KR20200122111A - 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩 - Google Patents

배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩이 제공된다. 상기 장치는, 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 출력하도록 구성되는 센싱부; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 퇴화율 및 측정 Q-dV/dQ 커브를 결정한다. 상기 측정 Q-dV/dQ 커브는 상기 배터리의 축전량과 상기 배터리의 축전량 변화에 대한 상기 배터리의 전압 변화의 비율 간의 관계를 나타낸다. 상기 제어부는, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 복수의 특징점을 검출한다. 상기 제어부는, 상기 퇴화율, 상기 복수의 특징점, 양극 Q-dV/dQ 커브 및 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 배터리의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 결정한다.

Description

배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩{Apparatus, method and battery pack for determining degradation state of battery}
본 발명은 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 퇴화율을 개별적으로 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩에 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.
배터리의 퇴화 상태를 진단하기 위한 다양한 기술이 존재한다. 예를 들어, 특허문헌에는, 미분 전압 분석법(Differential Voltage Analysis, 'DVA'라고 칭할 수도 있음)을 활용하여, 배터리의 Q-dV/dQ 커브로부터 배터리의 퇴화 상태에 관한 정보를 취득하는 것이 개시되어 있다. Q-dV/dQ 커브는, Q축과 dV/dQ축을 가지는 그래프로서 표현될 수 있으며, Q는 축전량, V는 전압, dV는 소정 시간에 걸친 V의 변화량, dQ는 상기 소정 시간에 걸친 Q의 변화량, dV/dQ는 dQ에 대한 dV의 비율을 나타낸다.
그런데, 위 특허문헌에 개시된 기술로는, 배터리의 퇴화 상태를 나타내는 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 개별적으로 결정하지 못한다.
(특허문헌) 일본 특개 제2009-252381호 (공개일: 2009.10.29)
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 퇴화 상태를 나타내는 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 개별적으로 결정하는 장치, 방법 및 배터리 팩을 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 장치는, 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 것이다. 상기 장치는, 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 출력하도록 구성되는 센싱부; 및 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 퇴화율 및 측정 Q-dV/dQ 커브를 결정하도록 구성된다. 상기 측정 Q-dV/dQ 커브는 상기 배터리의 축전량과 상기 배터리의 축전량 변화에 대한 상기 배터리의 전압 변화의 비율 간의 관계를 나타낸다. 상기 제어부는, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 제1 복수의 특징점을 검출하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 퇴화율, 상기 제1 복수의 특징점, 양극 Q-dV/dQ 커브 및 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 배터리의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 결정하도록 구성된다.
상기 제어부는, 상기 퇴화율을 기초로 복수의 조정율 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 각 조정율 세트는 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을 포함한다. 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율의 합은 상기 퇴화율과 동일하다. 상기 제어부는, 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 기초로, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브 및 상기 음극 Q-dV/dQ 커브로부터 상기 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 상기 각 조정율 세트에 연관된 제2 복수의 특징점을 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 복수의 특징점 및 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점을 기초로, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율을 기초로, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브를 상기 각 조정율 세트에 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브로 변환하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 기초로, 상기 음극 Q-dV/dQ 커브를 상기 각 조정율 세트에 연관된 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브로 변환하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브 및 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 추정 Q-dV/dQ 커브를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브는, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브가 Q축을 따라 제1 방향으로 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율만큼 축소된 것이다. 상기 제1 방향은 상기 Q축의 축전량이 감소하는 방향이다. 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브는, 상기 음극 Q-dV/dQ 커브가 상기 Q축을 따라 상기 제1 방향으로 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제2 조정율만큼 축소 및 상기 Q축을 따라 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제3 조정율만큼 쉬프트된 것이다.
상기 제어부는, 상기 제1 복수의 특징점 각각의 축전량과 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 절대값 합을, 상기 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 복수의 조정율 세트 중에서, 상기 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 각각 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율로서 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 복수의 특징점 각각의 축전량과 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 제곱합을, 상기 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 복수의 조정율 세트 중에서, 상기 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 각각 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율로서 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 복수의 특징점 중 적어도 하나는, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브 상의 극대점 또는 극소점일 수 있다. 상기 제2 복수의 특징점 중 적어도 하나는, 상기 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 극대점 또는 극소점일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율 중 어느 둘 간의 차이가 임계값보다 큰 경우, 소정의 안전 기능을 활성화하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퇴화율을 인덱스로서 이용하여, 퇴화율 대 후보 임계값 간의 관계를 나타내는 데이터가 기록되어 있는 진단 테이블로부터, 상기 퇴화율에 연관된 후보 임계값을 상기 임계값으로 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 방법은, 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 것이다. 상기 방법은, 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 퇴화율 및 측정 Q-dV/dQ 커브를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 측정 Q-dV/dQ 커브는 상기 배터리의 축전량과 상기 배터리의 축전량 변화에 대한 상기 배터리의 전압 변화의 비율 간의 관계를 나타낸다. 상기 방법은, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 제1 복수의 특징점을 검출하는 단계; 및 상기 퇴화율, 상기 제1 복수의 특징점, 양극 Q-dV/dQ 커브 및 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 배터리의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계를 더 포함한다.
상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계는, 상기 퇴화율을 기초로 복수의 조정율 세트를 생성하되, 상기 각 조정율 세트는 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을 포함하고, 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율의 합은 상기 퇴화율과 동일한 단계; 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 기초로, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브 및 상기 음극 Q-dV/dQ 커브로부터 상기 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 결정하는 단계; 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 제2 복수의 특징점을 검출하는 단계; 및 상기 제1 복수의 특징점 및 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점을 기초로, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계는, 상기 제1 복수의 특징점 각각의 축전량과 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 절대값 합 또는 제곱합을 기초로, 상기 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 조정율 세트 중에서, 상기 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율이 각각 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율로 결정될 수 있다.
상기 방법은, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율 중 어느 둘 간의 차이가 임계값보다 큰 경우, 소정의 안전 기능을 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 퇴화 상태를 나타내는 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 개별적으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율 간의 차이를 기초로, 상기 배터리의 퇴화가 비정상적으로 진행되었는지 여부를 진단할 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 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 초기 상태인 배터리의 Q-V 커브 및 퇴화된 배터리의 Q-V 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3은 3전극식 테스트를 통해 미리 결정된 양극 하프셀의 Q-dV/dQ 커브 및 음극 하프셀의 Q-dV/dQ 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 4는 도 3의 양극 Q-dV/dQ 커브와 배터리(B)의 양극 퇴화율 간의 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브와 배터리의 음극 퇴화율 간의 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브와 배터리의 리튬 이온 손실율 간의 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 2의 Q-V 커브에 연관된 측정 Q-dV/dQ 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 서로 다른 조정율 세트에 연관된 2개의 추정 Q-dV/dQ 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 10은 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 산출하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 예시적인 테이블이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 예시적인 방법을 보여주는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리를 제어하기 위한 예시적인 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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.
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. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 초기 상태인 배터리의 Q-V 커브 및 퇴화된 배터리의 Q-V 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(10)은, 전기 시스템(1)(예, 전기 자동차)에 설치 가능하도록 제공되는 것으로서, 리튬 이온 배터리(B)(이하, '배터리(B)'라고 칭함), 스위치(SW) 및 장치(100)를 포함한다.
배터리(B)의 양극 단자 및 음극 단자는 장치(100)에 전기적으로 연결된다.
스위치(SW)는, 배터리(B)의 충방전을 위한 전류의 경로에 설치된다. 스위치(SW)가 턴 온되어 있는 동안, 배터리(B)의 충방전이 가능하다. 스위치(SW)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 릴레이이거나 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다. 스위치(SW)가 턴 오프되어 있는 동안, 배터리(B)의 충방전은 중단된다. 스위치(SW)는, 제1 제어 신호에 응답하여, 턴 온될 수 있다. 스위치(SW)는, 제2 제어 신호에 응답하여, 턴 오프될 수 있다.
장치(100)는, 배터리(B)의 퇴화 상태를 결정하기 위해 제공된다. 장치(100)는, 센싱부(110), 제어부(120) 및 메모리부(130)를 포함한다. 장치(100)는, 인터페이스부(140)를 더 포함할 수 있다. 장치(100)는, 스위치 드라이버(200)를 더 포함할 수 있다.
센싱부(110)는, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함한다. 전압 센서(111)는, 배터리(B)의 양극 단자 및 음극 단자에 전기적으로 연결된다. 전압 센서(111)는, 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 동안에, 배터리(B)에 걸친 전압을 소정 시간마다 측정하도록 구성된다. 전류 센서(112)는, 배터리(B)의 충방전 경로에 설치된다. 전류 센서(112)는, 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 동안에, 배터리(B)의 전류를 소정 시간마다 측정하도록 구성된다. 센싱부(110)는, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)에 의해 동일 주기에서 측정된 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 제어부(120)에게 출력하도록 구성된다.
제어부(120)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(120)는, 센싱부(110)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(120)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 축전량을 결정하도록 구성된다. 배터리(B)의 축전량은, 배터리(B)에 저장되어 있는 전하량을 나타낸다.
제어부(120)는, 소정의 전압 범위(예, 방전 종지 전압 Vmin ~ 충전 종지 전압 Vmax)에 대응하는 범위의 축전량이 결정된 경우, 배터리(B)의 퇴화 상태를 결정하기 위한 후술할 연산 동작을 실행할 수 있다. 방전 종지 전압은, 배터리(B)의 과방전을 방지하기 위해 설정되어 있는 전압(예컨대 2.8V)일 수 있다. 충전 종지 전압은, 배터리(B)의 과충전을 방지하기 위해 설정되어 있는 전압(예컨대 4.2V)일 수 있다. 배터리(B)의 최대 용량은, 배터리(B)의 전압이 충전 종지 전압이 도달한 때의 배터리(B)의 축전량일 수 있다. 배터리(B)의 최대 용량은, 배터리(B)가 퇴화됨에 따라 점차적으로 감소한다.
제어부(120)는, 소정 시간마다 배터리(B)의 전압의 변화량 및 배터리(B)의 축전량의 변화량을 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 소정 시간마다 결정되는 배터리(B)의 전압 V, 축전량 Q, 전압의 변화량 dV 및 축전량의 변화량 dQ을 나타내는 데이터를 메모리부(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 소정 시간마다 축전량의 변화량 dQ에 대한 전압의 변화량 dV의 비율 dV/dQ를 결정하고, 메모리부(130)에 저장할 수 있다.
제어부(120)는, 소정의 이벤트(들) 중 적어도 하나가 발생된 경우, 스위치(SW)를 턴 온시킬 것을 스위치 드라이버(200)에게 명령할 수 있다. 그 외의 상황에서는, 제어부(120)는, 스위치(SW)를 턴 오프시킬 것을 스위치 드라이버(200)에게 명령할 수 있다.
메모리부(130)는, 제어부(120)에 동작 가능하게 결합된다. 메모리부(130)는, 센싱부(110)에도 동작 가능하게 결합될 수 있다. 메모리부(130)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 정보를 저장하도록 구성된다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다.
스위치 드라이버(200)는, 장치(100) 및 스위치(SW)에 전기적으로 결합된다. 스위치 드라이버(200)는, 장치(100)로부터의 명령에 응답하여, 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호를 스위치(SW)에게 선택적으로 출력하도록 구성된다.
제어부(120)는, 메모리부(130)에 저장된 소정 전압 범위에 연관된 배터리(B)의 전압 및 축전량으로부터 축전량-전압 커브(이하, '측정 Q-V 커브'라고 칭할 수 있음)(202)을 생성할 수 있다. 측정 Q-V 커브(202)는, 퇴화된 배터리(B)의 축전량과 전압 간의 관계를 나타낸다.
메모리부(130)는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
인터페이스부(140)는, 제어부(120)와 전기 시스템(1)의 상위 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: contoller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 제어부(120)와 상위 컨트롤러(2) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프토토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 인터페이스부(140)는, 제어부(120)에 의해 수행된 배터리(B)의 퇴화 상태에 관한 프로세스의 결과를 사용자가 인식 가능한 형태로 제공하는 디스플레이나, 스피커 등과 같은 출력 장치(100)를 포함할 수 있다. 인터페이스부(140)는, 사용자로부터의 데이터를 입력 받을 수 있는 마우스, 키보드 등과 같은 입력 장치(100)를 포함할 수 있다.
배터리(B)가 퇴화될수록, 배터리(B)의 최대 용량은 점차 감소한다. 배터리(B)의 최대 용량은, 배터리(B)가 완전히 충전되었을 때의 배터리(B)에 저장된 전하량을 나타낸다.
구체적으로, 소정의 충전 종지 전압(Vmax)에서, 초기 Q-V 커브(201)의 축전량(QBOL)보다 측정 Q-V 커브(202)의 축전량(Qk)(즉, 퇴화된 배터리(B)의 최대 용량)이 작다. 축전량(QBOL)은, 초기 상태(이하, 'BOL(Beginning Of Life)'이라고 칭함)의 배터리(B)의 최대 용량을 나타낸다.
또한, 특정 축전량(Qx)에서, 초기 Q-V 커브(201)의 전압(V1)은 측정 Q-V 커브(202)의 전압(V2)보다 낮다. 즉, 동일한 충전 조건(또는 동일한 방전 조건)에서, 배터리(B)가 퇴화될수록, 배터리(B)의 전압이 빠르게 변화한다.
제어부(120)는, 축전량(QBOL)과 축전량(Qk) 간의 차이를 기초로, 배터리(B)의 퇴화율을 결정할 수 있다. 배터리(B)의 퇴화율은, 상기 특정 시점에서의 배터리(B)의 최대 용량(Qk)이 배터리(B)가 초기 상태(이하, 'BOL(Beginning Of Life)'이라고 칭함)였을 때의 최대 용량(QBOL)으로부터 얼마나 감소되었는지를 나타낸다. 제어부(120)는, 다음의 수학식 1을 이용하여, 배터리(B)의 퇴화율을 결정할 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00001
QBOL는 상기 초기의 최대 용량, Qk는 상기 특정 시점에서의 배터리(B)의 최대 용량, Dk는 상기 특정 시점에서의 배터리(B)의 퇴화율을 나타낸다. 예를 들어, QBOL는 50Ah, Qk는 45Ah인 경우, Dk는 10%이다.
배터리(B)의 퇴화율은, 배터리(B)의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율에 의해 규정된다.
양극의 퇴화의 원인 중 하나는, 양극의 반응 면적이 감소하는 것이다. 양극 퇴화율은, 퇴화된 배터리(B)의 양극에서 흡장 또는 방출 가능한 리튬 이온의 최대량이 BOL의 배터리(B)의 양극에서 흡장 또는 방출 가능했던 리튬 이온의 최대량 대비 얼마나 감소되었는지를 나타낸다.
음극의 퇴화의 원인 중 하나는, 음극의 반응 면적이 감소하는 것이다. 음극 퇴화율은, 퇴화된 배터리(B)의 음극에서 흡장 또는 방출 가능한 리튬 이온의 최대량이 BOL의 배터리(B)의 음극에서 흡장 또는 방출 가능했던 리튬 이온의 최대량 대비 얼마나 감소되었는지를 나타낸다.
리튬 이온 손실율은, 퇴화된 배터리(B) 내에서 충방전 반응에 기여할 수 있는 리튬 이온의 양이 BOL의 배터리(B) 내에서 충방전 반응에 기여할 수 있었던 리튬 이온의 양으로부터 얼마나 감소되었는지를 나타낸다. 예를 들어, 배터리(B)의 음극에 석출된 금속 리튬의 양이 증가할수록, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율은 증가한다.
배터리(B)의 양극 퇴화율(예, 8%), 음극 퇴화율(예, 1%) 및 리튬 이온 손실율(예, 1%)의 합(예, 10%)은, 배터리(B)의 퇴화율(수학식 1 참조)과 동일할 수 있다.
제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화율로부터 배터리(B)의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율 각각을 결정하기 위해, 양극 하프셀의 미분 전압 커브 (이하, '양극 Q-dV/dQ 커브'라고 칭할 수 있음) 및 음극 하프셀의 미분 전압 커브 (이하, '음극 Q-dV/dQ 커브'라고 칭할 수 있음)를 활용하는바, 이하에서 상세히 설명하겠다.
도 3은 3전극식 테스트를 통해 미리 결정된 양극 하프셀의 Q-dV/dQ 커브 및 음극 하프셀의 Q-dV/dQ 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 양극 Q-dV/dQ 커브(301)는, BOL의 배터리(B)의 양극의 전기화학적 특성을 나타내는 것으로서, 배터리(B)의 양극과 동일한 활물질을 가지는 양극 하프셀의 축전량과 전압 간의 관계를 나타내는 전압 커브를 축전량에 대하여 미분함으로써 획득될 수 있다.
음극 Q-dV/dQ 커브(302)는, BOL의 배터리(B)의 음극의 전기화학적 특성을 나타내는 것으로서, 배터리(B)의 음극과 동일한 활물질을 가지는 음극 하프셀의 축전량과 전압 간의 관계를 나타내는 전압 커브를 축전량에 대하여 미분함으로써 획득될 수 있다.
양극 하프셀의 경우, 축전량이 높아질수록 양극 하프셀의 전압은 높아진다. 따라서, 양극 Q-dV/dQ 커브(301)는, dV/dQ가 0 V/mAh 이상인 범위에 위치한다. 반면, 음극 하프셀의 경우, 축전량이 높아질수록 음극 하프셀의 전압은 낮아진다. 따라서, 음극 Q-dV/dQ 커브(302)는, dV/dQ가 0 V/mAh 이하인 범위에 위치한다. 양극 Q-dV/dQ 커브(301) 및 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 나타내는 데이터는, 메모리부(130)에 미리 저장되어 있다.
본 발명의 발명자는, 양극 Q-dV/dQ 커브(301)와 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 합성할 경우, 풀셀의 Q-dV/dQ 커브와 실질적으로 일치하게 됨을 인식하였다. 실질적으로 일치한다는 것은, 완전히 일치하거나, 무시 가능한 정도로 작은 차이만을 가짐을 의미한다.
제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화율이 결정되면, 상기 결정된 퇴화율을 기초로, 복수의 조정율 세트를 생성한다. 복수의 조정율 세트는, 양극 Q-dV/dQ 커브(301) 및 음극 Q-dV/dQ 커브(302) 중 적어도 하나를 보정하는 데에 활용된다.
각 조정율 세트는, 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을 포함한다. 각 조정율 세트는, 각 조정율 세트에 포함된 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율의 합이 퇴화율과 동일하도록 제어부(120)에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 퇴화율이 10%인 경우, 복수의 조정율 세트 중 어느 하나의 조정율 세트에 포함된 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율 각각은 10%, 0%, 0%이고, 다른 조정율 세트에 포함된 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율 각각은 3%, 3%, 4%이고, 또 다른 조정율 세트에 포함된 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율 각각은 0%, 4%, 6%수 있다. 물론, 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율의 합이 퇴화율과 동일하게 돈다면, 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율의 다른 조합 역시 가능하다. 예를 들어, 배터리(B)의 퇴화율이 10%이고, 각 조정율이 1% 단위로 조절 가능한 경우, 최대 66개의 조정율 세트가 생설될 수 있다.
각 조정율 세트의 제1 조정율은, 퇴화된 배터리(B)의 양극 퇴화율로서 결정될 수 있는 후보값이다. 각 조정율 세트의 제2 조정율은, 퇴화된 배터리(B)의 음극 퇴화율로서 결정될 수 있는 후보값이다. 각 조정율 세트의 제3 조정율은, 퇴화된 배터리(B)의 리튬 이온 손실율로서 결정될 수 있는 후보값이다.
도 4는 도 3의 양극 Q-dV/dQ 커브와 배터리의 양극 퇴화율 간의 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
제어부(120)는, 각 조정율 세트의 제1 조정율을 기초로, 도 3의 양극 Q-dV/dQ 커브(301)를 보정할 수 있다. 각 조정율 세트의 제1 조정율은, 배터리(B)의 양극 퇴화율을 결정하기 위한 후보값이고, 배터리(B)의 퇴화율(수학식 1 참조) 이하로 결정된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제어부(120)는, 양극 Q-dV/dQ 커브(301)를 Q축을 따라 제1 방향(좌측)으로 제1 조정율만큼 축소시킴으로써, 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브(401)를 생성할 수 있다. 양극 Q-dV/dQ 커브(301)와 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브(401)는 다음의 수학식 2과 같은 관계를 가질 수 있다.
<수학식 2>
fP1(Q×(100-X)/100) = fP(Q)
수학식 2에서, X는 제1 조정율이다. fP(Q)은, 축전량 Q에 대응하는 양극 Q-dV/dQ 커브(301)의 dV/dQ를 나타낸다. fP1(Q)은, 축전량 Q에 대응하는 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브(401)의 dV/dQ를 나타낸다. 일 예로, X = 10 %, Q = 3 mAh인 경우, fP(3 mAh) = fP1(2.7 mAh)이다.
양극 Q-dV/dQ 커브(301)와 제1 조정율 간의 관계가 수학식 2에 의해 한정되는 것은 아니며, 배터리(B)의 사양(예, 전극 재료, 활물질 종류, 초기 최대 용량)에 따라 수학식 2와는 다른 관계로 미리 정해질 수 있다.
도 5는 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브와 배터리의 음극 퇴화율 간의 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
제어부(120)는, 각 조정율 세트의 제2 조정율을 기초로, 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 보정할 수 있다. 각 조정율 세트의 제2 조정율은, 배터리(B)의 음극 퇴화율을 결정하기 위한 후보값이고, 배터리(B)의 퇴화율 이하로 결정된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 제어부(120)는, 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 Q축을 따라 제1 방향(좌측)으로 제2 조정율만큼 축소시킴으로써, 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(502)를 생성할 수 있다. 음극 Q-dV/dQ 커브(302)와 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(502)는 다음의 수학식 3과 같은 관계를 가질 수 있다.
<수학식 3>
fN1(Q×(100-Y)/100) = fN(Q)
수학식 3에서, Y는 제2 조정율이다. fN(Q)은 축전량 Q에 대응하는 음극 Q-dV/dQ 커브(302)의 dV/dQ를 나타낸다. fN1(Q)은 축전량 Q에 대응하는 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(502)의 dV/dQ을 나타낸다. 일 예로, Y = 5 %, Q = 4 mAh인 경우, fN(4 mAh) = fN1(3.8 mAh)이다.
음극 Q-dV/dQ 커브(302)와 제2 조정율 간의 관계가 수학식 3에 의해 한정되는 것은 아니며, 배터리(B)의 사양(예, 전극 재료, 활물질 종류, 초기 최대 용량)에 따라 수학식 3과는 다른 관계로 미리 정해질 수 있다.
도 6은 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브와 배터리의 리튬 이온 손실율 간의 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
제어부(120)는, 각 조정율 세트의 제3 조정율을 기초로, 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 보정할 수 있다. 각 조정율 세트의 제3 조정율은, 배터리(B)의 리튬 이온 손실율을 결정하기 위한 후보값이고, 배터리(B)의 퇴화율 이하로 결정된다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 제어부(120)는, 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 Q축을 따라 제1 방향에 반대되는 제2 방향(우측)으로 제3 조정율만큼 쉬프트시킴으로써, 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(602)를 생성할 수 있다. 음극 Q-dV/dQ 커브(302) 및 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(602)는 다음의 수학식 4와 같은 관계를 가질 수 있다.
<수학식 4>
fN2(Q + Z/100×Qmax_N) = fN(Q)
수학식 4에서, Z는 제3 조정율, Qmax_N는 상기 음극 하프셀의 최대 용량을 나타낸다. fN(Q)은, 축전량 Q에 대응하는 음극 Q-dV/dQ 커브(302)의 dV/dQ를 나타낸다. fN2(Q)은, 축전량 Q에 대응하는 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(602)의 dV/dQ을 나타낸다. 일 예로, Z= 5 %, Qmax_N = 6 mAh, Q = 3 mAh인 경우, fN(3 mAh) = fN2(3.3 mAh)이다.
음극 Q-dV/dQ 커브(302)와 제3 조정율 간의 관계가 수학식 4에 의해 한정되는 것은 아니며, 배터리(B)의 사양(예, 전극 재료, 활물질 종류, 초기 최대 용량)에 따라 수학식 4와는 다른 관계로 미리 정해질 수 있다.
제어부(120)는, 제2 조정율이 0%보다 크고 제3 조정율도 0%보다 큰 경우, 수학식 3을 이용하여 각 조정율 세트의 제2 조정율만큼 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 축소시키고 수학식 4를 이용하여 각 조정율 세트의 제3 조정율만큼 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 쉬프트시키는 알고리즘을 실행한 결과로서, 각 조정율 세트에 연관된 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브를 생성할 수 있다.
대안적으로, 제어부(120)는, 각 조정율 세트의 포함된 제2 조정율 및 제3 조정율 중 적어도 하나가 0%인지와는 무관하게, 각 조정율 세트의 제2 조정율 및 제3 조정율을 기초로, 도 3의 음극 Q-dV/dQ 커브(302)를 보정할 수 있다. 이 경우, 음극 Q-dV/dQ 커브(302)와 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브(미도시)는 다음의 수학식 5와 같은 관계를 가질 수 있다.
<수학식 5>
fN3(Q×(100-y)/100 + z/100×Qmax_N) = fN(Q)
수학식 5에서, y 및 z는 순서대로 동일 조정율 세트의 제2 조정율과 제3 조정율을 각각 나타낸다. Qmax_N는 상기 음극 하프셀의 최대 용량을 나타낸다. fN(Q)은 음극 Q-dV/dQ 커브(302) 상에서 축전량이 Q인 때의 dV/dQ를 나타낸다. fN3(Q)은, 축전량 Q에 대응하는 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브의 dV/dQ을 나타낸다. 일 예로, y = 5 %, z = 5 %, Qmax_N = 6 mAh, Q = 2 mAh인 경우, fN(2) = fN3(1.9+0.3) = fN3(2.2)이다.
상기 제3 조정율 z가 0%인 경우, 수학식 3과 수학식 5는 동일하다. 상기 제2 조정율 y가 0%인 경우, 수학식 4와 수학식 5는 동일하다.
음극 Q-dV/dQ 커브(302), 제2 조정율 및 제3 조정율 간의 관계가 수학식 5에 의해 한정되는 것은 아니며, 배터리(B)의 사양(예, 전극 재료, 활물질 종류, 초기 최대 용량)에 따라 수학식 5와는 다른 관계로 미리 정해질 수 있다.
전술된 바에 따르면, 각 조정율 세트에 각각 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브 및 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브가 하나씩 제어부(120)에 의해 생성된다.
제어부(120)는, 각 조정율 세트에 각각 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브 및 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브를 소정의 룰에 따라 합성함으로써, 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 생성한다. 예컨대, 제어부(120)는, 소정 축전량 범위에서, 특정 조정율 세트에 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브의 dV/dQ로부터 특정 조정율 세트에 연관된 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브의 dV/dQ를 차감함으로써, 특정 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 결정할 수 있다. 이에 따라, 복수의 조정율 세트와 동일한 개수의 추정 Q-dV/dQ 커브가 생성된다.
제어부(120)는, 복수의 추정 Q-dV/dQ 커브 각각으로부터 복수의 특징점을 검출한다. 제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 검출된 복수의 특징점을 각 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 검출된 복수의 특징점과 비교함으로써, 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 결정한다.
측정 Q-dV/dQ 커브(도 7의 부호 700 참조) 상의 각 특징점은, 측정 Q-dV/dQ 커브 상의 극대점, 극소점 또는 마지막 지점일 수 있다. 각 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 각 특징점은, 각 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 극대점, 극소점 또는 마지막 지점일 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 검출된 복수의 특징점 각각의 축전량과 각 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 검출된 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 절대값 합을, 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 다음의 수학식 6을 이용하여 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 결정할 수 있다.
<수학식 6>
Figure pat00002
수학식 6에서, N은 각 커브로부터 검출된 복수의 특징점의 개수, Qm_peak[i]는 측정 Q-dV/dQ 커브 상의 i번째 특징점의 축전량, Qe_peak_k[i]는 k번째 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 i번째 특징점의 축전량, Ssum_d_k는 k번째 조정율 세트에 연관된 절대값 합을 나타낸다. 또한, │x│는 x(x는 실수)의 절대값을 나타낸다.
다른 예로, 제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브 상의 복수의 특징점 각각의 축전량과 각 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 제곱합을, 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 다음의 수학식 7을 이용하여 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 결정할 수 있다.
<수학식 7>
Figure pat00003
수학식 7에서, N은 각 커브로부터 검출된 복수의 특징점의 개수, Qm_peak[i]는 측정 Q-dV/dQ 커브 상의 i번째 특징점의 축전량, Qe_peak_k[i]는 k번째 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 i번째 특징점의 축전량, Ssum_s_k는 k번째 조정율 세트에 연관된 상기 제곱합을 나타낸다.
제어부(120)는, Ssum_d_k 또는 Ssum_s_k가 작을수록 k번째 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브가 측정 Q-dV/dQ 커브와 유사한 것으로 결정할 수 있다. 예컨대, Ssum_s_2 > Ssum_s_1인 경우, 첫번째 조정율 세트에 연관된 제1 추정 Q-dV/dQ 커브가 두번째 조정율 세트에 연관된 제2 추정 Q-dV/dQ 커브보다 측정 Q-dV/dQ 커브와 유사한 것으로 결정된다.
제어부(120)는, 복수의 조정율 세트 중에서, 최소의 유사 지수(Ssum_d_k 또는 Ssum_s_k)에 연관된 어느 하나의 조정율 세트에 포함된 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을, 배터리(B)의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율로서 결정할 수 있다.
도 7은 도 2의 Q-V 커브에 연관된 측정 Q-dV/dQ 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이고, 도 8 및 도 9는 서로 다른 조정율 세트에 연관된 2개의 추정 Q-dV/dQ 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이고, 도 10은 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 산출하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 예시적인 테이블이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 제어부(120)는, 메모리부(130)에 저장된 데이터를 기초로, 배터리(B)의 축전량 Q과, 배터리(B)의 축전량의 변화량 dQ에 대한 전압의 변화량 dV의 비율 dV/dQ간의 관계를 나타내는 측정 Q-dV/dQ 커브(700)를 생성할 수 있다. 또는, 제어부(120)는, 측정 Q-V 커브(202)의 근사 함수를 축전량에 대해 미분함으로써, 측정 Q-dV/dQ 커브(700)를 생성할 수도 있다.
제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브(700)로부터 특징점들(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6)을 검출할 수 있다. 특징점들(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6)의 축전량은, 순서대로 Qm1, Qm2, Qm3, Qm4, Qm5, Qm6이다.
도 8에 도시된 추정 Q-dV/dQ 커브(701)는, 복수의 조정율 세트 중 어느 하나인 제1 조정율 세트에 연관된 것이다. 제어부(120)는, 추정 Q-dV/dQ 커브(800)로부터 특징점들(Pe1, Pe2, Pe3, Pe4, Pe5, Pe6)을 검출할 수 있다. 특징점들(Pe1, Pe2, Pe3, Pe4, Pe5, Pe6)은, 순서대로 특징점들(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6)에 대응한다. 특징점들(Pe1, Pe2, Pe3, Pe4, Pe5, Pe6)의 축전량은, 순서대로 Qe1, Qe2, Qe3, Qe4, Qe5, Qe6이다.
도 9에 도시된 추정 Q-dV/dQ 커브(900)는, 제1 조정율 세트를 제외한 나머지 조정율 세트 중 하나인 제2 조정율 세트에 연관된 것일 수 있다. 제어부(120)는, 추정 Q-dV/dQ 커브(900)로부터 특징점들(PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6)을 검출할 수 있다. 특징점들(PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6)은, 순서대로 특징점들(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6)에 대응한다. 특징점들(PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6)의 축전량은, 순서대로 QE1, QE2, QE3, QE4, QE5, QE6이다.
제어부(120)는, 각 커브에 나타나는 모든 특징점들을 검출하거나, 상기 모든 특징점들 중에서 소정의 순서에 위치하는 일부 특징점들만을 검출하도록 구성되어 있을 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 측정 Q-dV/dQ 커브(700) 상의 특징점들(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6)의 위치, 제1 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브(800) 상의 특징점들(Pe1, Pe2, Pe3, Pe4, Pe5, Pe6)의 위치, 제2 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브(900) 상의 특징점들(PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6)의 위치가 서로 상이함을 확인할 수 있다.
도 10를 참조하면, 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 결정하는 데에 이용되는 테이블(1000)을 확인할 수 있다. 테이블(1000)은 메모리부(130)에 저장된 것으로서, 테이블(1000)의 값들은 제어부(120)에 기록된 것일 수 있다.
테이블(1000)의 제1 레코드에는, 측정 Q-dV/dQ 커브(700)에 나타나는 특징점들(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6)의 축전량들(Qm1, Qm2, Qm3, Qm4, Qm5, Qm6)이 순서대로 기록되어 있다.
테이블(1000)의 제2 레코드에는, 추정 Q-dV/dQ 커브(800)에 나타나는 특징점들(Pe1, Pe2, Pe3, Pe4, Pe5, Pe6)의 축전량들(Qe1, Qe2, Qe3, Qe4, Qe5, Qe6)이 순서대로 기록되어 있다.
테이블(1000)의 제3 레코드에는, 추정 Q-dV/dQ 커브(900)에 나타나는 특징점들(PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6)의 축전량들(QE1, QE2, QE3, QE4, QE5, QE6)이 순서대로 기록되어 있다.
물론, 테이블(1000)은, 나머지 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브의 특징점들의 축전량들이 기록되는 하나 이상의 추가적인 레코드를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 측정 Q-dV/dQ 커브(700), 추정 Q-dV/dQ 커브(800) 및 추정 Q-dV/dQ 커브(900) 각각의 두번째 특징점의 축전량은 순서대로 Qm2, Qe2, QE2으로 기록되었음을 확인할 수 있다.
그 다음, 제어부(120)는, 전술된 과정을 통해 메모리부(130)에 기록된 값들을 기초로, 제1 조정율 세트에 연관된 유사 지수 및 제2 조정율 세트에 연관된 유사 지수를 각각 결정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브(700) 상의 각 특징점의 축전량과 추정 Q-dV/dQ 커브(800) 상의 각 특징점의 축전량 간의 차이의 절대값 합(수학식 6 참조) 또는 제곱합(수학식 7 참조)을 제1 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정할 수 있다. 동일한 방식으로, 제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브(700) 상의 각 특징점의 축전량과 추정 Q-dV/dQ 커브(900) 상의 각 특징점의 축전량 간의 차이의 절대값 합(수학식 6 참조) 또는 제곱합(수학식 7 참조)을 제2 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정할 수 있다.
전술한 방식에 따라 복수이 조정율 세트 각각에 연관된 유사 지수가 결정되면, 제어부(120)는 복수의 조정율 세트 중에서, 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을 순서대로 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율로서 결정할 수 있다.
제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화율을 규정하는 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 나타내는 진단 메시지를 인터페이스부(140)를 통해 상위 컨트롤러(2)에게 전송하거나, 사용자에 의해 인식 가능한 형태(예, 이미지, 사운드)로 출력하거나, 메모리부(130)에 저장할 수 있다.
양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율 중 어느 둘(예, 양극 퇴화율, 음극 퇴화율) 간의 차이가 임계값보다 크다는 것은, 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율 중 하나 또는 둘이 비정상적으로 크다는 것을 의미한다. 정상적인 퇴화의 과정에서는, 배터리(B)은 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율은 서로 유사한 수준으로 증가하기 때문이다. 제어부(120)는, 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율 중 어느 둘(예, 양극 퇴화율, 음극 퇴화율) 간의 차이가 임계값보다 큰 경우, 배터리(B)의 비정상적 퇴화로 인한 위험을 방지하기 위해, 소정의 안전 기능을 활성화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 예시적인 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 단계 S1100에서, 제어부(120)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 정보를 기초로, 배터리의 퇴화율 및 측정 Q-dV/dQ 커브를 결정한다.
단계 S1110에서, 제어부(120)는, 배터리의 퇴화율을 기초로, 복수의 조정율 세트를 생성한다.
단계 S1120에서, 제어부(120)는, 각 조정율 세트를 이용하여, 각 조정율 세트에 각각 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브 및 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브를 생성한다.
단계 S1130에서, 제어부(120)는, 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 생성한다. 특정 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브는, 특정 조정율 세트에 각각 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브 및 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브가 소정의 룰에 따라 합성된 것일 수 있다.
단계 S1140에서, 제어부(120)는, 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 제1 복수의 특징점을 검출한다.
단계 S1150에서, 제어부(120)는, 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 제2 복수의 특징점을 검출한다.
단계 S1160에서, 제어부(120)는, 제1 복수의 특징점 및 복수의 조정율 세트 각각에 연관된 제2 복수의 특징점을 기초로, 배터리(B)의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 결정한다.
단계 S1170에서, 제어부(120)는, 배터리(B)의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 나타내는 진단 메시지를 출력한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리를 제어하기 위한 예시적인 방법을 보여주는 순서도이다. 도 12의 방법은, 도 11의 방법을 통해 배터리(B)의 퇴화율, 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율이 결정된 경우에 실행될 수 있다.
단계 S1200에서, 제어부(120)는, 배터리(B)의 양극 퇴화율과 음극 퇴화율 간의 제1 차이, 음극 퇴화율과 리튬 이온 손실율 간의 제2 차이 및 양극 퇴화율과 리튬 이온 손실율 간의 제3 차이를 결정한다.
단계 S1210에서, 제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화율을 기초로, 임계값을 결정한다. 배터리(B)의 퇴화율 대 후보 임계값의 관계를 나타내는 데이터가 기록되어 있는 테이블('진단 테이블'이라고 칭할 수 있음)이 메모리부(130)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화율을 인덱스로서 이용하여, 진단 테이블로부터 배터리(B)의 퇴화율에 연관된 후보 임계값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 진단 테이블 내에서, 상대적으로 작은 퇴화율은 상대적으로 큰 후보 임계값에 연관되어 있을 수 있다. 대안적으로, 소정값이 상기 임계값으로서 이용될 수 있으며, 이 경우 단계 S1210은 생략될 수 있다.
단계 S1220에서, 제어부(120)는, 제1 차이, 제2 차이 및 제3 차이 중 적어도 하나가 임계값보다 큰지 여부를 판정한다. 단계 S1200의 값이 "예"라는 것은, 배터리(B)가 비정상적으로 퇴화되었음을 나타낼 수 있다. 단계 S1200의 값이 "예"인 경우, 단계 S1210이 진행된다. 단계 S1200의 값이 "아니오"인 경우, 상기 방법은 종료될 수 있다.
단계 S1230에서, 제어부(120)는, 소정의 안전 기능을 활성화한다. 상기 안전 기능은, 경고 메시지의 출력 또는 충방전 전류의 제한일 수 있다. 경고 메시지는, 배터리(B)가 비정상적으로 퇴화되었음을 나타내는 것으로서, 인터페이스부(140)를 통해 전기 시스템(1)의 상위 컨트롤러(2)에게 전송되거나, 인터페이스부(140)에 의해 이미지나 소리의 형태로 출력될 수 있다. 제어부(120)는, 스위칭 디바이스(200)에게 스위치(SW)를 통해 흐르는 충방전 전류를 소정의 전류 이하로 제한할 것을 명령할 수 있다. 스위칭 디바이스(200)는, 스위치(SW)에게 제2 제어 신호를 출력하거나, 제1 제어 신호의 듀티비를 소정값(예, 10%) 이하로 감소시킴으로써, 스위치(SW)를 통해 흐르는 충방전 전류를 소정의 전류 이하로 제한할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치(100) 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.
1: 전기 시스템
2: 상위 컨트롤러
10: 배터리 팩
B: 리튬 이온 배터리
100: 장치
110: 센싱부
111: 전압 센서
112: 전류 센서
120: 제어부
130: 메모리부
140: 인터페이스부
SW: 스위치
200: 스위치 드라이버

Claims (13)

  1. 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 출력하도록 구성되는 센싱부; 및
    상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 퇴화율 및 측정 Q-dV/dQ 커브를 결정하되, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브는 상기 배터리의 축전량과 상기 배터리의 축전량 변화에 대한 상기 배터리의 전압 변화의 비율 간의 관계를 나타내고,
    상기 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 제1 복수의 특징점을 검출하고,
    상기 퇴화율, 상기 제1 복수의 특징점, 양극 Q-dV/dQ 커브 및 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 배터리의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 결정하도록 구성되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 퇴화율을 기초로 복수의 조정율 세트를 생성하되, 상기 각 조정율 세트는 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을 포함하고, 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율의 합은 상기 퇴화율과 동일하고,
    상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 기초로, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브 및 상기 음극 Q-dV/dQ 커브로부터 상기 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 결정하고,
    상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 상기 각 조정율 세트에 연관된 제2 복수의 특징점을 검출하고,
    상기 제1 복수의 특징점 및 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점을 기초로, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하도록 구성되는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율을 기초로, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브를 상기 각 조정율 세트에 연관된 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브로 변환하고,
    상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 기초로, 상기 음극 Q-dV/dQ 커브를 상기 각 조정율 세트에 연관된 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브로 변환하고,
    상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브 및 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 추정 Q-dV/dQ 커브를 생성하도록 구성되되,
    상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 양극 Q-dV/dQ 커브는, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브가 Q축을 따라 제1 방향으로 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율만큼 축소된 것이고,
    상기 제1 방향은 상기 Q축의 축전량이 감소하는 방향이고,
    상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 보정된 음극 Q-dV/dQ 커브는, 상기 음극 Q-dV/dQ 커브가 상기 Q축을 따라 상기 제1 방향으로 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제2 조정율만큼 축소 및 상기 Q축을 따라 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제3 조정율만큼 쉬프트된 것인, 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 복수의 특징점 각각의 축전량과 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 절대값 합을, 상기 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정하고,
    상기 복수의 조정율 세트 중에서, 상기 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 각각 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율로서 결정하도록 구성되는, 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 복수의 특징점 각각의 축전량과 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 제곱합을, 상기 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정하고,
    상기 복수의 조정율 세트 중에서, 상기 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 각각 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율로서 결정하도록 구성되는, 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 복수의 특징점 중 적어도 하나는, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브 상의 극대점 또는 극소점이고,
    상기 제2 복수의 특징점 중 적어도 하나는, 상기 추정 Q-dV/dQ 커브 상의 극대점 또는 극소점인, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율 중 어느 둘 간의 차이가 임계값보다 큰 경우, 소정의 안전 기능을 활성화하도록 구성되는, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 퇴화율을 인덱스로서 이용하여, 퇴화율 대 후보 임계값의 관계를 나타내는 데이터가 기록되어 있는 진단 테이블로부터, 상기 퇴화율에 연관된 후보 임계값을 상기 임계값으로 결정하도록 구성되는, 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치를 포함하는, 배터리 팩.
  10. 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 퇴화율 및 측정 Q-dV/dQ 커브를 결정하되, 상기 측정 Q-dV/dQ 커브는 상기 배터리의 축전량과 상기 배터리의 축전량 변화에 대한 상기 배터리의 전압 변화의 비율 간의 관계를 나타내는 단계;
    상기 측정 Q-dV/dQ 커브로부터 제1 복수의 특징점을 검출하는 단계; 및
    상기 퇴화율, 상기 제1 복수의 특징점, 양극 Q-dV/dQ 커브 및 음극 Q-dV/dQ 커브를 기초로, 상기 배터리의 양극 퇴화율, 음극 퇴화율 및 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계는,
    상기 퇴화율을 기초로 복수의 조정율 세트를 생성하되, 상기 각 조정율 세트는 제1 조정율, 제2 조정율 및 제3 조정율을 포함하고, 상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율의 합은 상기 퇴화율과 동일한 단계;
    상기 각 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율을 기초로, 상기 양극 Q-dV/dQ 커브 및 상기 음극 Q-dV/dQ 커브로부터 상기 각 조정율 세트에 연관된 추정 Q-dV/dQ 커브를 결정하는 단계;
    상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 추정 Q-dV/dQ 커브로부터 제2 복수의 특징점을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 복수의 특징점 및 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점을 기초로, 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율을 결정하는 단계는,
    상기 제1 복수의 특징점 각각의 축전량과 상기 각 조정율 세트에 연관된 상기 제2 복수의 특징점 각각의 축전량 간의 차이의 절대값 합 또는 제곱합을, 상기 각 조정율 세트에 연관된 유사 지수로 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 복수의 조정율 세트 중에서, 상기 복수의 조정율 세트에 개별적으로 연관된 복수의 유사 지수 중에서 최소의 유사 지수에 연관된 어느 한 조정율 세트에 포함된 상기 제1 조정율, 상기 제2 조정율 및 상기 제3 조정율이 각각 상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율로 결정되는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 양극 퇴화율, 상기 음극 퇴화율 및 상기 리튬 이온 손실율 중 어느 둘 간의 차이가 임계값보다 큰 경우, 소정의 안전 기능을 활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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CN202080004778.3A CN112639498B (zh) 2019-04-17 2020-04-13 用于确定电池的劣化状态的装置和方法、电池组以及电动车辆
US17/269,697 US20220413058A1 (en) 2019-04-17 2020-04-13 Apparatus and method for determining degradation state of battery, battery pack and electric vehicle
EP20790762.7A EP3835802B1 (en) 2019-04-17 2020-04-13 Apparatus and method for determining degradation state of battery, battery pack and electric vehicle
JP2021506260A JP7124258B2 (ja) 2019-04-17 2020-04-13 バッテリーの退化状態を決定するための装置、方法、バッテリーパック及び電気車両

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022145831A1 (ko) * 2020-12-29 2022-07-07 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
WO2022158949A3 (ko) * 2021-01-25 2022-09-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 분류 장치 및 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7423583B2 (ja) * 2021-09-30 2024-01-29 横河電機株式会社 診断装置、診断方法及び診断プログラム
JP7398500B2 (ja) 2022-03-30 2023-12-14 本田技研工業株式会社 バッテリ状態の測定方法
CN116298978B (zh) * 2023-05-19 2023-10-13 江苏正力新能电池技术有限公司 一种定性分析锂离子电池容量损失的方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4884404B2 (ja) * 2007-09-07 2012-02-29 日立ビークルエナジー株式会社 二次電池の内部情報検知方法及び装置
JP4561859B2 (ja) 2008-04-01 2010-10-13 トヨタ自動車株式会社 二次電池システム
US9046586B2 (en) * 2010-03-29 2015-06-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Method and device for diagnosing secondary battery degradation
US9435866B2 (en) * 2010-04-09 2016-09-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device and method for determining deterioration of secondary battery
JP5537236B2 (ja) * 2010-04-13 2014-07-02 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法
JP5682955B2 (ja) * 2010-08-04 2015-03-11 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウム二次電池の制御システム、およびリチウム二次電池の状態検出方法
US8531158B2 (en) 2010-11-01 2013-09-10 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for assessing battery state of health
US8680815B2 (en) * 2010-11-01 2014-03-25 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for assessing battery state of health
JP5779528B2 (ja) 2012-03-16 2015-09-16 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池システムおよびリチウムイオン二次電池システムの制御方法
JP5940145B2 (ja) * 2012-04-20 2016-06-29 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池システム、二次電池の劣化状態判断方法
JP6186385B2 (ja) * 2014-07-10 2017-08-23 東洋ゴム工業株式会社 密閉型二次電池の劣化診断方法及び劣化診断システム
JP6123844B2 (ja) * 2014-09-01 2017-05-10 横河電機株式会社 二次電池容量測定システム及び二次電池容量測定方法
KR101897859B1 (ko) 2015-08-24 2018-09-12 주식회사 엘지화학 리튬 석출 탐지 방법, 이를 이용한 이차전지 충전 방법과 장치 및 이차전지 시스템
US20170170672A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Shorting battery to ground responsive to battery impedance reaching threshold
JP6380417B2 (ja) * 2016-01-21 2018-08-29 横河電機株式会社 二次電池容量測定システム及び二次電池容量測定方法
CN108279382B (zh) * 2017-01-05 2022-06-21 中兴通讯股份有限公司 电池健康状态检测方法及装置
JP2018205138A (ja) * 2017-06-05 2018-12-27 三菱自動車工業株式会社 二次電池システム
WO2019013536A1 (ko) * 2017-07-10 2019-01-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 회생 방법
KR102270870B1 (ko) * 2017-07-10 2021-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 회생 방법
JP2019045351A (ja) * 2017-09-04 2019-03-22 三菱自動車工業株式会社 二次電池システム
KR20190044969A (ko) 2017-10-23 2019-05-02 엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사 통합형 운전환경 설정 장치 및 방법
US11598817B2 (en) * 2018-04-17 2023-03-07 Mitsubishi Electric Corporation Storage cell diagnostic device and storage cell diagnostic method, and storage cell control system
JP6490882B1 (ja) * 2018-04-17 2019-03-27 三菱電機株式会社 蓄電池診断装置および蓄電池診断方法、並びに蓄電池制御システム
JP6968774B2 (ja) * 2018-09-26 2021-11-17 本田技研工業株式会社 リチウムイオン電池の制御装置、リチウムイオン電池の制御方法、およびプログラム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022145831A1 (ko) * 2020-12-29 2022-07-07 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
WO2022158949A3 (ko) * 2021-01-25 2022-09-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 분류 장치 및 방법
JP2023522786A (ja) * 2021-01-25 2023-05-31 エルジー エナジー ソリューション リミテッド バッテリー分類装置及び方法
EP4145154A4 (en) * 2021-01-25 2023-11-15 LG Energy Solution, Ltd. BATTERY CLASSIFICATION APPARATUS AND METHOD

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Publication number Publication date
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