KR20230059262A - 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 불량 판정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 불량 판정 방법에 관한 것으로, 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터가 저장된 데이터 베이스부; 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 감지부; 및 상기 데이터 베이스부에 저장된 기존 데이터와, 상기 감지부에 의해 감지된 실험 데이터에 기초하여, 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 연산부를 포함한다.
Description
본 발명은 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 불량 판정 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 용인이 되고 있다. 이에, 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 이러한 이차전지는 전지케이스에 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 분리막으로 이루어진 전극조립체와 전해액이 함께 수납된 구조의 1차 이차전지를 준비하는 공정, 상기 1차 이차전지에 대한 숙성(aging) 공정, 상기 1차 이차전지를 충방전하는 활성화 공정, 상기 숙성 공정 및 충방전 공정에서 발생한 가스를 제거하기 위한 탈기(degas) 공정 등 다양한 공정을 거쳐 제조된다.
이와 같은 공정을 거쳐 제조된 이차전지는 저전압 전지의 출하를 방지하기 위해서 이차전지의 활성화 공정 중 마지막 공정인 출하 충전 후 일정 기간 동안 경시변화에 따른 전압 강하량을 측정하여 저전압 불량을 진단하였다. 여기서, 저전압 불량이란 전지가 미리 설정된 자가방전율 이상의 전압 강하 거동을 보이는 현상을 의미한다.
한편, 저전압 불량의 셀의 경우, 양극과 음극을 절연하고 있는 분리막 자체의 결함이나 조립 중 충격이나 이물 삽입으로 인한 분리막 파손 등에 의한 절연 저항 약화로 인해 누설 전류가 지속적으로 발생되어 정상 셀에 비해 누설 전류량이 많다.
기존 이차전지의 저전압 불량 거동을 판정하기 위한 방법으로 단순 전압 강하량의 절대값을 기준으로 불량 여부를 판정하거나, 특정 그룹 단위로 상대 판정을 하여 그룹 단위의 불량 여부를 판정하는 방식을 적용해왔으나, 실제 이차전지의 전압 강하 거동은 이차전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건 및 충전 조건에 크게 영향을 받을 수 있으므로, 정확도가 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전압 강하에 영향을 줄 수 있는 모든 변수 요인들을 수치화하고, 이를 관계식에 적용하여 전압 강하량 보정 데이터를 산출할 수 있는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 이를 이용한 저전압 불량 판정 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템은, 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터가 저장된 데이터 베이스부; 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 감지부; 및 상기 데이터 베이스부에 저장된 기존 데이터와, 상기 감지부에 의해 감지된 실험 데이터에 기초하여, 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 목표 전압 강하량 보정 데이터와 정상 전지의 기준 전압 강하량 데이터를 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 도출하는 판단부를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 데이터 베이스부에 저장된 기존 데이터 및 상기 감지부가 감지하는 실험 데이터는, 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 충반전 시간, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 및 측정된 전압 강하량 중 1종 이상인 것일 수 있다.
한편, 상기 데이터 베이스부는 기존 데이터와 전압 강하량 보정 데이터와의 상관관계 분석을 통한 상관관계식을 정의할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 상관관계 분석은 기존 데이터를 독립변수로 하고, 전압 강하량 보정 데이터를 종속변수로 하는 회귀 분석일 수 있다.
다른 구체적인 예에서, 상기 연산부는, 감지부에서 감지된 데이터를 독립변수로 상기 상관관계식에 대입하여 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 것일 수 있다.
한편, 상기 상관관계 분석을 위한 모집단이 되는 상기 전지의 개수는 1,000 내지 30,000일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 방법은, 데이터 베이스부에 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터를 저장하는 단계; 감지부가 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 단계; 및 연산부가 상기 저장된 기존 데이터와 감지된 실험 데이터에 기초하여, 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계 이후, 상기 보정된 전압 강하량과 정상 전지의 기준 전압 강하량을 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 저장된 기존 데이터 및 감지된 실험 데이터는, 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 및 측정된 전압 강하량 중 1종 이상인 것일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 저장하는 단계는, 상기 기존 데이터 중에서 독립변수와 종속변수를 결정하는 단계; 및 상기 독립변수와 종속변수 간의 상관관계 분석을 위한 상관관계식을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 구체적인 예에서, 상기 상관관계 분석은, 기존 데이터를 독립변수로 하고, 전압 강하량 보정 데이터를 종속변수로 하는 회귀 분석인 것일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계는, 상기 감지된 실험 데이터를 상기 상관관계식의 독립변수로 대입하는 단계; 및 상기 상관관계식에 의하여 종속변수인 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 예에 따르면, 빅데이터를 이용한 회귀 분석을 통해 자동적으로 전압 강하량 보정 데이터를 산출함으로써, 전압 강하에 영향을 미치는 모든 변수 요인을 고려한 보정된 전압 강하량을 제공할 수 있다. 이에 따라 정확도가 향상된 저전압 불량 판정이 가능할 수 있으며, 안정성이 향상된 이차전지를 선별할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 이차전지의 저전압 불량 판정 과정을 전체적으로 도시한 것이다.
도 3은 일 실시예의 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 일 실시예의 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 이차전지의 저전압 불량 판정 과정을 전체적으로 도시한 것이다.
도 3은 일 실시예의 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 일 실시예의 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
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.
이하에서 설명되는 실시예에 있어서, 이차전지는 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 전지를 총칭한다.
한편, 이차전지에 사용된 전해액이나 분리막의 종류, 이차전지를 포장하는 데 사용된 전지 케이스(또는 포장재)의 종류, 이차전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 전지라면 모두 상기 이차전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
본 발명에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템 및 저전압 불량 판정 방법에 적용될 수 있는 이차전지 셀의 조립과 활성화 공정의 일 예를 들면 다음과 같다.
조립 단계는 제조실에서 전극 조립체와 전해액을 전지 케이스에 수납하고 밀봉하는 단계를 포함한다.
먼저 양극, 음극 및 그 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체를 제조한다. 상기 전극 조립체를 제조하는 단계는 활물질 및 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 전극 집전체에 도포하여 각각 양극 및 음극을 제조한 다음, 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계를 포함한다. 이러한 전극 조립체를 제조하는 단계는 특별히 제한되지 않으며 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 젤리-롤형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다.
전극 조립체 안의 음극은 카본계 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 카본계 음극 활물질은 인조 흑연이나 천연 흑연일 수 있다.
전해액은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한이 없고, 예를 들어 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다. 상기 유기 용매들 중 특히 카보네이트계 유기 용매가 바람직하게 사용될 수 있는데,
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는것은 아니다.
다음으로, 이와 같이 제조된 이차전지는 활성화 공정을 진행한다.
일반적으로 활성화 공정은, 프리에이징(Pre-aging) 공정, 포메이션(Formation) 공정, 에이징(Aging) 공정, 디게싱(Degassing) 공정, 출하 충전 공정을 포함할 수 있다. 프리에이징 공정은 전극조립체를 전지 용기에 수납한 후 전해액을 주입하고 전지 용기를 밀봉하여 제조된 전지셀의 전해액이 함침되도록 대기하는 공정이다. 포메이션은 프리 에이징된 전지 셀을 미리 설정된 전압 조건(예로써, 음극의 SEI 피막형성 이상의 전압)으로 초기 충전하는 공정이다. 에이징은 미리 설정된 전압 조건(예로써, 3.4-3.6V) 및 온도 조건(예로써, 50도-70도)에서 전지 셀이 일정한 상태로 안정되기까지 전지 셀을 보존하여 두는 공정이다. 여기서, 프리에이징 공정, 포메이션 공정 및 에이징 공정은 웨팅(wetting) 기간에 해당한다. 디게싱 공정은 에이징된 전지 셀에서 불필요한 가스를 제거하는 공정이다. 일례로, 이차전지가 원형, 각형인 경우에는 디게싱 공정은 생략될 수 있다. 출하 충전은 출하 전 전지 셀을 미리 설정된 전압 조건(예로써, SOC 20~50%)으로 충전하는 공정으로서, 출하 충전시에서는 해당 전지 셀에 대하여 미리 설정된 특성 검사(예로써, 셀 저항, 출력, 충/방전 용량 등)가 수행될 수 있다.
본 발명은, 이차전지의 출하 전 전지의 전압 강하량을 산출하여 저전압 불량 판정을 수행하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템에 관한 것이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템(1000)에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템(1000)의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템(1000)은 데이터 베이스부(10), 감지부(20) 및 연산부(30)를 포함할 수 있다.
일반적으로 이차전지의 저전압 불량 판정은, 이차전지의 활성화 공정 중 마지막 공정인 출하 충전 후, 일정 기간 동안 경시변화에 따른 전압 강하량을 측정하여 저전압 불량을 진단하였다.
기존 이차전지의 저전압 불량 거동을 판정하기 위한 방법으로 단순 전압 강하량의 절대값을 기준으로 불량 여부를 판정하거나, 특정 그룹 단위로 상대 판정을 하여 그룹 단위의 불량 여부를 판정하는 방식을 적용해왔으나, 실제 이차전지의 전압 강하 거동은 이차전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건 및 충전 조건에 크게 영향을 받을 수 있다. 종래에는 공정 조건 또는 이차전지의 특성을 고려하지 않은 채, 모두 동일한 방법으로 전압 강하량을 측정하여 전지의 저전압 불량 여부를 판정하였기 때문에 부정확하게 판정할 가능성이 있었고, 전압 강하에 영향을 미치는 변수 요인을 부분적으로 사람이 직접 적용시켜 전압 강하량을 보정하였기 때문에 휴먼 에러가 발생할 가능성이 있었으며, 조건 별로 매번 사람이 보정 작업을 진행해야 하기 때문에 번거로움도 있었다.
이에 본 발명은, 이차전지의 전압 강하량 측정에 영향을 미칠 수 있는 변수 요인을 고려하여 보정된 전압 강하량을 산출함으로써, 정확도가 향상된 이차전지의 저전압 불량여부를 판정하는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 발명자들은 이차전지의 전압 강하량 측정에 영향을 미칠 수 있는 변수 요인을 구분하고, 각각의 변수 요인과 보정된 전압 강하량 데이터간의 상관 관계를 통계학적 방법으로 도출해, 이를 데이터 베이스부(10)에 저장하고, 상기 데이터 베이스부(10)를 기초로 측정 대상인 이차전지의 변수 요인을 비롯한 실험 데이터를 감지부(20)에서 감지하여 연산부(30)를 통해 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하여 자동적으로 전지의 저전압 불량 판정을 수행하는 빅데이터 기반의 스마트 시스템을 발명하게 된 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터가 저장된 데이터 베이스부(10)와, 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 감지부(20) 및 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터와, 상기 감지부(20)에 의해 감지된 실험 데이터에 기초하여, 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 연산부(30)를 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템(1000)일 수 있다.
구체적으로, 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터 및 상기 감지부(20)가 감지하는 실험 데이터는, 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 충반전 시간, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정된 전압 및 측정된 전압 강하량 중 1종 이상일 수 있다.
한편, 전압 강하량 측정 방법의 하나의 예로는, 이차전지의 전압이 미리 설정된 전압에 도달한 후, 자가 방전의 개시시부터 미리 설정된 시간까지의 전지 셀의 전압 강하량(즉, 전압 변화량)을 측정하는 방법일 수 있다. 이는, 정전류 모드로 미리 설정된 전압까지 충전 후, 미리 설정된 시간 동안 자가 방전시켜, 자가 방전 기간(즉, 휴지기간) 동안의 전압 강하량을 측정할 수 있다.
이때, 자가 방전 기간은 24시간 이내로 하여 미리 설정될 수 있다. 또한, 자가 방전 기간은 적어도 종래 출하 충전시에 OCV(Open Circuit Voltage)를 측정하는데 걸리는 시간보다 짧은 시간으로 설정될 수 있다.
구체적인 예로서, 이차전지를 정전류 모드에서 1/200C으로 미세전류를 인가하여 충전하고, 충전전압이 목표 전압인 2.0V에 도달한 경우, 24시간 동안 자가방전을 개시하면서, 전압의 변화량을 측정하는 방법일 수 있다.
또한, 전압 강하량 측정 방법의 다른 하나의 예로는, 프리-에이징 및 초기 충전을 완료하고, 고온 에이징을 수행한 후 2차 충전을 완료한 시점에서 이차전지의 개방 회로 전압(V1)을 측정하고, 상온 에이징을 완료한 시점에서 이차전지의 개방 회로 전압(V2)를 측정하여 전압 강하량(OCV = V1 - V2)을 도출하는 방법일 수 있다.
한편, 전압 강하량 측정 변수 요인으로서, 전지의 크기, 전해액 주액량, 양극 또는 음극 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio 등은 이차전지 셀 제조 공정에서 발생할 수 있는 전압 강하량 측정 시 변수 요인이 될 수 있다.
또한, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 충반전 시간, 전해액 토출량 등은 이차전지의 활성화 공정에서 발생할 수 있는 전압 강하량 측정 시 변수 요인이 될 수 있다.
더욱이, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 등은 이차전지의 전압 측정 공정에서 발생할 수 있는 전압 강하량 측정 시 변수 요인이 될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 전압 강하량 보정 데이터와 정상 전지의 기준 전압 강하량을 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 도출하는 판단부(40)를 더 포함할 수 있다.
한편, 데이터 베이스(10)는 독립변수와 종속변수 사이의 상관관계에 따른 상관관계식을 정의할 수 있다. 여기서, 상관관계 분석은 회귀 분석일 수 있다. 회귀 분석은 둘 또는 그 이상의 변수들 간의 의존관계를 파악함으로써, 어떤 특정한 변수(종속변수)의 값을 다른 한 개 또는 그 이상의 변수(독립변수)들로부터 설명하고 예측하는 통계학이다. 이 경우, 독립변수는 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터 중 1종 이상일 수 있고, 종속변수는 전압 강하량 보정 데이터일 수 있다. 즉, 데이터 베이스부(10)는 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터와 전압 강하량 보정 데이터 간의 회귀 분석을 통한 상관관계식을 정의하게 된다.
상기, 상관관계식은 하기 식 1과 같이 정의할 수 있다.
[식 1]
이때, 독립변수는 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터 중 1종 이상이고, 종속변수는 전압 강하량 보정 데이터일 수 있다. 독립변수의 계수 값은 모집단의 이차전지 데이터에 의해 산출된다. 식 1에서 α는 상수 값으로, 상관관계식에서 종속변수를 예측하기 위해 더해지는 값이다. 식 1과 같은 상관관계식은 독립변수인 기존 데이터의 종류 또는 우선순위에 따라 각각 정의될 수 있다. 단, 상기 상관관계식은 경우에 따라 변동될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 상관관계식은, 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터의 종류 및 적용 우선순위를 반영하여 다양한 독립변수 계수 값을 가질 수 있으며, 최종 전압 강하량 보정 데이터 산출에 적용되는 기존 데이터의 종류 및 적용 우선순위를 반영한 상관관계식을 이용하여 종속변수를 산출할 수도 있다.
이때, 상관관계 분석을 위한 모집단이 되는 이차전지의 개수는 1,000 내지 30,000일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 감지부(20)는 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지할 수 있다. 즉, 식 1에서 독립변수는 종속변수를 산출하기 위해 대입되는 값으로써, 감지부(20)에 의해 감지되는 실험 데이터가 독립변수에 해당될 수 있다.
한편, 연산부(30)는 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터와 감지부(20)에 의해 감지된 실험 데이터에 기초하여 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출할 수 있다. 연산부(30)는 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터를 통해 정의된 상관관계식을 이용하여 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하게 된다.
구체적으로, 연산부(30)는 감지부(20)에 의해 입력된 실험 데이터를 독립변수로써 데이터 베이스부(10)에 의해 정의된 상관관계식에 대입하게 된다. 이때, 연산부(30)는 감지부(20)에 의해 감지된 실험 데이터에 따라 상관관계식을 결정할 수 있으며, 결정된 상관관계식에 독립변수인 1종 이상의 실험 데이터를 대입하게 된다. 연산부(30)는 상관관계식에 1종 이상의 전압 강하량 측정에 영향을 미치는 변수 요인을 독립변수에 대입함으로써, 변수 요인이 고려된 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하게 된다.
한편, 판단부(40)는, 상기 연산부(30)에 의해 산출된 전압 강하량 보정 데이터와 정상 전지의 기준 전압 강하량 데이터를 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 도출할 수 있다.
하나의 예로써, 산출된 전압 강하량 보정 데이터가, 보정 목표치로 작업된 정상 작업 전지의 전압 강하량 데이터를 통해 통계적 방법으로 계산된 기준 전압 강하량 데이터 수치가 3mV일 경우, 이를 초과하지 않을 경우 정상 이차전지라고 판단하고, 이를 초과할 경우 저전압 불량인 이차전지라고 판단할 수 있다. 즉, 산출된 보정 전압 강하량이 보정 목표치로 작업된 정상 전지의 전압 강하량을 통해 구해진 기준 전압 강하량 데이터 수치 이하면 정상 이차전지라고 판단할 수 있고, 이를 초과한다면 저전압 불량인 이차전지라고 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템(1000) 및 이차전지의 저전압 불량 판정 과정을 전체적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 저전압 불량 판정 과정은, 이차전지 셀 제조하는 공정, 활성화 공정 및 전압 측정하는 순서일 수 있다. 이때, 저전압 불량 판정 방법으로 전압 강하량을 측정하여 판단할 경우, 각 공정에서 다양한 전압 강하량 측정 변수 요인이 발생할 수 있다.
상기 전압 강하량 측정 변수 요인으로는, 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 충반전 시간, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정된 전압 중 1종 이상일 수 있다.
측정 대상인 이차전지의 전압 강하량 판정 과정에서 발생된 변수 요인들과 실제 측정된 전압 강하량을 포함하는 실험 데이터는 감지부(20)를 통해 감지되고, 연산부(30)에 전달될 수 있다. 이때, 연산부(30)는 데이터 베이스부(10)로부터 상기 데이터 베이스부(10)에 저장된 기존 데이터 정보를 전달받을 수 있다. 한편, 데이터 베이스부(10)는 사전에 다양한 전압 강하량 측정 변수 요인들이 고려되어 산출된 전압 강하량 보정 데이터가 저장된 저장소이다.
상기 연산부는 데이터 베이스부에 저장된 정보를 기반으로, 감지부를 통해 전달받은 전압 강하량 측정 변수 요인들과 실제 측정된 전압 강하량을 특정 상관관계식을 거쳐 보정된 전압 강하량을 산출할 수 있다. 이후, 상기 연산부를 통해 산출된 전압 강하량과 정상 전지의 기준 전압 강하량과 비교하여 전지의 저전압 불량 판정하여 양품인 이차전지를 선별할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템(1000)은, 전술한 바와 같이, 데이터 베이스부(10)에 기존 데이터를 기반으로 회귀 분석을 통한 전압 강하량 보정 데이터가 저장되어 있으며, 감지부(20)에 의해 실험 데이터가 입력되면 연산부(30)에 의해 자동적으로 전압 강하량 보정 데이터를 산출되고, 이러한 빅데이터 기반의 전압 강하량 보정 데이터를 정상 전지의 기준 전압 강하량과 비교하여 저전압 불량 판정할 수 있다. 또한, 전압 강하량 측정 시 발생할 수 있는 다양한 변수 요인을 고려된 전압 강하량 수치를 제공함으로써, 정확성이 향상된 저전압 불량 전지의 선별이 가능함으로써, 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 이차전지의 저전압 불량 판정 방법은 전술한 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템과 중복되는 내용을 포함할 수 있으며, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 저전압 불량 판정 시스템(1000)을 적용한 이차전지의 저전압 불량 판정 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이차전지의 저전압 불량 판정 방법은, 기존 데이터를 저장하는 단계(S100), 실험 데이터를 감지하는 단계(S200), 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계(S300) 및 저전압 불량 여부를 판단하는 단계(S400)로 이루어질 수 있다.
상기 기존 데이터를 저장하는 단계(S100)는, 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터를 저장하는 단계일 수 있다.
한편, 실험 데이터를 감지하는 단계(S200)는, 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 단계일 수 있다.
구체적으로, 상기 기존 데이터를 저장하는 단계(S100)의 기존 데이터 및 상기 실험 데이터를 감지하는 단계(S200)의 실험 데이터는 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 및 측정된 전압 강하량 중 1종 이상일 수 있다.
더욱 구체적으로, 전압 강하량 측정 변수 요인으로서, 전지의 크기, 전해액 주액량, 양극 또는 음극 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio 등은 이차전지 셀 제조 공정에서 발생할 수 있는 전압 강하량 측정 시 변수 요인이 될 수 있다.
또한, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 충반전 시간, 전해액 토출량 등은 이차전지의 활성화 공정에서 발생할 수 있는 전압 강하량 측정 시 변수 요인이 될 수 있다.
더욱이, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 등은 이차전지의 전압 측정 공정에서 발생할 수 있는 전압 강하량 측정 시 변수 요인이 될 수 있다. 한편, 기존 데이터를 저장하는 단계에 있어서, 저장된 기존 데이터 중 독립변수와 종속변수를 결정하는 단계(S110) 후, 결정된 독립변수와 종속변수 간의 상관관계 분석을 위한 상관관계식을 정의하는 단계(S120) 순서로 구성될 수 있다. 여기서, 상관관계 분석은 회귀 분석일 수 있다. 이 경우, 독립변수는 저장된 기존 데이터고, 종속변수는 전압 강하량 보정 데이터일 수 있다. 상관관계식은 상기 식 1과 같이 정의할 수 있다. 이때, 독립변수는 저장된 기존 데이터 중 어느 1종 이상일 수 있고, 종속변수는 독립변수로 지정된 기존 데이터에 기한 전압 강하량 보정 데이터일 수 있다. 이때, 상관관계식은 독립변수인 기존 데이터의 종류 또는 우선순위에 따라 각각 정의될 수 있다.
실험 데이터를 감지하는 단계(S200)는, 전술한 바와 같이, 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 하는 단계일 수 있다.
보정된 전압 강하량을 산출하는 단계(S300)는, 저장된 기존 데이터에 따른 전압 강하량 보정 데이터와 감지된 실험 데이터에 기초하여 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 저장된 기존 데이터를 통해 상기 정의된 상관관계식을 이용하여 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계(S300)는, 상관관계식에 실험 데이터를 독립변수로 대입하는 단계(S310) 및 상관관계식에 의하여 종속변수인 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 단계(S320)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 실험 데이터는 측정 대상인 이차전지의 전압 강하량 측정 시 전압 강하에 영향을 미칠 수 있는 다양한 변수 요인 중 1종 이상을 실험 데이터를 상관관계식에 대입되는 독립변수로 하여 지정된 독립변수에 따른 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하게 된다.
또한, 상기 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계(S300) 이후, 상기 보정된 전압 강하량과 정상 전지의 기준 전압 강하량을 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
이로 인하여, 본 발명의 이차전지의 저전압 불량 판정 방법은 이차전지의 전압 강하 측정 시 변수 요인을 고려한 실제 측정된 전압 강하량의 보정값을 산출함으로써 이차전지의 저전압 불량 판정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 데이터 베이스부
20: 감지부
30: 연산부
40: 판단부
1000: 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템
20: 감지부
30: 연산부
40: 판단부
1000: 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템
Claims (13)
- 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터가 저장된 데이터 베이스부;
측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 전압 측정 조건 및 활성화 공정 이후 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 감지부; 및
상기 데이터 베이스부에 저장된 기존 데이터와, 상기 감지부에 의해 감지된 실험 데이터에 기초하여, 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 연산부를 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 목표 전압 강하량 보정 데이터와 정상 전지의 기준 전압 강하량 데이터를 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 도출하는 판단부를 더 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 베이스부에 저장된 기존 데이터 및 상기 감지부가 감지하는 실험 데이터는, 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 충반전 시간, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 및 측정된 전압 강하량 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 베이스부는 기존 데이터와 전압 강하량 보정 데이터와의 상관관계 분석을 통한 상관관계식을 정의하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 상관관계 분석은 기존 데이터를 독립변수로 하고, 전압 강하량 보정 데이터를 종속변수로 하는 회귀 분석인 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 연산부는, 감지부에서 감지된 데이터를 독립변수로 상기 상관관계식에 대입하여 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 상관관계 분석을 위한 모집단이 되는 상기 전지의 개수는 1,000 내지 30,000인 이차전지의 저전압 불량 판정 시스템.
- 제 1항에 따른 데이터 베이스부에 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 기존 데이터를 저장하는 단계;
제 1항에 따른 감지부가 측정 대상이 되는 전지의 제조 공정 조건, 활성화 공정 조건, 활성화 공정 이후 전압 측정 조건 및 측정된 전지의 전압에 대한 실험 데이터를 감지하는 단계; 및
제 1항에 따른 연산부가 상기 저장된 기존 데이터와 감지된 실험 데이터에 기초하여, 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계를 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계 이후, 상기 보정된 전압 강하량과 정상 전지의 기준 전압 강하량을 비교하여, 전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 방법
- 제 8 항에 있어서,
상기 저장된 기존 데이터 및 감지된 실험 데이터는, 전지의 크기, 전해액 주액량, 활물질의 종류, 전극 로딩량, N/P Ratio, 에이징 온도, 에이징 시간, 에이징 횟수, 충방전 온도, 충방전 용량, 충반전 횟수, 전해액 토출량, 전압 측정 대기 시간, 측정 전압/전류 모드, 측정된 전압 및 측정된 전압 강하량 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 불량 판정 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 저장하는 단계는, 상기 기존 데이터 중에서 독립변수와 종속변수를 결정하는 단계; 및
상기 독립변수와 종속변수 간의 상관관계 분석을 위한 상관관계식을 정의하는 단계를 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 상관관계 분석은, 기존 데이터를 독립변수로 하고, 전압 강하량 보정 데이터를 종속변수로 하는 회귀 분석인 이차전지의 저전압 불량 판정 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 보정된 전압 강하량을 산출하는 단계는, 상기 감지된 실험 데이터를 상기 상관관계식의 독립변수로 대입하는 단계; 및
상기 상관관계식에 의하여 종속변수인 목표 전압 강하량 보정 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 이차전지의 저전압 불량 판정 방법.
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Patent Citations (1)
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