WO2025170262A1 - 배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법 - Google Patents

배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법

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WO2025170262A1
WO2025170262A1 PCT/KR2025/001340 KR2025001340W WO2025170262A1 WO 2025170262 A1 WO2025170262 A1 WO 2025170262A1 KR 2025001340 W KR2025001340 W KR 2025001340W WO 2025170262 A1 WO2025170262 A1 WO 2025170262A1
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deterioration
battery
feature point
battery cell
differential capacity
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함석원
배윤정
정희석
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Definitions

  • the present invention relates to a technology for diagnosing the deterioration 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.
  • DQA Differential Capacity Analysis
  • the polarization phenomenon which is deeply related to the charge/discharge characteristics of a battery, is dependent on various resistance components of the battery (e.g., ohmic resistance, charge transfer resistance, diffusion resistance), and the polarization phenomenon tends to worsen as the battery deteriorates.
  • OCV open circuit voltage
  • CCV closed circuit voltage
  • a battery diagnosis method comprises the steps of: detecting a deterioration feature point located within a reference voltage range from a differential capacity profile representing a voltage-differential capacity relationship characteristic of a battery cell within a reference voltage range; updating deterioration history information representing a change history of at least one of location information and type information of the deterioration feature point based on a result of detecting the deterioration feature point; and diagnosing a deterioration state of the battery cell based on the updated deterioration history information.
  • the step of diagnosing the deterioration state of the battery cell may include a step of diagnosing that a loss of positive electrode capacity of the battery cell has occurred when a first tendency in which the deterioration characteristic point approaches the baseline from the upper side of the baseline is identified from the updated deterioration history information.
  • the step of diagnosing the deterioration state of the battery cell may include a step of diagnosing that additional available lithium loss has occurred along with the loss of positive electrode capacity of the battery cell when a second tendency in which the deterioration characteristic point moves away from the baseline on the lower side of the baseline is identified from the updated deterioration history information.
  • the above battery diagnosis method may further include, as a step preceding the step of determining a differential capacity profile of the battery cell for the reference voltage range, a step of determining the reference voltage range based on the initial differential capacity profile of the battery cell.
  • the step of determining the reference voltage range may include the steps of: detecting a main feature point, which is a peak located within a predetermined voltage range of interest, from the initial differential capacity profile; detecting a first auxiliary feature point located on a lower voltage side than the main feature point and a second auxiliary feature point located on a higher voltage side than the main feature point; and determining the reference voltage range to be the same as the voltage range between the first auxiliary feature point and the second auxiliary feature point.
  • the above reference line may be a straight line passing through the first auxiliary feature point and the second auxiliary feature point.
  • the processor may be configured to diagnose that additional available lithium loss has occurred in conjunction with a loss of positive electrode capacity of the battery cell when a second tendency of the degradation feature point moving away from the baseline on the lower side of the baseline is identified from the updated degradation history information.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery diagnostic device.
  • a battery system includes the battery diagnostic device.
  • the deterioration state of the battery can be precisely diagnosed without direct confirmation from the outside.
  • an indication of accelerated deterioration of the battery e.g., loss of available lithium
  • additional control measures can be taken to control or alleviate the indication of accelerated deterioration of the battery.
  • FIG. 1 is a drawing for reference in schematically explaining the configuration of a battery diagnostic device according to the present invention.
  • Figure 2 is an exemplary graph used as a reference to explain changes in capacity-voltage relationship characteristics due to battery deterioration.
  • Figures 3 and 4 are exemplary graphs used for explaining changes in voltage-differential capacity relationship characteristics due to battery deterioration.
  • FIG. 5 is a flowchart for reference in schematically explaining a battery diagnosis method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart schematically illustrating sub-steps that can be included in step S500 of FIG. 5.
  • Figure 7 is a drawing referenced in explaining the method of Figure 6.
  • FIG. 8 is a flowchart schematically illustrating sub-steps that can be included in step S540 of FIG. 5.
  • a battery system (1) includes a system controller (2), a battery pack (10), an inverter (30), and an electric motor (40).
  • the charge/discharge terminals (P+, P-) of the battery pack (10) can be electrically coupled to a charging station (300) via a charging cable or the like.
  • the battery system (1) is not particularly limited as long as it is an electric system in which a battery (11) is used as a power source, such as an electric vehicle.
  • the system controller (2) (e.g., ECU: Electronic Control Unit) is configured to transmit a key-on signal to the battery management system (100) in response to a start button (not shown) provided in the battery system (1) being turned to the ON position by a user.
  • the system controller (2) is configured to transmit a key-off signal to the battery management system (100) in response to a start button being turned to the OFF position by a user.
  • the charging station (300) can communicate with the system controller (2) and supply charging power selected from among constant power, constant current, and constant voltage through the charge/discharge terminals (P+, P-) of the battery pack (10).
  • the battery pack (10) includes a battery (11) and a battery management system (100).
  • the battery pack (10) may further include a relay (20).
  • the battery (11) includes at least one battery cell (BC).
  • the battery (11) is exemplarily illustrated as including a plurality of battery cells (BC 1 to BC N , N being a natural number greater than or equal to 2) connected in series.
  • the plurality of battery cells (BC 1 to BC N ) may be provided to have the same electrochemical specifications.
  • the symbol 'BC' is assigned to the battery cell.
  • the battery cell (BC) may be a target of diagnosis by a charging station (300) or a cloud server (not shown).
  • a lithium metal composite oxide such as LiNi 8/10 Co 1/10 Mn 1/10 O 2 may be used as the positive electrode active material of the battery cell (BC).
  • a carbon-based material e.g., graphite
  • the charging station (300) can execute a diagnostic process for a battery cell (BC) through collaboration with an inverter (30) having a discharge function.
  • the relay (20) is electrically connected in series to the battery (11) via a power path connecting the battery (11) and the inverter (30).
  • the relay (20) is illustrated as being connected between the positive terminal of the battery (11) and the charge/discharge terminal (P+).
  • the relay (20) is turned on and off in response to a switching signal from the battery management system (100).
  • the relay (20) may be a mechanical contactor that is turned on and off by the magnetic force of a coil, or a semiconductor switch such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor).
  • An inverter (30) is provided to convert direct current from a battery (11) included in a battery pack (10) into alternating current in response to a command from at least one of a battery management system (100), a system controller (2), and a battery diagnostic device (302).
  • An electric motor (40) is driven using alternating current power from the inverter (30).
  • a three-phase alternating current motor can be used as the electric motor (40).
  • Components within the battery system (1) that receive discharge power from the battery (11), including the inverter (30) and the electric motor (40), can be collectively referred to as an electric load.
  • the communication circuit (150) is configured to support wired or wireless communication between the control circuit (130) and the system controller (2) and/or the charging station (300).
  • the wired communication may be, for example, CAN (controller area network) communication
  • the wireless communication may be, for example, Zigbee or Bluetooth communication.
  • the type of communication protocol is not particularly limited.
  • the communication circuit (150) may include an output device (e.g., a display, a speaker) that provides information received from the control circuit (130) and/or the system controller (2) in a form recognizable to a user (driver).
  • the reference voltage range may be predetermined.
  • step S500 is not required and can be omitted from the method of FIG. 5.
  • step S520 the processor (320) detects a deterioration feature point located within the reference voltage range from the differential capacity profile determined in step S510.
  • a reference voltage range ( ⁇ V R ) is determined to be the same as the voltage range between the first auxiliary feature point (SC 1 ) and the second auxiliary feature point (SC 2 ).
  • a single closed region having a main feature point (MC) as a single peak is defined by a baseline (L R ) and an initial differential capacity profile (DQP T ). Therefore, the baseline (L R ) can be utilized as a clear and efficient diagnostic criterion based on information (i.e., differential capacity value and/or type) of deterioration feature points that change along with deterioration of the battery cell (BC).
  • FIG. 8 is a flowchart schematically illustrating sub-steps that can be included in step S540 of FIG. 5.
  • step S810 the processor (320) determines whether a first tendency in which the deterioration feature point approaches the reference line (L R ) from the upper side is identified from the deterioration history information updated by step S530. For example, referring again to FIG. 4 , a change from C a to C b indicates the first tendency.
  • step S810 If the value of step S810 is "Yes”, the process proceeds to step S820. If the value of step S810 is "No”, the process may proceed to step S830.
  • the processor (320) may determine the positive electrode capacity loss rate of the battery cell (BC) based on the difference between the current differential capacity value of the deterioration feature point and the initial differential capacity value.
  • the initial differential capacity value may be the same as the differential capacity value of the main feature point (MC).
  • the processor (320) may determine the positive electrode capacity loss rate of the battery cell (BC) using first relationship data (indicating a correspondence between the differential capacity difference and the positive electrode capacity loss rate) pre-recorded in the memory unit (330) so as to be associated with the first tendency.
  • step S830 the processor (320) determines whether a second tendency in which the deterioration feature point moves away from the reference line (L R ) from the lower side of the reference line (L R ) is identified from the deterioration history information updated by step S530.
  • the identification condition of the second tendency may include at least one of (i) the deterioration feature point shifting from the upper side to the lower side of the reference line (L R ) and (ii) the type of the deterioration feature point changing from a peak to a valley. For example, referring back to FIG. 4 , a change from C c to C d and/or a change from C b to C c indicates the second tendency. If the value of step S830 is "Yes”, the process proceeds to step S840. If the value of step S830 is "No", the method according to FIG. 8 may be terminated.
  • step S840 the processor (320) determines that additional available lithium loss of the battery cell (BC) has occurred. That is, it can be determined that, in addition to the positive electrode capacity loss, degradation due to the available lithium loss has significantly progressed or is showing signs of worsening.
  • the available lithium loss may be a type of degradation that occurs subsequent to the positive electrode capacity loss.
  • a second tendency indicating that the degradation is already accelerating or is showing signs of accelerating can be identified from the degradation history information by additionally generating the available lithium loss on top of the positive electrode capacity loss that is already occurring.
  • the processor (320) may determine the available lithium loss rate of the battery cell (BC) based on the difference between the current differential capacity value of the deterioration feature point and the differential capacity value of the reference line (L R ).
  • the difference between the current differential capacity value of the deterioration feature point and the differential capacity value of the reference line (L R ) may be referred to as a differential capacity difference.
  • the differential capacity value of the reference line (L R ) compared with the current differential capacity value of the deterioration feature point may be the differential capacity value at the intersection between the vertical line having the voltage value of the deterioration feature point and the reference line (L R ).
  • the differential capacity of the reference line (L R ) can be determined depending on the deterioration feature point. Specifically, the differential capacity of the reference line (L R ) can be a differential capacity mapped to the same voltage value as the voltage value of the deterioration feature point. Therefore, the fact that the deterioration feature point is above the reference line (L R ) can mean that the differential capacity of the reference line (L R ) at the same voltage value as the deterioration feature point is smaller than the differential capacity of the deterioration feature point.
  • the fact that the deterioration feature point is below the reference line (L R ) can mean that the differential capacity of the reference line (L R ) at the same voltage value as the deterioration feature point is larger than the differential capacity of the deterioration feature point.
  • the processor (320) can determine the available lithium loss rate of the battery cell (BC) by using second relationship data (indicating a correspondence between the differential capacity difference and the available lithium loss rate) pre-recorded in the memory unit (330) to be associated with the second tendency.
  • Steps S832 and S842 are not essential, and at least one of them can be omitted from the method of FIG. 8.
  • step S910 the processor (320) determines whether only positive electrode capacity loss has occurred among positive electrode capacity loss and available lithium loss based on the results of the diagnosis executed in step S540. If the value of step S910 is “Yes,” the process may proceed to step S920. If the value of step S910 is “No,” it means that both positive electrode capacity loss and available lithium loss have been diagnosed to have occurred. If the value of step S910 is “No,” the process may proceed to step S930.

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Abstract

배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 배터리 진단 방법은, 기준 전압 범위에서의 배터리 셀의 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 미분 용량 프로파일로부터, 상기 기준 전압 범위 내에 위치하는 열화 특징점을 검출하는 단계, 상기 열화 특징점의 검출 결과를 기초로, 상기 열화 특징점의 위치 정보 및 종류 정보 중 적어도 하나의 변화 이력을 나타내는 열화 이력 정보를 갱신하는 단계, 및 상기 갱신된 열화 이력 정보를 기초로, 상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법
본 발명은, 배터리의 열화 상태를 진단하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2024년 02월 06일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2024-0018379호 및 2025년 01월 22일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2025-0009688호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리의 열화 상태를 진단하기 위한 다양한 기술이 존재한다. 특히, 미분 용량 분석(DQA: Differential Capacity Analysis)은, 배터리의 외부에서 관측 가능한 파라미터(예, 전압 및 전류)를 기초로 배터리의 열화도나 내부에 존재하는 이상을 파악하는 데에 주로 이용되고 있다.
미분 용량 분석을 이용하여 배터리를 진단함에 있어서, 미분 용량 프로파일('V-dQ/dV 커브'라고 칭할 수 있음)에 위치하는 특징점(들)이 주요한 요소로서 검출될 필요가 있다.
관련하여, 배터리의 충방전 특성에 깊게 연관된 분극 현상은, 배티리의 여러 가지 저항 성분(예, 옴 저항, 전하 전달 저항, 확산 저항)에 의존성을 가지며, 배터리가 열화될수록 분극 현상이 심화되는 경향이 있다. 예컨대, 충전 또는 방전 중의 배터리의 개로 전압(OCV: open circuit voltage)과 폐로 전압(CCV: closed circuit voltage) 간의 차이가 나타나는 원인 중 하나는 분극에 의해 형성된 과전압(over-potential)이다.
분극의 크기에 따라, 배터리의 적어도 하나의 양극 활물질 및/또는 적어도 하나의 음극 활물질의 산화환원 반응이 주로 일어나는 전압대가 쉬프트되거나 해당 전압대에서의 산화환원 반응의 세기가 다소간 변화하게 된다. 열화에 기인한 충방전 특성의 변화는, 적어도 하나의 특징점의 위치는 물론 특징점의 타입 또한 변화시킬 수 있다.
그런데, 종래의 DQA 기반 진단 방식은, 진단 회차별로 특정 타입(예, 피크)의 특징점을 검출한 다음, 검출된 특징점의 위치 정보(예, 전압값 및/또는 미분 용량값)에만 기초하는 방식이라는 점에서, 진단 정밀도가 다소 제한적이라는 단점을 갖고 있다.
본 발명은, 배터리의 충방전 특성의 미분 정보로부터 식별되는 특징점의 위치 및 타입 중 적어도 하나의 변화 이력을 분석하여, 외부에서는 직접적인 확인이 불가한 배터리의 열화 상태를 정밀하게 진단할 수 있는 배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 방법은, 기준 전압 범위에서의 배터리 셀의 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 미분 용량 프로파일로부터, 상기 기준 전압 범위 내에 위치하는 열화 특징점을 검출하는 단계; 상기 열화 특징점의 검출 결과를 기초로, 상기 열화 특징점의 위치 정보 및 종류 정보 중 적어도 하나의 변화 이력을 나타내는 열화 이력 정보를 갱신하는 단계; 및 상기 갱신된 열화 이력 정보를 기초로, 상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계를 포함한다.
상기 배터리 진단 방법은, 상기 배터리 셀의 전압이 상기 기준 전압 범위에 걸쳐 변화하는 동안에 취득된 전압-전류 데이터 세트를 커브 피팅하여, 상기 기준 전압 범위에 대한 상기 배터리 셀의 전압 프로파일을 결정하는 단계; 및 상기 전압 프로파일을 미분하여, 상기 미분 용량 프로파일을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는, 상기 열화 특징점이 기준선의 상측에서 상기 기준선에 가까워지는 제1 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는, 상기 배터리 셀에 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단된 경우, 상기 열화 특징점의 현 미분 용량값을 초기 미분 용량값과 비교하여, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실율을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는, 상기 열화 특징점이 기준선의 하측에서 상기 기준선으로부터 멀어지는 제2 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실에 동반하여 가용 리튬 손실이 추가적으로 발생한 것으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는, 상기 배터리 셀의 가용 리튬 손실이 발생한 것으로 진단된 경우, 상기 열화 특징점의 현 미분 용량값과 상기 기준선의 미분 용량값 간의 차이에 따라, 상기 배터리 셀의 가용 리튬 손실율을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 진단 방법은, 상기 기준 전압 범위에 대한 배터리 셀의 미분 용량 프로파일을 결정하는 단계에 선행하는 단계로서, 상기 배터리 셀의 초기 미분 용량 프로파일을 기초로 상기 기준 전압 범위를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기준 전압 범위를 결정하는 단계는, 상기 초기 미분 용량 프로파일로부터, 소정의 관심 전압 범위 내에 위치하는 피크인 메인 특징점을 검출하는 단계; 상기 메인 특징점보다 저전압측에 위치하는 제1 보조 특징점 및 상기 메인 특징점보다 고전압측에 위치하는 제2 보조 특징점을 검출하는 단계; 및 상기 제1 보조 특징점과 상기 제2 보조 특징점 간의 전압 범위와 동일하게, 상기 기준 전압 범위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기준선은, 상기 제1 보조 특징점과 상기 제2 보조 특징점을 지나는 직선일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 진단 장치는, 기준 전압 범위에서의 배터리 셀의 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 미분 용량 프로파일을 생성하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 미분 용량 프로파일로부터, 상기 기준 전압 범위 내에 위치하는 열화 특징점을 검출하도록 구성된다. 상기 프로세서는, 상기 열화 특징점의 검출 결과를 기초로, 상기 열화 특징점의 위치 정보 및 종류 정보 중 적어도 하나의 변화 이력을 나타내는 열화 이력 정보를 갱신하도록 구성된다. 상기 프로세서는, 상기 갱신된 열화 이력 정보를 기초로, 상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하도록 구성된다.
상기 프로세서는, 상기 열화 특징점이 기준선의 상측에서 상기 기준선에 가까워지는 제1 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 열화 특징점이 기준선의 하측에서 상기 기준선으로부터 멀어지는 제2 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실에 동반하여 가용 리튬 손실이 추가적으로 발생한 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 미분 용량 프로파일을 결정하는 동작에 선행하여, 상기 배터리 셀의 초기 미분 용량 프로파일을 기초로 상기 기준 전압 범위를 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 진단 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 시스템은 상기 배터리 진단 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 충방전 특성의 미분 정보로부터 식별되는 특징점의 위치 및 타입 중 적어도 하나의 변화 이력을 분석하여, 외부에서는 직접적인 확인이 배터리의 열화 상태를 정밀하게 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 열화를 야기하고 있는 주 원인에 대한 상세 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 열화 상태의 진단 결과로부터 배터리의 열화가 가속화될 징후(예, 가용 리튬 손실)가 포착되는 경우, 배터리의 열화 가속의 징후를 제어 또는 완화하기 위한 추가적인 제어 조치를 취할 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 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 발명에 따른 배터리 진단 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2는 배터리의 열화에 따른 용량-전압 관계 특성의 변화를 설명하는 데에 참조되는 예시적인 그래프이다.
도 3 및 도 4는 배터리의 열화에 따른 전압-미분 용량 관계 특성의 변화를 설명하는 데에 참조되는 예시적인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
도 6은 도 5의 단계 S500에 포함 가능한 하위 단계들을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6의 방법을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 8은 도 5의 단계 S540에 포함 가능한 하위 단계들을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 9는 도 5의 단계 S550에 포함 가능한 하위 단계들을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <~부(unit)>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 진단 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1)은, 시스템 컨트롤러(2), 배터리 팩(10), 인버터(30) 및 전기 모터(40)를 포함한다. 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)는, 충전 케이블 등을 통해 충전 스테이션(300)에 전기적으로 결합될 수 있다. 배터리 시스템(1)은, 예컨대 전기 차량 등과 같이, 배터리(11)가 전력원으로 사용되는 전기 시스템이라면 특별히 제한되지 않는다.
시스템 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit)는, 배터리 시스템(1)에 마련된 시동 버튼(미도시)이 사용자에 의해 ON-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-온 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 시스템 컨트롤러(2)는, 시동 버튼이 사용자에 의해 OFF-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-오프 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 충전 스테이션(300)은, 시스템 컨트롤러(2)와 통신하여, 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)를 통해 정전력, 정전류 및 정전압 중에서 선택된 충전 전력을 공급할 수 있다.
배터리 팩(10)은, 배터리(11) 및 배터리 관리 시스템(100)를 포함한다. 배터리 팩(10)은, 릴레이(20)를 더 포함할 수 있다.
배터리(11)는, 적어도 하나의 배터리 셀(BC)을 포함한다. 도 1에서는, 배터리(11)가 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(BC1~BCN, N은 2 이상의 자연수)을 포함하는 것으로 예시적으로 도시하였다. 복수의 배터리 셀(BC1~BCN)은, 서로 동일한 전기화학적 사양을 가지도록 제공된 것일 수 있다. 이하에서는, 복수의 배터리 셀(BC1~BCN)에 공통된 내용을 설명함에서 있어서, 배터리 셀에 대해 부호 'BC'를 부여하기로 한다. 배터리 셀(BC)은, 충전 스테이션(300) 또는 클라우드 서버(미도시)에 의한 진단의 대상이 될 수 있다.
리튬 이온 셀을 비롯하여 반복적인 충방전이 가능한 전기화학 소자라면, 배터리 셀(BC)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 배터리 셀(BC)의 양극 활물질로는, 예컨대 LiNi8/10Co1/10Mn1/10O2 등의 리튬 금속 복합 산화물이 이용될 수 있다. 배터리 셀(BC)의 음극 활물질로는, 예컨대 탄소계 재료(예, 흑연)가 이용될 수 있다.
충전 스테이션(300)은, 방전 기능을 갖는 인버터(30)와의 협업을 통해, 배터리 셀(BC)을 위한 진단 프로세스를 실행할 수 있다.
릴레이(20)는, 배터리(11) 및 인버터(30)를 연결하는 전력 경로를 통해, 배터리(11)에 전기적으로 직렬 연결된다. 도 1에서는, 릴레이(20)가 배터리(11)의 양극 단자와 충방전 단자(P+) 사이에 연결된 것으로 예시되어 있다. 릴레이(20)는, 배터리 관리 시스템(100)로부터의 스위칭 신호에 응답하여, 온오프 제어된다. 릴레이(20)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 컨택터이거나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
인버터(30)는, 배터리 관리 시스템(100), 시스템 컨트롤러(2) 및 배터리 진단 장치(302) 중 적어도 하나로부터의 명령에 응답하여, 배터리 팩(10)에 포함된 배터리(11)로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 제공된다. 전기 모터(40)는, 인버터(30)로부터의 교류 전력을 이용하여 구동한다. 전기 모터(40)로는, 예컨대 3상 교류 모터를 이용할 수 있다. 인버터(30) 및 전기 모터(40)를 비롯하여, 배터리(11)의 방전 전력을 공급받는 배터리 시스템(1) 내의 구성들을 전기 부하라고 통칭할 수 있다.
배터리 관리 시스템(100)은, 센싱부(110) 및 제어 회로(130)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(100)은, 통신 회로(150)를 더 포함할 수 있다.
센싱부(110)는, 전압 센서(111)를 포함한다. 센싱부(110)는, 전류 센서(112)를 더 포함할 수 있다.
전압 센서(111)는, 배터리 셀(BC)의 양극 단자 및 음극 단자에 연결되어, 배터리 셀(BC)의 전압을 검출하고, 검출된 전압의 측정값을 나타내는 전압 신호를 생성하도록 구성된다. 전압 센서(111)는, 전압 측정 IC 등과 같은 공지의 전압 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
전류 센서(112)는, 배터리(11)와 인버터(30) 간의 전류 경로를 통해 배터리(11)에 직렬로 연결된다. 전류 센서(112)는, 배터리(11)를 통해 흐르는 전류('충방전 전류'라고 칭할 수도 있음)를 검출하고, 검출된 전류의 측정값을 나타내는 전류 신호를 생성하도록 구성된다. 복수의 배터리 셀(BC1~BCN)는 직렬 연결되어 있으므로, 배터리(11)에 흐르는 전류는 배터리 셀(BC)에 흐르는 전류와 동일하다. 전류 센서(112)는, 션트 저항, 홀 효과 소자 등과 같은 공지의 전류 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
통신 회로(150)는, 제어 회로(130)와 시스템 컨트롤러(2) 및/또는 충전 스테이션(300) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: controller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 제어 회로(130)와 시스템 컨트롤러(2) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프로토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 통신 회로(150)는, 제어 회로(130) 및/또는 시스템 컨트롤러(2)로부터 수신된 정보를 사용자(운전자)가 인식 가능한 형태로 제공하는 출력 디바이스(예, 디스플레이, 스피커)를 포함할 수 있다.
제어 회로(130)는, 릴레이(20), 센싱부(110) 및 통신 회로(150)에 동작 가능하게 결합된다. 본 명세서에 있어서, 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.
제어 회로(130)는, 전압 센서(111)로부터의 전압 신호 및 전류 센서(112)로부터의 전류 신호를 수집할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 검출 신호는, 전압 신호만을 칭하거나, 전압 신호와 전류 신호를 통칭하는 용어일 수 있다. 즉, 제어 회로(130)는, 내부에 마련된 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여, 센서들(111, 112)로부터 수집된 각각의 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환 및 기록할 수 있다. 대안적으로, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112) 각각은 그 내부에 ADC를 포함하고, 디지털 값을 제어 회로(130)에 전송할 수 있다.
제어 회로(130)는, '배터리 컨트롤러'라고 칭할 수 있으며, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
메모리(131)는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리(131)는, 제어 회로(130)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(131)는, 제어 회로(130)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다.
릴레이(20)가 턴 온되는 경우, 배터리(11)는 충전 모드 또는 방전 모드가 된다. 배터리(11)가 충전 모드 또는 방전 모드에서 사용 중에 릴레이(20)가 턴 오프되는 경우, 배터리(11)는 휴지 모드로 전환된다.
제어 회로(130)는, 키-온 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 온시킬 수 있다. 제어 회로(130)는, 키-오프 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 오프시킬 수 있다. 키-온 신호는, 휴지로부터 충전 또는 방전으로의 전환을 요청하는 신호이다. 키-오프 신호는, 충전 또는 방전으로부터 휴지로의 전환을 요청하는 신호이다. 대안적으로, 릴레이(20)의 온오프 제어는, 제어 회로(130) 대신 시스템 컨트롤러(2)가 담당할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어떠한 파라미터의 측정 데이터(예, 시계열)는, 그 파라미터의 경시적인 변화 이력을 나타낼 수 있다. 또한, 동 기간에서의 어떠한 두 파라미터의 대응 관계를 나타내는 프로파일(또는 커브)이란, 2차원 그래프의 형태로 표현 가능하도록 두 파라미터의 측정 데이터를 매핑한 것이거나, 매핑된 두 측정 데이터의 세트에 소정의 커브 피팅 로직을 적용하여 얻어지는 다차식(polynomial equation)일 수 있다. 여기서, 다차식의 최고차항의 차수는 미리 정해져 있을 수 있다.
배터리 진단 장치(302)는, 프로세서(320)를 포함한다. 배터리 진단 장치(302)는, 통신부(310) 및 메모리 유닛(330) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
충전 스테이션(300)은 자극 인가 장치(301)를 포함하고, 배터리 진단 장치(302)를 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 배터리 진단 장치(302)는, 충전 스테이션(300)과는 독립되는 구성일 수 있다. 예컨대, 배터리 진단 장치(302)는, 클라우드 서버(미도시)에 포함되는 형태로 제공될 수도 있다. 클라우드 서버는, 충전 스테이션(300)으로부터 원격지에 배치될 수 있다. 이 경우, 배터리 진단 장치(302)의 통신부(310)는 자극 인가 장치(301) 및/또는 배터리 시스템(1)과 원격 통신을 통해 배터리 셀(BC)에 대한 진단 절차들을 실시할 수 있다.
구현 예에 따라, 배터리 진단 장치(302)는, 배터리 팩(10)에 포함될 수 있다. 이 경우 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 팩(10)으로부터 생략될 수 있다. 즉, 프로세서(320)는 배터리 관리 시스템(100)의 제어 회로(130)의 모든 기능을 대체할 수 있다. 예컨대, 통신부(310)는 프로세서(320)의 하위 구성으로 포함될 수 있고, 배터리 관리 시스템(100)의 통신 회로(150)의 모든 기능을 담당할 수 있다. 또한, 통신부(310)는 센싱부(110)로부터 전압 측정 신호 및 전류 측정 신호 중 적어도 하나를 포함하는 측정 정보를 수집할 수 있다.
자극 인가 장치(301)는, 배터리 팩(10)에 충전 전력을 제공하는 충전기를 포함할 수 있다. 자극 인가 장치(301)는, 배터리 팩(10)으로부터 방전 전력을 추출하는 방전기를 더 포함할 수 있다. 자극 인가 장치(301)는, 단독으로 또는 인버터(30)와의 협업을 통해, 배터리 셀(BC)의 진단을 위한 다양한 전기 자극을 배터리 셀(BC)에 인가할 수 있다.
통신부(310)는, 프로세서(320)와 시스템 컨트롤러(2) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 통신부(310)는, 프로세서(320)에 의해 실시된 배터리 셀(BC)에 대한 진단의 결과를 배터리 시스템(1)에 전송할 수 있다.
프로세서(320)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
메모리 유닛(330)은, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리 유닛(330)은, 프로세서(320)에서 실시하는 진단 절차들에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리 유닛(330)은, 프로세서(320에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리 유닛(330)은, 배터리 셀(BC)의 열화 상태를 진단하는 데에 이용되는, 데이터 세트들 및 소프트웨어들을 저장할 수 있다. 메모리 유닛(330)은, 프로세서(320)의 하위 구성으로서 포함될 수 있다.
프로세서(320)는, 검출 신호를 기초로, 배터리 셀(BC)의 전압, 전류, 용량 및 SOC(State-Of-Charge)를 결정할 수 있다. 배터리 셀(BC)의 용량은, 배터리 셀(BC)에 저장되어 있는 전하량을 나타내는 것으로서 '잔존 용량'이라고 칭할 수도 있다. 프로세서(320)는, 소정 시간마다의 배터리 셀(BC)의 전류의 검출값을 적산함으로써, 배터리 셀(BC)의 용량을 결정할 수 있다. 배터리 셀(BC)의 SOC는, 배터리 셀(BC)의 최대 용량('완전 충전 용량(Full Charge Capacity)'이라고 칭할 수도 있음)에 대한 배터리 셀(BC)의 용량의 비율을 나타내는 것으로서, 통상 0~1 또는 0~100%로 표현된다. 배터리 셀(BC)의 최대 용량은, 배터리 셀(BC)이 열화됨에 따라 점차적으로 감소한다.
도 2는 배터리의 열화에 따른 용량-전압 관계 특성의 변화를 설명하는 데에 참조되는 예시적인 그래프이고, 도 3 및 도 4는 배터리의 열화에 따른 전압-미분 용량 관계 특성의 변화를 설명하는 데에 참조되는 예시적인 그래프이다. 설명의 편의를 위해, 도 2에 예시된 전압 프로파일들(VP1, VP2, VP3, VP4) 각각은 테스트 셀(들)을 고의로 열화시키는 충방전 테스트를 시행한 결과로부터 취득된 것이다. 충방전 테스트는, 예컨대 소정의 허용 전압 범위에 대한 CC(Constant Current)-CV(Constant Voltage) 충전, 1차 휴지, CC 방전 및 2차 휴지의 순환적 반복일 수 있다. 테스트 셀(들)은, 배터리 셀(BC)의 출고 당시의 전기화학적 성능과 동일한 사양을 갖도록 제작된 것일 수 있으며, '샘플 배터리 셀'이라고 칭할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 전압 프로파일들(VP1~VP4)은 순서대로 테스트 셀의 열화도가 증가함에 따른 테스트 셀의 용량-전압 관계 특성을 예시하고 있다.
상세하게는, 전압 프로파일(VP1)은, 초회의 충방전 테스트의 CC 충전 중의 테스트 셀의 용량-전압 관계 특성을 나타낸다. 전압 프로파일(VP2)은, 충방전 테스트가 제1 횟수(예, 100회) 반복 시행된 수명 초기(BOL: Beginning Of Life)에서의 테스트 셀의 용량-전압 관계 특성을 나타낸다. 전압 프로파일(VP3)은, 충방전 테스트가 제1 횟수보다 큰 제2 횟수(예, 300회) 반복 시행된 수명 중기(MOL: Middle Of Life)에서의 테스트 셀의 용량-전압 관계 특성을 나타낸다. 전압 프로파일(VP4)은, 충방전 테스트가 제2 횟수보다 큰 제3 횟수(예, 600회) 반복 시행된 수명 말기(EOL: End Of Life)에서의 테스트 셀의 용량-전압 관계 특성을 나타낸다. 참고로, 수명 말기는, 과도한 열화로 인해 교체 또는 폐기가 필요한 상태라고 할 수 있다.
전압 프로파일들(VP1, VP2, VP3, VP4)을 상호 비교하면, 용량을 나타내는 가로축을 기준으로, 전압 프로파일(VP2)이 전압 프로파일(VP1)의 상측(고전압측)에 위치하고, 전압 프로파일(VP3)은 전압 프로파일(VP2)의 상측에 위치하며, 전압 프로파일(VP4)은 전압 프로파일(VP3)의 상측에 위치함을 확인할 수 있다. 또한, 전압 프로파일(VP1)에서 전압 프로파일(VP4)로 갈수록, 허용 전압 범위의 상한(예, 4.2[V])에 대응하는 용량값(예, 완전 충전 용량)이 점차 감소함을 도 2에서 확인 가능하다.
즉, 동일 용량에서, 전압 프로파일(VP2)의 전압이 전압 프로파일(VP1)의 전압보다 높고, 전압 프로파일(VP3)의 전압이 전압 프로파일(VP2)의 전압보다 높으며, 전압 프로파일(VP4)의 전압이 전압 프로파일(VP3)의 전압보다 높다. 이러한 결과가 나타나는 이유는, 열화에 의해 최대 용량이 낮아져, 충전 중 전압 상승 속도가 상승하기 때문이다.
도 3을 참조하면, 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP2, DQP3, DQP4)을 확인할 수 있다. 미분 용량 프로파일(DQP1, DQP2, DQP3, DQP4)은 도 2에 도시된 전압 프로파일들(VP1, VP2, VP3, VP4)에 미분 연산이 적용된 결과로서 획득되는 것일 수 있다. 상세하게는, 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP2, DQP3, DQP4)은, 전압 프로파일들(VP1, VP2, VP3, VP4)의 전압 V과 미분 용량 dQ/dV 간의 대응 관계를 개별적으로 나타낸다. 부호 dQ/dV에 의해 지시되는 파라미터인 미분 용량(또는 미분 용량값)이란, 전압 변화 dV에 대한 용량 변화 dQ의 비율을 지칭한다. 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP2, DQP3, DQP4)은 개별적으로 전압 프로파일들(VP1, VP2, VP3, VP4)의 도함수(derivative)라고 할 수 있다.
미분 용량 프로파일(DQP1, '초기 미분 용량 프로파일'이라고 칭할 수도 있음)은, 테스트 셀의 초회 충방전 테스트에서 얻어진 용량-전압 특성에 대한 미분 정보를 나타낼 수 있다. 어떠한 미분 용량 프로파일에 위치하는 각 피크는, 특정 전극 활물질(들)에서 발생하는 상 전이 반응의 결과일 수 있다.
한편, 활물질들 간의 열화 편차가 과도해지면 특정 활물질의 상 전이 반응이 매우 약화되거나 제거될 수 있고, 그 결과로 미분 용량 프로파일에 위치하는 피크의 총 개수가 감소하게 됨을 본 발명의 발명자는 다수의 실험과 검증을 통해 인식하게 되었다. 도 3을 참조하면, 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP2, DQP3)에는 허용 전압 범위에 걸쳐 총 4개의 피크가 존재하는 반면, 가장 크게 열화된 상태에서의 미분 용량 프로파일(DQP4)에는 허용 전압 범위에 걸쳐 총 3개의 피크만이 존재하고 있다.
하위 전압 범위들(ΔV1, ΔV2, ΔV3, ΔV4)은 미분 용량 프로파일(DQP1)의 피크들에 개별적으로 대응하도록 정해질 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 두 하위 전압 범위의 경계는, 그 두 하위 전압 범위의 두 피크의 평균 전압값과 동일할 수 있다. 각 하위 전압 범위는 사용자 등에 의해 미리 정해져 있거나, 프로세서(320)에 의해 결정될 수 있다.
특히, 특정 하위 전압 범위(ΔV2)에서의 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP4) 간의 최대 미분 용량 차이가 다른 하위 전압 범위(ΔV1, ΔV3, ΔV4)에서의 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP4) 간의 최대 미분 용량 차이에 비해 확연히 클 수 있다. 어떠한 하위 전압 범위에서의 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP4) 간의 최대 미분 용량 차이는, 미분 용량 프로파일(DQP1)의 열화 특징점의 미분 용량값과 미분 용량 프로파일(DQP4)의 열화 특징점의 미분 용량값 간의 차이를 나타낼 수 있다.
이 경우, 특정 하위 전압 범위(ΔV2, 청구범위의 '관심 전압 범위')에서의 용량-전압 관계 특성 정보에는, 배터리 셀(BC)의 열화 상태에 대한 정보가 집중되어 있다고 할 수 있다.
본 발명의 발명자는, 테스트 셀(들)에 대한 사전 충방전 테스트들의 결과를 기초로, 배터리 셀(BC)의 열화 상태를 진단 시에 분석의 대상이 되는 특정 하위 전압 범위를 미리 설정 가능함을 인식하게 되었다.
도 4는, 도 3에서 특정 하위 전압 범위(ΔV2)에 해당하는 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP2, DQP3, DQP4)의 일 부분을 확대 도시한 것이다.
진단 회차별로, 열화 특징점의 타입은 '피크(peak)'와 '밸리(valley)' 중 어느 하나로 식별될 수 있다. 본 명세서에서, 피크는 '극대점(local maximum point)'을 의미하는 용어일 수 있고, 밸리는 '극소점(local minimum point)'을 의미하는 용어일 수 있다.
도 4를 참조하면, 특정 하위 전압 범위(ΔV2) 내에서, 미분 용량 프로파일(DQP1, DQP2, DQP3)에는 밸리없이 단일의 피크(Ca, Cb, Cc)가 위치하는 반면, 미분 용량 프로파일(DQP4)에는 피크없이 단일의 밸리(Cd)가 위치하고 있다. 열화 특징점의 검출 용이성을 위해, 프로세서(320)는 미분 용량 프로파일들(DQP1, DQP2, DQP3, DQP4)을 개별적으로 평활화(smoothing)한 다음 열화 특징점의 검출 동작을 실행할 수 있다. 미분 용량 프로파일의 평활화에는, 이동 평균 필터(moving average filter), 지수 평활 필터(exponential smoothing filter) 등과 같은 공지의 평활화 기법들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합이 이용될 수 있다.
미분 용량 프로파일(DQP2)의 피크(Cb)는 미분 용량 프로파일(DQP1)의 피크(Ca)보다 작은 미분 용량값을 갖고, 미분 용량 프로파일(DQP3)의 피크(Cc)는 미분 용량 프로파일(DQP2)의 피크(Cb)보다 작은 미분 용량값을 갖고 있다. 미분 용량 프로파일(DQP4)의 밸리(Cd)는 미분 용량 프로파일(DQP3)의 피크(Cc)보다 작은 미분 용량값을 갖고 있다. 이로부터, 배터리 셀(BC)이 열화될수록, (i)특정 하위 전압 범위 내에서 검출되는 열화 특징점의 미분 용량값이 감소하는 제1 열화 특성이 선행적으로 나타난 다음, (ii)열화 특징점의 타입이 피크로부터 밸리로 바뀌는 제2 열화 특성이 후속적으로 나타남을 본 발명의 발명자는 인식하게 되었다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이다. 도 5의 방법은, 배터리 셀(BC)의 전 생애 중 적어도 일부 동안 배터리 진단 장치(302)에 의해 주기적 또는 비주기적으로 반복 실시될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 단계 S500에서, 프로세서(320)는, 배터리 셀(BC)이 초기 미분 용량 프로파일(도 7의 DQPT)을 기초로, 기준 전압 범위(도 7의 ΔVR)를 결정할 수 있다.
초기 미분 용량 프로파일(DQPT)은, 배터리 셀(BC)의 출고 당시의 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 것으로서 메모리 유닛(330)에 미리 기록되어 있을 수 있다. 도 3에 도시된 미분 용량 프로파일(DQP1) 또는 배터리 셀(BC)의 출고 후 최초 충방전 사이클을 통해 얻어낸 미분 용량 프로파일(도 7 참조)이 초기 미분 용량 프로파일(DQPT)로 이용될 수 있다.
대안적으로, 기준 전압 범위는 미리 정해져 있을 수 있다. 이 경우, 단계 S500는 필수적이지는 않으며, 도 5의 방법으로부터 생략 가능하다.
단계 S510에서, 프로세서(320)는, 기준 전압 범위에서의 배터리 셀(BC)의 현 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 미분 용량 프로파일을 획득한다.
단계 S520에서, 프로세서(320)는, 단계 S510에서 결정된 미분 용량 프로파일로부터, 기준 전압 범위 내에 위치하는 열화 특징점을 검출한다.
단계 S530에서, 프로세서(320)는, 열화 특징점의 검출 결과를 기초로, 열화 특징점의 위치 정보 및 타입 정보 중 적어도 하나의 변화 이력을 나타내는 열화 이력 정보를 갱신한다. 진단 회차별 열화 특징점의 위치 정보는, 열화 특징점의 미분 용량값을 포함하고, 열화 특징점의 전압값을 더 포함할 수 있다. 진단 회차별 열화 특징점의 타입 정보는, 열화 특징점이 피크 및 밸리 중 어느 것으로 식별되었는지를 나타낼 수 있다.
열화 이력 정보는, 배터리 셀(BC)의 과거 특정 시기(예, 출고 당시)로부터 현재까지의 기간 동안, 열화 특징점의 위치가 어느 방향으로 얼마나 변화하였는지를 나타낼 수 있다. 이에 더하여, 열화 이력 정보는, 열화 특징점의 타입이 피크로 유지되고 있는지, 아니면 피크로부터 밸리로 전환되었는지를 나타낼 수 있다.
단계 S540에서, 프로세서(320)는, 단계 S530에 의해 갱신된 열화 이력 정보를 기초로, 배터리 셀(BC)의 열화 상태를 진단한다.
단계 S550에서, 프로세서(320)는, 배터리 셀(BC)의 열화 상태에 대한 진단의 결과를 기초로, 배터리 셀(BC)에 대한 허용 충방전 조건을 조정한다. 단계 S550는 필수적이지는 않으며, 필요에 따라 도 5의 방법으로부터 생략 가능하다.
도 6은 도 5의 단계 S500에 포함 가능한 하위 단계들을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 7은 도 6의 방법을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 단계 S610에서, 프로세서(320)는, 배터리 셀(BC)의 초기 미분 용량 프로파일(DQPT)로부터, 관심 전압 범위 내에 위치하는 피크인 메인 특징점을 검출한다. 관심 전압 범위는, 피크가 단일한 것으로 미리 확인된 전압 범위일 수 있다.
초기 미분 용량 프로파일(DQPT)이 테스트 셀의 용량-전압 정보로부터 취득된 것인 경우, 도 7의 메인 특징점(MC)은 도 4의 피크(Ca)를 지시할 수 있다. 이와 비교할 때, 초기 미분 용량 프로파일(DQPT)이 배터리 셀(BC)의 초기 용량-전압 정보로부터 취득된 것인 경우, 도 7의 메인 특징점(MC)은 도 4의 피크(Ca)와는 상이할 수 있다.
단계 S620에서, 프로세서(320)는, 초기 미분 용량 프로파일(DQPT)로부터, 메인 특징점(MC)보다 저전압측에 위치하는 제1 보조 특징점(SC1) 및 메인 특징점보다 고전압측에 위치하는 제2 보조 특징점(SC2)을 결정(검출)한다.
제1 보조 특징점(SC1) 및 제2 보조 특징점(SC2) 중 적어도 하나의 타입은 변곡점일 수 있다. 어떤 미분 용량 프로파일의 변곡점은, 그 미분 용량 프로파일의 기울기의 부호가 음에서 양으로 또는 양에서 음으로 바뀌는 지점으로서, 변곡점에서의 dQ/dV의 변화율은 0일 수 있다.
메인 특징점(MC)보다 저전압측에 둘 이상의 변곡점이 위치하는 경우, 그 중 메인 특징점(MC)과의 전압차가 가장 작은 변곡점이 제1 보조 특징점(SC1)으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 메인 특징점(MC)보다 고전압측에 둘 이상의 변곡점이 위치하는 경우, 그 중 메인 특징점(MC)과의 전압차가 가장 작은 변곡점이 제2 보조 특징점(SC2)으로 결정될 수 있다.
단계 S630에서, 제1 보조 특징점(SC1)과 제2 보조 특징점(SC2) 간의 전압 범위와 동일하게, 기준 전압 범위(ΔVR)를 결정한다.
본 발명에 따르면, 전체 전압 범위 대신 기준 전압 범위(ΔVR)에서의 배터리 셀(BC)의 용량-전압 관계 특성 정보만이 분석됨으로써, 연산의 복잡도는 낮추면서도 진단 결과를 도출하는 데에 소요되는 시간은 단축시킬 수 있는 기술적 장점이 제공된다. 도 7에 도시된 기준선(LR)은, 제1 보조 특징점(SC1) 및 제2 보조 특징점(SC2)을 잇는 직선으로서, 도 8을 참조하여 후술될 열화 특징점의 경향성을 식별하는 데에 활용된다. 기준선(LR)을 정의하는 정보는, 도 7에 따른 방법에 의해 결정되거나, 또는 메모리 유닛(330)에 미리 기록되어 있을 수 있다.
전술된 방식에 따라 제1 보조 특징점(SC1) 및 제2 보조 특징점(SC2)이 결정되면, 메인 특징점(MC)을 단일의 피크로 갖는 단일의 폐영역이 기준선(LR)과 초기 미분 용량 프로파일(DQPT)에 의해 정의된다. 따라서, 기준선(LR)은, 배터리 셀(BC)의 열화에 동반하여 변화하는 열화 특징점의 정보(즉, 미분 용량값 및/또는 타입)에 기초한 명확하면서 효율적인 진단 기준으로서 활용 가능하게 된다.
도 8은 도 5의 단계 S540에 포함 가능한 하위 단계들을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 프로세서(320)는, 열화 특징점이 기준선(LR)의 상측에서 기준선에 가까워지는 제1 경향성이, 단계 S530에 의해 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는지 여부를 판정한다. 예컨대, 도 4를 재참조하면, Ca로부터 Cb로의 변화는 제1 경향성을 나타낸다.
단계 S810의 값이 "예"인 경우, 단계 S820으로 진행한다. 단계 S810의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S830으로 진행할 수 있다.
단계 S820에서, 프로세서(320)는, 배터리 셀(BC)의 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단한다. 즉, 양극 용량 손실이 주 열화 원인이며, 가용 리튬 손실로 인한 열화는 아직 발생하지 않았거나 매우 미미한 수준이라고 진단될 수 있다. 참고로, 가용 리튬 손실은 'LLI(Loss of Lithium Inventory)'라고 칭할 수도 있다.
단계 S822에서, 프로세서(320)는, 열화 특징점의 현 미분 용량값과 초기 미분 용량값 간의 차이에 따라, 배터리 셀(BC)의 양극 용량 손실율을 결정할 수 있다. 초기 미분 용량값은, 메인 특징점(MC)의 미분 용량값과 동일할 수 있다. 프로세서(320)는, 제1 경향성에 연관되도록 메모리 유닛(330)에 미리 기록되어 있는 제1 관계 데이터(미분 용량 차이와 양극 용량 손실율 간의 대응 관계를 나타냄)를 이용하여, 배터리 셀(BC)의 양극 용량 손실율을 결정할 수 있다.
단계 S830에서, 프로세서(320)는, 열화 특징점이 기준선(LR)의 하측에서 기준선(LR)으로부터 멀어지는 제2 경향성이, 단계 S530에 의해 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는지 여부를 판정한다. 제2 경향성의 식별 조건은, (i)열화 특징점이 기준선(LR)의 상측에서 하측으로 쉬프팅되는 것 및 (ii)열화 특징점의 타입이 피크에서 밸리로 전환되는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 4를 재참조하면, Cc로부터 Cd로의 변화 및/또는 Cb로부터 Cc로의 변화는 제2 경향성을 나타낸다. 단계 S830의 값이 "예"인 경우, 단계 S840으로 진행한다. 단계 S830의 값이 "아니오"인 경우, 도 8에 따른 방법은 종료될 수 있다.
단계 S840에서, 프로세서(320)는, 배터리 셀(BC)의 가용 리튬 손실이 추가적으로 발생한 것으로 진단한다. 즉, 양극 용량 손실에 동반하여, 가용 리튬 손실로 인한 열화가 상당히 진행되었거나 가용 리튬 손실로 인한 열화가 심화될 조짐이 있는 것으로 진단될 수 있다. 가용 리튬 손실은 양극 용량 손실에 후속적으로 나타내는 열화 타입일 수 있다. 이미 발생 중인 양극 용량 손실에 가용 리튬 손실이 추가적으로 발생함에 의해, 열화가 이미 가속화되고 있거나 가속화될 징후가 있음을 나타내는 제2 경향성이 열화 이력 정보로부터 식별될 수 있다.
본 발명의 발명자가 다수의 테스트 셀들을 분해 분석해본 결과에 따르면, 제1 경향성이 식별되는 경우에는 가용 리튬 손실이 미확인 또는 매우 미미하였으나, 제2 경향성이 식별된 경우에는 가용 리튬 손실이 확실히 확인되었다.
단계 S842에서, 프로세서(320)는, 열화 특징점의 현 미분 용량값과 기준선(LR)의 미분 용량값 간의 차이에 따라, 배터리 셀(BC)의 가용 리튬 손실율을 결정할 수 있다. 열화 특징점의 현 미분 용량값과 기준선(LR)의 미분 용량값 간의 차이는 미분 용량 차이라고 칭해질 수 있다.
열화 특징점의 현 미분 용량값과 비교되는 기준선(LR)의 미분 용량값은, 열화 특징점의 전압값을 갖는 수직선과 기준선(LR) 간의 교점에서의 미분 용량값일 수 있다.
기준선(LR)의 미분 용량값은, 열화 특징점에 의존적으로 결정될 수 있다. 상세하게는, 기준선(LR)의 미분 용량값은, 열화 특징점의 전압값과 동일한 전압값에 매핑된 미분 용량값일 수 있다. 따라서, 열화 특징점이 기준선(LR)의 상측이라 함은, 열화 특징점과 동일한 전압값에서의 기준선(LR)의 미분 용량값이, 열화 특징점의 미분 용량값보다 작음을 의미할 수 있다. 마찬가지로, 열화 특징점이 기준선(LR)의 하측이라 함은, 열화 특징점과 동일한 전압값에서의 기준선(LR)의 미분 용량값이, 열화 특징점의 미분 용량값보다 큼을 의미할 수 있다.
프로세서(320)는, 제2 경향성에 연관되도록 메모리 유닛(330)에 미리 기록되어 있는 제2 관계 데이터(미분 용량 차이와 기용 리튬 손실율 간의 대응 관계를 나타냄)를 이용하여, 배터리 셀(BC)의 가용 리튬 손실율을 결정할 수 있다.
단계 S832 및 단계 S842는 필수적이지는 않으며, 둘 중 적어도 하나는 도 8의 방법으로부터 생략 가능하다.
도 9는 도 5의 단계 S550에 포함 가능한 하위 단계들을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 단계 S910에서, 프로세서(320)는, 단계 S540에서 실행된 진단의 결과를 기초로, 양극 용량 손실 및 가용 리튬 손실 중 양극 용량 손실만이 발생한 것으로 진단되었는지 여부를 판정한다. 단계 S910의 값이 "예"인 경우, 단계 S920로 진행할 수 있다. 단계 S910의 값이 "아니오"인 것은 양극 용량 손실 및 가용 리튬 손실 둘 다 발생한 것으로 진단되었음을 의미한다. 단계 S910의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S930으로 진행할 수 있다.
단계 S920에서, 프로세서(320)는, 제1 보호 로직에 따라, 배터리 셀(BC)에 대한 허용 충방전 조건을 조정한다. 허용 충방전 조건은, 배터리 셀(BC)의 충전 상한 전압, 방전 하한 전압, 최대 충전 전류, 최대 방전 전류, 최대 충전 심도(충전 가능한 SOC의 최대치), 최대 방전 심도(방전 가능한 SOC의 최소치) 및 최대 온도 중 적어도 한 항목에 대한 허용값을 정의하는 데이터일 수 있다.
제1 보호 로직은, 이전 허용 충방전 조건의 적어도 하나의 항목을 제1 소정 비율만큼 또는 제1 소정값만큼 하향하는 동작을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 보호 로직의 실행 시마다, 충전 상한 전압은 1%씩 감소될 수 있다.
단계 S930에서, 프로세서(320)는, 제2 보호 로직에 따라, 배터리 셀(BC)에 대한 허용 충방전 조건을 조정한다.
제2 보호 로직은, 이전 허용 충방전 조건의 적어도 하나의 항목을 제2 소정 비율(제1 소정 비율보다 큼)만큼 또는 제2 소정값(제1 소정값보다 큼)만큼 하향하는 동작을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 보호 로직의 실행 시마다, 충전 상한 전압은 2%씩 감소될 수 있다.
제2 보호 로직은, 제1 보호 로직에 의해 하향되는 항목과는 다른 항목에 대한 추가적인 하향 동작을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 보호 로직의 실행 시마다, 충전 상한 전압을 1%씩 감소시키는 제1 보호 로직이 기본적으로 실행되고, 이에 더하여 최대 충전 전류 및 최대 방전 전류 각각을 3%씩 하향시키는 동작이 추가적으로 실행될 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.

Claims (15)

  1. 기준 전압 범위에서의 배터리 셀의 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 미분 용량 프로파일로부터, 상기 기준 전압 범위 내에 위치하는 열화 특징점을 검출하는 단계;
    상기 열화 특징점의 검출 결과를 기초로, 상기 열화 특징점의 위치 정보 및 종류 정보 중 적어도 하나의 변화 이력을 나타내는 열화 이력 정보를 갱신하는 단계; 및
    상기 갱신된 열화 이력 정보를 기초로, 상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압이 상기 기준 전압 범위에 걸쳐 변화하는 동안에 취득된 전압-전류 데이터 세트를 커브 피팅하여, 상기 기준 전압 범위에 대한 상기 배터리 셀의 전압 프로파일을 결정하는 단계; 및
    상기 전압 프로파일을 미분하여, 상기 미분 용량 프로파일을 획득하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는,
    상기 열화 특징점이 기준선의 상측에서 상기 기준선에 가까워지는 제1 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는,
    상기 배터리 셀에 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단된 경우, 상기 열화 특징점의 현 미분 용량값을 초기 미분 용량값과 비교하여, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실율을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 진단 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는,
    상기 열화 특징점이 기준선의 하측에서 상기 기준선으로부터 멀어지는 제2 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실에 동반하여 가용 리튬 손실이 추가적으로 발생한 것으로 진단하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는 단계는,
    상기 배터리 셀의 가용 리튬 손실이 발생한 것으로 진단된 경우, 상기 열화 특징점의 현 미분 용량값과 상기 기준선의 미분 용량값 간의 차이에 따라, 상기 배터리 셀의 가용 리튬 손실율을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 진단 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 전압 범위에 대한 배터리 셀의 미분 용량 프로파일을 결정하는 단계에 선행하는 단계로서, 상기 배터리 셀의 초기 미분 용량 프로파일을 기초로 상기 기준 전압 범위를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준 전압 범위를 결정하는 단계는,
    상기 초기 미분 용량 프로파일로부터, 소정의 관심 전압 범위 내에 위치하는 피크인 메인 특징점을 검출하는 단계;
    상기 메인 특징점보다 저전압측에 위치하는 제1 보조 특징점 및 상기 메인 특징점보다 고전압측에 위치하는 제2 보조 특징점을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 보조 특징점과 상기 제2 보조 특징점 간의 전압 범위와 동일하게, 상기 기준 전압 범위를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기준선은,
    상기 제1 보조 특징점과 상기 제2 보조 특징점을 지나는 직선인, 배터리 진단 방법.
  10. 기준 전압 범위에서의 배터리 셀의 전압-미분 용량 관계 특성을 나타내는 미분 용량 프로파일을 생성하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 미분 용량 프로파일로부터, 상기 기준 전압 범위 내에 위치하는 열화 특징점을 검출하고,
    상기 열화 특징점의 검출 결과를 기초로, 상기 열화 특징점의 위치 정보 및 종류 정보 중 적어도 하나의 변화 이력을 나타내는 열화 이력 정보를 갱신하고,
    상기 갱신된 열화 이력 정보를 기초로, 상기 배터리 셀의 열화 상태를 진단하는, 배터리 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 열화 특징점이 기준선의 상측에서 상기 기준선에 가까워지는 제1 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실이 발생한 것으로 진단하는, 배터리 진단 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 열화 특징점이 기준선의 하측에서 상기 기준선으로부터 멀어지는 제2 경향성이 상기 갱신된 열화 이력 정보로부터 식별되는 경우, 상기 배터리 셀의 양극 용량 손실에 동반하여 가용 리튬 손실이 추가적으로 발생한 것으로 진단하는, 배터리 진단 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 미분 용량 프로파일을 결정하는 동작에 선행하여, 상기 배터리 셀의 초기 미분 용량 프로파일을 기초로 상기 기준 전압 범위를 결정하는, 배터리 진단 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 시스템.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210031226A (ko) * 2019-09-11 2021-03-19 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치 및 방법
WO2021220493A1 (ja) * 2020-04-30 2021-11-04 Tdk株式会社 二次電池の制御システム、電池パック及び二次電池の制御方法
KR20210141094A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 에너지 저장 시스템 및 배터리 관리 방법
KR20210146699A (ko) * 2020-05-27 2021-12-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
KR20220033350A (ko) * 2020-09-09 2022-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
KR20240018379A (ko) 2022-08-02 2024-02-13 리텔퓨즈 세미컨덕터 (우시) 씨오., 엘티디. Tvs 디바이스들을 위한 패키지 구조 어셈블리
KR20250009688A (ko) 2023-07-11 2025-01-20 고려대학교 산학협력단 확장된 삼상계면을 가진 공기전극 및 이의 제조 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210031226A (ko) * 2019-09-11 2021-03-19 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치 및 방법
WO2021220493A1 (ja) * 2020-04-30 2021-11-04 Tdk株式会社 二次電池の制御システム、電池パック及び二次電池の制御方法
KR20210141094A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 에너지 저장 시스템 및 배터리 관리 방법
KR20210146699A (ko) * 2020-05-27 2021-12-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
KR20220033350A (ko) * 2020-09-09 2022-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
KR20240018379A (ko) 2022-08-02 2024-02-13 리텔퓨즈 세미컨덕터 (우시) 씨오., 엘티디. Tvs 디바이스들을 위한 패키지 구조 어셈블리
KR20250009688A (ko) 2023-07-11 2025-01-20 고려대학교 산학협력단 확장된 삼상계면을 가진 공기전극 및 이의 제조 방법

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