WO2021118049A1 - 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021118049A1
WO2021118049A1 PCT/KR2020/014620 KR2020014620W WO2021118049A1 WO 2021118049 A1 WO2021118049 A1 WO 2021118049A1 KR 2020014620 W KR2020014620 W KR 2020014620W WO 2021118049 A1 WO2021118049 A1 WO 2021118049A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
degradation
secondary battery
electrode
charge
state
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/014620
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
배윤정
김지연
우경화
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to CN202080037722.8A priority Critical patent/CN113853706B/zh
Priority to JP2021566222A priority patent/JP7275452B2/ja
Priority to EP20899462.4A priority patent/EP4016698A1/en
Priority to US17/612,015 priority patent/US11942810B2/en
Publication of WO2021118049A1 publication Critical patent/WO2021118049A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005—Detection of state of health [SOH]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for controlling the operation of a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery capable of adaptively adjusting charging and discharging operating conditions according to the type of an electrode having a relatively high degree of degradation among a positive electrode and a negative electrode of a secondary battery. It relates to an apparatus and method for controlling the operation of
  • Rechargeable batteries are rapidly expanding their use not only to mobile devices such as cell phones, laptop computers, smart phones, and smart pads, but also to electric vehicles (EV, HEV, PHEV) and large-capacity power storage (ESS). is becoming
  • the degree of degradation of the secondary battery increases as the charge/discharge cycle increases.
  • the degree of degradation may be calculated based on an increase in resistance or a decrease in capacity of the secondary battery.
  • the degree of degradation is expressed numerically as a parameter called State of Health (SOH) in consideration of the resistance or capacity of the secondary battery.
  • SOH State of Health
  • R BOL Beginning Of Life
  • MOL Middle Of Life
  • SOH using the resistance can be expressed as R BOL /R MOL .
  • the capacity SOH using can be defined as C MOL /C BOL.
  • the causes of deterioration of the secondary battery include irreversible loss of working ions (lithium ions in the case of lithium secondary batteries) that cause an electrochemical reaction, structural damage of the active material, precipitation of working ions, and increased side reactions of the electrolyte.
  • the degradation degree of the secondary battery corresponds to the quantitative sum of the positive electrode degradation degree and the negative electrode degradation degree.
  • a secondary battery in a BOL state or having a small charge/discharge cycle has almost the same degree of degradation of the positive and negative electrodes.
  • the degradation degree of the positive electrode and the negative electrode shows a relative deviation. This is because the mechanism of degradation of the positive electrode and the negative electrode is different depending on the type of the active material coated on the current collector.
  • the charging/discharging operating conditions of the secondary battery are adaptively adjusted according to the degree of degradation of the secondary battery. For example, when the degradation degree increases, the charge cutoff voltage is reduced or the charge rate (C-rate) set for each state of charge is reduced.
  • the viewpoint of controlling the charging/discharging operating conditions needs to be changed according to the type of electrode having a relatively higher degree of degradation among the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode is more degraded than the negative electrode, the structural damage of the positive active material is accelerated near the end of the charging section, so the charge control is focused on reducing the charge cut-off voltage and reducing the charge rate at the end of the charging section.
  • the main focus of charge control should be to adjust the pause time before the start of charging and to reduce the rate of charging current in the charging section where the precipitation of working ions is expected.
  • the prior art does not provide a technical alternative for adaptively controlling the charging/discharging operation conditions according to the type of electrode having a relatively large degree of degradation.
  • the present invention was devised under the background of the prior art as described above, and for a secondary battery in the MOL state, the type of electrode having a relatively large degree of degradation among the positive and negative electrodes is identified, and the charge/discharge operation is performed in consideration of the electrochemical characteristics of the electrode.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling the operation of a secondary battery capable of adaptively controlling conditions.
  • an apparatus for controlling an operation of a secondary battery using a relative degradation of an electrode comprising: a sensor unit for measuring an operating characteristic value including voltage, current and temperature of a secondary battery; and a control unit operatively coupled with the sensor unit.
  • the control unit receives an operating characteristic value from the sensor unit, and determines the state of charge of the secondary battery by using the operating characteristic value whenever a pulse current flows through the secondary battery in a preset degradation diagnosis state of charge section. determining, and determining the electrochemical reaction resistance from the voltage change amount measured for a preset initial time in each pulse current section, and determining the lithium ion diffusion resistance from the voltage change amount measured for the remaining time except for the initial time, and the electrochemical reaction
  • the degradation diagnostic resistance ratio which is the relative ratio of the lithium ion diffusion resistance to the resistance
  • the preset reference degradation diagnostic resistance ratio the degradation biased electrode with a relatively large degradation degree is determined, and the next charge/discharge cycle according to the type of the degradation biased electrode may be configured to adaptively adjust the operating conditions of
  • the preset initial time in the pulse current period may be 0.1 msec to 1 second.
  • an open circuit voltage profile according to the state of charge of the negative electrode may have a flat section, and the degradation diagnosis state of charge section may correspond to the flat section.
  • control unit is configured to determine the positive electrode as the degeneration biased electrode when the average value of the degradation diagnosis resistance ratio calculated in the degradation diagnosis charge state section is greater than the average value of the reference degradation diagnosis resistance ratio, and the degradation diagnosis charge state When the average value of the degradation diagnosis resistance ratio calculated in the section is smaller than the average value of the reference degradation diagnosis resistance ratio, the cathode may be determined as the degradation biased electrode.
  • control unit is configured to determine the positive electrode as the degeneration biased electrode when a ratio of a section in which the regression diagnosis resistance ratio is greater than the reference regression diagnosis resistance ratio among the regression diagnosis charge state section is greater than or equal to a threshold value; It may be configured to determine the negative electrode as the degeneration biased electrode when the ratio of the section in which the degradation diagnosis resistance ratio is smaller than the reference degradation diagnosis resistance ratio among the state sections is greater than or equal to a threshold value.
  • an open circuit voltage profile according to the state of charge of the positive electrode may have a flat section, and the degradation diagnosis state of charge section may correspond to the flat section.
  • control unit is configured to determine the negative electrode as the degeneration biased electrode when the average value of the degradation diagnosis resistance ratio calculated in the degradation diagnosis charge state section is greater than the average value of the reference degradation diagnosis resistance ratio, and the degradation diagnosis state of charge When the average value of the degradation diagnosis resistance ratio calculated in the section is smaller than the average value of the reference degradation diagnosis resistance ratio, the anode may be determined as the degradation biased electrode.
  • control unit is configured to determine the negative electrode as the degeneration biased electrode when a ratio of a section in which the regression diagnosis resistance ratio is greater than the reference regression diagnosis resistance ratio among the regression diagnosis charging state section is greater than or equal to a threshold value, It may be configured to determine the anode as the degeneration biased electrode when the ratio of the section in which the degradation diagnosis resistance ratio is smaller than the reference degradation diagnosis resistance ratio among the state sections is greater than or equal to a threshold value.
  • control unit is configured to: When the degenerate polarized electrode is a positive electrode, the charge cutoff according to a deviation existing between the average value of the deterioration diagnosis resistance ratio determined for each state of charge and the average value of the reference deterioration diagnosis resistance ratio preset for each state of charge It may be configured to adjust at least one operating condition selected from a voltage, a discharge cutoff voltage, a rest period of the pulse current, and a seed rate of the pulse current.
  • control unit is configured to: When the degenerate biased electrode is a negative electrode, the charging cutoff according to a deviation existing between the average value of the deterioration diagnosis resistance ratio determined for each state of charge and the average value of the reference deterioration diagnosis resistance ratio preset for each state of charge It may be configured to adjust at least one operating condition selected from a voltage, a discharge cutoff voltage, a rest period of the pulse current, and a seed rate of the pulse current.
  • the above technical problem may be achieved by a battery management system or an electric driving device including an operation control device of a secondary battery using the relative degradation of the above-described electrode.
  • a method for controlling an operation of a secondary battery using a relative degradation of an electrode comprising the steps of: (a) measuring an operating characteristic value including voltage, current, and temperature of a secondary battery; (b) determining the state of charge of the secondary battery by using the operation characteristic value whenever a pulse current flows through the secondary battery in a preset state of charge for degradation diagnosis; (c) determining the electrochemical reaction resistance from the voltage change amount measured for a preset initial time in each pulse current section, and determining the lithium ion diffusion resistance from the voltage change amount measured for the remaining time except for the initial time; (d) determining a degradation biased electrode having a relatively large degree of degradation by comparing the degradation diagnostic resistance ratio, which is a relative ratio of the lithium ion diffusion resistance to the electrochemical reaction resistance, with a preset reference degradation diagnostic resistance ratio; and (e) adaptively adjusting the operating conditions of the next charge/discharge cycle according to the type of the degenerate polarized electrode.
  • the type of electrode having a relatively high degree of degradation is identified among the positive and negative electrodes and the charge/discharge operating conditions of the secondary battery are adaptively controlled in consideration of the electrochemical characteristics of the electrode. can do.
  • the rate of increasing degradation of the secondary battery may be reduced, thereby increasing the lifespan of the secondary battery.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for controlling an operation of a secondary battery using a relative degradation degree of an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • Li a Ni x Co y Mn z O 2 which is a lithium transition metal oxide as an active material in the positive electrode, and graphite as an active material in the negative electrode
  • FIG. 3 is a graph illustrating an example of a pulse current flowing through a secondary battery while the secondary battery is being charged in a degradation diagnosis state of charge section according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart specifically illustrating a method for controlling an operation of a secondary battery using a relative degradation degree of an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating in detail a process of adjusting a charging operation condition of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph plotting the electrochemical reaction resistance R t1,k and the lithium ion diffusion resistance R t2,k calculated while charging the lithium secondary battery in the BOL state in the degradation diagnosis charging state section according to the open circuit voltage.
  • FIG. 9 is a block diagram of a battery management system including an operation control device of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of an electric driving device including an operation control device of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 'processor' or 'control unit' described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • a secondary battery may refer to a single, physically separable cell having a negative terminal and a positive terminal.
  • a pouch-type lithium secondary battery may be regarded as a secondary battery.
  • the secondary battery may refer to an assembly of cells connected in series and/or in parallel.
  • a module or pack in which a plurality of lithium secondary batteries are connected in series and/or in parallel according to a design capacity may be regarded as a secondary battery.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for controlling an operation of a secondary battery using a relative degradation degree of an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 10 for controlling the operation of a secondary battery using the relative degradation of the electrode according to the embodiment of the present invention is coupled to the secondary battery 20 and is in the MOL state of the secondary battery 20 . It identifies the type of electrode having a relatively large degree of degradation among the cathode and the anode, and adaptively controls charge/discharge operating conditions according to the identified type of electrode.
  • the device 10 for controlling the operation of a secondary battery includes a sensor unit 30 that measures an operating characteristic value of the secondary battery while the secondary battery 20 is being charged or discharged, and a positive electrode of the secondary battery 20 and A control unit 40 that identifies a degraded polarized electrode having a relatively large degradation degree among the negative electrodes and adaptively controls the charge/discharge operating conditions of the secondary battery 20 according to the type of the degraded polarization electrode, and the secondary battery 20 and a storage unit 60 for storing operation characteristic values and data derived from an execution process of a program and control logic necessary for execution of control logics, predefined parameters, and the like.
  • the sensor unit 30 includes a voltage measurement unit 30a, a current measurement unit 30b, and a temperature measurement unit 30c, and controls the control unit 40 while the secondary battery 20 is operating.
  • the voltage, current, and temperature of the secondary battery 20 are measured under
  • the voltage measuring unit 30a periodically measures the voltage between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery 20 according to the request of the control unit 40 , and outputs the voltage measurement value to the control unit 40 .
  • the control unit 40 then receives the voltage measurement and writes it to the storage unit 60 .
  • the voltage measuring unit 30a may include a floating capacitor for charging and holding the voltage of the secondary battery 20, a voltage sensing circuit for measuring the voltage of the secondary battery 20 charged and held in the floating capacitor, and the like.
  • the invention is not limited thereto.
  • the voltage measuring unit 30a may be changed in design so that, when the secondary battery 20 includes a plurality of cells connected in series, the terminal voltages of the plurality of cells can be measured simultaneously or time-differentially. can Since the voltage measurement technique for a plurality of cells is well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the current measuring unit 30b periodically measures the current flowing through the secondary battery 20 according to the request of the control unit 40 and outputs the measured current to the control unit 40 .
  • the current flowing through the secondary battery 20 is a charging current or a discharging current.
  • the current measuring unit 30b may measure a voltage applied to both ends of the sense resistor R when a current flows through the secondary battery 20 and output it to the control unit 40 .
  • the voltage across the sense resistor R corresponds to the current measurement.
  • the temperature measuring unit 30c periodically measures the temperature of the secondary battery 20 according to the request of the control unit 40 and outputs the temperature measurement value to the control unit 40 .
  • the temperature measuring unit 30c may be a temperature sensor known in the art, such as a thermocouple, but the present invention is not limited thereto.
  • the device 10 for controlling the operation of the secondary battery may be operatively coupled to the charging unit C.
  • the charging unit C applies a charging current to the secondary battery 20 according to a preset charging protocol at the request of the control unit 40 .
  • the charging current is a constant current or a pulsed current.
  • the pulse current is a charging current in which a charging period in which DC current is applied to the secondary battery 20 and a rest period in which DC current is not applied to the secondary battery 20 are repeated.
  • the charging unit C may vary depending on the device in which the secondary battery 20 is mounted.
  • the charging unit C may be a charging station for the electric vehicle.
  • the charging unit C may be a regenerative charging unit that provides charging power during a deceleration process of the vehicle.
  • the charging unit C may be a charging circuit provided in the corresponding terminal.
  • the charging unit C may be combined with a control system (not shown) that adjusts the charging current applied to the secondary battery 20 according to the request of the control unit 40 .
  • the load L is an element receiving a discharge current from the secondary battery 20 .
  • the load L may be an inverter coupled to a motor of an electric driving vehicle, a DC/DC converter electrically coupled to an electric component of an electric driving vehicle, a power conversion circuit for supplying power to a circuit of a mobile terminal, and the like.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the discharge current is a constant current or a pulsed current.
  • the pulse current is a discharge current in which a discharge section in which DC current is applied to the load L and a rest section in which DC current is not applied to the load L are repeated.
  • the control unit 40 may be electrically and operatively coupled to the charging unit C.
  • the control unit 40 controls the charging unit C when charging of the secondary battery 20 is in progress to control the type of charging current (pulse current or constant current) supplied to the secondary battery 20 and the rate of charging current. , duty ratio, and charging operating conditions such as duration can be adaptively changed.
  • the control unit 40 is also electrically operatively coupled with the load L.
  • the control unit 40 may control the discharge of the secondary battery 20 to apply a discharge current to the load L.
  • the load management system (not shown) that manages the control of the load L receives information about the available discharge output from the control unit 40 and controls the power consumed by the load L within the range of the available discharge output. can
  • control unit 40 controls a load management system (not shown) when the secondary battery 20 is discharged, and the type of discharge current supplied from the secondary battery 20 to the load L (pulse current or constant current). ), the seed rate of the discharge current, the duty ratio, and the duration of the discharge operation can be adaptively changed.
  • the control unit 40 may be connected to each other through a communication line with the control system and the load management system of the charging unit C, and transmits a command message required to control charging and discharging of the secondary battery 20 to the charging unit through communication. It can communicate with the control system and load management system of (C).
  • the control unit 40 calculates the electrochemical reaction resistance and lithium ion diffusion resistance of the secondary battery 20 in the degradation diagnosis state of charge section in the process in which the secondary battery 20 is charged or discharged, and the lithium for the electrochemical reaction resistance
  • An electrode having a relatively large degree of degradation among electrodes of the secondary battery 20 may be determined in consideration of a relative ratio of ion diffusion resistance.
  • the electrochemical reaction resistance is denoted by R t1 and the lithium ion diffusion resistance is denoted by R t2 .
  • R t1,k is represented
  • R t2,k is a natural number of 1 or more and n or less.
  • the degradation diagnosis state of charge section means a preset state of charge section to identify the type of electrode having a relatively high degree of degradation among the positive and negative electrodes of the secondary battery 20 while the secondary battery 20 is being charged or discharged.
  • an electrode having a relatively large degree of degradation is called a degradation biased electrode, and the degradation biased electrode may be either an anode or a cathode.
  • the open circuit voltage profile according to the state of charge of the negative electrode or the positive electrode has a flat section, and the degradation diagnosis state of charge section corresponds to the flat section of the open circuit voltage profile.
  • the secondary battery is a lithium secondary battery, wherein the positive electrode includes Li 1+a Ni x Co y Mn z O 2 (0 ⁇ a ⁇ 0.2, 0 ⁇ x,y,z ⁇ 1) as an active material, and the negative electrode is an active material Graphite, LTO (LiTiO 2 ) or LFP (LiFePO 4 ) may be included.
  • the present invention is not limited by the type of the positive active material and the negative active material.
  • FIG. 2 is a cell open circuit voltage profile, positive open circuit voltage profile and negative electrode for a lithium secondary battery containing Li a Ni x Co y Mn z O 2 , which is a lithium transition metal oxide as an active material in the positive electrode, and graphite as an active material in the negative electrode
  • the dashed-dotted line profile is an open circuit voltage profile
  • the solid line profile is a resistance profile.
  • the lithium secondary battery is a pouch-type lithium polymer cell, and the operating voltage range is 3.0 to 4.2V.
  • the electrolyte of a lithium secondary battery includes a solvent and a lithium salt.
  • the solvent contains ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a weight ratio of 3:7.
  • the lithium salt is LiPF 6 and the concentration is 1 mol.
  • the cell open-circuit voltage profile shown in FIG. 2 is prepared based on open-circuit voltage data for each state of charge obtained through a full charge experiment for a lithium secondary battery in a BOL state.
  • the positive open-circuit voltage profile and the negative open-circuit voltage profile were simultaneously measured when the cell open-circuit voltage profile was measured using a reference electrode inserted into a lithium secondary battery.
  • the open circuit voltage profile of the positive electrode has a pattern in which the open circuit voltage increases as the state of charge of the lithium secondary battery increases, and the open circuit voltage profile of the negative electrode decreases as the state of charge of the lithium secondary battery increases.
  • the state of charge is 67% to 97%, it has a flat section in which the open-circuit voltage is kept constant.
  • a flat section in which the state of charge is 67% to 97% may be preset as the deterioration diagnosis state of charge section.
  • the degradation diagnosis state of charge section is changed according to the type of active material included in the positive electrode and the negative electrode, it is common in the technical field to which the present invention belongs that the degradation diagnosis state of charge section is not limited to the numerical range presented in Examples It is self-evident to those with the knowledge of
  • the electrochemical reaction resistance R t1 is an electrical resistance involved in a process in which lithium ions cause an electrochemical reaction on the surface of the active material particles and are inserted into the active material particles.
  • the lithium ion diffusion resistance R t2 is an electrical resistance involved in the process of diffusion to the inside of the active material particles after lithium ions are inserted into the active material particles by an electrochemical reaction.
  • the active material particles into which lithium ions are inserted when the secondary battery 20 is charged is a negative active material
  • the active material particles into which lithium ions are inserted when the secondary battery 20 is discharged is a positive active material.
  • the electrochemical reaction resistance R t1 allows a pulse current to flow through the secondary battery 20 during the electrochemical reaction time required for the electrochemical reaction of lithium ions, and measures the amount of voltage change of the secondary battery 20 according to the flow of the pulse current And it can be determined from the voltage change amount and the magnitude of the pulse current using Ohm's law.
  • the lithium ion diffusion resistance R t2 causes a pulse current to flow through the secondary battery 20 for a time during which lithium ions can cause an electrochemical reaction to be inserted into the active material particles and then diffuse inside the active material particles, and the pulse current
  • the pulse current By measuring the voltage change amount of the secondary battery 20 according to the flow of , it can be determined from the voltage change amount and the magnitude of the pulse current using Ohm's law.
  • FIG 3 is a graph illustrating an example of a charging pulse current applied to the secondary battery 20 while the secondary battery 20 is being charged in the degradation diagnosis state of charge section according to an embodiment of the present invention.
  • a time interval in which an electrochemical reaction occurs among the charging pulse current intervals is defined as an electrochemical reaction interval (t 1 )
  • a time interval in which lithium ions diffusion occurs is defined as a lithium ion diffusion interval (t 2 ).
  • the duration of the lithium ion diffusion section (t 2 ) is longer than the duration of the electrochemical reaction section (t 1 ).
  • the electrochemical reaction section (t 1 ) is from 0 seconds to 0.1 seconds, and the lithium ion diffusion period (t 2 ) may be from 0.1 seconds to 10 seconds. That is, the duration of the electrochemical reaction period (t ⁇ 1 ) may be 0.1 seconds, and the duration of the lithium ion diffusion period (t 2 ) may be 9.9 seconds.
  • the duration of the electrochemical reaction section (t- 1 ) and the duration of the lithium ion diffusion section (t 2 ) may vary depending on the reaction mechanism of lithium ions and the type and diameter of active material particles.
  • the duration of the electrochemical reaction section (t- 1 ) and the duration of the lithium ion diffusion section (t 2 ) may be preset through an experiment, and may be stored in advance in the storage unit 60 .
  • the control unit 40 controls the charging unit C while the charging state of the secondary battery 20 passes through a preset deterioration diagnosis state of charge section in order to determine the type of the degenerate biased electrode when the secondary battery 20 is charged. By controlling it, a charging pulse current having a duration ⁇ t and a DC current of I pulse may be periodically applied to the secondary battery 20 .
  • the charging pulse current may be applied to the secondary battery 20 together with the constant current while the secondary battery 20 is being charged in the constant current mode, or may be applied to the secondary battery 20 while the constant current charging is stopped.
  • the control unit 40 also periodically receives the operating characteristic value of the secondary battery 20 from the sensor unit 30 while each charging pulse current is applied, records it in the storage unit 60, and refers to the operating characteristic value Calculate the first voltage change amount ( ⁇ V 1,k ) generated in the electrochemical reaction section (t- 1 ) and the second voltage change amount ( ⁇ V 2,k ) generated in the lithium ion diffusion section (t 2 ), Using the law, the electrochemical reaction resistance R t1,k ( ⁇ V 1,k /I pulse ) and the lithium ion diffusion resistance R t2,k ( ⁇ V 2,k /I pulse ) can be calculated, respectively.
  • k is the order index of the charging pulse current. Therefore, when the k+1th charging pulse current is applied, the electrochemical reaction resistance R t1,k+1 and the lithium ion diffusion resistance R t2,k+1 are ⁇ V 1,k+1 /I pulse and ⁇ V, respectively. 2,k+1 /I pulse . In addition, when the k+2th charging pulse current is applied, the electrochemical reaction resistance R t1,k+2 and the lithium ion diffusion resistance R t2,k+2 are ⁇ V 1,k+2 /I pulse and ⁇ V, respectively. 2,k+2 /I pulse . In addition, the electrochemical reaction resistance R t1,n and the lithium ion diffusion resistance R t2,n when the nth charging pulse current is applied are ⁇ V 1,n /I pulse and ⁇ V 2,n /I pulse .
  • the control unit 40 also controls the charging unit C from the sensor unit 30 whenever each charging pulse current is applied to the secondary battery 20 while the secondary battery 20 is being charged in the degradation diagnosis state of charge section.
  • the operation characteristic value may be received and recorded in the storage unit 60 , and the state of charge SOC k of the secondary battery 20 may be determined with reference to the operation characteristic value.
  • k is an order index of the charging pulse current
  • SOC k represents the state of charge of the secondary battery 20 calculated based on the time after the k-th charging pulse current is applied to the secondary battery 20 .
  • control unit 40 accumulates the current measured value (I pulse ) of the secondary battery 20 over time whenever a charging pulse current is applied to the secondary battery 20 , and the amount of change in the state of charge (I pulse * ⁇ t/Q) and adding the charge state change amount (I pulse * ⁇ t/Q cell ) to the immediately preceding state of charge (SOC k-1 ) to determine the state of charge (SOC k ).
  • I pulse is the magnitude of the charging pulse current
  • ⁇ t is the duration of the charging period in the charging pulse
  • Q cell is the charging capacity of the secondary battery 20 .
  • control unit 40 uses the extended Kalman filter to control the state of charge (SOC k ) of the secondary battery 20 whenever each charging pulse current is applied while the secondary battery 20 is charged in the degradation diagnosis state of charge section. ) can be adaptively determined.
  • Extended Kalman filters are well known in the art.
  • the extended Kalman filter may be an adaptive algorithm based on an equivalent circuit model or an electrochemical reduced order model (ROM).
  • ROM electrochemical reduced order model
  • the state of charge (SOC k ) of the secondary battery 20 is determined by other known methods that can determine the state of charge by selectively utilizing the operating characteristic value of the secondary battery 20 in addition to the above-described current integration method or the extended Kalman filter. can decide
  • control unit 40 determines the state of charge (SOC k ) and the electrochemical reaction resistance R t1,k ( ⁇ V 1,k /I pulse ) determined whenever each charging pulse current is applied to the secondary battery 20 . and lithium ion diffusion resistance R t2,k ( ⁇ V 2,k /I pulse ) may be recorded in the storage unit 60 .
  • the number of data written to the storage unit 60 is equal to the number of charging pulse currents.
  • the control unit 40 controls the charging unit C to perform normal charging By switching to the mode and continuously charging the secondary battery 20 , the secondary battery 20 is charged to a fully charged state.
  • control unit 40 may control the charging unit C to apply a charging pulse current or a constant current to the secondary battery 20 .
  • the control unit 40 acquires a plurality of data on the electrochemical reaction resistance R t1,k and the lithium ion diffusion resistance R t2,k in the degradation diagnosis charge state section, and then the electrochemical reaction resistance R for each state of charge (SOC k ) calculating the t1, a lithium ion diffusion, based on the resistance R k t2, the relative ratio of the k R t2, k / R t1, k will be written to the storage unit 60.
  • R t2,k /R t1,k is called a degradation diagnostic resistance ratio corresponding to the state of charge (SOC k ), and the number of degradation diagnostic resistance ratios recorded in the storage unit 60 is equal to the number of charge pulse currents and same.
  • Control unit 40 is also charged state (SOC k) degradation diagnosis resistance ratio calculated by R t2, k / R t1, k and the state of charge (SOC k) by preset criteria degradation diagnosis resistance ratio R t2, k, By comparing refer /R t1,k,refer , the degenerate biased electrode with a relatively large degree of degeneration is identified.
  • the reference degradation diagnosis resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer may be determined according to the above-described method based on the secondary battery 20 in the BOL state and then recorded in advance in the storage unit 60 .
  • the number of reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer recorded in the storage unit 60 is equal to the number of charging pulse currents.
  • the anode can be determined as a degenerate biased electrode.
  • control unit (40) state of charge (SOC k) by calculating a degradation diagnostic resistance ratio R t2, k / R t1, an average value of state of charge of the k (SOC k) by preset criteria degradation diagnosis resistance ratio R t2 If it is smaller than the average value of ,k,refer /R t1,k,refer, the cathode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the cathode can be determined as a degenerate biased electrode.
  • the above determination criterion is effective when the negative electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile including a flat section and the positive electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile that does not include a flat section.
  • control unit 40 is charged state (SOC k) a mean value of the calculated degradation diagnosis resistance ratio R t2, k / R t1, k is beforehand set for each state of charge (SOC k) based on degradation diagnosis resistance ratio by If it is greater than the average value of R t2,k,refer /R t1,k,refer, the cathode may be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the cathode can be determined as a degenerate biased electrode.
  • control unit (40) state of charge (SOC k) by calculating a degradation diagnostic resistance ratio R t2, k / R t1, an average value of state of charge of the k (SOC k) by preset criteria degradation diagnosis resistance ratio R t2 If it is smaller than the average value of ,k,refer /R t1,k,refer, the anode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the anode can be determined as a degenerate biased electrode.
  • the above determination criterion is effective when the positive electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile including a flat section, and the negative electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile that does not include a flat section.
  • the control unit 40 calculates the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k for each type of the degraded biased electrode and the state of charge (SOC k ) and the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k ,refer /R According to the deviation of t1,k,refer , the charging unit C or the load management system may be controlled to adaptively adjust the charging/discharging operating conditions of the secondary battery 20 .
  • the charging/discharging operating condition may be at least one selected from a charge cutoff voltage, a discharge cutoff voltage, a pause period of the charge pulse current, a pause period of the discharge pulse current, a seed rate of the charging current, and a seed rate of the discharge current.
  • the control unit 40 controls the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k in the next charge/discharge cycle when the degraded biased electrode is a positive electrode.
  • the charge cutoff voltage is reduced, the discharge cutoff voltage is increased, the rate of charge current or the discharge current is reduced, the charge pulse current or the discharge pulse The rest period of the current can be increased.
  • an increase in the idle period means an increase in the idle time.
  • the amount of variation for each charge/discharge operating condition is between the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the average value of the standard degradation diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer According to the existing deviation, it may be defined in the form of a lookup table and recorded in advance in the storage unit 60 .
  • control unit 40 may adaptively adjust the charging/discharging operating conditions of the secondary battery 20 in the next charging/discharging cycle by controlling the charging unit C with reference to the lookup table.
  • control unit 40 controls the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k when the degradation bias electrode is negative.
  • lithium ions can be sufficiently diffused into the active material particles to prevent lithium from being deposited on the negative electrode.
  • the amount of variation for each charge/discharge operating condition is between the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the average value of the standard degradation diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer According to the existing deviation, it may be defined in the form of a lookup table and recorded in advance in the storage unit 60 .
  • control unit 40 may adaptively adjust the charging/discharging operating conditions of the secondary battery 20 in the next charging/discharging cycle by controlling the charging unit C with reference to the lookup table.
  • the present invention may be applied even when the secondary battery 20 operates in a discharge mode.
  • the control unit 40 controls the load management system to allow the discharge pulse current to flow through the secondary battery 20 while the state of charge of the secondary battery 20 passes through the degradation diagnosis state of charge section in the discharging mode. have.
  • the discharge pulse current is the same as the charge pulse current except that the direction of the current is opposite to the charge pulse current.
  • the discharge pulse current may flow through the secondary battery 20 while maintaining the constant current discharge of the secondary battery 20 , or stop the constant current discharge of the secondary battery 20 and flow through the secondary battery 20 .
  • the control unit 40 uses the operation characteristic value of the secondary battery 20 measured through the sensor unit 30 whenever a discharge pulse current flows through the secondary battery 20 in the preset degradation diagnosis charge state section. The state of charge of the battery can be determined. In addition, the control unit 40 determines the electrochemical reaction resistance from the voltage change amount measured for a preset initial time in each discharge pulse current section, and determines the lithium ion diffusion resistance from the voltage change amount measured for the remaining time except for the initial time. can decide Also, the control unit 40 may determine the degradation biased electrode having a relatively large degree of degradation by comparing the degradation diagnostic resistance ratio, which is a relative ratio of the lithium ion diffusion resistance to the electrochemical reaction resistance, with a preset reference degradation diagnostic resistance ratio. Also, the control unit 40 may adaptively adjust the operating conditions of the next charge/discharge cycle according to the type of the degenerate polarized electrode, as in the above-described embodiment.
  • the storage unit 60 is a storage medium capable of recording and erasing data electrically, magnetically, optically or quantum-mechanically.
  • the storage unit 60 may be, by way of non-limiting example, a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium.
  • the storage unit 60 may be electrically coupled to the control unit 40 through, for example, a data bus or the like so as to be accessible by the control unit 40 .
  • the storage unit 60 is a program including various control logic executed by the control unit 40, and/or data generated when the control logic is executed, and/or predefined data necessary for the execution of the various control logic. , parameters, lookup tables, etc. may be stored and/or updated and/or deleted.
  • the storage unit 60 can be logically divided into two or more.
  • control unit 40 is a processor, application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, etc. known in the art for executing the various control logics described above. may optionally be included.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • control unit 40 when the control logic is implemented in software, the control unit 40 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the processor.
  • the memory may be internal or external to the processor, and may be connected to the processor by various well-known computer components.
  • the memory may be included in the storage unit 60 of the present invention.
  • the memory is a generic term for devices in which information is stored regardless of the type of device, and does not refer to a specific memory device.
  • control unit 40 may be combined, and the combined control logics may be written in a computer-readable code system and recorded in a computer-readable recording medium.
  • the type of the recording medium is not particularly limited as long as it can be accessed by a processor included in the computer.
  • the recording medium includes at least one selected from the group consisting of a ROM, a RAM, a register, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, and an optical data recording device.
  • the code system may be distributed, stored, and executed in computers connected to a network.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the combined control logic can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention pertains.
  • the apparatus 10 for controlling the operation of a secondary battery according to the present invention may be included in the battery management system 100 as shown in FIG. 9 .
  • the battery management system 100 controls overall operations related to charging and discharging of a battery, and is a computing system called a Battery Management System in the art.
  • the device 10 for controlling the operation of a secondary battery according to the present invention may be mounted on various types of electric driving devices 200 as shown in FIG. 10 .
  • the electrically driven device 200 may be a mobile computer device such as a mobile phone, a laptop computer, a tablet computer, or a handheld multimedia device including a digital camera, a video camera, an audio/video playback device, and the like.
  • a mobile computer device such as a mobile phone, a laptop computer, a tablet computer, or a handheld multimedia device including a digital camera, a video camera, an audio/video playback device, and the like.
  • the electric drive device 200 is an electric power device capable of moving by electricity, such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, an electric bicycle, an electric motorcycle, an electric train, an electric boat, an electric plane, or an electric drill, an electric It may be a power tool including a motor, such as a grinder.
  • FIG. 4 is a flowchart specifically illustrating a method for controlling an operation of a secondary battery using a relative degradation degree of an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • control unit 40 determines whether a charging start request is made in step S10 when the process is started.
  • the control system of the charging unit C may transmit a charging start request to the control unit 40 .
  • step S10 determines whether the progress of the process is suspended. If the determination in step S10 is YES, step S20 proceeds, and if the determination in step S10 is NO, the progress of the process is suspended.
  • the control unit 40 measures the open circuit voltage value of the secondary battery 20 using the sensor unit 30 in step S20 and records it in the storage unit 60 .
  • the open-circuit voltage value corresponds to a voltage measurement value of the secondary battery 20 measured before charging is started.
  • Step S30 proceeds after step S20.
  • the control unit 40 turns on the switch installed on the line connecting the secondary battery 20 and the charging unit C in step S30, and controls the charging unit C to control the charging current according to the preset charging protocol. It is applied to the battery 20 side.
  • the charging protocol may be a CC-CV charging protocol, a pulse charging protocol, a constant current-constant power charging protocol, etc., but the present invention is not limited thereto.
  • Step S40 proceeds after step S30.
  • the control unit 40 measures the operating characteristic value of the secondary battery 20 using the sensor unit 30 in step S40 and records it in the storage unit 60 .
  • the operating characteristic value includes a voltage measurement value, a current measurement value, and a temperature measurement value of the secondary battery.
  • Step S50 proceeds after step S40.
  • the control unit 40 calculates the state of charge by using the operation characteristic value of the secondary battery 20 recorded in the storage unit 60 in step S50 and stores it in the storage unit 60 .
  • Step S60 proceeds after step S50.
  • step S60 the control unit 40 determines whether the state of charge of the secondary battery 20 belongs to the degradation diagnosis state of charge section.
  • the degradation diagnosis state-of-charge section is a state-of-charge section corresponding to the flat section included in the open circuit voltage profile of the positive electrode or the open circuit voltage profile of the negative electrode.
  • step S70 proceeds.
  • the control unit 40 controls the charging unit C in step S70 to apply a charging pulse current to the secondary battery 20 .
  • the charging pulse current includes a charging section to which DC current is applied and a rest section to which DC current is not applied, as shown in FIG. 3 .
  • the charging section includes a preset electrochemical reaction section (t 1 ) and a lithium ion diffusion section (t 2 ).
  • the magnitude of the DC current applied to the secondary battery 20 in the charging section is I pulse .
  • Step S80 proceeds after step S70.
  • the control unit 40 periodically measures the operating characteristic value of the secondary battery 20 using the sensor unit 30 while the charging pulse current is applied in step S80 and records it in the storage unit 60 .
  • the control unit 40 refers to the operation characteristic value recorded in the storage unit 60, the first voltage change amount ( ⁇ V 1,k ) generated in the electrochemical reaction period (t-1 ) and the lithium ion diffusion period ( Calculate the second voltage change amount ( ⁇ V 2,k ) generated at t 2 ), and calculate the electrochemical reaction resistance R t1,k and the lithium ion diffusion resistance R t2,k using Ohm’s law, respectively, and calculate the storage unit ( 60) is recorded.
  • k is the order index of the charging pulse current.
  • the control unit 40 refers to the operation characteristic value of the secondary battery 20 recorded in the storage unit 60 in step S90 to determine the charge state change amount (I pulse * ⁇ t/Q cell ) according to the application of the charging pulse current Calculate. Further, the control unit 40 determines the state of charge change (I pulse * ⁇ t / Q cell) accumulated by charge (SOC k) after it has been applied to the charging pulse current of the charged state (SOC k-1) immediately before the and write to the storage unit 60 .
  • I pulse is the magnitude of the charging pulse current
  • ⁇ t is the duration of the charging period
  • Q cell is the charging capacity of the secondary battery 20 .
  • Step S100 proceeds after step S90.
  • the control unit 40 determines whether the application period of the charging pulse current has elapsed in step S100 . If the determination in step S100 is NO, the progress of the process is suspended, and if the determination in step S100 is YES, the process returns to S60.
  • the control unit 40 applies the charging pulse current again when the state of charge (SOC k ) of the secondary battery 20 belongs to the degradation diagnosis state of charge section (S70) and the electrochemical reaction resistance R t1 ,k and lithium ion diffusion resistance R t2,k are calculated and recorded in the storage unit 60 (S80), and the charge state change amount (I pulse * ⁇ t/Q cell ) according to the application of the charge pulse current is calculated and the charge pulse
  • the process (S90) of calculating the state of charge (SOC k ) after the current is applied and writing it to the storage unit 60 is repeated again. Accordingly, steps S70 to S90 are continuously repeated whenever a charging pulse current is applied to the secondary battery 20 while the state of charge SOC k of the secondary battery 20 belongs to the degradation diagnosis state of charge section.
  • control unit 40 controls the electrochemical reaction resistance R t1,k and the lithium ion diffusion resistance for each state of charge (SOC k ) while the state of charge (SOC k ) of the secondary battery 20 passes through the degradation diagnosis state of charge section.
  • a plurality of data regarding R t2,k may be obtained.
  • step S60 determines whether the state of charge SOC k of the secondary battery 20 does not belong to the degradation diagnosis state of charge section. If the determination in step S60 is NO, that is, if the state of charge SOC k of the secondary battery 20 does not belong to the degradation diagnosis state of charge section, the process proceeds to step S110.
  • the control unit 40 determines whether the secondary battery 20 is fully charged in step S110. In one example, the control unit 40 may determine that the secondary battery 20 is fully charged when the state of charge SOC k of the secondary battery 20 is 100%.
  • step S110 determines whether the charging current is a constant current or a pulse current. If the determination result of step S110 is YES, the control unit 40 terminates the charging of the secondary battery in step S120, and if the determination result of step S110 is NO, the process proceeds to step S30 and the charging unit ( C) is controlled to continuously apply a charging current to the secondary battery 20 .
  • the applied charging current may be a constant current or a pulse current.
  • Step S130 proceeds after step S120.
  • the control unit 40 determines whether there is a discharge start request for the secondary battery 20 in step S130 .
  • the control unit 40 may receive a discharge start request from the load control system.
  • step S130 determines whether the control unit 40 is YES or not. If the determination in step S130 is YES, the control unit 40 turns on the switch installed on the line connecting the secondary battery 20 and the load L in step S140 to discharge the secondary battery 20, and the determination in step S130 is If NO, the progress of the process is suspended. Step S150 proceeds after step S140.
  • the control unit 40 determines whether there is a charge start request in step S150.
  • the charging start request may be provided from the control system of the charging unit (C).
  • the control unit 40 maintains discharging of the secondary battery 20 if the determination in step S150 is NO, and stops discharging the secondary battery 20 in step S160 if the determination in step S150 is YES. Step S170 proceeds after step S160.
  • the control unit 40 adjusts the charging/discharging operating conditions of the secondary battery 20 in step S170 .
  • control unit 40 adjusts the charging/discharging operating conditions of the secondary battery 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the control unit 40 uses the electrochemical reaction resistance R t1,k and the lithium ion diffusion resistance R t2,k stored in the storage unit 60 for each state of charge (SOC k ) in step P10.
  • the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k / R t1,k is calculated for each state of charge (SOC k ).
  • Step P20 proceeds after step P10.
  • the control unit 40 determines the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k / R t1,k calculated for each state of charge (SOC k ) in step P20 and a preset reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k for each state of charge (SOC k ). By comparing ,refer /R t1,k,refer , the degenerate biased electrode with a relatively large degree of degeneration is identified.
  • the control unit 40 determines that the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k / R t1,k calculated for each state of charge (SOC k ) in step P20 is a preset standard for each state of charge (SOC k ). If the resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer is greater than the average value of the degradation diagnostic resistance ratio, the positive electrode can be determined as the degradation biased electrode.
  • the control unit 40 determines that the degradation diagnosis resistance ratio R t2,k /R t1,k is the reference degradation diagnosis resistance ratio R t2,k, refer /R t1,k,
  • the positive electrode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • control unit 40 determines that the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k calculated for each state of charge (SOC k ) in step P20 is a preset reference degradation diagnostic resistor for each state of charge (SOC k ). If the ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer is less than the average value, the cathode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the control unit 40 determines that the degradation diagnosis resistance ratio R t2,k /R t1,k is the reference degradation diagnosis resistance ratio R t2,k, refer /R t1,k, When the ratio of the charge-state interval smaller than refer is greater than the threshold, the negative electrode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the above determination criterion is effective when the negative electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile including a flat section and the positive electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile that does not include a flat section.
  • control unit 40 determines that the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k calculated for each state of charge (SOC k ) in step P20 is a preset reference degradation for each state of charge (SOC k ). If the diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer is greater than the average value, the negative electrode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the control unit 40 determines that the degradation diagnosis resistance ratio R t2,k /R t1,k is the reference degradation diagnosis resistance ratio R t2,k, refer /R t1,k,
  • the negative electrode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • control unit 40 determines that the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k calculated for each state of charge (SOC k ) in step P20 is a preset reference degradation diagnostic resistor for each state of charge (SOC k ). If the ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer is less than the average value, the anode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the control unit 40 determines that the degradation diagnosis resistance ratio R t2,k /R t1,k is the reference degradation diagnosis resistance ratio R t2,k, refer /R t1,k,
  • the positive electrode can be determined as a degenerate polarized electrode.
  • the above determination criterion is effective when the positive electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile including a flat section, and the negative electrode of the secondary battery 20 has an open circuit voltage profile that does not include a flat section.
  • Step P30 proceeds after step P20.
  • the control unit 40 determines in step P30 whether the degenerate biased electrode is a positive electrode.
  • step P40 the control unit 40 determines the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k. ,refer /R Depending on the deviation between the average values of t1,k,refer , the charging/discharging operating conditions applied in the next charge/discharge cycle can be adaptively adjusted.
  • the charging/discharging operating condition may be at least one selected from a charge cutoff voltage, a discharge cutoff voltage, a pause period of the charge pulse current, a pause period of the discharge pulse current, a seed rate of the charging current, and a seed rate of the discharge current.
  • the control unit 40 controls the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k in the next charge/discharge cycle when the degraded biased electrode is a positive electrode.
  • the charge cutoff voltage is reduced, the discharge cutoff voltage is increased, the rate of charge current or the discharge current is reduced, the charge pulse current or the discharge pulse
  • the rest period of the current can be increased.
  • the idle period means an idle time.
  • the variation amount of each charging/discharging operating condition according to the above may be preset as a lookup table.
  • step P30 determines whether the degenerate polarized electrode is a negative electrode.
  • step P50 determines in step P60 the average value of the degeneration diagnosis resistance ratio R t2,k /R t1,k and the reference deterioration diagnosis resistance ratio R t2,k ,refer /R Depending on the deviation between the average values of t1,k,refer , the charging/discharging operating conditions applied in the next charge/discharge cycle can be adaptively adjusted.
  • control unit 40 controls the average value of the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k and the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1 when the degradation biased electrode is the negative electrode in step P60, Decrease the charge cutoff voltage, increase the discharge cutoff voltage, decrease the rate of charge current or discharge current, or increase the rest period of the charge pulse current or discharge pulse current according to the deviation between the average values of k,refer can do it
  • the variation amount of each charging/discharging operating condition according to the above may be preset as a lookup table.
  • lithium ions can be sufficiently diffused into the active material particles to prevent lithium from being deposited on the negative electrode.
  • control unit 40 After adjusting the charge/discharge operating conditions to be applied in the next charge/discharge cycle in step P40 or step P60, the control unit 40 performs the process to step S30 to apply a charging current to the secondary battery 20 according to the changed condition. have.
  • the present invention may be applied even when the secondary battery 20 operates in a discharge mode.
  • control logic shown in FIG. 4 can be easily changed to fit the discharge mode of the secondary battery 20 .
  • the control unit 40 controls the load management system to flow the discharge pulse current through the secondary battery 20 when the secondary battery 20 is discharged in the degradation diagnosis charging state section, and when each discharge pulse current flows
  • the degradation diagnosis resistance ratio is determined by calculating the ratio of the electrochemical reaction resistance and the lithium ion diffusion resistance for each state of charge, and the degradation diagnosis resistance ratio is compared with the preset standard degradation diagnosis resistance ratio calculated for each state of charge to determine the degradation biased electrode. It is possible to determine the charge/discharge operating conditions to be applied in the next charge/discharge cycle according to the type of the degenerate biased electrode.
  • the present invention for a secondary battery in the MOL state, it is possible to identify the type of electrode having a relatively high degree of degradation among the positive and negative electrodes and to adaptively control the charging and discharging operating conditions in consideration of the electrochemical characteristics of the corresponding electrode. .
  • the lifespan of the secondary battery may be increased by balancing the degree of degradation of the anode and the degree of degradation of the anode.
  • each graph is substantially the same as the profile of the electrochemical reaction resistance R t1,k and the lithium ion diffusion resistance R t2,k according to the state of charge.
  • the length of the charging section and the resting section of the charging pulse current applied to the lithium secondary battery is 10 seconds, respectively, the section in which the electrochemical reaction resistance is determined in the charging section is 0.1 seconds, and the section in which the lithium ion diffusion resistance is determined is 9.9 seconds to be.
  • the current magnitude I pulse of the charging pulse current is 0.5 crate.
  • a lithium secondary battery is a lithium polymer cell, and includes Li a Ni x Co y Mn z O 2 which is a lithium transition metal oxide as a positive electrode active material, and includes graphite as an active material in a negative electrode.
  • the electrolyte of a lithium secondary battery includes a solvent and a lithium salt.
  • the solvent contains ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a weight ratio of 3:7.
  • the lithium salt is LiPF 6 and the concentration is 1 mol.
  • the closed square represents the electrochemical reaction resistance R t1,k
  • the open square represents the lithium ion diffusion resistance R t2,k .
  • the electrochemical reaction resistance R t1,k has a relatively larger value than the lithium ion diffusion resistance R t2,k.
  • R 7 is an electrochemical reaction resistance R calculated while preparing a lithium secondary battery in a MOL1 state and a lithium secondary battery in a MOL2 state, and pulse charging each lithium secondary battery at 67% to 97%, which is a degradation diagnosis state of charge. It is a graph plotting t1,k and lithium ion diffusion resistance R t2,k according to the open circuit voltage.
  • a lithium secondary battery in the MOL1 state is a secondary battery in which the degradation degree of the positive electrode is relatively greater than that of the negative electrode, and by intentionally causing overcharging of the secondary battery to deteriorate the structure of the active material included in the positive electrode, the degradation degree of the positive electrode is lowered to that of the negative electrode. It is a battery that has increased relatively more than the degree of degradation.
  • a lithium secondary battery in the MOL2 state is a secondary battery in which the degradation degree of the negative electrode is relatively greater than that of the positive electrode, and the degree of degradation of the negative electrode is determined by intentionally applying a charging condition in which lithium is deposited on the surface of the active material particles included in the negative electrode. It is a battery that has increased relatively more than the degree of degradation of
  • the profile plotted in a closed square represents the electrochemical reaction resistance R t1,k of the lithium secondary battery in the BOL state
  • the profile plotted in the open square represents the lithium ion diffusion resistance of the lithium secondary battery in the BOL state.
  • R t2,k is represented.
  • the profile plotted with a closed circle represents the electrochemical reaction resistance R t1,k of the lithium secondary battery in the MOL1 state
  • the profile plotted with an open circle represents the lithium ion diffusion resistance R t2 of the lithium secondary battery in the MOL1 state, represents k.
  • the profile plotted as a closed triangle represents the electrochemical reaction resistance R t1,k of the lithium secondary battery in the MOL2 state
  • the profile plotted as an open triangle represents the lithium ion diffusion resistance R t2 of the lithium secondary battery in the MOL2 state, represents k.
  • the profile indicated by a closed square represents the reference degradation diagnostic resistance ratio R t2,k,refer /R t1,k,refer
  • the closed circle profile represents the degradation diagnostic resistance ratio of the lithium secondary battery in the MOL1 state.
  • R t2,k /R t1,k is shown
  • the profile shown by the closed triangle shows the degradation diagnostic resistance ratio R t2,k /R t1,k of the lithium secondary battery in the MOL2 state.
  • the electrochemical reaction resistance R t1,k of the lithium secondary battery in the MOL1 state does not change significantly compared to the reference value R t1,refer , but the size of the lithium ion diffusion resistance R t2,k is value based on the entire length of the degradation diagnosis charged R t2, increased than refer, degradation diagnosis resistance ratio of the lithium secondary battery in MOL1 state as a result R t2, k / R t1, k is the reference degradation diagnosis resistance ratio R t2 ,k,refer /R It can be seen that it is relatively larger than t1,k,refer.
  • the electrochemical reaction resistance R t1,k of the lithium secondary battery in the MOL2 state was higher than the reference value R t1,refer in the entire period of the degradation diagnosis state of charge, and the size of the lithium ion diffusion resistance R t2,k was the reference value R
  • the degradation diagnosis resistance ratio R t2,k /R t1,k of the lithium secondary battery in the MOL2 state is the standard degradation diagnosis resistance ratio R t2,k,refer /R t1 It can be seen that it is relatively smaller than ,k,refer.
  • the type of the degenerate biased electrode having a relatively large degradation degree is identified among the electrodes of the secondary battery in the MOL state, and according to the type of the degraded biased electrode, the charge/discharge to be applied in the next charge/discharge cycle
  • the operating conditions it is possible to alleviate the deterioration rate of the degeneration-biased electrode, so it is possible to improve the safety of charging (especially fast charging), and to increase the lifespan of the secondary battery by balancing the degeneration of the anode and the degeneration of the anode. possible effects can be expected.
  • components named ' ⁇ unit' or ' ⁇ unit' should be understood as functionally distinct elements rather than physically distinct elements. Accordingly, each component may be selectively integrated with other components or each component may be divided into sub-components for efficient execution of control logic(s). However, it is apparent to those skilled in the art that even if the components are integrated or divided, if the same function can be recognized, the integrated or divided components should be interpreted as being within the scope of the present invention.

Abstract

본 발명은 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 충전 제어 방법은, 이차 전지를 통해 펄스 전류가 흐를 때마다 이차 전지의 충전상태를 결정하는 단계; 각 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 전기화학반응저항을 결정하고, 상기 초기 시간을 제외한 나머지 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 리튬이온확산저항을 결정하는 단계; 및 전기화학반응저항 대비 리튬이온확산저항의 상대적 비율인 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화 편중 전극을 결정하고, 상기 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클의 운용 조건을 조절하는 단계;를 포함한다.

Description

전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법
본 발명은 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류에 따라 충방전 운용 조건을 적응적으로 조절할 수 있는 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 12월 11일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2019-0164888호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차 전지는 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 스마트 폰, 스마트 패드 등의 모바일 디바이스뿐만 아니라 전기로 구동되는 자동차(EV, HEV, PHEV)나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 그 용도가 급속도로 확산되고 있다.
이차 전지는 충방전 사이클이 증가함에 따라서 퇴화도가 증가한다. 퇴화도는 이차 전지의 저항 증가 또는 용량 감소를 기준으로 산출될 수 있다.
퇴화도는 이차 전지의 저항 또는 용량을 고려하여 건강상태(SOH: State Of Health)라는 파라미터로 수치화해서 나타낸다.
예를 들어, BOL(Beginning Of Life) 상태에 있는 이차 전지 저항을 R BOL이라고 정의하고, MOL (Middle Of Life) 상태, 즉 충방전 사이클이 증가한 현재 상태의 이차 전지 저항을 R MOL이라고 정의할 때, 저항을 이용한 SOH는 R BOL/R MOL로 나타낼 수 있다.
또한, BOL(Beginning Of Life) 상태에 있는 이차 전지 용량을 C BOL이라고 정의하고, MOL (Middle Of Life) 상태, 즉 충방전 사이클이 증가한 현재 상태의 이차 전지 저항을 C MOL이라고 정의할 때, 용량을 이용한 SOH는 C MOL/C BOL로 정의할 수 있다.
이차 전지의 퇴화 원인으로는, 전기 화학적 반응을 일으키는 작동 이온(리튬 이차 전지의 경우 리튬 이온)의 비가역적 손실, 활물질의 구조 손상, 작동 이온의 석출, 전해질의 부반응 증가 등을 들 수 있다.
이차 전지의 퇴화도는 양극 퇴화도와 음극 퇴화도의 정량적 합에 해당한다. BOL 상태에 있거나 충방전 사이클이 작은 이차 전지는 양극과 음극의 퇴화도가 거의 동일하다. 하지만, MOL 상태에 있는 이차 전지는 양극과 음극의 퇴화도가 상대적인 편차를 나타낸다. 양극과 음극은 집전체에 코팅된 활물질의 종류에 따라 퇴화의 메커니즘이 상이하기 때문이다.
통상적으로, 이차 전지의 충방전 운용 조건은 이차 전지의 퇴화도에 따라 적응적으로 조절된다. 일 예로, 퇴화도가 증가하면, 충전 컷오프 전압을 감소시키거나 충전상태(State Of Charge) 별로 설정되는 충전 씨레이트(C-rate)를 감소시킨다.
하지만, 충방전 운용 조건의 제어 관점은 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 더 증가한 전극의 종류에 따라 달라질 필요가 있다.
예를 들어, 양극이 음극보다 더 퇴화된 경우는 충전구간의 말단 근처에서 양극 활물질의 구조 손상이 가속화되므로 충전 컷오프 전압을 감소시키고 충전구간의 말단에서 충전 씨레이트를 감소시키는 것에 충전제어의 주안점을 두어야 한다.
반면, 음극이 양극보다 더 퇴화된 경우는 음극 활물질의 구조 손상 보다는 음극 표면에서 발생되는 작동 이온의 석출을 방지하는 것이 중요하다. 따라서, 충전시작 전의 휴지 시간을 조절하고 작동 이온의 석출이 예상되는 충전구간에서 충전전류의 씨레이트를 감소시키는 것에 충전제어의 주안점을 두어야 한다.
하지만, 종래 기술은 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류에 따라 충방전운용 조건을 적응적으로 제어하는 것에 대해 기술적 대안을 제시하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, MOL 상태에 있는 이차 전지에 대해 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류를 식별하고 해당 전극의 전기화학적 특성을 고려하여 충방전 운용 조건을 적응적으로 제어할 수 있는 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치는, 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 포함하는 동작 특성값을 측정하는 센서 유닛; 및 상기 센서 유닛과 동작 가능하게 결합된 제어 유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 센서 유닛으로부터 동작 특성값을 수신하고, 미리 설정된 퇴화진단 충전상태 구간에서 이차 전지를 통해 펄스 전류가 흐를 때마다 상기 동작 특성값을 이용하여 이차 전지의 충전상태를 결정하고, 각 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 전기화학반응저항을 결정하고, 상기 초기 시간을 제외한 나머지 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 리튬이온확산저항을 결정하고, 전기화학반응저항 대비 리튬이온확산저항의 상대적 비율인 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 결정하고, 상기 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클의 운용 조건을 적응적으로 조절하도록 구성될 수 있다.
일 예에서, 상기 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간은 0.1msec 내지 1 초일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 이차 전지는, 음극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간은 상기 평탄 구간에 대응될 수 있다.
이러한 경우, 상기 제어 유닛은, 상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 큰 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 작은 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 상기 제어 유닛은, 상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 큰 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 작은 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 이차 전지는, 양극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간은 상기 평탄 구간에 대응될 수 있다.
이러한 경우, 상기 제어 유닛은, 상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 큰 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 작은 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 상기 제어 유닛은, 상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 큰 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 작은 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 퇴화 편중 전극이 양극일 경우 충전상태 별로 결정한 상기 퇴화진단 저항비율의 평균값과 충전상태 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 펄스 전류의 휴지 구간 및 펄스 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 동작 조건을 조절하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 퇴화 편중 전극이 음극일 경우 충전상태 별로 결정한 상기 퇴화진단 저항비율의 평균값과 충전상태 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 펄스 전류의 휴지 구간 및 펄스 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 동작 조건을 조절하도록 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제는 상술한 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템 또는 전기 구동 장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법은, (a) 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 포함하는 동작 특성값을 측정하는 단계; (b) 미리 설정된 퇴화진단 충전상태 구간에서 이차 전지를 통해 펄스 전류가 흐를 때마다 상기 동작 특성값을 이용하여 이차 전지의 충전상태를 결정하는 단계; (c) 각 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 전기화학반응저항을 결정하고, 상기 초기 시간을 제외한 나머지 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 리튬이온확산저항을 결정하는 단계; (d) 전기화학반응저항 대비 리튬이온확산저항의 상대적 비율인 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 결정하는 단계; 및 (e) 상기 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클의 운용 조건을 적응적으로 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, MOL 상태에 있는 이차 전지에 대해 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류를 식별하고 해당 전극의 전기화학적 특성을 고려하여 이차 전지의 충방전 운용 조건을 적응적으로 제어할 수 있다.
따라서, 이차 전지의 전체 퇴화도를 고려하여 충방전 운용 조건을 조절하는 종래 기술과 비교하여 MOL 상태에 있는 이차 전지의 동작을 안전하게 제어할 수 있다.
또한, 퇴화도가 상대적으로 큰 전극에 초점을 맞추어 충방전 운용 조건이 적응적으로 조절되므로 이차 전지의 퇴화도 증가 속도를 감소시켜 이차 전지의 수명을 그 만큼 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차전지의 동작 제어 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 양극에 활물질로서 리튬전이금속산화물인 Li aNi xCo yMn zO 2를 포함하고, 음극에 활물질로서 그라파이트를 포함하는 리튬 이차 전지에 대한 셀 개방전압 프로파일, 양극 개방전압 프로파일 및 음극 개방전압 프로파일을 나타낸 그래프들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 이차 전지가 퇴화진단 충전상태 구간에서 충전되는 동안 이차 전지를 통해서 흐르는 펄스 전류의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이차 전지의 충전 운용 조건을 조절하는 과정을 자세하게 도시한 순서도이다.
도 6은 BOL 상태에 있는 리튬 이차 전지를 퇴화진단 충전상태 구간에서 충전하는 동안 산출한 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 개방전압에 따라서 플로팅한 그래프이다.
도 7은 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지와 MOL2 상태에 있는 리튬 이차전지를 준비하고, 각 리튬 이차 전지를 통해서 퇴화진단 충전상태 구간인 67% 내지 97%에서 충전 펄스 전류가 흐르는 동안 산출한 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 개방전압에 따라서 플로팅한 그래프이다.
도 8은 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k과, MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k과, BOL 상태에 있는 리튬 이차 전지의 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer을 함께 플로팅한 그래프들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 동작 제어 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 동작 제어 장치를 포함하는 전기 구동 장치의 블록 다이어그램이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
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 '프로세서'또는 '제어유닛'과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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.
본 명세서에서, 이차 전지는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미할 수 있다.
일 예로, 파우치형 리튬 이차 전지가 이차 전지로 간주될 수 있다. 또한, 이차 전지는 직렬 및/또는 병렬 연결된 셀들의 어셈블리를 의미할 수 있다. 일 예로, 복수의 리튬 이차 전지들을 설계 용량에 맞게 직렬 및/또는 병렬 연결시킨 모듈이나 팩이 이차 전지로 간주될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차전지의 동작 제어 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치(10)는, 이차 전지(20)에 결합되어 MOL 상태에 있는 이차 전지(20)의 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류를 식별하고 식별된 전극의 종류에 따라 충방전 운용 조건을 적응적으로 제어한다.
본 발명에 따른 이차 전지의 동작 제어 장치(10)는, 이차 전지(20)가 충전 또는 방전되는 동안 이차 전지의 동작 특성값을 측정하는 센서 유닛(30)과, 이차 전지(20)의 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 식별하고 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건을 적응적으로 제어하는 제어 유닛(40)과, 이차 전지(20)의 동작 특성값과 제어 로직들의 실행을 위해 필요한 프로그램과 제어 로직의 실행 과정에서 파생되는 데이터와 미리 정의된 파라미터 등을 저장하는 저장 유닛(60)을 포함한다.
바람직하게, 센서 유닛(30)은, 전압 측정부(30a), 전류 측정부(30b) 및 온도 측정부(30c)를 포함하고, 이차 전지(20)가 동작하는 동안 제어 유닛(40)의 통제하에 이차 전지(20)의 전압, 전류 및 온도를 측정한다.
전압 측정부(30a)는 제어 유닛(40)의 요청에 따라 주기적으로 이차 전지(20)의 양극과 음극 사이의 전압을 측정하고, 전압 측정값을 제어 유닛(40)으로 출력한다. 그러면, 제어 유닛(40)은 전압 측정값을 수신하여 저장 유닛(60)에 기록한다.
전압 측정부(30a)는 이차 전지(20)의 전압을 충전 및 홀드하는 부동 캐패시터, 부동 캐패시터에 충전 및 홀드된 이차 전지(20)의 전압을 측정하는 전압 센싱 회로 등을 포함할 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전압 측정부(30a)는, 이차 전지(20)가 직렬로 연결된 복수의 셀을 포함할 때, 복수의 셀에 대한 단자 전압을 동시에 또는 이시적(time-differentially)으로 측정할 수 있도록 설계 변경될 수 있다. 복수의 셀에 대한 전압 측정 기술은 당업계에 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
전류 측정부(30b)는 제어 유닛(40)의 요청에 따라 주기적으로 이차 전지(20)를 통해서 흐르는 전류를 측정하고 전류 측정값을 제어 유닛(40)으로 출력한다. 이차 전지(20)를 통해 흐르는 전류는 충전 전류 또는 방전 전류이다.
전류 측정부(30b)는 이차 전지(20)를 통해 전류가 흐를 때 센스 저항(R)의 양단에 인가되는 전압을 측정하여 제어 유닛(40)으로 출력할 수 있다. 센스 저항(R)의 양단 전압은 전류 측정값에 해당한다. 제어 유닛(40)은 오옴의 법칙(V=IR)을 이용하여 센스 저항(R)의 양단 전압값을 전류 측정값으로 변환할 수 있다. 전류 측정부(30b)는 홀 센서와 같은 다른 공지된 전류 센서로 대체 가능함은 물론이다.
온도 측정부(30c)는 제어 유닛(40)의 요청에 따라 주기적으로 이차 전지(20)의 온도를 측정하고 온도 측정값을 제어 유닛(40)으로 출력한다.
온도 측정부(30c)는 열전대(thermocouple)와 같이 당업계에 공지된 온도 센서일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 측면에 따르면, 이차 전지의 동작 제어 장치(10)는 충전 유닛(C)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 충전 유닛(C)은 제어 유닛(40)의 요청에 따라 미리 설정된 충전 프로토콜에 따라서 이차 전지(20)에 충전전류를 인가한다.
바람직하게, 충전전류는 정전류 또는 펄스 전류이다. 펄스 전류는 DC 전류가 이차 전지(20)에 인가되는 충전구간과 DC 전류가 이차 전지(20)에 인가되지 않는 휴지구간이 반복되는 충전전류이다.
충전 유닛(C)은 이차 전지(20)가 탑재된 장치에 따라 달라질 수 있다.
일 예로, 이차 전지(20)가 전기 자동차에 탑재된 경우 충전 유닛(C)은 전기 자동차용 충전 스테이션일 수 있다.
다른 예로, 이차 전지(20)가 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 탑재된 경우 충전 유닛(C)은 자동차의 감속 과정에서 충전 전력을 제공하는 재생충전 유닛일 수 있다.
또 다른 예로, 이차 전지(20)가 스마트폰이나 랩탑 컴퓨터와 같은 모바일 단말기인 경우 충전 유닛(C)은 해당 단말기에 구비된 충전 회로일 수 있다.
바람직하게, 충전 유닛(C)은 제어 유닛(40)의 요청에 따라 이차 전지(20)에 인가되는 충전전류를 조절하는 제어 시스템(미도시)과 결합될 수 있다.
부하(L)는 이차 전지(20)로부터 방전전류를 공급 받는 요소이다. 부하(L)는 전기 구동 자동차의 모터와 결합된 인버터, 전기 구동 자동차의 전장 부품과 전기적으로 결합된 DC/DC 컨버터, 모바일 단말기의 회로에 전력을 공급하는 전력변환 회로 등일 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 방전전류는 정전류 또는 펄스 전류이다. 펄스 전류는 DC 전류가 부하(L)에 인가되는 방전구간과 DC 전류가 부하(L)에 인가되지 않는 휴지구간이 반복되는 방전전류이다.
제어 유닛(40)은 충전 유닛(C)과 전기적으로 동작 가능하게 결합할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)의 충전이 진행될 때 충전 유닛(C)을 제어하여 이차 전지(20)에 공급되는 충전전류의 종류(펄스 전류 또는 정전류), 충전전류의 씨레이트, 듀티비(Duty ratio), 듀레이션(duration) 등 충전 운용 조건을 적응적으로 변경할 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 부하(L)와 전기적으로 동작 가능하게 결합된다. 이 경우, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)의 방전을 제어하여 방전전류를 부하(L)에 인가할 수 있다. 부하(L)의 제어를 관장하는 부하 관리 시스템(미도시)은 제어 유닛(40)으로부터 가용 방전 출력에 관한 정보를 제공 받아 부하(L)에서 소비되는 전력을 가용 방전 출력의 범위 내에서 통제할 수 있다.
또한, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)의 방전이 진행될 때 부하 관리 시스템(미도시)을 제어하여 이차 전지(20)로부터 부하(L) 측으로 공급되는 방전전류의 종류(펄스 전류 또는 정전류), 방전전류의 씨레이트, 듀티비(Duty ratio), 듀레이션(duration) 등 방전 운용 조건을 적응적으로 변경할 수 있다.
제어 유닛(40)은 충전 유닛(C)의 제어 시스템 및 부하 관리 시스템과 통신 선로를 통해 서로 연결될 수 있고, 이차 전지(20)의 충전과 방전을 제어하기 위해 필요한 명령 메시지를 통신을 통해 충전 유닛(C)의 제어 시스템 및 부하 관리 시스템과 주고 받을 수 있다.
제어 유닛(40)은 이차 전지(20)가 충전 또는 방전되는 과정에서 퇴화진단 충전상태 구간에서 이차 전지(20)의 전기화학반응저항과 리튬이온확산저항을 산출하고, 전기화학반응저항에 대한 리튬이온확산저항의 상대적 비율을 고려하여 이차 전지(20)의 전극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극을 결정할 수 있다.
이하, 전기화학반응저항은 R t1으로, 리튬이온확산저항은 R t2로 표시한다. 또한, 복수의 전기화학반응저항을 나타낼 때에는 R t1,k로, 복수의 리튬이온확산저항을 나타낼 때에는 R t2,k로 나타낸다. 여기서, k는 1 이상 n 이하의 자연수이다.
퇴화진단 충전상태 구간은 이차 전지(20)가 충전 또는 방전되는 동안 이차 전지(20)의 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류를 식별하기 위해 미리 설정된 충전상태 구간을 의미한다.
본 발명에 있어서, 퇴화도가 상대적으로 큰 전극은 퇴화 편중 전극이라 명명하며, 퇴화 편중 전극은 양극 또는 음극 중에서 어느 하나일 수 있다.
바람직하게, 이차 전지(20)는 음극 또는 양극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지며, 퇴화진단 충전상태 구간은 개방전압 프로파일의 평탄 구간에 대응된다.
바람직하게, 이차 전지는 리튬 이차 전지로서 양극은 활물질로서 Li 1+aNi xCo yMn zO 2(0≤a≤0.2, 0≤x,y,z≤1)를 포함하고 음극은 활물질로서 흑연, LTO(LiTiO 2) 또는 LFP(LiFePO 4)를 포함할 수 있다. 하지만 본 발명이 양극 활물질과 음극 활물질의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 양극에 활물질로서 리튬전이금속산화물인 Li aNi xCo yMn zO 2를 포함하고, 음극에 활물질로서 그라파이트를 포함하는 리튬 이차 전지에 대한 셀 개방전압 프로파일, 양극 개방전압 프로파일 및 음극 개방전압 프로파일을 나타낸 그래프들이다. 일점 쇄선 프로파일은 개방전압 프로파일이고, 실선 프로파일은 저항 프로파일을 나타낸다.
실시예에 있어서, 리튬 이차 전지는 파우치형 리튬 폴리머 셀이며, 동작 전압 범위는 3.0 내지 4.2V이다. 리튬 이차 전지의 전해질은 용매와 리튬염을 포함한다. 용매는 EC(Ethylene carbonate)와 EMC(Ethyl methyl carbonate)를 3:7의 중량비로 포함하고 있다. 리튬염은 LiPF 6이고 농도는 1mol이다.
도 2에 도시된 셀 개방 전압 프로파일은 BOL 상태에 있는 리튬 이차 전지에 대한 풀 충전실험을 통해서 얻은 충전상태 별 개방전압 데이터에 근거하여 작성된 것이다.
또한, 양극 개방전압 프로파일과 음극 개방전압 프로파일은 리튬 이차 전지에 삽입된 기준 전극을 이용하여 셀 개방 전압 프로파일을 측정할 때 동시에 측정하였다.
도 2를 참조하면, 양극 개방전압 프로파일은 리튬 이차 전지의 충전상태가 증가함에 따라서 개방전압이 증가하는 패턴을 가지고, 음극 개방전압 프로파일은 리튬 이차 전지의 충전상태가 증가함에 따라서 개방전압이 감소하다가 충전상태가 67% 내지 97%일 때 개방전압이 일정하게 유지되는 평탄 구간을 가진다.
따라서, 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 대해서는 충전상태가 67% 내지 97%인 평탄구간이 퇴화진단 충전상태 구간으로 미리 설정될 수 있다.
본 발명에 있어서, 퇴화진단 충전상태 구간은 양극과 음극에 포함된 활물질의 종류에 따라 변경되므로, 퇴화진단 충전상태 구간이 실시예에서 제시된 수치범위로 한정되지 않음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명에 따르면, 전기화학반응저항 R t1은 리튬이온이 활물질 입자의 표면에서 전기화학적 반응을 일으켜 활물질 입자에 삽입되는 과정에서 수반되는 전기적 저항이다.
또한, 리튬이온확산저항 R t2는 리튬 이온이 전기화학 반응에 의해 활물질 입자 내부로 삽입된 후 활물질 입자의 내부까지 확산을 하는 과정에서 수반되는 전기적 저항이다.
참고로, 이차 전지(20)가 충전될 때 리튬이온이 삽입되는 활물질 입자는 음극 활물질이고, 이차 전지(20)가 방전될 때 리튬이온이 삽입되는 활물질 입자는 양극 활물질이다.
전기화학반응저항 R t1은, 리튬이온의 전기화학적 반응에 필요한 전기화학 반응시간 동안 이차 전지(20)를 통해 펄스 전류가 흐르게 하고, 펄스 전류의 흐름에 따른 이차 전지(20)의 전압 변화량을 측정하고, 오옴의 법칙을 이용하여 전압 변화량과 펄스 전류의 크기로부터 결정할 수 있다.
또한, 리튬이온확산저항 R t2는, 리튬이온이 전기화학적 반응을 일으켜 활물질 입자 내로 삽입된 후 활물질 입자의 내부에서 확산할 수 있는 시간 동안 이차 전지(20)를 통해 펄스 전류가 흐르게 하고, 펄스 전류의 흐름에 따른 이차 전지(20)의 전압 변화량을 측정하고, 오옴의 법칙을 이용하여 전압 변화량과 펄스 전류의 크기로부터 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 이차 전지(20)가 퇴화진단 충전상태 구간에서 충전되는 동안 이차 전지(20)에 인가되는 충전 펄스 전류의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 듀레이션이 △t인 충전 펄스 전류가 이차 전지(20)에 인가되면, 초반의 짧은 시간(t- 1) 동안에는 음극 활물질의 표면에서 리튬이온의 전기화학적 반응이 일어나고 그 이후의 잔여 시간(t 2) 동안에는 음극 활물질의 내부에서 리튬이온의 확산이 일어난다.
이하에서는, 충전 펄스 전류의 구간 중에서 전기화학적 반응이 일어나는 시간 구간을 전기화학 반응구간(t 1)이라고 정의하고, 리튬이온의 확산이 일어나는 시간 구간을 리튬이온 확산 구간(t 2)이라고 정의한다.
바람직하게, 리튬이온 확산 구간(t 2)의 듀레이션은 전기화학 반응 구간(t 1)의 듀레이션보다 길다.
일 예에서, 이차 전지(20)에 포함된 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 Li aNi xCo yMn zO 2 및 그라파이트이고, 충전펄스의 크기 I pulse가 0.5씨레이트일 때, 전기화학 반응 구간(t 1)은 0초부터 0.1초까지이고, 리튬이온 확산 구간(t 2)은 0.1초부터 10초까지일 수 있다. 즉, 전기화학 반응 구간(t- 1)의 듀레이션은 0.1초이고, 리튬이온 확산 구간(t 2)의 듀레이션은 9.9초일 수 있다.
한편, 전기화학 반응 구간(t- 1)의 듀레이션과 리튬이온 확산 구간(t 2)의 듀레이션은 리튬이온의 반응 메커니즘과 활물질 입자의 종류와 직경 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
바람직하게, 전기화학 반응 구간(t- 1)의 듀레이션과 리튬이온 확산 구간(t 2)의 듀레이션은 실험을 통해 미리 설정될 수 있고, 저장 유닛(60)에 미리 저장될 수 있다.
제어 유닛(40)은 이차 전지(20)가 충전될 때 퇴화 편중 전극의 종류를 결정하기 위해 이차 전지(20)의 충전상태가 미리 설정된 퇴화진단 충전상태 구간을 통과하는 동안 충전 유닛(C)을 제어하여 듀레이션이 △t이고 DC 전류의 크기가 I pulse인 충전 펄스 전류를 이차 전지(20)에 주기적으로 인가할 수 있다.
충전 펄스 전류는 이차 전지(20)가 정전류 모드로 충전되는 동안 정전류와 함께 이차 전지(20)에 인가될 수도 있고, 정전류 충전을 중단한 상태에서 이차 전지(20)에 인가될 수도 있다.
제어 유닛(40)은 또한 각 충전 펄스 전류가 인가되는 동안 센서 유닛(30)으로부터 이차 전지(20)의 동작 특성값을 주기적으로 입력 받아 저장 유닛(60)에 기록하고, 동작 특성값을 참조하여 전기화학 반응 구간(t- 1)에서 생기는 제1전압 변화량(△V 1,k)과 리튬이온 확산 구간(t 2)에서 생기는 제2전압 변화량(△V 2,k)을 산출하고, 오옴의 법칙을 이용하여 전기화학반응저항 R t1,k(△V 1,k/I pulse)과 리튬이온확산저항 R t2,k(△V 2,k/I pulse)을 각각 산출할 수 있다.
여기서, k는 충전 펄스 전류의 순서 인덱스이다. 따라서, k+1번째 충전 펄스 전류가 인가될 때의 전기화학반응저항 R t1,k+1과 리튬이온확산저항 R t2,k+1은 각각 △V 1,k+1/I pulse 및 △V 2,k+1/I pulse이다. 또한, k+2번째 충전 펄스 전류가 인가될 때의 전기화학반응저항 R t1,k+2과 리튬이온확산저항 R t2,k+2은 각각 △V 1,k+2/I pulse 및 △V 2,k+2/I pulse이다. 또한, n번째 충전 펄스 전류가 인가될 때의 전기화학반응저항 R t1,n과 리튬이온확산저항 R t2,n은 △V 1,n/I pulse 및 △V 2,n/I pulse이다.
제어 유닛(40)은 또한 충전유닛(C)에 의해 이차 전지(20)가 퇴화진단 충전상태 구간에서 충전되는 동안 각 충전 펄스 전류가 이차 전지(20)에 인가될 때마다 센서 유닛(30)으로부터 동작 특성값을 수신하여 저장 유닛(60)에 기록하고, 동작 특성값을 참조하여 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)를 결정할 수 있다.
여기서, k는 충전 펄스 전류의 순서 인덱스로서, SOC k는 k번째 충전 펄스 전류가 이차 전지(20)에 인가된 이후를 기준으로 산출된 이차 전지(20)의 충전상태를 나타낸다.
일 예로서, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)에 충전 펄스 전류가 인가될 때마다 이차 전지(20)의 전류 측정값(I pulse)을 시간에 따라 적산하여 충전상태 변화량(I pulse*△t/Q)을 산출하고 직전의 충전상태(SOC k-1)에 충전상태 변화량 (I pulse*△t/Q cell)을 가산하여 충전상태(SOC k)를 결정할 수 있다.
여기서, I pulse는 충전 펄스 전류의 크기이고, △t는 충전펄스에 있어서 충전구간의 듀레이션이고, Q cell은 이차 전지(20)의 충전용량이다.
다른 예로, 제어 유닛(40)은 확장 칼만 필터를 이용하여 이차 전지(20)가 퇴화진단 충전상태 구간에서 충전되는 동안 각 충전 펄스 전류가 인가될 때마다 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)를 적응적으로 결정할 수 있다.
확장 칼만 필터는 본 발명이 속한 기술분야에 널리 알려져 있다. 일 예로서, 확장 칼만 필터는 등가 회로 모델 또는 전기화학적 ROM(Reduced Order Model)에 기초한 적응적 알고리즘일 수 있다.
확장　칼만　필터를 이용한 충전상태의 추정은, 일 예로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)씨의　논문　“Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3”(Journal of Power Source 134, 2004, 252-261)를 참조 가능하고, 본 명세서의 일부로서 위　논문이 합체될 수 있다.
물론, 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)는 전술한 전류 적산법 또는 확장　칼만　필터　이외에도 이차 전지(20)의 동작 특성값을 선택적으로 활용하여 충전상태를 결정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.
바람직하게, 제어 유닛(40)은 각 충전 펄스 전류가 이차 전지(20)에 인가될 때마다 결정한 충전상태(SOC k)와 전기화학반응저항 R t1,k(△V 1,k/I pulse)과 리튬이온 확산저항 R t2,k(△V 2,k/I pulse)을 저장 유닛(60)에 기록할 수 있다. 저장 유닛(60)에 기록되는 데이터의 수는 충전 펄스 전류의 수와 동일하다.
제어 유닛(40)은 충전상태 별로 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k에 대한 데이터가 저장 유닛(60)에 저장되면, 충전 유닛(C)을 제어하여 통상적인 충전 모드로 전환하여 이차 전지(20)의 충전을 계속 진행함으로써 이차 전지(20)를 만충전 상태까지 충전시킨다.
통상적인 충전 모드에서, 제어 유닛(40)은 충전 유닛(C)을 제어하여 충전 펄스 전류 또는 정전류를 이차 전지(20)에 인가할 수 있다.
제어 유닛(40)은 퇴화진단 충전상태 구간에서 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k에 관한 복수의 데이터를 획득한 후 충전상태(SOC k) 별로 전기화학반응저항 R t1,k을 기준으로 한 리튬이온확산저항 R t2,k의 상대적 비율 R t2,k/R t1,k을 산출하여 저장 유닛(60)에 기록한다.
여기서, R t2,k/R t1,k은 충전상태(SOC k)에 대응되는 퇴화진단 저항비율이라고 명명하며, 저장 유닛(60)에 기록되는 퇴화진단 저항비율의 수는 충전 펄스 전류의 수와 동일하다.
제어 유닛(40)은 또한 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k과 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 식별한다.
기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer은 BOL 상태에 있는 이차 전지(20)를 기준으로 상술한 방법에 따라 결정한 후 저장 유닛(60)에 미리 기록할 수 있다. 저장 유닛(60)에 기록된 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 수는 충전 펄스 전류의 수와 동일하다.
일 측면에 따르면, 제어 유닛(40)은 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 큰 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다. 대안적으로, 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 큰 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
반대로, 제어 유닛(40)은 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 작은 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다. 대안적으로, 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 작은 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
위와 같은 결정 기준은 이차 전지(20)의 음극이 평탄구간을 포함하는 개방전압 프로파일을 구비하고, 이차 전지(20)의 양극이 평탄 구간을 포함하지 않는 개방전압 프로파일을 구비하는 경우에 유효하다.
다른 측면에서, 제어 유닛(40)은 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 큰 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다. 대안적으로, 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 큰 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
반대로, 제어 유닛(40)은 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 작은 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다. 대안적으로, 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 작은 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
위와 같은 결정 기준은 이차 전지(20)의 양극이 평탄 구간을 포함하는 개방전압 프로파일을 구비하고, 이차 전지(20)의 음극이 평탄 구간을 포함하지 않는 개방전압 프로파일을 구비하는 경우에 유효하다.
제어 유닛(40)은 퇴화 편중 전극을 결정한 후 퇴화 편중 전극의 종류와 충전상태(SOC k) 별로 산출된 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 편차에 따라 충전 유닛(C) 또는 부하 관리 시스템을 제어하여 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건을 적응적으로 조절할 수 있다.
바람직하게, 충방전 운용 조건은, 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 충전 펄스 전류의 휴지 구간, 방전 펄스 전류의 휴지 구간, 충전 전류의 씨레이트 및 방전 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
일 예에서, 제어 유닛(40)은 퇴화 편중 전극이 양극일 경우 다음 충방전 사이클을 진행함에 있어서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압을 감소시키거나 방전 컷오프 전압을 증가시키거나 충전전류 또는 방전전류의 씨레이트를 감소시키거나 충전 펄스 전류 또는 방전 펄스 전류의 휴지 구간을 증가시킬 수 있다. 여기서, 휴지 구간의 증가는 휴지 시간의 증가를 의미한다.
위와 같이, 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건이 변경되면, 충전 말기 또는 방전 말기에 양극에 포함된 활물질 입자의 구조가 붕괴되는 것을 완화할 수 있다.
바람직하게, 각 충방전 운용 조건에 관한 변동량은 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 룩업 테이블의 형태로 정의되어 저장 유닛(60)에 미리 기록될 수 있다.
이 경우, 제어 유닛(40)은 룩업 테이블을 참조하여 충전 유닛(C)을 제어함으로써 다음 충방전 사이클에서 이차 전지(20)의 충방전 운용조건을 적응적으로 조절할 수 있다.
다른 예에서, 제어 유닛(40)은 퇴화 편중 전극이 음극일 경우 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압을 감소시키거나 방전 컷오프 전압을 증가시키거나 충전전류 또는 방전전류의 씨레이트를 감소시키거나 충전 펄스 전류 또는 방전 펄스 전류의 휴지 구간을 증가시킬 수 있다.
위와 같이, 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건이 변경되면, 리튬 이온이 활물질 입자 내부로 충분히 확산할 수 있도록 하여 리튬이 음극에서 석출되는 현상을 방지할 수 있다.
바람직하게, 각 충방전 운용 조건에 관한 변동량은 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 룩업 테이블의 형태로 정의되어 저장 유닛(60)에 미리 기록될 수 있다.
이 경우, 제어 유닛(40)은 룩업 테이블을 참조하여 충전 유닛(C)을 제어함으로써 다음 충방전 사이클에서 이차 전지(20)의 충방전 운용조건을 적응적으로 조절할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상술한 실시예와 달리, 이차 전지(20)가 방전 모드로 동작할 때에도 적용될 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(40)은 방전 모드에서 이차 전지(20)의 충전상태가 퇴화진단 충전상태 구간을 통과하는 동안 부하 관리 시스템을 제어하여 이차 전지(20)를 통해 방전 펄스 전류가 흐르게 할 수 있다.
방전 펄스 전류는 전류의 방향이 충전 펄스 전류와 반대라는 점만 제외하면 충전 펄스 전류와 동일하다. 방전 펄스 전류는 이차 전지(20)의 정전류 방전을 유지하면서 이차 전지(20)를 통해 흐르게 할 수도 있고, 이차 전지(20)의 정전류 방전을 중단하고 이차 전지(20)를 통해 흐르게 할 수도 있다.
제어 유닛(40)은 미리 설정된 퇴화진단 충전상태 구간에서 이차 전지(20)를 통해 방전 펄스 전류가 흐를 때마다 센서 유닛(30)을 통해 측정한 이차 전지(20)의 동작 특성값을 이용하여 이차 전지의 충전상태를 결정할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 각 방전 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 전기화학반응저항을 결정하고, 상기 초기 시간을 제외한 나머지 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 리튬이온확산저항을 결정할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 전기화학반응저항 대비 리튬이온확산저항의 상대적 비율인 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 결정할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 상술한 실시예와 마찬가지로 상기 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클의 운용 조건을 적응적으로 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 저장 유닛(60)은, 전기적, 자기적, 광학적 또는 양자역학적으로 데이터를 기록하고 소거할 수 있는 저장매체이다. 저장 유닛(60)은 비제한적인 예시로서, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 저장 유닛(60)은 제어 유닛(40)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합될 수 있다.
저장 유닛(60)은 제어 유닛(40)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터, 및/또는 각종 제어 로직의 실행을 위해 필요한 미리 정의된 데이터, 파라미터, 룩업 테이블 등을 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거할 수 있다. 저장 유닛(60)은 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하다.
본 발명에 있어서, 제어 유닛(40)은 상술한 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, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어 유닛(40)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 컴퓨터 부품으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 발명의 저장 유닛(60)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
또한, 제어 유닛(40)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지의 동작 제어 장치(10)는 도 9에 도시된 바와 같이 배터리 관리 시스템(100)에 포함될 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리의 충방전과 관련된 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 당업계에서 Battery Management System으로 불리는 컴퓨팅 시스템이다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지의 동작 제어 장치(10)는 도 10에 도시된 바와 같이 다양한 종류의 전기 구동 장치(200)에 탑재될 수 있다.
일 측면에 따르면, 전기구동 장치(200)는, 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 모바일 컴퓨터 장치, 또는 디지털 카메라, 비디오 카메라, 오디오/비디오 재생 장치 등을 포함한 핸드 헬드 멀티미디어 장치일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전기 구동 장치(200)는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 열차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같이 전기에 의해 이동이 가능한 전기 동력 장치, 또는 전기 드릴, 전기 그라인더 등과 같이 모터가 포함된 파워 툴일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 제어 유닛(40)은 프로세스가 개시되면 단계 S10에서 충전시작 요청이 있는지 판단한다.
일 예에서, 이차 전지(20)가 충전 유닛(C)에 연결되면 충전 유닛(C)의 제어 시스템은 충전시작 요청을 제어 유닛(40)으로 전달할 수 있다.
단계 S10의 판단이 YES이면 단계 S20이 진행되고 단계 S10의 판단이 NO이면 프로세스의 진행이 유보된다.
제어 유닛(40)은 단계 S20에서 센서 유닛(30)을 이용하여 이차 전지(20)의 개방전압값을 측정하고 저장 유닛(60)에 기록한다. 여기서, 개방전압값은 충전이 시작되기 전에 측정된 이차 전지(20)의 전압 측정값에 해당한다. 단계 S20 이후에 단계 S30이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S30에서 이차 전지(20)와 충전유닛(C)을 연결하는 선로에 설치된 스위치를 턴 온 시키고, 충전 유닛(C)을 제어하여 미리 설정된 충전 프로토콜에 따라 충전전류를 이차 전지(20) 측으로 인가한다.
바람직하게, 충전 프로토콜은 CC-CV 충전 프로토콜, 펄스 충전 프로토콜, 정전류-정전력 충전 프로토콜 등일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 단계 S30 이후에 단계 S40이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S40에서 센서 유닛(30)을 이용하여 이차 전지(20)의 동작 특성값을 측정하여 저장 유닛(60)에 기록한다. 여기서, 동작 특성값은 이차 전지의 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 포함한다. 단계 S40 이후에 단계 S50이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S50에서 저장 유닛(60)에 기록된 이차 전지(20)의 동작 특성값을 이용하여 충전상태를 산출하여 저장 유닛(60)에 저장한다.
여기서, 충전상태는 전류 적산법 또는 확장 칼만 필터를 이용하여 산출할 수 있다. 단계 S50 이후에 단계 S60이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S60에서 이차 전지(20)의 충전상태가 퇴화진단 충전상태 구간에 속하는지 판단한다. 바람직하게, 퇴화진단 충전상태 구간은 양극의 개방전압 프로파일 또는 음극의 개방전압 프로파일에 포함된 평탄 구간에 대응하는 충전상태 구간이다.
단계 S60의 판단이 YES이면, 단계 S70이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S70에서 충전 유닛(C)을 제어하여 충전 펄스 전류를 이차 전지(20)에 인가한다. 충전 펄스 전류는 도 3에 도시된 바와 같이, DC 전류가 인가되는 충전구간과 DC 전류가 인가되지 않은 휴지 구간을 포함한다. 충전구간은 미리 설정된 전기화학 반응 구간(t 1)과 리튬이온 확산 구간(t 2)을 포함한다. 충전구간에서 이차 전지(20)에 인가되는 DC 전류의 크기는 I pulse이다. 단계 S70 이후에 단계 S80이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S80에서 충전 펄스 전류가 인가되는 동안 센서 유닛(30)을 이용하여 이차 전지(20)의 동작 특성값을 주기적으로 측정하여 저장 유닛(60)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(60)에 기록된 동작 특성값을 참조하여 전기화학 반응 구간(t- 1)에서 생기는 제1전압 변화량(△V 1,k)과 리튬이온 확산 구간(t 2)에서 생기는 제2전압 변화량(△V 2,k)을 산출하고, 오옴의 법칙을 이용하여 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 각각 산출하여 저장 유닛(60)에 기록한다. 여기서, k는 충전 펄스 전류의 순서 인덱스이다. 단계 S80 이후에 단계 S90이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S90에서 저장 유닛(60)에 기록된 이차 전지(20)의 동작 특성값을 참조하여 충전 펄스 전류의 인가에 따른 충전상태 변화량(I pulse*△t/Q cell)을 산출한다. 또한, 제어 유닛(40)은 직전의 충전상태(SOC k-1)에 충전상태 변화량(I pulse*△t/Q cell)을 적산하여 충전 펄스 전류가 인가된 후의 충전상태(SOC k)를 결정하고 저장 유닛(60)에 기록한다. 여기서, I pulse는 충전 펄스 전류의 크기이고, △t는 충전구간의 듀레이션이고, Q cell은 이차전지(20)의 충전용량이다. 단계 S90 이후에 단계 S100이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S100에서 충전 펄스 전류의 인가주기가 경과되었는지 판단한다. 만약, 단계 S100의 판단이 NO이면 프로세스의 진행이 보류되고, 단계 S100의 판단이 YES이면 프로세스는 S60으로 되돌아간다.
제어 유닛(40)은 단계 S60으로 프로세스가 되돌아가면 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)가 퇴화진단 충전상태 구간에 속하면 충전 펄스 전류를 다시 인가하고(S70) 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 산출하여 저장 유닛(60)에 기록하고(S80) 충전 펄스 전류의 인가에 따른 충전상태 변화량(I pulse*△t/Q cell)을 산출하여 충전 펄스 전류가 인가된 후의 충전상태(SOC k)를 산출하여 저장 유닛(60)에 기록하는 과정(S90)을 다시 반복한다. 따라서, 단계 S70 내지 단계 S90은 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)가 퇴화진단 충전상태 구간에 속하는 동안 이차 전지(20)에 충전 펄스 전류가 인가될 때마다 계속 반복된다.
이로써, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)가 퇴화진단 충전상태 구간을 통과하는 동안 충전상태(SOC k) 별로 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k에 관한 복수의 데이터를 획득할 수 있다.
한편, 단계 S60의 판단이 NO인 경우, 즉 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)가 퇴화진단 충전상태 구간에 속하지 않으면, 프로세스는 단계 S110으로 이행한다.
제어 유닛(40)은 단계 S110에서 이차 전지(20)가 만충전 되었는지 판단한다. 일 예에서, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)가 100%가 되면 이차전지(20)가 만 충전된 것으로 결정할 수 있다.
제어 유닛(40)은, 단계 S110의 판단 결과가 YES이면 단계 S120에서 이차 전지의 충전을 종료하고, 단계 S110의 판단 결과가 NO이면 프로세스를 단계 S30으로 이행하여 미리 설정된 충전 프로토콜에 따라 충전 유닛(C)을 제어하여 이차 전지(20)에 충전전류를 계속해서 인가한다. 인가되는 충전전류는 정전류 또는 펄스전류일 수 있다. 단계 S120 이후에 단계 S130이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S130에서 이차 전지(20)에 대한 방전시작 요청이 있는지 판단한다. 일 예에서, 제어 유닛(40)은 부하 제어 시스템으로부터 방전시작 요청을 수신할 수 있다.
제어 유닛(40)은 단계 S130의 판단이 YES이면 단계 S140에서 이차 전지(20)와 부하(L)를 연결하는 선로에 설치된 스위치를 턴 온시켜 이차 전지(20)을 방전시키고 단계 S130의 판단이 NO이면 프로세스의 진행을 보류한다. 단계 S140 이후에 단계 S150이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S150에서 충전시작 요청이 있는지 판단한다. 충전시작 요청은 충전 유닛(C)의 제어 시스템으로부터 제공될 수 있다.
제어 유닛(40)은 단계 S150의 판단이 NO이면 이차 전지(20)의 방전을 유지하고 단계 S150의 판단이 YES이면 단계 S160에서 이차 전지(20)의 방전을 중단한다. 단계 S160 이후에 단계 S170이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S170에서 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건을 조정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제어 유닛(40)이 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건을 조정하는 과정을 자세하게 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 제어 유닛(40)은 단계 P10에서 저장 유닛(60)에 충전상태(SOC k) 별로 저장되어 있는 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 이용하여 충전상태(SOC k) 별로 퇴화진단 저항비율 R t2,k/ R t1,k을 산출한다.
여기서, k는 1 이상 n 이하의 자연수이고, n은 이차 전지(20)의 충전상태(SOC k)가 퇴화진단 충전상태 구간에 속하는 동안 이차 전지(20)에 인가된 충전 펄스 전류의 총 수이다. 단계 P10 이후에 단계 P20이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 P20에서 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/ R t1,k과 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 식별한다.
일 측면에 따르면, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/ R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 큰 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
대안적으로, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 큰 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
반대로, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 작은 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
대안적으로, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 작은 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
위와 같은 결정 기준은 이차 전지(20)의 음극이 평탄구간을 포함하는 개방전압 프로파일을 구비하고, 이차 전지(20)의 양극이 평탄 구간을 포함하지 않는 개방전압 프로파일을 구비하는 경우에 유효하다.
다른 측면에서, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 큰 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
대안적으로, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer 보다 큰 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
반대로, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 충전상태(SOC k) 별로 산출한 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값이 충전상태(SOC k) 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값보다 작은 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
대안적으로, 제어 유닛(40)은 단계 P20에서 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k이 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer보다 작은 충전상태 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정할 수 있다.
위와 같은 결정 기준은 이차 전지(20)의 양극이 평탄 구간을 포함하는 개방전압 프로파일을 구비하고, 이차 전지(20)의 음극이 평탄 구간을 포함하지 않는 개방전압 프로파일을 구비하는 경우에 유효하다.
단계 P20 이후에 단계 P30이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 P30에서 퇴화 편중 전극이 양극인지 판단한다.
제어 유닛(40)은 단계 P30의 판단이 YES이면, 즉 퇴화 편중 전극이 양극이면, 단계 P40에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 다음 충방전 사이클에서 적용되는 충방전 운용 조건을 적응적으로 조절할 수 있다.
바람직하게, 충방전 운용 조건은, 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 충전 펄스 전류의 휴지 구간, 방전 펄스 전류의 휴지 구간, 충전 전류의 씨레이트 및 방전 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
일 예에서, 제어 유닛(40)은 퇴화 편중 전극이 양극일 경우 다음 충방전 사이클을 진행함에 있어서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압을 감소시키거나 방전 컷오프 전압을 증가시키거나 충전전류 또는 방전전류의 씨레이트를 감소시키거나 충전 펄스 전류 또는 방전 펄스 전류의 휴지 구간을 증가시킬 수 있다. 여기서, 휴지 구간은 휴지 시간을 의미한다.
퇴화 편중 전극이 양극일 때, 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따른 각 충방전 운용 조건의 변동량은 룩업 테이블로서 미리 설정될 수 있다.
위와 같이, 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건이 변경되면, 충전 말기 또는 방전 말기에 양극에 포함된 활물질 입자의 구조가 붕괴되는 것을 완화할 수 있다.
제어 유닛(40)은 단계 P30의 판단이 NO이면 단계 P50에서 퇴화 편중 전극이 음극인지 판단한다.
제어 유닛(40)은 단계 P50의 판단이 YES이면, 즉 퇴화 편중 전극이 음극이면, 단계 P60에서 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 다음 충방전 사이클에서 적용되는 충방전 운용 조건을 적응적으로 조절할 수 있다.
구체적으로, 제어 유닛(40)은 단계 P60에서 퇴화 편중 전극이 음극일 경우 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압을 감소시키거나 방전 컷오프 전압을 증가시키거나 충전전류 또는 방전전류의 씨레이트를 감소시키거나 충전 펄스 전류 또는 방전 펄스 전류의 휴지 구간을 증가시킬 수 있다.
퇴화 편중 전극이 음극일 때, 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k의 평균값과 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따른 각 충방전 운용 조건의 변동량은 룩업 테이블로서 미리 설정될 수 있다.
위와 같이, 이차 전지(20)의 충방전 운용 조건이 변경되면, 리튬 이온이 활물질 입자 내부로 충분히 확산할 수 있도록 하여 리튬이 음극에서 석출되는 현상을 방지할 수 있다.
제어 유닛(40)은 단계 P40 또는 단계 P60에서 다음 충방전 사이클에서 적용할 충방전 운용 조건을 조정한 후 단계 S30으로 프로세스를 이행하여 변경된 조건에 따라서 이차전지(20)에 충전전류를 인가할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상술한 실시예와 달리, 이차 전지(20)가 방전 모드로 동작할 때에도 적용될 수 있다.
이 경우, 도 4에 도시된 제어 로직은 이차 전지(20)의 방전 모드에 맞도록 용이하게 변경될 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
즉, 제어 유닛(40)은 이차 전지(20)가 퇴화진단 충전상태 구간에서 방전될 때 부하 관리 시스템을 제어하여 이차 전지(20)를 통해 방전 펄스 전류가 흐르게 하고, 각 방전 펄스 전류가 흐를 때마다 충전상태 별로 전기화학반응저항 및 리튬이온확산저항의 비율을 산출하여 퇴화진단 저항비율을 결정하고, 충전상태 별로 산출된 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화 편중 전극을 결정하고, 퇴화 편중 전극의 종류에 따라서 다음 충방전 사이클에서 적용할 충방전 운용 조건을 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, MOL 상태에 있는 이차 전지에 대해 양극과 음극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 전극의 종류를 식별하고 해당 전극의 전기화학적 특성을 고려하여 충방전 운용 조건을 적응적으로 제어할 수 있다.
따라서, 이차 전지의 전체 퇴화도를 고려하여 충방전 운용 조건을 조절하는 종래 기술과 비교하여 MOL 상태에 있는 이차 전지의 충방전 동작을 안전하게 제어할 수 있다.
또한, 퇴화도가 상대적으로 큰 전극에 초점을 맞추어 충방전 운용 조건이 적응적으로 조절되므로 양극 퇴화도와 음극 퇴화도의 균형을 맞춤으로써 이차 전지의 수명을 증가시킬 수 있다.
<실험예>
이하에서는 본 발명의 실험예를 설명한다. 본 실험예는 본 발명의 효과를 설명하기 위해 제공하는 것으로서, 본 발명의 범위가 이하에서 서술되는 실험예에 의해 한정되지 않음은 자명하다.
도 6은 도 2에 도시된 개방전압 프로파일을 가지는 BOL 상태에 있는 리튬 이차 전지를 퇴화진단 충전상태 구간인 67% 내지 97%에서 충전하는 동안 이차 전지에 충전 펄스 전류를 인가할 때마다 산출한 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 개방전압에 따라서 플로팅한 그래프이다.
개방전압은 충전상태와 1:1의 관계에 있으므로 각 그래프는 충전상태에 따른 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k의 프로파일과 실질적으로 동일하다.
리튬 이차 전지에 인가된 충전 펄스 전류의 충전구간 및 휴지구간의 길이는 각각 10초이고, 충전구간 중에서 전기화학반응저항이 결정되는 구간은 0.1초이고, 리튬이온확산저항이 결정되는 구간은 9.9초이다. 충전 펄스 전류의 전류 크기 I pulse는 0.5 씨레이트이다.
리튬 이차 전지는 리튬 폴리머 셀이며, 양극 활물질로서 리튬전이금속산화물인 Li aNi xCo yMn zO 2를 포함하고, 음극에 활물질로서 그라파이트를 포함한다. 리튬 이차 전지의 전해질은 용매와 리튬염을 포함한다. 용매는 EC(Ethylene carbonate)와 EMC(Ethyl methyl carbonate)를 3:7의 중량비로 포함하고 있다. 리튬염은 LiPF 6이고 농도는 1mol이다.
도 6에 있어서, 폐쇄 사각형은 전기화학반응저항 R t1,k을 나타내고, 개방사각형은 리튬이온확산저항 R t2,k을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 전기화학반응저항 R t1,k은 리튬이온 확산저항 R t2,k 보다 값이 상대적으로 크다.
도 7은 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지와 MOL2 상태에 있는 리튬 이차전지를 준비하고, 각 리튬 이차 전지를 퇴화진단 충전상태 구간인 67% 내지 97%에서 펄스 충전하는 동안 산출한 전기화학반응저항 R t1,k과 리튬이온확산저항 R t2,k을 개방전압에 따라서 플로팅한 그래프이다.
MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지는 양극의 퇴화도가 음극의 퇴화도보다 상대적으로 큰 이차 전지로서, 이차 전지의 과충전을 의도적으로 야기하여 양극에 포함된 활물질의 구조를 열화시킴으로써 양극의 퇴화도를 음극의 퇴화도보다 상대적으로 더 증가시킨 전지이다.
MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지는 음극의 퇴화도가 양극의 퇴화도보다 상대적으로 큰 이차 전지로서 의도적으로 음극에 포함된 활물질 입자의 표면에 리튬이 석출되는 충전조건을 적용하여 음극의 퇴화도를 양극의 퇴화도보다 상대적으로 더 증가시킨 전지이다.
도 7에 있어서, 폐쇄 사각형으로 플로팅된 프로파일은 BOL 상태에 있는 리튬 이차 전지의 전기화학반응저항 R t1,k을 나타내고, 개방 사각형으로 플로팅된 프로파일은 BOL 상태에 있는 리튬 이차 전지의 리튬이온확산저항 R t2,k를 나타낸다.
또한, 폐쇄 원으로 플로팅된 프로파일은 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 전기화학반응저항 R t1,k을 나타내고, 개방 원으로 플로팅된 프로파일은 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 리튬이온확산저항 R t2,k를 나타낸다.
또한, 폐쇄 삼각형으로 플로팅된 프로파일은 MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 전기화학반응저항 R t1,k을 나타내고, 개방 삼각형으로 플로팅된 프로파일은 MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 리튬이온확산저항 R t2,k를 나타낸다.
도 8에 있어서, 폐쇄 사각형으로 나타낸 프로파일은 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer을 나타내고, 폐쇄 원으로 나타낸 프로파일은 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k을 나타내고, 폐쇄 삼각형으로 나타낸 프로파일은 MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k을 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면, MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 전기화학반응저항 R t1,k는 기준 값인 R t1,refer와 비교하여 큰 변화가 없지만 리튬이온확산저항 R t2,k의 크기는 퇴화진단 충전상태의 전 구간에서 기준 값인 R t2,refer보다 증가하였고, 그 결과로 MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k은 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer 보다 상대적으로 크다는 것을 확인할 수 있다.
또한, MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 전기화학반응저항 R t1,k는 퇴화진단 충전상태의 전 구간에서 기준 값인 R t1,refer보다 증가하였고 리튬이온확산저항 R t2,k의 크기는 기준 값인 R t2,refer와 비교하여 큰 변화가 없고, 그 결과로 MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 퇴화진단 저항비율 R t2,k/R t1,k은 기준 퇴화진단 저항비율 R t2,k,refer/R t1,k,refer 보다 상대적으로 작다는 것을 확인할 수 있다.
위와 같은 결과는, MOL1 상태에 있는 리튬 이차 전지의 경우 퇴화 편중 전극이 양극이고, MOL2 상태에 있는 리튬 이차 전지의 경우 퇴화 편중 전극이 음극이라는 사실과 잘 부합된다.
따라서, 본 발명이 개시한 바와 같이, MOL 상태에 있는 이차 전지의 전극 중에서 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극의 종류를 식별하고, 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클에서 적용할 충방전 운용 조건을 적응적으로 조절하면 퇴화 편중 전극의 퇴화 속도를 완화시킬 수 있으므로 충전(특히, 고속충전)의 안전성을 향상시킬 수 있고 양극 퇴화도와 음극 퇴화도의 균형을 맞추어 이차 전지의 수명을 증가시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~유닛' 또는 '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
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.

Claims (20)

  1. 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 포함하는 동작 특성값을 측정하는 센서 유닛; 및
    상기 센서 유닛과 동작 가능하게 결합된 제어 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은,
    상기 센서 유닛으로부터 동작 특성값을 수신하고,
    미리 설정된 퇴화진단 충전상태 구간에서 이차 전지를 통해 펄스 전류가 흐를 때마다 상기 동작 특성값을 이용하여 이차 전지의 충전상태를 결정하고,
    각 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 전기화학반응저항을 결정하고, 상기 초기 시간을 제외한 나머지 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 리튬이온확산저항을 결정하고,
    전기화학반응저항 대비 리튬이온확산저항의 상대적 비율인 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 결정하고,
    상기 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클의 운용 조건을 적응적으로 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간은 0.1msec 내지 1 초임을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 음극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간은 상기 평탄 구간에 대응되는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 큰 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 작은 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 큰 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 작은 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는, 양극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간은 상기 평탄 구간에 대응되는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 큰 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 작은 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 큰 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성되고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 작은 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 퇴화 편중 전극이 양극일 경우 충전상태 별로 결정한 상기 퇴화진단 저항비율의 평균값과 충전상태 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 펄스 전류의 휴지 구간 및 펄스 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 동작 조건을 조절하고,
    상기 퇴화 편중 전극이 음극일 경우 충전상태 별로 결정한 상기 퇴화진단 저항비율의 평균값과 충전상태 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 펄스 전류의 휴지 구간 및 펄스 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 동작 조건을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치.
  10. 제1항에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  11. 제1항에 따른 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치를 포함하는 전기 구동 장치.
  12. (a) 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 포함하는 동작 특성값을 측정하는 단계;
    (b) 미리 설정된 퇴화진단 충전상태 구간에서 이차 전지를 통해 펄스 전류가 흐를 때마다 상기 동작 특성값을 이용하여 이차 전지의 충전상태를 결정하는 단계;
    (c) 각 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 전기화학반응저항을 결정하고, 상기 초기 시간을 제외한 나머지 시간 동안 측정된 전압 변화량으로부터 리튬이온확산저항을 결정하는 단계;
    (d) 전기화학반응저항 대비 리튬이온확산저항의 상대적 비율인 퇴화진단 저항비율과 미리 설정된 기준 퇴화진단 저항비율을 비교하여 퇴화도가 상대적으로 큰 퇴화 편중 전극을 결정하는 단계; 및
    (e) 상기 퇴화 편중 전극의 종류에 따라 다음 충방전 사이클의 운용 조건을 적응적으로 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 펄스 전류 구간 중에서 미리 설정된 초기 시간은 0.1msec 내지 1 초임을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 이차 전지는 음극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간은 상기 평탄 구간에 대응되는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (d) 단계에서,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 큰 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 작은 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 (d) 단계에서,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 큰 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 작은 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 이차 전지는 양극의 충전상태에 따른 개방전압 프로파일이 평탄 구간을 가지고, 상기 퇴화진단 충전상태 구간은 상기 평탄 구간에 대응되는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 (d) 단계에서,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 큰 경우 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간에서 산출한 퇴화진단 저항비율의 평균값이 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값보다 작은 경우 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 (d) 단계에서,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 큰 구간의 비율이 임계치 이상일 때 음극을 퇴화 편중 전극으로 결정하고,
    상기 퇴화진단 충전상태 구간 중에서 퇴화진단 저항비율이 기준 퇴화진단 저항비율보다 작은 구간의 비율이 임계치 이상일 때 양극을 퇴화 편중 전극으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 (e) 단계에서,
    상기 퇴화 편중 전극이 양극일 경우 충전상태 별로 결정한 상기 퇴화진단 저항비율의 평균값과 충전상태 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 펄스 전류의 휴지 구간 및 펄스 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 동작 조건을 조절하고,
    상기 퇴화 편중 전극이 음극일 경우 충전상태 별로 결정한 상기 퇴화진단 저항비율의 평균값과 충전상태 별로 미리 설정한 기준 퇴화진단 저항비율의 평균값 사이에 존재하는 편차에 따라 충전 컷오프 전압, 방전 컷오프 전압, 펄스 전류의 휴지 구간 및 펄스 전류의 씨레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 동작 조건을 조절하는 것을 특징으로 하는 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 방법.
PCT/KR2020/014620 2019-12-11 2020-10-23 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법 WO2021118049A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080037722.8A CN113853706B (zh) 2019-12-11 2020-10-23 使用电极的相对劣化程度控制二次电池操作的设备和方法
JP2021566222A JP7275452B2 (ja) 2019-12-11 2020-10-23 電極の相対的退化度を用いた二次電池の動作制御装置及び方法
EP20899462.4A EP4016698A1 (en) 2019-12-11 2020-10-23 Apparatus and method for controlling operation of secondary battery by using relative degree of aging of electrode
US17/612,015 US11942810B2 (en) 2019-12-11 2020-10-23 Apparatus and method for controlling operation of secondary battery using relative deterioration degree of electrode

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190164888A KR20210074001A (ko) 2019-12-11 2019-12-11 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법
KR10-2019-0164888 2019-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021118049A1 true WO2021118049A1 (ko) 2021-06-17

Family

ID=76330508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/014620 WO2021118049A1 (ko) 2019-12-11 2020-10-23 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11942810B2 (ko)
EP (1) EP4016698A1 (ko)
JP (1) JP7275452B2 (ko)
KR (1) KR20210074001A (ko)
CN (1) CN113853706B (ko)
WO (1) WO2021118049A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023057577A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Jt International Sa Aerosol generation device battery verification

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210016795A (ko) * 2019-08-05 2021-02-17 주식회사 엘지화학 에너지 허브 장치 및 에너지 관리 방법
CN116073000B (zh) * 2021-10-29 2024-01-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 用于二次电池的充电方法、装置、设备及计算机存储介质
KR20230087787A (ko) * 2021-12-10 2023-06-19 주식회사 엘지에너지솔루션 충전 프로토콜 검사 장치 및 그것의 동작 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326471A (ja) * 1998-05-13 1999-11-26 Kyushu Electric Power Co Inc 矩形波状電流印加による電池劣化度・残存容量判定方法及び装置
JP2004327338A (ja) * 2003-04-25 2004-11-18 Kyushu Electric Power Co Inc 鉛電池の容量規制極の判定方法及びその装置
JP2014044149A (ja) * 2012-08-28 2014-03-13 Suzuki Motor Corp リチウムイオン電池の劣化推定方法
KR20160140439A (ko) * 2015-05-29 2016-12-07 도요타지도샤가부시키가이샤 리튬 이온 이차 전지의 열화도 산출 방법, 제어 방법 및 제어 장치
WO2019013536A1 (ko) * 2017-07-10 2019-01-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 회생 방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070169A (ja) 2001-08-27 2003-03-07 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 自動車用鉛蓄電池の劣化判定方法
JP2007187533A (ja) 2006-01-12 2007-07-26 Sanyo Electric Co Ltd 電池の寿命判定方法
JP2008041565A (ja) 2006-08-09 2008-02-21 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 電池特性の検出方法及び検出装置
JP5515530B2 (ja) 2009-09-04 2014-06-11 日産自動車株式会社 リチウム二次電池の充電システム
JP5537236B2 (ja) 2010-04-13 2014-07-02 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法
EP2837944B1 (en) 2012-04-30 2019-05-01 LG Chem, Ltd. Method and apparatus for estimating parameters of a secondary battery
KR101504804B1 (ko) 2012-06-05 2015-03-20 주식회사 엘지화학 노화를 고려한 이차 전지의 상태 추정 방법 및 장치
JP2014126411A (ja) * 2012-12-25 2014-07-07 Toyota Motor Corp 二次電池の状態推定装置及び制御装置
JP6239241B2 (ja) * 2013-02-04 2017-11-29 株式会社東芝 電池性能推定方法および電池性能推定装置
US10189366B2 (en) 2013-04-11 2019-01-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery system
JP6256682B2 (ja) * 2013-12-24 2018-01-10 三菱自動車工業株式会社 二次電池の管理装置
JPWO2016059869A1 (ja) * 2014-10-17 2017-04-27 株式会社東芝 二次電池の充電状態推定装置及びその充電状態推定方法
EP3159708B1 (de) 2015-10-19 2022-05-04 Robert Bosch GmbH Verfahren zum bestimmen eines alterungszustandes einer batterie, verfahren zum steuern einer batterie und betriebsvorrichtung
JP2018046667A (ja) 2016-09-14 2018-03-22 株式会社東芝 充電パターン作成装置、充電制御装置、充電パターン作成方法、プログラム、及び蓄電システム
JP6567582B2 (ja) * 2017-03-08 2019-08-28 株式会社東芝 充放電制御装置、使用条件作成装置、プログラム、及び蓄電システム
JP6567616B2 (ja) * 2017-09-11 2019-08-28 プライムアースＥｖエナジー株式会社 二次電池状態判定方法及び二次電池状態判定装置
US11226374B2 (en) 2017-10-17 2022-01-18 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Data-driven model for lithium-ion battery capacity fade and lifetime prediction
CN111164437B (zh) 2018-04-10 2022-05-31 株式会社Lg化学 用于诊断电池的设备和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326471A (ja) * 1998-05-13 1999-11-26 Kyushu Electric Power Co Inc 矩形波状電流印加による電池劣化度・残存容量判定方法及び装置
JP2004327338A (ja) * 2003-04-25 2004-11-18 Kyushu Electric Power Co Inc 鉛電池の容量規制極の判定方法及びその装置
JP2014044149A (ja) * 2012-08-28 2014-03-13 Suzuki Motor Corp リチウムイオン電池の劣化推定方法
KR20160140439A (ko) * 2015-05-29 2016-12-07 도요타지도샤가부시키가이샤 리튬 이온 이차 전지의 열화도 산출 방법, 제어 방법 및 제어 장치
WO2019013536A1 (ko) * 2017-07-10 2019-01-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 회생 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GREGORY L. PLETT: "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs, Parts 1, 2 and 3", JOURNAL OF POWER SOURCE, vol. 134, 2004, pages 252 - 261

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023057577A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Jt International Sa Aerosol generation device battery verification

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022532120A (ja) 2022-07-13
KR20210074001A (ko) 2021-06-21
JP7275452B2 (ja) 2023-05-18
CN113853706B (zh) 2024-03-15
CN113853706A (zh) 2021-12-28
US11942810B2 (en) 2024-03-26
US20220231515A1 (en) 2022-07-21
EP4016698A1 (en) 2022-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021118049A1 (ko) 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법
WO2020204584A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2017034277A1 (ko) 이차 전지의 퇴화도 추정 장치 및 방법
WO2013165089A1 (ko) 이차 전지의 파라미터 추정 장치 및 방법
WO2018105881A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2018139764A2 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2014088325A1 (ko) 이차 전지의 방전 심도 추정 장치 및 방법
WO2014137082A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력 추정 장치 및 방법
WO2017142385A1 (ko) 스위치 부품의 고장 진단 장치 및 방법
WO2017082705A1 (ko) 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법
WO2014084680A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력 추정 장치 및 방법
WO2014088324A1 (ko) 이차 전지의 파라미터 추정 장치 및 방법
WO2013187581A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 충전 상태 추정 장치 및 방법
WO2020130324A1 (ko) 이차 전지의 스텝 충전 제어 장치 및 방법
WO2019199064A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2019027190A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2013187582A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 충전 상태 추정 장치 및 방법
WO2022092827A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2014088299A1 (ko) 이차 전지의 파라미터 추정 장치 및 방법
WO2015056964A1 (ko) 하이브리드 이차 전지의 상태 추정 장치 및 그 방법
WO2021118118A1 (ko) 배터리 퇴화도 진단 장치 및 방법
WO2021006571A1 (ko) 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법
WO2020189919A1 (ko) 배터리 상태 추정 장치
WO2020189914A1 (ko) 배터리 상태 추정 장치
WO2021006708A1 (ko) 배터리 팩의 상태 진단 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20899462

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021566222

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020899462

Country of ref document: EP

Effective date: 20220317

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE