WO2022124773A1 - 배터리 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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peak
target peak
voltage
differential
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배윤정
차아밍
우경화
정희석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a battery, and more particularly, to an apparatus and method for diagnosing a battery capable of diagnosing the state of a negative electrode of a battery.
  • polarization occurs internally in the battery.
  • the polarization phenomenon depends on the various resistive components of the battery (eg, ohmic resistance, charge transfer resistance, diffusion resistance).
  • OCV open circuit voltage
  • the overvoltage may increase as the degree of degradation of the battery increases.
  • the overvoltage is excessively increased, there is a problem in that the deterioration of the battery is accelerated.
  • the voltage of the negative electrode of the battery gradually decreases. If the voltage of the negative electrode of the battery drops below 0 V due to overvoltage, lithium metal is rapidly precipitated in the negative electrode expression, and as a result, it is possible to participate in the charge and discharge reaction. Loss of lithium ions may increase.
  • the negative electrode (eg, graphite) of the battery may undergo a stabilization process in which a reaction area is increased through contraction and expansion during an initial charge/discharge process.
  • the overvoltage of the negative electrode may be reduced compared to the initial stage due to an increase in the reaction area of the negative electrode. That is, the increase in the reaction area of the negative electrode in the initial charging and discharging process is due to the contraction and expansion of the negative electrode, and causes a decrease in the overvoltage.
  • the overvoltage of the negative electrode may gradually increase as the battery deteriorates.
  • the overvoltage of the negative electrode may gradually increase due to the effects of the reduction decomposition of the electrolyte and the generation of solid electrolyte interphase (SEI) according to the deterioration of the battery.
  • SEI solid electrolyte interphase
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for diagnosing a battery capable of specifically diagnosing a negative electrode state of a battery based on voltage and capacity of the battery.
  • a battery diagnosis apparatus includes: a profile generator configured to generate a differential profile indicating a correspondence between a differential capacity of a voltage of a battery and a voltage of the battery; and receiving the differential profile from the profile generator, determining a target peak in the differential profile, determining a behavior pattern of the target peak based on a reference peak included in a preset reference profile, and and a control unit configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery by comparing the determined behavior pattern with a plurality of preset behavior types.
  • the controller may be configured to diagnose the negative electrode state of the battery as an overvoltage state or a stabilization state according to a behavior type corresponding to the behavior pattern among the plurality of behavior types.
  • the plurality of behavior types may include: a first behavior type in which a voltage of the target peak exceeds a voltage of the reference peak and a differential capacity of the target peak is less than a differential capacitance of the reference peak; and a second behavior type in which the voltage of the target peak is less than the voltage of the reference peak, and the differential capacitance of the target peak is equal to or greater than the differential capacitance of the reference peak.
  • the controller may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery as the overvoltage state when the behavior pattern determined for the target peak corresponds to the first behavior type.
  • the controller may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery as the stable state when the behavior pattern determined for the target peak corresponds to the second behavior type.
  • the control unit when a plurality of peaks exist within a predetermined voltage range based on the voltage of the target peak, selects the plurality of peaks, and the differential capacitance of each of the selected plurality of peaks is less than the differential capacitance of the reference peak , when the voltage of each of the plurality of peaks exceeds the voltage of the reference peak, the state of the negative electrode of the battery may be diagnosed as the overvoltage state.
  • the controller may be configured to determine the plurality of peaks within a predetermined voltage section when the behavior pattern determined for the target peak corresponds to the first behavior type.
  • the control unit determines a first target peak and a second target peak having different voltages in the differential profile, a first behavior pattern of the first target peak with respect to a first reference peak included in the reference profile, and the reference a second behavior pattern of the second target peak with respect to a second reference peak included in the profile is determined, and when both the first behavior pattern and the second behavior pattern correspond to the second behavior type, It may be configured to diagnose the state of the negative electrode as the stabilizing state.
  • the controller may be configured to determine the first target peak and the second target peak when the behavior pattern determined for the target peak corresponds to the second behavior type.
  • the controller may be configured to decrease at least one of an available SOC section and a maximum allowable temperature of the battery when the state of the negative electrode of the battery is diagnosed as the stable state.
  • the control unit may be configured to determine, as the target peak, a peak having a maximum differential capacity in the differential profile.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery diagnosis apparatus according to an aspect of the present invention.
  • a method for diagnosing a battery includes a differential profile generating step of generating a differential profile indicating a correspondence relationship between a differential capacity with respect to a voltage of a battery and a voltage of the battery; a target peak determination step of determining a target peak from the differential profile; a behavior pattern determining step of determining a behavior pattern of the target peak based on a reference peak included in a preset reference profile; and comparing the determined behavior pattern with respect to the target peak with a plurality of preset behavior types to diagnose the state of the negative electrode of the battery.
  • the state of the negative electrode of the battery can be diagnosed as an overvoltage state or a stable state based on the voltage and capacity of the battery.
  • a usage condition corresponding to the battery can be set according to the diagnosed negative electrode state of the battery, deterioration of the battery can be prevented and lifespan can be increased.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an apparatus for diagnosing a battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which the battery diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention diagnoses a state of a negative electrode of a battery based on a reference profile and a differential profile.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating another embodiment in which the battery diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention diagnoses a state of a negative electrode of a battery based on a reference profile and a differential profile.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating another embodiment in which the battery diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention diagnoses a state of a negative electrode of a battery based on a reference profile and a differential profile.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating another embodiment in which the battery diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention diagnoses a state of a negative electrode of a battery based on a reference profile and a differential profile.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a method for diagnosing a battery according to another embodiment of the present invention.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery diagnosis apparatus 100 may include a profile generator 110 and a controller 120 .
  • the profile generator 110 may be configured to generate a differential profile indicating a correspondence relationship between a differential capacity with respect to the voltage of the battery and the voltage of the battery.
  • the battery means one independent cell that has a negative terminal and a positive terminal and is physically separable.
  • one pouch-type lithium polymer cell may be regarded as a battery.
  • the profile generator 110 may obtain a voltage profile indicating a correspondence relationship between the voltage and capacity of the battery.
  • the profile generator 110 may calculate the differential capacity (dQ/dV) by differentiating the capacity with respect to the voltage of the battery.
  • the profile generator 110 may generate a differential profile indicating a correspondence between the voltage of the battery and the calculated differential capacity.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which the battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention diagnoses the state of the negative electrode of the battery based on the reference profile Pa and the differential profile PDa. .
  • the differential profile PDa generated by the profile generator 110 is expressed as an X-Y graph when the voltage of the battery is set to X and the differential capacity with respect to the voltage of the battery is set to Y.
  • the differential capacity is a value obtained by differentiating the capacity of the battery with a voltage, and may be expressed as [dQ/dV].
  • the controller 120 may be configured to receive the differential profile PDa from the profile generator 110 .
  • the controller 120 and the profile generator 110 may be connected to each other to enable communication.
  • the profile generator 110 may transmit the generated differential profile PDa to the controller 120 , and the controller 120 may receive the differential profile PDa.
  • the controller 120 may be configured to determine the target peak TPa from the differential profile PDa.
  • the peak may be a point having an upward convex opening in the differential profile PDa.
  • a peak is a point at which the instantaneous rate of change of the differential capacitance with respect to voltage in the differential profile (PDa) is 0.
  • the instantaneous rate of change on the low voltage side is positive, and the instantaneous rate of change on the high voltage side may be negative. .
  • a plurality of peaks may be included in the differential profile PDa.
  • the controller 120 may determine any one of a plurality of peaks included in the differential profile PDa as the target peak TPa.
  • the controller 120 may be configured to determine a peak having a maximum differential capacity in the differential profile PDa as the target peak TPa.
  • the target peak TPa having the largest differential capacitance may have a voltage of V2 and a differential capacitance of a2.
  • controller 120 may be configured to determine the behavior pattern of the target peak TPa based on the reference peak RPa included in the preset reference profile Pa.
  • the controller 120 may determine the behavior pattern of the target peak TPa by comparing the voltage between the reference peak RPa and the target peak TPa and comparing the differential capacitance.
  • the controller 120 may determine whether the voltage of the target peak TPa is less than or greater than the voltage of the reference peak RPa. Also, the controller 120 may determine whether the differential capacitance of the target peak TPa is less than or greater than the differential capacitance of the reference peak RPa.
  • the voltage of the reference peak RPa may be V1, and the differential capacitance may be a1.
  • the voltage of the target peak TPa may be V2, and the differential capacitance may be a2.
  • the controller 120 may determine that the voltage of the target peak TPa exceeds the voltage of the reference peak RPa and the differential capacity of the target peak TPa is less than the differential capacitance of the reference peak RPa.
  • the controller 120 may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery by comparing the determined behavior pattern with respect to the target peak with a plurality of preset behavior types.
  • the controller 120 may be configured to diagnose the negative electrode state of the battery as an overvoltage state or a stabilization state according to a behavior type corresponding to the behavior pattern among the plurality of behavior types.
  • the plurality of behavior types may include a first behavior type corresponding to the overvoltage state and a second behavior type corresponding to the stabilization state.
  • the overvoltage state may be a state in which the battery is degraded and an overvoltage is generated in the negative electrode of the battery compared to the negative electrode of the battery in the beginning of life (BOL) state.
  • the stabilization state may be a state in which the negative electrode of the battery contracts and expands during the initial charging/discharging process.
  • the control unit 120 determines the behavior pattern of the target peak TPa with respect to the reference peak RPa, and specifically identifies whether the state of the negative electrode of the battery is an overvoltage state or a stable state based on the determined behavior pattern. have.
  • the battery diagnosis apparatus 100 has the advantage of specifically distinguishing and diagnosing the state of the negative electrode of the battery based on the differential profile of the battery.
  • the controller 120 included in the battery diagnosis apparatus 100 includes a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, and registers known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the controller 120 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 120 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 120 , and may be connected to the control unit 120 by various well-known means.
  • the battery diagnosis apparatus 100 may further include a storage unit 130 .
  • the storage unit 130 may store data necessary for each component of the battery diagnosis apparatus 100 to perform an operation and function, a program or data generated while an operation and a function are performed.
  • the storage unit 130 is not particularly limited in its type as long as it is a known information storage means capable of writing, erasing, updating and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, and the like.
  • the storage unit 130 may store program codes in which processes executable by the control unit 120 are defined.
  • the storage unit 130 may store a reference profile and a voltage profile for the battery.
  • the profile generator 110 may access the storage 130 to obtain a voltage profile, and then generate a differential profile based on the obtained voltage profile.
  • the profile generator 110 may directly receive a voltage profile from the outside.
  • the storage unit 130 may store the differential profile generated by the profile generation unit 110 .
  • the controller 120 may directly receive the differential profile from the profile generator 110 , or may access the storage 130 to obtain the differential profile stored in the storage 130 .
  • the control unit 120 may access the storage unit 130 to obtain a reference profile for the battery.
  • the plurality of behavior types may include a first behavior type in which a voltage of the target peak exceeds a voltage of the reference peak and a differential capacitance of the target peak is less than a differential capacitance of the reference peak.
  • the controller 120 may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery as the overvoltage state when the behavior pattern determined for the target peak corresponds to the first behavior type.
  • the voltage of the target peak TPa may be V2, and the voltage of the reference peak RPa may be V1.
  • the differential capacity of the target peak TPa may be a2, and the differential capacity of the reference peak RPa may be a1. Since the voltage of the target peak TPa exceeds the voltage of the reference peak RPa and the differential capacitance of the target peak TPa is less than the differential capacitance of the reference peak RPa, the controller 120 controls the target peak TPa. It may be determined that the behavior pattern corresponds to the first behavior type. Accordingly, the controller 120 may diagnose the state of the negative electrode of the battery of FIG. 2 as an overvoltage state.
  • the plurality of behavior types may include a second voltage of the target peak TPb that is less than a voltage of the reference peak RPb, and a differential capacitance of the target peak TPb that is equal to or greater than the differential capacitance of the reference peak RPb. Behavior types may be included.
  • the controller 120 may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery as the stable state when the behavior pattern determined for the target peak corresponds to the second behavior type.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating another embodiment in which the battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention diagnoses the state of the negative electrode of the battery based on the reference profile Pb and the differential profile PDb. .
  • the reference profile Pb and the differential profile PDb of FIG. 3 may be different from the reference profile Pa and the differential profile PDa of FIG. 2 .
  • the target batteries of FIGS. 2 and 3 may be different batteries.
  • the reference profile may be set for each battery, and preferably may be preset by reflecting the BOL state of the battery. That is, the reference profile is not uniformly set for batteries of the same type, but may be individually set for each battery by reflecting the BOL state of the batteries. Accordingly, the state of the negative pole of the battery diagnosed by the controller 120 may be in consideration of the BOL state of the battery to be diagnosed with the negative polarity.
  • the voltage of the target peak TPb may be Vb, and the voltage of the reference peak RPb may be Va.
  • the differential capacity of the target peak TPb may be b2, and the differential capacity of the reference peak RPb may be b1. Since the voltage of the target peak TPb is less than the voltage of the reference peak RPb and the differential capacity of the target peak TPb is equal to or greater than the differential capacitance of the reference peak RPb, the controller 120 controls the behavior of the target peak TPb It may be determined that the pattern corresponds to the second behavior type. Accordingly, the controller 120 may determine the state of the negative electrode of the battery of FIG. 3 as a stable state.
  • the controller 120 may be configured to select the plurality of peaks when a plurality of peaks exist within a predetermined voltage range based on the voltage of the target peak.
  • FIGS. 2 and 4 are diagram schematically illustrating another embodiment in which the battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention diagnoses the state of the negative electrode of the battery based on a reference profile and a differential profile.
  • the reference profile and the differential profile of FIGS. 2 and 4 are the same.
  • the first peak TPa1 and the second peak TPa2 may be included within a predetermined voltage section of the differential profile PDa based on the voltage of the target peak TPa.
  • the first peak TPa1 may be the target peak TPa.
  • the predetermined voltage section may be a 0.2V section centered on the voltage of the target peak TPa.
  • the controller 120 may select the first peak TPa1 and the second peak TPa2 within a voltage range of 0.2V based on the voltage V2 of the target peak TPa.
  • the controller 120 may select a peak having a differential capacitance closest to the first peak TPa1 within a predetermined voltage range as the second peak TPa2 .
  • the battery It may be configured to diagnose the condition of the cathode as the overvoltage condition.
  • the voltage of the first peak TPa1 may be V2, the voltage of the second peak TPa2 may be V3, and the voltage of the reference peak RPa may be V1.
  • the differential capacity of the first peak TPa1 may be a2, the differential capacity of the second peak TPa2 may be a3, and the differential capacity of the reference peak RPa may be a1.
  • the voltages of the first peak TPa1 and the second peak TPa2 exceed the voltage of the reference peak RPa, and the differential capacity of the first peak TPa1 and the second peak TPa2 is that of the reference peak RPa. Since the differential capacity is less than the differential capacity, the controller 120 may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery of FIG. 4 as the overvoltage state.
  • the controller 120 may be configured to determine the plurality of peaks within a predetermined voltage range when the determined behavior pattern for the target peak TPa corresponds to the first behavior type.
  • the controller 120 determines the first peak TPa1 and the second peak when the determined behavior pattern for the target peak TPa corresponds to the first behavior type. (TPa2) can be determined.
  • the controller 120 when the behavior pattern of the target peak TPa is the first behavior type, the controller 120 additionally controls the first peak TPa1 and the second peak TPa2 in order to more accurately diagnose the state of the negative electrode of the battery.
  • a behavior pattern may be compared to a plurality of behavior types.
  • the controller 120 may more specifically and accurately diagnose the state of the negative electrode of the battery by further considering the behavior pattern of the second peak TPa2 as well as the behavior pattern of the first peak TPa1 .
  • the controller 120 may be configured to determine a first target peak and a second target peak having different voltages from each other in the differential profile.
  • voltage bands in which the first target peak and the second target peak appear may be different from each other.
  • the first target peak may appear at about 3.7V
  • the first target peak may appear at about 3.6V.
  • the first target peak may be the target peak.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating another embodiment in which the battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention diagnoses the state of the negative electrode of the battery based on a reference profile and a differential profile.
  • the voltage of the first target peak TPb1 may be Vb, and the differential capacitance may be b2.
  • the voltage of the second target peak TPb2 may be Vd, and the differential capacitance may be b4.
  • the controller 120 may determine the target peak TPb as the first target peak TPb1. In addition, the controller 120 may determine a peak having the largest differential capacitance as the second target peak TPb2 in a voltage section less than the voltage of the target peak TPb.
  • the control unit 120 controls a first behavior pattern of the first target peak TPb1 with respect to the first reference peak RPb1 included in the reference profile PDb and a second reference peak included in the reference profile PDb. and determine a second behavior pattern of the second target peak TPb2 for (RPb2).
  • the voltage of the first target peak TPb1 is Vb
  • the voltage of the first reference peak RPb1 is Va
  • the voltage of the second target peak TPb2 is Vd
  • the second The voltage of the reference peak RPb2 may be Vc
  • the differential capacity of the first target peak TPb1 is b2
  • the differential capacity of the first reference peak RPb1 is b1
  • the differential capacity of the second target peak TPb2 is b4
  • the second reference peak RPb2 may have a differential capacity of b3.
  • the voltage of the first target peak TPb1 may be smaller than the voltage of the first reference peak RPb1 , and the differential capacitance of the first target peak TPb1 may be greater than the differential capacitance of the first reference peak RPb1 .
  • the voltage of the second target peak TPb2 may be smaller than the voltage of the second reference peak RPb2 , and the differential capacitance of the second target peak TPb2 may be greater than the differential capacitance of the second reference peak RPb2 .
  • the controller 120 may be configured to diagnose the state of the negative electrode of the battery as the stable state when both the first behavior pattern and the second behavior pattern correspond to the second behavior type.
  • both the first behavior pattern of the first target peak TPb1 and the second behavior pattern of the second target peak TPb2 may correspond to the second behavior type. Accordingly, the controller 120 may diagnose the state of the negative electrode of the battery of FIG. 5 as a stable state.
  • the controller 120 is configured to determine the first target peak TPb1 and the second target peak TPb2 when the behavior pattern determined for the target peak TPb corresponds to the second behavior type. can be
  • the voltage of the target peak TPb may be less than the voltage of the reference peak RPb, and the differential capacitance of the target peak TPb may be greater than or equal to the differential capacitance of the reference peak RPb. Therefore, after first determining the behavior pattern of the target peak TPb, the controller 120 determines the first target peak TPb1 and the second behavior pattern when the determined behavior pattern for the target peak TPb corresponds to the second behavior type. A target peak TPb2 may be determined.
  • the controller 120 additionally controls the first target peak TPb1 and the second target peak to more accurately diagnose the state of the negative electrode of the battery.
  • the behavior pattern of (TPb2) can be compared with multiple behavior types.
  • the controller 120 determines whether the behavior pattern of the target peak TPb corresponds to the second behavior type and then determines whether the behavior pattern of the second target peak TPb2 corresponds to the second behavior type. It is possible to diagnose the condition of the negative electrode more specifically and accurately.
  • the controller 120 may be configured to decrease at least one of an available SOC interval and a maximum allowable temperature of the battery when the state of the negative electrode of the battery is diagnosed as the stable state.
  • the reaction area of the negative electrode may be increased compared to the initial state. Since this stabilization state is a state in which the negative electrode contracts and expands during the initial charging and discharging process, lithium plating in which lithium is deposited on the negative electrode is less likely to occur. Therefore, in the stable state, charge/discharge C-rate control to reduce the occurrence of lithium plating may not be required.
  • the control unit 120 controls at least one of the available SOC section and the maximum allowable temperature of the battery when the negative electrode is diagnosed as a stable state. can be reduced
  • the battery diagnosis apparatus 100 may set an optimal use condition for the battery according to the diagnosed state of the negative electrode. Accordingly, since the battery may be operated according to the usage conditions set by the battery diagnosis apparatus 100 , the lifespan of the battery may be increased.
  • the usage condition set by the battery diagnosis apparatus 100 may be stored in a battery management system (BMS) included in a server or a battery pack including a corresponding battery.
  • BMS battery management system
  • the battery is operated according to the set usage conditions, and as a result, the lifespan of the battery may be increased.
  • the battery diagnosis apparatus 100 according to the present invention may be applied to a BMS. That is, the BMS according to the present invention may include the battery diagnosis apparatus 100 described above. In this configuration, at least some of the respective components of the battery diagnosis apparatus 100 may be implemented by supplementing or adding functions of components included in the conventional BMS. For example, the profile generator 110 , the controller 120 , and the storage 130 of the battery diagnosis apparatus 100 may be implemented as components of the BMS.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including the battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery diagnosis apparatus 100 may be provided in the battery pack 1 . That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the above-described battery diagnosis apparatus 100 , the measurement unit 200 , the charge/discharge unit 300 , and one or more battery cells B . In addition, the battery pack may further include electrical equipment (relays, fuses, etc.) and a case.
  • the measurement unit 200 may be connected to the first sensing line SL1 , the second sensing line SL2 , and the third sensing line SL3 .
  • the first sensing line SL1 may be connected to the positive electrode of the battery cell B and the measurement unit 200 .
  • the second sensing line SL2 may be connected to the negative electrode of the battery cell B and the measurement unit 200 .
  • the measurement unit 200 calculates a difference between the positive voltage of the battery cell B measured through the first sensing line SL1 and the negative voltage of the battery cell B measured through the second sensing line SL2. , the voltage of the battery cell B may be measured.
  • the measuring unit 200 may measure the charging current and/or the discharging current of the battery cell B through the current measuring unit A connected to the third sensing line SL3 .
  • the current measuring unit A may be a shunt resistor or an ammeter.
  • the charging/discharging unit 300 may be configured to charge and/or discharge the battery cell B. During the charging and/or discharging of the battery cell B by the charging/discharging unit 300 , the measuring unit 200 may measure the voltage and current of the battery cell B .
  • the voltage and current of the battery cell B measured by the measurement unit 200 may be transmitted to the battery diagnosis apparatus 100 .
  • the profile generator may receive the voltage and current of the battery cell B from the measurement unit 200 .
  • the profile generator may generate a differential profile indicating a correspondence between the voltage and the differential capacity of the battery cell B based on the received voltage and current of the battery cell B.
  • FIG. it should be noted that the prior art may be applied to a process in which the profile generator calculates the capacity and the differential capacity of the battery cell B based on the voltage and current of the battery cell B, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a method for diagnosing a battery according to another embodiment of the present invention.
  • Each step of the battery diagnosis method according to another embodiment of the present invention may be performed by the battery diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • content overlapping with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the battery diagnosis method may include a differential profile generation step S100 , a target peak determination step S200 , a behavior pattern determination step S300 , and a negative electrode state diagnosis step S400 .
  • the differential profile generating step ( S100 ) is a step of generating a differential profile indicating a correspondence relationship between the differential capacity with respect to the voltage of the battery and the voltage of the battery, and may be performed by the profile generator 110 .
  • the profile generator 110 may generate a differential profile PDa indicating a correspondence relationship between a voltage of a battery and a differential capacity.
  • the target peak determination step S200 is a step of determining a target peak from the differential profile, and may be performed by the controller 120 .
  • the controller 120 may determine a peak having a maximum differential capacity in the differential profile PDa as the target peak TPa.
  • a voltage corresponding to the target peak TPa may be V2, and a corresponding differential capacitance may be a2.
  • the behavior pattern determining step S300 is a step of determining a behavior pattern of the target peak based on a reference peak included in a preset reference profile, and may be performed by the controller 120 .
  • the controller 120 determines the behavior pattern of the target peak TPa so that the voltage V2 exceeds the voltage V1 of the reference peak RPa, and the differential capacitance a2 determines the reference peak It can be determined to be less than the differential dose (a1) of (RPa).
  • the negative electrode state diagnosis step S400 is a step of diagnosing the state of the negative electrode of the battery by comparing the behavior pattern determined for the target peak with a plurality of preset behavior types, and may be performed by the controller 120 .
  • the controller 120 may diagnose the negative electrode state of the battery as an overvoltage state or a stable state according to a behavior type corresponding to the behavior pattern among the plurality of behavior types.
  • the plurality of behavior types may include a first behavior type and a second behavior type according to voltages and differential capacitances of the target peak and the reference peak.
  • the first behavior type may be a behavior type in which the voltage of the target peak exceeds the voltage of the reference peak and the differential capacity of the target peak is less than the differential capacitance of the reference peak.
  • the second behavior type may be a behavior type in which the voltage of the target peak is less than the voltage of the reference peak, and the differential capacity of the target peak is equal to or greater than the differential capacitance of the reference peak.
  • the controller 120 may determine that the behavior pattern of the target peak TPa corresponds to the first behavior type. Also, since the behavior pattern of the target peak TPa corresponds to the first behavior type, the controller 120 may diagnose the state of the negative electrode of the battery of FIG. 2 as an overvoltage state.
  • the controller 120 may determine that the behavior pattern of the target peak TPb corresponds to the second behavior pattern. In addition, the controller 120 may diagnose the state of the negative electrode of the battery of FIG. 3 as a stable state.
  • the battery diagnosis method has the advantage of specifically classifying the state of the negative electrode of the battery into an overvoltage state or a stabilization state according to the behavior pattern of the target peak for diagnosis.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 120 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치는 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 미분 프로파일을 수신하고, 상기 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하며, 미리 설정된 기준 프로파일에 포함된 기준 피크를 기준으로 상기 타겟 피크의 거동 패턴을 결정하고, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 진단 장치 및 방법
본 출원은 2020년 12월 07일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0169917호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 음극의 상태를 진단할 수 있는 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리의 충전 중, 배터리의 내부적으로 분극 현상이 발생한다. 분극 현상은, 배티리의 여러 가지 저항 성분(예, 옴 저항, 전하 전달 저항, 확산 저항)에 의존한다. 충전 중의 배터리 전압은 개방 전압(OCV: open circuit voltage)보다 높은 것은, 분극 현상에 의해 과전압(over-potential)이 형성되기 때문이다.
배터리가 퇴화될수록 분극 현상이 심화되는 경향이 있다. 따라서, 충전 조건(예, 충전 전류, 온도)이 동일하더라도, 배터리의 퇴화도가 높을수록 과전압의 크기가 증가할 수 있다. 과전압이 지나치게 크게 증가된 경우, 배터리의 퇴화가 가속화되는 문제가 있다. 예컨대, 충전 중, 배터리의 음극의 전압은 점차 하강하는데, 과전압으로 인해 배터리의 음극의 전압이 0 V 이하로 하강하는 경우, 음극 표현에 리튬 금속이 빠르게 석출되고, 결과적으로 충방전 반응에 참가 가능한 리튬 이온의 손실량이 증가할 수 있다.
또한, 배터리의 음극(예컨대, 흑연)은 초기 충방전 과정에서 수축 및 팽창을 통해 반응 면적이 증가되는 안정화 과정을 거칠 수 있다. 안정화 과정에서, 음극의 반응 면적 증가로 인해 음극의 과전압이 초기에 비해 감소될 수 있다. 즉, 초기 충방전 과정에서 음극의 반응 면적의 증가는 음극의 수축 및 팽창에 기인한 것으로서, 과전압의 감소를 야기한다.
반대로, 음극의 과전압은 배터리가 퇴화됨에 따라 점차 증가될 수 있다. 예컨대, 배터리의 퇴화에 따른 전해질의 환원분해, SEI(Solid electrolyte interphase) 생성 등의 영향으로 음극의 과전압이 점차 증가될 수 있다.
따라서, 배터리가 급격하게 퇴화되는 것을 방지하고, 배터리의 수명을 증대하기 위하여, 안정화 과정과 배터리의 퇴화에 따른 차이에 기반하여, 배터리의 음극 상태를 보다 구체적으로 진단할 수 있는 기술 개발이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 전압 및 용량에 기반하여, 배터리의 음극 상태를 구체적으로 진단할 수 있는 배터리 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치는 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 미분 프로파일을 수신하고, 상기 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하며, 미리 설정된 기준 프로파일에 포함된 기준 피크를 기준으로 상기 타겟 피크의 거동 패턴을 결정하고, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 거동 유형 중 상기 거동 패턴에 대응되는 거동 유형에 따라 상기 배터리의 음극 상태를 과전압 상태 또는 안정화 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 거동 유형은, 상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하고, 상기 타겟 피크의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 미만인 제1 거동 유형; 및 상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압 미만이고, 상기 타겟 피크의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 이상인 제2 거동 유형을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제1 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 안정화 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 피크의 전압을 기준으로 소정의 전압 구간 내에 복수의 피크가 존재하는 경우, 상기 복수의 피크를 선택하고, 선택된 복수의 피크 각각의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 미만이며, 상기 복수의 피크 각각의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제1 거동 유형에 대응되는 경우, 소정의 전압 구간 내에서 상기 복수의 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 프로파일에서 전압이 서로 상이한 제1 타겟 피크 및 제2 타겟 피크를 결정하고, 상기 기준 프로파일에 포함된 제1 기준 피크에 대한 상기 제1 타겟 피크의 제1 거동 패턴 및 상기 기준 프로파일에 포함된 제2 기준 피크에 대한 상기 제2 타겟 피크의 제2 거동 패턴을 결정하며, 상기 제1 거동 패턴 및 상기 제2 거동 패턴이 모두 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 안정화 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 제1 타겟 피크 및 상기 제2 타겟 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 음극의 상태가 상기 안정화 상태로 진단된 경우, 상기 배터리의 가용 SOC 구간 및 최대 허용 온도 중 적어도 하나를 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 프로파일에서 미분 용량이 최대인 피크를 상기 타겟 피크로 결정하도록 구성될 수 있다
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계; 상기 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하는 타겟 피크 결정 단계; 미리 설정된 기준 프로파일에 포함된 기준 피크를 기준으로 상기 타겟 피크의 거동 패턴을 결정하는 거동 패턴 결정 단계; 및 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하는 음극 상태 진단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 전압 및 용량에 기반하여, 배터리의 음극의 상태를 과전압 상태 또는 안정화 상태로 진단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 진단된 배터리의 음극 상태에 따라 배터리에 대응되는 사용 조건이 설정될 수 있으므로, 배터리의 퇴화가 방지되고 수명이 증대될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치가 기준 프로파일과 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치가 기준 프로파일과 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치가 기준 프로파일과 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치가 기준 프로파일과 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 진단 장치(100)는 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리로 간주될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 전압 프로파일을 획득할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 전압에 대해 용량을 미분하여 미분 용량(dQ/dV)을 산출할 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 배터리의 전압과 산출된 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)가 기준 프로파일(Pa)과 미분 프로파일(PDa)에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 미분 프로파일(PDa)은 배터리의 전압을 X로 설정하고, 배터리의 전압에 대한 미분 용량을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프로 표현될 수 있다. 여기서, 미분 용량은 배터리의 용량을 전압으로 미분한 값으로서, [dQ/dV]로 표현될 수 있다.
제어부(120)는 상기 프로파일 생성부(110)로부터 상기 미분 프로파일(PDa)을 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)와 프로파일 생성부(110)는 통신 가능하도록 서로 연결될 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 생성한 미분 프로파일(PDa)을 제어부(120)에게 송신하고, 제어부(120)는 미분 프로파일(PDa)을 수신할 수 있다.
제어부(120)는 상기 미분 프로파일(PDa)에서 타겟 피크(TPa)를 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 피크란 미분 프로파일(PDa)에서 위로 볼록한 개형을 띠는 지점일 수 있다. 구체적으로, 피크는 미분 프로파일(PDa)에서 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율이 0인 지점으로, 피크를 기준으로 저전압 측의 상기 순간 변화율은 양수이고, 고전압 측의 상기 순간 변화율은 음수일 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 미분 프로파일(PDa)에는 복수의 피크가 포함될 수 있다. 상기 제어부(120)는 미분 프로파일(PDa)에 포함된 복수의 피크 중에서 어느 하나를 타겟 피크(TPa)로 결정할 수 있다. 바람직하게, 제어부(120)는, 상기 미분 프로파일(PDa)에서 미분 용량이 최대인 피크를 상기 타겟 피크(TPa)로 결정하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 미분 프로파일(PDa)에서 미분 용량이 최대인 타겟 피크(TPa)는 전압이 V2이고, 미분 용량이 a2일 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 미리 설정된 기준 프로파일(Pa)에 포함된 기준 피크(RPa)를 기준으로 상기 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 기준 피크(RPa)와 타겟 피크(TPa) 간의 전압을 비교하고, 미분 용량을 비교함으로써, 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴을 결정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 전압이 기준 피크(RPa)의 전압보다 미만인지 또는 초과인지를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 미분 용량이 기준 피크(RPa)의 미분 용량보다 미만인지 또는 이상인지를 결정할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 기준 피크(RPa)의 전압은 V1이고, 미분 용량은 a1일 수 있다. 또한, 타겟 피크(TPa)의 전압은 V2이고, 미분 용량은 a2일 수 있다. 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 전압이 기준 피크(RPa)의 전압을 초과하고, 타겟 피크(TPa)의 미분 용량이 기준 피크(RPa)의 미분 용량 미만이라고 결정할 수 있다.
제어부(120)는 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 거동 유형 중 상기 거동 패턴에 대응되는 거동 유형에 따라 상기 배터리의 음극 상태를 과전압 상태 또는 안정화 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 복수의 거동 유형에는 과전압 상태에 대응되는 제1 거동 유형과 안정화 상태에 대응되는 제2 거동 유형이 포함될 수 있다.
여기서, 과전압 상태란, 배터리가 퇴화되어, BOL(Beginning of life) 상태의 배터리의 음극에 비해 배터리의 음극에 과전압이 발생된 상태일 수 있다. 안정화 상태란, 초기 충방전 과정에서 배터리의 음극이 수축 및 팽창하는 상태일 수 있다.
제어부(120)는 기준 피크(RPa)에 대한 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴을 결정하고, 결정된 거동 패턴에 기반하여 배터리의 음극의 상태가 과전압 상태인지 또는 안정화 상태인지를 구체적으로 구분 진단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 배터리에 대한 미분 프로파일에 기반하여, 배터리의 음극의 상태를 구체적으로 구분 진단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 진단 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 진단 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(130)는 배터리에 대한 기준 프로파일 및 전압 프로파일을 저장할 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 저장부(130)에 접근하여 전압 프로파일을 획득한 후 획득한 전압 프로파일에 기반하여 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 다른 예로, 프로파일 생성부(110)는 외부로부터 전압 프로파일을 직접 수신할 수도 있다.
또한, 저장부(130)는 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 미분 프로파일을 저장할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 미분 프로파일을 직접 수신할 수도 있고, 저장부(130)에 접근하여 저장부(130)에 저장된 미분 프로파일을 획득할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 저장부(130)에 접근하여 배터리에 대한 기준 프로파일을 획득할 수 있다.
이하에서는, 복수의 거동 유형 및 이에 따른 배터리의 음극 상태 진단에 대해 구체적으로 설명한다.
상기 복수의 거동 유형은, 상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하고, 상기 타겟 피크의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 미만인 제1 거동 유형을 포함할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제1 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 타겟 피크(TPa)의 전압은 V2이고, 기준 피크(RPa)의 전압은 V1일 수 있다. 또한, 타겟 피크(TPa)의 미분 용량은 a2이고, 기준 피크(RPa)의 미분 용량은 a1일 수 있다. 타겟 피크(TPa)의 전압이 기준 피크(RPa)의 전압을 초과하고, 타겟 피크(TPa)의 미분 용량이 기준 피크(RPa)의 미분 용량 미만이므로, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴이 제1 거동 유형에 대응되는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 도 2의 배터리의 음극의 상태를 과전압 상태로 진단할 수 있다.
또한, 복수의 거동 유형은, 상기 타겟 피크(TPb)의 전압이 상기 기준 피크(RPb)의 전압 미만이고, 상기 타겟 피크(TPb)의 미분 용량이 상기 기준 피크(RPb)의 미분 용량 이상인 제2 거동 유형을 포함할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 안정화 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)가 기준 프로파일(Pb)과 미분 프로파일(PDb)에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 기준 프로파일(Pb) 및 미분 프로파일(PDb)은 도 2의 기준 프로파일(Pa) 및 미분 프로파일(PDa)과 상이할 수 있다. 예컨대, 도 2와 도 3의 대상 배터리가 서로 다른 배터리일 수 있다.
기준 프로파일은 배터리마다 설정될 수 있으며, 바람직하게는 배터리의 BOL 상태를 반영하여 미리 설정될 수 있다. 즉, 기준 프로파일은 동종의 배터리에 대해 획일적으로 설정되지 않고, 배터리의 BOL 상태를 반영하여 각각의 배터리에 대해 개별적으로 설정될 수 있다. 따라서, 제어부(120)에 의해 진단되는 배터리의 음극의 상태는 음극 상태 진단의 대상이 되는 배터리의 BOL 상태가 고려된 것일 수 있다.
도 3의 실시예에서, 타겟 피크(TPb)의 전압은 Vb이고, 기준 피크(RPb)의 전압은 Va일 수 있다. 또한, 타겟 피크(TPb)의 미분 용량은 b2이고, 기준 피크(RPb)의 미분 용량은 b1일 수 있다. 타겟 피크(TPb)의 전압이 기준 피크(RPb)의 전압 미만이고, 타겟 피크(TPb)의 미분 용량이 기준 피크(RPb)의 미분 용량 이상이므로, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)의 거동 패턴이 제2 거동 유형에 대응되는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 도 3의 배터리의 음극의 상태를 안정화 상태로 판단할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 타겟 피크의 전압을 기준으로 소정의 전압 구간 내에 복수의 피크가 존재하는 경우, 상기 복수의 피크를 선택하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)가 기준 프로파일과 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는, 도 2와 도 4의 기준 프로파일 및 미분 프로파일은 동일한 것으로 가정한다.
도 4의 실시예에서, 타겟 피크(TPa)의 전압을 기준으로 미분 프로파일(PDa)의 소정의 전압 구간 내에는 제1 피크(TPa1) 및 제2 피크(TPa2)가 포함될 수 있다. 여기서, 제1 피크(TPa1)는 타겟 피크(TPa)일 수 있다.
예컨대, 소정의 전압 구간은 타겟 피크(TPa)의 전압을 중심으로 0.2V 구간일 수 있다. 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 전압인 V2를 기준으로 0.2V의 전압 구간 내에서 제1 피크(TPa1) 및 제2 피크(TPa2)를 선택할 수 있다. 바람직하게, 제어부(120)는 소정의 전압 구간 내에서 제1 피크(TPa1)와 가장 근사한 미분 용량을 갖는 피크를 제2 피크(TPa2)로 선택할 수 있다.
제어부(120)는 선택된 복수의 피크 각각의 미분 용량이 상기 기준 피크(RPa)의 미분 용량 미만이며, 상기 복수의 피크 각각의 전압이 상기 기준 피크(RPa)의 전압을 초과하는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 피크(TPa1)의 전압은 V2이고, 제2 피크(TPa2)의 전압은 V3이며, 기준 피크(RPa)의 전압은 V1일 수 있다. 또한, 제1 피크(TPa1)의 미분 용량은 a2이고, 제2 피크(TPa2)의 미분 용량은 a3이며, 기준 피크(RPa)의 미분 용량은 a1일 수 있다. 제1 피크(TPa1) 및 제2 피크(TPa2)의 전압이 기준 피크(RPa)의 전압을 초과하고, 제1 피크(TPa1) 및 제2 피크(TPa2)의 미분 용량이 기준 피크(RPa)의 미분 용량 미만이므로, 제어부(120)는 도 4의 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제어부(120)는, 상기 타겟 피크(TPa)에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제1 거동 유형에 대응되는 경우, 소정의 전압 구간 내에서 상기 복수의 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 4를 참조하면, 타겟 피크(TPa)의 전압은 기준 피크(RPa)의 전압을 초과하고, 타겟 피크(TPa)의 미분 용량은 기준 피크(RPa)의 미분 용량 미만일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴을 먼저 결정한 후, 타겟 피크(TPa)에 대해 결정된 거동 패턴이 제1 거동 유형에 해당하는 경우에 제1 피크(TPa1) 및 제2 피크(TPa2)를 결정할 수 있다.
즉, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴이 제1 거동 유형인 경우, 배터리의 음극의 상태를 보다 정확하게 진단하기 위하여, 추가적으로 제1 피크(TPa1) 및 제2 피크(TPa2)의 거동 패턴을 복수의 거동 유형과 비교할 수 있다.
따라서, 제어부(120)는 제1 피크(TPa1)의 거동 패턴뿐만 아니라 제2 피크(TPa2)의 거동 패턴을 더 고려함으로써, 배터리의 음극의 상태를 보다 구체적이고, 정확하게 진단할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 미분 프로파일에서 전압이 서로 상이한 제1 타겟 피크 및 제2 타겟 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 타겟 피크와 제2 타겟 피크는 나타나는 전압대가 서로 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 타겟 피크는 약 3.7V 부근에서 나타나며, 제1 타겟 피크는 약 3.6V 부근에서 나타날 수 있다. 여기서, 제1 타겟 피크는 상기 타겟 피크일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)가 기준 프로파일과 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 음극의 상태를 진단하는 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 제1 타겟 피크(TPb1)의 전압은 Vb이고, 미분 용량은 b2일 수 있다. 제2 타겟 피크(TPb2)의 전압은 Vd이고, 미분 용량은 b4일 수 있다.
바람직하게, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)를 제1 타겟 피크(TPb1)로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)의 전압 미만의 전압 구간에서, 미분 용량이 가장 큰 피크를 제2 타겟 피크(TPb2)로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 상기 기준 프로파일(PDb)에 포함된 제1 기준 피크(RPb1)에 대한 상기 제1 타겟 피크(TPb1)의 제1 거동 패턴 및 상기 기준 프로파일(PDb)에 포함된 제2 기준 피크(RPb2)에 대한 상기 제2 타겟 피크(TPb2)의 제2 거동 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 제1 타겟 피크(TPb1)의 전압은 Vb이고, 제1 기준 피크(RPb1)의 전압은 Va이며, 제2 타겟 피크(TPb2)의 전압은 Vd이고, 제2 기준 피크(RPb2)의 전압은 Vc일 수 있다. 또한, 제1 타겟 피크(TPb1)의 미분 용량은 b2이고, 제1 기준 피크(RPb1)의 미분 용량은 b1이며, 제2 타겟 피크(TPb2)의 미분 용량은 b4이고, 제2 기준 피크(RPb2)의 미분 용량은 b3일 수 있다.
또한, 제1 타겟 피크(TPb1)의 전압은 제1 기준 피크(RPb1)의 전압보다 작고, 제1 타겟 피크(TPb1)의 미분 용량은 제1 기준 피크(RPb1)의 미분 용량보다 클 수 있다. 또한, 제2 타겟 피크(TPb2)의 전압은 제2 기준 피크(RPb2)의 전압보다 작고, 제2 타겟 피크(TPb2)의 미분 용량은 제2 기준 피크(RPb2)의 미분 용량보다 클 수 있다.
제어부(120)는 상기 제1 거동 패턴 및 상기 제2 거동 패턴이 모두 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 안정화 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 제1 타겟 피크(TPb1)의 제1 거동 패턴 및 제2 타겟 피크(TPb2)의 제2 거동 패턴이 모두 제2 거동 유형에 대응될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 도 5의 배터리의 음극의 상태를 안정화 상태로 진단할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 타겟 피크(TPb)에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 제1 타겟 피크(TPb1) 및 상기 제2 타겟 피크(TPb2)를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3 및 도 5를 참조하면, 타겟 피크(TPb)의 전압은 기준 피크(RPb)의 전압 미만이고, 타겟 피크(TPb)의 미분 용량은 기준 피크(RPb)의 미분 용량 이상일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)의 거동 패턴을 먼저 결정한 후, 타겟 피크(TPb)에 대해 결정된 거동 패턴이 제2 거동 유형에 해당하는 경우에 제1 타겟 피크(TPb1) 및 제2 타겟 피크(TPb2)를 결정할 수 있다.
즉, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)의 거동 패턴이 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 배터리의 음극의 상태를 보다 정확하게 진단하기 위하여, 추가적으로 제1 타겟 피크(TPb1) 및 제2 타겟 피크(TPb2)의 거동 패턴을 복수의 거동 유형과 비교할 수 있다.
따라서, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)의 거동 패턴이 제2 거동 유형에 대응되는지를 먼저 판단한 후 제2 타겟 피크(TPb2)의 거동 패턴이 제2 거동 유형에 대응되는지를 판단함으로써, 배터리의 음극의 상태를 더욱 구체적이고 정확하게 진단할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 배터리의 음극의 상태가 상기 안정화 상태로 진단된 경우, 상기 배터리의 가용 SOC 구간 및 최대 허용 온도 중 적어도 하나를 감소시키도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리의 음극의 상태가 안정화 상태로 진단된 경우, 음극의 반응 면적이 초기 대비 증가될 수 있다. 이러한 안정화 상태는 초기 충방전 과정에서 음극이 수축 및 팽창하는 상태이기 때문에, 음극에 리튬이 석출되는 리튬 플레이팅(Lithium plating)이 발생될 가능성이 낮다. 따라서, 안정화 상태에서는 리튬 플레이팅의 발생을 감소시키기 위한 충방전 C-rate 제어가 요구되지 않을 수 있다.
다만, 음극의 상태가 안정화 상태로 진단된 경우라고 하더라도 배터리의 양극은 퇴화될 수 있으며, 이러한 양극의 퇴화로 인해 양극 용량 손실이 발생될 수 있다. 이러한 양극 용량 손실을 미연에 방지하기 위하여, 즉, 양극의 퇴화를 감속하기 위하여, 제어부(120)는 음극의 상태가 안정화 상태로 진단된 경우에 배터리의 가용 SOC 구간 및 최대 허용 온도 중 적어도 하나를 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 진단된 음극의 상태에 따라 배터리에 대한 최적의 사용 조건을 설정할 수 있다. 따라서, 배터리는 배터리 진단 장치(100)에 의해 설정된 사용 조건에 따라 운용될 수 있기 때문에, 배터리의 수명이 증대될 수 있다.
예컨대, 배터리 진단 장치(100)에 의해 설정된 사용 조건은 서버 또는 해당 배터리가 구비되는 배터리 팩에 포함된 BMS(Battery Management System)에 저장될 수 있다. 그리고, 해당 배터리는 설정된 사용 조건에 따라 운용됨으로써, 결과적으로 배터리의 수명이 증대될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 진단 장치(100)의 프로파일 생성부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 진단 장치(100), 측정부(200), 충방전부(300) 및 하나 이상의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 센싱 라인(SL1)은 배터리 셀(B)의 양극과 측정부(200)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 센싱 라인(SL2)은 배터리 셀(B)의 음극과 측정부(200)에 연결될 수 있다. 측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 측정된 배터리 셀(B)의 양극 전압과 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 측정된 배터리 셀(B)의 음극 전압 간의 차이를 계산하여, 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(200)는 제3 센싱 라인(SL3)과 연결된 전류 측정 유닛(A)을 통해서 배터리 셀(B)의 충전 전류 및/또는 방전 전류를 측정할 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 션트 저항 또는 전류계일 수 있다.
충방전부(300)는 배터리 셀(B)을 충전 및/또는 방전시키도록 구성될 수 있다. 충방전부(300)에 의해 배터리 셀(B)의 충전 및/또는 방전되는 과정에서 측정부(200)는 배터리 셀(B)의 전압 및 전류를 측정할 수 있다.
측정부(200)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 전압 및 전류는 배터리 진단 장치(100)로 송신될 수 있다. 구체적으로, 프로파일 생성부는 측정부(200)로부터 배터리 셀(B)의 전압 및 전류를 수신할 수 있다. 프로파일 생성부는 수신한 배터리 셀(B)의 전압 및 전류에 기반하여 배터리 셀(B)의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 여기서, 프로파일 생성부가 배터리 셀(B)의 전압 및 전류에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량 및 미분 용량을 산출하는 과정에는 종래 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략함을 유의한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법의 각 단계는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 배터리 진단 방법은 미분 프로파일 생성 단계(S100), 타겟 피크 결정 단계(S200), 거동 패턴 결정 단계(S300) 및 음극 상태 진단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
미분 프로파일 생성 단계(S100)는 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 배터리의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일(PDa)을 생성할 수 있다.
타겟 피크 결정 단계(S200)는 상기 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 미분 프로파일(PDa)에서 미분 용량이 최대인 피크를 타겟 피크(TPa)로 결정할 수 있다. 타겟 피크(TPa)에 대응되는 전압은 V2이고, 대응되는 미분 용량은 a2일 수 있다.
거동 패턴 결정 단계(S300)는 미리 설정된 기준 프로파일에 포함된 기준 피크를 기준으로 상기 타겟 피크의 거동 패턴을 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴을 전압(V2)이 기준 피크(RPa)의 전압(V1)을 초과하고, 미분 용량(a2)이 기준 피크(RPa)의 미분 용량(a1) 미만인 것으로 결정할 수 있다.
음극 상태 진단 단계(S400)는 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 상기 복수의 거동 유형 중 상기 거동 패턴에 대응되는 거동 유형에 따라 상기 배터리의 음극 상태를 과전압 상태 또는 안정화 상태로 진단할 수 있다.
예컨대, 복수의 거동 유형은, 타겟 피크와 기준 피크의 전압 및 미분 용량에 따라 제1 거동 유형 및 제2 거동 유형을 포함할 수 있다. 제1 거동 유형은 타겟 피크의 전압이 기준 피크의 전압을 초과하고, 타겟 피크의 미분 용량이 기준 피크의 미분 용량 미만인 거동 유형일 수 있다. 제2 거동 유형은 타겟 피크의 전압이 기준 피크의 전압 미만이고, 타겟 피크의 미분 용량이 기준 피크의 미분 용량 이상인 거동 유형일 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴이 제1 거동 유형에 대응되는 것으로 결정할 수 있다. 그리고, 타겟 피크(TPa)의 거동 패턴이 제1 거동 유형에 대응되기 때문에, 제어부(120)는 도 2의 배터리의 음극의 상태를 과전압 상태로 진단할 수 있다.
다른 예로, 도 3의 실시예에서, 타겟 피크(TPb)의 전압(Vb)은 기준 피크(RPb)의 전압(Va) 미만이고, 타겟 피크(TPb)의 미분 용량(b2)은 기준 피크(RPb)의 미분 용량(b1) 이상일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 타겟 피크(TPb)의 거동 패턴이 제2 거동 패턴에 대응되는 것으로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 도 3의 배터리의 음극의 상태를 안정화 상태로 진단할 수 있다.
배터리 진단 방법은 타겟 피크의 거동 패턴에 따라 배터리의 음극의 상태를 과전압 상태 또는 안정화 상태로 구체적으로 구분하여 진단할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
100: 배터리 진단 장치
110: 프로파일 생성부
120: 제어부
130: 저장부
200: 측정부
300: 충방전부

Claims (12)

  1. 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
    상기 프로파일 생성부로부터 상기 미분 프로파일을 수신하고, 상기 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하며, 미리 설정된 기준 프로파일에 포함된 기준 피크를 기준으로 상기 타겟 피크의 거동 패턴을 결정하고, 상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 거동 유형 중 상기 거동 패턴에 대응되는 거동 유형에 따라 상기 배터리의 음극 상태를 과전압 상태 또는 안정화 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 거동 유형은,
    상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하고, 상기 타겟 피크의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 미만인 제1 거동 유형; 및
    상기 타겟 피크의 전압이 상기 기준 피크의 전압 미만이고, 상기 타겟 피크의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 이상인 제2 거동 유형을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제1 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하고,
    상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 안정화 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 피크의 전압을 기준으로 소정의 전압 구간 내에 복수의 피크가 존재하는 경우, 상기 복수의 피크를 선택하고, 선택된 복수의 피크 각각의 미분 용량이 상기 기준 피크의 미분 용량 미만이며, 상기 복수의 피크 각각의 전압이 상기 기준 피크의 전압을 초과하는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 과전압 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제1 거동 유형에 대응되는 경우, 소정의 전압 구간 내에서 상기 복수의 피크를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 프로파일에서 전압이 서로 상이한 제1 타겟 피크 및 제2 타겟 피크를 결정하고, 상기 기준 프로파일에 포함된 제1 기준 피크에 대한 상기 제1 타겟 피크의 제1 거동 패턴 및 상기 기준 프로파일에 포함된 제2 기준 피크에 대한 상기 제2 타겟 피크의 제2 거동 패턴을 결정하며, 상기 제1 거동 패턴 및 상기 제2 거동 패턴이 모두 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 배터리의 음극의 상태를 상기 안정화 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴이 상기 제2 거동 유형에 대응되는 경우, 상기 제1 타겟 피크 및 상기 제2 타겟 피크를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 음극의 상태가 상기 안정화 상태로 진단된 경우, 상기 배터리의 가용 SOC 구간 및 최대 허용 온도 중 적어도 하나를 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 프로파일에서 미분 용량이 최대인 피크를 상기 타겟 피크로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  12. 배터리의 전압에 대한 미분 용량과 상기 배터리의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계;
    상기 미분 프로파일에서 타겟 피크를 결정하는 타겟 피크 결정 단계;
    미리 설정된 기준 프로파일에 포함된 기준 피크를 기준으로 상기 타겟 피크의 거동 패턴을 결정하는 거동 패턴 결정 단계; 및
    상기 타겟 피크에 대해 결정된 거동 패턴과 미리 설정된 복수의 거동 유형을 비교하여 상기 배터리의 음극의 상태를 진단하는 음극 상태 진단 단계를 포함하는 배터리 진단 방법.
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