KR20210155518A - 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법은 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 압력을 각각 측정하고, 이를 표준 압력과 비교하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있다.

Description

전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법{SYSTEM FOR DETERMINING A DEFECT OF BATTERY CELL AND METHOD FOR DETERMINING A DEFECT OF BATTERY CELL USING THE SAME}

본 발명은 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법에 관한 것이다.

휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 전지로는 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중 리튬 전지는 니켈 계열의 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며, 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

한편, 상기 리튬 전지는 정상적인 상태가 아닌 상태, 예를 들면, 충전의 이상, 과도한 충전 또는 방전상태, 정상 수준 이상의 전지 상태 측정 지표를 나타내는 상태 등에서 전지 내부의 화합물질의 반응 등에 의하여 가스가 발생되어 폭발이나 고장으로 이어질 염려가 있다.

따라서, 전지의 고장이나 이상 징후를 감지할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

일본공개특허 제2013-065515호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압력 센서를 이용하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있는 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 압력 센서를 이용하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있는 전지 셀의 불량 판정 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템은 전지 셀, 전지 셀, 전지 셀의 양면을 고정하는 셀 지그, 및 전지 셀의 일면 또는 양면에 위치하되, 전지 셀과 셀 지그 사이에 개재된 압력 센서를 포함하는 단위 구조가 n 개(n 은 2 이상) 적층된 전지 모듈; 전지 셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되어, 상기 전지 셀의 충전과 방전을 수행하는 충방전 장치; 및 전지 셀의 충방전시 각각의 압력 센서에 의해 측정된 전지 셀의 측정 압력을 전달 받고, 상기 측정 압력과 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 판정하는 BMS(Battery management system) 를 포함한다.

하나의 예에서, BMS는, 각각의 압력 센서에 의해 측정된 전지 셀의 측정 압력을 전달 받는 수신부; 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력이 저장된 저장부; 및 수신부로부터 전달받은 각 전지 셀의 측정 압력과 저장부에 저장된 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 판정하는 데이터 처리부를 포함한다.

구체적인 예에서, 상기 데이터 처리부는, 수신부로 전달받은 전지 셀의 측정 압력이 표준 압력의 범위를 벗어나는 경우, 해당 전지 셀은 불량으로 판단할 수 있다.

다른 하나의 예에서, BMS는, 각 전지 셀의 SOC 상태에 따른 측정 압력과 표준 압력을 모니터링하는 출력부를 더 포함한다.

아울러, 상기 셀 지그는, 전지 셀을 사이에 두고 양면에서 가압하는 제1 및 제2 플레이트를 포함할 수 있으며, 압력 센서는, 면상 구조일 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 전지 셀의 불량 판정 시스템을 이용하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있는 전지 셀의 불량 판정 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법은 전지 모듈에 포함되는 각각의 압력 센서를 이용하여, 전지 셀의 충방전시 전지 셀의 압력을 측정하여 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계; 및 측정된 전지 셀의 측정 압력과 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력을 비교하고, 불량 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

하나의 예에서, 상기 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계 이전에, 각 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하는 단계를 포함한다.

구체적인 예에서, 상기 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계는, SOC 상태에 따른 전지 셀의 측정 압력을 얻는다.

다른 하나의 예에서, 상기 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계는, SOC 상태에 따른 전지 셀의 측정 압력을 연속적 또는 간헐적으로 얻는다.

하나의 예에서, 상기 불량 여부를 판단하는 단계는, 전지 셀의 측정 압력이 표준 압력의 범위를 벗어나는 경우, 해당 전지 셀은 불량으로 판단하는 과정을 포함한다.

본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법은, 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 압력을 각각 측정함으로써 해당 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 표준 압력 범위를 설정하는 단계에서, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 압력 감지 실험한 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 표준 압력 범위를 설정하는 단계에서, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 측정한 결과를 보여주는 그래프로, 전지 셀의 전류 변화에 따른 압력 크기를 보여주는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

본 발명은 압력 센서를 이용하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있는 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법은 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 압력을 각각 측정하고, 이를 표준 압력과 비교하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있다.

이하, 본 발명의 전지 셀의 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법을 상세하게 설명한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 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. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템(10)은 전지 모듈(100), 충방전 장치(200) 및 BMS(Battery management system) 를 포함하여 구성된다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템(10)은 전지 셀(110), 전지 셀(110)의 양면을 고정하는 셀 지그(120), 및 전지 셀(110)의 일면 또는 양면에 위치하되, 전지 셀(110)과 셀 지그(120) 사이에 개재된 압력 센서(130)를 포함하는 단위 구조가 n 개(n 은 2 이상) 적층된 전지 모듈(100), 전지 셀(110)의 전극 리드와 전기적으로 연결되어, 상기 전지 셀의 충전과 방전을 수행하는 충방전 장치(200) 및 전지 셀(110)의 충방전시 각각의 압력 센서(130)에 의해 측정된 전지 셀(110)의 측정 압력을 전달 받고, 상기 측정 압력과 전지 셀(110)의 SOC(State of charge) 상태에 따른 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 판정하는 BMS(Battery management system)(300) 를 포함하여 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템(10)은 전지 셀(110)을 개별적으로 가압하는 셀 지그(120)를 포함하고, 상기 전지 셀(110)과 셀 지그(120) 사이에 압력 센서(130)를 개재하여, 각각의 전지 셀(110)에 대한 압력을 측정할 수 있다. 나아가, 상기 전지 셀(110)의 측정 압력과 기 설정된 전지 셀(110)의 SOC(State of charge) 상태에 따른 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있다.

한편, 전지 셀(110)은, 충방전시 전지 셀(110)의 SOC 상태에 따라 발생하는 압력이 상이하고, 이에 따라 SOC 상태에 따른 표준 압력 또한 상이하다. 따라서, 본 발명에서는 정상 전지 셀(110)의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하고, 충방전시 SOC 상태에 따른 전지 셀(110)의 측정 압력을 얻어, 이를 서로 비교하여 불량 여부를 판정할 수 있다. 예를 들어, 정상 전지 셀(110)의 SOC 가 10 내지 90 % 일 때, 표준 압력을 측정하여 표준 압력 범위를 설정하고, 불량 여부를 판정하고자 하는 전지 셀(110)의 측정 압력을 얻어, 상기 표준 압력과 측정 압력을 비교한다. 이때, 상기 측정 압력이 전지 셀의 SOC 상태가 60 % 일 때 얻은 압력이라면, SOC 상태가 60% 의 표준 압력과 비교할 수 있다. 만일, 측정 압력이 표준 압력 범위를 벗어나는 경우 해당 전지 셀(110)은 불량으로 판정할 수 있다.

여기서, "SOC 상태"라 함은, 전지 셀(110)의 충전 상태를 나타내는 것으로, 각 전지 셀의 충전량(%)을 의미한다.

아울러, "측정 압력" 은, 불량 여부를 판정하고자 하는 전지 셀(110)의 압력을 의미하는 것으로, 전지 셀(110)의 충방전시 셀 지그(120)에 개재된 압력 센서(130)로 측정한 압력을 의미한다. 한편, 상기 측정 압력은 SOC 상태에 따라 다르게 측정될 수 있다.

나아가, "표준 압력"은, 정상 상태의 전지 셀(110)의 압력을 의미하는 것으로, 정상인 전지 셀의 SOC 상태에 따른 압력 범위를 의미한다. 예를 들어, 정상 전지 셀의 SOC 가 10 내지 90% 일 때, 각각 압력을 측정하여 표준 압력 범위를 설정할 수 있다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템(10)은 전지 모듈(100)을 포함한다.

도 1에서는 전지 모듈(100)에 포함되는 전지 셀을 3 개만 도시하였으나, 전지 모듈(100)에 포함되는 전지 셀(110)의 개수는 제한되지 않는다. 한편, 상기 전지 모듈(100)에 포함되는 전지 셀(110)의 수는 전기적 연결이 필요한 전지 셀(110)의 개수에 따라 달라질 수 있으며, 혹은 전지 모듈(100)의 용량에 따라 달라질 수 있다.

한편, 상기 전지 셀(110)은 충방전이 가능한 이차 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전지 셀(110)은 파우치 타입의 단위 셀일 수 있으며, 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있는 파우치 타입의 단위 셀일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 전지 셀(110)은 셀 지그(120)에 의해서 고정된 형태로 적층된 구조를 갖는다. 이때, 상기 전지 셀(110)과 셀 지그(120) 사이에는 압력 센서(130)가 개재된다.

구체적인 예에서, 셀 지그(120)는 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 플레이트(121, 122)는 전지 셀(110)을 사이에 두고 양면에서 가압하는 구조를 갖는다. 이때, 상기 압력 센서(130)는 전지 셀(110)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 도 1에서는 전지 셀(110)의 일면에 압력 센서(130)가 개재된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다.

나아가, 제1 및 제2 플레이트(121, 122)는 전지 셀(110)을 사이에 두고 가압하는 구조로, 제1 및 제2 플레이트(121, 122) 사이에 전지 셀(110)을 개재한 상태에서, 볼트 및 너트와 같은 고정부재(123)에 의해 체결될 수 있다. 특히, 전지 모듈(100)에 포함되는 각각의 전지 셀(110)은 셀 지그(120)에 의해서 고정되고 가압되는 구조를 갖고 있어, 전지 셀(110)의 충방전시 발생하는 압력 변화를 용이하게 감지할 수 있다.

하나의 예에서, 상기 압력 센서(130)는 면상 구조인 것을 특징으로 한다. 구체적인 예에서, 상기 압력 센서(130)는 면상 구조로, 전지 셀(110)의 전면에 개재되어 있다. 이에 따라, 전지 셀(110)의 전체 면적 중에 일부 영역에만 압력이 증가하더라도, 전지 셀(110)의 압력을 용이하게 감지할 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 압력 센서(130)는 압력분포측정 센서일 수 있다. 상기 압력분포측정 센서는 필름형의 압력 센서로, 센서 표면의 수천여 개 지점에 가해지는 압력을 동시에 측정하여 압력의 분포 형상을 확인할 수 있다. 그리고, 이러한 압력 분포 형상은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해서 PC로 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 압력 센서(130)는 카이트로닉스 사의 압력분포측정 센서 시스템을 이용할 수 있다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템(10)은 충방전 장치(200)를 포함한다. 상기 충방전 장치(200)는 전지 셀(110)로 충전 전원을 공급하거나, 전지 셀(110)로부터 방전 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 전지 셀(110)로 충전 전원을 공급한다는 것은 반드시 전지 셀(110)을 완충시키기 위한 정도의 충분한 전원을 공급한다는 의미로 한정되는 것은 아니다. 전지 셀(110)로부터 방전 전원을 공급받는다는 의미도 마찬가지로 사용될 수 있으므로 반복된 설명은 생략하도록 한다.

구체적인 예에서, 충방전 장치(200)는 전지 셀(110)의 충방전지 불량 여부를 평가하기 위한 구성으로, 충방전 장치(200)로 전지 셀의 충전 전원을 공급하거나, 전지 셀(110)로부터 방전 전원을 공급받을 때, 각각의 전지 셀(110)에서 발생하는 압력을 측정하기 위함이다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템(10)은 측정 압력과 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 판정하는 BMS(Battery management system) 를 포함한다.

상기 BMS(300)는 센서에서 감지한 이차전지 정보를 입력 받아 상황을 판단하고, 이차전지의 상태를 유지하기 위해 제어하는 시스템을 의미한다. 본 발명에서, 상기 BMS(300)는 전지 모듈(100)의 충방전시 전지 모듈(100)에 포함되는 각각의 전지 셀(110)의 측정 압력을 전달 받고, 상기 전지 셀(110)의 불량 여부를 판단하기 위한 구성이다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템의 BMS(300) 는 수신부(310), 저장부(320) 및 데이터 처리부(330)를 포함한다.

구체적인 예에서, 상기 수신부(310)는 전지 모듈(100)에 포함되는 각각의 압력 센서(130)에 의해 측정된 복수의 전지 셀(110)의 측정 압력을 전달 받는다. 이때, 상기 측정 압력은 SOC 상태에 따른 전지 셀(110)의 압력일 수 있다. 한편, 상기 압력 센서(130)는 전지 셀(110)의 충방전시 실시간 또는 소정의 기간마다 간헐적으로 전지 셀(110)의 압력을 측정하고, 이를 수신부(310)로 전달한다.

아울러, 상기 저장부(320)는 정상 상태의 전지 셀(110)의 표준 압력이 저장되는 곳으로, 각 전지 셀(110)의 SOC 상태에 따른 표준 압력이 저장된다.

다른 하나의 예에서, 상기 저장부(320)는 수신부(310)와 연계하여, 전지 셀(110)이 정상 상태일 수 있는 정상 범위의 표준 압력 및, 충전 또는 방전 기간에 따른 정상 상태의 표준 압력을 저장할 수 있다.

나아가, 상기 데이터 처리부(330)는 전지 셀의 불량 여부를 판정한다. 구체적으로, 수신부(310)에서 각 전지 셀(110)의 측정 압력을 전달 받고, 저장부(320)에서 표준 압력을 전달받아, 상기 측정 압력과 표준 비교하여 전지 셀(110)의 불량 여부를 판정한다.

구체적인 예에서, 데이터 처리부(330)는, 수신부(310)로 전달받은 전지 셀(110)의 측정 압력이 표준 압력의 범위를 벗어나는 경우, 해당 전지 셀(110)은 불량으로 판단한다.

다른 하나의 예에서, BMS(300)는, 각 전지 셀(110)의 SOC 상태에 따른 측정 압력과 표준 압력을 모니터링하는 출력부(340)를 더 포함한다. 상기 출력부(340)는 데이터 처리부(330)를 거친 SOC 상태에 따른 측정 압력과 표준 압력을 출력할 수 있으며, 또는 충방전시 실시간 또는 간헐적인 압력 변화를 관찰할 수 있도록 수신부(310)에서 수신한 측정 압력을 출력할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 전지 셀의 불량 판정 시스템을 이용하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있는 전지 셀의 불량 판정 방법을 제공한다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법은 전지 모듈에 포함되는 각각의 압력 센서를 이용하여, 전지 셀의 충방전시 전지 셀의 압력을 측정하여 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계(S10); 및 측정된 전지 셀의 측정 압력과 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력을 비교하고, 불량 여부를 판단하는 단계(S20)를 포함한다.

구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법은 정상 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하고, 충방전시 SOC 상태에 따른 전지 셀의 측정 압력을 얻어, 이를 서로 비교하여 불량 여부를 판정할 수 있다. 예를 들어, 정상 전지 셀의 SOC 가 10 내지 90 % 일 때, 표준 압력을 측정하여 표준 압력 범위를 설정하고, 측정하고자 하는 전지 셀의 측정 압력을 얻어, 상기 표준 압력과 측정 압력을 비교한다. 이때, 상기 측정 압력이 전지 셀의 SOC 상태가 60 % 일 때 얻은 압력이라면, SOC 상태가 60% 의 표준 압력과 비교할 수 있다. 만일, 측정 압력이 표준 압력 범위를 벗어나는 경우 해당 전지 셀은 불량으로 판정할 수 있다.

하나의 예에서, 상기 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계(S10)는, SOC 상태에 따른 전지 셀의 측정 압력을 얻는 과정을 포함한다.

구체적인 예에서, 상기 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계(S10)는, SOC 상태에 따른 전지 셀의 측정 압력을 연속적 또는 간헐적으로 얻는다. 상기 복수의 압력 센서는 전지 셀의 충방전시 연속적 또는 간헐적으로, 상기 전지 셀의 압력을 측정하여, 측정한 측정 압력을 BMS 의 수신부로 전달할 수 있다.

한편, 상기 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계(S10)에서, 전지 모듈에 포함되는 각각의 전지 셀은 셀 지그에 의해서 고정되고 가압되는 구조를 갖고 있어, 전지 셀의 충방전시 발생하는 압력 변화를 용이하게 감지할 수 있다.

다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법은 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계(S10) 이전에, 각 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하는 단계(S5)를 포함한다.

도 3는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 불량 판정 방법을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하는 단계(S5), 전지 모듈에 포함되는 각각의 압력 센서를 이용하여, 전지 셀의 충방전시 전지 셀의 압력을 측정하여 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계(S10) 및 측정된 전지 셀의 측정 압력과 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력을 비교하고, 불량 여부를 판단하는 단계(S20)를 포함한다.

구체적인 예에서, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하는 단계(S5)는, 정상 상태의 전지 셀의 표준 압력 범위를 설정할 수 있다.

한편, 본 발명의 발명자들은 표준 압력 범위를 설정하기 위하여, 전지 셀의 충방전 상태에 따른 압력변화 여부를 측정하였다. 구체적으로, 정상 상태의 전지 셀의 일면에 면상의 압력 센서를 부착하여 셀 지그에 배치하고, 전지 셀의 충방전을 진행하여 압력 변화 여부를 관찰하였다.

도 4는 표준 압력 범위를 설정하는 단계에서, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 압력 감지 실험 결과를 보여주는 도면이다.

도 4는 압력분포측정 센서를 이용하여 얻은 압력의 분포 형상으로, 전지 셀의 충방전률이 증가할수록 압력이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 압력 분포 형상의 면적의 파란색 바탕은 전지 셀의 전체 면적을 나타내는 것으로, 압력이 증가하지 않은 부분을 나타낸다. 아울러, 파란색 바탕에 하늘색 또는 붉은색으로 표시된 부분은 저지 셀의 전체 면적 중 일부 영역에 압력이 증가한 것을 나타낸다. 도 4에서는, 충방전률이 증가할수록 전지 셀의 일부 압력이 증가한 것을 확인할 수 있다. 즉, 색깔 변화를 통해서 전지 셀 전체 면적 중 일부의 압력이 증가한 것을 확인할 수 있었다.

특히, 상기 압력 센서는 면상 구조로, 전지 셀의 전면에 개재되어 있다. 이에 따라, 전지 셀의 전체 면적 중에 일부 영역에만 압력이 증가하더라도, 전지 셀의 압력을 용이하게 감지할 수 있다.

구체적인 예에서, 표준 압력 범위를 설정하는 단계(S5)는 전지 셀의 충방전시 충방전 전류에 대한 압력을 측정하고, 이를 바탕으로 상기 압력의 상한치와 하한치를 설정하여 표준 압력 범위를 설정할 수 있다.

도 5는 표준 압력 범위를 설정하는 단계에서, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 측정한 결과를 보여주는 그래프로, 전지 셀의 전류 변화에 따른 압력 크기를 보여주는 그래프이다.

도 5를 참조하면, SOC 상태에 따른 압력의 편차가 큰 것으로 보인다. 한편, 각각의 충방전 전류(1C, 2C, 3C)에 따른 영향은 없어 보였다. 구체적인 예에서, 표준 압력 범위를 설정하는 단계에서 압력 센서는 압력분포측정 센서를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 압력분포측정 센서로 압력의 분포 형상을 얻게 되면, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 PC로 전달하여 모니터링할 수 있다. 도 5의 x 축은 전류 값을 나타내며, y축은 압력분포측정 센서에서 얻은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 수치화한 값을 나타낸다. 예를 들어, SOC 상태에 따른 압력은 서로 상대적인 값으로 수치화한 값일 수 있다. 상기 SOC 상태가 60% 일 때의 표준 압력 범위는 평균 1600 내지 2000으로 설정할 수 있다.

나아가, 상기 불량 여부를 판단하는 단계(S20)는, 전지 셀의 측정 압력이 표준 압력의 범위를 벗어나는 경우, 해당 전지 셀은 불량으로 판단하는 과정을 포함한다.

구체적인 예에서, 상기 불량 여부를 판단하는 단계(S20)에서, 측정 압력과 표준 압력을 비교하는 과정을 포함한다. 만일, 상기 측정 압력이 전지 셀의 SOC 상태가 60 % 일 때 얻은 압력이라면, SOC 상태가 60% 의 표준 압력과 비교할 수 있다. 예를 들어, SOC 상태가 60% 일 때의 표준 압력 범위를 평균 1600 내지 2000으로 설정한 상태에서, 측정 압력이 2200으로 측정되었다면, 상기 전지 셀은 불량으로 판정할 수 있다.

나아가, 상술한 결과는 BMS 의 출력부를 통해서 모니터링할 수 있다. 예를 들면, 출력부에서 데이터 처리부를 거친 SOC 상태에 따른 측정 압력과 표준 압력을 출력할 수 있으며, 또는 충방전시 실시간 또는 간헐적인 압력 변화를 관찰할 수 있도록 수신부에서 수신한 측정 압력을 출력할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 압력을 각각 측정하고, 이를 표준 압력과 비교하여 전지 셀의 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있다.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 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.

Claims (11)

1. 전지 셀, 전지 셀의 양면을 고정하는 셀 지그, 및 전지 셀의 일면 또는 양면에 위치하되, 전지 셀과 셀 지그 사이에 개재된 압력 센서를 포함하는 단위 구조가 n 개(n 은 2 이상) 적층된 전지 모듈;
   전지 셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되어, 상기 전지 셀의 충전과 방전을 수행하는 충방전 장치; 및
   전지 셀의 충방전시 각각의 압력 센서에 의해 측정된 전지 셀의 측정 압력을 전달 받고, 상기 측정 압력과 전지 셀의 SOC(State of charge) 상태에 따른 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 판정하는 BMS(Battery management system) 를 포함하는 전지 셀의 불량 판정 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   BMS는, 각각의 압력 센서에 의해 측정된 전지 셀의 측정 압력을 전달 받는 수신부;
   전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력이 저장된 저장부; 및
   수신부로부터 전달받은 각 전지 셀의 측정 압력과 저장부에 저장된 표준 압력을 비교하여 불량 여부를 판정하는 데이터 처리부를 포함하는 전지 셀의 불량 판정 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   데이터 처리부는, 수신부로 전달받은 전지 셀의 측정 압력이 표준 압력의 범위를 벗어나는 경우, 해당 전지 셀은 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 불량 판정 시스템.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   BMS는, 각 전지 셀의 SOC 상태에 따른 측정 압력과 표준 압력을 모니터링하는 출력부를 더 포함하는 전지 셀의 불량 판정 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   셀 지그는, 전지 셀을 사이에 두고 양면에서 가압하는 제1 및 제2 플레이트를 포함하는 구조인 전지 셀의 불량 판정 시스템.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   압력 센서는, 면상 구조인 전지 셀의 불량 판정 시스템.
   
7. 제 1 항에 따른 전지 셀의 불량 판정 시스템을 이용한 전지 셀의 불량 판정 방법에 있어서,
   전지 모듈에 포함되는 각각의 압력 센서를 이용하여, 전지 셀의 충방전시 전지 셀의 압력을 측정하여 전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계; 및
   측정된 전지 셀의 측정 압력과 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력을 비교하고, 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 전지 셀의 불량 판정 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계 이전에, 전지 셀의 SOC 상태에 따른 표준 압력 범위를 설정하는 단계를 포함하는 전지 셀의 불량 판정 방법.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계는, SOC 상태에 따른 각 전지 셀의 측정 압력을 얻는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 불량 판정 방법.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    전지 셀의 측정 압력을 얻는 단계는, SOC 상태에 따른 각 전지 셀의 측정 압력을 연속적 또는 간헐적으로 얻는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 불량 판정 방법.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    불량 여부를 판단하는 단계는, 전지 셀의 측정 압력이 표준 압력의 범위를 벗어나는 경우, 해당 전지 셀은 불량으로 판단하는 과정을 포함하는 전지 셀의 불량 판정 방법.

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