내부저항과, 상기 배터리의 싸이클별 작동온도를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 측정된 배터리 내부저항(오믹저항, 분극저항 및 총 내부저항)과 배터리 용량과의 상관관계를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 예측된 배터리 잔존 용량과 실측값을 나타낸 것이다.
Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a graph of voltage loss (overvoltage) occurring at electrodes during battery charging.
2 is a graph of open-circuit voltage (V OC ) and terminal voltage (V t ) observed during battery charging.
3 is a graph of voltage loss (overvoltage) occurring at electrodes during battery discharge.
4 is a graph of open-circuit voltage (V OC ) and terminal voltage (V t ) observed during battery discharge.
5 shows a change in voltage when the current is cut off during battery charging.
6 illustrates a change in voltage when current is cut off during battery discharge.
7 shows the pouch battery and materials used in the examples.
FIG. 8 is an observation of a change in voltage during current cut-off and battery idle time after discharging the charged battery (pouch battery of FIG. 7) to 3V.
FIG. 9 shows the total internal resistance of the battery for each cycle measured according to an embodiment of the present invention, and the capacity and operating temperature of the battery for each cycle.
10 shows the ohmic resistance, polarization resistance, and total internal resistance of the battery for each cycle measured according to an embodiment of the present invention, and the operating temperature of the battery for each cycle.
11 illustrates a correlation between battery internal resistance (ohmic resistance, polarization resistance, and total internal resistance) measured according to an embodiment of the present invention and battery capacity.
12 shows predicted remaining capacity of a battery and measured values according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, elements, or combinations thereof is not precluded.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Also, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when a component is referred to as being “formed” or “layered” on another component, it may be formed or laminated directly on the front or one side of the surface of the other component, but intermediate It should be understood that other components may be further present.

이하, 본 발명의 전류차단법에 의한 배터리의 내부저항 측정방법 및 그를 이용한 배터리 잔존 용량의 측정방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a method for measuring the internal resistance of a battery according to the current blocking method and a method for measuring the remaining capacity of a battery using the method according to the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

도 1은 배터리 충전 시 전극에서 발생하는 전압손실(과전압)에 관한 그래프이고, 도 2는 배터리 충전 시 관측되는 개방 전압(VOC) 및 터미널 전압(Vt)에 관한 그래프이다.1 is a graph of voltage loss (overvoltage) occurring at electrodes during battery charging, and FIG. 2 is a graph of open circuit voltage (V OC ) and terminal voltage (V t ) observed during battery charging.

도 1을 참고하면, 가로축은 충전용량(Ah)을 나타내고, 세로축은 전지 내부의 전위를 나타내며, 충전 중인 배터리의 전압손실의 성분은 양극과 음극에서 발생하는 저항성분에 의해 발생한다. 각 전극에서 발생하는 전압손실에 의해 배터리의 충전 전압은 도 2와 같이 배터리의 개방전압보다 높은 충전 전압이 측정된다. 측정되는 터미널 전압(Vt)은 배터리의 개방전압(Voc)과 오믹저항(Rohmic)에 의해 발생하는 오믹전압(Vohmic) 손실, 분극저항(Rpol)에 의해 발생하는 분극전압(Vpol) 손실로 구성되어 아래의 식 4의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 1 , the horizontal axis represents the charge capacity (Ah), the vertical axis represents the potential inside the battery, and the component of the voltage loss of the battery being charged is caused by the resistance component generated from the positive electrode and the negative electrode. As shown in FIG. 2, a charging voltage higher than the open-circuit voltage of the battery is measured by the voltage loss generated at each electrode. The measured terminal voltage (V t ) is the battery's open-circuit voltage (V oc ), the ohmic voltage (V ohmic ) loss caused by the ohmic resistance (R ohmic ), and the polarization voltage (V ) caused by the polarization resistance (R pol ). pol ) loss and can have the relationship of Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

Vt = Voc + Vohmic + Vpol V t = V oc + V ohmic + V pol

도 3은 배터리 방전 시 전극에서 발생하는 전압손실(과전압)에 관한 그래프이고, 도 4는 배터리 방전 시 관측되는 개방 전압(VOC) 및 터미널 전압(Vt)에 관한 그래프이다.3 is a graph of voltage loss (overvoltage) occurring at electrodes during battery discharge, and FIG. 4 is a graph of open-circuit voltage (V OC ) and terminal voltage (V t ) observed during battery discharge.

도 3 및 4를 참고하면, 배 터리 방전시에도 상기의 충전시와 유사하게 저항성분에 의해 전압손실이 발생하며 관측되는 터미널 전압(Vt)은 식 5의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, even when the battery is discharged, a voltage loss occurs due to a resistance component similarly to the case of charging, and the observed terminal voltage (V t ) may have the relationship of Equation 5.

[식 5][Equation 5]

Vt = Voc - Vohmic - Vpol V t = V oc - V ohmic - V pol

도 5는 배터리 충전 중 전류 차단 시 전압의 변화를 나타낸 것이고, 도 6은 배터리 방전 중 전류 차단 시 전압의 변화를 나타낸 것이다.5 shows a change in voltage when current is cut off during battery charging, and FIG. 6 shows a change in voltage when current is cut off during battery discharge.

도 5 및 6을 참고하면, 전류가 차단된 배터리의 전압은 시간이 지남에 따라 개방전압(Voc)으로 회복되는 것을 확인할 수 있다. 전류가 차단될 때 초기 수십 ~ 수백 마이크로 초단위에서 급격한 전압변화의 발생은 오믹저항(Rohmic)으로 발생한 오믹전압(Vohmic)손실이 전류가 차단됨과 동시에 선형적으로 회복하는 것을 의미한다. 초기 급격한 전압변화 이후 전하이동저항(Rct), 이온확산저항(Rd), 활성화저항 등의 전기화학적 반응에서 발생한 분극전압(Vpol)손실이 수분 ~ 수십분에 결쳐 순차적으로 천천히 회복하면서 종래에는 개방전압(Voc)에 이른다. Referring to FIGS. 5 and 6 , it can be seen that the voltage of the battery from which the current is cut off recovers to the open-circuit voltage (V oc ) over time. When the current is cut off, the sudden voltage change in the initial unit of tens to hundreds of microseconds means that the ohmic voltage (V ohmic ) loss generated by the ohmic resistance (R ohmic ) recovers linearly as soon as the current is cut off. After the initial rapid voltage change, the loss of polarization voltage (V pol ) caused by electrochemical reactions such as charge transfer resistance (R ct ), ion diffusion resistance (R d ), and activation resistance slowly recovers sequentially over several minutes to several tens of minutes. It reaches the open-circuit voltage (V oc ).

상기와 같은 방식으로 전류가 차단된 시점에서 설정한 시간 조건을 만족하는 전압 값과 차단된 전류(I) 값을 활용하여 옴의 저항공식인 식 6으로 오믹저항(Rohmic)과 분극저항(Rpol)을 계산할 수 있다. 예를 들어, 전류 차단 직전의 제1 전압(V1), 전류 차단 500 ms 후 제2 전압(V2), 10 min 후 제3 전압(V3)를 감지하여 상기 제1 전압(V1)과 상기 제2 전압(V2) 사이의 차이값으로 오믹전압(Vohmic) 손실을 연산할 수 있다. 또한, 상기 제2 전압(V2)과 상기 제3 전압(V3) 사이의 차이값으로 분극전압(Vpol) 손실을 연산할 수 있다. Ohmic resistance (R ohmic ) and polarization resistance (R pol ) can be calculated. For example, by detecting the first voltage (V 1 ) immediately before current blocking, the second voltage (V 2 ) after 500 ms of current blocking, and the third voltage (V 3 ) after 10 min, the first voltage (V 1 ) An ohmic voltage (V ohmic ) loss may be calculated using a difference between V and the second voltage (V 2 ). In addition, the polarization voltage (V pol ) loss may be calculated as a difference between the second voltage (V 2 ) and the third voltage (V 3 ).

[식 6][Equation 6]

R = V / I R = V/I

상기 식 6에서, In Equation 6 above,

R은 저항, V는 전압, I는 전류이다.R is resistance, V is voltage, and I is current.

도 5 및 6을 참고하면, 본 발명은 (a) 배터리를 충전 또는 방전하면서 상기 배터리의 전류(I0)를 차단한 때의 상기 배터리의 차단 초기 전압(V0)을 측정하는 단계; (b) 상기 전류 차단 후 제1 시간 경과한 때 상기 배터리의 제1 전압(V1)을 측정하는 단계; (c) 상기 전류 차단 후 제2 시간 경과한 때 상기 배터리의 제2 전압(V2)을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 차단 초기 전압(V0), 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 오믹저항(ohmic resistance) 및 분극저항(polarization resistance)을 포함하는 내부저항을 계산하는 단계;를 포함하는 배터리의 내부저항 측정방법을 제공한다.Referring to Figures 5 and 6, the present invention includes (a) measuring an initial cut-off voltage (V 0 ) of the battery when the current (I 0 ) of the battery is cut off while charging or discharging the battery; (b) measuring a first voltage (V 1 ) of the battery when a first time elapses after the current is cut off; (c) measuring a second voltage (V 2 ) of the battery when a second time elapses after the current is cut off; And (d) an internal including ohmic resistance and polarization resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ), the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ). It provides a method for measuring the internal resistance of a battery including; calculating the resistance.

또한, 상기 오믹저항이 전기적으로 발생하는 저항이고, 상기 전기적으로 발생하는 저항이 전극의 내부 저항, 전해질의 내부 저항 및 접촉저항으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.In addition, the ohmic resistance may be electrically generated resistance, and the electrically generated resistance may include at least one selected from the group consisting of electrode internal resistance, electrolyte internal resistance, and contact resistance.

또한, 상기 분극저항이 전기화학적 반응에서 발생하는 저항이고, 상기 전기화학적 반응에서 발생하는 저항이 전하이동저항, 이온확산저항 및 활성화저항으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.Further, the polarization resistance may be resistance generated from an electrochemical reaction, and the resistance generated from the electrochemical reaction may include at least one selected from the group consisting of charge transfer resistance, ion diffusion resistance, and activation resistance.

또한, 상기 제1 전압(V1)은 상기 차단 초기 전압(V0)에서 오믹저항으로 발생한 오믹전압(Vohmic) 손실이 회복된 전압이고, 상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)에서 분극저항으로 발생한 분극전압(Vpol) 손실이 회복된 전압인 것일 수 있다.In addition, the first voltage (V 1 ) is a voltage obtained by recovering the ohmic voltage (V ohmic ) loss caused by the ohmic resistance in the cut-off initial voltage (V 0 ), and the second voltage (V 2 ) is the first voltage The polarization voltage (V pol ) loss caused by the polarization resistance at (V 1 ) may be a recovered voltage.

또한, 상기 분극전압 손실이 회복된 전압이 개방전압(Voc)일 수 있다.Also, the voltage at which the polarization voltage loss is recovered may be an open circuit voltage (V oc ).

또한, 상기 제1 시간이 0 초 초과 내지 1 초 이하(0<t1(sec)≤1)일 수 있고, 바람직하게는 0.3 초일 수 있다. 상기 제1 시간(t1)이 0 초 이하일 경우 제1 전압과 동일한 값의 제2 전압을 얻게 되어 오믹저항으로 발생한 오믹전압 손실이 회복된 전압을 알 수 없어 바람직하지 않고, 1 초를 초과할 경우, 오믹저항으로 발생한 오믹전압 손실이 회복된 전압 뿐만 아닌 분극저항으로 발생한 분극전압 손실이 회복된 전압도 함께 측정되어 정확한 값을 도출하기 어려워 바람직하지 않다.In addition, the first time may be greater than 0 seconds to less than 1 second (0<t 1 (sec) ≤ 1), preferably 0.3 seconds. When the first time (t 1 ) is 0 seconds or less, a second voltage having the same value as the first voltage is obtained, and the voltage recovered from the ohmic voltage loss caused by the ohmic resistance cannot be known, which is undesirable and may exceed 1 second. In this case, not only the voltage in which the ohmic voltage loss caused by the ohmic resistance is recovered, but also the voltage in which the polarization voltage loss caused by the polarization resistance is recovered, so it is difficult to derive an accurate value.

또한, 상기 제2 시간(t2)이 1 초 초과 내지 3,600 초 이하(1<t2(sec)≤3,600)일 수 있고, 바람직하게는 600 내지 3,600 초(600≤t2(sec)≤3,600)일 수 있다. 상기 제2 시간이 1 초 이상일 경우 분극저항으로 발생한 분극전압 손실이 회복된 전압 뿐만 아닌 오믹저항으로 발생한 오믹전압 손실이 회복된 전압도 함께 측정되어 정확한 값을 도출하기 어려워 바람직하지 않고, 3,600 초를 초과할 경우 전압손실이 대부분 회복되어 이후 전압 값의 변화가 미비하여 시간 경과에 따른 유의미한 결과가 도출되지 않아 바람직하지 않다. In addition, the second time (t 2 ) may be greater than 1 second to 3,600 seconds or less (1<t 2 (sec) ≤ 3,600), preferably 600 to 3,600 seconds (600 ≤ t 2 (sec) ≤ 3,600 ) can be. If the second time is longer than 1 second, not only the voltage recovered from the polarization voltage loss caused by the polarization resistance but also the voltage recovered from the ohmic voltage loss caused by the ohmic resistance is measured together, making it difficult to derive an accurate value. If it exceeds, it is undesirable because most of the voltage loss is recovered, and since the change in voltage value is insignificant, no meaningful results are obtained over time.

또한, 상기 단계 (d)가 (d-1) 상기 차단 초기 전압(V0) 및 상기 제1 전압(V1)을 이용하여 오믹저항을 계산하는 단계; 및 (d-2) 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 분극저항을 계산하는 단계;를 포함 할 수 있다.In addition, the step (d) may include (d-1) calculating an ohmic resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ) and the first voltage (V 1 ); and (d-2) calculating polarization resistance using the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ).

또한, 상기 오믹저항이 아래 식 1을 이용하여 계산되는 것일 수 있다.In addition, the ohmic resistance may be calculated using Equation 1 below.

[식 1] [Equation 1]

오믹저항 = (|V1 - V0|)/I0 Ohmic resistance = (|V 1 - V 0 |)/I 0

상기 식 1에서,In Equation 1 above,

V1은 제1 전압이고,V 1 is a first voltage;

V0은 차단 초기 전압이고,V 0 is the cut-off initial voltage,

I0은 차단 시의 전류이다.I 0 is the current at break.

또한, 상기 단계 (d-2)에서, 상기 분극저항이 아래 식 2를 이용하여 계산되는 것일 수 있다.In addition, in the step (d-2), the polarization resistance may be calculated using Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

분극저항 = (|V2 - V1|)/I0 Polarization resistance = (|V 2 - V 1 |)/I 0

상기 식 2에서,In Equation 2 above,

V2는 제2 전압이고,V 2 is a second voltage;

V1은 제1 전압이고,V 1 is a first voltage;

I0은 차단 시의 전류이다.I 0 is the current at break.

또한, 상기 배터리의 내부저항 측정방법이 상기 단계 (d-2) 이후에, (d-3) 상기 오믹저항과 상기 분극저항을 합하여 배터리의 총 내부저항을 구하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for measuring the internal resistance of the battery may further include, after the step (d-2), (d-3) calculating the total internal resistance of the battery by adding the ohmic resistance and the polarization resistance. .

또한, 상기 배터리가 리튬이차전지일 수 있다.Also, the battery may be a lithium secondary battery.

본 발명은 상기 배터리의 내부저항 측정방법을 사용한 배터리의 내부저항 측정장치를 제공한다.The present invention provides a device for measuring internal resistance of a battery using the method for measuring internal resistance of a battery.

본 발명은 (1) 충방전을 진행하기 전 배터리의 초기 용량을 측정하는 단계; (2) 상기 배터리의 내부저항 측정방법을 이용해 배터리의 내부저항을 측정하는 단계; 및 (3) 상기 내부저항을 이용해 상기 배터리의 잔존 용량(state of charge, SOC)을 측정하는 단계;를 포함하고, 상기 내부저항은 오믹저항 및 분극저항을 포함하는 것인, 배터리 잔존 용량의 측정방법을 제공한다.The present invention includes (1) measuring an initial capacity of a battery before charging and discharging; (2) measuring the internal resistance of the battery using the method for measuring the internal resistance of the battery; and (3) measuring a state of charge (SOC) of the battery using the internal resistance, wherein the internal resistance includes ohmic resistance and polarization resistance. provides a way

또한, 상기 배터리 잔존 용량의 측정방법이 상기 단계 (2)전에, (2') 상기 배터리의 충방전을 단수회 또는 복수회 진행하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for measuring the remaining capacity of the battery may further include, prior to the step (2), (2') charging and discharging the battery singly or multiple times.

또한, 상기 단계 (3)이 상기 내부저항과 아래 식 3을 이용하여 배터리 잔존 용량을 측정하는 것일 수 있다.In addition, the step (3) may be to measure the remaining capacity of the battery using the internal resistance and Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

배터리 잔존 용량 [Ah] = α - β × Rohmic - γ × Rpol Battery remaining capacity [Ah] = α - β × R ohmic - γ × R pol

상기 식 3에서,In Equation 3 above,

α는 Ah 단위를 갖는 상수이고.α is a constant with units of Ah.

β, γ는 각각 독립적으로 Ah/Ω 단위를 갖는 상수이고, β and γ are constants each independently having units of Ah/Ω,

Rohmic은 오믹저항이고,R ohmic is the ohmic resistance,

Rpol은 분극저항이다.R pol is the polarization resistance.

또한, 상기 α, β, γ가 각각 독립적으로 선형회귀법으로 구해질 수 있다. 상세하게는, 상기 α, β, γ는 배터리의 종류 및 크기에 따라 달라지며 선형회귀법으로 그 값을 구할 수 있다.In addition, the α, β, and γ may be independently obtained by linear regression. Specifically, α, β, and γ vary depending on the type and size of the battery, and their values can be obtained through a linear regression method.

또한, 상기 배터리 잔존 용량의 측정방법이 상기 단계 (3) 이후에, (4) 상기 배터리 잔존 용량으로부터 배터리의 잔존 수명을 예측하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for measuring the remaining battery capacity may further include, after the step (3), (4) estimating the remaining life of the battery from the remaining battery capacity.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.

실시예 1: 배터리의 내부저항 측정Example 1: Measuring the internal resistance of a battery

도 7은 실시예에서 사용된 파우치 배터리 및 재원을 나타낸 것이다. 도 7과 같은 24 A급 파우치 배터리를 아래 표 1과 같은 충방전 조건으로 연속 충방전 실험을 진행하고, 싸이클 도중 배터리의 작동온도를 조절하여 연속실험을 진행하였다.7 shows the pouch battery and materials used in the examples. A 24 A-class pouch battery as shown in FIG. 7 was subjected to continuous charge and discharge experiments under the charge and discharge conditions shown in Table 1 below, and the continuous experiments were conducted by adjusting the operating temperature of the battery during the cycle.

싸이클 구간cycle section 작동전압 범위operating voltage range 충전전류charging current 방전전류discharge current 작동온도operating temperature 1 ~ 5801 to 580 3.0 ~ 4.2 V3.0 to 4.2V 24 A (1 C)24 A (1 C) 48 A (2 C)48 A (2 C) 40 ~ 45 ℃40~45℃ 580 ~ 1,000580 to 1,000 30 ~ 40 ℃30 ~ 40 ℃ 1,000 ~ 1,1671,000 to 1,167 43 ~ 44 ℃43 ~ 44 ℃

도 8은 충전된 배터리(도 7의 파우치 배터리)를 3V까지 방전 후 전류 차단 및 배터리 휴지 시간 동안 전압의 변화를 관찰한 것이다.FIG. 8 is an observation of a change in voltage during current cut-off and battery idle time after discharging the charged battery (pouch battery of FIG. 7) to 3V.

도 8을 참고하면, 상기 배터리의 방전 인가전류(I0)가 차단되면서 0으로 변경될때 배터리에서 관측되는 전압(V0)이 빠르게 회복하여 0.3초 후 전압(V1)로 변경되고 10 분 후 전압(V2)이 개방전압 90% 이상의 수준으로 상승하는 것을 확인할 수 있다. 이때 인가 전류 및 전압 변화량을 측정하여 아래 식 1을 통해 내부 오믹저항(Rohmic)을 계산할 수 있고, 식 2를 통해 내부 분극저항(Rpol)을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 8, when the discharge applied current (I 0 ) of the battery is blocked and changed to 0, the voltage (V 0 ) observed in the battery is quickly recovered and changed to the voltage (V 1 ) after 0.3 seconds and after 10 minutes It can be seen that the voltage (V 2 ) rises to a level of 90% or more of the open-circuit voltage. At this time, the internal ohmic resistance (R ohmic ) can be calculated through Equation 1 below by measuring the amount of change in applied current and voltage, and the internal polarization resistance (R pol ) can be calculated through Equation 2.

[식 1][Equation 1]

오믹저항 = (|V1 - V0|)/I0 Ohmic resistance = (|V 1 - V 0 |)/I 0

[식 2][Equation 2]

분극저항 = (|V2 - V1|)/I0 Polarization resistance = (|V 2 - V 1 |)/I 0

상기 식 1 및 식 2에서,In Equations 1 and 2 above,

V2는 전류 차단 10 분 후 측정된 전압이고,V 2 is the voltage measured 10 minutes after the current is cut off;

V1은 전류 차단 0.3 초 후 측정된 전압이고,V 1 is the measured voltage after 0.3 seconds of current interruption,

V0은 전류 차단시 측정된 전압이고,V 0 is the voltage measured when the current is cut off,

I0은 방전 인가전류이다.I 0 is the discharge applied current.

실시예 2: 싸이클별 배터리의 내부저항 측정과 배터리의 방전 용량의 관계 확인Example 2: Confirmation of relationship between internal resistance measurement of battery for each cycle and discharge capacity of battery

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 측정된 싸이클별 배터리의 총 내부저항과, 상기 배터리의 싸이클별 용량 및 작동온도를 나타낸 것이다.FIG. 9 shows the total internal resistance of the battery for each cycle measured according to an embodiment of the present invention, and the capacity and operating temperature of the battery for each cycle.

도 9를 참고하면, 실시예에 따라 측정된 싸이클별 배터리의 총 내부저항은 배터리의 작동온도에 따라 증감하고, 열화가 진행됨에 따라 점진적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 배터리의 방전 용량은 측정된 배터리의 총 내부저항과 음의 상관관계인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that the total internal resistance of the battery for each cycle measured according to the embodiment increases or decreases according to the operating temperature of the battery and gradually increases as deterioration progresses. In addition, it can be confirmed that the discharge capacity of the battery has a negative correlation with the measured total internal resistance of the battery.

도 10은 도 9는 상기 실시예에 따라 측정된 싸이클별 배터리의 오믹저항, 분극저항 및 총 내부저항과, 상기 배터리의 싸이클별 작동온도를 나타낸 것이다.FIG. 10 shows the ohmic resistance, polarization resistance, and total internal resistance of the battery for each cycle measured according to the embodiment of FIG. 9 and the operating temperature of the battery for each cycle.

도 10을 참고하면, 초기 싸이클에서는 배터리의 활성화로 인해 총 내부저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 약 50 싸이클 이후부터는 배터리의 오믹저항(Rohmic)은 싸이클이 진행됨에 따라 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있고 배터리의 작동 온도변화에 따른 변화량이 크지 않은 것을 알 수 있다. 반면, 분극저항(Rpol)의 경우 열화 속도가 오믹저항보다 빠르게 변화하고 배터리 작동 온도에 민감하게 변하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예의 배터리는 전극에서 발생한 열화로 리튬이온의 삽입/탈리나 이온확산속도가 저하되어 성능이 저하되었다는 것을 예측할 수 있다.Referring to FIG. 10 , it can be seen that the total internal resistance decreases due to the activation of the battery in the initial cycle. After about 50 cycles, it can be seen that the ohmic resistance (R ohmic ) of the battery increases linearly as the cycle progresses, and the amount of change according to the change in operating temperature of the battery is not large. On the other hand, in the case of the polarization resistance (R pol ), it can be seen that the deterioration rate changes faster than the ohmic resistance and changes sensitively to the battery operating temperature. Therefore, it can be predicted that the performance of the battery of the above embodiment is degraded due to deterioration of the lithium ion insertion/desorption or ion diffusion rate due to deterioration occurring at the electrode.

실시예 3: 내부저항 데이터 기반 배터리 상태 예측Example 3: Battery state prediction based on internal resistance data

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 측정된 배터리 내부저항(오믹저항, 분극저항 및 총 내부저항)과 배터리 용량과의 상관관계를 나타낸 것이다.11 illustrates a correlation between battery internal resistance (ohmic resistance, polarization resistance, and total internal resistance) measured according to an embodiment of the present invention and battery capacity.

도 11을 참고하면, 내부 저항과 방전용량은 강력한 음의 상관관계에 있음을 알 수 있다. 따라서, 배터리의 내부 저항을 활용하여 선형 회귀법으로 저항에 따른 배터리의 수명을 예측하였다.Referring to FIG. 11 , it can be seen that internal resistance and discharge capacity have a strong negative correlation. Therefore, the life of the battery according to the resistance was predicted by linear regression using the internal resistance of the battery.

상기 실시예 2에서 50 내지 150 싸이클 구간의 배터리 용량 및 배터리 내부저항 데이터를 기반으로 선형 회귀법을 사용하여 배터리 건강상태와 오믹저항 및 분극저항의 상관계수를 계산하여 아래 식 7을 도출하였다.In Example 2, based on the battery capacity and battery internal resistance data of the 50 to 150 cycle period, the linear regression method was used to calculate the correlation coefficient between the battery health state and the ohmic resistance and polarization resistance, and Equation 7 below was derived.

[식 7] [Equation 7]

배터리 잔존 용량 [Ah] = α - β × Rohmic - γ × Rpol Battery remaining capacity [Ah] = α - β × R ohmic - γ × R pol

상기 식 7에서,In Equation 7 above,

α는 26.2255 Ah이고.α is 26.2255 Ah.

β는 0.5368 Ah/mΩ이고, β is 0.5368 Ah/mΩ;

γ는 0.7765 Ah/mΩ이고, γ is 0.7765 Ah/mΩ;

Rohmic은 오믹저항이고,R ohmic is the ohmic resistance,

Rpol은 분극저항이다.R pol is the polarization resistance.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 예측된 배터리 잔존 용량과 실측값을 나타낸 것이다. 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 잔존 용량은 상기 식 3과 본 발명의 실시예에 따라 측정된 오믹저항 및 분극저항을 기반하여 총 1,167 싸이클 동안 배터리 건강 상태를 추정한 결과이다.12 shows predicted remaining battery capacity and measured values according to an embodiment of the present invention. In detail, the remaining capacity of the battery according to the embodiment of the present invention is the result of estimating the state of health of the battery for a total of 1,167 cycles based on Equation 3 and the ohmic resistance and polarization resistance measured according to the embodiment of the present invention.

도 12를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따라 예측된 배터리 잔존 용량이 실측값 대비 평균절대오차(MAPE)가 0.51 %로 유의미한 추정값임을 확인하였다.Referring to FIG. 12 , it was confirmed that the average absolute error (MAPE) of the battery remaining capacity predicted according to an embodiment of the present invention compared to the measured value was 0.51%, which is a significant estimated value.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (18)

(1) 충방전을 진행하기 전 배터리의 초기 용량을 측정하는 단계;
(2) 배터리의 내부저항 측정방법을 이용해 배터리의 내부저항을 측정하는 단계; 및
(3) 상기 내부저항을 이용해 상기 배터리의 잔존 용량(state of charge, SOC)을 측정하는 단계;를 포함하고,
상기 내부저항은 오믹저항 및 분극저항을 포함하는 것이고,
상기 단계 (3)이 상기 내부저항과 아래 식 3을 이용하여 배터리 잔존 용량을 측정하는 것이고,
상기 단계(2)의 배터리의 내부저항 측정방법은
(a) 배터리를 충전 또는 방전하면서 상기 배터리의 전류(I0)를 차단한 때의 상기 배터리의 차단 초기 전압(V0)을 측정하는 단계;
(b) 상기 전류 차단 후 제1 시간 경과한 때 상기 배터리의 제1 전압(V1)을 측정하는 단계;
(c) 상기 전류 차단 후 제2 시간 경과한 때 상기 배터리의 제2 전압(V2)을 측정하는 단계; 및
(d) 상기 차단 초기 전압(V0), 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 오믹저항(ohmic resistance) 및 분극저항(polarization resistance)을 포함하는 내부저항을 계산하는 단계;를 포함하는 것인, 배터리 잔존 용량 측정방법:
[식 3]
배터리 잔존 용량 [Ah] = α - β × Rohmic - γ × Rpol
상기 식 3에서,
α는 Ah 단위를 갖는 상수이고.
β, γ는 각각 독립적으로 Ah/Ω 단위를 갖는 상수이고,
Rohmic은 오믹저항이고,
Rpol은 분극저항이다.
(1) measuring the initial capacity of the battery before charging and discharging;
(2) measuring the internal resistance of the battery using a method for measuring the internal resistance of the battery; and
(3) measuring a state of charge (SOC) of the battery using the internal resistance;
The internal resistance includes ohmic resistance and polarization resistance,
The step (3) is to measure the remaining capacity of the battery using the internal resistance and Equation 3 below,
The method for measuring the internal resistance of the battery in step (2) is
(a) measuring an initial cut-off voltage (V 0 ) of the battery when the current (I 0 ) of the battery is cut off while charging or discharging the battery;
(b) measuring a first voltage (V 1 ) of the battery when a first time elapses after the current is cut off;
(c) measuring a second voltage (V 2 ) of the battery when a second time elapses after the current is cut off; and
(d) Internal resistance including ohmic resistance and polarization resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ), the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ) Calculating; Method for measuring remaining battery capacity, including:
[Equation 3]
Battery remaining capacity [Ah] = α - β × R ohmic - γ × R pol
In Equation 3 above,
α is a constant with units of Ah.
β and γ are constants each independently having units of Ah/Ω,
R ohmic is the ohmic resistance,
R pol is the polarization resistance.
제1항에 있어서,
상기 오믹저항이 전기적으로 발생하는 저항이고,
상기 전기적으로 발생하는 저항이 전극의 내부 저항, 전해질의 내부 저항 및 접촉저항으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The ohmic resistance is electrically generated resistance,
The method for measuring remaining capacity of a battery, characterized in that the electrically generated resistance includes at least one selected from the group consisting of internal resistance of an electrode, internal resistance of an electrolyte, and contact resistance.
제1항에 있어서,
상기 분극저항이 전기화학적 반응에서 발생하는 저항이고,
상기 전기화학적 반응에서 발생하는 저항이 전하이동저항, 이온확산저항 및 활성화저항으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The polarization resistance is resistance generated in an electrochemical reaction,
A method for measuring remaining capacity of a battery, characterized in that the resistance generated in the electrochemical reaction includes at least one selected from the group consisting of charge transfer resistance, ion diffusion resistance, and activation resistance.
제1항에 있어서,
상기 제1 전압(V1)은 상기 차단 초기 전압(V0)에서 오믹저항으로 발생한 오믹전압(Vohmic) 손실이 회복된 전압이고,
상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)에서 분극저항으로 발생한 분극전압(Vpol) 손실이 회복된 전압인 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The first voltage (V 1 ) is a voltage obtained by recovering the loss of the ohmic voltage (V ohmic ) generated by the ohmic resistance at the initial cut-off voltage (V 0 );
The second voltage (V 2 ) is a battery residual capacity measuring method, characterized in that the voltage at which the polarization voltage (V pol ) loss generated by the polarization resistance in the first voltage (V 1 ) is recovered.
제4항에 있어서,
상기 분극전압 손실이 회복된 전압이 개방전압(Voc)인 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 4,
A method for measuring remaining capacity of a battery, characterized in that the voltage at which the polarization voltage loss is recovered is an open-circuit voltage (V oc ).
제1항에 있어서,
상기 제1 시간(t1)이 0 초 초과 내지 1 초 이하(0<t1(sec)≤1)인 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The remaining battery capacity measuring method, characterized in that the first time (t 1 ) is more than 0 seconds to less than 1 second (0 <t 1 (sec) ≤ 1).
제1항에 있어서,
상기 제2 시간(t2)이 1 초 초과 내지 3,600 초 이하(1<t2(sec)≤3,600) 인 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The second time period (t 2 ) is greater than 1 second to less than 3,600 seconds (1 <t 2 (sec) ≤ 3,600) Characterized in that the remaining battery capacity measuring method.
제1항에 있어서,
상기 단계 (d)가
(d-1) 상기 차단 초기 전압(V0) 및 상기 제1 전압(V1)을 이용하여 오믹저항을 계산하는 단계; 및
(d-2) 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)을 이용하여 분극저항을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The step (d)
(d-1) calculating an ohmic resistance using the cut-off initial voltage (V 0 ) and the first voltage (V 1 ); and
(d-2) calculating polarization resistance using the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ); a method for measuring remaining capacity of a battery, characterized in that it comprises a.
제8항에 있어서,
상기 단계 (d-1)에서, 상기 오믹저항이 아래 식 1을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법:
[식 1]
오믹저항 = (|V1 - V0|)/I0
상기 식 1에서,
V1은 제1 전압이고,
V0은 차단 초기 전압이고,
I0은 차단 시의 전류이다.
According to claim 8,
In the step (d-1), the battery remaining capacity measuring method, characterized in that the ohmic resistance is calculated using Equation 1 below:
[Equation 1]
Ohmic resistance = (|V 1 - V 0 |)/I 0
In Equation 1 above,
V 1 is a first voltage;
V 0 is the cut-off initial voltage,
I 0 is the current at break.
제8항에 있어서,
상기 단계 (d-2)에서, 상기 분극저항이 아래 식 2를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법:
[식 2]
분극저항 = (|V2 - V1|)/I0
상기 식 2에서,
V2는 제2 전압이고,
V1은 제1 전압이고,
I0은 차단 시의 전류이다.
According to claim 8,
In the step (d-2), the polarization resistance is calculated using Equation 2 below, characterized in that the battery remaining capacity measuring method:
[Equation 2]
Polarization resistance = (|V 2 - V 1 |)/I 0
In Equation 2 above,
V 2 is a second voltage;
V 1 is a first voltage;
I 0 is the current at break.
제8항에 있어서,
상기 배터리의 내부저항 측정방법이 상기 단계 (d-2) 이후에,
(d-3) 상기 오믹저항과 상기 분극저항을 합하여 배터리의 총 내부저항을 구하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 8,
The method for measuring the internal resistance of the battery after the step (d-2),
(d-3) obtaining a total internal resistance of the battery by summing the ohmic resistance and the polarization resistance.
제1항에 있어서,
상기 배터리가 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
Battery remaining capacity measuring method, characterized in that the battery is a lithium secondary battery.
제1항에 따른 상기 배터리 잔존 용량 측정방법을 사용한 배터리 잔존 용량 측정장치.An apparatus for measuring remaining capacity of a battery using the method for measuring remaining capacity of a battery according to claim 1 . 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 배터리 잔존 용량의 측정방법이 상기 단계 (2)전에,
(2') 상기 배터리의 충방전을 단수회 또는 복수회 진행하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량의 측정방법.
According to claim 1,
The method of measuring the remaining capacity of the battery before the step (2),
(2') charging and discharging the battery singly or plural times;
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 α, β, γ가 각각 독립적으로 선형회귀법으로 구해지는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
A method for measuring remaining capacity of a battery, characterized in that the α, β, and γ are independently obtained by a linear regression method.
제1항에 있어서,
상기 배터리 잔존 용량의 측정방법이 상기 단계 (3) 이후에,
(4) 상기 배터리 잔존 용량으로부터 배터리의 잔존 수명을 예측하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 측정방법.
According to claim 1,
The method for measuring the remaining capacity of the battery after step (3),
(4) estimating the remaining life of the battery from the remaining battery capacity.
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