KR20240082760A - Apparatus and method for charging and discharging battery cells - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 장치 및 충방전 방법은, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질의 종류에 따른 배터리 셀의 종류 별로, 각각의 구체적 이상 거동 판정 기준을 적용해, 배터리 셀의 이상 거동을 판정하도록 구성되어, 충방전 중에, 불필요하게 충방전 작동이 중단되지 않아 배터리 셀의 생산성 및 품질 저하를 개선하는 효과가 있다.The battery cell charging and discharging device and charging and discharging method according to the present invention apply specific abnormal behavior judgment criteria for each type of battery cell according to the type of positive electrode active material contained in the battery cell, and determine the abnormal behavior of the battery cell. It is configured to determine, so that the charging and discharging operation is not interrupted unnecessarily during charging and discharging, which has the effect of improving the productivity and quality deterioration of the battery cell.
Description
본 발명은, 다수의 배터리 셀들을 충방전하는 장치 및 충방전 방법에 관한 것으로, 상세하게는 충방전 중 상이한 전압 거동을 나타내는 리튬 인산철 전지 및 그 외의 전지에 대해, 각각의 전지 특성에 맞는 이상 거동 판정 기준을 적용하여 여러 종류의 전지를 모두 충방전할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and a charging and discharging method for charging and discharging a plurality of battery cells, and more specifically, to lithium iron phosphate batteries and other batteries that exhibit different voltage behavior during charging and discharging, and to a method for charging and discharging a plurality of battery cells. This relates to a device and method that can charge and discharge various types of batteries by applying behavior judgment standards.
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 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable phones has rapidly increased, and as the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, and satellites has begun, high-performance secondary batteries capable of repeated charging and discharging have been developed. Research on this is actively underway.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 일반적으로 이러한 이차전지는 외장재나 적용 형태에 따라 원통형이나 각형의 캔형 이차전지와 파우치형 이차전지로 구분될 수 있다.Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among these, lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. It is receiving attention for its extremely low self-discharge rate and high energy density. In general, these secondary batteries can be divided into cylindrical or square can-type secondary batteries and pouch-type secondary batteries depending on the exterior material or application type.
일반적으로, 이차전지는 셀을 조립하는 공정과 셀을 활성화하는 공정을 거쳐서 제조된다. 셀은 방전 상태로 조립되기 때문에 셀을 조립한 다음에 1차 충전을 해서 활성화시켜야 전지로서 기능을 할 수 있게 된다. 이것을 활성화 공정 또는 포메이션(formation) 공정이라고 한다.Generally, secondary batteries are manufactured through a cell assembly process and a cell activation process. Since cells are assembled in a discharged state, they must be activated through primary charging after assembly to function as a battery. This is called the activation process or formation process.
활성화 공정에서는 충방전 장치에 다수의 이차전지를 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충방전 등의 처리를 수행하게 된다. 이차전지에 있어서는 그 특성상 첫 사이클시 양극 활물질의 활성화 및 음극에서의 안정적인 표면막(SEI, Solid Electrolyte Interface) 생성을 위해 이러한 활성화 과정이 필수적으로 선행되어야 한다. 활성화 공정에서 음극 활물질과 전해액 간의 반응으로 음극 표면에 SEI가 비로소 형성되고, 이 SEI의 물리적, 기계적 건전성이 이차전지의 수명이 다할 때까지 이차전지의 성능을 결정한다.In the activation process, a number of secondary batteries are mounted on a charging and discharging device, and processes such as charging and discharging are performed under the conditions necessary for activation. Due to the nature of secondary batteries, this activation process must be preceded in order to activate the positive electrode active material and create a stable surface film (SEI, Solid Electrolyte Interface) on the negative electrode during the first cycle. During the activation process, SEI is first formed on the surface of the anode due to the reaction between the anode active material and the electrolyte, and the physical and mechanical soundness of this SEI determines the performance of the secondary battery until the life of the secondary battery ends.
한편, 이차전지는 활성화 공정에서의 충방전 시, 제품 성능에 대한 여러 가지 정보를 얻을 수 있다. 예를 들어, 이차전지의 충방전 장치는 충방전 중에, 이차전지의 용량, 전압, 전류를 측정해 제품의 양부를 판단하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 특정 시점에서 이차전지의 전압을 측정하고, 측정 결과가 미리 입력된 양품의 전압 거동을 벗어나는지 등을 판단해 양부를 판정하고 있다. 그리고 불량으로 판정한 경우, 화재나 폭발의 위험을 대비해, 충방전 동작을 멈추도록 설정되어 있다. Meanwhile, when secondary batteries are charged and discharged during the activation process, various information about product performance can be obtained. For example, a secondary battery charging and discharging device is configured to determine the quality of the product by measuring the capacity, voltage, and current of the secondary battery during charging and discharging. Specifically, the voltage of the secondary battery is measured at a specific point in time, and the quality is determined by determining whether the measurement result deviates from the voltage behavior of a pre-entered good product. And if it is determined to be defective, the charging and discharging operation is set to stop in preparation for the risk of fire or explosion.
한편, 이차전지의 전압 거동은, 이차전지에 포함된 양극 활물질의 종류에 따라 다양하게 나타난다. 예컨대 양극 활물질이 리튬 인산철인 이차전지와, 양극 활물질이 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물인 이차전지의 각 전압 거동은, 상호 다르게 나타난다. Meanwhile, the voltage behavior of secondary batteries varies depending on the type of positive electrode active material included in the secondary battery. For example, the voltage behavior of a secondary battery in which the positive electrode active material is lithium iron phosphate and a secondary battery in which the positive active material is lithium nickel cobalt manganese composite oxide appear different from each other.
그러나, 현재까지는 하나의 충방전 장치에는, 한 종류의 양극 활물질이 적용된 이차전지의 양품 판정 기준만이 입력되어 있다. 따라서 이러한 충방전 장치로, 양극 활물질의 종류가 상이한 두 종류의 이차전지에 대해 양품 판정을 하게 되면, 다른 종류의 이차전지에 대한 양품 판정 기준이 적용될 수 있어, 실제로는 불량이 아님에도 충방전 중 지속하여 충방전 동작이 정지하는 경우가 발생할 수 있다. 이는 생산율과 제품의 품질에 악영향을 미치게 된다.However, to date, only a standard for determining good quality of a secondary battery using one type of positive electrode active material is input into one charging/discharging device. Therefore, if two types of secondary batteries with different types of positive electrode active materials are judged to be good quality using this charging and discharging device, the standard for judging good quality for different types of secondary batteries can be applied, so that the battery can be charged or discharged even though it is not actually defective. There may be cases where charging and discharging operations continue to stop. This has a negative impact on production rate and product quality.
본 발명은, 충방전 장치에 입력되는 이상 거동 판정 기준에 있어서, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질의 종류에 따른 배터리 셀의 종류 별로, 각각의 구체적 이상 거동 판정 기준을 제시하여, 하나의 충방전 장치로, 종류가 상이한 각각의 배터리 셀의 이상 거동을 판정할 수 있는 기술을 제공하고자 한다. The present invention presents specific abnormal behavior judgment criteria for each type of battery cell according to the type of positive electrode active material contained in the battery cell in the abnormal behavior judgment criteria input to the charging and discharging device, thereby providing a single charging and discharging device. The goal is to provide a technology that can determine abnormal behavior of each type of battery cell.
본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 장치는, 다수의 배터리 셀을 충방전하는 충방전 장치로서, 충방전 장치에 탑재된 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 충방전 대상 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 배터리 셀 충방전 프로파일을 생성하고, 생성된 배터리 셀 충방전 프로파일 및 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 표준 충방전 프로파일을 저장하도록 구성된 메모리부; 상기 배터리 셀 충방전 프로파일을, 상기 표준 충방전 프로파일과 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하고, 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해 충방전을 중단하는 제어 신호를 송출하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, (i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 조건 1을 만족하면 이상 거동으로 판정하고, (ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 조건 2 및 조건 3 중에 어느 하나 이상을 만족하면, 이상 거동으로 판정하도록 구성될 수 있다.A battery cell charging and discharging device according to the present invention is a charging and discharging device for charging and discharging a plurality of battery cells, and includes a sensing unit configured to measure the voltage of a battery cell mounted on the charging and discharging device; a memory unit configured to generate a battery cell charge/discharge profile that is a time-voltage graph of a battery cell to be charged and discharged, and to store the generated battery cell charge/discharge profile and a standard charge/discharge profile that is a time-voltage graph of a good battery cell; A control unit configured to compare and analyze the battery cell charge/discharge profile with the standard charge/discharge profile, determine whether the battery cell behaves abnormally, and transmit a control signal to stop charging/discharging for the battery cell determined to behave abnormally. The control unit determines abnormal behavior if
[조건 1][Condition 1]
배터리 셀의 전압이 3.4V 이상인 전압 구간에서, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 60mV를 초과함.In the voltage section where the voltage of the battery cell is 3.4V or higher, the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell exceeds 60mV.
[조건 2][Condition 2]
배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 20mV를 초과함.The difference between the voltage of the battery cell and the voltage of a good battery cell exceeds 20mV.
[조건 3][Condition 3]
배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재함. In the charge/discharge profile of a battery cell, there is a section where the voltage decreases as time increases.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재하더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정하도록 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the positive electrode active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, the control unit controls the battery cell even if there is a section in the charge/discharge profile of the battery cell where the voltage decreases with an increase in time. It may be configured to determine normal.
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치는, 다수의 배터리 셀에 전기적으로 접속하여 전류를 인가하도록 구성된 충방전부; 및 충방전 대상인 배터리 셀에 포함되는 양극 활물질의 종류가 입력되는 입력부를 더 포함할 수 있다. A charging/discharging device according to an embodiment of the present invention includes a charging/discharging unit electrically connected to a plurality of battery cells and configured to apply current; And it may further include an input unit for inputting the type of positive electrode active material included in the battery cell to be charged and discharged.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 표준 충방전 프로파일은, 양품인 배터리 셀로 구성된 표본 집단에 대해, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 시간대 별로 표본 집단의 전압 평균값을 대응시킨 그래프일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the standard charge/discharge profile may be a graph that measures the voltage of good battery cells for each time period for a sample group composed of good battery cells, and corresponds to the average voltage value of the sample group for each time period. .
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 메모리부가 생성한 배터리 셀의 충방전 프로파일과, 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일을 매칭(Matching)하여, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압과의 차이를 연산하도록 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit matches the charge/discharge profile of the battery cell generated by the memory unit with the charge/discharge profile of the non-defective battery cell to determine the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell. It can be configured to calculate the difference.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 센싱부는, 배터리 셀의 충전 또는 방전이 이루어지는 동안에, 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sensing unit may be configured to measure the voltage of the battery cell while the battery cell is being charged or discharged.
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치는, 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 제어부는, 상기 온도센서에 의해 측정된 배터리 셀의 온도와, 상기 표준 충방전 프로파일의 생성을 위한 전압 측정 시 온도가 차이가 있는 경우에, 온도 차이에 따른 전압 차이를 보정하도록 구성될 수 있다.The charging and discharging device according to an embodiment of the present invention may further include a temperature sensor that measures the temperature of the battery cell, wherein the control unit determines the temperature of the battery cell measured by the temperature sensor and the standard charge. If there is a temperature difference when measuring the voltage for generating a discharge profile, it may be configured to correct the voltage difference according to the temperature difference.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 충방전부는, 상기 표준 충방전 프로파일을 취득하기 위한 전압 데이터 수집 시의, 양품 배터리 셀에 대한 충방전 조건과 동일한 충방전 조건으로, 배터리 셀을 충방전하도록 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the charge/discharge unit is configured to charge/discharge the battery cell under the same charge/discharge conditions as the charge/discharge conditions for a good battery cell when collecting voltage data for acquiring the standard charge/discharge profile. It can be.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 충방전 방법은, (S1) 양품 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 표준 충방전 프로파일을 기록하는 과정; (S2) 충방전 대상 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 시간대별로 충방전 대상 배터리 셀의 전압을 측정해, 충방전 대상 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 배터리 셀 충방전 프로파일을 기록하는 과정; (S3) 상기 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀 충방전 프로파일을 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하는 과정; 및 (S4) 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해서는 충방전을 중단하는 과정을 포함할 수 있고, 상기 (S3) 과정은, (i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 조건 1을 만족하면 이상 거동으로 판정하고, (ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 조건 2 및 조건 3 중에 어느 하나 이상을 만족하면 이상 거동으로 판정할 수 있다.The charging and discharging method of a battery cell according to an embodiment of the present invention is (S1) charging or discharging a good quality battery cell, measuring the voltage of the good quality battery cell for each time period, and measuring the standard charge, which is a time-voltage graph of the good quality battery cell. Process of recording discharge profile; (S2) A process of measuring the voltage of the battery cell to be charged and discharged over time while charging or discharging the battery cell to be charged and discharged, and recording a battery cell charge and discharge profile, which is a time-voltage graph of the battery cell to be charged and discharged; (S3) comparing and analyzing the standard charge/discharge profile and the battery cell charge/discharge profile to determine whether the battery cell is behaving abnormally; and (S4) a process of stopping charging and discharging of a battery cell determined to exhibit abnormal behavior. The process (S3) may include (i) when the positive electrode active material contained in the battery cell is lithium iron phosphate,
[조건 1][Condition 1]
배터리 셀의 전압이 3.4V 이상인 전압 구간에서, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 60mV를 초과함.In the voltage section where the voltage of the battery cell is 3.4V or higher, the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell exceeds 60mV.
[조건 2][Condition 2]
배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 20mV를 초과함.The difference between the voltage of the battery cell and the voltage of a good battery cell exceeds 20mV.
[조건 3][Condition 3]
배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재함. In the charge/discharge profile of a battery cell, there is a section where the voltage decreases as time increases.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 리튬 인산철은, 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lithium iron phosphate may be a compound of
[화학식 1][Formula 1]
Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Xb Li 1+a Fe 1-x M x (PO 4-b )X b
(상기 화학식 1에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소를 포함하고, X는 F, S 및 N 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소를 포함하며, 그리고, a, b, x는 각각 -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5이다)(In
본 발명의 일 실시예에서, 상기 리튬 인산철 외의 양극 활물질은, 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode active material other than the lithium iron phosphate may be a compound of the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
LiNicCodMneMfO2 LiNi c Co d M n e M f O 2
(상기 화학식 2에서, M은 Al, Ti, Mg, Zr, Y, Sr, 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 0<c≤0.8, 0<d≤0.35,0<e≤0.35, 0≤f≤0.1임)(In
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (S3) 과정에 있어서, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재하더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the process (S3), when the positive electrode active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, even if there is a section in the charge/discharge profile of the battery cell where the voltage decreases with increasing time, The battery cell can be determined to be normal.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (S3) 과정은, 배터리 셀의 충방전 프로파일과, 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일을 매칭(Matching)하여, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압과의 차이를 연산하는 과정을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the (S3) process matches the charge/discharge profile of the battery cell with the charge/discharge profile of the non-defective battery cell to determine the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell. It may include a process of calculating .
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (S2) 과정은, 충방전 중인 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정; 및 상기 측정된 온도와 상기 (S1) 과정의 온도와 차이가 있는 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 온도 차이에 따른 전압 차이를 보정하는 과정을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the (S2) process includes measuring the temperature of a battery cell during charging and discharging; And when there is a difference between the measured temperature and the temperature in the process (S1), it may include a process of correcting the voltage difference according to the temperature difference in the charge/discharge profile of the battery cell.
본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 장치는 배터리 셀에 포함된 양극 활물질의 종류에 따른 배터리 셀의 종류 별로, 각각의 구체적 이상 거동 판정 기준을 적용해, 배터리 셀의 이상 거동을 판정하도록 구성되고, 이에 따라 충방전 중에, 불필요하게 충방전 작동이 중단되지 않아 배터리 셀의 생산성 및 품질 저하를 개선하는 효과가 있다.The battery cell charging and discharging device according to the present invention is configured to determine abnormal behavior of the battery cell by applying specific abnormal behavior determination criteria for each type of battery cell according to the type of positive electrode active material contained in the battery cell, Accordingly, the charging and discharging operation is not interrupted unnecessarily during charging and discharging, which has the effect of improving the productivity and quality deterioration of battery cells.
도 1은 리튬 인산철 전지 및 NCM계 복합 산화물 전지의 각 충전 심도(SOC; State Of Charge)와 전압의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 양극 활물질이 리튬 인산철인 배터리 셀에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 생성한 표준 충방전 프로파일 및 배터리 셀의 충방전 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀의 충방전 프로파일과의 전압 차이(dV)를 시간대별로 대응시킨 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 NCM계 복합 산화물 전지의 표준 충방전 프로파일이다.
도 5는 양극 활물질로서 NCM계 복합 산화물을 포함하는 전지의 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀의 충방전 프로파일의 전압 차이(dV)를 시간대별로 대응시킨 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 충방전 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하는 과정을 나타낸 순서도이다.Figure 1 is a graph showing the corresponding relationship between depth of charge (SOC; State of Charge) and voltage of a lithium iron phosphate battery and an NCM-based composite oxide battery.
FIG. 2 is a diagram showing a standard charge/discharge profile and a charge/discharge profile of the battery cell generated according to an embodiment of the present invention for a battery cell in which the positive electrode active material is lithium iron phosphate.
FIG. 3 is a graph corresponding to the voltage difference (dV) between the standard charge/discharge profile shown in FIG. 2 and the charge/discharge profile of the battery cell over time.
Figure 4 is a standard charge/discharge profile of an NCM-based composite oxide battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph corresponding to the standard charge/discharge profile of a battery containing NCM-based composite oxide as a positive electrode active material and the voltage difference (dV) between the charge/discharge profile of the battery cell over time.
Figure 6 is a schematic diagram of a charging and discharging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart of a method of charging and discharging a battery cell according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a flowchart showing a process for determining whether a battery cell is behaving abnormally according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately use the concept of terms to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability.
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.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, and therefore, at the time of filing the present application, various options that can replace them are available. It should be understood that equivalents and variations may exist.
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. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when it is said that a part “includes” a certain element, this does not mean that other elements are excluded, but that it may further include other elements, unless specifically stated to the contrary. Additionally, terms such as <control unit> used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
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.Additionally, throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this refers not only to the case where it is "directly connected" but also to the case where it is "indirectly connected" with another element in between. Includes.
또한, 명세서에서, [조건 1] 및 [조건 2]에 기재된 "배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이"는, 배터리 셀의 전압에서 양품 배터리 셀의 전압을 차감한 값의 절대값을 의미한다. In addition, in the specification, “the difference between the voltage of a battery cell and the voltage of a non-defective battery cell” described in [Condition 1] and [Condition 2] means the absolute value of the value obtained by subtracting the voltage of the non-defective battery cell from the voltage of the battery cell. do.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
<제1 실시예><First embodiment>
제1 실시예는, 다수의 배터리 셀을 충방전하기 위한 충방전 장치에 관한 것이다. The first embodiment relates to a charging and discharging device for charging and discharging a plurality of battery cells.
도 1은 리튬 인산철 전지 및 NCM계 복합 산화물 전지의 각 충전 심도(SOC; State Of Charge)와 전압의 대응 관계를 나타내는 그래프이다. 도 1을 참조하면, 양극 활물질이 NCM계 복합 산화물(리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물)인 이차전지는, 충전 심도가 증가하면 이에 대응하여 전지의 전압도 증가하고, 그래프의 기울기가 일정하거나, 기울기 변화가 크지 않은 그래프 개형을 나타내고 있다. Figure 1 is a graph showing the corresponding relationship between depth of charge (SOC; State of Charge) and voltage of a lithium iron phosphate battery and an NCM-based composite oxide battery. Referring to Figure 1, in a secondary battery in which the positive electrode active material is an NCM-based composite oxide (lithium nickel cobalt manganese composite oxide), as the depth of charge increases, the voltage of the battery increases correspondingly, and the slope of the graph is constant or the slope changes. It shows a small graph reformation.
반면, 양극 활물질이 리튬 인산철인 이차전지는, NCM계 복합 산화물 전지와는 다른 그래프 개형을 가진다. 구체적으로, 리튬 인산철 전지의 경우, 약 3.2V 내지 3.4V의 전압 구간에서는, 충전 심도의 증가에 따른 전압 변화율이 0이거나, 0에 가까운 플라토(Plateau) 구간을 가지고 있지만, NCM계 복합 산화물 전지의 경우, 이러한 플라토 구간이 없다. On the other hand, secondary batteries in which the positive electrode active material is lithium iron phosphate have a different graph shape than NCM-based composite oxide batteries. Specifically, in the case of lithium iron phosphate batteries, in the voltage range of about 3.2V to 3.4V, the voltage change rate with increase in charging depth is 0 or has a plateau range close to 0, but NCM-based composite oxide batteries In the case of , there is no such plateau interval.
따라서, NCM계 복합 산화물 전지에 적용되는 이상 전압 거동 선별 기준만이 입력된 충방전 장치를 이용해, 리튬 인산철 전지를 활성화 충방전하며 이상 거동 전지를 선별하는 경우, 3.2V 내지 3.4V의 전압 구간에서, 실제로는 이상 거동이 아니지만, 충방전 장치는 이상 거동으로 판정하고 충방전을 멈추게 된다. Therefore, when activating charge and discharge of lithium iron phosphate batteries and selecting abnormal behavior batteries using a charge/discharge device in which only the abnormal voltage behavior selection criteria applied to NCM-based composite oxide batteries are input, the voltage range of 3.2V to 3.4V In fact, it is not an abnormal behavior, but the charging and discharging device determines it to be an abnormal behavior and stops charging and discharging.
이와 같이, NCM계 복합 산화물 전지와 리튬 인산철 전지는, 서로 상이한 전압 거동을 나타내므로, 이상 전압 거동을 나타내는 배터리 셀의 선별 시, 전지의 양극 활물질의 종류에 따른 각각의 이상 전압 거동 선별 기준이 적용되어야 한다. As such, NCM-based composite oxide batteries and lithium iron phosphate batteries exhibit different voltage behavior, so when selecting battery cells showing abnormal voltage behavior, the criteria for selecting each abnormal voltage behavior according to the type of positive electrode active material of the battery are used. must be applied.
본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 장치는 배터리 셀에 포함된 양극 활물질의 종류에 따른 배터리 셀의 종류 별로, 각각의 구체적 이상 거동 판정 기준을 적용해, 배터리 셀의 이상 거동을 판정하도록 구성되고, 이에 따라 충방전 중에, 불필요하게 충방전 작동이 중단되지 않아 배터리 셀의 생산성 및 품질 저하를 개선하는 효과가 있다. The battery cell charging and discharging device according to the present invention is configured to determine abnormal behavior of the battery cell by applying specific abnormal behavior determination criteria for each type of battery cell according to the type of positive electrode active material contained in the battery cell, Accordingly, the charging and discharging operation is not interrupted unnecessarily during charging and discharging, which has the effect of improving the productivity and quality deterioration of battery cells.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(100)는, 센싱부(110), 메모리부(120), 제어부(130), 충방전부(140) 및 입력부(150)를 포함할 수 있다. Figure 6 is a schematic diagram of a charging and discharging device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the charging and discharging
본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 장치(100)는, 다수의 배터리 셀(B)의 활성화 충방전을 위한 장치이며, 기존에 이용하고 있는 충방전기이어도 된다.The battery cell charge/
센싱부(110)는, 충방전 장치(100)에 탑재된 다수의 배터리 셀(B)의 충전 또는 방전이 이루어지는 동안에, 실시간으로 각각의 배터리 셀(B)의 양단의 전압을 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 센싱부(110)는, 측정된 전압 데이터를 상기 메모리부(120)에 전송하도록 구성되어 있을 수 있다. The
센싱부(110)는, 배터리 셀(B)이 충전 또는 방전이 수행되는 동안, 일정한 시간적 간격으로, 배터리 셀(B)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있으며, 상기 시간적 간격은 구체적으로 1초 내지 20분, 또는 1초 내지 10분, 또는 5초 내지 30분, 또는 10초 내지 10분의 범위에서 설정된 일정의 시간적 간격일 수 있다. The
메모리부(120)는, 충방전 대상 배터리 셀(B)의 시간-전압 그래프인 배터리 셀 충방전 프로파일을 생성하고, 생성된 배터리 셀 충방전 프로파일 및 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 표준 충방전 프로파일을 저장하도록 구성될 수 있다. The
메모리부(120)는, 상기 센싱부(110)로부터 충전 또는 방전 중에 측정된 배터리 셀(B)의 전압 데이터를 수신해, 시간대별로 전압을 대응시킨 그래프를 생성하고, 이를 기록하도록 구성된다. 이에 따라 충방전 대상 배터리 셀(B) 각각에 대해, 시간의 경과에 따른 전압 이력이 기록된 시간-전압 그래프가 생성되고, 본 명세서에서는 이를 배터리 셀의 충방전 프로파일이라 지칭하기로 한다. The
또한 메모리부(120)는, 양품 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서 측정한 양품 배터리 셀의 전압 데이터도 저장하고 있다. 상기 양품 배터리 셀의 전압 데이터는 구체적으로, 양품 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 시간대별로 측정한 전압을 대응시킨 시간-전압 그래프일 수 있으며, 본 명세서에는 이를 양품 배터리 셀의 표준 충방전 프로파일이라 지칭하기로 한다. Additionally, the
하나의 구체적 예에서, 상기 표준 충방전 프로파일은, 양품인 배터리 셀로 구성된 표본 집단에 대해, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 시간대 별로 표본 집단의 전압 평균값을 대응시킨 그래프일 수 있다. In one specific example, the standard charge/discharge profile may be a graph in which the voltage of a sample group composed of non-defective battery cells is measured for each time period, and the average voltage value of the sample group is corresponded for each time period.
상기 표본 집단은, 100개 내지 100,000개의 양품인 배터리 셀로 구성될 수 있으며, 본 발명의 충방전 장치를 구성하는 센싱부(110)는, 이러한 표본 집단을 구성하는 양품 배터리 셀 각각에 대해, 활성화 충방전 중에, 시간대별로 양품 배터리 셀 각각의 전압을 측정할 수 있다. The sample group may consist of 100 to 100,000 good battery cells, and the
메모리부(120)는, 센싱부(110)에 의한 전압 측정 결과를 바탕으로 양품 배터리 셀 각각에 대해 시간-전압 그래프를 생성할 수 있으며, 이렇게 생성된 양품 배터리 셀 각각의 시간-전압 그래프는, 상호간에 약간의 편차가 있을 수 있다. 메모리부(120)는, 표본 집단의 개수만큼 생성된 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프를 하나의 표준 충방전 프로파일로 통합하기 위해서, 시간대별로 전압 측정값의 평균값을 산출하고, 시간대별로 전압 평균값을 대응시킨 그래프를 표준 충방전 프로파일로서 생성하고, 이를 기록하도록 구성될 수 있다. The
도 2는 양극 활물질이 리튬 인산철인 배터리 셀에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 생성한 표준 충방전 프로파일 및 배터리 셀의 충방전 프로파일을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 NCM계 복합 산화물 전지의 표준 충방전 프로파일이다. FIG. 2 is a diagram showing a standard charge/discharge profile and a charge/discharge profile of the battery cell generated according to an embodiment of the present invention for a battery cell in which the positive electrode active material is lithium iron phosphate, and FIG. 4 is a view showing a charge/discharge profile of the battery cell according to an embodiment of the present invention. This is the standard charge/discharge profile of the NCM-based composite oxide battery.
도 2를 참조하면, 리튬 인산철 전지의 표준 충방전 프로파일은, 3.2V 내지 3.4V의 전압 구간 내에, 시간의 경과에 따라 전압이 미세하게 감소하거나, 전압의 변화가 거의 없는 부분(B)이 있으며, 3.4V 이상의 전압 구간에서, 시간에 따른 전압의 변화량이 이전에 비해 증가하는 부분(A)이 있다. Referring to Figure 2, the standard charge/discharge profile of a lithium iron phosphate battery has a portion (B) in which the voltage slightly decreases over time or there is little change in voltage within the voltage range of 3.2V to 3.4V. In the voltage section above 3.4V, there is a part (A) where the amount of change in voltage over time increases compared to before.
도 4를 참조하면, NCM계 복합 산화물 전지의 표준 충방전 프로파일은, 그래프 개형이 1차 함수(직선)에 가까운 형태이고, 시간의 경과에 따라 전압이 미세하게 감소하거나, 전압의 변화가 거의 없는 부분을 포함하고 있지 않다. Referring to Figure 4, the standard charge/discharge profile of the NCM-based composite oxide battery has a graph shape close to a linear function (straight line), and the voltage slightly decreases over time or there is almost no change in voltage. It does not contain any part.
메모리부(120)는 위와 같이 생성한 표준 충방전 프로파일을 제어부(130)에 전송하여, 제어부(130)로 하여금, 배터리 셀의 충방전 프로파일과 표준 충방전 프로파일을 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 전압 거동을 판정하도록 할 수 있다.The
상기 제어부(130)는, 상기 메모리부(120)로부터 충방전 대상인 배터리 셀의 충방전 프로파일 및 표준 충방전 프로파일을 전송받아, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일을 표준 충방전 프로파일과 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하고, 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해 충방전을 중단하는 제어 신호를 송출하도록 구성될 수 있다. The
이때, 제어부(130)는, (i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 조건 1을 만족하면 이상 거동으로 판정하고, (ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 조건 2 및 조건 3 중에 어느 하나 이상을 만족하면, 이상 거동으로 판정하도록 구성될 수 있다.At this time, the
[조건 1][Condition 1]
배터리 셀의 전압이 3.4V 이상인 전압 구간에서, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 60mV를 초과함.In the voltage section where the voltage of the battery cell is 3.4V or higher, the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell exceeds 60mV.
[조건 2][Condition 2]
배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 20mV를 초과함.The difference between the voltage of the battery cell and the voltage of a good battery cell exceeds 20mV.
[조건 3][Condition 3]
배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 전압이 감소하는 구간이 존재함. In the charge/discharge profile of a battery cell, there is a section where the voltage decreases.
또한, 제어부(130)는, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 배터리 셀의 전압이 3.4V 미만인 전압 구간에서, 배터리 셀의 충방전 프로파일의 그래프 개형이 감소할 때가 있더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정하도록 구성될 수 있다. In addition, when the positive electrode active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, the
도 3은, 상기 도 2에 도시된 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀의 충방전 프로파일과의 전압 차이(dV)를 시간대별로 대응시킨 그래프이다. 구체적으로, 표준 충방전 프로파일은, 대량의 양품 배터리 셀로 구성된 표본 집단의 시간-전압 그래프이고, 배터리 셀의 충방전 프로파일은 양품으로 분류된 배터리 셀의 시간-전압 그래프이다. 이들 도면을 참조하면, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우에는, 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀의 충방전 프로파일과의 전압 차이(dV)인 편차가, 1초 내지 약 8000초의 시간 구간에서는 0에 가깝고, 그 이후의 시간 구간에서는 조금씩 증가하다가, 약 9729초 전후에서 최대 약 60mV 인 것으로 나타난다. 그리고, 이렇게 최대 편차가 나타나는 시간에 대응하는 전압 구간은 3.4V 이상의 전압 구간인 것을 알 수 있다. FIG. 3 is a graph corresponding to the voltage difference (dV) between the standard charge/discharge profile shown in FIG. 2 and the charge/discharge profile of the battery cell over time. Specifically, the standard charge/discharge profile is a time-voltage graph of a sample group consisting of a large quantity of good quality battery cells, and the charge/discharge profile of a battery cell is a time-voltage graph of battery cells classified as good quality products. Referring to these drawings, when the positive electrode active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, the deviation, which is the voltage difference (dV) between the standard charge and discharge profile and the charge and discharge profile of the battery cell, ranges from 1 second to about 8000 seconds. It is close to 0 in the section, and gradually increases in the subsequent time section, reaching a maximum of about 60 mV around 9729 seconds. And, it can be seen that the voltage section corresponding to the time when the maximum deviation appears is a voltage section of 3.4V or more.
이에 본 발명의 제어부(130)는, 충방전 대상인 배터리 셀이, 양극 활물질로서 리튬 인산철을 포함하는 리튬 인산철 전지인 경우에, 배터리 셀의 충방전 프로파일이, 상기 조건 1을 만족하면, 이상 거동으로 판정하도록 구성되어 있다. Accordingly, the
또한, 도 2를 참조하면, 배터리 셀이 리튬 인산철 전지인 경우에는, 1초 내지 422초의 시간 구간에서, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 거동을 나타내는 부분을 포함하고 있다. 이에 본 발명의 제어부(130)는, 배터리 셀의 충방전 프로파일에서 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재하더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정하도록 구성될 수 있다. Additionally, referring to FIG. 2, when the battery cell is a lithium iron phosphate battery, it includes a portion showing a behavior in which voltage decreases as time increases in a time period of 1 second to 422 seconds. Accordingly, the
한편, 본 발명의 제어부(130)는, 리튬 인산철이 아닌 양극 활물질을 포함하는 배터리 셀에 대해서는, 위와 다른 판정 기준을 적용하도록 구성된다. Meanwhile, the
도 5는, 양극 활물질로서 NCM계 복합 산화물을 포함하는 전지의 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀의 충방전 프로파일의 전압 차이(dV)를 시간대별로 대응시킨 그래프이다. 도 5를 참조하면, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 NCM계 복합 산화물인 경우에는, 표준 충방전 프로파일과 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일과의 전압 차이(dV)인 편차가, 시간이 경과하더라도 0에 매우 가깝다. Figure 5 is a graph corresponding to the voltage difference (dV) between the standard charge/discharge profile of a battery containing NCM-based composite oxide as a positive electrode active material and the charge/discharge profile of the battery cell over time. Referring to FIG. 5, when the positive electrode active material included in the battery cell is an NCM-based composite oxide rather than lithium iron phosphate, the deviation, which is the voltage difference (dV) between the standard charge and discharge profile and the charge and discharge profile of a good battery cell, is the time Even after this has passed, it is very close to 0.
이에 본 발명의 제어부(130)는, 충방전 대상인 배터리 셀에 포함되는 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우에, 배터리 셀의 충방전 프로파일이, 상기 조건 2를 만족하면, 이상 거동으로 판정하도록 구성되어 있다.Accordingly, the
또한 도 4를 참조하면, 배터리 셀이 NCM계 복합 산화물 전지의 표준 충방전 프로파일은, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 거동을 나타내는 구간을 포함하고 있지 않다. 이에 본 발명의 제어부(130)는, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 전압이 감소하는 구간이 존재하는 배터리 셀을 이상 거동으로 판정하도록 구성되어 있다. Also, referring to FIG. 4, the standard charge/discharge profile of the NCM-based composite oxide battery does not include a section in which the voltage decreases with time. Accordingly, the
본 발명의 제어부(130)는, 배터리 셀의 충방전 프로파일과, 표준 충방전 프로파일을 비교 분석하여, 상기 조건 1 또는 조건 2의 만족 여부를 판정하기 위해, 상기 메모리부가 생성한 배터리 셀의 충방전 프로파일과, 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일을 매칭(Matching)하여, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압과의 차이를 연산하도록 구성될 수 있다. The
상기 충방전부(140)는, 충방전 장치(100)에 수용된 다수의 배터리 셀(B)들 각각에 전기적으로 접속하여, 전류를 인가해 배터리 셀을 충방전하도록 구성될 수 있다. 충방전부(140)에는 충전 회로와 방전 회로 등이 구비될 수 있다. The charge/
충전 회로는 충전 모드에서 배터리 셀을 충전하기 위한 전력을 공급하고, 충전 회로는 제어부(130)의 제어 신호에 의해 동작을 시작하고 정지하도록 구성될 수 있다. 또한 CC-CV(정전류-정전압) 충전을 할 수 있도록, 충전 회로는 정전류 회로와 정전압 회로 등을 포함해 구성될 수 있다. The charging circuit supplies power to charge the battery cell in the charging mode, and the charging circuit may be configured to start and stop operation by a control signal from the
방전 회로는 방전 모드에서 배터리 셀을 방전시키도록 기능한다. 방전 회로도 제어부(130)의 제어 신호에 의해 동작을 시작하고 정지하도록 구성될 수 있다. The discharge circuit functions to discharge the battery cell in a discharge mode. The discharge circuit may also be configured to start and stop operation by a control signal from the
본 발명의 일 실시예에서, 상기 충방전부(140)는, 상기 표준 충방전 프로파일을 취득하기 위한 전압 데이터 수집 시의, 양품 배터리 셀에 대한 충방전 조건과 동일한 충방전 조건으로 배터리 셀을 충방전하도록 구성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the charge/
예컨대, 표준 충방전 프로파일을 취득하기 위해, 양품 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 전압을 측정할 때에, 상기 충전 또는 방전의 방식이 CC 충전 또는 CC 방전이었다면, 배터리 셀의 충전 또는 방전 방시 역시, 위와 동일하게 CC 충전 또는 CC 방전일 수 있으며, 충전 또는 방전의 속도(C-rate)가 0.5C 였다면, 배터리 셀의 충전 또는 방전 시의 속도 역시도 0.5C일 수 있다.For example, when measuring the voltage while charging or discharging a good battery cell to obtain a standard charge/discharge profile, if the charging or discharging method was CC charging or CC discharging, the charging or discharging of the battery cell is also as above. Likewise, it can be CC charging or CC discharging, and if the charging or discharging rate (C-rate) is 0.5C, the charging or discharging rate of the battery cell can also be 0.5C.
충방전 프로파일은, 충방전 조건의 변화에 영향을 받으므로, 표준 충방전 프로파일을 취득하기 위한 충방전 조건과 배터리 셀의 충방전 프로파일을 취득하기 위한 충방전 조건이 동일해야, 배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 충방전 조건의 차이에 따른 영향을 배제할 수 있다. Since the charge/discharge profile is affected by changes in charge/discharge conditions, the charge/discharge conditions for acquiring the standard charge/discharge profile and the charge/discharge conditions for acquiring the charge/discharge profile of the battery cell must be the same to enable charge/discharge of the battery cell. From the profile, the influence of differences in charging and discharging conditions can be excluded.
상기 입력부(150)는, 충방전 대상이 배터리 셀에 포함되는 양극 활물질의 종류가 입력되고, 입력 정보를 상기 제어부(130)에 전송하도록 구성될 수 있다. 입력부는 제어부(130)로 하여금, 충방전 대상인 배터리 셀에 포함되는 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우에는, 상기 조건 1에 따라 이상 거동 여부를 판정하고, 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우에는, 상기 조건 2 또는 조건 3 중 어느 하나 이상의 조건에 따라 이상 거동 여부를 판정하도록 한다. The
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(100)는, 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 동일 배터리 셀이라 하더라도, 배터리 셀의 전압을 측정하는 온도 조건의 차이에 따라, 배터리 셀의 충방전 프로파일이 달라질 수 있다. The charging and discharging
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(100)에 있어서, 제어부(130)는, 상기 온도센서에 의해 측정된 배터리 셀의 온도와, 상기 표준 충방전 프로파일의 생성을 위한 전압 측정 시 온도가 차이가 있는 경우에, 온도 차이에 따른 전압 차이를 보정하도록 구성될 수 있다. Accordingly, in the charging and discharging
예컨대, 충방전 대상인 배터리 셀의 전압 측정 온도가 25℃이나, 표준 충방전 프로파일의 생성을 위해, 양품 배터리 셀에 대해 전압을 측정할 때, 온도가 23℃였다면, 본 발명의 제어부는, 2℃의 온도 차이에 따른 전압 차이분을 보정하도록 구성되는 것이다. 이와 같이, 전압 측정 시의 온도 차이에 따른 전압 보정을 통해, 배터리 셀의 충방전 프로파일과 표준 충방전 프로파일의 비교 시, 온도 차이에 따른 간섭 효과를 배제할 수 있다. For example, if the voltage measurement temperature of a battery cell subject to charging and discharging is 25°C, but when measuring the voltage of a good battery cell to generate a standard charging and discharging profile, the temperature is 23°C, the control unit of the
<제2 실시예><Second Embodiment>
제2 실시예는, 다수의 배터리 셀을 충방전하기 위한 배터리 셀의 충방전 방법에 관한 것이다. The second embodiment relates to a method of charging and discharging a battery cell for charging and discharging a plurality of battery cells.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 충방전 방법의 순서도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하는 과정을 나타낸 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart of a method of charging and discharging a battery cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a flowchart showing a process of determining whether a battery cell is behaving abnormally according to an embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 방법은, (S1) 양품 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 표준 충방전 프로파일을 기록하는 과정; (S2) 충방전 대상 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 시간대별로 충방전 대상 배터리 셀의 전압을 측정해, 충방전 대상 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 배터리 셀 충방전 프로파일을 기록하는 과정; (S3) 상기 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀 충방전 프로파일을 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하는 과정; 및 (S4) 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해서는 충방전을 중단하는 과정을 포함하고, 상기 (S3) 과정은, (i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 조건 1을 만족하면 이상 거동으로 판정하고, (ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 조건 2 및 조건 3 중에 어느 하나 이상을 만족하면 이상 거동으로 판정할 수 있다. Referring to these drawings, the method of charging and discharging a battery cell according to the present invention is (S1) measuring the voltage of a good battery cell over time while charging or discharging a good battery cell, and producing a time-voltage graph of the good battery cell. Process of recording a standard charge/discharge profile; (S2) A process of measuring the voltage of the battery cell to be charged and discharged over time while charging or discharging the battery cell to be charged and discharged, and recording a battery cell charge and discharge profile, which is a time-voltage graph of the battery cell to be charged and discharged; (S3) comparing and analyzing the standard charge/discharge profile and the battery cell charge/discharge profile to determine whether the battery cell is behaving abnormally; and (S4) stopping charging and discharging of battery cells determined to exhibit abnormal behavior, wherein the (S3) process satisfies
[조건 1][Condition 1]
배터리 셀의 전압이 3.4V 이상인 전압 구간에서, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 60mV를 초과함.In the voltage section where the voltage of the battery cell is 3.4V or higher, the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell exceeds 60mV.
[조건 2][Condition 2]
배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 20mV를 초과함.The difference between the voltage of the battery cell and the voltage of a good battery cell exceeds 20mV.
[조건 3][Condition 3]
배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재함. In the charge/discharge profile of a battery cell, there is a section where the voltage decreases as time increases.
위와 같이 본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 방법은, (i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우에는 조건 1에 따라, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하고, (ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우에는, 조건 2 또는 조건 3 중 어느 하나 이상의 조건에 따라, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정한다. As described above, the method of charging and discharging a battery cell according to the present invention is (i) when the positive electrode active material contained in the battery cell is lithium iron phosphate, determines whether the battery cell behaves abnormally according to
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 방법에 있어서, 상기 (S3) 과정은, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재하더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정할 수 있다. In the charge/discharge method according to an embodiment of the present invention, in the (S3) process, when the positive electrode active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, the voltage decreases with time in the charge/discharge profile of the battery cell. Even if a section exists, the corresponding battery cell can be determined to be normal.
상기 (S1) 과정은, 표준 충방전 프로파일을 취득하기 위한 과정으로, 양품 배터리 셀의 충전 또는 방전 중에, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정하고, 시간대별 전압 측정값을 대응시킨 시간-전압 그래프를 생성하여, 이를 표준 충방전 프로파일로서 기록하는 과정을 포함한다. The (S1) process is a process for acquiring a standard charge/discharge profile. During charging or discharging of a good battery cell, the voltage of a good battery cell is measured for each time period, and a time-voltage graph corresponding to the voltage measurement value for each time period is created. It includes the process of generating and recording this as a standard charge/discharge profile.
상기 (S1) 과정을 통해, 도 2 및 도 4 각각에 도시된 표준 충방전 프로파일을 수득할 수 있다. Through the above (S1) process, the standard charge/discharge profile shown in each of FIGS. 2 and 4 can be obtained.
하나의 구체적 예에서, 상기 표준 충방전 프로파일은, 양품인 배터리 셀로 구성된 표본 집단에 대해, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 시간대 별로 표본 집단의 전압 평균값을 대응시킨 그래프일 수 있다. In one specific example, the standard charge/discharge profile may be a graph in which the voltage of a sample group composed of non-defective battery cells is measured for each time period, and the average voltage value of the sample group is corresponded for each time period.
상기 표본 집단은, 100개 내지 100,000개의 양품인 배터리 셀로 구성될 수 있으며, 표본 집단을 구성하는 양품 배터리 셀 각각의 시간-전압 그래프는, 상호간에 약간의 편차가 있을 수 있다. 표본 집단의 개수만큼 생성된 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프를 하나의 표준 충방전 프로파일로 통합하기 위해서, 상기 (S1) 과정은, 시간대별로 전압 측정값의 평균값을 산출하고, 시간대별로 전압 평균값을 대응시킨 그래프를 표준 충방전 프로파일로서 생성하고, 이를 기록하는 과정을 포함할 수 있다. The sample group may be composed of 100 to 100,000 non-defective battery cells, and the time-voltage graphs of each non-defective battery cell constituting the sample group may have slight deviations from each other. In order to integrate the time-voltage graphs of good battery cells generated as many as the number of sample groups into one standard charge/discharge profile, the (S1) process calculates the average value of the voltage measurements for each time period, and calculates the average voltage value for each time period. It may include the process of generating a corresponding graph as a standard charge/discharge profile and recording it.
상기 (S2) 과정은, 본 발명에 따라 다수의 배터리 셀들을 충방전하면서, 배터리 셀들 각각의 전압 거동 데이터를 수집하는 과정으로, 충방전 대상 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 실시간으로 배터리 셀의 전압을 측정하고, 시간대별로 전압 측정값을 대응시킨 그래프인 배터리 셀의 충방전 프로파일을 생성하고, 이를 기록하는 과정을 포함할 수 있다. The (S2) process is a process of collecting voltage behavior data of each battery cell while charging and discharging a plurality of battery cells according to the present invention. While charging or discharging the battery cell to be charged and discharged, the voltage of the battery cell is measured in real time. It may include the process of measuring, generating and recording a charge/discharge profile of the battery cell, which is a graph that corresponds to the voltage measurements over time.
하나의 구체적 예에서, 상기 (S2) 과정의, 충방전 조건은 상기 (S1) 과정에서의 양품 배터리 셀의 충방전 조건과 동일하게 설정될 수 있다. In one specific example, the charging and discharging conditions in the process (S2) may be set to be the same as the charging and discharging conditions of a good battery cell in the process (S1).
하나의 구체적 예에서, 상기 (S2) 과정은, 충방전 중인 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정; 및 상기 측정된 온도와 상기 (S1) 과정의 온도와 차이가 있는 경우, 배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 온도 차이에 따른 전압 차이를 보정하는 과정을 더 포함할 수 있다. In one specific example, the (S2) process includes measuring the temperature of a battery cell during charging and discharging; And when there is a difference between the measured temperature and the temperature in the process (S1), a process of correcting the voltage difference according to the temperature difference in the charge/discharge profile of the battery cell may be further included.
상기 (S3) 과정은, 배터리 셀에 포함되는 양극 활물질의 종류에 따라, 적절한 이상 거동 판정 조건을 적용하여, 이상 전압 거동을 나타내는 배터리 셀을 선별하는 과정이다. The process (S3) is a process of selecting battery cells that exhibit abnormal voltage behavior by applying appropriate abnormal behavior determination conditions according to the type of positive electrode active material included in the battery cell.
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 방법에 있어서, 상기 리튬 인산철은, 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.In the charging and discharging method according to an embodiment of the present invention, the lithium iron phosphate may be a compound of the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Xb Li 1+a Fe 1-x M x (PO 4-b )X b
(상기 화학식 1에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소를 포함하고, X는 F, S 및 N 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소를 포함하며, 그리고, a, b, x는 각각 -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5이다)(In
예를 들어, 상기 리튬 인산철은 LiFePO4일 수 있다.For example, the lithium iron phosphate may be LiFePO 4 .
그리고, 상기 리튬 인산철 외의 양극 활물질은, NCM계 복합 산화물일 수 있으며, 구체적으로는, 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다. In addition, the positive electrode active material other than the lithium iron phosphate may be an NCM-based complex oxide, and specifically, may be a compound of the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
LiNicCodMneMfO2 LiNi c Co d M n e M f O 2
(상기 화학식 2에서, M은 Al, Ti, Mg, Zr, Y, Sr, 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 0<c≤0.8, 0<d≤0.35,0<e≤0.35, 0≤f≤0.1임)(In
하나의 구체적 예에서, 상기 (S3) 과정은, 배터리 셀의 충방전 프로파일이, 상기 조건 1 또는 조건 2에 따른 이상 거동 판정 기준을 만족하는지 여부를 판단하기 위해, 배터리 셀의 충방전 프로파일과, 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일을 매칭(Matching)하여, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압과의 차이를 연산하는 과정을 더 포함할 수 있다. In one specific example, the process (S3) includes a charge/discharge profile of the battery cell to determine whether the charge/discharge profile of the battery cell satisfies the abnormal behavior determination criteria according to
상기 (S4) 과정은, 상기 (S3) 과정에서 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해서 충방전을 중단하는 과정이다. 이상 거동으로 판정된 배터리 셀의 충방전이 중단됨에 따라, 불량 전지를 계속적으로 충전 또는 방전함에 따라 야기될 수 있는 폭발 또는 화재의 위험을 예방할 수 있다. The process (S4) is a process of stopping charging and discharging of the battery cell determined to have abnormal behavior in the process (S3). As the charging and discharging of a battery cell determined to exhibit abnormal behavior is stopped, the risk of explosion or fire that may be caused by continuously charging or discharging a defective battery can be prevented.
본 발명에 따른 배터리 셀의 충방전 방법은, 배터리 셀에 포함된 양극 활물질의 종류에 따른 배터리 셀의 종류 별로, 각각의 구체적 이상 거동 판정 기준을 적용해, 배터리 셀의 이상 거동을 판정하도록 구성되고, 이에 따라 충방전 중에, 불필요하게 충방전 작동이 중단되지 않아 배터리 셀의 생산성 및 품질 저하를 개선하는 효과가 있다.The method of charging and discharging a battery cell according to the present invention is configured to determine abnormal behavior of a battery cell by applying specific abnormal behavior determination criteria for each type of battery cell according to the type of positive electrode active material contained in the battery cell. , As a result, the charging and discharging operation is not interrupted unnecessarily during charging and discharging, which has the effect of improving the productivity and quality deterioration of battery cells.
100: 배터리 셀의 충방전 장치
110: 센싱부
120: 메모리부
130: 제어부
140: 충방전부
150: 입력부100: Battery cell charging and discharging device
110: Sensing unit
120: memory unit
130: control unit
140: Charge/discharge unit
150: input unit
Claims (15)
충방전 장치에 탑재된 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부;
충방전 대상 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 배터리 셀 충방전 프로파일을 생성하고, 생성된 배터리 셀 충방전 프로파일 및 양품 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 표준 충방전 프로파일을 저장하도록 구성된 메모리부;
상기 배터리 셀 충방전 프로파일을, 상기 표준 충방전 프로파일과 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하고, 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해 충방전을 중단하는 제어 신호를 송출하도록 구성된 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
(i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 조건 1을 만족하면 이상 거동으로 판정하고,
(ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 조건 2 및 조건 3 중에 어느 하나 이상을 만족하면, 이상 거동으로 판정하도록 구성된 배터리 셀의 충방전 장치.
[조건 1]
배터리 셀의 전압이 3.4V 이상인 전압 구간에서, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 60mV를 초과함.
[조건 2]
배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 20mV를 초과함.
[조건 3]
배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재함.
A charging and discharging device that charges and discharges a plurality of battery cells,
A sensing unit configured to measure the voltage of a battery cell mounted on a charge/discharge device;
a memory unit configured to generate a battery cell charge/discharge profile that is a time-voltage graph of a battery cell to be charged and discharged, and to store the generated battery cell charge/discharge profile and a standard charge/discharge profile that is a time-voltage graph of a good battery cell;
A control unit configured to compare and analyze the battery cell charge/discharge profile with the standard charge/discharge profile, determine whether the battery cell behaves abnormally, and transmit a control signal to stop charging/discharging for the battery cell determined to behave abnormally. Contains,
The control unit,
(i) If the positive electrode active material contained in the battery cell is lithium iron phosphate, abnormal behavior is determined if condition 1 is satisfied,
(ii) When the positive electrode active material included in the battery cell is not lithium iron phosphate, a battery cell charging and discharging device configured to determine abnormal behavior if any one or more of conditions 2 and 3 are satisfied.
[Condition 1]
In the voltage section where the voltage of the battery cell is 3.4V or higher, the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell exceeds 60mV.
[Condition 2]
The difference between the voltage of the battery cell and the voltage of a good battery cell exceeds 20mV.
[Condition 3]
In the charge/discharge profile of a battery cell, there is a section where the voltage decreases as time increases.
상기 제어부는,
배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재하더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정하도록 구성된 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 1,
The control unit,
When the positive active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, a charging and discharging device for a battery cell configured to determine that the battery cell is normal even if there is a section in the charging and discharging profile of the battery cell where the voltage decreases with increasing time.
다수의 배터리 셀에 전기적으로 접속하여 전류를 인가하도록 구성된 충방전부;
충방전 대상인 배터리 셀에 포함되는 양극 활물질의 종류가 입력되는 입력부를 포함하는 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 1,
a charging/discharging unit configured to electrically connect to a plurality of battery cells and apply current;
A battery cell charging and discharging device including an input unit for inputting the type of positive electrode active material included in the battery cell to be charged and discharged.
상기 표준 충방전 프로파일은,
양품인 배터리 셀로 구성된 표본 집단에 대해, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 시간대 별로 표본 집단의 전압 평균값을 대응시킨 그래프인 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 1,
The standard charge/discharge profile is,
A battery cell charging and discharging device that measures the voltage of good battery cells at different times for a sample group made up of good quality battery cells, and is a graph that corresponds to the average voltage value of the sample group for each time period.
상기 제어부는,
상기 메모리부가 생성한 배터리 셀의 충방전 프로파일과, 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일을 매칭(Matching)하여, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압과의 차이를 연산하도록 구성된 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 4,
The control unit,
A battery cell charge/discharge device configured to match the charge/discharge profile of the battery cell generated by the memory unit with the charge/discharge profile of the non-defective battery cell, and calculate the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell. .
상기 센싱부는, 배터리 셀의 충전 또는 방전이 이루어지는 동안에, 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 1,
The sensing unit is a battery cell charging and discharging device configured to measure the voltage of the battery cell while the battery cell is being charged or discharged.
배터리 셀의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 온도센서에 의해 측정된 배터리 셀의 온도와, 상기 표준 충방전 프로파일의 생성을 위한 전압 측정 시 온도가 차이가 있는 경우에, 온도 차이에 따른 전압 차이를 보정하도록 구성된 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 1,
It further includes a temperature sensor that measures the temperature of the battery cell,
The control unit is configured to correct the voltage difference according to the temperature difference when there is a difference between the temperature of the battery cell measured by the temperature sensor and the temperature when measuring the voltage for generating the standard charge and discharge profile. Charge/discharge device.
상기 충방전부는,
상기 표준 충방전 프로파일을 취득하기 위한 전압 데이터 수집 시의, 양품 배터리 셀에 대한 충방전 조건과 동일한 충방전 조건으로, 배터리 셀을 충방전하도록 구성된 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 1,
The charging and discharging unit is,
A battery cell charge/discharge device configured to charge/discharge a battery cell under the same charge/discharge conditions as the charge/discharge conditions for a non-defective battery cell when collecting voltage data for acquiring the standard charge/discharge profile.
(S2) 충방전 대상 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서, 시간대별로 충방전 대상 배터리 셀의 전압을 측정해, 충방전 대상 배터리 셀의 시간-전압 그래프인 배터리 셀 충방전 프로파일을 기록하는 과정;
(S3) 상기 표준 충방전 프로파일과, 배터리 셀 충방전 프로파일을 비교 분석하여, 배터리 셀의 이상 거동 여부를 판정하는 과정; 및
(S4) 이상 거동으로 판정된 배터리 셀에 대해서는 충방전을 중단하는 과정을 포함하고,
상기 (S3) 과정은,
(i) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 조건 1을 만족하면 이상 거동으로 판정하고,
(ii) 배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철이 아닌 경우, 조건 2 및 조건 3 중에 어느 하나 이상을 만족하면 이상 거동으로 판정하는 배터리 셀의 충방전 방법.
[조건 1]
배터리 셀의 전압이 3.4V 이상인 전압 구간에서, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 60mV를 초과함.
[조건 2]
배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압 차이가 20mV를 초과함.
[조건 3]
배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재함.
(S1) A process of measuring the voltage of a good battery cell over time while charging or discharging a good battery cell, and recording a standard charge/discharge profile, which is a time-voltage graph of the good battery cell;
(S2) A process of measuring the voltage of the battery cell to be charged and discharged over time while charging or discharging the battery cell to be charged and discharged, and recording a battery cell charge and discharge profile, which is a time-voltage graph of the battery cell to be charged and discharged;
(S3) comparing and analyzing the standard charge/discharge profile and the battery cell charge/discharge profile to determine whether the battery cell is behaving abnormally; and
(S4) includes a process of stopping charging and discharging of battery cells determined to exhibit abnormal behavior,
The above (S3) process is,
(i) When the positive electrode active material contained in the battery cell is lithium iron phosphate, if condition 1 is satisfied, abnormal behavior is determined,
(ii) When the positive electrode active material included in the battery cell is not lithium iron phosphate, a method of charging and discharging a battery cell that determines abnormal behavior if any one or more of Conditions 2 and 3 is satisfied.
[Condition 1]
In the voltage section where the voltage of the battery cell is 3.4V or higher, the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell exceeds 60mV.
[Condition 2]
The difference between the voltage of the battery cell and the voltage of a good battery cell exceeds 20mV.
[Condition 3]
In the charge/discharge profile of a battery cell, there is a section where the voltage decreases as time increases.
상기 리튬 인산철은, 하기 화학식 1의 화합물인 배터리 셀의 충방전 방법.
[화학식 1]
Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Xb
(상기 화학식 1에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소를 포함하고, X는 F, S 및 N 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소를 포함하며, 그리고, a, b, x는 각각 -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5이다)
In claim 9,
The lithium iron phosphate is a method of charging and discharging a battery cell, wherein the lithium iron phosphate is a compound of the following formula (1).
[Formula 1]
Li 1+a Fe 1-x M x (PO 4-b )X b
(In Formula 1, M is any one or two or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn and Y. and, x≤0.5)
상기 리튬 인산철 외의 양극 활물질은, 하기 화학식 2의 화합물인 배터리 셀의 충방전 방법.
[화학식 2]
LiNicCodMneMfO2
(상기 화학식 2에서, M은 Al, Ti, Mg, Zr, Y, Sr, 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 0<c≤0.8, 0<d≤0.35,0<e≤0.35, 0≤f≤0.1임)
In claim 9,
A method of charging and discharging a battery cell, wherein the positive electrode active material other than the lithium iron phosphate is a compound of the following formula (2).
[Formula 2]
LiNi c Co d M n e M f O 2
(In Formula 2, M is at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Mg, Zr, Y, Sr, and B, 0<c≤0.8, 0<d≤0.35, 0<e≤0.35 , 0≤f≤0.1)
상기 (S3) 과정은,
배터리 셀에 포함된 양극 활물질이 리튬 인산철인 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서 시간 증가에 따라 전압이 감소하는 구간이 존재하더라도, 해당 배터리 셀을 정상으로 판정하는 배터리 셀의 충방전 방법.
In claim 9,
The above (S3) process is,
When the positive active material included in the battery cell is lithium iron phosphate, a method of charging and discharging a battery cell for determining that the battery cell is normal even if there is a section in the charge and discharge profile of the battery cell where the voltage decreases with increasing time.
상기 표준 충방전 프로파일은,
양품인 배터리 셀로 구성된 표본 집단에 대해, 시간대별로 양품 배터리 셀의 전압을 측정해, 시간대 별로 표본 집단의 전압 평균값을 대응시킨 그래프인, 배터리 셀의 충방전 장치.
In claim 9,
The standard charge/discharge profile is,
A battery cell charging and discharging device that measures the voltage of non-defective battery cells at each time period for a sample group composed of non-defective battery cells, and maps the average voltage value of the sample group for each time period.
상기 (S3) 과정은,
배터리 셀의 충방전 프로파일과, 양품 배터리 셀의 충방전 프로파일을 매칭(Matching)하여, 배터리 셀의 전압과 양품 배터리 셀의 전압과의 차이를 연산하는 과정을 포함하는 배터리 셀의 충방전 방법.
In claim 9,
The above (S3) process is,
A method of charging and discharging a battery cell comprising matching the charge and discharge profile of a battery cell with the charge and discharge profile of a non-defective battery cell and calculating the difference between the voltage of the battery cell and the voltage of the non-defective battery cell.
상기 (S2) 과정은, 충방전 중인 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정; 및
상기 측정된 온도와 상기 (S1) 과정의 온도와 차이가 있는 경우, 상기 배터리 셀의 충방전 프로파일에서, 온도 차이에 따른 전압 차이를 보정하는 과정을 더 포함하는 배터리 셀의 충방전 방법.
In claim 9,
The (S2) process includes measuring the temperature of a battery cell during charging and discharging; and
When there is a difference between the measured temperature and the temperature in the process (S1), the method of charging and discharging a battery cell further includes a step of correcting the voltage difference according to the temperature difference in the charge and discharge profile of the battery cell.
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