KR20220138739A - 상대 비교를 통한 이상 전지 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법에 관한 것으로, n개의 전지셀(n은 2 이상의 정수)을 포함하는 전지셀 그룹에 대하여, 각 전지셀을 충방전하는 단계; 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값을 측정하는 단계; 하기 식 1에 따라 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 S값 프로파일을 수득하는 단계; 및 상기 시간 또는 충전 상태에 따른 S값으로부터 이상 전지를 검출하는 단계; 를 포함한다.
[식 1]

(식 1에서, S(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 S값, X(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값, σ(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 표준편차, M(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 평균값 또는 중간값을 의미한다.)

Description

상대 비교를 통한 이상 전지 검출 방법{METHOD FOR DETECTING ABNORMAL BATTERY THROUGH RELATIVE COMPARISON}

본 발명은 이상 전지 검출 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 상대 비교를 통한 이상 전지 검출 방법에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.

이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.

이러한 이차전지는 다양한 원인으로 인하여 불량이 발생하며, 예를 들어, 분리막의 손상, 이물의 존재, 전해액 부족, 양극과 음극의 오버행 현상, 음극의 석출 등 전극의 퇴화 현상 등으로 인해 불량이 발생할 수 있다.

종래에는 이러한 이차전지의 불량을 판별하기 위해, 개별 전지셀의 전압, 용량 등 전지 특성값을 측정하였다. 그러나, 이러한 불량으로 인한 증상이 매우 미미한 경우에는 검출이 어렵다는 문제가 있었으며, 이 경우 불량 검출을 위해 정밀도가 높은 고가의 장비를 사용해야 했다. 또한 불량으로 인한 전지 성능의 차이를 크게 나타내기 위해서 낮은 온도에서 느린 속도로 측정을 수행해야 했다. 또는, 전지의 이상 여부를 확인하기 위해 전지셀을 분해하여 직접 확인하는 방법을 사용해야 했다.

따라서 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.

한국등록특허공보 제10-2148204호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 일반적인 측정 조건에서도 전지의 미세한 이상 징후를 검출함으로써 검출력을 향상시킬 수 있는 이상 전지 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법은, n개의 전지셀(n은 2 이상의 정수)을 포함하는 전지셀 그룹에 대하여, 각 전지셀을 충방전하는 단계;

전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값을 측정하는 단계;

하기 식 1에 따라 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 S값 프로파일을 수득하는 단계; 및

[식 1]

(식 1에서, S(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 S값, X(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값, σ(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 표준편차, M(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 평균값 또는 중간값을 의미한다.)

상기 시간 또는 충전 상태에 따른 S값으로부터 이상 전지를 검출하는 단계; 를 포함하는 이상 전지 검출 방법.

구체적인 예에서, 상기 전지셀 그룹 내 전지셀들은 동일한 조건으로 충방전되거나, 직렬 또는 병렬로 연결된 것일 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 전지셀 그룹은 전지 모듈, 전지 팩 또는 랙 단위이거나, 전지 생산 시 동일한 조건으로 검사되는 그룹일 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 전지셀을 충방전하는 단계는 전지셀 그룹에 소정의 전류를 인가하는 것일 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 전지 특성값은 전압, 온도, 용량, 전력을 포함하는 군에서 선택되는 하나일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 이상 전지를 검출하는 단계는, 전지셀 그룹 내 전지셀의 S값 프로파일을 정상 전지셀의 S값 프로파일과 비교하여 이상 구간을 검출하고, 이로부터 이상 증상의 종류를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.

이 때, 시간 또는 충전 상태에 따라 S값이 변화하는 경우 전지셀의 용량이 전지셀 그룹 내 다른 전지셀에 비해 퇴화 정도가 다른 것으로 결정할 수 있다.

또한, 특정 구간에서 피크가 나타날 경우 전지 내 전극 재료가 퇴화되거나 전해액 성분이 부족한 것으로 결정할 수 있다.

또한, 시간에 따라 S값이 감소하거나, S값이 정상보다 큰 폭으로 작게 나타나는 경우 내부 단락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.

다른 하나의 예에서, 상기 이상 전지를 검출하는 단계는 전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일을 도출하고, 이로부터 이상 여부를 검출하는 과정을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 동일한 조건으로 충전 또는 방전되는 전지들의 자료를 상대 비교함으로써, 미세한 정도의 이상 징후를 검출할 수 있다. 이에 따라 전지를 파괴하거나 측정 조건을 가혹하게 변경하지 않고도 이상 전지를 선별하는 검출력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 정상 전지셀의 시간에 따른 S값 프로파일을 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 6은 이상 증상별 시간에 따른 S값 프로파일을 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에서, 전지셀의 시간에 따른 전압 프로파일을 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에서, 전지셀의 시간에 따른 S값 프로파일을 나타낸 것이다.
도 11은 전지셀의 전압에 따른 S값 프로파일을 나타낸 것이다.
도 12는 전지셀의 전압에 따른 dQ/dV 그래프를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 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.

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법은 본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법은, n개의 전지셀(n은 2 이상의 정수)을 포함하는 전지셀 그룹에 대하여, 각 전지셀을 충방전하는 단계(S1); 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값을 측정하는 단계(S2); 하기 식 1에 따라 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 S값 프로파일을 수득하는 단계(S3); 및

[식 1]

(식 1에서, S(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 S값, X(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값, σ(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 표준편차, M(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 평균값 또는 중간값을 의미한다.)

상기 시간 또는 충전 상태에 따른 S값으로부터 이상 전지를 검출하는 단계; 를 포함한다.

전술한 바와 같이, 이차전지의 불량을 판별하기 위해, 개별 전지셀의 전압, 용량 등 전지 특성값을 측정하였다. 그러나, 이러한 불량으로 인한 증상이 매우 미미한 경우에는 검출이 어렵다는 문제가 있었으며, 이 경우 불량 검출을 위해 정밀도가 높은 고가의 장비를 사용하거나, 낮은 온도에서 측정을 수행하거나, 전지셀을 분해하여 직접 확인하는 방법을 사용해야 했다.

본 발명은 동일한 조건으로 충전 또는 방전되는 전지들의 자료를 상대 비교함으로써, 전지를 파괴하거나 측정 조건을 가혹하게 변경하지 않고도 이상 전지를 선별하는 검출력을 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법의 각 단계에 대해 상세히 설명한다.

측정 대상 전지셀의 선별

먼저, 측정 대상 전지셀을 선별한다. 본 발명은 측정 대상 전지셀과 다른 전지셀과의 상대적인 비교를 통해 이상 전지를 검출하므로, 상기 전지셀을 포함한 n개(n은 2 이상의 정수)를 선별하게 된다. 본 발명에서는 이렇게 선별된 n개의 전지셀을 전지셀 그룹으로 칭한다.

여기서, 상기 전지셀 그룹 내 전지셀들은 동일한 조건으로 관리되는 것을 전제로 한다. 구체적으로, 상기 전지셀 그룹 내 전지셀들은 동일한 조건으로 충방전되는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 서로 간에 직렬 또는 병렬로 연결된 것일 수 있다. 이와 같은 전지셀들은 작동 중일 때 같은 환경 조건, 충전 상태 및 전력 부하 등에 노출되므로, 서로 동일한 온도, 에너지, 용량 등의 전지 특성값을 나타낼 것으로 기대되기 때문이다.

대표적인 예로서, 이와 같은 전지셀 그룹은 전지 모듈, 전지 팩 또는 랙 단위와 같이 동시에 사용되는 그룹이거나, 전지 생산 시 동일한 조건으로 검사되는 그룹일 수 있다. 전지 모듈, 전지 팩 또는 랙 단위에 속한 전지셀들은 서로간에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있어, 충방전 시 동일한 전압 또는 전류에 노출되므로, 전지셀의 상대 비교에 용이하다.

한편, 상기 전지셀은 전지팩 또는 전지 모듈 등에 사용되는 통상의 전지셀을 사용할 수 있으며, 그 종류 및 형태에 특별한 제한은 존재하지 않는다. 상기 전지셀, 전지 모듈 및 전지팩 등에 대한 내용은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.

전지셀의 충방전

n개의 전지셀이 포함된 전지셀 그룹이 선별되면, 상기 전지셀 그룹 내 전지셀을 충방전한다. 이 때, 상기 전지셀들이 동일 모듈 또는 팩에 속해 있더라도, 상기 전지셀들이 연결된 모듈 또는 팩 단위로 충방전하지 않고, 각 전지셀별로 충방전을 실시한다. 이는 전지셀 간 간섭을 방지하기 위함이다.

상기 충방전은 충방전 프로파일 및 후술하는 S값 프로파일을 얻기 위한 것으로, 충방전 패턴, 구체적으로 충방전 속도 및 충방전 횟수 등은 통상의 기술자에 의해 적절히 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 전지셀들의 전압을 측정하기 위한 경우, 상기 전지셀들을 정전류로 충방전할 수 있다. 이 경우 상기 전지셀을 충방전하는 단계에서, 전지셀 그룹에는 소정의 전류가 인가된다. 또한 충전 구간과 방전 구간 사이에 일정 시간 동안 휴지기를 둘 수도 있다.

전지셀이 충방전되면, 충방전 과정에서 각 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값을 측정한다. 상기 전지 특성값은 전지셀이 전기화학적 거동을 하면서 나타나는 특징적인 값으로 전압, 온도, 용량, 전력을 포함하는 군에서 선택되는 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

S값 계산 및 프로파일 획득

전지셀의 충방전이 완료되면, 충방전에 의해 얻어진 데이터로부터 S값을 계산한다. 본 발명에서, 상기 S값은 측정 대상 전지셀의 전지셀 그룹 내 다른 전지셀들에 대한 전지 특성값의 상대적인 척도를 나타낸다. 구체적으로, 상기 S값은 하기 식 1과 같이 정의된다.

[식 1]

(식 1에서, S(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 S값, X(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값, σ(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 표준편차, M(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 평균값 또는 중간값을 의미한다.)

구체적으로, 전지셀 그룹 내 어느 하나의 전지셀을 충방전하면서 시간 또는 충전 상태에 따라 연속적으로 전지 특성값을 측정하여 X(t)값을 얻는다. 이 과정을 각 전지셀로 반복하여, 전지셀 그룹 내 모든 전지셀에 대한 X(t)값을 얻는다. 이어서 전지셀 그룹 내 모든 전지셀들의 각 시간대별 또는 충전 상태 별 X(t)값에 대하여 평균값 또는 중앙값 M(t) 및 표준편차 σ(t)를 계산한다. 마지막으로 얻어진 값을 상기 식 1에 대하여 S(t)값을 획득한다.

이 때, 상기 M(t)값으로 평균값을 사용해도 되나, 크게 다른 값을 가지는 전지가 있는 경우 평균값이 어느 한쪽으로 치우칠 수 있으므로, 이 경우 중앙값을 사용할 수 있다.

상기 식 1에서 볼 수 있듯이, 상기 S값은 측정 대상 전지셀의 전지 특성값을 표준화한 것으로, 측정 대상 전지셀의 전지 특성값이 평균 또는 중앙값을 기준으로 얼마나 떨어져 있는지를 나타낸 것이다. 이를 통해, 동일한 조건으로 충방전되나, 내부의 양극재, 음극재, 전해액 등 전지 내 원재료의 미세한 함량 또는 상태 차이에 따라 달라질 수 있는 전지 특성값을 같은 기준으로 판단할 수 있게 된다.

상기 S값은 충방전 시간 또는 충전 상태에 따라 연속적 또는 순차적으로 측정되고, 이로써 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 S값 프로파일이 수득된다. 일반적으로 전지셀은 이상 증상의 종류 및 정도에 따라 서로 다른 시간 또는 충전 상태 구간에서 이상 전지 특성값이 발현될 수 있는데, 본 발명은 상기 S값을 충방전 시간 또는 충전 상태에 따라 작성함으로써 어느 구간에서 이상이 있는지를 발견할 수 있으며, 이에 따라 이상 증상의 종류 및 그 강도를 분석할 수 있는 것이다.

이상 전지 검출

전지셀의 S값 프로파일이 수득되면, 이로부터 이상 전지를 검출한다.

본 발명은 개별 전지의 전지 특성값 차이가 매우 작은 경우에도 상기와 같은 표준화 과정을 통해 전지셀 간 전지 특성값을 상대 비교하므로, 미세한 차이를 용이하게 검출할 수 있다. 예를 들어, 전압의 직접적인 비교로는 차이를 발견하기 어려운 내부저항 증가 또는 리튬 메탈 석출 등의 이상 징후를 검출할 수 있다.

하나의 예에서, 상기 이상 전지를 검출하는 단계는, 전지셀 그룹 내 전지셀의 S값 프로파일을 정상 전지셀의 S값 프로파일과 비교하여 이상 구간을 검출하고, 이로부터 이상 증상의 종류를 결정하는 과정을 포함할 수 있다.

이 때, 증상의 종류를 결정하기 위해, 정상 전지셀의 S값 프로파일 및 이상 증상별 S값 프로파일의 형태에 관한 자료가 미리 준비되어야 한다. 특히, 전지 특성값은 내부의 양극재, 음극재, 전해액 등 전지 내 원재료의 함량 또는 상태 차이 및 용접 상태 등의 제조 공정에 따라 달라질 수 있으므로, 각 전지셀 모델 별로 정상 전지셀의 S값 프로파일 및 이상 증상별 S값 프로파일 자료가 준비되어야 한다.

이를 위해, 각 모델 별로 다수의 전지셀 샘플을 제작하고, 충방전 시간 또는 충전 상태에 따른 S값 프로파일을 수득한 후, 이를 이상 증상 별로 메모리 등의 저장시스템에 누적할 수 있으며, 이러한 데이터베이스는 표 또는 그래프 등의 시각자료로 기록될 수 있다. 측정의 정확도를 위해 최대한 많은 수의 전지셀 샘플에 대하여 측정을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 별도로 전지셀 샘플을 제작하는 것 외에, 전지셀의 평가를 반복하면서 누적된 자료를 데이터베이스화할 수도 있다.

예를 들어, 도 2 내지 6에는 정상 전지셀의 S값 프로파일 및 이상 전지셀의 이상 증상별 S값 프로파일의 개략적인 형태가 도시되어 있다. 상기 도 2 내지 도 6에서, 전지셀의 충방전은 전지셀을 소정의 전류 값으로 일정하게 충전하고, 전지셀이 목표한 전압에 다다르면 휴지기를 거쳤다가, 소정의 전류 값으로 일정하게 방전하는 방식으로 진행된다.

먼저, 도 2를 참조하면, 정상 전지셀에서 S값은 충방전이 진행됨에 따라 0과 1 사이의 값에서 평탄한 기울기를 나타난다. 이는 정상 전지셀의 경우 충방전 과정에서 특별한 이상 징후가 발생하지 않기 때문이다.

한편, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 이상 전지셀에서 S값은 충방전을 진행함에 따라 큰 차이로 변화하게 된다.

예를 들어, 도 3 및 도 4와 같이 전지셀의 S값이 시간 또는 충전 상태에 따라 소정의 기울기로 변화하는 경우, 전지셀 그룹 내 다른 전지에 비해 덜 퇴화되거나 더 퇴화된 것으로 결정할 수 있다. 여기서 용량이 퇴화되었다는 것은 다른 전지셀에 비해 용량이 낮은 상태라는 것을 의미한다. 구체적으로, 전지셀의 용량이 그룹 내 다른 전지셀보다 높은 경우(덜 퇴화된 경우), 전지셀의 S값은 도 3과 같이 충전 과정에서 점차 감소하고, 방전 과정에서 점차 증가한다. 반대로, 전지셀의 용량이 그룹 내 다른 전지셀보다 낮은 경우(더 퇴화된 경우), 전지셀의 S값은 도 4와 같이 충전 과정에서 점차 증가하고, 방전 과정에서 점차 감소하게 된다.

또한, 도 5와 같이 특정 구간에서 피크가 나타날 경우 전지 내 전극 재료가 퇴화되거나 전해액 성분이 부족한 것으로 결정할 수 있다.

또한, 시간에 따라 S값이 감소하거나, S값이 정상보다 큰 폭으로 작게 나타나는 경우 내부 단락이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 이는 내부 단락이 발생할 경우 전지 내부의 전압이 크게 감소하기 때문이다.

다른 하나의 예에서, 상기 이상 전지를 검출하는 단계는, 전지셀 그룹 내 측정 대상 전지셀에 대하여 전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일을 도출하고, 이로부터 이상 여부를 검출하는 과정을 더 포함할 수 있다. 상기 전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일은 앞서 측정한 전지 특성값 프로파일 및 S값 프로파일로부터 도출될 수 있다. 또한, 상기 전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일은 충전 구간, 방전 구간 및 휴지기 별로 도출될 수 있다.

이 때, 이상 증상 별로 전지 특성값에 변화가 나타나는 지점에 대한 자료(비교 자료)가 미리 준비될 수 있다. 예를 들어, 전지 특성값이 전압일 때, 미리 준비된 비교 자료를 통하여 이상 증상이 있을 때 전압이 어느 지점에서 어떻게 변화하는지를 증상 별로 파악할 수 있다.

이어서, 상기 비교 자료를 사용하여 전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일에서 S값의 변화가 일어나는 전지 특성값을 측정하면, 전지셀의 이상 여부 및 이상 증상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 전극이 퇴화된 경우 전압이 x V에서 비정상적인 변화를 일으키는 것이 비교 자료로부터 확인되면, 전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일에서 x V 근방의 S값 변화를 관찰하고, 만약 S값에 변화가 있는 경우 전지셀의 전극이 퇴화된 것으로 결정할 수 있는 것이다. 상기 S값은 전지셀의 상대 비교를 통해 얻어지는 값이므로, 일반적인 전압 측정에서는 관찰되지 않는 미세한 이상이 발생한 경우라도 S값 변화가 명확하게 관찰될 수 있다.

또는, 전지에 이상이 발생한 경우 특정 형태의 피크가 발견되는 것이 비교 자료로부터 확인되면, 측정 대상 전지셀의 프로파일과 비교 자료를 대조하여 이상 피크 여부를 확인함으로써 전지셀의 이상 여부를 결정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 동일한 조건으로 충전 또는 방전되는 전지들의 자료를 상대 비교함으로써, 전지를 파괴하거나 측정 조건을 가혹하게 변경하지 않고도 이상 전지를 선별하는 검출력을 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예 1

내부에 전지셀이 14개 탑재된 전지 모듈 내 전지셀을 각각 분리하여, 각 전지셀에 대하여 충방전을 진행하고, 도 7 및 도 8과 같이 충방전 시간에 따른 전압 프로파일을 수득하였다. 도 8은 도 7의 일부 구간을 확대한 것이다. 또한, 상기 전압 프로파일로부터 시간에 따른 전압값의 평균 및 표준편차를 계산하고, 이를 식 1에 대입하여 모듈 내 각 전지셀에 대하여 시간에 따른 S값 프로파일을 구하였다. 이를 도 9에 도시하였다. 도 10은 도 9에 나타난 14개의 프로파일 중 어느 하나의 S값 프로파일을 확대한 것이다. 상기 도9 및 도 10에는 충전 구간, 휴지기 및 방전 구간이라는 세 개의 구간이 확인되는데, 왼쪽에서 오른쪽으로 차례대로 충전 구간, 휴지기 및 방전 구간이 나타난다. 빨간색 부분은 충전 구간을 나타낸 것이고, 녹색 부분은 휴지기를 나타낸 것이며, 파란색 부분은 방전 구간을 나타낸 것이다. 또한, 도 9 및 도 10에서, x축은 충방전에 따른 시간을 의미하며, y축은 S값을 나타낸 것이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, “Cell8”의 경우 충전 구간 및 방전 구간에서 이상 피크가 보이는 것을 알 수 있다. 즉 “Cell8”에 해당하는 전지셀은 전극 재료가 퇴화되었거나, 전해액 함침이 부족한 것을 알 수 있다. 한편, 도 9의 “Cell11”의 경우 충전 구간에서는 시간에 따라 S값이 일정한 기울기로 증가하고, 방전 구간에서는 시간에 따라 S값이 일정한 기울기로 감소하는 것을 볼 수 있는데, 이로부터 “Cell11”에 해당하는 전지셀은 다른 전지셀에 비해 용량이 더 퇴화된 상태임을 알 수 있다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일한 종류의 전지셀에 대하여, 이상 증상 별로 시간에 따른 전압 프로파일을 미리 준비하였다. 이 때, 전극 재료가 퇴화될 경우 전압 프로파일 내 충전 구간과 방전 구간에서 동일한 형태의 피크가 저항에 의한 전압차를 사이에 두고 연속적으로 나타나는 것을 확인하였다.

이어서, 상기 실시예 1의 전지 모듈 내 전지셀 중 “Cell8”에 대하여 도 7에 따른 전압 프로파일 및 도 10에 따른 S값 프로파일로부터 도 11과 같이 전압에 따른 S값 프로파일을 작성하였다. 도 11에서, x축은 전압이고, y축은 S값을 의미한다. 아울러, 빨간색 부분은 충전 구간을 나타낸 것이고, 녹색 부분은 휴지기를 나타낸 것이며, 파란색 부분은 방전 구간을 나타낸 것이다.

도 11에서, 이상 피크 여부를 확인한 결과 영역 A와 영역 B에서 S값 프로파일에 피크가 형성된 것을 확인하였다. 이를 통해 해당 전지셀의 전극 재료가 퇴화되었음을 알 수 있었다.

비교예

상기 실시예 1의 전지 모듈 내 전지셀 중 “Cell8”에 대하여 전압에 따른 dQ/dV값을 측정하였다. 상기 dQ/dV값은 동일 시간 동안 충방전된 용량(Ah)을 전압 변화량(V)으로 나눈 값을 의미한다. 이를 도 12에 도시하였다.

도 12를 참조하면, dQ/dV값에 따른 그래프로는 이상 증상을 나타내는 특이한 피크를 발견할 수 없었으며, 해당 방법으로는 이상 여부를 검출할 수 없었다.

따라서, 본 발명에 따른 이상 전지 검출 방법은 동일한 조건으로 충전 또는 방전되는 전지들의 자료를 상대 비교함으로써, 미세한 정도의 이상 징후를 검출할 수 있다. 이에 따라 전지를 파괴하거나 측정 조건을 가혹하게 변경하지 않고도 이상 전지를 선별하는 검출력을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

Claims (10)

1. n개의 전지셀(n은 2 이상의 정수)을 포함하는 전지셀 그룹에 대하여, 각 전지셀을 충방전하는 단계;
   전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값을 측정하는 단계;
   하기 식 1에 따라 전지셀 별로 시간 또는 충전 상태에 따른 S값 프로파일을 수득하는 단계; 및
   [식 1]
   

   

   
   (식 1에서, S(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 S값, X(t)는 전지셀 그룹 내 어느 한 전지셀의 시간 또는 충전 상태에 따른 전지 특성값, σ(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 표준편차, M(t)는 전지셀 그룹 내 전지셀들의 전지 특성값의 평균값 또는 중간값을 의미한다.)
   상기 시간 또는 충전 상태에 따른 S값으로부터 이상 전지를 검출하는 단계; 를 포함하는 이상 전지 검출 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전지셀 그룹 내 전지셀들은 동일한 조건으로 충방전되거나, 직렬 또는 병렬로 연결된 것인 이상 전지 검출 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 전지셀 그룹은 전지 모듈, 전지 팩 또는 랙 단위이거나, 전지 생산 시 동일한 조건으로 검사되는 그룹인 이상 전지 검출 방법.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 전지셀을 충방전하는 단계는 전지셀 그룹에 소정의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 이상 전지 검출 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 전지 특성값은 전압, 온도, 용량, 전력을 포함하는 군에서 선택되는 하나인 이상 전지 검출 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 이상 전지를 검출하는 단계는,
   전지셀 그룹 내 전지셀의 S값 프로파일을 정상 전지셀의 S값 프로파일과 비교하여 이상 구간을 검출하고, 이로부터 이상 증상의 종류를 결정하는 과정을 포함하는 이상 전지 검출 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   시간 또는 충전 상태에 따라 S값이 변화하는 경우 전지셀의 용량이 전지셀 그룹 내 다른 전지셀에 비해 퇴화 정도가 다른 것으로 결정하는 이상 전지 검출 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   특정 구간에서 피크가 나타날 경우 전지 내 전극 재료가 퇴화되거나 전해액 성분이 부족한 것으로 결정하는 이상 전지 검출 방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   시간에 따라 S값이 감소하거나, S값이 정상보다 큰 폭으로 작게 나타나는 경우 내부 단락이 발생한 것으로 결정하는 이상 전지 검출 방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 이상 전지를 검출하는 단계는,
    전지 특성값 변화에 따른 S값 프로파일을 도출하고, 이로부터 이상 여부를 검출하는 과정을 더 포함하는 이상 전지 검출 방법.
    

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