WO2025159591A1 - 배터리 정보 생성 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 정보 생성 장치 및 방법

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WO2025159591A1
WO2025159591A1 PCT/KR2025/001527 KR2025001527W WO2025159591A1 WO 2025159591 A1 WO2025159591 A1 WO 2025159591A1 KR 2025001527 W KR2025001527 W KR 2025001527W WO 2025159591 A1 WO2025159591 A1 WO 2025159591A1
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battery
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negative
positive
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French (fr)
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최순형
김영덕
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LG Energy Solution Ltd
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    • 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 a battery information generating device and method, and more particularly, to a battery information generating device and method that generate battery information that more accurately reflects the state of a battery.
  • lithium batteries are receiving attention for their advantages of being able to charge and discharge freely, having a very low self-discharge rate, and having a high energy density, as they have almost no memory effect compared to nickel-based batteries.
  • the present invention provides a battery information generation device and method capable of generating a more accurate profile that can be used for battery condition diagnosis.
  • a battery information generating device may include a profile obtaining unit configured to obtain a battery profile indicating a correspondence between a capacity and a voltage of a battery; and a control unit configured to set a positive section and a negative section corresponding to the battery based on preset degradation-level section information, and adjust a preset reference positive profile and a reference negative profile within the positive section and the negative section to correspond to the battery profile, thereby generating a positive profile and a negative profile of the battery.
  • the above-mentioned anode section can be set as a section including the voltage or capacity of the start point and the end point of the above-mentioned anode profile.
  • the above negative section can be set as a section including the voltage or capacity of the start point and the end point of the negative profile.
  • the above-mentioned section information by degeneration degree may be preset to include section information according to the degeneration degree of the battery.
  • the above control unit may be configured to set the positive section and the negative section corresponding to the deterioration degree of the battery based on the section information for each deterioration degree.
  • the above-mentioned section information by degeneration degree can be preset to include section information according to the degeneration degree compared to the previous cycle for each of a plurality of cycles.
  • the control unit may be configured to set the positive section and the negative section corresponding to the cycle and deterioration degree of the battery based on the section information for each deterioration degree.
  • the above-mentioned section information by degeneration degree can be preset to include section information according to the type and degree of degeneration compared to the previous cycle for each of a plurality of cycles.
  • the control unit may be configured to set the positive section and the negative section corresponding to the cycle, degradation type, and degradation degree of the battery based on the degradation degree-specific section information.
  • the control unit may be configured to estimate the degree of degradation of the battery based on the capacity of the battery and a preset initial capacity.
  • the control unit may be configured to provide information about the battery by outputting the positive electrode profile and the negative electrode profile to the outside.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery information generating device according to one aspect of the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention may include a battery information generating device according to one aspect of the present invention.
  • a battery information generation method may include a profile acquisition step of acquiring a battery profile indicating a correspondence between a capacity and a voltage of a battery; a section setting step of setting a positive section and a negative section corresponding to the battery based on preset degradation-level section information; and a profile generation step of generating a positive profile and a negative profile of the battery by adjusting preset reference positive profiles and reference negative profiles within the positive section and the negative section to correspond to the battery profile.
  • the above-mentioned section information by degeneration degree is preset to include section information according to the degeneration degree of the battery, and the section setting step may include a step of setting the positive section and the negative section corresponding to the degeneration degree of the battery based on the section information by degeneration degree.
  • the above-mentioned section information by degeneration degree is preset to include section information according to the degeneration degree compared to the previous cycle for each of a plurality of cycles, and the section setting step may include a step of setting the positive section and the negative section corresponding to the cycle and degeneration degree of the battery based on the section information by degeneration degree.
  • the above-described section information by degradation degree is preset to include section information according to the type and degree of degradation compared to the previous cycle for each of a plurality of cycles, and the section setting step may include a step of setting the positive section and the negative section corresponding to the cycle, type and degree of degradation of the battery based on the section information by degradation degree.
  • a battery information generation method may further include a degradation degree estimation step of estimating the degradation degree of the battery based on the capacity of the battery and a preset initial capacity.
  • a battery information generation method may further include a battery information providing step of providing information about the battery by externally outputting the positive electrode profile and the negative electrode profile.
  • a non-transitory readable storage medium may store a program for executing a battery information generation method, the method including: a profile acquisition step of acquiring a battery profile indicating a correspondence between a capacity and a voltage of a battery; a section setting step of setting a positive section and a negative section corresponding to the battery based on preset degradation-level section information; and a profile generation step of generating a positive profile and a negative profile of the battery by adjusting preset reference positive profile and reference negative profile to correspond to the battery profile within the positive section and the negative section.
  • a battery information generation device can accurately estimate a positive electrode profile and a negative electrode profile corresponding to a state of a battery by taking into account the degree of degradation of the battery.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery information generation device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a first table showing section information by degeneration level according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a positive electrode profile and a negative electrode profile of a battery according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a second table showing section information by degeneration level according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a third table showing section information by degeneration level according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a graph referenced to explain an example of each of a reference anode profile and a reference cathode profile.
  • Figure 7 is a graph referenced to explain an example of a measured full cell profile of a target cell.
  • FIGS. 8 to 10 are drawings for reference in explaining an example of a procedure for generating a comparison full-cell profile used for comparison with a measured full-cell profile according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 11 to 13 are drawings for reference in explaining another example of a procedure for generating a comparison full-cell profile used for comparison with a measured full-cell profile according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic drawing of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic drawing of a vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a battery information generation method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery information generation device (100) according to one embodiment of the present invention.
  • a battery information generation device (100) may include a profile acquisition unit (110), a control unit (120), and a storage unit (130).
  • the battery which is the target of information generation, refers to a physically separable, independent cell having a negative terminal and a positive terminal.
  • a lithium-ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery.
  • the battery may be of a cylindrical, prismatic, or pouch type.
  • the battery may refer to a battery bank, battery module, or battery pack in which multiple cells are connected in series and/or parallel.
  • the battery is described below as referring to a single, independent cell.
  • the profile acquisition unit (110) may be configured to acquire a battery profile indicating a correspondence between the capacity and voltage of the battery.
  • a battery profile is a profile that represents the relationship between voltage (V) and capacity (Q) when the battery's SOC is charged from a preset start SOC or 0% to a preset end SOC or 100%.
  • a battery profile may represent the relationship between voltage (V) and capacity (Q) when the battery's SOC is discharged from a preset start SOC or 100% to a preset end SOC or 0%.
  • a battery profile can be generated during the process of charging or discharging a battery at 0.05C.
  • the profile acquisition unit (110) can directly read or receive the battery profile (BP) of the battery from the outside.
  • the profile acquisition unit (110) can acquire the battery profile by reading or receiving the battery profile while being connected to the outside via wire and/or wirelessly.
  • the profile acquisition unit (110) may generate a battery profile based on battery information regarding the voltage and capacity of the battery.
  • the profile acquisition unit (110) may acquire a battery profile by directly generating the battery profile based on the battery information.
  • the profile acquisition unit (110) may be connected to the control unit (120) so as to be able to communicate with it.
  • the profile acquisition unit (110) may be connected to the control unit (120) via wired and/or wireless communication.
  • the profile acquisition unit (110) may transmit the acquired battery profile to the control unit (120).
  • the control unit (120) may read the battery profile from the profile acquisition unit (110).
  • the control unit (120) can be configured to set the positive section and negative section corresponding to the battery based on the section information for each preset degradation level.
  • control unit (120) may be configured to set a positive section and a negative section corresponding to the degradation degree of the battery based on the section information by degradation degree. For example, assuming that the degradation degree of the battery is x (%), the control unit (120) may determine a positive section and a negative section corresponding to the degradation degree (x (%)) of the battery from the section information by degradation degree.
  • the section information by degradation level can be preset to include information on the positive section and the negative section according to the degradation level of the battery.
  • the positive section can be set as a section that includes the voltage or capacity of the start and end points of the positive profile.
  • the negative section can be set as a section that includes the voltage or capacity of the start and end points of the negative profile.
  • the positive section is described as limiting the voltage section of the positive profile, and the negative section is described as limiting the voltage section of the negative profile.
  • the degeneration-level interval information may be preset to include interval information according to the degeneration level of the battery.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a first table (T1) representing section information by deterioration level according to one embodiment of the present invention.
  • the first table (T1) of FIG. 2 is a table representing the correspondence between the deterioration level of a battery and the positive and negative sections.
  • the first table (T1) may include information on the positive and negative sections set for each deterioration level of the battery.
  • the positive section may be set to Vik[V] to Vjk[V]
  • the negative section may be preset to Vnk[V] to Vmk[V].
  • the profile acquisition unit (110) can acquire both the battery profile and the battery degradation information.
  • the battery profile and the battery degradation information may be mapped to each other.
  • the profile acquisition unit (110) can acquire both the battery profile and the degradation information by acquiring a "battery profile of a battery with a degradation level of x (%).”
  • the control unit (120) can read or receive the battery degradation information from the profile acquisition unit (110).
  • control unit (120) may estimate the degree of degradation of the battery from the battery profile.
  • control unit (120) may be configured to estimate the degree of degradation of the battery based on the capacity of the battery and a preset initial capacity.
  • the battery profile may include the battery capacity measured from the start of charging (or the start of discharging) to the end of charging (or the end of discharging). Accordingly, the control unit (120) may determine the target capacity of the battery from the battery profile.
  • control unit (120) can estimate the degree of degradation of the battery by calculating the ratio between the target capacity of the battery and the initial capacity preset for the battery.
  • the initial capacity refers to the initial value of the capacity of the battery, and can be set based on the initial capacity of a battery in the beginning of life (BOL) state, a reference battery designed to correspond to the battery, or a battery theoretically designed to be ideal.
  • control unit (120) can estimate the degradation rate (%) of the battery compared to the initial state by calculating the formula “1-(target capacity ⁇ initial capacity)” or “ ⁇ 1-(target capacity ⁇ initial capacity) ⁇ 100.”
  • the control unit (120) may be configured to generate a positive profile and a negative profile of the battery by adjusting a preset reference positive profile and a reference negative profile to correspond to the battery profile within the positive section and the negative section.
  • the reference positive electrode profile may be a profile indicating a correspondence between the capacity and voltage of a reference positive electrode cell preset to correspond to the positive electrode of a battery.
  • the reference positive electrode cell may be a positive coin half cell or a positive electrode of a three-electrode cell.
  • the reference negative electrode profile may be a profile indicating a correspondence between the capacity and voltage of a reference negative electrode cell preset to correspond to the negative electrode of a battery.
  • the reference negative electrode cell may be a negative coin half cell or a negative electrode of a three-electrode cell.
  • the control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile to correspond to the battery profile. For example, the control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile to generate an adjusted positive electrode profile and an adjusted negative electrode profile. In addition, the control unit (120) can generate a comparison profile from the adjusted positive electrode profile and the adjusted negative electrode profile. The control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile until the comparison profile corresponds to the battery profile.
  • control unit (120) can generate a plurality of comparison profiles by shifting or capacity scaling a reference positive electrode profile and a reference negative electrode profile, and can specify a comparison profile among the plurality of comparison profiles that has a minimum error with the battery profile. Then, the control unit (120) can determine an adjusted positive electrode profile corresponding to the specified comparison profile as the positive electrode profile of the battery. Then, the control unit (120) can determine an adjusted negative electrode profile corresponding to the specified comparison profile as the negative electrode profile of the battery. For example, the adjusted positive electrode profile and the adjusted negative electrode profile corresponding to the specified comparison profile can be estimated as the positive electrode profile and the negative electrode profile of the battery, respectively.
  • the voltage range of the adjusted positive profile may be included within the set positive section
  • the voltage range of the adjusted negative profile may be included within the set negative section.
  • the control unit (120) may adjust the reference positive profile and the reference negative profile so that the voltage at the positive participation start point and the voltage at the positive participation end point of the adjusted positive profile are included within the positive section, and the voltage at the negative participation start point and the voltage at the negative participation end point of the adjusted negative profile are included within the negative section.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a positive electrode profile and a negative electrode profile of a battery according to one embodiment of the present invention.
  • the control unit (120) can generate an adjusted positive profile (Rp') and an adjusted negative profile (Rn') by adjusting the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn).
  • the adjusted positive profile (Rp') and the adjusted negative profile (Rn') are generated according to the organic relationship between the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn).
  • the control unit (120) can determine the adjusted positive profile (Rp') as the positive profile of the battery, and can determine the adjusted negative profile (Rn') as the negative profile of the battery.
  • the voltage of the positive participation start point (pi') and the voltage of the positive participation end point (pf') of the adjusted positive profile (Rp') are included in the positive section (Vin to Vjn). Additionally, the voltage at the cathode engagement start point (ni') and the voltage at the cathode engagement end point (nf') of the adjusted cathode profile (Rn') are included in the cathode section (Vnn to Vmn).
  • control unit (120) determines an adjusted positive electrode profile and an adjusted negative electrode profile of the battery by adjusting the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile to correspond to the battery profile will be described later with reference to FIGS. 6 to 13.
  • the battery information generation device (100) can set the positive and negative sections corresponding to the degree of battery degradation as adjustment conditions for the reference positive and negative profiles. For example, since the adjustment conditions according to the degree of battery degradation are further set, the positive and negative profiles derived as adjustment results can more accurately reflect the state of the battery. The battery information generation device (100) can accurately estimate the positive and negative profiles corresponding to the state of the battery by taking into account the degree of battery degradation.
  • the profile acquisition unit (110) and the control unit (120) provided in the battery information generation device (100) may optionally include a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, a data processing device, etc. known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • the control logic when the control logic is implemented in software, the profile acquisition unit (110) and the control unit (120) may be implemented as a set of program modules.
  • the program modules may be stored in a memory and executed by the profile acquisition unit (110) and the control unit (120).
  • the memory may be located inside or outside the profile acquisition unit (110) and the control unit (120), and may be connected to the profile acquisition unit (110) and the control unit (120) by various well-known means.
  • the battery information generation device (100) may further include a storage unit (130).
  • the storage unit (130) may store data or programs required for each component of the battery information generation device (100) to perform operations and functions, or data generated in the process of performing operations and functions.
  • the storage unit (130) is not particularly limited in type as long as it is a known information storage means known to be capable of recording, erasing, updating, and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, etc.
  • the storage unit (130) may store program codes defining processes executable by the profile acquisition unit (110) and the control unit (120).
  • the degradation-level interval information may be preset to include interval information based on the degradation level compared to the previous cycle for each of a plurality of cycles.
  • the control unit (120) may be configured to set positive and negative intervals corresponding to the cycle and degradation level of the battery based on the degradation-level interval information.
  • the degradation-by-cycle interval information can be set to further consider the battery's degradation by cycle.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a second table (T2) representing section information by degradation degree according to one embodiment of the present invention.
  • the second table (T2) of FIG. 4 is a table representing the difference in degradation degree from the previous cycle of the battery and the corresponding relationship between the positive and negative sections.
  • the second table (T2) may include information on the positive and negative sections set for each difference in degradation degree from the previous cycle.
  • the positive section of the n+1-th cycle can be set to Vin_k to Vjn_k, and the negative section can be set to Vnn_k to Vmn_k.
  • the positive section (Vin_k to Vjn_k) of the n+1-th cycle can be set by reflecting the difference in degeneration (k) in the positive section (Vin to Vjn) of the n-th cycle.
  • the negative section (Vin_k to Vjn_k) of the n+1-th cycle can be set by reflecting the difference in degeneration (k) in the negative section (Vin to Vjn) of the n-th cycle.
  • the battery information generation device (100) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile under conditions of the positive electrode section and the negative electrode section that take into account the differences in the battery's cycle-by-cycle degradation. Accordingly, the positive electrode profile and negative electrode profile of the battery derived as a result of the adjustment can more accurately reflect the battery's condition.
  • the degradation-level interval information may be preset to include interval information based on the degradation type and degradation level compared to the previous cycle for each of a plurality of cycles.
  • the control unit (120) may be configured to set positive and negative intervals corresponding to the battery cycle, degradation type, and degradation level based on the degradation-level interval information.
  • the degradation-by-cycle interval information can be set to further consider the battery's degradation by cycle and type of degradation.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a third table (T3) indicating section information by degradation level according to one embodiment of the present invention.
  • the third table (T3) of FIG. 5 is a table indicating the type of battery degradation, the difference in degradation level from the previous cycle, and the corresponding relationship between the positive and negative sections.
  • the third table (T3) may include information on the positive and negative sections set based on the difference in degradation level from the previous cycle for each type of battery degradation.
  • the degradation types included in the third table (T3) refer to the degradation types of the battery that occurred between the nth cycle and the n+1th cycle.
  • the degradation types may include positive electrode degradation, negative electrode degradation, and available lithium degradation.
  • anode degradation refers to a state of battery degradation in which the anode capacity of the battery is lost.
  • anode degradation a state in which the anode is physically and/or chemically damaged, resulting in the loss of anode capacity capable of participating in charge and discharge.
  • negative electrode degradation refers to a state of battery degradation in which the negative electrode capacity is lost.
  • a state in which the negative electrode is physically and/or chemically damaged, resulting in the loss of negative electrode capacity capable of participating in charge and discharge can be referred to as negative electrode degradation.
  • available lithium degradation refers to a deterioration state of a battery in which available lithium capable of participating in charge and discharge has been lost. This loss of available lithium can lead to lithium plating, a phenomenon in which lithium is deposited on the surface of the negative electrode. Lithium deposition on the surface of the negative electrode can cause side reactions with the electrolyte and alter the kinetic balance of the battery, leading to battery degradation. Furthermore, the deposition of lithium metal on the surface of the negative electrode can cause internal short circuits in the battery, posing a risk of fire or explosion due to internal short circuits.
  • the positive section of the n+1-th cycle may be set to Vin_Pk to Vjn_Pk, and the negative section may be set to Vnn_Pk to Vmn_Pk.
  • the positive section (Vin_Pk to Vjn_Pk) of the n+1-th cycle can be set by reflecting the type of degeneration (P) and the difference in the degree of degeneration (k) in the positive section (Vin to Vjn) of the n-th cycle.
  • the negative section (Vin_Pk to Vjn_Pk) of the n+1-th cycle can be set by reflecting the type of degeneration (P) and the difference in the degree of degeneration (k) in the negative section (Vin to Vjn) of the n-th cycle.
  • positive and negative sections can be set based on the types of multiple degenerations and the difference in the degree of degeneration.
  • the starting voltage of the positive section can be Vin_Pk or Vin_Lik
  • the ending voltage of the positive section can be Vjn_Pk or Vjn_Lik. Since the positive section should be conservatively set to correspond to the deterioration state of the battery, the starting voltage of the positive section can be the larger value of Vin_Pk or Vin_Lik, and the ending voltage of the positive section can be the smaller value of Vjn_Pk or Vjn_Lik.
  • the starting voltage of the negative section can be Vnn_Pk or Vnn_Lik
  • the ending voltage of the negative section can be Vmn_Pk or Vmn_Lik. Since the negative section should be conservatively set to correspond to the deterioration state of the battery, the starting voltage of the negative section can be a larger value of Vnn_Pk or Vnn_Lik, and the ending voltage of the negative section can be a smaller value of Vmn_Pk or Vmn_Lik.
  • the battery information generation device (100) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile under conditions of the positive electrode section and the negative electrode section, taking into account the difference in the degree of degradation and the type of degradation of the battery cycle by cycle. Accordingly, the positive electrode profile and negative electrode profile of the battery derived as a result of the adjustment can more accurately reflect the state of the battery.
  • the control unit (120) can be configured to provide information about the battery by outputting the positive and negative profiles to the outside.
  • control unit (120) may be connected to an external device capable of diagnosing the condition of the battery, such that the control unit (120) can communicate with it via wired and/or wireless communication.
  • the control unit (120) may transmit a positive profile and/or a negative profile to the external device via wired and/or wireless communication.
  • the external device may include a diagnostic device or a server, and any device capable of diagnosing the condition of the battery by analyzing the positive profile and/or the negative profile may be applied without limitation.
  • the state of the battery can be diagnosed based on the positive and negative profiles.
  • the battery information generation device (100) can improve the accuracy of battery status diagnosis by generating a positive profile and a negative profile used to diagnose the status of the battery.
  • control unit (120) adjusts the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile will be described.
  • Fig. 6 is a graph for reference in explaining an example of each of a reference anode profile and a reference cathode profile.
  • the horizontal axis (X-axis) represents capacity (Ah) and the vertical axis (Y-axis) represents voltage.
  • the storage unit (130) can store a reference positive electrode profile (Rp) and a reference negative electrode profile (Rn).
  • the reference cell can be a coin-type cell including a positive electrode half-cell and a negative electrode half-cell, or a three-electrode cell.
  • the reference anode profile (Rp) may be a profile representing the correspondence between the anode voltage and capacity of a reference cell.
  • the anode voltage of the reference cell refers to the potential difference between the potential of a reference electrode (not shown) and the potential of the anode of the reference cell.
  • the reference cathode profile (Rn) may be a profile representing the correspondence between the cathode voltage and capacity of a reference cell.
  • the cathode voltage of the reference cell refers to the potential difference between the potential of the reference electrode and the potential of the cathode of the reference cell.
  • Each of the positive voltage and negative voltage can be a closed circuit voltage or an open circuit voltage (OCV).
  • a first charging protocol or a first discharging protocol can be utilized to obtain the closed-loop voltages of the positive and negative electrodes of the reference cell, respectively.
  • the first charging protocol can be a constant current charging method using a first current rate.
  • the first discharging protocol can be a constant current discharging method using a first current rate. For example, while the reference cell is continuously charged by the first charging protocol or while the reference cell is continuously discharged by the first discharging protocol, the closed-loop voltages of the positive and negative electrodes of the reference cell, which are measured periodically or aperiodically, can be recorded as the positive voltage and the negative voltage of the reference cell, respectively.
  • a second charging protocol or a second discharging protocol may be utilized to obtain the open circuit voltages of the positive and negative electrodes of the reference cell, respectively.
  • the second charging protocol may be an intermittent charging method in which constant current charging using a second current rate and a rest period are alternately performed.
  • the second discharging protocol may be an intermittent charging method in which constant current discharging using a second current rate and a rest period are alternately performed.
  • the second current rate (e.g., 3.0 C) may be predetermined to be greater than the first current rate (e.g., 0.05 C).
  • charging of the reference cell may be stopped for a set pause time and then constant current charging may be resumed.
  • the charging capacity may be calculated by periodically or aperiodically accumulating sample values of the charging current by the first or second charging protocol.
  • the discharge of the reference cell may be stopped for a predetermined pause time and then the constant current discharge may be resumed whenever the discharge time due to the constant current discharge of the second discharge protocol has elapsed by a set amount of time or the discharge capacity of the reference cell has decreased by a set amount of time.
  • the discharge capacity may be calculated by periodically or aperiodically accumulating sample values of the discharge current due to the first discharge protocol or the second discharge protocol.
  • the open circuit voltages of the positive and negative electrodes of the reference cell measured at specific timings during each pause can be recorded as the positive and negative voltages of the reference cell.
  • At least one of the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) can be aligned along the horizontal axis so that the result of synthesizing a portion of the common capacity range of the two profiles (5 to 50 Ah in FIG. 6) matches the reference full-cell profile (R).
  • FIG. 6 illustrates a case where the reference negative electrode profile (Rn) is aligned by shifting to the right, with the starting point (the point corresponding to capacity 0) of the reference positive electrode profile (Rp) as the reference point. For example, when the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) are synthesized through such a shift, a profile matching the reference full-cell profile (R) can be obtained.
  • the ends of the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) are misaligned.
  • the capacity range of the reference positive electrode profile (Rp) and the capacity range of the reference negative electrode profile (Rn) do not match and only partially overlap. Therefore, the reference full-cell profile (R) represents the full-cell voltage of the reference cell in a portion of the capacity range common to the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn).
  • the reference full-cell profile (R) is an example of a full-cell voltage profile obtained by directly subtracting a portion of the reference negative electrode profile (Rn) from a portion of the reference positive electrode profile (Rp).
  • a reference full-cell profile (R) can represent the relationship between the capacity and full-cell voltage of a new, verified good battery cell.
  • the reference cell has the same positive and negative performance levels as a new, verified good battery cell.
  • the reference full-cell profile (R) can represent the correspondence between the voltage and capacity of the reference cell over at least a voltage range of interest (e.g., 3.0 to 4.0 V).
  • the lower and upper limits of the voltage range of interest can be a first set voltage (3.0 V in FIG. 6) and a second set voltage (4.0 V in FIG. 6).
  • the SOC may be set to 0% when the full-cell voltage of any battery cell, including the reference cell, is equal to the first set voltage.
  • the SOC may be set to 100% when the full-cell voltage of any battery cell, including the reference cell, is equal to the second set voltage. According to Fig. 6, the reference cell can reach a fully charged state (SOC 100%) from a fully discharged state (SOC 0%) with a charge capacity of 45 Ah.
  • the positive engagement start point on the positive profile of any battery cell represents the positive voltage when the full-cell voltage of the battery cell matches the first set voltage.
  • the negative engagement start point on the negative profile of the battery cell represents the negative voltage when the full-cell voltage of the battery cell matches the first set voltage. Therefore, the voltage difference between the positive engagement start point and the negative engagement start point is equal to the first set voltage.
  • the positive engagement endpoint on the positive profile of any battery cell represents the positive voltage when the full-cell voltage of the battery cell matches the second set voltage.
  • the negative engagement endpoint on the negative profile of the battery cell represents the negative voltage when the full-cell voltage of the battery cell matches the second set voltage. Therefore, the voltage difference between the positive engagement endpoint and the negative engagement endpoint is equal to the second set voltage.
  • the reference positive electrode participation start point (pi0), the reference positive electrode participation end point (pf0), the reference negative electrode participation start point (ni0), and the reference negative electrode participation end point (nf0) may be pre-recorded.
  • the reference positive electrode participation start point (pi0) and the reference positive electrode participation end point (pf0) are the positive electrode participation start point and the positive electrode participation end point on the reference positive electrode profile (Rp), respectively.
  • the reference negative electrode participation start point (ni0) and the reference negative electrode participation end point (nf0) are the negative electrode participation start point and the negative electrode participation end point on the reference negative electrode profile (Rn), respectively.
  • the voltage difference between the reference positive engagement start point (pi0) and the reference negative engagement start point (ni0) may be equal to a first set voltage (e.g., 3.0 V).
  • the voltage difference between the reference positive engagement end point (pf0) and the reference negative engagement end point (nf0) may be equal to a second set voltage (e.g., 4.0 V).
  • Fig. 7 is a graph used as a reference to explain an example of a measurement full-cell profile of a target cell.
  • the horizontal axis (X-axis) represents capacity (Ah) and the vertical axis (Y-axis) represents voltage.
  • the control unit (120) can generate a measurement full-cell profile (M) indicating a correspondence between the capacity of a battery cell to be diagnosed (hereinafter, referred to as a “target cell”) and the terminal voltage (also referred to as a “full-cell voltage”).
  • the terminal voltage refers to the voltage across both ends of the target cell (CCV or OCV), and is distinct from the positive and negative voltages described above.
  • the terminal voltage of the target cell can be referred to as the difference between the positive and negative voltages of the target cell.
  • the first charge protocol, the first discharge protocol, the second charge protocol, or the second discharge protocol described above may be used to generate the measured full-cell profile (M).
  • the measured full-cell profile (M) may represent a correspondence between the voltage and capacity of the target cell at least over the voltage range of interest (e.g., 3.0 to 4.0 V).
  • the measured full-cell profile (M) can also be based on the voltage time series and capacity time series collected through the charge procedure (or discharge procedure) by the first charge protocol (or the first discharge protocol).
  • the measured full-cell profile (M) can also be based on the voltage time series and capacity time series collected through the charge procedure (or discharge procedure) by the second charge protocol (or the second discharge protocol).
  • the voltage time series represents the temporal change in the terminal voltage of the target cell.
  • the capacity time series represents the temporal change in the capacity of the target cell while the target cell is being charged or discharged by the first charge protocol, the first discharge protocol, the second charge protocol, or the second discharge protocol.
  • the measured full-cell profile (M) can represent an actual correspondence between the capacity of the target cell and the full-cell voltage.
  • the target cell may be a new battery cell that requires verification as to whether it is a good product or a battery cell that has deteriorated after being verified as a good product and is no longer a new product.
  • the voltage of the measured full-cell profile (M) is higher than that of the reference full-cell profile (R) at the same capacity value, which is due to a manufacturing defect of the target cell, anode capacity loss, cathode capacity loss, and/or available lithium loss.
  • the difference between the measured full-cell profile (M) and the reference full-cell profile (R) will gradually increase. According to FIG. 7, unlike the reference cell described with reference to FIG.
  • the target cell requires a charge capacity of 40 Ah to reach 45 Ah, which is a fully charged state (SOC 100%), from 5 Ah, which is a fully discharged state (SOC 0%), which is 5 Ah less than the charge capacity of 45 Ah required to fully charge the reference cell.
  • Ah is used as the unit of the horizontal axis, but this unit may be expressed in other forms.
  • a percentage % indicating SOC State Of Charge
  • SOC State Of Charge
  • the control unit (120) may be configured to compare the measurement full-cell profile (M) with at least one comparison full-cell profile.
  • the comparison full-cell profile may be a result of generating an adjusted anode profile and an adjusted cathode profile by adjusting each of the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) stored in the storage unit (130), and then synthesizing (combining) the adjusted anode profile and the adjusted cathode profile.
  • the comparison full-cell profile can be a result of subtracting a portion of the adjusted cathode profile from a portion of the adjusted anode profile.
  • the control unit (120) can generate at least one comparative full-cell profile by directly adjusting the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn).
  • the at least one comparative full-cell profile can be pre-secured based on the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) and stored in the storage unit (130).
  • the control unit (120) can also obtain the comparative full-cell profile by accessing the storage unit (130) and reading it.
  • the control unit (120) can generate multiple comparison full-cell profiles from the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) by repeating the adjustment procedure of adjusting and then synthesizing each of the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) to several levels.
  • the comparison full-cell profile may also be referred to as an 'adjusted reference full-cell profile'.
  • the control unit (120) can specify a comparison full-cell profile among a plurality of comparison full-cell profiles that has a minimum error with respect to the measured full-cell profile (M). Then, the control unit (120) can determine that the adjusted positive and negative profiles mapped to the specified comparison full-cell profile are the positive and negative profiles of the target cell.
  • various methods known at the time of filing of the present invention can be employed to determine the error between two profiles, each expressible in a two-dimensional coordinate system.
  • the absolute integral of the area between the two profiles or the Root Mean Square Error (RMSE) can be used as the error between the two profiles.
  • RMSE Root Mean Square Error
  • various state information about the target cell can be obtained based on the finally determined adjusted anode profile and adjusted cathode profile.
  • the finally determined adjusted anode profile and adjusted cathode profile may be mapped to a comparative full-cell profile mapped with a minimum error.
  • the comparative full-cell profile obtained by synthesizing the finally determined adjusted anode profile and adjusted cathode profile from a plurality of comparative full-cell profiles can be said to be almost identical to the measured full-cell profile (M) in terms of shape, etc.
  • a positive electrode profile and a negative electrode profile for a target cell can be obtained even without disassembling the target cell or manufacturing it in the form of a three-electrode battery.
  • the adjusted positive profile and the adjusted negative profile can be analyzed to more easily diagnose whether a defect has occurred in the target cell and, if so, what type of defect it is.
  • the adjusted positive and negative profiles can be used to determine the extent to which the target cell has degraded for each deterioration item.
  • the positive and negative profiles of the target cell can be obtained in a simple manner.
  • the present invention can be implemented even if only one reference positive profile (Rp) and one reference negative profile (Rn) are stored in the storage unit (130). For example, there is no need to store multiple reference positive profiles (Rp) and/or multiple reference negative profiles (Rn) in the storage unit (130). Accordingly, there is no need for the storage capacity of the storage unit (130) to be high, and there is no need to perform numerous preliminary tests required to secure multiple reference positive profiles (Rp) and/or multiple reference negative profiles (Rn).
  • FIGS. 8 to 10 are drawings for reference in explaining an example of a procedure for generating a comparison full-cell profile used for comparison with a measured full-cell profile according to one embodiment of the present invention.
  • the procedure for generating a comparative full-cell profile to be described with reference to FIGS. 8 to 10 is performed in the following order: a first routine (see FIG. 8) for setting four points (positive engagement start point, positive engagement end point, negative engagement start point, negative engagement end point) to correspond to a voltage range of interest, a second routine (see FIG. 9) for performing profile shifting, and a third routine (see FIG. 10) for performing capacity scaling.
  • the procedure for generating a comparative full-cell profile according to one embodiment of the present invention includes the first to third routines.
  • the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) are the same as those shown in Fig. 6.
  • the control unit (120) determines the positive engagement start point (pi), the positive engagement end point (pf), the negative engagement start point (ni), and the negative engagement end point (nf) on the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn).
  • the control unit (120) determines the positive engagement start point (pi) and the positive engagement end point (pf) within the positive section (Vin to Vjn), and determines the negative engagement start point (ni) and the negative engagement end point (nf) within the negative section (Vnn to Vmn).
  • control unit (120) may divide the positive voltage range from the starting point to the ending point (or the second set voltage) of the reference positive profile (Rp) into a plurality of micro-voltage sections, and then set the boundary points of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as positive engagement start points (pi).
  • Each micro-voltage section may have a predetermined size (e.g., 0.01 V).
  • the control unit (120) may set a point on the reference negative profile (Rn) that is smaller than the positive engagement start point (pi) by the first set voltage (e.g., 3 V) as the negative engagement start point (ni).
  • control unit (120) may divide the negative voltage range from the start point to the end point of the reference negative profile (Rn) into a plurality of micro-voltage sections of a predetermined size, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as a negative participation start point (ni). Then, the control unit (120) may search for a point that is greater than the negative participation start point (ni) by a first set voltage from the reference positive profile (Rp), and set the searched point as the positive participation start point (pi).
  • control unit (120) may divide the voltage range from the second set voltage to the end point of the reference positive electrode profile (Rp) into a plurality of micro-voltage sections of a predetermined size, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as the positive electrode participation end point (pf). Then, the control unit (120) may set the point on the reference negative electrode profile (Rn) that is smaller by the second set voltage (e.g., 4 V) than the positive electrode participation end point (pf) as the negative electrode participation end point (nf).
  • the second set voltage e.g., 4 V
  • control unit (120) may divide the negative voltage range from the start point to the end point of the reference negative profile (Rn) into a plurality of micro-voltage sections of a predetermined size, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as a negative participation end point (nf). Then, the control unit (120) may search for a point from the reference positive profile (Rp) that is greater than the negative participation end point (nf) by a second set voltage, and set the searched point as the positive participation end point (pf).
  • control unit (120) shifts at least one of the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn) to the left or right along the horizontal axis.
  • control unit (120) can shift the reference anode profile (Rp) to the left (low capacity side), shift the reference cathode profile (Rn) to the right (high capacity side), or perform both, so that the capacity values of the anode participation start point (pi) and the cathode participation start point (ni) match.
  • control unit (120) may shift the reference anode profile (Rp) to the left, shift the reference cathode profile (Rn) to the right, or both, so that the capacitance values of the anode participation end point (pf) and the cathode participation end point (nf) match.
  • Fig. 9 illustrates a case where only the reference anode profile (Rp) is shifted to the left to generate an adjusted reference anode profile (Rp'), and as a result, the capacity of the anode participation start point (pi') matches the capacity of the cathode participation start point (ni).
  • the adjusted reference anode profile (Rp') is the result of applying an adjustment procedure to the reference anode profile (Rp) that shifts to the left by the capacity difference between the anode participation start point (pi) and the cathode participation start point (ni). Therefore, the two anode participation start points (pi, pi') before and after the shift only differ in capacity, and have the same voltage. In addition, the two anode participation start points (pf, pf') before and after the shift only differ in capacity, and have the same voltage.
  • the control unit (120) scales the capacity range of at least one of the adjustment result profiles (Rp', Rn).
  • control unit (120) performs an additional adjustment procedure to contract or expand at least one of the adjusted reference anode profile (Rp') and the reference cathode profile (Rn) along the horizontal axis.
  • the control unit (120) can generate an adjusted reference anode profile (Rp') by shrinking or expanding the adjusted reference anode profile (Rp') so that the size of the capacity range between two points (pi', pf') of the adjusted reference anode profile (Rp') matches the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M).
  • one of the two points (pi', pf') can be fixed. Accordingly, the capacity difference between the two points (pi', pf'') of the adjusted reference anode profile (Rp'') can match the capacity range of the measured full-cell profile (M).
  • control unit (120) can generate an adjusted reference cathode profile (Rn') by shrinking or expanding the reference cathode profile (Rn) so that the size of the capacity range between two points (ni, nf) of the reference cathode profile (Rn) matches the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M).
  • one of the two points (ni, nf) can be fixed. Accordingly, the capacity difference between the two points (ni, nf') of the adjusted reference cathode profile (Rn') can match the capacity range of the measured full-cell profile (M).
  • the adjusted reference anode profile (Rp'') is a result of shrinking the adjusted reference anode profile (Rp') shown in Fig. 9
  • the adjusted reference cathode profile (Rn') is a result of expanding the reference cathode profile (Rn) shown in Fig. 9.
  • the positive participation endpoint (pf'') on the adjusted reference positive profile (Rp'') corresponds to the positive participation endpoint (pf) on the adjusted reference positive profile (Rp').
  • the negative participation endpoint (nf') on the adjusted reference negative profile (Rn') corresponds to the negative participation endpoint (nf) on the reference negative profile (Rn).
  • the capacity difference between the positive engagement start point (pi') and the positive engagement end point (pf'') of the adjusted reference positive electrode profile (Rp'') corresponds to the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M).
  • the capacity difference between the negative engagement start point (ni) and the negative engagement end point (nf') of the adjusted reference negative electrode profile (Rn') corresponds to the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M).
  • the capacity range by two points (pi', pf'') of the adjusted reference positive electrode profile (Rp') matches the capacity range by two points (ni, nf') of the adjusted reference negative electrode profile (Rn').
  • the control unit (120) can generate a comparison full-cell profile (S) by subtracting the profile between the two points (pi', pf'') of the adjusted reference positive electrode profile (Rp'') from the profile between the two points (ni, nf') of the adjusted reference negative electrode profile (Rn').
  • the control unit (120) can calculate the error (profile error) between the comparison full cell profile (S) and the reference full cell profile (R).
  • the control unit (120) can mutually map at least two of the adjusted reference positive profile (Rp''), the adjusted reference negative profile (Rn'), the positive engagement start point (pi'), the positive engagement end point (pf''), the negative engagement start point (ni), the negative engagement end point (nf'), the first scale factor, the second scale factor, the comparison full-cell profile (S), and the profile error, and record them in the storage unit (130).
  • the first scale factor may represent a ratio of the capacity difference between two points (pi', pf'') to the capacity difference between two points (pi0, pf0).
  • the second scale factor may represent a ratio of the capacity difference between two points (ni, nf') to the capacity difference between two points (ni0, nf0).
  • the first scale factor is a change ratio of the adjusted reference anode profile (Rp'') to the reference anode profile (Rp), which is an anode change ratio.
  • the second scale factor is a change ratio of the adjusted reference cathode profile (Rn') to the reference cathode profile (Rn), which is an cathode change ratio.
  • the voltages of two points (pi', pf'') of the adjusted reference positive profile (Rp'') may be included in the set positive section (Vin to Vjn), and the voltages of two points (ni, nf') of the adjusted reference negative profile (Rn') may be included in the set negative section (Vnn to Vmn).
  • the boundary points of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections can be set as the anode participation start point (pi).
  • anode voltage range of the reference anode profile (Rp) is divided into 100 microvoltage ranges, there may be 100 boundary points that can be set as anode participation start points (pi).
  • the voltage range that is higher than the second set voltage in the reference anode profile (Rp) is divided into 40 microvoltage ranges, there may be 40 boundary points that can be set as anode participation end points (pf).
  • up to 4,000 different comparison full-cell profiles (S) can be generated.
  • the control unit (120) can identify the minimum value among the profile errors for the reference full-cell profile (R) of the plurality of comparison full-cell profiles (S) generated as described above, and then obtain information mapped to the minimum profile error (e.g., at least one of the positive participation start point, positive participation end point, negative participation start point, negative participation end point, first scale factor, and second scale factor) from the storage unit (130).
  • information mapped to the minimum profile error e.g., at least one of the positive participation start point, positive participation end point, negative participation start point, negative participation end point, first scale factor, and second scale factor
  • FIGS. 11 to 13 are drawings for reference in explaining another example of a procedure for generating a comparison full-cell profile (U) used for comparison with a measured full-cell profile (M) according to one embodiment of the present invention. Note that the embodiments according to FIGS. 11 to 13 are independent from the embodiments according to FIGS. 8 to 10. Therefore, terms or symbols commonly described in describing the embodiments according to FIGS. 8 to 10 and the embodiments according to FIGS. 11 to 13 should be understood as being limited to each embodiment.
  • the generation procedure of the comparative full-cell profile (U) to be described with reference to FIGS. 11 to 13 is performed in the following order: a fourth routine (see FIG. 11) for performing capacity scaling, a fifth routine (see FIG. 12) for setting four points (positive participation start point, positive participation end point, negative participation start point, negative participation end point), and a sixth routine (see FIG. 13) for performing profile shifting.
  • the generation procedure of the comparative full-cell profile (U) according to another embodiment of the present invention includes the fourth to sixth routines.
  • the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) are the same as those shown in Fig. 6.
  • the control unit (120) applies a first scale factor and a second scale factor selected from a scaling value range to the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn), respectively, to generate an adjusted reference anode profile (Rp') and an adjusted reference cathode profile (Rn').
  • the scaling value range may be predetermined or may vary depending on the ratio of the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) to the size of the capacity range of the reference full-cell profile (R). For example, when values spaced by 0.1% of the scaling value range (e.g., 90-99%) (e.g., 90%, 90.1%, 90.2%, ..., 98.9%, 99%) can be selected as the first scale factor and the second scale factor, 91 values can be selected as the first scale factor and the second scale factor, respectively. In this case, a maximum of 8,281 adjusted profile pairs can be generated according to 8,281 (91 ⁇ 91) adjustment levels (combinations of the first scale factor and the second scale factor).
  • An adjusted profile pair means a combination of an adjusted positive electrode profile and an adjusted negative electrode profile.
  • the adjusted reference anode profile (Rp') and the adjusted reference cathode profile (Rn') illustrated in FIG. 11 illustrate the results of applying a first scale factor and a second scale factor, which are less than 100%, to the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn), respectively.
  • the adjusted reference anode profile (Rp') is the reference anode profile (Rp) shrunk along the horizontal axis
  • the adjusted reference cathode profile (Rn') is also the reference cathode profile (Rn) shrunk along the horizontal axis.
  • the starting points of the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) are fixed, and only the remaining portion is shrunk to the left along the horizontal axis.
  • the scale factor is described as being less than 100%, but the scale factor may be greater than 100%.
  • control unit (120) determines the positive engagement start point (pi'), the positive engagement end point (pf'), the negative engagement start point (ni'), and the negative engagement end point (nf') on the adjusted reference positive profile (Rp') and the adjusted reference negative profile (Rn').
  • Either the positive engagement start point (pi') or the negative engagement start point (ni') may depend on the other.
  • either the positive engagement end point (pf') or the negative engagement end point (nf') may depend on the other.
  • either the positive engagement start point (pi') or the positive engagement end point (pf') may be set based on the other.
  • the remaining three points can be automatically set by the size of the capacity range of the first set voltage, the second set voltage and/or the measured full cell profile (M) (e.g., charge capacity of 0 to 100% of SOC).
  • control unit (120) may divide the positive voltage range from the starting point to the ending point (or the second set voltage) of the adjusted reference positive voltage profile (Rp') into a plurality of micro-voltage sections, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as the positive participation start point (pi'). Then, the control unit (120) may set the point on the adjusted reference negative voltage profile (Rn) that is smaller by the first set voltage (e.g., 3 V) than the positive participation start point (pi') as the negative participation start point (ni').
  • first set voltage e.g., 3 V
  • control unit (120) may divide the negative voltage range from the start point to the end point of the adjusted reference negative profile (Rn') into a plurality of micro-voltage sections of a predetermined size, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as a negative participation start point (ni'). Then, the control unit (120) may search for a point from the reference positive profile (Rp) that is greater than the negative participation start point (ni') by a first set voltage, and set the searched point as the positive participation start point (pi').
  • control unit (120) may divide the voltage range from the second set voltage to the end point of the adjusted reference positive electrode profile (Rp') into a plurality of micro-voltage sections of a predetermined size, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as the positive electrode participation end point (pf'). Then, the control unit (120) may search for a point in the adjusted reference negative electrode profile (Rn') that is smaller than the positive electrode participation end point (pf') by the second set voltage (e.g., 4 V), and set the searched point as the negative electrode participation end point (nf').
  • the second set voltage e.g. 4 V
  • control unit (120) may divide the negative voltage range from the start point to the end point of the adjusted reference negative profile (Rn') into a plurality of micro-voltage sections of a predetermined size, and then set the boundary point of two adjacent micro-voltage sections among the plurality of micro-voltage sections as a negative participation end point (nf'). Then, the control unit (120) may search for a point that is larger than the negative participation end point (nf') by a second set voltage from the adjusted reference positive profile (Rp') and set the searched point as the positive participation end point (pf').
  • the control unit (120) can additionally determine the remaining three points based on the determined point when one of the positive participation start point (pi'), the positive participation end point (pf'), the negative participation start point (ni'), and the negative participation end point (nf') is determined.
  • the control unit (120) can set a point on the adjusted reference positive profile (Rp') that has a capacity value that is greater than the capacity value of the positive participation start point (pi') by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) as the positive participation end point (pf').
  • the control unit (120) can search for a point that is lower than the positive participation start point (pi') by a first set voltage from the adjusted reference negative profile (Rn') and set the searched point as the negative participation start point (ni').
  • control unit (120) can set a point on the adjusted reference negative profile (Rn') that has a capacity value that is greater than the capacity value of the negative participation start point (ni') by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) as the negative participation end point (nf').
  • the control unit (120) may set a point on the adjusted reference positive profile (Rp') that has a capacity value smaller by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) than the capacity value of the positive participation end point (pf') as the positive participation start point (pi').
  • the control unit (120) may search for a point lower by a second set voltage than the positive participation end point (pf') from the adjusted reference negative profile (Rn') and set the searched point as the negative participation end point (nf').
  • control unit (120) may set a point on the adjusted reference negative profile (Rn') that has a capacity value smaller by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) than the capacity value of the negative participation end point (nf') as the negative participation start point (ni').
  • the control unit (120) can set a point on the adjusted reference negative profile (Rn') that has a capacity value that is greater than the capacity value of the negative participation start point (ni') by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) as the negative participation end point (nf').
  • the control unit (120) can search for a point that is higher than the negative participation start point (ni') by a first set voltage from the adjusted reference positive profile (Rp') and set the searched point as the positive participation start point (pi').
  • control unit (120) can set a point on the adjusted reference positive profile (Rp') that has a capacity value that is greater than the capacity value of the positive participation start point (pi') by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) as the positive participation end point (pf').
  • the control unit (120) may set a point on the adjusted reference negative profile (Rn') that has a capacity value smaller by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) than the capacity value of the negative participation end point (nf') as the negative participation start point (ni').
  • the control unit (120) may search for a point higher by a second set voltage than the negative participation end point (nf') from the adjusted reference positive profile (Rp') and set the searched point as the positive participation end point (pf').
  • control unit (120) may set a point on the adjusted reference positive profile (Rp') that has a capacity value smaller by the size of the capacity range of the measured full-cell profile (M) than the capacity value of the positive participation end point (pf') as the positive participation start point (pi').
  • the control unit (120) can shift at least one of the adjusted reference positive profile (Rp') and the adjusted reference negative profile (Rn') to the left or right along the horizontal axis so that the capacity values of the positive engagement start point (pi') and the negative engagement start point (ni') match, or so that the capacity values of the positive engagement end point (pf') and the negative engagement end point (nf') match.
  • the adjusted reference cathode profile (Rn'') illustrated in Fig. 13 is only the adjusted reference cathode profile (Rn') illustrated in Fig. 12 shifted to the right. Accordingly, the capacity values of the positive engagement start point (pi') and the negative engagement start point (ni'') are matched with each other.
  • control unit (120) can generate a comparison full-cell profile (U) by subtracting a partial profile between two points (pi', pf') of the adjusted reference positive profile (Rp') from a partial profile between two points (ni'', nf'') of the adjusted reference negative profile (Rn'').
  • the control unit (120) can calculate the error (profile error) between the comparison full cell profile (U) and the reference full cell profile (R).
  • the control unit (120) can map at least two of the adjusted reference positive profile (Rp'), the adjusted reference negative profile (Rn''), the positive engagement start point (pi'), the positive engagement end point (pf'), the negative engagement start point (ni''), the negative engagement end point (nf''), the first scale factor, the second scale factor, the comparison full-cell profile (U), and the profile error to each other, and record them in the storage unit (130).
  • the voltages of two points (pi', pf') of the adjusted reference positive profile (Rp') may be included in the set positive section (Vin to Vjn), and the voltages of two points (ni'', nf'') of the adjusted reference negative profile (Rn'') may be included in the set negative section (Vnn to Vmn).
  • control unit (120) can generate a comparison full-cell profile corresponding to each pair of the first scale factor and the second scale factor selected from the scaling value range. Since there are multiple pairs of the first scale factor and the second scale factor, it is obvious that a plurality of comparison full-cell profiles will also be generated.
  • the control unit (120) can identify a minimum value among the profile errors of the multiple comparison full-cell profiles, and then obtain information mapped to the minimum profile error from the storage unit (130).
  • the battery information generation device (100) according to the present invention can be applied to a BMS (Battery Management System).
  • the BMS according to the present invention can include the battery information generation device (100) described above.
  • at least some of the components of the battery information generation device (100) can be implemented by supplementing or adding to the functions of the components included in a conventional BMS.
  • the profile acquisition unit (110), control unit (120), and storage unit (130) of the battery information generation device (100) can be implemented as components of the BMS.
  • the battery information generation device (100) according to the present invention may be provided in a battery pack.
  • the battery pack according to the present invention may include the battery information generation device (100) described above and one or more battery cells.
  • the battery pack may further include electrical components (relays, fuses, etc.) and a case.
  • FIG. 14 is a drawing illustrating an exemplary configuration of a battery pack (10) including a battery information generation device (100) according to one embodiment of the present invention.
  • the positive terminal of the battery (11) can be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack (10), and the negative terminal of the battery (11) can be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack (10).
  • the measuring unit (12) can be connected to a first sensing line (SL1), a second sensing line (SL2), and a third sensing line (SL3).
  • the measuring unit (12) can be connected to a positive terminal of the battery (11) through the first sensing line (SL1), and can be connected to a negative terminal of the battery (11) through the second sensing line (SL2).
  • the measuring unit (12) can measure the voltage of the battery (11) based on the voltage measured at each of the first sensing line (SL1) and the second sensing line (SL2).
  • the measuring unit (12) can be connected to the current measuring unit (A) through the third sensing line (SL3).
  • the current measuring unit (A) can be an ammeter or a shunt resistor capable of measuring the charging current and discharging current of the battery (11).
  • the measuring unit (12) can measure the charging current of the battery (11) through the third sensing line (SL3) to calculate the charging amount.
  • the measuring unit (12) can measure the discharging current of the battery (11) through the third sensing line (SL3) to calculate the discharging amount.
  • the profile acquisition unit (110) can read or receive battery information regarding the voltage and current of the battery from the measurement unit (12). In addition, the profile acquisition unit (110) can generate a battery profile based on the battery information.
  • the profile acquisition unit (110) can read or receive a battery profile from the measurement unit (12).
  • An external device may be connected to the positive terminal (P+) and negative terminal (P-) of the battery pack (10).
  • the external device may be a charging device or a load.
  • the positive terminal of the battery (11), the positive terminal (P+) of the battery pack (10), the external device, the negative terminal (P-) of the battery pack (10), and the negative terminal of the battery (11) may be electrically connected.
  • FIG. 15 is a schematic drawing of a vehicle (1500) according to another embodiment of the present invention.
  • a battery pack (1510) may be included in a vehicle (1500), such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV). Furthermore, the battery pack (1510) may drive the vehicle (1500) by supplying power to a motor through an inverter provided in the vehicle (1500).
  • the battery pack (1510) may include a battery information generation device (100).
  • the vehicle (1500) may include a battery information generation device (100).
  • the battery information generation device (100) may be an onboard device included in the vehicle (1500).
  • FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a battery information generation method according to another embodiment of the present invention.
  • the battery information generation method may include a profile acquisition step (S100), a section setting step (S200), and a profile generation step (S300).
  • Each step of the battery information generation method can be performed by the battery information generation device (100).
  • the battery information generation device (100) For convenience of explanation, any content that overlaps with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the profile acquisition step (S100) is a step of acquiring a battery profile indicating a correspondence between the capacity and voltage of the battery, and can be performed by the profile acquisition unit (110).
  • the profile acquisition unit (110) can directly read or receive a battery profile from the outside.
  • the profile acquisition unit (110) can acquire a battery profile by being connected to the outside via wire and/or wirelessly to read or receive a battery profile.
  • the profile acquisition unit (110) may generate a battery profile based on battery information regarding the voltage and capacity of the battery.
  • the profile acquisition unit (110) may acquire a battery profile by directly generating the battery profile based on the battery information.
  • the section setting step (S200) is a step of setting the positive section and negative section corresponding to the battery based on section information for each preset degradation level, and can be performed by the control unit (120).
  • control unit (120) can set the positive section and the negative section corresponding to the state of the battery.
  • the profile generation step (S300) is a step of generating a positive profile and a negative profile of a battery by adjusting the positive section of a preset reference positive profile and the negative section of a preset reference negative profile to correspond to the battery profile, and can be performed by the control unit (120).
  • control unit (120) can generate an adjusted anode profile and an adjusted cathode profile by adjusting the reference anode profile and the reference cathode profile.
  • control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile so that the voltage range (or capacity range) of the adjusted positive electrode profile is included in the positive electrode section set in the section setting step (S200), and the voltage range (or capacity range) of the adjusted negative electrode profile is included in the negative electrode section set in the section setting step (S200).
  • control unit (120) can generate a comparison profile from the adjusted positive electrode profile and the adjusted negative electrode profile.
  • the control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile until the comparison profile corresponds to the battery profile.
  • the control unit (120) can determine the comparison profile that best matches the battery profile (e.g., the comparison profile with the smallest error). Furthermore, the control unit (120) can set the adjusted positive profile corresponding to the determined comparison profile as the positive profile of the battery. Similarly, the control unit (120) can set the adjusted negative profile corresponding to the determined comparison profile as the negative profile of the battery.
  • the embodiments of the present invention described above are not implemented only through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, and such implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 및 미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 정보 생성 장치 및 방법
본 출원은 2024년 1월 26일자 한국 특허 출원 제10-2024-0012534호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 정보 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 상태를 보다 정확하게 반영하는 배터리 정보를 생성하는 배터리 정보 생성 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.
이러한 배터리는 고용량화 및 고밀도화 측면에서 많은 연구가 진행되고 있지만 수명과 안전성 향상 측면도 중요하다. 배터리의 안전성을 향상하기 위하여, 배터리의 현재 상태를 정확하게 진단하는 기술이 요구된다.
본 발명은, 배터리 상태 진단에 이용될 수 있는 보다 정확한 프로파일을 생성할 수 있는 배터리 정보 생성 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 여러 양태들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 여러 양태들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 정보 생성 장치는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 및 미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 양극 구간은, 상기 양극 프로파일의 시작점 및 종료점의 전압 또는 용량이 포함되는 구간으로 설정될 수 있다.
상기 음극 구간은, 상기 음극 프로파일의 시작점 및 종료점의 전압 또는 용량이 포함되는 구간으로 설정될 수 있다.
상기 퇴화도별 구간 정보는, 상기 배터리의 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 퇴화도별 구간 정보는, 복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 퇴화도별 구간 정보는, 복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화 종류 및 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클, 퇴화 종류 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 용량과 미리 설정된 초기 용량에 기반하여 상기 배터리의 퇴화도를 추정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 양극 프로파일 및 상기 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 상기 배터리에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 정보 생성 방법은 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계; 미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하는 구간 설정 단계; 및 미리 설정된 기준 양극 프로파일및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함할 수 있다.
상기 퇴화도별 구간 정보는, 상기 배터리의 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고, 상기 구간 설정 단계는, 상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 퇴화도별 구간 정보는, 복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고, 상기 구간 설정 단계는, 상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 퇴화도별 구간 정보는, 복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화 종류 및 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고, 상기 구간 설정 단계는, 상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클, 퇴화 종류 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 정보 생성 방법은 상기 배터리의 용량과 미리 설정된 초기 용량에 기반하여 상기 배터리의 퇴화도를 추정하는 퇴화도 추정 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 정보 생성 방법은 상기 양극 프로파일 및 상기 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 상기 배터리에 대한 정보를 제공하는 배터리 정보 제공 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 비일시적 판독 가능한 저장 매체에는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계; 미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하는 구간 설정 단계; 및 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법을 실행하기 위한 프로그램이 저장될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 정보 생성 장치는 배터리의 퇴화도를 고려하여 배터리의 상태에 대응되는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화도별 구간 정보를 나타내는 제1 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화도별 구간 정보를 나타내는 제2 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화도별 구간 정보를 나타내는 제3 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일 각각의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 7은 대상 셀의 측정 풀셀 프로파일의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 풀셀 프로파일과의 비교용으로 이용되는 비교 풀셀 프로파일을 생성하는 절차의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 풀셀 프로파일과의 비교용으로 이용되는 비교 풀셀 프로파일을 생성하는 절차의 다른 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 정보 생성 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 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 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 정보 생성 장치(100)는 프로파일 획득부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, 정보 생성의 타겟이 되는 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리의 종류는 원통형(cylindrical type), 각형(prismatic type) 또는 파우치형(pouch type)일 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 뱅크(battery bank), 배터리 모듈(battery module) 또는 배터리 팩(battery pack)을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
프로파일 획득부(110)는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리 프로파일은 배터리의 SOC가 미리 설정된 충전 시작 SOC 또는 0%에서 미리 설정된 충전 종료 SOC 또는 100%까지 충전될 때의 전압(V)과 용량(Q) 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 다른 예로, 배터리 프로파일은 배터리의 SOC가 미리 설정된 방전 시작 SOC 또는 100%에서 미리 설정된 방전 종료 SOC 또는 0%까지 방전될 때의 전압(V)과 용량(Q) 간의 대응 관계를 나타낼 수도 있다.
예컨대, 배터리 프로파일을 생성하기 위한 충전 또는 방전에서의 C-rate에 특별한 제한은 없다. 다만, 보다 정확한 배터리 프로파일을 획득하기 위해서는 저율로 배터리를 충전 또는 방전시켜야 한다. 예컨대, 0.05C로 배터리를 충전 또는 방전시키는 과정에서, 배터리 프로파일이 생성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리의 배터리 프로파일(BP)을 직접 판독 혹은 수신할 수 있다. 예컨데, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 배터리 프로파일을 판독하거나 수신함으로써, 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량에 대한 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일을 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로파일 획득부(110)는 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일을 직접 생성함으로써, 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
프로파일 획득부(110)는 제어부(120)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 예컨대, 프로파일 획득부(110)는 제어부(120)와 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 일예로서, 프로파일 획득부(110)는 획득한 배터리 프로파일을 제어부(120)로 송신할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(120)는 프로파일 획득부(110)로부터 배터리 프로파일을 판독할 수 있다.
제어부(120)는 미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 배터리의 퇴화도에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 배터리의 퇴화도가 x(%)라고 가정하면, 제어부(120)는 퇴화도별 구간 정보에서 배터리의 퇴화도(x(%))에 대응되는 양극 구간과 음극 구간을 결정할 수 있다.
여기서, 퇴화도별 구간 정보는 배터리의 퇴화도별로 양극 구간에 대한 정보와 음극 구간에 대한 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다. 그리고, 양극 구간은 양극 프로파일의 시작점 및 종료점의 전압 또는 용량이 포함되는 구간으로 설정될 수 있다. 그리고, 음극 구간은 음극 프로파일의 시작점 및 종료점의 전압 또는 용량이 포함되는 구간으로 설정될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 양극 구간은 양극 프로파일의 전압 구간을 한정하는 것이고, 음극 구간은 음극 프로파일의 전압 구간을 한정하는 것으로 설명한다.
일 실시예에서, 퇴화도별 구간 정보는 배터리의 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화도별 구간 정보를 나타내는 제1 테이블(T1)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2의 제1 테이블(T1)은 배터리의 퇴화도와 양음극 구간 간의 대응 관계를 나타내는 테이블이다. 예컨대, 제1 테이블(T1)에는 배터리의 퇴화도마다 설정된 양극 구간 및 음극 구간에 대한 정보가 포함될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리의 퇴화도가 k(%)이면, 양극 구간은 Vik[V] 내지 Vjk[V]로 설정되고, 음극 구간은 Vnk[V] 내지 Vmk[V]로 미리 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 프로파일 획득부(110)는 배터리 프로파일과 배터리의 퇴화도 정보를 함께 획득할 수 있다. 예컨대, 배터리 프로파일과 배터리의 퇴화도 정보는 서로 맵핑되어 있을 수 있다. 예를 들면, 프로파일 획득부(110)는 "퇴화도가 x(%)인 배터리의 배터리 프로파일"을 획득함으로써, 배터리 프로파일과 퇴화도 정보를 함께 획득할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 프로파일 획득부(110)로부터 배터리의 퇴화도 정보를 판독하거나 수신할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(120)는 배터리 프로파일로부터 배터리의 퇴화도를 추정할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 배터리의 용량과 미리 설정된 초기 용량에 기반하여 배터리의 퇴화도를 추정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리 프로파일에는 배터리의 충전 시작 시점(또는 방전 시작 시점)부터 충전 종료 시점(또는 방전 종료 시점)까지 측정된 배터리의 용량이 포함될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 배터리 프로파일로부터 배터리의 타겟 용량을 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 배터리에 대해 미리 설정된 초기 용량에 대한 배터리의 타겟 용량 간의 비율을 계산하여, 배터리의 퇴화도를 추정할 수 있다. 여기서, 초기 용량은 배터리의 용량의 초기값을 의미하는 것으로서, BOL(beginning of life) 상태의 배터리, 배터리에 대응되도록 설계된 참조 배터리, 또는 이론적으로 이상적이게 설계된 배터리의 초기 용량에 기반하여 설정될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "1-(타겟 용량÷초기 용량)" 또는 "{1-(타겟 용량÷초기 용량)}×100"의 수식을 계산하여, 초기에 대비한 배터리의 퇴화도(%)를 추정할 수 있다.
제어부(120)는 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 양극 구간과 음극 구간 내에서 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
기준 양극 프로파일이란, 배터리의 양극에 대응되도록 미리 설정된 기준 양극 셀의 용량 및 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 기준 양극 셀은 양극 코인 하프 셀 또는 3 전극 셀의 양극일 수 있다. 그리고, 기준 음극 프로파일이란, 배터리의 음극에 대응되도록 미리 설정된 기준 음극 셀의 용량 및 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 기준 음극 셀은 음극 코인 하프 셀 또는 3 전극 셀의 음극일 수 있다.
제어부(120)는 배터리 프로파일에 대응되도록 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정하여 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일을 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일로부터 비교 프로파일을 생성할 수 있다. 제어부(120)는 비교 프로파일이 배터리 프로파일에 대응될 때까지 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 시프트(Shift)하거나 용량 스케일링을 하여 복수의 비교 프로파일을 생성하고, 복수의 비교 프로파일 중에서 배터리 프로파일과의 오차가 최소가 되는 비교 프로파일을 특정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일에 대응되는 조정 양극 프로파일을 배터리의 양극 프로파일로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일에 대응되는 조정 음극 프로파일을 배터리의 음극 프로파일로 결정할 수 있다. 예를 들면, 특정된 비교 프로파일에 대응된 조정 양극 프로파일 및 조정 음극 프로파일 각각이 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일로 추정될 수 있다.
여기서, 조정 양극 프로파일의 전압 범위는 설정된 양극 구간 내에 포함되고, 조정 음극 프로파일의 전압 범위는 설정된 음극 구간 내에 포함될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일의 양극 참여 개시점의 전압과 양극 참여 종료점의 전압이 양극 구간 내에 포함되고, 조정 음극 프로파일의 음극 참여 개시점의 전압과 음극 참여 종료점의 전압이 음극 구간 내에 포함되도록, 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하여 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')을 생성할 수 있다. 예컨대, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)의 유기적 관계에 따라 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')이 생성된다. 그리고, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp')을 배터리의 양극 프로파일로 결정하고, 조정 음극 프로파일(Rn')을 배터리의 음극 프로파일로 결정할 수 있다. 그리고, 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 개시점(pi')의 전압과 양극 참여 종료점(pf')의 전압은 양극 구간(Vin 내지 Vjn)에 포함된다. 또한, 조정 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점(ni')의 전압과 음극 참여 종료점(nf')의 전압은 음극 구간(Vnn 내지 Vmn)에 포함된다.
관련하여, 제어부(120)가 배터리 프로파일에 대응되도록 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 조정하여, 배터리의 조정 양극 프로파일 및 조정 음극 프로파일을 결정하는 실시예에 대해서는 도 6 내지 도 13을 참조하여 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)는 배터리의 퇴화도에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일의 조정 조건으로 설정할 수 있다. 예컨대, 배터리의 퇴화도에 따른 조정 조건이 더 설정되기 때문에, 조정 결과로 도출되는 양극 프로파일과 음극 프로파일은 배터리의 상태를 보다 정확하게 반영할 수 있다. 배터리 정보 생성 장치(100)는 배터리의 퇴화도를 고려하여 배터리의 상태에 대응되는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 정확하게 추정할 수 있다.
한편, 배터리 정보 생성 장치(100)에 구비된 프로파일 획득부(110) 및 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 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 정보 생성 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 정보 생성 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
다른 실시예에서, 퇴화도별 구간 정보는 복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다. 제어부(120)는 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 배터리의 사이클 및 퇴화도에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 퇴화도별 구간 정보는 배터리의 사이클별 퇴화도를 더 고려하도록 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화도별 구간 정보를 나타내는 제2 테이블(T2)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4의 제2 테이블(T2)은 배터리의 이전 사이클과의 퇴화도 차이, 양극 구간 및 음극 구간 간의 대응 관계를 나타내는 테이블이다. 예컨대, 제2 테이블(T2)에는 이전 사이클과의 퇴화도 차이마다 설정된 양극 구간과 음극 구간에 대한 정보가 포함될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제n 사이클과 제n+1 사이클의 퇴화도 차이가 k(%)이면, 제n+1 사이클의 양극 구간은 Vin_k 내지 Vjn_k로 설정되고, 음극 구간은 Vnn_k 내지 Vmn_k로 설정될 수 있다.
예컨대, 제n 사이클의 양극 구간(Vin 내지 Vjn)에서 퇴화도 차이(k)를 반영하여 제n+1 사이클의 양극 구간(Vin_k 내지 Vjn_k)이 설정될 수 있다. 그리고, 제n 사이클의 음극 구간(Vin 내지 Vjn)에서 퇴화도 차이(k)를 반영하여 제n+1 사이클의 음극 구간(Vin_k 내지 Vjn_k)이 설정될 수 있다.
배터리 정보 생성 장치(100)는 배터리의 사이클별 퇴화도 차이를 고려한 양극 구간 및 음극 구간의 조건 하에서 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다. 따라서, 조정 결과로 도출되는 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일은 배터리의 상태를 보다 정확하게 반영할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 퇴화도별 구간 정보는 복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화 종류 및 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 배터리의 사이클, 퇴화 종류 및 퇴화도에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
퇴화도별 구간 정보는 배터리의 사이클별 퇴화도 및 퇴화 종류를 더 고려하도록 설정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화도별 구간 정보를 나타내는 제3 테이블(T3)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5의 제3 테이블(T3)은 배터리의 퇴화 종류, 이전 사이클과의 퇴화도 차이, 양극 구간 및 음극 구간 간의 대응 관계를 나타내는 테이블이다. 예컨대, 제3 테이블(T3)에는 배터리의 퇴화 종류마다 이전 사이클과의 퇴화도 차이에 대해 설정된 양극 구간과 음극 구간에 대한 정보가 포함될 수 있다.
예컨대, 제3 테이블(T3)에 포함된 퇴화 종류는 제n 사이클과 제n+1 사이클 사이에 발생된 배터리의 퇴화 종류를 의미한다. 그리고, 퇴화 종류에는 양극 퇴화, 음극 퇴화 및 가용 리튬 퇴화가 포함될 수 있다.
여기서, 양극 퇴화는 배터리의 양극 용량이 손실된 배터리의 퇴화 상태를 의미한다. 예컨대, 양극이 물리적 및/또는 화학적으로 손상되어, 충방전에 참여 가능한 양극 용량이 손실된 상태를 양극 퇴화라고 할 수 있다.
그리고, 음극 퇴화는 양극 퇴화와 유사하게 음극 용량이 손실된 배터리의 퇴화 상태를 의미한다. 예컨대, 음극이 물리적 및/또는 화학적으로 손상되어, 충방전에 참여 가능한 음극 용량이 손실된 상태를 음극 퇴화라고 할 수 있다.
마지막으로, 가용 리튬 퇴화는 충방전에 참여 가능한 가용 리튬이 손실된 배터리의 퇴화 상태를 의미한다. 가용 리튬이 손실되면, 음극 표면에 리튬이 석출되는 리튬 플레이팅(Li-plating) 현상이 발생될 수 있다. 음극 표면에 리튬이 석출되면 전해액과의 부반응 및 배터리의 운동역학적 균형(kinetic balance) 변경 등을 초래하여 배터리 퇴화의 원인이 된다. 또한, 음극 표면에 리튬 금속이 석출됨에 따라 배터리의 내부 단락이 발생될 수 있기 때문에, 내부 단락에 의한 발화 및 폭발 등의 위험이 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 배터리의 퇴화 종류가 양극 퇴화이고, 제n 사이클과 제n+1 사이클의 퇴화도 차이가 k(%)이면, 제n+1 사이클의 양극 구간은 Vin_Pk 내지 Vjn_Pk로 설정되고, 음극 구간은 Vnn_Pk 내지 Vmn_Pk로 설정될 수 있다.
예컨대, 제n 사이클의 양극 구간(Vin 내지 Vjn)에서 퇴화 종류(P)와 퇴화도 차이(k)를 반영하여 제n+1 사이클의 양극 구간(Vin_Pk 내지 Vjn_Pk)이 설정될 수 있다. 그리고, 제n 사이클의 음극 구간(Vin 내지 Vjn)에서 퇴화 종류(P)와 퇴화도 차이(k)를 반영하여 제n+1 사이클의 음극 구간(Vin_Pk 내지 Vjn_Pk)이 설정될 수 있다.
만약, 복수의 퇴화가 진행된 경우에는 복수의 퇴화 종류 및 퇴화도 차이에 기반하여 양극 구간 및 음극 구간이 설정될 수 있다.
예컨대, 제n+1 사이클에서 양극 퇴화(P)가 k%만큼 발생하였고, 가용 리튬 퇴화(Li)가 k%만큼 발생되었다고 가정한다.
양극 구간의 시작 전압은 Vin_Pk 또는 Vin_Lik이고, 양극 구간의 종료 전압은 Vjn_Pk 또는 Vjn_Lik일 수 있다. 양극 구간은 배터리의 퇴화 상태에 대응되도록 보수적으로 설정해야 하기 때문에, 양극 구간의 시작 전압은 Vin_Pk 또는 Vin_Lik 중 큰 값이고, 양극 구간의 종료 전압은 Vjn_Pk 또는 Vjn_Lik 중 작은 값일 수 있다.
그리고, 음극 구간의 시작 전압은 Vnn_Pk 또는 Vnn_Lik이고, 음극 구간의 종료 전압은 Vmn_Pk 또는 Vmn_Lik일 수 있다. 음극 구간은 배터리의 퇴화 상태에 대응되도록 보수적으로 설정해야 하기 때문에, 음극 구간의 시작 전압은 Vnn_Pk 또는 Vnn_Lik 중 큰 값이고, 음극 구간의 종료 전압은 Vmn_Pk 또는 Vmn_Lik 중 작은 값일 수 있다.
예컨대, 배터리 정보 생성 장치(100)는 배터리의 사이클별 퇴화도 차이 및 퇴화 종류를 고려한 양극 구간 및 음극 구간의 조건 하에서 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다. 따라서, 조정 결과로 도출되는 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일은 배터리의 상태를 보다 정확하게 반영할 수 있다.
제어부(120)는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 배터리에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 배터리의 상태를 진단할 수 있는 외부 장치와 유선 및/또는 무선으로 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 제어부(120)는 유선 및/또는 무선 통신을 통해 외부 장치로 양극 프로파일 및/또는 음극 프로파일을 송신할 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 진단 장치 또는 서버를 포함하며, 양극 프로파일 및/또는 음극 프로파일을 분석하여 배터리의 상태를 진단할 수 있는 장치라면 제한 없이 적용될 수 있다.
양극 프로파일 및 음극 프로파일은 배터리의 현재 상태를 나타내는 것으로 강하게 추정되는 프로파일이기 때문에, 양극 프로파일 및 음극 프로파일에 기반하여 배터리의 상태가 진단될 수 있다.
배터리 정보 생성 장치(100)는 배터리의 상태를 진단하는데 이용되는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성함으로써, 배터리의 상태 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 13을 참조하여, 제어부(120)가 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 조정하는 실시예를 설명한다.
도 6은 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일 각각의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 그래프이다. 도 6의 그래프에 있어서, 가로축(X축)은 용량(capacity, Ah)을 나타내고 세로축(Y축)은 전압을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 저장부(130)는, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 저장할 수 있다. 기준 셀은, 양극 하프셀과 음극 하프셀을 포함하는 코인 타입의 셀이거나, 3전극 셀일 수 있다.
기준 양극 프로파일(Rp)은, 기준 셀의 양극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 기준 셀의 양극 전압은, 기준 전극(미도시)의 전위와 기준 셀의 양극의 전위 간의 전위차를 지칭한다.
기준 음극 프로파일(Rn)은, 기준 셀의 음극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 기준 셀의 음극 전압은, 기준 전극의 전위와 기준 셀의 음극의 전위 간의 전위차를 지칭한다.
양극 전압 및 음극 전압 각각은, 폐로 전압(Closed Circuit Voltage) 또는 개로 전압(OCV: Open Circuit Voltage)일 수 있다.
기준 셀의 양극과 음극 각각의 폐로 전압을 획득하는 데에는 제1 충전 프로토콜 또는 제1 방전 프로토콜이 활용될 수 있다. 제1 충전 프로토콜은, 제1 전류 레이트를 이용한 정전류 충전 방식일 수 있다. 제1 방전 프로토콜은, 제1 전류 레이트를 이용한 정전류 방전 방식일 수 있다. 일 예로, 제1 충전 프로토콜에 의해 기준 셀이 연속적으로 충전되는 중 또는 제1 방전 프로토콜에 의해 기준 셀이 연속적으로 방전되는 중에, 주기적 또는 비주기적으로 측정되는 기준 셀의 양극과 음극 각각의 폐로 전압이 기준 셀의 양극 전압 및 음극 전압으로 기록될 수 있다.
기준 셀의 양극과 음극 각각의 개로 전압을 획득하는 데에는 제2 충전 프로토콜 또는 제2 방전 프로토콜이 활용될 수 있다. 제2 충전 프로토콜은, 제2 전류 레이트를 이용한 정전류 충전과 휴지기가 번갈아 실시되는 간헐적 충전 방식일 수 있다. 제2 방전 프로토콜은, 제2 전류 레이트를 이용한 정전류 방전과 휴지기가 번갈아 실시되는 간헐적 충전 방식일 수 있다. 일 실시예에 따라 제2 전류 레이트(예, 3.0 C)는, 제1 전류 레이트(예, 0.05 C)보다 크게 미리 정해져 있을 수 있다.
일 예로, 제2 충전 프로토콜의 정전류 충전에 의한 충전 시간이 설정 시간만큼 경과되거나 기준 셀의 충전 용량이 설정 용량만큼 증가 시마다 기준 셀의 충전이 소정의 휴지 시간 동안 정지된 다음 정전류 충전이 재개될 수 있다. 충전 용량은, 제1 충전 프로토콜 또는 제2 충전 프로토콜에 의한 충전 전류의 샘플값을 주기적 또는 비주기적으로 적산함으로써 연산될 수 있다.
다른 예로, 제2 방전 프로토콜의 정전류 방전에 의한 방전 시간이 설정 시간만큼 경과되거나 기준 셀의 방전 용량이 설정 용량만큼 감소 시마다 기준 셀의 방전이 소정의 휴지 시간 동안 정지된 다음 정전류 방전이 재개될 수 있다. 방전 용량은, 제1 방전 프로토콜 또는 제2 방전 프로토콜에 의한 방전 전류의 샘플값을 주기적 또는 비주기적으로 적산함으로써 연산될 수 있다.
이때, 휴지 시마다의 특정 타이밍에서 측정되는 기준 셀의 양극과 음극 각각의 개로 전압이 기준 셀의 양극 전압 및 음극 전압으로 기록될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 6 내지 도 13에서는 가로축이 충전 용량을 나타내는 것으로 가정하기로 한다.
두 프로파일(Rp, Rn)의 공통된 용량 범위의 일 부분(도 6에서는 5~50 Ah)의 합성 결과가 기준 풀셀 프로파일(R)에 일치되도록, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn) 중 적어도 하나는 가로축을 따라 정렬될 수 있다. 도 6에는, 기준 양극 프로파일(Rp)의 시작점(용량 0에 대응하는 지점)을 기준점으로 하여, 기준 음극 프로파일(Rn)이 우측으로 시프트(Shift)되어 정렬된 케이스를 예시하였다. 예를 들면, 이 같은 시프트를 통해 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)이 합성되었을 경우 기준 풀셀 프로파일(R)과 일치하는 프로파일을 획득할 수 있다.
기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)의 양쪽 단부는 서로 어긋나 있음을 도 6으로부터 확인할 수 있다. 예컨대, 기준 양극 프로파일(Rp)의 용량 범위와 기준 음극 프로파일(Rn)의 용량 범위는 일치하지 않으며 부분적으로만 중복된다. 따라서, 기준 풀셀 프로파일(R)은, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)에 공통된 용량 범위의 일 부분에서의 기준 셀의 풀셀 전압을 나타낸다. 예컨대, 기준 풀셀 프로파일(R)은, 기준 양극 프로파일(Rp)의 일부분으로부터 기준 음극 프로파일(Rn)의 일부분을 직접 차감하여 얻어진, 풀셀 전압 프로파일의 일 예이다.
기준 풀셀 프로파일(R)은, 양품으로 검증된 신품 배터리 셀의 용량과 풀셀 전압 간의 대응 관계를 나타낼 수 있다. 예컨대, 기준 셀은, 양품으로 검증된 신품 배터리 셀과 동일 수준의 양극 성능 및 음극 성능을 갖는다.
기준 풀셀 프로파일(R)은 적어도 관심 전압 범위(예, 3.0~4.0V)에 걸친 기준 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타낼 수 있다. 관심 전압 범위의 하한 및 상한은 제1 설정 전압(도 6에서는 3.0V) 및 제2 설정 전압(도 6에서는 4.0V)일 수 있다.
기준 셀을 비롯한 임의의 배터리 셀의 풀셀 전압이 제1 설정 전압과 동일한 경우의 SOC는 0%로 설정될 수 있다. 기준 셀을 비롯한 임의의 배터리 셀의 풀셀 전압이 제2 설정 전압과 동일한 경우의 SOC는 100%로 설정될 수 있다. 도 6에 따르면, 기준 셀은 완방 상태(SOC 0%)로부터 45Ah의 충전 용량에 의해 완충 상태(SOC 100%)에 이를 수 있다.
본 명세서에 있어서, 임의의 배터리 셀의 양극 프로파일 상의 양극 참여 개시점은, 해당 배터리 셀의 풀셀 전압이 제1 설정 전압에 일치하는 때의 양극 전압을 나타낸다. 또한, 해당 배터리 셀의 음극 프로파일 상의 음극 참여 개시점은, 해당 배터리 셀의 풀셀 전압이 제1 설정 전압에 일치하는 때의 음극 전압을 나타낸다. 따라서, 양극 참여 개시점과 음극 참여 개시점 간의 전압차는 제1 설정 전압과 동일하다.
또한, 임의의 배터리 셀의 양극 프로파일 상의 양극 참여 종료점은, 해당 배터리 셀의 풀셀 전압이 제2 설정 전압에 일치하는 때의 양극 전압을 나타낸다. 또한, 해당 배터리 셀의 음극 프로파일 상의 음극 참여 종료점은, 해당 배터리 셀의 풀셀 전압이 제2 설정 전압에 일치하는 때의 음극 전압을 나타낸다. 따라서, 양극 참여 종료점과 음극 참여 종료점 간의 전압차는 제2 설정 전압과 동일하다.
저장부(130)에는, 기준 양극 참여 개시점(pi0), 기준 양극 참여 종료점(pf0), 기준 음극 참여 개시점(ni0), 기준 음극 참여 종료점(nf0) 각각의 전압을 나타내는 정보가 미리 기록되어 있을 수 있다. 기준 양극 참여 개시점(pi0) 및 기준 양극 참여 종료점(pf0) 각각은, 기준 양극 프로파일(Rp) 상의 양극 참여 개시점 및 양극 참여 종료점이다. 기준 음극 참여 개시점(ni0) 및 기준 음극 참여 종료점(nf0) 각각은, 기준 음극 프로파일(Rn) 상의 음극 참여 개시점 및 음극 참여 종료점이다.
기준 양극 참여 개시점(pi0)과 기준 음극 참여 개시점(ni0) 간의 전압차는 제1 설정 전압(예, 3.0V)과 동일할 수 있다. 기준 양극 참여 종료점(pf0) 및 기준 음극 참여 종료점(nf0) 간의 전압차는 제2 설정 전압(예, 4.0V)과 동일할 수 있다.
도 7은 대상 셀의 측정 풀셀 프로파일의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 그래프이다. 도 7의 그래프에 있어서, 가로축(X축)은 용량(capacity, Ah)을 나타내고 세로축(Y축)은 전압을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 제어부(120)는, 진단의 대상이 되는 배터리 셀(이하, '대상 셀'이라고 칭할 수 있음)의 용량과 단자 전압('풀셀 전압'이라고 칭할 수도 있음) 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일(M)을 생성할 수 있다. 여기서, 단자 전압은, 대상 셀의 양단에 걸친 전압(CCV 또는 OCV)으로서, 전술된 양극 전압 및 음극 전압과는 구별된다. 예를 들면, 대상 셀의 단자 전압은, 대상 셀의 양극 전압과 음극 전압 간의 차분이라고 할 수 있다.
측정 풀셀 프로파일(M)을 생성하는 데에는, 전술된 제1 충전 프로토콜, 제1 방전 프로토콜, 제2 충전 프로토콜 또는 제2 방전 프로토콜이 이용될 수 있다. 기준 풀셀 프로파일(R)과 마찬가지로, 측정 풀셀 프로파일(M)은 적어도 관심 전압 범위(예, 3.0~4.0V)에 걸친 대상 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타낼 수 있다.
기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)이 제1 충전 프로토콜(또는 제1 방전 프로토콜)에 의해 확보된 것이라면, 측정 풀셀 프로파일(M) 또한 제1 충전 프로토콜(또는 제1 방전 프로토콜)에 의한 충전 절차(또는 방전 절차)를 통해 수집되는 전압 시계열과 용량 시계열에 기초할 수 있다.
기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)이 제2 충전 프로토콜(또는 제2 방전 프로토콜)에 의해 확보된 것이라면, 측정 풀셀 프로파일(M) 또한 제2 충전 프로토콜(또는 제2 방전 프로토콜)에 의한 충전 절차(또는 방전 절차)를 통해 수집되는 전압 시계열과 용량 시계열에 기초할 수 있다.
전압 시계열은, 대상 셀의 단자 전압의 경시적인 변화를 나타낸다. 용량 시계열은, 제1 충전 프로토콜, 제1 방전 프로토콜, 제2 충전 프로토콜 또는 제2 방전 프로토콜에 의해 대상 셀이 충전 또는 방전되는 동안의 대상 셀의 용량의 경시적인 변화를 나타낸다.
도 6을 참조하여 앞서 설명된 기준 풀셀 프로파일(R)과 비교할 때, 측정 풀셀 프로파일(M)은, 대상 셀의 용량과 풀셀 전압 간의 실제적인 대응 관계를 나타낼 수 있다. 대상 셀은, 양품인지 여부에 대한 검증이 필요한 신품 배터리 셀 또는 양품으로 검증된 후 퇴화가 진행되어 더 이상 신품이 아닌 배터리 셀일 수 있다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 측정 풀셀 프로파일(M)과 기준 풀셀 프로파일(R) 사이에는, 어느 정도의 차이가 존재할 수 있다. 일 예로, 동일 용량값에서 측정 풀셀 프로파일(M)의 전압이 기준 풀셀 프로파일(R)의 전압보다 높으며, 이는 대상 셀의 제조 결함, 양극 용량 손실, 음극 용량 손실 및/또는 가용 리튬 손실 등에 기인한다. 일반적으로 대상 셀이 충방전이 반복되면서 퇴화되어 갈수록, 측정 풀셀 프로파일(M)과 기준 풀셀 프로파일(R) 간의 차이는 점차 커지게 될 것이다. 도 7에 따르면, 도 6을 참조하여 설명된 기준 셀과는 달리, 대상 셀이 완방 상태(SOC 0%)인 5 Ah로부터 완충 상태(SOC 100%)인 45 Ah에 도달하는 데에는 40Ah의 충전 용량이 필요하며, 이는 기준 셀의 완충에 필요한 충전 용량인 45 Ah 보다 5Ah만큼 감소된 것이다.
한편, 도 6 및 도 7의 실시예에서, 가로축의 단위로는 Ah가 채용되었으나, 이러한 단위는 다른 형태로 표현될 수도 있다. 예를 들어, 가로축의 단위로는 Ah 대신 SOC(State Of Charge)를 나타내는 백분율 %가 이용될 수 있다.
측정 풀셀 프로파일(M)이 생성되면, 제어부(120)는, 측정 풀셀 프로파일(M)과 적어도 하나의 비교 풀셀 프로파일을 비교하도록 구성될 수 있다. 여기서, 비교 풀셀 프로파일이란, 저장부(130)에 저장된 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn) 각각을 조정하여 조정된 양극 프로파일 및 조정된 음극 프로파일을 생성한 다음, 상기 조정된 양극 프로파일 및 상기 조정된 음극 프로파일을 합성(조합)한 결과일 수 있다.
예컨대, 기준 풀셀 프로파일(R)이 기준 양극 프로파일(Rp)의 일부분으로부터 기준 음극 프로파일(Rn)의 일부분을 차감한 결과라고 할 때, 비교 풀셀 프로파일은 상기 조정된 양극 프로파일의 일부분으로부터 상기 조정된 음극 프로파일의 일부분을 차감한 결과라고 할 수 있다.
제어부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 직접 조정하여 적어도 하나의 비교 풀셀 프로파일을 생성할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 비교 풀셀 프로파일은, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 기초로 미리 확보되어 저장부(130)에 저장될 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 저장부(130)에 액세스하여 비교 풀셀 프로파일을 읽어오는 형태로 획득할 수도 있다.
제어부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn) 각각을 여러 레벨로 조정한 다음 합성하는 조정 절차를 반복함으로써, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)로부터 복수의 비교 풀셀 프로파일을 생성할 수 있다. 비교 풀셀 프로파일을 '조정된 기준 풀셀 프로파일'이라고 칭할 수도 있다.
제어부(120)는, 복수의 비교 풀셀 프로파일 중에서 측정 풀셀 프로파일(M)과의 오차가 최소가 되는 어느 한 비교 풀셀 프로파일을 특정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 특정된 비교 풀셀 프로파일에 매핑된 조정된 양극 프로파일 및 조정된 음극 프로파일이, 대상 셀의 양극 프로파일 및 음극 프로파일인 것으로 결정할 수 있다.
관련하여, 각각 2차원 좌표계로 표현 가능한 두 프로파일 간의 오차를 결정하는 데에는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 방식이 채용될 수 있다. 이를테면, 두 프로파일 사이의 영역에 대한 절대값의 적분값 또는 RMSE(Root Mean Square Error) 등이 두 프로파일 간의 오차로서 이용될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 최종적으로 결정된 조정된 양극 프로파일 및 조정된 음극 프로파일을 기초로, 대상 셀에 대한 다양한 상태 정보가 획득될 수 있다. 최종적으로 결정된 조정된 양극 프로파일 및 조정된 음극 프로파일은, 최소 오차에 매핑된 비교 풀셀 프로파일에 매핑된 것일 수 있다. 예를 들면, 복수의 비교 풀셀 프로파일로부터 최종적으로 결정된 조정된 양극 프로파일 및 조정된 음극 프로파일의 합성에 의한 비교 풀셀 프로파일은, 측정 풀셀 프로파일(M)과 개형 등이 거의 일치한다고 할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의할 경우, 대상 셀을 분해하지 않더라도, 또는 3전극 전지 형태로 제조하지 않더라도, 대상 셀에 대한 양극 프로파일 및 음극 프로파일이 획득될 수 있다.
일 실시예에 따라, 대상 셀이 신품 배터리 셀인 경우, 조정된 양극 프로파일과 조정된 음극 프로파일을 분석하여, 대상 셀에 불량이 발생하였는지, 불량이 발생하였다면 어떠한 종류의 불량인지 등에 대하여 진단하는데 보다 용이하게 활용될 수 있다.
대상 셀이 양품인 것으로 검증된 후 사용 중인 배터리 셀인 경우, 조정된 양극 프로파일과 조정된 음극 프로파일을 통해, 퇴화 항목별로 대상 셀이 어느 정도로 퇴화되었는지 등을 파악할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 대상 셀의 양극 프로파일과 음극 프로파일이 간단한 방식으로 얻어질 수 있다. 저장부(130)에 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)이 1개씩만이 저장되더라도 본 발명의 구현이 가능할 수 있다. 예컨대, 저장부(130)에 다수의 기준 양극 프로파일(Rp) 및/또는 다수의 기준 음극 프로파일(Rn)이 저장될 필요가 없다. 따라서, 저장부(130)의 저장 용량이 높을 필요가 없으며, 다수의 기준 양극 프로파일(Rp) 및/또는 다수의 기준 음극 프로파일(Rn)을 확보하는 데에 요구되는 수많은 사전 테스트의 진행 필요성도 없다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 풀셀 프로파일과의 비교용으로 이용되는 비교 풀셀 프로파일을 생성하는 절차의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하여 설명될 비교 풀셀 프로파일의 생성 절차는, 관심 전압 범위에 대응하도록 4개의 지점(양극 참여 개시점, 양극 참여 종료점, 음극 참여 개시점, 음극 참여 종료점)을 설정하는 제1 루틴(도 8 참조), 프로파일 시프트를 실시하는 제2 루틴(도 9 참조), 및 용량 스케일링을 실시하는 제3 루틴(도 10 참조)의 순서로 진행된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비교 풀셀 프로파일의 생성 절차는 제1 내지 제3 루틴을 포함한다.
먼저, 도 8을 참조하면, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)은 도 6에 도시된 것과 동일하다.
제어부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn) 상에서 양극 참여 개시점(pi), 양극 참여 종료점(pf), 음극 참여 개시점(ni) 및 음극 참여 종료점(nf)을 결정한다. 여기서, 제어부(120)는 양극 구간(Vin 내지 Vjn) 내에서 양극 참여 개시점(pi) 및 양극 참여 종료점(pf)을 결정하고, 음극 구간(Vnn 내지 Vmn) 내에서 음극 참여 개시점(ni) 및 음극 참여 종료점(nf)을 결정한다.
양극 참여 개시점(pi) 및 음극 참여 개시점(ni) 중 어느 하나는 다른 하나에 의존한다.
일 예로, 제어부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp)의 시작점부터 종료점(또는, 제2 설정 전압)까지의 양극 전압 범위를 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 양극 참여 개시점(pi)으로 설정할 수 있다. 각 미소 전압 구간은, 소정 사이즈(예, 0.01V)를 가질 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi)보다 제1 설정 전압(예, 3V)만큼 작은 기준 음극 프로파일(Rn) 상의 지점을 음극 참여 개시점(ni)으로 설정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는, 기준 음극 프로파일(Rn)의 시작점부터 종료점까지의 음극 전압 범위를 소정 사이즈의 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 음극 참여 개시점(ni)으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp)로부터 음극 참여 개시점(ni)보다 제1 설정 전압만큼 큰 지점을 탐색하고, 탐색된 지점을 양극 참여 개시점(pi)으로 설정할 수 있다.
양극 참여 종료점(pf) 및 음극 참여 종료점(nf) 중 어느 하나는 다른 하나에 의존한다.
일 예로, 제어부(120)는, 제2 설정 전압부터 기준 양극 프로파일(Rp)의 종료점까지의 전압 범위를 소정 사이즈의 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 양극 참여 종료점(pf)으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 양극 참여 종료점(pf)보다 제2 설정 전압(예, 4V)만큼 작은 기준 음극 프로파일(Rn) 상의 지점을 음극 참여 종료점(nf)으로 설정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는, 기준 음극 프로파일(Rn)의 시작점부터 종료점까지의 음극 전압 범위를 소정 사이즈의 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 음극 참여 종료점(nf)으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 음극 참여 종료점(nf)보다 제2 설정 전압만큼 큰 지점을 기준 양극 프로파일(Rp)으로부터 탐색하여, 탐색된 지점을 양극 참여 종료점(pf)으로 설정할 수 있다.
양극 참여 개시점(pi), 양극 참여 종료점(pf), 음극 참여 개시점(ni) 및 음극 참여 종료점(nf)의 결정이 완료되면, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn) 중 적어도 하나를 가로축을 따라 좌측 또는 우측으로 시프트한다.
도 9를 참조하면, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi) 및 음극 참여 개시점(ni)의 용량값이 일치하도록, 기준 양극 프로파일(Rp)을 좌측(저용량측)으로 시프트시키거나, 기준 음극 프로파일(Rn)을 우측(고용량측)으로 시프트시키거나, 또는 둘 다 실시할 수 있다.
대안적으로, 제어부(120)는, 양극 참여 종료점(pf) 및 음극 참여 종료점(nf)의 용량값이 일치하도록, 기준 양극 프로파일(Rp)을 좌측으로 시프트시키거나, 기준 음극 프로파일(Rn)을 우측으로 시프트시키거나, 또는 둘 다 실시할 수 있다.
도 9는, 기준 양극 프로파일(Rp)만이 좌측으로 시프트시켜 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')을 생성한 경우이며, 그 결과로 양극 참여 개시점(pi')의 용량이 음극 참여 개시점(ni)의 용량에 일치된 상황을 예시하고 있다. 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')은, 양극 참여 개시점(pi)과 음극 참여 개시점(ni)의 용량차만큼 좌측으로 시프트하는 조정 절차를 기준 양극 프로파일(Rp)에 적용한 결과이다. 따라서, 시프트 전과 후의 두 양극 참여 개시지점(pi, pi')은 단지 용량값만이 상이하고, 전압이 동일하다. 또한 시프트 전과 후의 두 양극 참여 개시지점(pf, pf')은 단지 용량값만이 상이하고, 전압이 동일하다.
기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn) 중 적어도 하나가 시프트된 조정 결과 프로파일들(Rp', Rn)이 확보되면, 제어부(120)는 조정 결과 프로파일들(Rp', Rn) 중 적어도 하나의 용량 범위를 스케일링한다.
도 9에 도시된 예에 따르면, 제어부(120)는 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 및 기준 음극 프로파일(Rn) 중 적어도 하나를, 가로축을 따라 수축 또는 확장시키는 추가적인 조정 절차를 실시한다.
도 10을 참조하면, 제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')의 두 지점(pi', pf') 간의 용량 범위의 사이즈가 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈에 일치하도록, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')을 수축 또는 확대하여, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')을 생성할 수 있다. 이때, 두 지점(pi', pf') 중 어느 한 지점(pi')은 고정될 수 있다. 이에 따라, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')의 두 지점(pi', pf'') 간의 용량차는 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위에 일치하게 될 수 있다.
또한, 제어부(120)는, 기준 음극 프로파일(Rn)의 두 지점(ni, nf) 간의 용량 범위의 사이즈도 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈에 일치하도록, 기준 음극 프로파일(Rn)을 수축 또는 확대하여, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')을 생성할 수 있다. 이때, 두 지점(ni, nf) 중 어느 한 지점(ni)은 고정될 수 있다. 이에 따라, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni, nf') 간의 용량차는 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위에 일치하게 될 수 있다.
도 10에 있어서, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')은 도 9에 도시된 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')이 수축된 결과이고, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')은 도 9에 도시된 기준 음극 프로파일(Rn)이 확대된 결과이다.
조정된 기준 양극 프로파일(Rp'') 상의 양극 참여 종료점(pf'')은 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 상의 양극 참여 종료점(pf)에 대응한다. 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 상의 음극 참여 종료점(nf')은 기준 음극 프로파일(Rn) 상의 음극 참여 종료점(nf)에 대응한다.
조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')의 양극 참여 개시점(pi')과 양극 참여 종료점(pf'') 간의 용량차는, 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈에 일치한다. 마찬가지로, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점(ni)과 음극 참여 종료점(nf') 간의 용량차는, 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈에 일치한다.
또한, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')의 두 지점(pi', pf'')에 의한 용량 범위는 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni, nf')에 의한 용량 범위에 일치하고 있다. 제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')의 두 지점(pi', pf'') 사이의 프로파일을 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni, nf') 사이의 프로파일로부터 차감하여, 비교 풀셀 프로파일(S)을 생성할 수 있다.
제어부(120)는, 비교 풀셀 프로파일(S)와 기준 풀셀 프로파일(R) 간의 오차(프로파일 오차)를 연산할 수 있다.
제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp''), 조정된 기준 음극 프로파일(Rn'), 양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf''), 음극 참여 개시점(ni), 음극 참여 종료점(nf'), 제1 스케일 팩터, 제2 스케일 팩터, 비교 풀셀 프로파일(S) 및 프로파일 오차 중 적어도 둘을 상호 매핑하여, 저장부(130)에 기록할 수 있다.
제1 스케일 팩터는, 두 지점(pi0, pf0) 간의 용량차에 대한 두 지점(pi', pf'') 간의 용량차의 비율을 나타낼 수 있다. 제2 스케일 팩터는, 두 지점(ni0, nf0) 간의 용량차에 대한 두 지점(ni, nf') 간의 용량차의 비율을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 제1 스케일 팩터는 기준 양극 프로파일(Rp)에 대한 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')의 변경 비율로서, 양극 변경 비율이다. 제2 스케일 팩터는 기준 음극 프로파일(Rn)에 대한 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 변경 비율로서, 음극 변경 비율이다.
그리고, 도 10의 실시예에서, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'')의 두 지점(pi', pf'')의 전압은 설정된 양극 구간(Vin 내지 Vjn)에 포함되고, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni, nf')의 전압은 설정된 음극 구간(Vnn 내지 Vmn)에 포함될 수 있다.
한편, 전술된 바와 같이, 기준 양극 프로파일(Rp)의 양극 전압 범위가 복수의 미소 전압 구간으로 구획 시, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점이, 양극 참여 개시점(pi)으로 설정될 수 있다.
가령, 기준 양극 프로파일(Rp)의 양극 전압 범위를 100개의 미소 전압 범위로 구획한다면, 양극 참여 개시점(pi)으로 설정 가능한 경계 지점은 100개일 수 있다. 또한, 기준 양극 프로파일(Rp)에서 제2 설정 전압 이상인 전압 범위를 40개의 미소 전압 범위로 구획한다면, 양극 참여 종료점(pf)으로 설정 가능한 경계 지점은 40개일 수 있다. 이 경우, 최대 4000개의 서로 다른 비교 풀셀 프로파일(S)이 생성될 수 있다.
물론, 미소 전압 구간의 사이즈가 감소할수록 최대로 생성 가능한 비교 풀셀 프로파일의 개수는 증가하고, 반대로 미소 전압 구간의 사이즈가 증가할수록 최대로 생성 가능한 비교 풀셀 프로파일(S)의 개수는 감소할 것임을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
제어부(120)는, 전술된 바와 같이 생성되는 복수의 비교 풀셀 프로파일(S)의 기준 풀셀 프로파일(R)에 대한 프로파일 오차들 중에서 최소치를 식별한 다음, 최소 프로파일 오차에 매핑된 정보(예, 양극 참여 개시점, 양극 참여 종료점, 음극 참여 개시점, 음극 참여 종료점, 제1 스케일 팩터, 제2 스케일 팩터 중 적어도 하나)를 저장부(130)로부터 획득할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 풀셀 프로파일(M)과의 비교용으로 이용되는 비교 풀셀 프로파일(U)을 생성하는 절차의 다른 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 참고로, 도 11 내지 도 13에 따른 실시예는 도 8 내지 도 10에 따른 실시예와는 독립적이다. 따라서, 도 8 내지 도 10에 따른 실시예와 도 11 내지 도 13에 따른 실시예를 설명하는 데에 공통적으로 기재된 용어나 부호는, 각 실시예에 한정되는 것으로 이해되어야 한다.
도 11 내지 도 13을 참조하여 설명될 비교 풀셀 프로파일(U)의 생성 절차는, 용량 스케일링을 실시하는 제4 루틴(도 11 참조), 4개의 지점(양극 참여 개시점, 양극 참여 종료점, 음극 참여 개시점, 음극 참여 종료점)을 설정하는 제5 루틴(도 12 참조), 및 프로파일 시프트를 실시하는 제6 루틴(도 13 참조)의 순서로 진행된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 비교 풀셀 프로파일(U)의 생성 절차는 제4 내지 제6 루틴을 포함한다.
도 11을 참조하면, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)은 도 6에 도시된 것과 동일하다.
제어부(120)는, 스케일링 수치 범위로부터 선택된 제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터를, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)에 각각 적용하여, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 및 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')을 생성한다.
스케일링 수치 범위는 미리 정해진 것이거나, 기준 풀셀 프로파일(R)의 용량 범위의 사이즈에 대한 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈의 비율에 따라 가변될 수 있다. 일 예로, 스케일링 수치 범위(예, 90~99%)의 0.1%씩 간격을 둔 값들(예를 들면, 90%, 90.1%, 90.2%, …, 98.9%, 99%) 중에서 제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터로 선택 가능하다고 할 때, 91개의 값이 각각 제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터로 선택될 수 있다. 이 경우, 8,281(91×91)개의 조정 레벨(제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터의 조합)에 따라 최대 8,281개의 조정된 프로파일 쌍이 생성될 수 있다. 조정된 프로파일 쌍은, 조정된 양극 프로파일 및 조정된 음극 프로파일의 조합을 의미한다.
도 11에 도시된 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 및 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')은, 각각 100% 미만인 제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터를 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)에 적용한 결과를 예시하고 있다.
제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터가 100% 미만이므로, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')은 기준 양극 프로파일(Rp)이 가로축을 따라 수축된 것이고, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 역시 기준 음극 프로파일(Rn)이 가로축을 따라 수축되어 있다. 이해를 돕기 위해, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn) 각각의 시작점은 고정시킨 채로 나머지 부분만을 가로축을 따라 좌측으로 축소시킨 개형으로 예시하였다.
이상의 실시예에서는, 스케일 팩터가 100% 미만인 것으로만 설명하였지만, 스케일 팩터는 100% 이상일 수도 있다.
도 12를 참조하면, 제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')과 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 상에서 양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf'), 음극 참여 개시점(ni') 및 음극 참여 종료점(nf')을 결정한다.
양극 참여 개시점(pi') 및 음극 참여 개시점(ni') 중 어느 하나는 다른 하나에 의존할 수 있다. 또한, 양극 참여 종료점(pf') 및 음극 참여 종료점(nf') 중 어느 하나는 다른 하나에 의존할 수 있다. 또한, 양극 참여 개시점(pi') 및 양극 참여 종료점(pf') 중 어느 하나는, 다른 하나를 기초로 설정될 수 있다.
양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf'), 음극 참여 개시점(ni') 및 음극 참여 종료점(nf') 중 어느 하나가 설정되면, 나머지 3개의 지점들은 제1 설정 전압, 제2 설정 전압 및/또는 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈(예, SOC 0~100%의 충전 용량)에 의해 자동적으로 설정될 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')의 시작점부터 종료점(또는, 제2 설정 전압)까지의 양극 전압 범위를 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 양극 참여 개시점(pi')으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi')보다 제1 설정 전압(예, 3V)만큼 작은 조정된 기준 음극 프로파일(Rn) 상의 지점을 음극 참여 개시점(ni')으로 설정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 시작점부터 종료점까지의 음극 전압 범위를 소정 사이즈의 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 음극 참여 개시점(ni')으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 음극 참여 개시점(ni')보다 제1 설정 전압만큼 큰 지점을 기준 양극 프로파일(Rp)로부터 탐색하고, 탐색된 지점을 양극 참여 개시점(pi')으로 설정할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(120)는, 제2 설정 전압부터 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')의 종료점까지의 전압 범위를 소정 사이즈의 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 양극 참여 종료점(pf')으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 양극 참여 종료점(pf')보다 제2 설정 전압(예, 4V)만큼 작은 지점을 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')에서 탐색하고, 탐색된 지점을 음극 참여 종료점(nf')으로 설정할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(120)는, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')의 시작점부터 종료점까지의 음극 전압 범위를 소정 사이즈의 복수의 미소 전압 구간으로 구획한 다음, 복수의 미소 전압 구간 중 인접한 두 미소 전압 구간의 경계 지점을, 음극 참여 종료점(nf')으로 설정할 수 있다. 그 다음, 제어부(120)는, 음극 참여 종료점(nf')보다 제2 설정 전압만큼 큰 지점을 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')으로부터 탐색하여, 탐색된 지점을 양극 참여 종료점(pf')으로 설정할 수 있다.
제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf'), 음극 참여 개시점(ni') 및 음극 참여 종료점(nf') 중 어느 하나가 결정되면, 결정된 지점을 기초로 나머지 3개 지점을 추가적으로 결정할 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi')이 가정 먼저 결정되면, 양극 참여 개시점(pi')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 큰 용량값을 갖는 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 상의 지점을 양극 참여 종료점(pf')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi')보다 제1 설정 전압만큼 낮은 지점을 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')으로부터 탐색하여, 탐색된 지점을 음극 참여 개시점(ni')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 음극 참여 개시점(ni')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 큰 용량값을 갖는 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 상의 지점을 음극 참여 종료점(nf')으로 설정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는, 양극 참여 종료점(pf')이 가정 먼저 결정되면, 양극 참여 종료점(pf')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 작은 용량값을 갖는 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 상의 지점을 양극 참여 개시점(pi')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 양극 참여 종료점(pf')보다 제2 설정 전압만큼 낮은 지점을 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')으로부터 탐색하여, 탐색된 지점을 음극 참여 종료점(nf')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 음극 참여 종료점(nf')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 작은 용량값을 갖는 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 상의 지점을 음극 참여 개시점(ni')으로 설정할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(120)는, 음극 참여 개시점(ni')이 결정되면, 음극 참여 개시점(ni')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 큰 용량값을 갖는 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 상의 지점을 음극 참여 종료점(nf')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 음극 참여 개시점(ni')보다 제1 설정 전압만큼 높은 지점을 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')으로부터 탐색하여, 탐색된 지점을 양극 참여 개시점(pi')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 큰 용량값을 갖는 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 상의 지점을 양극 참여 종료점(pf')으로 설정할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(120)는, 음극 참여 종료점(nf')이 결정되면, 음극 참여 종료점(nf')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 작은 용량값을 갖는 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 상의 지점을 음극 참여 개시점(ni')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 음극 참여 종료점(nf')보다 제2 설정 전압만큼 높은 지점을 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')으로부터 탐색하여, 탐색된 지점을 양극 참여 종료점(pf')으로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 양극 참여 종료점(pf')의 용량값보다 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 범위의 사이즈만큼 작은 용량값을 갖는 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 상의 지점을 양극 참여 개시점(pi')으로 설정할 수 있다.
제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터의 쌍을 기초로 양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf'), 음극 참여 개시점(ni') 및 음극 참여 종료점(nf')의 결정이 완료되면, 제어부(120)는, 양극 참여 개시점(pi') 및 음극 참여 개시점(ni')의 용량값이 일치하도록 또는 양극 참여 종료점(pf') 및 음극 참여 종료점(nf')의 용량값이 일치하도록, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp') 및 조정된 기준 음극 프로파일(Rn') 중 적어도 하나를 가로축을 따라 좌측 또는 우측으로 시프트시킬 수 있다.
도 13에 도시된 조정된 기준 음극 프로파일(Rn'')은, 도 12에 도시된 조정된 기준 음극 프로파일(Rn')만을 우측으로 시프트시킨 것이다. 이에 따라, 양극 참여 개시점(pi') 및 음극 참여 개시점(ni'')의 용량값이 서로 일치되어 있다. 관련하여, 양극 참여 개시점(pi')과 양극 참여 종료점(pf') 간의 용량차는 음극 참여 개시점(ni') 및 음극 참여 종료점(nf') 간의 용량차와 동일하므로, 양극 참여 개시점(pi') 및 음극 참여 개시점(ni'')의 용량값이 서로 일치하게 되면, 양극 참여 종료점(pf')과 음극 참여 종료점(nf')의 용량값도 서로 일치하게 된다.
도 13을 참조하면, 제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')의 두 지점(pi', pf') 사이의 부분 프로파일을 조정된 기준 음극 프로파일(Rn'')의 두 지점(ni'', nf'') 사이의 부분 프로파일로부터 차감하여, 비교 풀셀 프로파일(U)을 생성할 수 있다.
제어부(120)는, 비교 풀셀 프로파일(U)와 기준 풀셀 프로파일(R) 간의 오차(프로파일 오차)를 연산할 수 있다.
제어부(120)는, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp'), 조정된 기준 음극 프로파일(Rn''), 양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf'), 음극 참여 개시점(ni''), 음극 참여 종료점(nf''), 제1 스케일 팩터, 제2 스케일 팩터, 비교 풀셀 프로파일(U) 및 프로파일 오차 중 적어도 둘을 상호 매핑하여, 저장부(130)에 기록할 수 있다.
그리고, 도 13의 실시예에서, 조정된 기준 양극 프로파일(Rp')의 두 지점(pi', pf')의 전압은 설정된 양극 구간(Vin 내지 Vjn)에 포함되고, 조정된 기준 음극 프로파일(Rn'')의 두 지점(ni'', nf'')의 전압은 설정된 음극 구간(Vnn 내지 Vmn)에 포함될 수 있다.
전술된 바와 같이, 제어부(120)는, 스케일링 수치 범위로부터 선택된 제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터의 쌍별로 그에 대응되는 비교 풀셀 프로파일을 생성할 수 있다. 제1 스케일 팩터 및 제2 스케일 팩터의 쌍은 복수이므로, 비교 풀셀 프로파일 또한 복수로 생성될 것임은 자명하다. 제어부(120)는, 복수의 비교 풀셀 프로파일의 프로파일 오차들 중에서 최소치를 식별한 다음, 최소 프로파일 오차에 매핑된 정보를 저장부(130)로부터 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 정보 생성 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 정보 생성 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 정보 생성 장치(100)의 프로파일 획득부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 정보 생성 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(10)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
배터리(11)의 양극 단자는 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(11)의 음극 단자는 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(12)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 측정부(12)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리(11)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(11)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 측정부(12)는 제1 센싱 라인(SL1)과 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정된 전압에 기반하여, 배터리(11)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(12)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 배터리(11)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(12)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(11)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(12)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(11)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 측정부(12)로부터 배터리의 전압 및 전류에 대한 배터리 정보를 판독하거나 수신할 수 있다. 그리고, 프로파일 획득부(110)는 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일을 생성할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 측정부(12)로부터 배터리 프로파일을 판독하거나 수신할 수 있다.
배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에는 외부 장치가 연결될 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 충전 장치 또는 부하일 수 있다. 그리고, 배터리(11)의 양극 단자, 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+), 외부 장치, 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-) 및 배터리(11)의 음극 단자는 전기적으로 연결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차(1500)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1510)은 전기 자동차(Electric vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle, HV)와 같은 자동차(1500)에 포함될 수도 있다. 그리고, 배터리 팩(1510)은 자동차(1500)에 구비된 인버터를 통해 모터에 전력을 공급함으로써, 자동차(1500)를 구동시킬 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1510)에는 배터리 정보 생성 장치(100)가 포함될 수 있다. 예를 들면, 자동차(1500)에는 배터리 정보 생성 장치(100)가 포함될 수 있다. 이 경우, 배터리 정보 생성 장치(100)는 자동차(1500)에 포함된 온 보드 장치일 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 정보 생성 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면, 배터리 정보 생성 방법은 프로파일 획득 단계(S100), 구간 설정 단계(S200) 및 프로파일 생성 단계(S300)를 포함할 수 있다.
배터리 정보 생성 방법의 각 단계는 배터리 정보 생성 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
프로파일 획득 단계(S100)는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 단계로서, 프로파일 획득부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리 프로파일을 직접 판독하거나 수신할 수 있다. 예컨데, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 배터리 프로파일을 판독하거나 수신함으로써, 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량에 대한 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일을 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로파일 획득부(110)는 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일을 직접 생성함으로써, 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
구간 설정 단계(S200)는 미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에 따른 제1 테이블(T1), 도 4의 실시예에 따른 제2 테이블(T2) 또는 도 5의 실시예에 따른 제3 테이블(T3)에 기반하여, 제어부(120)는 배터리의 상태에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정할 수 있다.
프로파일 생성 단계(S300)는 미리 설정된 기준 양극 프로파일의 양극 구간과 미리 설정된 기준 음극 프로파일의 음극 구간을 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정하여 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따라, 조정 양극 프로파일의 전압 범위(또는 용량 범위)는 구간 설정 단계(S200)에서 설정된 양극 구간에 포함되고, 조정 음극 프로파일의 전압 범위(또는 용량 범위)는 구간 설정 단계(S200)에서 설정된 음극 구간에 포함되도록, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일로부터 비교 프로파일을 생성할 수 있다. 제어부(120)는 비교 프로파일이 배터리 프로파일에 대응될 때까지 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정할 수 있다.
제어부(120)는 배터리 프로파일에 가장 대응되는 비교 프로파일(예컨대, 오차가 가장 작은 비교 프로파일)을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 비교 프로파일에 대응되는 조정 양극 프로파일을 배터리의 양극 프로파일로 설정할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(120)는 결정된 비교 프로파일에 대응되는 조정 음극 프로파일을 배터리의 음극 프로파일로 설정할 수 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)
10: 배터리 팩
11: 배터리
12: 측정부
100: 배터리 정보 제공 장치
110: 프로파일 획득부
120: 제어부
130: 저장부
800: 자동차
810: 배터리 팩

Claims (14)

  1. 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 및
    미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함하는 배터리 정보 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 구간은,
    상기 양극 프로파일의 시작점 및 종료점의 전압 또는 용량이 포함되는 구간으로 설정되고,
    상기 음극 구간은,
    상기 음극 프로파일의 시작점 및 종료점의 전압 또는 용량이 포함되는 구간으로 설정된 배터리 정보 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퇴화도별 구간 정보는,
    상기 배터리의 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고,
    상기 제어부는,
    상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 퇴화도별 구간 정보는,
    복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고,
    상기 제어부는,
    상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퇴화도별 구간 정보는,
    복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화 종류 및 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고,
    상기 제어부는,
    상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클, 퇴화 종류 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 용량과 미리 설정된 초기 용량에 기반하여 상기 배터리의 퇴화도를 추정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양극 프로파일 및 상기 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 상기 배터리에 대한 정보를 제공하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함하는 자동차.
  10. 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계;
    미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하는 구간 설정 단계; 및
    미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 퇴화도별 구간 정보는,
    상기 배터리의 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고,
    상기 구간 설정 단계는,
    상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하는 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 퇴화도별 구간 정보는,
    복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고,
    상기 구간 설정 단계는,
    상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하는 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 퇴화도별 구간 정보는,
    복수의 사이클 각각에 대하여 이전 사이클에 대비한 퇴화 종류 및 퇴화도에 따른 구간 정보를 포함하도록 미리 설정되고,
    상기 구간 설정 단계는,
    상기 퇴화도별 구간 정보에 기반하여, 상기 배터리의 사이클, 퇴화 종류 및 퇴화도에 대응되는 상기 양극 구간 및 상기 음극 구간을 설정하는 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법.
  14. 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계;
    미리 설정된 퇴화도별 구간 정보에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 구간 및 음극 구간을 설정하는 구간 설정 단계; 및
    미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 양극 구간과 상기 음극 구간 내에서 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하여 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법을 실행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능한 저장 매체.
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