KR20220159818A - 배터리 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 모니터링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치는 배터리의 SOC에 대한 상기 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하고, 산출된 곡률을 상기 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하며, 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 모니터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING BATTERY}
본 발명은 배터리 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 상태를 모니터링할 수 있는 배터리 모니터링 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.
다만, 배터리는 다양한 원인에 의해 내부 단락이 발생될 수 있고, 심각한 경우에는 화재가 발생될 수 있는 위험이 있다. 대표적으로, 배터리의 내부에 리튬 금속이 석출되는 경우, 배터리에 내부 단락이 발생될 수 있다. 예컨대, 전기차에 구비된 배터리에서 내부 단락이 발생되고, 이러한 배터리가 계속 운용되는 경우에는 전기차에 화재가 발생될 수 있는 위험이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 배터리의 단락 여부를 검출하는 연구가 진행되고 있다. 다만, 비파괴적인 방식으로 전기차 또는 에너지 저장 시스템 등에 구비된 배터리의 단락 여부를 정확하게 검출하는 것은 한계가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 전압 및 SOC(State of charge)에 기반하여 리튬 석출 여부를 모니터링할 수 있는 배터리 모니터링 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 모니터링 장치는 배터리의 SOC에 대한 상기 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하고, 산출된 곡률을 상기 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하며, 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 곡률과 상기 기준 곡률 간의 크기를 비교하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 곡률이 상기 기준 곡률 이하이면, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 곡률이 상기 기준 곡률을 초과하면, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 곡률이 상기 기준 곡률을 초과하는 횟수를 산출하고, 산출된 횟수에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 횟수가 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 복수의 상기 미분 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 프로파일 생성부에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일 각각에서 상기 곡률을 산출하고, 산출된 복수의 곡률이 상기 기준 곡률을 초과하는 횟수를 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 횟수가 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률에 대한 증감 패턴을 결정하며, 결정된 증감 패턴에 기반하여 상기 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결정된 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단된 경우, 상기 리튬 석출과 관련된 진단 코드를 생성하여 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 휴지 기간을 산출하고, 산출된 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하인 상태일 때 상기 프로파일 생성부에 의해 생성된 미분 프로파일에 대하여 상기 곡률을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 프로파일에서 상기 미리 설정된 SOC 구간에 포함된 타겟 피크를 결정하고, 상기 타겟 피크에 대응되는 곡률을 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모니터링 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모니터링 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 모니터링 방법은 배터리의 SOC에 대한 상기 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계; 상기 미분 프로파일 생성 단계에서 생성된 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하는 곡률 산출 단계; 상기 곡률 산출 단계에서 산출된 곡률을 상기 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하는 곡률 비교 단계; 및 상기 곡률 비교 단계의 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하는 리튬 석출 여부 판단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 비파괴적인 방식으로 배터리의 리튬 석출 여부가 모니터링될 수 있다. 따라서, 리튬 석출에 의해 배터리의 단락이 발생되고, 발생된 단락에 의해 화재가 발생되는 것이 방지될 수 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 모니터링 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제4 배터리에 대한 복수의 곡률을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모니터링 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 모니터링 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모니터링 장치(100)는 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 배터리의 SOC(State of charge)에 대한 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 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, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 SOC와 전압에 대한 배터리 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 각각의 SOC에 대응되는 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압(dV/dSOC)을 산출할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 SOC와 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(110)는 획득한 배터리 정보에 기초하여 SOC와 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 먼저 생성할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 각각의 SOC에 대한 미분 전압을 산출하고, SOC와 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 2는 제1 배터리의 미분 프로파일 중 SOC 70% 내지 85% 구간을 도시한 도면이다.
도 2의 실시예에서, 기준 미분 프로파일(RP1)은 제1 배터리가 BOL(Beginning of life) 상태일 때 생성된 것일 수 있다. 여기서, 기준 미분 프로파일(RP1)은 외부에서 미리 생성된 후 프로파일 생성부(110)에 의해 획득될 수도 있고, 제1 배터리의 BOL 데이터에 기반하여 프로파일 생성부(110)가 직접 생성할 수도 있다.
또한, 도 2의 실시예에서, 제1 미분 프로파일(DP11) 및 제2 미분 프로파일(DP12)은 소정의 시간 간격을 두고 생성된 것일 수 있다. 예컨대, 제2 미분 프로파일(DP12)은 제1 미분 프로파일(DP11)이 생성된 후 3일이 경과된 시점에서 생성된 것일 수 있다.
제어부(120)는 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 기준 프로파일(RP1)에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률은 미리 설정된 것으로 가정하여 설명한다.
구체적으로, 제어부(120)는 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 포함된 타겟 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 미리 설정된 SOC 구간은 SOC 50% 내지 100% 구간으로 설정될 수 있다. 바람직하게 SOC 구간은 SOC 70% 내지 85% 구간으로 설정될 수 있다.
여기서, 피크는 미분 프로파일에서 순간 변화율이 0인 지점을 의미할 수 있다. 즉, 미분 프로파일에서 SOC에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0인 지점이 피크로 결정될 수 있다.
제어부(120)는 SOC에 대한 미분 전압의 순간 변화율을 고려하여 미리 설정된 SOC 구간에서 하나 이상의 피크를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 피크 중 미분 전압이 가장 낮은 피크를 타겟 피크로 결정할 수 있다.
바람직하게, 타겟 피크는 SOC 70% 내지 85% 구간에서 결정될 수 있다. 또한, 제어부(120)는 타겟 피크를 신속하게 결정하기 위하여, 미리 설정된 SOC 구간에서 아래로 볼록한 개형을 띠는 하나 이상의 피크를 결정할 수 있다. 즉, 타겟 피크는 미분 전압이 가장 낮은 피크를 의미하기 때문에, 제어부(120)는 위로 볼록한 개형을 띠는 피크는 제외하고, 아래로 볼록한 개형을 띠는 피크를 타겟 피크의 후보군으로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 배터리에 대한 제1 미분 프로파일(DP11)에서 제1 타겟 피크(B)를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제1 배터리에 대한 제2 미분 프로파일(DP12)에서 제2 타겟 피크(C)를 결정할 수 있다.
제어부(120)는 타겟 피크에 대응되는 곡률을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 결정된 타겟 피크에 내접하는 접촉원(Circle of curvature)을 산출하고, 곡률 반지름(산출된 접촉원의 반지름)의 역수를 타겟 피크에 대응되는 곡률로 산출할 수 있다. 여기서, 타겟 피크에 내접하는 접촉원이 하나 이상이 산출되는 경우, 제어부(120)는 곡률 반지름이 가장 큰 접촉원을 선택하고, 선택된 접촉원의 곡률 반지름에 따라 타겟 피크에 대응되는 곡률로 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 타겟 피크에 대한 최소 곡률을 타겟 피크에 대응되는 곡률로 산출할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 미분 프로파일(DP11)에서 제1 타겟 피크(B)에 대응되는 제1 곡률을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제2 미분 프로파일(DP12)에서 제2 타겟 피크(C)에 대응되는 제2 곡률을 산출할 수 있다.
제어부(120)는 산출된 곡률을 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 산출된 곡률과 기준 곡률 간의 크기를 비교하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 기준 미분 프로파일(RP1)의 기준 피크(A)에 대응되는 곡률에 기반하여 미리 설정될 수 있다. 바람직하게, 제1 배터리에 대한 기준 곡률은 기준 피크(A)에 대응되는 곡률로 미리 설정될 수 있다.
제어부(120)는 기준 곡률과 제1 곡률 간의 크기와 기준 곡률과 제2 곡률 간의 크기를 각각 비교할 수 있다.
제어부(120)는 비교 결과에 기반하여 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 산출된 곡률이 기준 곡률 이하이면, 배터리에 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 산출된 곡률이 기준 곡률을 초과하면, 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 기준 피크(A)에 대응되는 기준 곡률의 크기는 제1 타겟 피크(B)에 대응되는 제1 곡률 및 제2 타겟 피크(C)에 대응되는 제2 곡률의 크기보다 작을 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제1 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 제1 배터리의 음극에 리튬 금속이 석출되는 리튬 플레이팅(Li-plating)이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리에 리튬이 석출된 경우에 나타나는 SOC 및 미분 전압의 거동 변화에 기반하여, 비파괴적인 방식으로 리튬 석출 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 배터리를 직접 분해하지 않더라도 배터리의 리튬 석출 여부가 모니터링될 수 있으므로, 리튬 석출에 의한 내부 단락 및 내부 단락에 의한 화재 사고가 미연에 방지될 수 있다.
한편, 배터리 모니터링 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, 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. 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 모니터링 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 모니터링 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 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(130)는 배터리의 전압과 SOC에 대한 배터리 정보를 저장할 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 외부로부터 배터리 정보를 직접 획득할 수도 있고, 저장부(130)에 접근하여 배터리 정보를 획득할 수도 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 획득된 배터리 정보에 기반하여 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 이 과정에서, 배터리 정보로부터 미분 프로파일을 생성하기 위한 프로그램 코드 등이 저장부(130)에 저장될 수 있다.
또한, 저장부(130)는 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 미분 프로파일을 저장할 수 있다. 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 직접 미분 프로파일을 수신할 수도 있고, 저장부(130)에 접근하여 저장된 미분 프로파일을 획득할 수도 있다.
제어부(120)는 배터리의 휴지 기간을 산출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 휴지 기간이란 배터리가 휴지 상태(Idle state)로 유지되는 기간을 의미할 수 있다. 즉, 휴지 기간은 배터리가 무부하 상태인 기간을 의미할 수 있다. 제어부(120)는 배터리의 충전 및 방전 여부를 고려하여, 배터리의 휴지 기간을 산출할 수 있다.
구체적으로, 배터리의 휴지 기간이 길어질수록 배터리는 안정화될 수 있다. 이 경우, 제어부(120)가 배터리에 대한 미분 프로파일로부터 타겟 피크에 대응되는 곡률을 산출하더라도, 산출된 곡률과 기준 곡률 간의 차이가 유의미하게 나타나지 않을 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 산출된 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하인 상태일 때 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 미분 프로파일에 대하여 곡률을 산출하도록 구성될 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 산출된 곡률과 기준 곡률의 크기를 비교하여 리튬 석출 여부를 판단함에 있어서, 미리 설정된 임계값을 더 고려할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 산출된 곡률과 기준 곡률의 차이가 임계값 미만이면, 배터리에 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 산출된 곡률과 기준 곡률의 차이가 임계값 이상이면, 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제1 배터리는 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하인 상태일 수 있다. 그리고, 제1 미분 프로파일(DP11)과 제2 미분 프로파일(DP12)은 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하인 제1 배터리의 SOC 및 전압에 기반하여 생성된 것일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제1 타겟 피크(B)에 대응되는 제1 곡률 및 제2 타겟 피크(C)에 대응되는 제2 곡률 중 어느 하나라도 기준 피크(A)에 대응되는 기준 곡률과의 차이가 임계값 이상이면, 제1 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 제1 곡률과 기준 곡률 간의 차이 및 제2 곡률과 기준 곡률 간의 차이가 모두 임계값 미만이면, 제1 배터리에 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 배터리의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 실시예에서, 기준 프로파일(RP2)은 BOL 상태의 제2 배터리의 SOC 및 전압에 대응되도록 생성된 프로파일이고, 제1 미분 프로파일(DP21)은 소정의 제1 시점에서 제2 배터리의 SOC 및 전압에 대응되도록 생성된 프로파일이며, 제2 미분 프로파일(DP22)은 소정의 제2 시점에서 제2 배터리의 SOC 및 전압에 대응되도록 생성된 프로파일이다.
도 4의 실시예에서, 기준 프로파일(RP3)은 BOL 상태의 제3 배터리의 SOC 및 전압에 대응되도록 생성된 프로파일이고, 제1 미분 프로파일(DP31)은 소정의 제1 시점에서 제3 배터리의 SOC 및 전압에 대응되도록 생성된 프로파일이며, 제2 미분 프로파일(DP32)은 소정의 제2 시점에서 제3 배터리의 SOC 및 전압에 대응되도록 생성된 프로파일이다.
구체적으로, 도 3의 실시예에서 제2 배터리의 상태는 제1 시점과 제2 시점에서 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하인 상태이지만, 도 4의 실시예에서 제3 배터리의 상태는 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간을 초과한 상태일 수 있다. 또한, 제2 배터리와 제3 배터리는 실질적으로 동일한 퇴화 상태로 유지되도록 조정된 상태일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 배터리의 제1 타겟 피크(E)에 대응되는 제1 곡률과 기준 피크(D)에 대응되는 기준 곡률의 차이는 임계값 이상일 수 있다. 또한, 제2 배터리의 제2 타겟 피크(F)에 대응되는 제2 곡률과 기준 피크(D)에 대응되는 기준 곡률의 차이는 임계값 이상일 수 있다. 즉, 따라서, 제어부(120)는 제2 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단할 수 있다.
반대로, 도 4를 참조하면, 제3 배터리의 제1 타겟 피크(I)에 대응되는 제1 곡률과 기준 피크(H)에 대응되는 기준 곡률의 차이는 임계값 미만일 수 있다. 또한, 제3 배터리의 제2 타겟 피크(J)에 대응되는 제2 곡률과 기준 피크(H)에 대응되는 기준 곡률의 차이는 임계값 미만일 수 있다. 즉, 따라서, 제어부(120)는 제3 배터리에 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
즉, 제2 배터리는 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하로 유지되었기 때문에 기준 곡률(기준 피크(D)에 대응되는 곡률)과 제1 곡률(제1 타겟 피크(E)에 대응되는 곡률) 및 제2 곡률(제2 타겟 피크(F)에 대응되는 곡률) 각각의 차이가 임계값 이상일 수 있는 반면, 제3 배터리는 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간을 초과하도록 유지되었기 때문에 기준 곡률(기준 피크(H)에 대응되는 곡률)과 제1 곡률(제1 타겟 피크(I)에 대응되는 곡률) 및 제2 곡률(제2 타겟 피크(J)에 대응되는 곡률) 각각의 차이가 임계값 미만일 수 있다.
따라서, 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리의 휴지 기간을 더 고려하여 배터리의 리튬 석출 여부를 판단함으로써, 보다 정확하게 배터리의 상태를 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
다른 실시예에서, 제어부(120)는 산출된 곡률이 기준 곡률을 초과하는 횟수를 산출하도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 산출된 곡률이 기준 곡률을 초과하는 실시예에 대해서 설명하지만, 산출된 곡률과 기준 곡률 간이 차이가 임계값 미만인 경우의 실시예에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음을 유의한다.
예컨대, BOL 상태의 배터리에 대해서는 곡률이 기준 곡률을 초과하는 횟수가 0으로 설정될 수 있다.
먼저, 프로파일 생성부(110)는, 복수의 미분 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(110)는 배터리가 방전되는 과정에서 측정된 SOC와 전압에 대한 배터리 정보를 획득하면, 획득된 배터리 정보에 기반하여 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 즉, 미분 프로파일은 배터리가 방전되는 경우에 생성될 수 있는 것이므로, 주기적으로 생성될 수도 있고 비주기적으로 생성될 수도 있다.
제어부(120)는 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일 각각에서 곡률을 산출하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 산출된 복수의 곡률이 기준 곡률을 초과하는 횟수를 산출하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제4 배터리에 대한 복수의 곡률을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5의 실시예에서, t0 시점에서 제4 배터리는 BOL 상태일 수 있다. 즉, 제4 배터리의 기준 피크에 대응되는 곡률은 RC일 수 있다.
그리고, 프로파일 생성부(110)는 t1, t2, t3, t4, t5 및 t6 시점에서 총 6개의 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 제어부(120)는 6개의 미분 프로파일 각각에서 곡률을 산출할 수 있다.
구체적으로, t1 시점에서 제4 배터리의 제1 타겟 피크에 대응되는 제1 곡률은 C1일 수 있다. t2 시점에서 제4 배터리의 제2 타겟 피크에 대응되는 제2 곡률은 C2일 수 있다. t3 시점에서 제4 배터리의 제3 타겟 피크에 대응되는 제3 곡률은 C3일 수 있다. t4 시점에서 제4 배터리의 제4 타겟 피크에 대응되는 제4 곡률은 C4일 수 있다. t5 시점에서 제4 배터리의 제5 타겟 피크에 대응되는 제5 곡률은 C5일 수 있다. t6 시점에서 제4 배터리의 제6 타겟 피크에 대응되는 제6 곡률은 C6일 수 있다. 제4 배터리에 대한 기준 프로파일 및 제1 내지 제6 미분 프로파일은 도시되지 않았으나, 도 2 내지 도 4의 기준 프로파일(A, D, H), 제1 미분 프로파일(B, E, I) 및 제2 미분 프로파일(C, F, J)를 통해서 유추될 수 있음을 유의한다.
또한, 도 5의 실시예에서, 기준 곡률(RC)을 초과하는 곡률은 제3 곡률(C3), 제4 곡률(C4), 제5 곡률(C5) 및 제6 곡률(C6)일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 산출된 곡률(C1, C2, C3, C4, C5, C6)이 기준 곡률(RC)을 초과하는 횟수를 4로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 산출된 횟수에 기반하여 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 산출된 횟수가 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준값은 배터리의 사양, 사용처 등에 대응되도록 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 도 5의 실시예에서는 기준값이 3으로 설정되었다고 가정한다. 제어부(120)는 산출된 횟수(4)가 기준값(3)을 초과하기 때문에, 제4 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 배터리에 리튬 금속이 석출된 경우, 해당 배터리는 단락이 발생될 수 있으며, 이러한 단락에 의해 화재가 발생하거나 폭발할 수 있는 위험이 있다. 따라서, 리튬 금속이 석출된 것으로 진단된 배터리는, 불용 배터리로 처리되어, 점검 및 교체가 요구된다.
따라서, 배터리 모니터링 장치(100)는 산출된 곡률이 기준 곡률을 초과한 횟수에 기반하여 배터리에 리튬 금속이 석출되었는지를 보수적으로 판단함으로써, 배터리의 상태가 오진단될 가능성을 낮출 수 있다. 여기서, 오진단이란, 리튬 금속이 석출되지 않은 정상 배터리에 대해 리튬 금속이 석출된 배터리로 잘못 진단하는 것을 의미할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제어부(120)는 산출된 횟수가 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률에 대한 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 증감 패턴은 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률의 값이 증가하는지 여부에 따라 증가 패턴 또는 감소 패턴으로 결정될 수 있다.
구체적으로, 증가 패턴은 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률의 값이 증가하는 패턴일 수 있다. 반대로, 감소 패턴은 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률의 값이 동일하거나 감소되는 패턴일 수 있다. 즉, 배터리의 리튬 금속 석출 여부가 보수적으로 판단되기 위하여, 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률의 값이 동일하게 유지되는 경우에도 감소 패턴으로 결정될 수 있다.
앞선 실시예와 같이, 도 5의 실시예에서, 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률은 제3 곡률(C3), 제4 곡률(C4), 제5 곡률(C5) 및 제6 곡률(C6)이며, 산출된 횟수(4)가 기준값(3)을 초과하였으므로, 제어부(120)는 제3 내지 제6 곡률(C3, C4, C5, C6)의 증감패턴을 결정할 수 있다. 제4 곡률(C4)은 제3 곡률(C3)보다 감소하였지만, 제5 곡률(C5)은 제3 곡률(C3) 및 제4 곡률(C4)보다 증가하였고, 제6 곡률(C6)도 제5 곡률(C5)보다 증가하였으므로, 제어부(120)는 제3 내지 제6 곡률(C3, C4, C5, C6)의 증감패턴을 증가 패턴으로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 결정된 증감 패턴에 기반하여 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 결정된 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 결정된 증감 패턴이 감소 패턴인 경우, 배터리에 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 제어부(120)는 제3 내지 제6 곡률(C3, C4, C5, C6)의 증감패턴을 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제4 배터리에 리튬 금속이 석출된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 배터리 모니터링 장치(100)는 산출된 곡률이 기준 곡률을 초과한 횟수뿐만 아니라, 산출된 곡률 간의 증감 패턴을 더 고려하여 배터리의 리튬 석출 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 배터리에 리튬 금속이 석출되었는지가 더욱 보수적으로 판단될 수 있으므로, 오진단 가능성이 더욱 낮아질 수 있다.
제어부(120)는 배터리에 리튬이 석출된 것으로 판단된 경우, 리튬 석출과 관련된 진단 코드를 생성하여 출력하도록 구성될 수 있다.
여기서, 진단 코드는 DTC(Diagnostic trouble code)로서, 배터리에 대한 진단 결과를 나타내는 표준화된 고장 진단 코드일 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 진단 코드를 출력함으로써, 배터리에 리튬이 석출되었다는 정보를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 진단 코드와 함께 배터리의 식별 정보 등을 출력함으로써, 리튬이 석출된 배터리를 특정하여 제공할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 생성된 진단 코드를 통신 가능하도록 연결된 서버 및/또는 사용자 단말 등으로 출력할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 생성된 진단 코드를 저장부(130)에 저장할 수 있다.
즉, 제어부(120)는 생성된 진단 코드를 외부로 출력하여 배터리 상태에 대한 진단 결과를 알릴 수 있으며, 생성된 진단 코드를 저장부(130)에 저장함으로써 배터리에 대한 사용 이력을 누적하여 저장할 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 모니터링 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 모니터링 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 모니터링 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모니터링 장치(100)의 프로파일 생성부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모니터링 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모니터링 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 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치(100)를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
배터리(10)의 양극 단자는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(10)의 음극 단자는 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(20)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 측정부(20)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리(10)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(10)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 측정부(20)는 제1 센싱 라인(SL1)과 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정된 전압에 기반하여, 배터리(10)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(30)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(30)은 배터리(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(10)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(10)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
부하(2)는 일단이 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 타단이 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다. 따라서, 배터리(10)의 양극 단자, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 부하(2), 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 및 배터리(10)의 음극 단자는 전기적으로 연결될 수 있다.
예컨대, 부하(2)는 충방전 장치일 수도 있고, 배터리(10)로부터 전원을 공급받는 전기차의 모터 등일 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 모니터링 방법의 각 단계는 배터리 모니터링 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 배터리 모니터링 방법은 미분 프로파일 생성 단계(S100), 곡률 산출 단계(S200), 곡률 비교 단계(S300) 및 리튬 석출 여부 판단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
미분 프로파일 생성 단계(S100)는 배터리의 SOC에 대한 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 방전 과정에서 획득된 배터리 정보(SOC 및 전압)에 기반하여, SOC와 미분 전압(dV/dSOC) 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
곡률 산출 단계(S200)는 미분 프로파일 생성 단계(S100)에서 생성된 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 미리 설정된 SOC 구간에서 타겟 피크를 결정하고, 결정된 타겟 피크에 대응되는 곡률을 산출할 수 있다.
만약, 타겟 피크에 대응되는 접촉원이 복수인 경우, 제어부(120)는 복수의 접촉원 중에서 곡률이 최소(곡률 반지름이 최대)인 접촉원을 선택하고, 선택한 접촉원에 대응되는 곡률을 타겟 피크에 대응되는 곡률로 산출할 수 있다.
곡률 비교 단계(S300)는 곡률 산출 단계(S200)에서 산출된 곡률을 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 기준 곡률은 배터리가 BOL 상태일 때 설정된 것일 수 있다. 즉, 기준 곡률은, BOL 상태의 배터리에 대한 기준 프로파일에 포함된 기준 피크에 대응되도록 설정될 수 있다.
리튬 석출 여부 판단 단계(S400)는 곡률 비교 단계(S300)의 비교 결과에 기반하여 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 산출된 곡률과 기준 곡률을 비교한 결과에 따라 배터리의 리튬 석출 여부를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 배터리의 리튬 석출 여부를 더 보수적으로 판단하기 위하여, 산출된 곡률이 기준 곡률을 초과한 횟수 및/또는 산출된 곡률 간의 증감 패턴을 더 고려할 수도 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
2: 부하
10: 배터리
20: 측정부
30: 전류 측정 유닛
100: 배터리 모니터링 장치
110: 프로파일 생성부
120: 제어부
130: 저장부

Claims (13)

  1. 배터리의 SOC에 대한 상기 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
    상기 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하고, 산출된 곡률을 상기 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하며, 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 곡률과 상기 기준 곡률 간의 크기를 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 곡률이 상기 기준 곡률 이하이면, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출되지 않은 것으로 판단하고,
    상기 산출된 곡률이 상기 기준 곡률을 초과하면, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 곡률이 상기 기준 곡률을 초과하는 횟수를 산출하고, 산출된 횟수에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 횟수가 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    복수의 상기 미분 프로파일을 생성하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 프로파일 생성부에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일 각각에서 상기 곡률을 산출하고, 산출된 복수의 곡률이 상기 기준 곡률을 초과하는 횟수를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 횟수가 미리 설정된 기준값을 초과한 경우, 상기 기준 곡률을 초과하는 것으로 판단된 곡률에 대한 증감 패턴을 결정하며, 결정된 증감 패턴에 기반하여 상기 리튬 석출 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 증감 패턴이 증가 패턴인 경우, 상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리에 상기 리튬이 석출된 것으로 판단된 경우, 상기 리튬 석출과 관련된 진단 코드를 생성하여 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 휴지 기간을 산출하고, 산출된 휴지 기간이 미리 설정된 기준 기간 이하인 상태일 때 상기 프로파일 생성부에 의해 생성된 미분 프로파일에 대하여 상기 곡률을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 프로파일에서 상기 미리 설정된 SOC 구간에 포함된 타겟 피크를 결정하고, 상기 타겟 피크에 대응되는 곡률을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모니터링 장치를 포함하는 배터리 팩.
  13. 배터리의 SOC에 대한 상기 배터리의 전압의 변화율을 나타내는 미분 전압과 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계;
    상기 미분 프로파일 생성 단계에서 생성된 미분 프로파일에서 미리 설정된 SOC 구간에 대응되는 곡률을 산출하는 곡률 산출 단계;
    상기 곡률 산출 단계에서 산출된 곡률을 상기 배터리에 대해 미리 설정된 기준 곡률과 비교하는 곡률 비교 단계; 및
    상기 곡률 비교 단계의 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 리튬 석출 여부를 판단하는 리튬 석출 여부 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 방법.
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CN116699428B (zh) * 2023-08-08 2023-10-10 深圳市杰成镍钴新能源科技有限公司 退役电池的缺陷检测方法及装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4561859B2 (ja) * 2008-04-01 2010-10-13 トヨタ自動車株式会社 二次電池システム
JP5782803B2 (ja) * 2010-06-03 2015-09-24 日産自動車株式会社 電池の充電装置および電池の充電方法
JP5315369B2 (ja) * 2011-03-01 2013-10-16 株式会社日立製作所 リチウム二次電池の異常充電状態検出装置及び検査方法
KR101897859B1 (ko) * 2015-08-24 2018-09-12 주식회사 엘지화학 리튬 석출 탐지 방법, 이를 이용한 이차전지 충전 방법과 장치 및 이차전지 시스템
US9840161B2 (en) * 2016-03-10 2017-12-12 Ford Global Technologies, Llc Circuit and method for detection of battery cell degradation events
CN109932658A (zh) * 2019-03-06 2019-06-25 肇庆遨优动力电池有限公司 一种锂离子电池析锂的检测方法
KR102659679B1 (ko) * 2019-04-22 2024-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리의 미분 전압 커브를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩
CN112240986B (zh) * 2019-07-18 2023-09-05 万向一二三股份公司 一种大尺寸软包锂离子电池析锂及均匀性的评估方法
JP2021084382A (ja) 2019-11-29 2021-06-03 三星ダイヤモンド工業株式会社 分断方法および分断装置
WO2022032460A1 (zh) * 2020-08-10 2022-02-17 华为技术有限公司 一种锂电池的析锂检测方法及装置

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