KR20220094376A - 전기자동차 폐배터리 선별 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치는 배터리 팩에 전압을 인가하여 저항을 측정하여, 상기 배터리 팩이 절연 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 절연 검사부(130); 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정하여, 상기 배터리 팩이 충방전 기준치에 부합하는지 판단하는 용량 시험부(140); 상기 배터리 팩의 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산하여, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 내부 저항 시험부(150); 상기 배터리 팩을 일정 시간 동안 방전과 방전 후의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단하는 자기 방전 시험부(160); 및 상기 배터리 팩이 상기 절연 저항 기준치, 상기 충방전 기준치, 상기 내부 저항 기준치 또는 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지를 판단한 결과에 따라, 상기 배터리 팩의 등급을 분류하는 등급 분류부(170);를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예는 배터리 팩의 불량 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 팩의 충전과 방전을 통해 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 및 등급을 분류하는 불량 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 전기 자동차가 급증함에 따라 향후 전기 자동차에서 발생되는 폐전지를 활용한 중고 배터리의 재사용(Reuse), 재제조(Refabricate), 재활용(Recycle)을 통한 활용 방안이 활발히 연구되고 있다.
기본적으로 배터리는 충방전을 반복함에 따라 노화되며, 다른 여러 가지 요인(배터리의 온도, 충전방법, 전류변화, 방전심도(Depth of Discharge) 등)으로 인해 배터리의 노화는 더 빨리 진행되기도 한다.
이와 관련하여, 배터리의 노화에 따른 수명을 추정하는 선행기술로는 다음과 같은 기술들이 있다.
한국공개특허 제2008-0104861호에는 배터리 충방전 횟수를 카운트하여 배터리 제조사가 보증한 충방전 횟수에 대비하여 해당 배터리의 노화도 및 수명을 예측하는 기술이다. 그러나, 실제 기계장치에 사용하는 배터리는 완전한 충전과 완전한 방전 형태의 명확한 충방전 사이클로 종료되지 아니하며, 일부 충전한 상태로 방전하기도 하고, 일부 방전하다가 다시 충전하기도 하므로, 정확한 충방전 횟수의 카운팅이 불가능하다. 따라서, 배터리 충방전 횟수를 기반으로 하여 배터리의 노화도 및 수명을 정확하게 추정하기에는 한계가 있다.
한국공개특허 제2011-0084633호 "배터리의 수명 예측 장치 및 방법"은, 배터리의 OCV-SOC Table을 사용하여 측정된 전압, 전류 및 온도에 해당하는 OCV(Open Circuit Voltage)와 SOC(State Of Charge)를 계산하며, 배터리의 일정시간 동안의 전류 적산량과 계산된 SOC를 이용하여 배터리의 수명을 예측한다. 그러나, 이러한 기술는 배터리의 OCV-SOC 테이블이 배터리의 용량 열화 상태에 따라 달라질 수 있기 때문에, 배터리의 열화 상태에 따른 OCV-SOC 테이블의 불확실성으로 인해 배터리의 수명 추정값을 정확하게 추정하는 것이 불가능한 문제점이 있다.
한국등록특허 제0740113호 "배터리 수명 판정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리시스템"는, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 형성된 배터리 팩에 대해 팩 전류와 팩 전압을 측정하여 팩 내부저항을 산출하고, 산출된 팩 내부저항을 이용하여 해당 배터리 팩의 최대 출력을 산출하며, 산출된 최대 출력과 기준 출력을 비교하여 배터리의 수명을 추정한다.
한국공개특허 제2012-0075756호 "2차 전지의 잔존수명 연산 방법 및 장치"에서는, 전지의 내부저항, 잔존용량(SOC), 컨덕턴스 등의 파라미터를 이용하여 배터리의 수명을 산출하는 기술이 기재된다. 그러나, 배터리 전류와 배터리 전압을 기반으로 산출되는 내부저항은 실제 내부저항과 접촉저항으로 이루어지며, 이중 접촉저항은 배터리의 열화가 아닌 배터리와 배선의 접촉 상태에 따라 달라지기 때문에 전류와 전압을 기반으로 배터리의 열화에 따른 내부저항을 정확하게 계산하기는 매우 어렵다. 또한, 그 내부저항을 기반으로 잔존용량을 계산하거나 배터리의 수명을 정확하게 추정하기는 매우 어렵다.
또한, 한국공개특허 10-2015-0084354 "배터리 팩의 수명추정 장치"는 배터리 팩을 구성하는 셀 벨런싱이 이루어지는 횟수와 그 셀 수를 기반으로 노후 정도를 유추하고 있다.
이와 같이 종래 기술에 따른 배터리 수명추정 장치들은 제조사에서 배터리의 생산 시 사용 정도가 증가함에 따라 전지가 노후 되는 것을 점차적으로 유추하는 방법을 사용하므로, 1차 사용이 된 전지를 회수하여 기존의 사용 데이터가 없는 환경에서 잔존 수명을 예측하는 방법에는 적합하지 않다.
따라서, 전지의 재사용을 위해서는 보다 신속 정확하고 신뢰도가 높은 배터리의 불량 선별 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 전기 자동차의 사용 후 배터리를 재사용함에 있어 짧은 시간 내에 배터리 팩을 선별하여 재사용 가능 여부를 판별하거나 재사용시의 용도를 결정할 수 있으며, 안전성을 확보할 수 있는 선별 기술을 제공하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치는 배터리 팩에 전압을 인가하여 저항을 측정하여, 상기 배터리 팩이 절연 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 절연 검사부(130); 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정하여, 상기 배터리 팩이 충방전 기준치에 부합하는지 판단하는 용량 시험부(140); 상기 배터리 팩의 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산하여, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 내부 저항 시험부(150); 상기 배터리 팩을 일정 시간 동안 방전과 방전 후의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단하는 자기 방전 시험부(160); 및 상기 배터리 팩이 상기 절연 저항 기준치, 상기 충방전 기준치, 상기 내부 저항 기준치 또는 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지를 판단한 결과에 따라, 상기 배터리 팩의 등급을 분류하는 등급 분류부(170);를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 개로 전압 기준치에 부합하는지 판단하는 개로 전압 측정부(120);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 절연 검사부(130)는, 상기 배터리 팩의 정격 전압이 600 V 미만에서는 600 Vdc, 500 V 이상 1,000 V 미만에서는 1,000 Vdc, 1,000 V 이상에서는 2,000 Vdc를 인가하되, 시험 회로의 충전부와 외함 접지 회로를 포함하여 접근 가능한 전도부 사이에 1분 동안 전압을 인가 후 저항을 측정하여, 위험 전압 회로를 포함하는 배터리의 충전부와 외함의 접지 단자의 절연 저항은 1 MΩ 이상 인지를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 용량 시험부(140)는, 상기 배터리 팩을 실온에서 0.5 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하고, 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전 후 1시간 방치한 후, 1/2 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하여, 충전 및 방전 시의 시간에 따른 전류, 전압, 모듈 및 배터리 팩의 온도와 주변 온도, 방전용량(A·h) 및 방전에너지(W·h), 충전용량(A·h) 및 충전에너지(W·h), 충전 및 방전 종료 전압(V)을 측정하여 상기 충방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 내부 저항 시험부(150)는, 상기 배터리 팩을 상온에서 완전히 충전 후 상온에서 2시간 내지 4시간 동안 방치하고, 상기 용량 시험부(140)에서 측정된 방전용량의 10% 만큼(SOC 90%) 방전하며 제1 전압(V1)을 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제2 전압(V2)를 측정하여 제1 내부 저항을 계산하며, 방전된 용량만큼 1/2 C-rate로 SOC 90%로 재충전 후 용량 시험에서 측정된 방전용량의 40% 만큼(SOC 50%) 방전하며 제3 전압(V3)를 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제4 전압(V4)를 측정하여 제2 내부 저항을 계산하여 상기 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 내부 저항 시험부(150)는, 하기의 수학식 1을 이용해 상기 제1 내부 저항(Rd.c, soc90)을 계산하며,
[수학식 1]
(이때, V1은 SOC 90%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V) 임.)
하기의 수학식 2를 이용해 상기 제2 내부 저항(Rd.c, soc50)을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
(이때, V1은 SOC 50%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V) 임.)
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 자기 방전 시험부(160)는 상기 배터리 팩을 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전하고, 실온으로 온도 제어가 가능한 환경에서 24시간 동안 보관한 후, 완전 충전 후 5분, 1시간, 24시간 뒤의 개로 전압을 측정하여, 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 등급 분류부(170)는 상기 배터리 팩의 저항을 측정한 결과가 상기 절연 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정한 결과가 상기 충방전 기준을 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 내부 저항을 계산한 결과가 상기 내부 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정한 결과가 상기 자기 방전 기준치를 충족하지 못하는 경우, 상기 배터리 팩을 불량으로 분류할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 등급 분류부(170)는 상기 배터리 팩의 용량 측정시험 결과, 정격용량의 80% ~ 100% 의 경우 최대 1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격용량의 70% ~ 79% 의 경우 0.5C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격용량의 60% ~ 69% 의 경우 0.1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격 용량의 59% 이하는 불량 등급으로 분류할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 방법은 외관 검사부(100)가 배터리 팩의 상기 배터리 팩의 외관을 검사하여, 상기 배터리 팩의 외관이 외관 기준치에 부합하는지 판단하는 외관 검사 단계; 개로 전압 측정부(120)가 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 개로 전압 기준치에 부합하는지 판단하는 전압 측정 단계; 절연 검사부(130)가 상기 배터리 팩에 전압을 인가하여 저항을 측정하여, 상기 배터리 팩이 절연 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 절연 검사 단계; 용량 시험부(140)가 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정하여, 상기 배터리 팩이 충방전 기준치에 부합하는지 판단하는 용량 시험 단계; 내부 저항 시험부(150)가 상기 배터리 팩의 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산하여, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 저항 시험 단계; 자기 방전 시험부(160)가 상기 배터리 팩을 일정 시간 동안 방전과 방전 후의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단하는 방전 시험 단계; 및 등급 분류부(170)가 상기 배터리 팩이 상기 절연 저항 기준치, 상기 충방전 기준치, 상기 내부 저항 기준치 또는 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지를 판단한 결과에 따라, 상기 배터리 팩의 등급을 분류하는 등급 분류 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 절연 검사 단계는, 상기 절연 검사부(130)가 상기 배터리 팩의 정격 전압이 600 V 미만에서는 600 Vdc, 500 V 이상 1,000 V 미만에서는 1,000 Vdc, 1,000 V 이상에서는 2,000 Vdc를 인가하되, 시험 회로의 충전부와 외함 접지 회로를 포함하여 접근 가능한 전도부 사이에 1분 동안 전압을 인가 후 저항을 측정하여, 위험 전압 회로를 포함하는 배터리의 충전부와 외함의 접지 단자의 절연 저항은 1 MΩ 이상 인지를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 용량 시험 단계는, 상기 용량 시험부(140)가 상기 배터리 팩을 실온에서 0.5 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하고, 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전 후 1시간 방치한 후, 1/2 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하여, 충전 및 방전 시의 시간에 따른 전류, 전압, 모듈 및 배터리 팩의 온도와 주변 온도, 방전용량(A·h) 및 방전에너지(W·h), 충전용량(A·h) 및 충전에너지(W·h), 충전 및 방전 종료 전압(V)을 측정하여 상기 충방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 저항 시험 단계는, 상기 내부 저항 시험부(150)가 상기 배터리 팩을 상온에서 완전히 충전 후 상온에서 2시간 내지 4시간 동안 방치하고, 상기 용량 시험부(140)에서 측정된 방전용량의 10% 만큼(SOC 90%) 방전하며 제1 전압(V1)을 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제2 전압(V2)를 측정하여 제1 내부 저항을 계산하며, 방전된 용량만큼 1/2 C-rate로 SOC 90%로 재충전 후 용량 시험에서 측정된 방전용량의 40% 만큼(SOC 50%) 방전하며 제3 전압(V3)를 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제4 전압(V4)를 측정하여 제2 내부 저항을 계산하여 상기 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 저항 시험 단계는,
상기 내부 저항 시험부(150)가 하기의 수학식 1을 이용해 상기 제1 내부 저항(Rd.c, soc90)을 계산하고,
[수학식 1]
(이때, V1은 SOC 90%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V) 임.)
상기 내부 저항 시험부(150)가 하기의 수학식 2를 이용해 상기 제2 내부 저항(Rd.c, soc50)을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
(이때, V1은 SOC 50%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V) 임.)
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 방전 시험 단계는 상기 자기 방전 시험부(160)가 상기 배터리 팩을 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전하고, 실온으로 온도 제어가 가능한 환경에서 24시간 동안 보관한 후, 완전 충전 후 5분, 1시간, 24시간 뒤의 개로 전압을 측정하여, 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 등급 분류 단계는, 상기 등급 분류부(170)가 상기 배터리 팩의 저항을 측정한 결과가 상기 절연 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정한 결과가 상기 충방전 기준을 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 내부 저항을 계산한 결과가 상기 내부 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정한 결과가 상기 자기 방전 기준치를 충족하지 못하는 경우, 상기 배터리 팩을 불량으로 분류할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 등급 분류 단계는, 상기 등급 분류부(170)가 상기 배터리 팩의 용량 측정시험 결과, 정격용량의 80% ~ 100% 의 경우 최대 1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격용량의 70% ~ 79% 의 경우 0.5C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격용량의 60% ~ 69% 의 경우 0.1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격 용량의 59% 이하는 불량 등급으로 분류할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기 자동차에서 사용된 후 회수된 배터리에 대하여 짧은 시간 동안 충방전 사이클을 통하여 재제조(Refabricate)를 위한 불량 선별 및 용도별 분류 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 팩의 재사용 가능 여부, 재사용 시의 용도 결정 및 안전성과 신뢰성을 확보한 배터리 팩의 선별 기술을 제공하여, 이력을 알 수 있는 배터리뿐만 아니라, 이력이 확보되지 못한 배터리에 대해서도 객관적인 노후화 정도의 파악이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 다른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치(100)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
일반적으로 배터리 수명 시험이나 사이클 시험은 배터리의 정격 용량에 대하여 충전 방전 반복하여 150회에서 500회 정도 진행 후 사이클 진행 전 용량과 사이클 진행 후의 용량을 비교하여 수명을 예측하는데 사용하고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 따른 배터리 수명 시험 방법은 수개월의 시험시간이 필요하며, 신품 전지의 예상 수명을 제시할 뿐 불특정 전지가 사용 후 회수되었을 때 남은 기대수명에 대하여 측정하기는 매우 곤란하다.
본 발명에서는 수거된 전기 자동차의 사용된 전지 팩을 모듈 단위로 분해하여 외관검사, 전압측정, 절연검사, 용량시험, 내부저항시험, 자가방전시험을 거쳐 장시간의 수명시험 없이도 사용 가능한 용도별로 분류하는 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 다른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치(100)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치(100)는 외관 검사부(110), 개로 전압 측정부(120), 절연 검사부(130), 용량 시험부(140), 내부 저항 시험부(150), 자기 방전 시험부(160) 및 등급 분류부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
외관 검사부(110)는 배터리 팩의 상기 배터리 팩의 외관을 검사하여, 상기 배터리 팩의 외관이 외관 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 외관 검사부(110)는 전해질의 누액, 가스 분출, 내부 압력으로 팽창한 상태, 전해질의 냄새 그리고 케이스의 파손, 크랙, 흠, 부식, 찌그러짐 등을 검사하여 판단할 수 있다.
개로 전압 측정부(120)는 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정하며, 그에 따라 상기 배터리 팩이 개로 전압 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다. 이때, 상기 개로 전압 측정부(120)는 직류 전압계를 포함하여 구성되어 부하 연결이 없는 상태에서 배터리 팩의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 절연 검사부(130)는 상기 배터리 팩에 전압을 인가하여 저항을 측정하여, 상기 배터리 팩이 절연 저항 기준치에 부합하는지 판단한다.
보다 구체적으로, 상기 절연 검사부(130)는 상기 배터리 팩의 정격 전압이 600 V 미만에서는 600 Vdc, 500 V 이상 1,000 V 미만에서는 1,000 Vdc, 1,000 V 이상에서는 2,000 Vdc를 인가하되, 시험 회로의 충전부와 외함 접지 회로를 포함하여 접근 가능한 전도부 사이에 1분 동안 전압을 인가 후 저항을 측정할 수 있다.
이때, 위험 전압 회로를 포함하는 배터리의 충전부(양/음극 출력단자)와 외함의 접지 단자의 절연 저항은 1 MΩ 이상이어야 하며, 기준 미달은 불량(폐기품)으로 선별하고 측정값은 기록된다.
용량 시험부(140)는 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정하여, 상기 배터리 팩이 충방전 기준치에 부합하는지 판단한다.
보다 구체적으로, 상기 용량 시험부(140)는 상기 배터리 팩을 실온에서 0.5 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하고, 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전 후 1시간 방치한 후, 1/2 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전할 수 있다.
이때, 상기 용량 시험부(140)는 충전 및 방전 시의 시간에 따른 전류, 전압, 모듈 및 배터리 팩의 온도와 주변 온도, 방전용량(A·h) 및 방전에너지(W·h), 충전용량(A·h) 및 충전에너지(W·h), 충전 및 방전 종료 전압(V)을 측정하여 상기 충방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
상기 판단 결과, 배터리 팩의 측정된 용량 및 에너지가 재제조(Refabricate) 업체가 지정한 허용 한도를 벗어나는 경우, 부적합 처리 절차에 따라 부적합 처리하며, 기준 미달인 배터리 팩은 불량(폐기품)으로 선별하고 측정값은 기록될 수 있다.
내부 저항 시험부(150)는 상기 배터리 팩의 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산하여, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단한다
보다 구체적인 예로서, 내부 저항 시험부(150)는 상기 배터리 팩을 상온에서 완전히 충전 후 상온에서 2시간 내지 4시간 동안 방치하고, 상기 용량 시험부(140)에서 측정된 방전용량의 10% 만큼(SOC 90%) 방전하며 제1 전압(V1)을 측정하고, 2 C-rate 전류로 10초 동안 추가 방전하고 제2 전압(V2)를 측정하여 제1 내부 저항을 계산하며, 방전된 용량만큼 1/2 C-rate로 SOC 90%로 재충전 후 용량 시험에서 측정된 방전용량의 40% 만큼(SOC 50%) 방전하며 제3 전압(V3)를 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제4 전압(V4)를 측정하여 제2 내부 저항을 계산하여 상기 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 내부 저항 시험부(150)는 하기의 수학식 1을 이용해 상기 제1 내부 저항(Rd.c, soc90)을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
이때, V1은 SOC 90%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V)이다.
또한, 상기 내부 저항 시험부(150)는 하기의 수학식 2를 이용해 상기 제2 내부 저항(Rd.c, soc50)을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
이때, V1은 SOC 50%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V)이다.
이와 같이 내부 저항 시험부(150)는 상기 배터리 팩의 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산함으로써, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
자기 방전 시험부(160)는 상기 배터리 팩을 일정 시간 동안 방전과 방전 후의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단한다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 자기 방전 시험부(160)는 상기 배터리 팩을 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전하고, 실온으로 온도 제어가 가능한 환경에서 24시간 동안 보관한 후, 완전 충전 후 5분, 1시간, 24시간 뒤의 개로 전압을 측정하여, 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
그에 따라, 등급 분류부(170)는 상기 배터리 팩이 상기 절연 저항 기준치, 상기 충방전 기준치, 상기 내부 저항 기준치 또는 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지를 판단한 결과에 따라, 상기 배터리 팩의 등급을 분류한다.
즉, 상기 등급 분류부(170)는 상기 배터리 팩의 저항을 측정한 결과가 상기 절연 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정한 결과가 상기 충방전 기준을 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 내부 저항을 계산한 결과가 상기 내부 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정한 결과가 상기 자기 방전 기준치를 충족하지 못하는 경우, 상기 배터리 팩을 불량으로 분류할 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 상기 등급 분류부(170)는 상기 배터리 팩의 용량 측정시험 결과, 정격용량의 80% ~ 100% 의 경우 최대 1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격용량의 70% ~ 79% 의 경우 0.5C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하며, 정격용량의 60% ~ 69% 의 경우 0.1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격 용량의 59% 이하는 불량 등급으로 분류할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이후부터는 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 방법을 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 먼저 외관 검사부(100)가 배터리 팩의 상기 배터리 팩의 외관을 검사하여, 상기 배터리 팩의 외관이 외관 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다(S210).
이후, 개로 전압 측정부(120)가 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 개로 전압 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다(S220).
이와 같은 개로 전압 측정 이후에는, 절연 검사부(130)가 상기 배터리 팩에 전압을 인가하여 저항을 측정하여, 상기 배터리 팩이 절연 저항 기준치에 부합하는지 판단한다(S230).
이때, 절연 검사 시에는, 상기 절연 검사부(130)가 상기 배터리 팩의 정격 전압이 600 V 미만에서는 600 Vdc, 500 V 이상 1,000 V 미만에서는 1,000 Vdc, 1,000 V 이상에서는 2,000 Vdc를 인가하되, 시험 회로의 충전부와 외함 접지 회로를 포함하여 접근 가능한 전도부 사이에 1분 동안 전압을 인가 후 저항을 측정하여, 위험 전압 회로를 포함하는 배터리의 충전부와 외함의 접지 단자의 절연 저항은 1 MΩ 이상 인지를 판단하여 절연을 검사할 수 있다.
이후에는, 용량 시험부(140)가 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정하여, 상기 배터리 팩이 충방전 기준치에 부합하는지 판단한다(S240).
이때, 용량 시험 시에는, 상기 용량 시험부(140)가 상기 배터리 팩을 실온에서 0.5 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하고, 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전 후 1시간 방치한 후, 1/2 C-rate의 정전류로 방전 종료 전압까지 방전하여, 충전 및 방전 시의 시간에 따른 전류, 전압, 모듈 및 배터리 팩의 온도와 주변 온도, 방전용량(A·h) 및 방전에너지(W·h), 충전용량(A·h) 및 충전에너지(W·h), 충전 및 방전 종료 전압(V)을 측정하여 상기 충방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
이후, 내부 저항 시험 시에는, 내부 저항 시험부(150)가 상기 배터리 팩의 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산하여, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단한다(S250).
이때, 상기 내부 저항 시험부(150)가 상기 수학식 1을 이용해 상기 제1 내부 저항(Rd.c, soc90)을 계산하고, 상기 내부 저항 시험부(150)가 상기 수학식 2를 이용해 상기 제2 내부 저항(Rd.c, soc50)을 계산하여, 상기 배터리 팩의 내부 저항에 따른 적합 여부를 판단할 수 있다.
이후, 자기 방전 시험부(160)가 상기 배터리 팩을 일정 시간 동안 방전과 방전 후의 개로 전압을 측정하여, 상기 배터리 팩이 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단한다(S260).
이때, 자기 방전 시험 시에는, 상기 자기 방전 시험부(160)가 상기 배터리 팩을 실온에서 1/2 C-rate의 정전류로 충전 종료 전압까지 충전하고, 실온으로 온도 제어가 가능한 환경에서 24시간 동안 보관한 후, 완전 충전 후 5분, 1시간, 24시간 뒤의 개로 전압을 측정하여, 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지 판단할 수 있다.
이와 같은, 시험(또는 검사)가 이루어지면, 등급 분류부(170)가 상기 배터리 팩이 상기 절연 저항 기준치, 상기 충방전 기준치, 상기 내부 저항 기준치 또는 상기 자기 방전 기준치에 부합하는지를 판단한 결과에 따라, 상기 배터리 팩의 등급을 분류한다(S270).
이때, 이와 같은 등급 분류 시에는, 상기 등급 분류부(170)가 상기 배터리 팩의 저항을 측정한 결과가 상기 절연 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 방전 및 충전 용량을 측정한 결과가 상기 충방전 기준을 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 내부 저항을 계산한 결과가 상기 내부 저항 기준치를 충족하지 못하거나, 상기 배터리 팩의 개로 전압을 측정한 결과가 상기 자기 방전 기준치를 충족하지 못하는 경우, 상기 배터리 팩을 불량으로 분류할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 등급 분류 시에는, 상기 등급 분류부(170)가 상기 배터리 팩의 용량 측정시험 결과, 정격용량의 80% ~ 100% 의 경우 최대 1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격용량의 70% ~ 79% 의 경우 0.5C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하며, 정격용량의 60% ~ 69% 의 경우 0.1C rate 부하용도로 사용 가능한 등급으로 분류하고, 정격 용량의 59% 이하는 불량 등급으로 분류할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전기 자동차에서 사용된 후 회수된 배터리에 대하여 짧은 시간 동안 충방전 사이클을 통하여 재제조(Refabricate)를 위한 불량 선별 및 용도별 분류 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 팩의 재사용 가능 여부, 재사용 시의 용도 결정 및 안전성과 신뢰성을 확보한 배터리 팩의 선별 기술을 제공하여, 이력을 알 수 있는 배터리뿐만 아니라, 이력이 확보되지 못한 배터리에 대해서도 객관적인 노후화 정도의 파악이 가능하다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치
110: 외관 검사부
120: 개로 전압 측정부
130: 절연 검사부
140: 용량 시험부
150: 내부 저항 시험부
160: 자기 방전 시험부
170: 등급 분류부
110: 외관 검사부
120: 개로 전압 측정부
130: 절연 검사부
140: 용량 시험부
150: 내부 저항 시험부
160: 자기 방전 시험부
170: 등급 분류부
Claims (2)
- 배터리 팩에 전압을 인가하여 일정 시간 동안의 전압 변화를 이용해 내부 저항을 계산하며, 상기 배터리 팩이 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 내부 저항 시험부(150);
상기 내부 저항 시험부(150)는,
상기 배터리 팩을 상온에서 완전히 충전 후 상온에서 1시간 동안 방치하고,
상기 용량 시험부(140)에서 측정된 방전용량의 10% 만큼(SOC 90%) 방전하며 제1 전압(V1)을 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제2 전압(V2)를 측정하여 제1 내부 저항을 계산하며,
방전된 용량만큼 1/2 C-rate로 SOC 90%로 재충전 후 용량 시험에서 측정된 방전용량의 40% 만큼(SOC 50%) 방전하며 제3 전압(V3)를 측정하고, 2 C-rate 전류로 5초 동안 추가 방전하고 제4 전압(V4)를 측정하여 제2 내부 저항을 계산하여 상기 내부 저항 기준치에 부합하는지 판단하는 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내부 저항 시험부(150)는,
하기의 수학식 1을 이용해 상기 제1 내부 저항(Rd.c, soc90)을 계산하고,
[수학식 1]
(이때, V1은 SOC 90%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V) 임.)
하기의 수학식 2를 이용해 상기 제2 내부 저항(Rd.c, soc50)을 계산하는 사용 후 배터리 팩의 불량 검출 장치.
[수학식 2]
(이때, V1은 SOC 50%에서의 전압 측정값(V)이고, V2는 (2-1/2) C-rate의 전류로 5초 방전 후의 전압 측정값(V) 임.)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020200185525A KR20220094376A (ko) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 전기자동차 폐배터리 선별 장치 및 방법 |
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| KR1020200185525A KR20220094376A (ko) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 전기자동차 폐배터리 선별 장치 및 방법 |
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| KR1020200185525A KR20220094376A (ko) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 전기자동차 폐배터리 선별 장치 및 방법 |
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2020
- 2020-12-29 KR KR1020200185525A patent/KR20220094376A/ko not_active Application Discontinuation
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