KR20220139755A - 배터리 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치는 배터리의 전류, 전압 및 OCV를 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 전류 및 상기 전압에 기반하여 상기 배터리의 저항을 추정하도록 구성된 저항 추정부; 및 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 상기 측정부에 의해 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하고, 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 상기 저항 추정부에 의해 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하며, 상기 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 상기 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING BATTERY}
본 발명은 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 OCV 및 저항에 기반하여 배터리의 상태를 진단할 수 있는 배터리 진단 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.
이러한 배터리는 운용됨에 따라 퇴화되기 때문에, 운용 중인 배터리의 상태 및 SOH(State of health)를 보다 정확하게 추정하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
예컨대, 배터리의 전압(V)에 대한 용량(Q)의 변화율인 미분 용량(dQ/dV)과 전압(V) 간의 대응 관계를 나타내는 V-dQ/dV 프로파일에서의 피크 거동을 확인하거나, 배터리의 용량(Q)에 대한 전압(V)의 변화율인 미분 전압(dV/dQ)과 용량(Q) 간의 대응 관계를 나타내는 Q-dV/dQ 프로파일에서의 피크 거동을 확인하는 연구가 진행되고 있다.
하지만, 배터리의 상태와 SOH는 배터리를 분해하여 실험하지 않고 배터리의 전압, 전류 및 용량 등의 배터리 정보만으로 정확하게 측정하는 것이 사실상 불가능하기 때문에, 배터리 상태를 보다 간편하고 정확하게 추정하기 위한 기술의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 OCV 및 저항에 기반하여 배터리의 상태를 부반응 퇴화 상태, 저항 증가 상태 또는 저항 감소 상태로 구체적으로 진단할 수 있는 배터리 진단 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 배터리 진단 장치는 배터리의 전류, 전압 및 OCV를 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 전류 및 상기 전압에 기반하여 상기 배터리의 저항을 추정하도록 구성된 저항 추정부; 및 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 상기 측정부에 의해 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하고, 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 상기 저항 추정부에 의해 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하며, 상기 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 상기 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 상태를 부반응 상태, 저항 증가 상태 또는 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴 및 상기 저항 증감 패턴이 동일한지 여부에 따라 상기 배터리의 상태를 상기 부반응 상태, 상기 저항 증가 상태 또는 상기 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴과 상기 저항 증감 패턴이 동일한 경우, 상기 배터리의 상태를 상기 부반응 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴과 상기 저항 증감 패턴이 상이한 경우, 상기 배터리의 상태를 상기 저항 증가 상태 또는 상기 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴이 증가 패턴이고, 상기 저항 증감 패턴이 감소 패턴인 경우, 상기 배터리의 상태를 저항 증가 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴이 감소 패턴이고, 상기 저항 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 상기 배터리의 상태를 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 부반응 상태는, 상기 배터리의 양극 부반응 발생에 의한 퇴화 상태 및 음극 부반응 발생에 의한 퇴화 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 상태가 상기 부반응 상태로 진단된 경우, 상기 배터리에 대한 방전 종료 전압 및 충전 종료 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 상태가 상기 저항 증가 상태로 진단된 경우, 상기 배터리에 대한 충전 C-rate 및 방전 C-rate 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 서로 다른 시점에서 산출된 복수의 전압 편차에 기반하여 상기 전압 증감 패턴을 결정하고, 상기 서로 다른 시점에서 산출된 복수의 저항 편차에 기반하여 상기 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 측정부는, 상기 배터리의 방전 전류를 측정하고, 상기 배터리가 방전 종료 전압까지 방전된 제1 시점에서 상기 배터리의 제1 전압을 결정하며, 상기 제1 시점으로부터 소정의 시간이 경과된 제2 시점에서 상기 배터리의 제2 전압을 측정하고, 상기 제2 시점 이후의 제3 시점에서 상기 배터리의 OCV를 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 저항 추정부는, 상기 방전 전류에 대한 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 편차의 비율을 계산하여 상기 배터리의 저항을 추정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 배터리의 전류, 전압 및 OCV를 측정하는 측정 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 상기 전류 및 상기 전압에 기반하여 상기 배터리의 저항을 추정하는 저항 추정 단계; 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 상기 측정 단계에서 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하고, 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 상기 저항 추정 단계에서 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하는 전압 편차 및 저항 편차 산출 단계; 및 상기 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 상기 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 진단 장치는 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴에 기반하여 배터리의 상태를 구체적으로 진단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 진단 장치는 진단된 배터리의 상태에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어함으로써, 배터리의 수명을 증대시킬 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 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리, 배터리의 양극 및 배터리의 음극에 대한 SOC-저항 프로파일을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 기반하여, 복수의 SOC에 대한 배터리의 양극 저항 및 음극 저항을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOC-OCV 프로파일 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 SOC-OCV 프로파일에 기반하여, 배터리의 상태에 대한 배터리 저항, 양극 저항 및 음극 저항을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 상태별로 전압 편차 또는 저항 편차를 도시한 도면이다.
도 14는 도 8 내지 도 13에 기반하여, 배터리의 상태에 대한 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 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 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 진단 장치(100)는 측정부(110), 저항 추정부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 배터리의 전류, 전압 및 OCV(Open circuit voltage)를 측정하도록 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. 또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
구체적으로, 측정부(110)는 배터리의 방전 전류를 측정하고, 배터리가 방전 종료 전압까지 방전된 제1 시점에서 배터리의 제1 전압을 결정할 수 있다.
여기서, 방전 종료 전압이란, 배터리가 완전 방전된 상태에 대응되는 전압으로서, 배터리 사양 및 배터리 사용처 등에 따라 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 방전 종료 전압은 2.5V 내지 2.8V 중 어느 하나로 미리 설정될 수 있다.
측정부(110)는 배터리가 방전되는 과정에서 출력하는 방전 전류를 측정할 수 있다. 바람직하게, 방전 전류는 정전류일 수 있다.
예컨대, 측정부(110)는 배터리의 전압이 방전 종료 전압에 도달하는 제1 시점에서 배터리의 제1 전압을 측정할 수 있다. 바람직하게, 측정부(110)에 의한 측정 오차를 무시하면, 제1 전압은 방전 종료 전압과 동일할 수 있다.
다른 예로, 바람직한 경우에 제1 전압은 방전 종료 전압과 동일하기 때문에, 측정부(110)는 제1 전압을 별도로 측정하지 않고, 미리 설정된 방전 종료 전압을 제1 전압으로 결정할 수도 있다. 즉, 측정부(110)는 측정되는 배터리의 방전 전류의 크기 변화에 기반하여 배터리의 방전 중단 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 측정부(110)는 배터리의 방전이 중단된 시점을 제1 시점으로 판단하고, 제1 전압을 미리 설정된 방전 종료 전압으로 결정할 수도 있다.
또한, 측정부(110)는 제1 시점으로부터 소정의 시간이 경과된 제2 시점에서 배터리의 제2 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 배터리의 전압이 방전 종료 전압에 도달한 제1 시점부터 배터리의 방전이 중단될 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 제1 시점으로부터 소정의 시간이 경과된 제2 시점에서 배터리의 제2 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 제2 시점은 제1 시점으로부터 10초가 경과된 시점일 수 있다. 즉, 측정부(110)는 배터리의 전압이 방전 종료 전압에 도달한 제1 시점으로부터 10초가 경과된 제2 시점에 배터리의 제2 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(110)는 제2 시점 이후의 제3 시점에서 배터리의 OCV를 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제3 시점은 방전에 따른 분극 현상 후 배터리의 전압이 안정화되는 시점일 수 있다. 즉, 제3 시점은 충분한 휴지 시간이 지난 후의 시점으로, 측정부(110)가 배터리의 OCV를 측정할 수 있는 시점일 수 있다.
예컨대, 제3 시점은 제1 시점으로부터 30분이 경과된 시점일 수 있다. 측정부(110)는 제1 시점으로부터 30분이 경과된 후 휴지 상태인 배터리의 OCV를 측정할 수 있다.
저항 추정부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 전류 및 전압에 기반하여 배터리의 저항을 추정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 저항 추정부(120)는 방전 전류에 대한 제1 전압과 제2 전압의 편차의 비율을 계산하여 배터리의 저항을 추정하도록 구성될 수 있다. 즉, 저항 추정부(120)는 배터리의 방전 말단에서 방전이 종료된 후의 전압 편차에 기반하여, 배터리의 저항을 추정할 수 있다.
예컨대, 제2 시점이 제1 시점으로부터 10초가 경과된 시점인 경우, 저항 추정부(120)에 의해 추정되는 배터리의 저항은 배터리에 대한 10초 저항(R10)일 수 있다. 즉, 저항 추정부(120)는 배터리의 방전이 종료된 직후의 소정의 시간(예컨대, 10초) 동안의 저항 변화를 추정할 수 있다.
일반적으로, 배터리의 저항은 전류값에 대한 전압값의 비율로 표현되는 옴의 법칙(Ohm's law)을 통해 산출될 수 있다. 또한, 배터리는 제1 시점까지 정전류로 방전되고, 제1 시점부터는 방전이 중단될 수 있다. 따라서, 저항 추정부(120)는 "(제2 전압-제1 전압)÷방전 전류"의 수식을 계산하여, 배터리의 저항을 추정할 수 있다.
제어부(130)는 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 측정부(110)에 의해 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 OCV는 BOL(Beginning of life) 상태인 배터리에 대해 설정될 수 있다. BOL 상태란 배터리의 최초 충방전 사이클 또는 소정의 횟수 이하의 충방전 사이클에서의 배터리 상태를 의미한다. 바람직하게, 기준 OCV는 배터리의 최초 충방전 사이클에서 측정부(110)에 의해 측정된 OCV일 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 "측정된 OCV-기준 OCV"의 수식을 계산하여 배터리에 대한 전압 편차를 산출할 수 있다. 한편, 제어부(130)는 측정된 OCV와 기준 OCV 간의 비율로 전압 편차를 산출할 수도 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제어부(130)가 측정된 OCV와 기준 OCV 간의 전압 차이에 기반하여 전압 편차를 산출하는 것으로 설명한다.
또한, 제어부(130)는 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 저항 추정부(120)에 의해 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 저항은 BOL 상태인 배터리에 대해 설정될 수 있다. 바람직하게, 기준 저항은 배터리의 최초 충방전 사이클에서 저항 추정부(120)에 의해 추정된 저항일 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 "추정된 저항÷기준 저항×100"의 수식을 계산하여 배터리에 대한 저항 편차를 산출할 수 있다. 한편, 제어부(130)는 추정된 저항과 기준 저항 간의 저항 차이에 기반하여 저항 편차를 산출할 수도 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제어부(130)가 기준 저항에 대한 추정된 저항의 비율에 기반하여 저항 편차를 산출하는 것으로 설명한다.
제어부(130)는 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
여기서, 전압 증감 패턴은 증가 패턴 또는 감소 패턴일 수 있다. 마찬가지로, 저항 증감 패턴은 증가 패턴 또는 감소 패턴일 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 주기적 또는 비주기적으로 전압 편차를 산출하고, 산출된 복수의 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 주기적 또는 비주기적으로 저항 편차를 산출하고, 산출된 복수의 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 결정된 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴에 따라 배터리의 상태를 진단할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 서로 다른 시점에서 산출된 복수의 전압 편차에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정하고, 서로 다른 시점에서 산출된 복수의 저항 편차에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴에 따라 배터리의 상태를 부반응 상태, 저항 증가 상태 또는 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
부반응 상태는 배터리의 양극 부반응 발생에 의한 퇴화 상태 및 음극 부반응 발생에 의한 퇴화 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 저항 증가 상태는 배터리의 내부 저항이 증가된 상태이고, 저항 감소 상태는 배터리의 내부 저항이 감소된 상태이다.
여기서, 배터리의 내부 저항은 저항 추정부(120)에 의해 추정되는 배터리 저항과 상이한 것임을 유의한다. 즉, 배터리의 내부 저항은 배터리의 SOH(State of health)에 직접 연관되는 내부 저항인 반면, 저항 추정부(120)에 의해 추정되는 배터리 저항은 배터리의 방전이 종료된 후 소정의 시간(예컨대, 10초) 동안의 전압 변화에 따른 방전 말단 저항이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 배터리의 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴에 기반하여, 배터리의 상태를 부반응 상태, 저항 증가 상태 및 저항 감소 상태로 구체적으로 구분할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 차량 및 에너지 저장 장치(Energy storage system, ESS) 등에서 배터리가 운용 중인 상태라 하더라도, 배터리의 상태가 비파괴적인 방식으로 구체적으로 진단될 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 진단 장치(100)에 구비된 제어부(130)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, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 진단 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 배터리 진단 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(140)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(140)는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(140)는 측정부(110)에 의해 측정된 전류, 전압 및 OCV를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 저항 추정부(120)에 의해 추정된 저항을 저장할 수 있다. 저항 추정부(120)는 측정부(110)로부터 전류 및 전압에 대한 정보를 직접 획득할 수도 있고, 저장부(140)에 접근하여 저장된 전류 및 전압에 대한 정보를 획득할 수도 있다. 마찬가지로, 제어부(130)는 측정부(110)로부터 전류, 전압 및 OCV에 대한 정보를 직접 획득할 수도 있고, 저장부(140)에 접근하여 저장된 전류, 전압 및 OCV에 대한 정보를 획득할 수도 있다.
제어부(130)는 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴이 동일한지 여부에 따라 배터리의 상태를 부반응 상태, 저항 증가 상태 또는 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 동일한 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 부반응 상태로 진단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 상이한 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 저항 증가 상태 또는 저항 감소 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 모두 증가 패턴이거나 모두 감소 패턴인 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 부반응 상태로 진단할 수 있다.
다른 예로, 전압 증감 패턴이 증가 패턴이고, 저항 증감 패턴이 감소 패턴인 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 저항 증가 상태로 진단할 수 있다.
또 다른 예로, 전압 증감 패턴이 감소 패턴이고, 저항 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 저항 감소 상태로 진단할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 7을 참조하여, 부반응 상태, 저항 증가 상태 및 저항 감소 상태 각각에서 배터리의 저항 변화에 대해 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리, 배터리의 양극 및 배터리의 음극에 대한 SOC-저항 프로파일을 도시한 도면이다. 도 5는 도 3 및 도 4에 기반하여, 복수의 SOC에 대한 배터리의 양극 저항 및 음극 저항을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 2 내지 도 4는 배터리, 배터리의 양극 및 배터리의 음극에 대한 10초 저항(R10)을 SOC에 따라 도시한 도면이다. 즉, 도 2 내지 도 4의 SOC-저항 프로파일은 SOC와 10초 저항(R10) 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 10초 저항(R10)은 방전이 종료된 시점부터 10초 동안의 전압 변화에 기반하여 측정된 저항일 수 있다.
다만, 도 3과 도 4를 참조하면, 양극 저항과 음극 저항을 구분하기 위하여 저항의 부호는 +와 -로 도시되었음을 유의한다. 이하에서는, 음극 저항을 +부호의 저항값으로 설명한다.
도 2 내지 4를 참조하면, 배터리, 양극 및 음극 모두 약 SOC 20% 이하의 구간에서 저항이 급격하게 상승함을 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, SOC 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%에서 배터리의 양극 저항과 배터리의 음극 저항을 확인할 수 있다.
SOC 0%에서, 배터리의 양극 저항은 1.1Ω이고, 음극 저항은 0.67Ω이다.
SOC 5%에서, 배터리의 양극 저항은 0.75Ω이고, 음극 저항은 0.39Ω이다.
SOC 10%에서, 배터리의 양극 저항은 0.4Ω이고, 음극 저항은 0.11Ω이다.
SOC 15%에서, 배터리의 양극 저항은 0.3Ω이고, 음극 저항은 0.13Ω이다.
SOC 20%에서, 배터리의 양극 저항은 0.2Ω이고, 음극 저항은 0.15Ω이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 SOC-OCV 프로파일 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 6은 배터리의 양극 및 음극의 SOC 밸런스 변화에 따른 REF, CASE 1, CASE 2, CASE 3 및 CASE 4의 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 SOC-OCV 프로파일에 기반하여, 배터리의 상태에 대한 배터리 저항, 양극 저항 및 음극 저항을 도시한 도면이다.
REF는 배터리의 SOC가 5%인 기준 실시예로, 양극 및 음극의 SOC가 5%인 실시예이다.
CASE 1은 배터리의 양극에 부반응이 발생된 제1 실시예로, 양극의 SOC가 5%이고, 음극의 SOC가 10%인 실시예이다. 즉, 양극 부반응의 발생으로 음극의 SOC가 5% 퇴화된 실시예이다.
CASE 2는 배터리의 음극에 부반응이 발생된 제2 실시예로, 양극의 SOC가 10%이고, 음극의 SOC가 5%인 실시예이다. 즉, 음극 부반응의 발생으로 양극의 SOC가 5% 퇴화된 실시예이다.
CASE 3는 배터리의 내부 저항이 증가된 제3 실시예로, 양극 및 음극의 SOC가 10%인 실시예이다. 즉, 배터리의 내부 저항 증가로 인해 양극 및 음극의 SOC가 5%씩 퇴화된 실시예이다.
CASE 4는 배터리의 내부 저항이 감소된 제4 실시예로, 양극 및 음극의 SOC가 0%인 실시예이다.
구체적으로, 도 7은, 도 5에 도시된 SOC별 양극 저항 및 음극 저항을 참조하여, 도 6의 REF 및 CASE 1-4 각각에 대하여 배터리 저항을 산출한 실시예이다.
REF에서 양극 SOC는 5%이므로 양극 저항은 0.75Ω이다. 또한, 음극 SOC는 5%이므로 음극 저항은 0.39Ω이다. 따라서, 배터리 저항은 1.14Ω이다.
CASE 1에서 양극 SOC는 5%이므로 양극 저항은 0.75Ω이다. 또한, 음극 SOC는 10%이므로 음극 저항은 0.11Ω이다. 따라서, 배터리 저항은 0.86Ω이다.
CASE 2에서 양극 SOC는 10%이므로 양극 저항은 0.4Ω이다. 또한, 음극 SOC는 5%이므로 음극 저항은 0.39Ω이다. 따라서, 배터리 저항은 0.79Ω이다.
구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 양극 부반응이 발생된 CASE 1과 음극 부반응이 발생된 CASE 2의 경우, SOC 밸런스 변화에 의해 배터리 저항이 감소될 수 있다. 그리고, 배터리의 방전 말단에서 배터리 저항이 감소되었기 때문에, 배터리의 방전 말단에서 측정되는 배터리의 OCV 또한 감소될 수 있다.
CASE 3에서 양극 SOC는 10%이므로 양극 저항은 0.4Ω이다. 또한, 음극 SOC는 10%이므로 양극 저항은 0.11Ω이다. 따라서, 배터리 저항은 0.51Ω이다.
구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 배터리의 내부 저항이 증가된 CASE 3의 경우, 배터리의 방전 말단에서 배터리 저항은 감소되었으나, 배터리의 내부 저항 자체가 증가하였기 때문에, 방전 말단에서 측정되는 배터리의 OCV는 증가될 수 있다.
CASE 4에서 양극 SOC는 0%이므로 양극 저항은 1.1Ω이다. 또한, 음극 SOC는 0%이므로, 음극 저항은 0.67Ω이다. 따라서, 배터리 저항은 1.77Ω이다.
구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 배터리의 내부 저항이 감소된 CASE 4의 경우, 배터리의 방전 말단에서 배터리 저항은 증가되었으나, 배터리의 내부 저항 자체가 감소되었기 때문에, 방전 말단에서 측정되는 배터리의 OCV는 감소될 수 있다.
즉, 도 5 및 도 7을 참조하면, 양극 SOC가 증가되면 양극 저항이 감소하고, 음극 SOC가 증가되면 음극 저항이 감소될 수 있다. 구체적으로, 양극 SOC는 양극의 10초 저항(R10)과 반비례하고, 음극 SOC는 음극의 10초 저항(R10)과 반비례할 수 있다. 따라서, 양극 SOC 및 음극 SOC가 감소되면 배터리 저항은 증가되고, 양극 SOC 및 음극 SOC 중 적어도 하나가 증가되면 배터리 저항은 감소될 수 있다.
그리고, 양극 및/또는 음극 부반응이 발생된 경우(CASE 1, CASE 2)에는, 배터리 저항이 감소됨에 따라 배터리의 OCV도 감소될 수 있다. 반면, 배터리의 내부 저항이 증가 또는 감소된 경우에는, 배터리의 내부 저항의 증감에 비례하게 배터리의 OCV가 증가 또는 감소될 수 있다. 즉, 배터리의 내부 저항이 증가된 경우(CASE 3)에는 배터리의 OCV도 증가하고, 배터리의 내부 저항이 감소된 경우(CASE 4)에는 배터리의 OCV도 감소될 수 있다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 상태별로 전압 편차 또는 저항 편차를 도시한 도면이다. 도 14는 도 8 내지 도 13에 기반하여, 배터리의 상태에 대한 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 8 및 도 9는 제1 배터리에 대한 사이클(충방전 사이클)별 전압 편차 또는 저항 편차를 도시한 도면이다. 도 10 및 도 11은 제2 배터리에 대한 사이클별 전압 편차 또는 저항 편차를 도시한 도면이다. 도 12 및 도 13은 제1 배터리에 대한 사이클별 전압 편차 또는 저항 편차를 도시한 도면이다.
이하에서는, 도 8 내지 14를 참조하여, 제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리의 각각의 상태에 대한 실시예에 대해 설명한다.
도 8 및 도 9는 CASE 1 및 CASE 2에 대응되는 것으로, 도 8은 사이클별 전압 편차를 도시한 도면이고, 도 9는 사이클별 저항 편차를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 전압 편차는 사이클이 증가될수록 감소하기 때문에, 제어부(130)는 전압 증감 패턴을 감소 패턴으로 결정할 수 있다. 또한, 도 9를 참조하면, 저항 편차는 사이클이 증가될수록 감소하기 때문에, 제어부(130)는 저항 증감 패턴을 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 모두 감소 패턴으로 동일하기 때문에, 제1 배터리의 상태를 부반응 상태로 진단할 수 있다. 즉, 제1 배터리의 상태는 양극 및/또는 음극에 발생된 부반응에 의해 퇴화된 상태일 수 있다.
도 10 및 도 11은 CASE 3에 대응되는 것으로, 도 10은 사이클별 전압 편차를 도시한 도면이고, 도 11은 사이클별 저항 편차를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전압 편차는 사이클이 증가될수록 증가하기 때문에, 제어부(130)는 전압 증감 패턴을 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 또한, 도 11을 참조하면, 저항 편차는 사이클이 증가될수록 감소하기 때문에, 제어부(130)는 저항 증감 패턴을 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 상이하기 때문에 제2 배터리의 상태를 부반응 상태로 진단하지 않을 수 있다. 또한, 제어부(130)는 전압 증감 패턴이 증가 패턴이고, 저항 증감 패턴이 감소 패턴이기 때문에, 제2 배터리의 상태를 저항 증가 상태로 진단할 수 있다. 즉, 제2 배터리의 상태는 내부 저항이 증가되어 퇴화된 상태일 수 있다.
도 12 및 도 13은 CASE 4에 대응되는 것으로, 도 12는 사이클별 전압 편차를 도시한 도면이고, 도 13은 사이클별 저항 편차를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 전압 편차는 사이클이 증가될수록 감소하기 때문에, 제어부(130)는 전압 증감 패턴을 감소 패턴으로 결정할 수 있다. 또한, 도 13을 참조하면, 저항 편차는 사이클이 증가될수록 증가하기 때문에, 제어부(130)는 저항 증감 패턴을 증가 패턴으로 결정할 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 상이하기 때문에 제3 배터리의 상태를 부반응 상태로 진단하지 않을 수 있다. 또한, 제어부(130)는 전압 증감 패턴이 감소 패턴이고, 저항 증감 패턴이 증가 패턴이기 때문에, 제3 배터리의 상태를 저항 감소 상태로 진단할 수 있다.
도 12 및 도 13에 따른 CASE 4의 경우, CASE 1, CASE 2 및 CASE 3과 같이 배터리 저항이 증가되지 않고, 오히려 배터리 저항이 감소되기 때문에, 배터리 수명이 증대된 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 제3 배터리의 상태를 저항 감소 상태로 진단함으로써, 배터리가 퇴화되지 않은 것으로 진단할 수 있다.
한편, 제어부(130)는 진단된 배터리의 상태에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어함으로써, 배터리의 수명을 증대시킬 수 있다.
구체적으로, 배터리의 상태가 부반응 상태로 진단된 경우, 제어부(130)는 배터리에 대한 방전 종료 전압 및 충전 종료 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
부반응이 발생된 경우에는 충전 C-rate 및/또는 방전 C-rate를 감소시키더라도 오히려 배터리의 퇴화가 가속되는 경우가 발생될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 부반응 상태로 진단된 배터리의 퇴화 진행 속도를 늦추기 위하여, 방전 종료 전압을 증가시키거나 충전 종료 전압을 감소시킬 수 있다. 물론, 제어부(130)는 방전 종료 전압을 증가시키고 충전 종료 전압을 감소시킬 수도 있다. 즉, 제어부(130)는 배터리의 가용 전압 구간을 감소시킴으로써, 배터리의 수명을 증대시킬 수 있다.
반대로, 배터리의 상태가 저항 증가 상태로 진단된 경우, 제어부(130)는 배터리에 대한 충전 C-rate 및 방전 C-rate 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
배터리의 내부 저항이 증가된 경우에는 충전 C-rate 및/또는 방전 C-rate를 감소시키면 배터리의 상태가 회복될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 저항 증가 상태로 진단된 배터리의 퇴화 진행 속도를 늦추기 위하여, 충전 C-rate 및/또는 방전 C-rate를 감소시킬 수 있다. 즉, 제어부(130)는 배터리에 대한 충방전률을 감소시킴으로써, 배터리의 수명을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴에 기반하여 배터리의 상태를 구체적으로 구분 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 진단된 배터리의 상태에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어함으로써, 배터리의 수명을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 진단 장치(100)의 측정부(110), 저항 추정부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 진단 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 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다.
제1 센싱 라인(SL1)은 배터리(B)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)은 배터리(B)의 음극 단자에 연결되며, 제3 센싱 라인(SL3)은 배터리(B)의 충방전 경로에 구비된 전류 측정 유닛(A)에 연결될 수 있다. 여기서, 충방전 경로는 배터리(B)에 대한 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 경로로서, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 배터리(B) 및 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)가 연결된 경로일 수 있다.
측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리(B)의 양극 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(B)의 음극 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 배터리(B)의 양극 전압과 음극 전압 간의 차이를 산출하여 배터리(B)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 배터리(B)의 전류를 측정할 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 션트 저항 또는 전류계일 수 있다.
또한, 측정부(110), 저항 추정부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)는 서로 통신 가능하도록 연결될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)가 배터리(B)의 상태를 진단하고, 진단된 상태에 대응되도록 배터리(B)의 충방전 조건을 설정하였다고 가정한다. 이 경우, 배터리 팩(1)이 충전 장치와 연결되면, 제어부(130)에 의해 설정된 충방전 조건에 따라 배터리(B)가 충전 및/또는 방전될 수 있다. 따라서, 배터리(B)의 퇴화가 가속되는 것이 방지됨으로써, 배터리(B)의 수명이 증대될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 진단 방법의 각 단계는 배터리 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 16을 참조하면, 배터리 진단 방법은 측정 단계(S100), 저항 추정 단계(S200), 전압 편차 및 저항 편차 산출 단계(S300) 및 배터리 상태 진단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
측정 단계(S100)는 배터리의 전류, 전압 및 OCV를 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 측정부(110)는 배터리가 방전되는 과정에서 배터리의 방전 전류를 측정할 수 있다. 바람직하게, 배터리는 정전류로 방전될 수 있다.
또한, 측정부(110)는 배터리의 전압이 방전 종료 전압에 도달하여 배터리의 방전이 중단되는 제1 시점에서 배터리의 제1 전압(방전 종료 전압에 대응)을 결정하고, 제1 시점으로부터 소정의 시간(예컨대, 10초)이 경과된 제2 시점에서 배터리의 제2 전압을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 제2 시점 이후의 제3 시점(예컨대, 제1 시점으로부터 30분이 경과된 시점)에서 배터리의 OCV를 측정할 수 있다.
저항 추정 단계(S200)는 측정 단계(S100)에서 측정된 전류 및 전압에 기반하여 배터리의 저항을 추정하는 단계로서, 저항 추정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 저항 추정부(120)는 배터리의 방전이 중단된 후 소정의 시간(예컨대, 10초) 동안의 전압 변화에 기반하여 배터리의 저항을 추정할 수 있다.
예컨대, 저항 추정부(120)는 방전 전류에 대한 제1 전압과 제2 전압의 편차의 비율을 계산하여 배터리의 저항을 추정할 수 있다. 보다 구체적으로, 저항 추정부(120)는 "(제2 전압-제1 전압)÷방전 전류"의 수식을 계산하여, 배터리의 저항을 추정할 수 있다. 저항 추정부(120)에 의해 추정되는 배터리의 저항은 10초 저항(R10)으로 표현될 수 있다.
전압 편차 및 저항 편차 산출 단계(S300)는 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 측정 단계(S100)에서 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하고, 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 저항 추정 단계(S200)에서 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 "측정된 OCV-기준 OCV"의 수식을 계산하여 배터리에 대한 전압 편차를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 "추정된 저항÷기준 저항×100"의 수식을 계산하여 배터리에 대한 저항 편차를 산출할 수 있다.
배터리 상태 진단 단계(S400)는 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 배터리의 상태를 진단하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
여기서, 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴은 감소 패턴 또는 증가 패턴일 수 있다.
예컨대, 전압 증감 패턴과 저항 증감 패턴이 모두 증가 패턴이거나 모두 감소 패턴인 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 부반응 상태로 진단할 수 있다.
다른 예로, 전압 증감 패턴이 증가 패턴이고, 저항 증감 패턴이 감소 패턴인 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 저항 증가 상태로 진단할 수 있다.
또 다른 예로, 전압 증감 패턴이 감소 패턴이고, 저항 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 제어부(130)는 배터리의 상태를 저항 감소 상태로 진단할 수 있다.
배터리 진단 방법은 배터리 상태 진단 단계(S400) 이후에 수행되는 배터리 충방전 제어 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 배터리 충방전 제어 단계는 배터리 상태 진단 단계(S400)에서 진단된 배터리의 상태에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 배터리의 상태가 부반응 상태로 진단된 경우, 제어부(130)는 배터리에 대한 방전 종료 전압 및 충전 종료 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 배터리의 상태가 저항 증가 상태로 진단된 경우, 제어부(130)는 배터리에 대한 충전 C-rate 및 방전 C-rate 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다.
즉, 배터리 진단 방법은 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴에 기반하여 배터리의 상태를 구체적으로 구분 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 진단된 배터리의 상태에 대응되도록 배터리의 충방전을 제어함으로써, 배터리의 수명을 증대시킬 수 있는 장점이 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 진단 장치
110: 측정부
120: 저항 추정부
130: 제어부
140: 저장부
A: 전류 측정 유닛
B: 배터리

Claims (12)

  1. 배터리의 전류, 전압 및 OCV를 측정하도록 구성된 측정부;
    상기 측정부에 의해 측정된 상기 전류 및 상기 전압에 기반하여 상기 배터리의 저항을 추정하도록 구성된 저항 추정부; 및
    상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 상기 측정부에 의해 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하고, 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 상기 저항 추정부에 의해 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하며, 상기 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 상기 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 상태를 부반응 상태, 저항 증가 상태 또는 저항 감소 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 증감 패턴 및 상기 저항 증감 패턴이 동일한지 여부에 따라 상기 배터리의 상태를 상기 부반응 상태, 상기 저항 증가 상태 또는 상기 저항 감소 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 증감 패턴과 상기 저항 증감 패턴이 동일한 경우, 상기 배터리의 상태를 상기 부반응 상태로 진단하고,
    상기 전압 증감 패턴과 상기 저항 증감 패턴이 상이한 경우, 상기 배터리의 상태를 상기 저항 증가 상태 또는 상기 저항 감소 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 증감 패턴이 증가 패턴이고, 상기 저항 증감 패턴이 감소 패턴인 경우, 상기 배터리의 상태를 저항 증가 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 증감 패턴이 감소 패턴이고, 상기 저항 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 상기 배터리의 상태를 저항 감소 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 부반응 상태는,
    상기 배터리의 양극 부반응 발생에 의한 퇴화 상태 및 음극 부반응 발생에 의한 퇴화 상태 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 상태가 상기 부반응 상태로 진단된 경우, 상기 배터리에 대한 방전 종료 전압 및 충전 종료 전압 중 적어도 하나를 변경하고,
    상기 배터리의 상태가 상기 저항 증가 상태로 진단된 경우, 상기 배터리에 대한 충전 C-rate 및 방전 C-rate 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서로 다른 시점에서 산출된 복수의 전압 편차에 기반하여 상기 전압 증감 패턴을 결정하고, 상기 서로 다른 시점에서 산출된 복수의 저항 편차에 기반하여 상기 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 배터리의 방전 전류를 측정하고, 상기 배터리가 방전 종료 전압까지 방전된 제1 시점에서 상기 배터리의 제1 전압을 결정하며, 상기 제1 시점으로부터 소정의 시간이 경과된 제2 시점에서 상기 배터리의 제2 전압을 측정하고, 상기 제2 시점 이후의 제3 시점에서 상기 배터리의 OCV를 측정하도록 구성되며,
    상기 저항 추정부는,
    상기 방전 전류에 대한 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 편차의 비율을 계산하여 상기 배터리의 저항을 추정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  12. 배터리의 전류, 전압 및 OCV를 측정하는 측정 단계;
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 전류 및 상기 전압에 기반하여 상기 배터리의 저항을 추정하는 저항 추정 단계;
    상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 OCV와 상기 측정 단계에서 측정된 OCV에 대한 전압 편차를 산출하고, 상기 배터리에 대응되도록 설정된 기준 저항과 상기 저항 추정 단계에서 추정된 저항에 대한 저항 편차를 산출하는 전압 편차 및 저항 편차 산출 단계; 및
    상기 전압 편차에 대한 전압 증감 패턴 및 상기 저항 편차에 대한 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
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