KR20220107550A - 배터리 분류 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분류 장치는 배터리의 용량 및 전압에 대한 배터리 정보를 획득하고, 상기 용량 및 상기 전압에 기반한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 미분 프로파일을 획득하고, 획득된 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하며, 검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 상기 배터리를 분류하도록 구성된 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 분류 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 용량 및 전압에 기반하여 배터리를 분류하는 배터리 분류 장치 및 방법에 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.
일반적으로 배터리는 포함되는 음극재 또는 양극재에 따라 분류될 수 있다.
예컨대, 배터리는 100% 흑연계 음극재를 포함하는 배터리, 흑연 및 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 100% 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리로 분류될 수 있다.
참고적으로, 배터리는 NMCO(니켈 망간 코발트 산화물) 양극재를 포함하는 배터리, NMCO 및 비NMCO 양극재를 포함하는 배터리 또는 비NMCO 양극재를 포함하는 배터리로 분류될 수 있다. 여기서 N은 니켈(Ni), M은 망간(Mn), C는 코발트(Co), O는 산화물을 의미한다. 더욱 구체적으로는, NMCO 양극재에 포함된 N의 함량에 따라 하이 니켈계 배터리와 로우 니켈계 배터리로 분류될 수 있다. 예컨대, N의 함량이 70% 이상인 경우 하이 니켈계 배터리로 분류될 수 있다.
배터리는 포함된 음극재의 종류에 따라 배터리의 특성이 달라질 수 있기 때문에, 음극재의 종류에 대응되도록 배터리를 제어하는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 먼저, 배터리에 포함된 음극재의 종류를 결정하여야 하는데, 종래에는 배터리를 분해하여 직접 음극재를 확인하여야 하는 문제가 있다. 또한, 실링된 배터리를 분해하는 과정에서 크랙 등의 발생으로 배터리의 재사용이 불가능해질 수 있으며, 분해된 배터리를 재조립하는데 비용과 시간이 많이 소모될 수 있다. 따라서, 비파괴적인 방식으로 배터리를 분류하는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 전압 및 용량에 기반하여, 비파괴적으로 배터리를 분류할 수 있는 배터리 분류 장치 및 방법을 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 배터리의 용량 및 전압에 대한 배터리 정보를 획득하고, 상기 용량 및 상기 전압에 기반한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 미분 프로파일을 획득하고, 획득된 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하며, 검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 상기 배터리를 분류하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 분류 조건은, 제1 용량 구간에 대응되는 미분 전압이 기준값 이상인 피크가 존재하는지에 대한 제1 분류 조건; 및 제2 용량 구간에 대응되는 미분 전압이 상기 기준값 이상인 피크가 존재하는지에 대한 제2 분류 조건을 포함하도록 설정될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 프로파일의 소정의 용량 구간에서 대응되는 미분 전압이 가장 낮은 용량을 기준으로 상기 제1 용량 구간 및 상기 제2 용량 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 피크 중 대응되는 미분 전압이 가장 큰 피크를 타겟 피크로 선택하고, 선택된 타겟 피크의 미분 전압에 기반하여 제1 미분 전압을 결정하며, 상기 미분 프로파일의 최저 미분 전압에 기반하여 제2 미분 전압을 결정하고, 상기 제1 미분 전압과 상기 제2 미분 전압 중 더 큰 값을 상기 기준값으로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 피크의 미분 전압보다 제1 참조값만큼 작은 값을 상기 제1 미분 전압으로 결정하고, 상기 최저 미분 전압보다 제2 참조값만큼 큰 값을 상기 제2 미분 전압으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리가 상기 제1 분류 조건 및 상기 제2 분류 조건을 모두 만족하면, 상기 배터리를 제1 그룹으로 분류하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리가 상기 제1 분류 조건 및 상기 제2 분류 조건 중 적어도 하나를 만족하지 않으면, 상기 배터리를 제2 그룹으로 분류하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 그룹으로 분류된 배터리를 흑연계 음극재를 포함하는 BOL 배터리 또는 MOL 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 그룹으로 분류된 배터리를 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 흑연계 음극재를 포함하는 EOL 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 그룹으로 분류된 배터리를 재사용 가능한 배터리로 결정하고, 상기 제2 그룹으로 분류된 배터리를 재사용 불가능한 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 분류 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 분류 방법은 배터리의 용량 및 전압에 기반한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계; 상기 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하는 복수의 피크 검출 단계; 및 검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 상기 배터리를 분류하는 배터리 분류 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 분류 장치는 비파괴적인 방식을 통해 배터리를 음극재의 종류 및 배터리의 상태에 따라 분류할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 배터리 분류 장치는 배터리를 재사용 가능 배터리 또는 재사용 불가능 배터리로 더욱 구체적으로 분류할 수 있는 장점이 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 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 분류 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 분류 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분류 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 분류 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
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.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분류 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분류 장치(100)는 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 배터리의 용량 및 전압에 대한 배터리 정보를 획득하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득할 수 있다. 즉, 배터리 프로파일에는 배터리의 용량과 전압이 맵핑된 배터리 정보가 포함될 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 용량 및 전압에 기반한 미분 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 미분 전압은 배터리 정보에 포함된 전압을 용량으로 미분한 값으로, "dV/dQ"로 표현될 수 있다. 즉, 미분 전압은 용량에 대한 전압의 순간 변화율을 나타내는 값일 수 있다. 미분 프로파일은 도 2의 실시예를 통해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 미분 프로파일(DP1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 제1 미분 프로파일(DP1)은 니켈 함량이 80%인 NMCO 양극재를 포함하고, 100% 흑연계 음극재를 포함하는 배터리에 대한 미분 프로파일이다. 또한, 제1 미분 프로파일(DP1)은 배터리가 25℃ 온도에서, 0.05C-rate로 충전될 때 획득된 배터리의 전압 및 용량에 기반하여 생성된 미분 프로파일이다.
도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 획득된 배터리 정보에 기반하여, 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 제1 미분 프로파일(DP1)을 생성할 수 있다. 구체적으로, 제1 미분 프로파일(DP1)에서 배터리의 용량은 0 내지 1의 용량 구간을 갖도록 정규화될 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리가 분류될 때, 복수의 배터리에 대한 용량 구간이 정규화됨으로써, 복수의 배터리가 동일 조건 하에서 분류될 수 있다.
제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 미분 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)와 프로파일 생성부(110)는 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 생성한 제1 미분 프로파일(DP1)을 제어부(120)로 송신하고, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 제1 미분 프로파일(DP1)을 수신할 수 있다.
제어부(120)는 획득된 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 피크는 미분 프로파일에서 위로 볼록한 개형을 띠는 지점일 수 있다. 즉, 피크는 용량에 대한 미분 전압의 변화율이 0인 지점으로서, 피크를 기준으로 저용량 측은 변화율이 양수이고, 고용량 측은 변화율이 음수일 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에 따른 제1 미분 프로파일(DP1)에서, 제어부(120)는 제1 피크(P1), 제2 피크(P2), 제3 피크(P3) 및 제4 피크(P4)를 검출할 수 있다.
제어부(120)는 검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 배터리를 분류하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 복수의 분류 조건은, 제1 분류 조건 및 제2 분류 조건을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 분류 조건은 제1 용량 구간(RR1)에 대응되는 미분 전압이 기준값(R) 이상인 피크가 존재하는지에 대한 분류 조건일 수 있다. 그리고, 제2 분류 조건은 제2 용량 구간(RR2)에 대응되는 미분 전압이 기준값(R) 이상인 피크가 존재하는지에 대한 분류 조건일 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 용량 구간(RR1)에는 제1 피크(P1) 및 제2 피크(P2)가 포함되고, 제2 용량 구간(RR2)에는 제3 피크(P3) 및 제4 피크(P4)가 포함될 수 있다. 제1 피크(P1)의 미분 전압(d1)과 제2 피크(P2)의 미분 전압(d2)은 기준값(R) 이상이므로, 배터리는 제1 분류 조건을 만족할 수 있다. 또한, 제3 피크(P3)의 미분 전압(d3)과 제4 피크(P4)의 미분 전압(d4)도 기준값(R) 이상이므로, 배터리는 제2 분류 조건을 만족할 수 있다.
제어부(120)는 배터리가 제1 분류 조건 및 제2 분류 조건을 모두 만족하면, 배터리를 제1 그룹으로 분류하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 배터리가 제1 분류 조건 및 제2 분류 조건 중 적어도 하나를 만족하지 않으면, 배터리를 제2 그룹으로 분류하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리는 제1 분류 조건 및 제2 분류 조건을 모두 만족하였으므로, 제1 그룹으로 분류될 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(120)는 제1 그룹으로 분류된 배터리를 흑연계 음극재를 포함하는 BOL(Beginning of life) 배터리 또는 MOL(Middle of life) 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제2 그룹으로 분류된 배터리를 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 흑연계 음극재를 포함하는 EOL(End of life) 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(120)는 제1 그룹으로 분류된 배터리를 재사용 가능한 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제2 그룹으로 분류된 배터리를 재사용 불가능한 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 그룹으로 분류된 배터리는, BOL 배터리 또는 MOL 배터리로 간주되어 재사용 가능한 배터리로 분류될 수 있다.
일반적으로, 100% 흑연계 음극재를 포함하는 배터리는, 흑연 및 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 100% 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리에 비해 충방전 수명이 상대적으로 긴 것으로 알려져 있다. 즉, 100% 흑연계 음극재를 포함하는 배터리는 상대적으로 긴 수명에 의해, 재사용되더라도 높은 성능 효율을 나타낼 수 있다.
따라서, 배터리 분류 장치(100)는 비파괴적인 방식을 통해 배터리를 음극재의 종류 및 배터리의 상태에 따라 분류할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 배터리 분류 장치(100)는 배터리를 재사용 가능 배터리 또는 재사용 불가능 배터리로 더욱 구체적으로 분류할 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 전기자동차에 설치되는 배터리는 약 20만km 이상 주행 시 성능이 하락되며, 폐배터리로 분류되어 교체가 요구된다. 하지만, 이러한 폐배터리는 에너지 밀도가 높기 때문에 다른 분야에 충분히 적용 가능하다. 즉, 폐배터리는 전기자동차에 적용되는 경우에 최대 성능을 발휘할 수 없는 것일 뿐, ESS(Energy storage system) 등 전기자동차에 비해 충방전이 잦지 않고 높은 에너지 밀도를 요구하는 2차, 3차 사용처에 적용된다면 잔여 수명 동안 재사용될 수 있다. 또한, 이러한 폐배터리가 2차, 3차적으로 재사용되지 않고 폐기 처리된다면, 환경 오염 측면에서도 악영향이 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분류 장치(100)에 의해 재사용이 가능한 배터리가 비파괴적인 방식으로 분류될 수 있기 때문에, 폐배터리의 재사용 및 재활용에 따라 배터리의 생산 비용이 절감될 수 있으며, 환경 오염이 최소화될 수 있는 측면에서 큰 장점이 있다.
한편, 배터리 분류 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 분류 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 분류 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(130)는 배터리의 전압 및 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 정보를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(130)는 BOL 배터리의 전압 및 용량 간의 대응 관계를 나타내는 BOL 배터리 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 저장부(130)에 접근하여 배터리 정보를 획득하고, 획득된 배터리 정보에 기반하여 배터리에 대한 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
또한, 저장부(130)는 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 미분 프로파일을 저장할 수 있다. 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 미분 프로파일을 직접 수신할 수 있고, 저장부(130)에 접근하여 저장된 미분 프로파일을 획득할 수도 있다. 또한, 제어부(120)는 저장부(130)에 접근하여 배터리 정보 및 BOL 배터리 정보도 획득할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 미분 프로파일의 용량 구간을 제1 용량 구간(RR1)과 제2 용량 구간(RR2)으로 구분하는 실시예에 대해 설명한다.
제어부(120)는 미분 프로파일의 소정의 용량 구간(RQ)에서 대응되는 미분 전압이 가장 낮은 용량을 기준으로 제1 용량 구간(RR1) 및 제2 용량 구간(RR2)을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 소정의 용량 구간(RQ)은 0.3 내지 0.5로 미리 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 소정의 용량 구간(RQ)에서 가장 낮은 미분 전압에 대응되는 용량을 기준으로 제1 용량 구간(RR1)과 제2 용량 구간(RR2)을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 소정의 용량 구간(RQ)에서 가장 낮은 미분 전압에 대응되는 용량을 기준으로 저용량 구간과 고용량 구간을 설정할 수 있다.
양극재 및 음극재를 포함하는 배터리의 특성 상, 저용량 구간에서의 미분 전압은 상대적으로 음극의 영향을 많이 받으며, 고용량 구간에서의 미분 전압은 상대적으로 양극의 영향을 많이 받을 수 있다. 이는 미분 전압뿐만 아니라, "dQ/dV"로 나타낼 수 있는 미분 용량에 있어서도 마찬가지이다.
제어부(120)는 상대적으로 음극의 영향을 많이 받는 제1 용량 구간(RR1)에서의 복수의 피크의 미분 전압에 기반하여 배터리가 제1 분류 기준을 만족하는지를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 상대적으로 양극의 영향을 많이 받는 제2 용량 구간(RR2)에서의 복수의 피크의 미분 전압에 기반하여 배터리가 제2 분류 기준을 만족하는지를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 용량 구간에 따른 배터리의 특성을 고려하여 배터리가 제1 분류 기준 및 제2 분류 기준을 각각 만족하는지를 판단함으로써, 배터리 분류의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 제1 분류 기준 만족 여부 및 제2 분류 기준 만족 여부를 판단하는 기준이 되는 기준값(R)을 설정하는 실시예에 대해 설명한다.
제어부(120)는 복수의 피크 중 대응되는 미분 전압이 가장 큰 피크를 타겟 피크로 선택하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제어부(120)는 제1 용량 구간(RR1)과 제2 용량 구간(RR2)을 설정하는 실시예와 달리, 배터리의 전체 용량 구간에서 타겟 피크를 선택할 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 미분 전압이 가장 큰 제3 피크(P3)가 타겟 피크(TP1)로 결정될 수 있다.
제어부(120)는 선택된 타겟 피크의 미분 전압에 기반하여 제1 미분 전압(R1)을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 타겟 피크의 미분 전압보다 제1 참조값(r1)만큼 작은 값을 제1 미분 전압(R1)으로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 타겟 피크(TP1)의 미분 전압은 d3일 수 있다. 제어부(120)는, 타겟 피크(TP1)의 미분 전압(d3)보다 제1 참조값(r1)만큼 작은 값을 제1 미분 전압(R1)으로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 미분 프로파일의 최저 미분 전압(L)에 기반하여 제2 미분 전압(R2)을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 최저 미분 전압(L)보다 제2 참조값(r2)만큼 큰 값을 제2 미분 전압(R2)으로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 미분 프로파일의 최저 미분 전압(L)은 L일 수 있다. 제어부(120)는 최저 미분 전압(L)보다 제2 참조값(r2)만큼 큰 값을 제2 미분 전압(R2)으로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 제1 미분 전압(R1)과 제2 미분 전압(R2) 중 더 큰 값을 기준값(R)으로 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 미분 전압(R1)이 제2 미분 전압(R2)보다 크기 때문에, 제1 미분 전압(R1)이 기준값(R)으로 설정될 수 있다.
일반적으로, 배터리의 음극재에 포함될 수 있는 비흑연계 음극 활물질은 저용량 구간에서 용량이 발현되기 때문에, 흑연에 비해 저용량 구간에서 저항 및 OCV(Open circuit voltage)에 대한 히스테리시스가 크고, 충방전 효율이 낮을 수 있다. 예컨대, 비흑연계 음극 활물질에는 실리콘(SiO)이 적용될 수 있다. 이러한 비흑연계 음극 활물질의 특성에 따라서, 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리는 저용량 구간에서의 미분 전압이 흑연계 음극재를 포함하는 배터리에 비해 낮게 나타나기 때문에, 제어부(120)는 제1 미분 전압(R1)과 제2 미분 전압(R2) 중 큰 값이 기준으로 기준값(R)을 설정함으로써, 배터리를 보다 정확하게 분류할 수 있다.
이하에서는, 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일 각각에 대한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 미분 프로파일(DP2)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 제2 미분 프로파일(DP2)은 니켈 함량이 80%인 NMCO 양극재를 포함하고, 100% 비흑연계 음극재(SiO)를 포함하는 배터리에 대한 미분 프로파일이다. 또한, 제2 미분 프로파일(DP2)은 배터리가 25℃ 온도에서, 0.05C-rate로 충전될 때 획득된 배터리의 전압 및 용량에 기반하여 생성된 미분 프로파일이다.
제어부(120)는 제2 미분 프로파일(DP2)에서 제4 피크(P4), 제5 피크(P5) 및 제6 피크(P6)를 검출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제4 피크(P4), 제5 피크(P5) 및 제6 피크(P6) 중에서 미분 전압이 가장 큰 제6 피크(P6)를 타겟 피크(TP2)로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 타겟 피크(TP2)의 미분 전압(d6)보다 제1 참조값(r1)만큼 작은 값을 제1 미분 전압(R1)으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제2 미분 프로파일(DP2)의 최저 미분 전압(L)보다 제2 참조값(r2)만큼 큰 값을 제2 미분 전압(R2)으로 결정할 수 있다. 여기서, 제1 미분 전압(R1)이 제2 미분 전압(R2)보다 크기 때문에, 제어부(120)는 제1 미분 전압(R1)을 기준값(R)으로 설정할 수 있다.
제1 용량 구간(RR1)에 포함된 제4 피크(P4)의 미분 전압(d4)은 기준값(R)보다 작기 때문에, 제어부(120)는 배터리가 제1 분류 기준을 만족하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
배터리가 제1 그룹으로 분류되기 위해서는, 제1 분류 기준 및 제2 분류 기준을 모두 만족하여야 하기 때문에, 제어부(120)는 배터리가 제2 분류 기준을 만족하였는지 여부를 판단하지 않더라도 배터리를 제2 그룹으로 분류할 수 있다.
바람직하게, 제어부(120)는 배터리에 포함된 음극재의 종류에 따라 배터리를 분류할 수 있기 때문에, 배터리가 제1 분류 기준을 만족하는지를 먼저 판단한 후, 배터리가 제2 분류 기준을 만족하는지를 판단할 수 있다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이, 저용량 구간인 제1 용량 구간(RR1)에서의 미분 전압은 양극보다는 음극의 영향을 더 많이 받기 때문이다.
또한, 제어부(120)는 배터리가 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 흑연계 음극재를 포함하는 EOL 배터리이고, 재사용 불가능한 배터리인 것으로 분류할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 미분 프로파일(DP3)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 제3 미분 프로파일(DP3)은 LMO(리튬 망간 산화물) 양극재를 포함하고, 100% 흑연계 음극재를 포함하는 배터리에 대한 미분 프로파일이다. 또한, 제3 미분 프로파일(DP3)은 배터리가 25℃ 온도에서, 0.05C-rate로 충전될 때 획득된 배터리의 전압 및 용량에 기반하여 생성된 미분 프로파일이다.
제어부(120)는 제3 미분 프로파일(DP3)에서 제7 피크(P7), 제8 피크(P8) 및 제9 피크(P9)를 검출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제7 피크(P7), 제8 피크(P8) 및 제9 피크(P9) 중에서 미분 전압이 가장 큰 제7 피크(P7)를 타겟 피크(TP3)로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 타겟 피크(TP3)의 미분 전압(d7)보다 제1 참조값(r1)만큼 작은 값을 제1 미분 전압(R1)으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제2 미분 프로파일(DP2)의 최저 미분 전압(L)보다 제2 참조값(r2)만큼 큰 값을 제2 미분 전압(R2)으로 결정할 수 있다. 여기서, 제1 미분 전압(R1)이 제2 미분 전압(R2)보다 크기 때문에, 제어부(120)는 제1 미분 전압(R1)을 기준값(R)으로 설정할 수 있다.
제1 용량 구간(RR1)에 포함된 제7 피크(P7)의 미분 전압(d7)과 제8 피크(P8)의 미분 전압(d8)은 기준값(R)보다 크기 때문에, 제어부(120)는 배터리가 제1 분류 기준을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제2 용량 구간(RR2)에 포함된 제9 피크(P9)의 미분 전압(d9)은 기준값(R)보다 크기 때문에, 제어부(120)는 배터리가 제2 분류 기준을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
배터리가 제1 분류 기준 및 제2 분류 기준을 모두 만족하는 것으로 판단되었기 때문에, 제어부(120)는 배터리를 제1 그룹으로 분류할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 배터리가 100% 흑연계 음극재를 포함하는 BOL 배터리 또는 MOL 배터리이고, 재사용 가능한 배터리인 것으로 분류할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 미분 프로파일(DP4)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 제4 미분 프로파일(DP4)은 LMO(리튬 망간 산화물) 양극재를 포함하고, 100% 비흑연계 음극재(SiO)를 포함하는 배터리에 대한 미분 프로파일이다. 또한, 제4 미분 프로파일(DP4)은 배터리가 25℃ 온도에서, 0.05C-rate로 충전될 때 획득된 배터리의 전압 및 용량에 기반하여 생성된 미분 프로파일이다.
제어부(120)는 제4 미분 프로파일(DP4)에서 제10 피크(P10) 및 제11 피크(P11)를 검출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제11 피크(P11) 및 제12 피크 중에서 미분 전압이 가장 큰 제11 피크(P11)를 타겟 피크(TP4)로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 타겟 피크(TP4)의 미분 전압(d11)보다 제1 참조값(r1)만큼 작은 값을 제1 미분 전압(R1)으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제2 미분 프로파일(DP2)의 최저 미분 전압(L)보다 제2 참조값(r2)만큼 큰 값을 제2 미분 전압(R2)으로 결정할 수 있다. 여기서, 제2 미분 전압(R2)이 제1 미분 전압(R1)보다 크기 때문에, 제어부(120)는 제2 미분 전압(R2)을 기준값(R)으로 설정할 수 있다.
여기서, 도 2 내지 도 5의 실시예를 참조하면, 제1 미분 전압(R1)은 항상 제2 미분 전압(R2)보다 크다고 할 수 없다. 따라서, 제어부(120)는 타겟 피크의 미분 전압에 기반하여 결정된 제1 미분 전압(R1)과 최저 미분 전압(L)에 기반하여 결정된 제2 미분 전압(R2) 간의 대소를 비교함으로써 기준값(R)을 설정하는 것이다.
제1 용량 구간(RR1)에는 피크가 하나도 포함되지 않기 때문에, 제어부(120)는 배터리가 제1 분류 기준을 만족하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 배터리가 제2 분류 기준을 만족하였는지 여부를 판단하지 않더라도 배터리를 제2 그룹으로 분류할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 배터리가 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 흑연계 음극재를 포함하는 EOL 배터리이고, 재사용 불가능한 배터리인 것으로 분류할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 분류 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 분류 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 분류 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 분류 장치(100)의 프로파일 생성부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 분류 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 분류 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 센싱 라인(SL1)은 배터리 셀(B)의 양극과 측정부(200)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 센싱 라인(SL2)은 배터리 셀(B)의 음극과 측정부(200)에 연결될 수 있다. 측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 측정된 배터리 셀(B)의 양극 전압과 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 측정된 배터리 셀(B)의 음극 전압 간의 차이를 계산하여, 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(200)는 제3 센싱 라인(SL3)과 연결된 전류 측정 유닛(A)을 통해서 배터리 셀(B)의 충전 전류 및/또는 방전 전류를 측정할 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 션트 저항 또는 전류계일 수 있다.
측정부(200)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 전압 및 전류에 대한 배터리 정보는 배터리 분류 장치(100)로 송신될 수 있다. 구체적으로, 프로파일 생성부(110)는 측정부(200)로부터 배터리 셀(B)의 배터리 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 수신한 배터리 셀(B)의 전압 및 전류에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 또한, 측정부(200)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 배터리 정보는 저장부(130)에 저장될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 분류 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 분류 방법의 각 단계는 배터리 분류 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 배터리 분류 방법은 미분 프로파일 생성 단계(S100), 복수의 피크 검출 단계(S200) 및 배터리 분류 단계(S300)를 포함할 수 있다.
미분 프로파일 생성 단계(S100)는 배터리의 용량 및 전압에 기반한 미분 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 제1 미분 프로파일(DP1)을 생성할 수 있다.
복수의 피크 검출 단계(S200)는 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 피크(P1), 제2 피크(P2), 제3 피크(P3) 및 제4 피크(P4)를 검출할 수 있다.
배터리 분류 단계(S300)는 검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 배터리를 분류하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 제1 용량 구간(RR1)에 포함된 피크의 개수 및 미분 전압에 기반하여 배터리가 제1 분류 조건을 만족하는지를 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제2 용량 구간(RR2)에 포함된 피크의 개수 및 미분 전압에 기반하여 배터리가 제2 분류 조건을 만족하는지를 판단할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 용량 구간(RR1)에는 제1 피크(P1) 및 제2 피크(P2)가 포함되고, 제2 용량 구간(RR2)에는 제3 피크(P3) 및 제4 피크(P4)가 포함될 수 있다. 제1 피크(P1)의 미분 전압(d1)과 제2 피크(P2)의 미분 전압(d2)은 기준값(R) 이상이므로, 제어부(120)는 배터리가 제1 분류 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제3 피크(P3)의 미분 전압(d3)과 제4 피크(P4)의 미분 전압(d4)도 기준값(R) 이상이므로, 제어부(120)는 배터리가 제2 분류 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 배터리를 제1 그룹으로 분류할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 배터리가 흑연계 음극재를 포함하는 BOL 배터리 또는 MOL 배터리이고, 재사용 가능한 배터리로 분류할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 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: 배터리 팩
100: 배터리 분류 장치
110: 프로파일 생성부
120: 제어부
130: 저장부
200: 측정부
100: 배터리 분류 장치
110: 프로파일 생성부
120: 제어부
130: 저장부
200: 측정부
Claims (10)
- 배터리의 용량 및 전압에 대한 배터리 정보를 획득하고, 상기 용량 및 상기 전압에 기반한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
상기 프로파일 생성부로부터 상기 미분 프로파일을 획득하고, 획득된 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하며, 검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 상기 배터리를 분류하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 분류 조건은,
제1 용량 구간에 대응되는 미분 전압이 기준값 이상인 피크가 존재하는지에 대한 제1 분류 조건; 및
제2 용량 구간에 대응되는 미분 전압이 상기 기준값 이상인 피크가 존재하는지에 대한 제2 분류 조건을 포함하도록 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 미분 프로파일의 소정의 용량 구간에서 대응되는 미분 전압이 가장 낮은 용량을 기준으로 상기 제1 용량 구간 및 상기 제2 용량 구간을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 피크 중 대응되는 미분 전압이 가장 큰 피크를 타겟 피크로 선택하고, 선택된 타겟 피크의 미분 전압에 기반하여 제1 미분 전압을 결정하며, 상기 미분 프로파일의 최저 미분 전압에 기반하여 제2 미분 전압을 결정하고, 상기 제1 미분 전압과 상기 제2 미분 전압 중 더 큰 값을 상기 기준값으로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 타겟 피크의 미분 전압보다 제1 참조값만큼 작은 값을 상기 제1 미분 전압으로 결정하고, 상기 최저 미분 전압보다 제2 참조값만큼 큰 값을 상기 제2 미분 전압으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배터리가 상기 제1 분류 조건 및 상기 제2 분류 조건을 모두 만족하면, 상기 배터리를 제1 그룹으로 분류하고,
상기 배터리가 상기 제1 분류 조건 및 상기 제2 분류 조건 중 적어도 하나를 만족하지 않으면, 상기 배터리를 제2 그룹으로 분류하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 그룹으로 분류된 배터리를 흑연계 음극재를 포함하는 BOL 배터리 또는 MOL 배터리로 결정하고,
상기 제2 그룹으로 분류된 배터리를 비흑연계 음극재를 포함하는 배터리 또는 흑연계 음극재를 포함하는 EOL 배터리로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 그룹으로 분류된 배터리를 재사용 가능한 배터리로 결정하고, 상기 제2 그룹으로 분류된 배터리를 재사용 불가능한 배터리로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 분류 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 분류 장치를 포함하는 배터리 팩.
- 배터리의 용량 및 전압에 기반한 미분 전압과 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계;
상기 미분 프로파일에서 복수의 피크를 검출하는 복수의 피크 검출 단계; 및
검출된 복수의 피크의 개수 및 미분 전압에 관하여 미리 설정된 복수의 분류 조건에 기반하여 미리 설정된 복수의 그룹 중 어느 하나로 상기 배터리를 분류하는 배터리 분류 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 분류 방법.
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