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KR102681918B1 - 배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치 및 방법 Download PDF

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KR102681918B1
KR102681918B1 KR1020200175764A KR20200175764A KR102681918B1 KR 102681918 B1 KR102681918 B1 KR 102681918B1 KR 1020200175764 A KR1020200175764 A KR 1020200175764A KR 20200175764 A KR20200175764 A KR 20200175764A KR 102681918 B1 KR102681918 B1 KR 102681918B1
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battery
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한세경
양지안
이정환
정재욱
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

배터리의 상태를 측정하여 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정하고, 초기 시점보다 늦도록 후기 시점을 설정하며, 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 상기 배터리의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성하고, 변화 정보에 따라 상기 배터리의 이상 여부를 판단하는, 배터리 이상 추정 장치를 제공한다.

Description

배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BATTERY ABNORMALITY ACCORDING TO STATE VARIATION OF BATTERY}
본 발명은 배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리의 상태 변화에 따라 배터리의 이상을 추정하는 배터리 이상 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리(LIB)는 가전 제품에서 일반적으로 사용하는 충전식 배터리의 한 예이다. LIB의 양극(캐소드)은 전형적으로 리튬 층간 삽입 화합물을 포함하고 음전극(애노드)은 흑연으로 제조되어, 리튬 이온이 충전시에는 양전극으로부터 음전극으로 흐르고 방전시에는 역방향으로 흐른다. LIB는 다른 유형의 충전식 배터리에 비하여 매우 높은 에너지 밀도, 예를 들면 일부 니켈-금속 수소화물 전지보다 2배 이상의 에너지 밀도를 갖는 점이 특징이다. LIB는 또한 고전력 밀도, 광범위의 온도에 걸친 양호한 성능 및 낮은 자기 방전율에 가치가 있다. 더욱이, LIB는 다양한 셀 설계 및 구성(예를 들면, 프리즘, 원통, 평판, 코인 또는 파우치(pouch) 설계)에서 사용하는 것뿐만 아니라 액체 유기 전해질 및 중합체 전해질과 함께 사용하는 것에 대한 적응성이 높다.
한편, 이와 같은 배터리는 일반적으로 충전 또는 방전 동작이 반복됨에 따라 SEI(Solid Electrolyte Interphase)에 의해 배터리 내부의 리튬 이온이 감소하게 되며, 이에 따라, 배터리는 충전 용량이 서서히 감소하게 된다. 그러나, 배터리는 리튬 플레이팅(Li-Plating) 등의 이상이 발생하는 경우에, 배터리(100)의 충전 용량이 급격히 감소하게 된다.
이와 관련하여, 종래에는 배터리의 완전 충전과 완전 방전을 수행하여 배터리의 충전 용량을 측정하고, 측정된 충전 용량의 크기에 따라 배터리의 이상 여부를 판단하게 되나, 이러한 기법은 배터리가 충전 동작이나 방전 동작을 수행하는 동안에 배터리의 이상을 판단하기 어려운 단점이 존재한다.
이에 따라, 배터리가 충전 동작이나 방전 동작을 수행하는 동안 배터리의 이상을 판단할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 상태를 측정하여 배터리의 상태가 변화하는 정도에 따라 배터리의 이상 여부를 판단하는 배터리 이상 추정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 배터리의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성하는 측정부; 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정하고, 상기 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정하며, 상기 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 상기 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 상기 배터리의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성하는 변화 추정부; 정상 상태인 배터리의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 상기 변화 정보에 따라 상기 배터리의 이상 여부를 판단하는 이상 판단부; 및 상기 이상 여부를 출력하는 출력부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정 정보는, 임의의 충전 상태에서 측정되는 상기 배터리의 내부 저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변화 추정부는, 사전에 설정되는 초기 내부 저항이 마련되고, 상기 초기 시점에서 측정된 내부 저항을 기준 내부 저항으로 설정하며, 상기 초기 내부 저항과 상기 기준 내부 저항의 차이와, 상기 초기 시점에서의 배터리의 충전 상태와 동일한 충전 상태를 나타내는 후기 시점에서 측정된 내부 저항과 상기 기준 내부 저항의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 측정 정보는, 임의의 충전 상태에서 측정되는 상기 배터리의 전압을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변화 추정부는, 사전에 설정되는 충전 범위가 마련되고, 상기 충전 범위의 경계 지점이 상기 초기 시점으로 설정되고, 상기 충전 범위의 다른 경계 지점이 상기 후기 시점으로 설정되며, 사전에 설정되는 초기 전압과 상기 초기 시점에서 측정된 전압의 차이와, 상기 후기 시점에서 측정된 전압과 상기 초기 시점에서 측정된 전압의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치에서의 배터리 이상 추정 방법에 있어서, 측정부가 배터리의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성하는 단계; 변화 추정부가 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정하고, 상기 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정하는 단계; 변화 추정부가 상기 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 상기 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 상기 배터리의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성하는 단계; 이상 판단부가 정상 상태인 배터리의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 상기 변화 정보에 따라 상기 배터리의 이상 여부를 판단하는 단계; 및 출력부가 상기 이상 여부를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정 정보는, 임의의 충전 상태에서 측정되는 상기 배터리의 내부 저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변화 정보를 생성하는 단계는, 사전에 설정되는 초기 내부 저항이 마련되고, 상기 초기 시점에서 측정된 내부 저항을 기준 내부 저항으로 설정하며, 상기 초기 내부 저항과 상기 기준 내부 저항의 차이와, 상기 초기 시점에서의 배터리의 충전 상태와 동일한 충전 상태를 나타내는 후기 시점에서 측정된 내부 저항과 상기 기준 내부 저항의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치 및 방법을 제공함으로써, 배터리의 상태를 측정하여 배터리의 상태가 변화하는 정도에 따라 배터리의 이상 여부를 판단할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 장치의 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 장치의 제어블록도이다.
도3은 도2의 이상 판단부에서 배터리의 이상 여부를 판단하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도4 내지 도6은 도1의 배터리에 이상이 발생한 상태의 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도7 내지 도8은 도1의 배터리 이상 추정 장치에서 배터리의 이상 여부를 판단하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 방법의 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 장치의 개략도이다.
배터리 이상 추정 장치(200)는 배터리의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성할 수 있으며, 배터리 이상 추정 장치(200)는 서로 다른 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 배터리의 이상 여부를 판단할 수 있다.
여기에서, 배터리(100)는 양극, 음극 및 전해질이 마련되는 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery)일 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 방전 동작을 수행하는 동안 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 음극으로부터 양극으로 이동하도록 마련될 수 있다.
이때, 배터리(100)는 충전 동작을 수행하는 동안 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 양극으로부터 음극으로 이동하도록 마련될 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 충전 및 재사용이 가능하도록 마련될 수 있다.
이에 따라, 배터리 이상 추정 장치(200)는 배터리 양단의 전위차를 나타내는 전압을 측정할 수 있으며, 이를 위해, 배터리 이상 추정 장치(200)는 전압계 등의 공지된 배터리 전압 측정 기법을 이용하여 배터리(100)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 배터리 이상 추정 장치(200)는 배터리(100)에 흐르는 전류를 이용하여 배터리(100)의 내부 저항을 측정할 수 있으며, 이를 위해, 배터리 이상 추정 장치(200)는 공지된 직류 전류 내부 저항(DCIR: Direct Current Internal Resistance)의 측정법이 이용될 수 있다.
한편, 배터리(100)는 정상 상태에서 동작하는 동안 SEI(Solid Electrolyte Interphase)에 의해 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 감소하게 되며, 이에 따라, 배터리(100)는 정상 상태에서 동작하는 동안 배터리(100)의 충전 용량이 서서히 감소할 수 있다.
이때, 배터리(100)는 리튬 플레이팅(Li-Plating)과 같은 이상이 발생하는 경우에, 배터리(100)의 충전 용량이 급격히 감소할 수 있다.
아래에서 배터리 이상 추정 장치(200)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 장치의 제어블록도이다.
배터리 이상 추정 장치(200)는 측정부(210), 변화 추정부(220), 이상 판단부(230) 및 출력부(240)를 포함할 수 있다.
또한, 배터리 이상 추정 장치(200)는 도 1에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또는, 배터리 이상 추정 장치(200)는 배터리 이상 추정 장치(200)에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
측정부(210)는 배터리(100)의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성할 수 있다.
여기에서, 측정 정보는 임의의 충전 상태에서 측정되는 배터리(100)의 내부 저항을 포함할 수 있고, 또는, 측정 정보는 임의의 충전 상태에서 측정되는 배터리(100)의 전압을 포함할 수도 있다.
이때, 측정부(210)는 배터리(100)의 양극과 음극 간의 전위차를 측정할 수 있으며, 이때, 배터리(100)의 양극과 음극 간의 전위차는 배터리(100)의 전압으로 이해할 수 있다.
변화 추정부(220)는 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정할 수 있고, 변화 추정부(220)는 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정할 수 있으며, 변화 추정부(220)는 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 배터리(100)의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성할 수 있다.
이와 관련하여, 변화 추정부(220)는 측정부(210)에서 측정되는 측정 정보를 수집할 수도 있으며, 이에 따라, 변화 추정부(220)가 초기 시점 또는 후기 시점을 설정하는 것은 수집된 측정 정보의 패턴을 분석하여, 수집된 복수개의 측정 정보 중 사전에 설정되는 조건에 매칭되는 하나 이상의 측정 정보를 추출하는 것으로 이해할 수 있다.
다시 말해서, 변화 추정부(220)는 측정부(210)에서 측정된 복수개의 측정 정보 중 사전에 설정되는 조건에 매칭되는 하나 이상의 측정 정보가 추출되도록 해당 측정 정보가 측정된 시점을 설정하는 것으로 이해할 수 있다.
변화 추정부(220)는 사전에 설정되는 초기 내부 저항이 마련될 수 있고, 변화 추정부(220)는 초기 시점에서 측정된 내부 저항을 기준 내부 저항으로 설정할 수 있으며, 변화 추정부(220)는 초기 내부 저항과 기준 내부 저항의 차이와, 초기 시점에서의 배터리의 충전 상태와 동일한 충전 상태를 나타내는 후기 시점에서 측정된 내부 저항과 기준 내부 저항의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수 있다.
여기에서, 초기 내부 저항은 배터리(100)에 이상이 존재하지 않는 이상적인 배터리(100)로부터 측정 또는 산출되는 내부 저항을 의미할 수 있다.
이와 같이, 초기 내부 저항은 배터리(100)의 설계 과정에서 산출되는 배터리(100)의 내부 저항으로 설정될 수 있고, 또한, 초기 내부 저항은 배터리(100)가 생산되어 소비자에 의해 이용되기 전에 수행되는 결함 테스트 등의 과정에서 측정되는 내부 저항으로 설정될 수도 있다.
아래의 수학식 1은 배터리(100)로부터 측정되는 내부 저항에 따라 변화 정보를 생성하도록 마련되는 수식일 수 있다.
여기에서, Delta_CR은 변화 정보를 의미하고, DCIR_EOL은 기준 내부 저항을 의미하며, DCIR_fresh는 초기 내부 저항을 의미하고, DCIR은 후기 시점에서 측정된 내부 저항을 의미할 수 있다.
이에 따라, 변화 추정부(220)는 동일한 충전 상태에서 측정되는 서로 다른 내부 저항의 변화에 기초하여 변화 정보를 생성할 수 있다.
이와 관련하여, 배터리(100)는 배터리(100)의 이용 시간이 증가할수록 SEI 또는 Dendrite와 같은 배터리(100) 내부의 부산물이 발생할 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 배터리(100) 내부의 부산물에 의해 내부 저항이 증가할 수 있다.
변화 추정부(220)는 사전에 설정되는 충전 범위가 마련될 수 있고, 변화 추정부(220)는 충전 범위의 경계 지점이 초기 시점으로 설정될 수 있으며, 변화 추정부(220)는 충전 범위의 다른 경계 지점이 후기 시점으로 설정될 수 있으며, 변화 추정부(220)는 사전에 설정되는 초기 전압과 초기 시점에서 측정된 전압의 차이와, 후기 시점에서 측정된 전압과 초기 시점에서 측정된 전압의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수 있다.
여기에서, 사전에 설정되는 충전 범위는 배터리(100)가 방전 동작 또는 충전 동작을 수행하는 과정에서 배터리(100)의 전압의 변화량이 가장 작게 나타나는 충전범위를 의미할 수 있으며, 이때, 충전 범위는 100% 내지 0%로 나타나는 배터리(100)의 충전 상태 중 일정한 충전 상태의 변화량에 대한 전압의 변화량이 가장 작게 나타나는 충전범위를 의미할 수 있다.
이러한 경우에, 충전 범위는 배터리(100)의 충전 상태의 변화량에 대한 전압의 변화량이 나타나도록 설정된 복수개의 구간 중 하나 이상의 구간으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 충전 범위는 10% 간격으로 분류되는 충전 상태의 변화량에 대해 전압 변화량이 가장 작게 나타나는 충전범위를 의미할 수 있으며, 이때, 변화 추정부(220)는 배터리(100)의 충전 상태가 50% 내지 40%인 구간이 충전 범위로 설정될 수 있으며, 또한, 변화 추정부(220)는 배터리(100)의 충전 상태가 50% 내지 30%인구간이 충전 범위로 설정될 수 있다.
한편, 변화 추정부(220)는 사전에 설정되는 충전 범위에서의 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 작은 지점을 초기 시점으로 설정할 수 있으며, 이러한 경우에, 변화 추정부(220)는 초기 시점 보다 늦은 시점에서, 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 큰 지점을 후기 시점으로 설정할 수 있다.
이에 따라, 변화 추정부(220)는 사전에 설정되는 초기 전압과 초기 시점에서 측정된 전압의 차이와, 후기 시점에서 측정된 전압과 초기 시점에서 측정된 전압의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수 있다.
또한, 변화 추정부(220)는 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 낮은 구간의 개수에 따라 변화 정보를 생성할 수도 있으며, 이러한 경우에, 변화 추정부(220)는 사전에 설정되는 초기 구간 개수와 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 낮은 구간의 개수의 비율에 따라 변화 정보를 생성할 수도 있다.
여기에서, 초기 구간 개수는 배터리(100)에 이상이 존재하지 않는 이상적인 배터리(100)로부터 측정 또는 산출되는, 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 낮은 구간의 개수를 의미할 수 있다.
여기에서, 사전에 설정되는 충전 범위는 100% 내지 0%로 나타나는 배터리(100)의 충전 상태를 복수개의 구간으로 분류하도록 마련되는 범위일 수 있으며, 예를 들어, 충전 범위는 10% 간격으로 설정될 수 있으며, 또는 충전 범위는 5% 간격으로 설정될 수도 있다.
이와 관련하여, 배터리(100)는 배터리(100)의 이용 시간이 증가할수록 리튬 이온의 농도가 줄어들 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 이용 시간이 증가할수록 배터리(100)의 양극(Anode)과 음극(Cathode)의 리튬 이온의 농도가 평형을 이루기까지의 시간 간격이 달라질 수 있다.
이상 판단부(230)는 정상 상태인 배터리(100)의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 변화 정보에 따라 배터리(100)의 이상 여부를 판단할 수 있다.
여기에서, 정상 범위는 정상 상태인 배터리(100)로부터 나타날 수 있는 변화 정보를 의미할 수 있으며, 이에 따라, 정상 범위는 이상적인 배터리(100)로부터 측정 또는 산출되는 변화 정보에 대해 사전에 설정되는 오차 이내의 범위로 설정될 수 있다.
또한, 정상 범위는 변화 추정부(220)에서 이전 시점에 생성된 변화 정보에 대한 현재 시점에 생성된 변화 정보의 비율의 범위를 나타내도록 마련될 수 있으며, 예를 들어, 이상 판단부(230)는 현재 시점에 생성된 변화 정보가 이전 시점에 생성된 변화 정보 보다 2배를 초과하여 증가한 것으로 나타나는 경우에, 배터리(100)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
한편, 정상 범위는 정상 상태의 배터리(100)를 수회 이용하여 생성되는 변화 정보의 범위를 나타내도록 설정될 수 있으며, 이는, 정상 범위가 하나 이상의 배터리(100)를 이용하여 수행되는 실험에 의해 설정될 수도 있는 것으로 이해할 수 있다.
출력부(240)는 이상 여부를 출력할 수 있다. 이때, 출력부(260)는 모니터 등의 디스플레이 기기를 통해 배터리(100)의 이상 여부를 출력할 수 있으며, 이러한 경우에, 출력부(260)는 배터리(100)의 이상 여부를 숫자, 문자 및 그림 형상 등 다양한 방식으로 출력할 수 있다.
도3은 도2의 이상 판단부에서 배터리의 이상 여부를 판단하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도3을 참조하면, 측정부(210)는 배터리(100)의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성할 수 있다. 여기에서, 측정 정보는 임의의 충전 상태에서 측정되는 배터리(100)의 내부 저항을 포함할 수 있고, 또는, 측정 정보는 임의의 충전 상태에서 측정되는 배터리(100)의 전압을 포함할 수도 있다.
이에 따라, 변화 추정부(220)는 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정할 수 있고, 변화 추정부(220)는 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정할 수 있으며, 변화 추정부(220)는 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 배터리(100)의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성할 수 있다.
이때, 이상 판단부(230)는 정상 상태인 배터리(100)의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 변화 정보에 따라 배터리(100)의 이상 여부를 판단할 수 있다.
또한, 출력부(240)는 이상 여부를 출력할 수 있다.
도4 내지 도6은 도1의 배터리에 이상이 발생한 상태의 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도4를 참조하면, 정상 동작이 수행되는 배터리의 이용 횟수에 따른 충전 용량의 손실량을 확인할 수 있으며, 또한, 이상 동작이 발생되는 배터리의 이용 횟수에 따른 충전 용량의 손실량을 확인할 수 있다.
또한, 도5를 참조하면, 정상 동작이 수행되는 배터리의 이용 횟수에 따른 1회 이용시의 충전 용량의 손실량을 확인할 수 있으며, 또한, 이상 동작이 발생되는 배터리의 이용 횟수에 따른 1회 이용시의 충전 용량의 손실량을 확인할 수 있다.
또한, 도6을 참조하면, 정상 상태에서의 배터리의 충전 용량의 변화량과 이상이 발생한 배터리의 충전 용량의 변화량을 확인할 수 있다. 여기에서, CR은 충전 용량의 변화량을 의미할 수 있다.
이와 같이, 배터리(100)는 정상 상태에서 동작하는 동안 SEI(Solid Electrolyte Interphase)에 의해 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 감소하게 되며, 이에 따라, 배터리(100)는 정상 상태에서 동작하는 동안 배터리(100)의 충전 용량이 서서히 감소할 수 있다.
이때, 배터리(100)는 리튬 플레이팅(Li-Plating)과 같은 이상이 발생하는 경우에, 배터리(100)의 충전 용량이 급격히 감소할 수 있다.
도7 내지 도8은 도1의 배터리 이상 추정 장치에서 배터리의 이상 여부를 판단하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도7을 참조하면, 배터리(100)의 충전 상태에 따른 내부 저항의 변화량을 확인할 수 있다. 여기에서, fresh cell은 이상적인 배터리(100)를 의미할 수 있고, 정상 cell은 정상 상태의 배터리(100)를 의미할 수 있으며, 이상 cell은 이상이 발생한 배터리(100)를 의미할 수 있다.
이때, delta DCIR은 배터리(100)의 내부 저항의 변화량을 의미할 수 있으며, 이에 따라, 이상이 발생한 배터리(100)의 내부 저항의 변화량이 이상적인 배터리(100) 또는 정상 상태의 배터리(100)에 비해 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도8을 참조하면, 배터리(100)의 충전 상태에 따른 전압의 변화량을 확인할 수 있다. 여기에서, discharge를 가리키는 원은 배터리(100)의 방전이 수행되기 시작하는 지점으로 이해할 수 있으며, 이에 따라, 도8은 배터리(100)의 충전 상태를 10% 구간으로 분류하고, 10% 구간마다 방전을 수행하여 생성된 그래프인 것으로 이해할 수 있다.
이에 따라, 사각 형상의 범위는 전압 변화량을 이용하여 변화 정보를 생성하도록 사전에 설정되는 충전 범위를 의미할 수 있다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 추정 방법은 도 1에 도시된 배터리 이상 추정 장치(200)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 배터리 이상 추정 장치(200)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
배터리 이상 추정 방법은 측정 정보를 생성하는 단계(600), 초기 시점과 후기 시점을 설정하는 단계(610), 변화 정보를 생성하는 단계(620), 이상 여부를 판단하는 단계(630) 및 이상 여부를 출력하는 단계(640)를 포함할 수 있다.
측정 정보를 생성하는 단계(600)는 측정부(210)가 배터리(100)의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성하는 단계일 수 있다.
초기 시점과 후기 시점을 설정하는 단계(610)는 변화 추정부(220)가 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정하고, 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정하는 단계일 수 있다.
변화 정보를 생성하는 단계(620)는 변화 추정부(220)가 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 배터리(100)의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성하는 단계일 수 있다.
이상 여부를 판단하는 단계(630)는 이상 판단부(230)가 정상 상태인 배터리(100)의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 변화 정보에 따라 배터리(100)의 이상 여부를 판단하는 단계일 수 있다.
이상 여부를 출력하는 단계(640)는 출력부(240)가 이상 여부를 출력하는 단계일 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리
200: 배터리 이상 추정 장치

Claims (8)

  1. 배터리의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성하는 측정부;
    임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정하고, 상기 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정하며, 상기 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 상기 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 상기 배터리의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성하는 변화 추정부;
    정상 상태인 배터리의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 상기 변화 정보에 따라 상기 배터리의 이상 여부를 판단하는 이상 판단부; 및
    상기 이상 여부를 출력하는 출력부;를 포함하고,
    상기 측정 정보는,
    임의의 충전 상태에서 측정되는 상기 배터리의 전압을 포함하고,
    사전에 설정되는 충전 범위가 마련되되, 상기 사전에 설정되는 충전 범위는 배터리가 방전 동작 또는 충전 동작을 수행하는 과정에서 기설정된 간격의 충전 상태의 변화량에 대해 배터리의 전압의 변화량이 가장 작게 나타나는 충전범위로서, 배터리의 충전 상태의 변화량에 대한 전압의 변화량이 나타나도록 설정된 복수개의 구간 중 하나 이상의 구간으로 설정되며,
    상기 변화 추정부는 상기 사전에 설정되는 충전 범위에서의 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 작은 지점을 초기 시점으로 설정하고, 상기 초기 지점보다 늦은 시점에서, 상기 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량보다 큰 지점을 후기 시점으로 설정하며,
    상기 변화 추정부는,
    사전에 설정되는 초기 전압과 상기 초기 시점에서 측정된 전압의 차이와, 상기 후기 시점에서 측정된 전압과 상기 초기 시점에서 측정된 전압의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성하는, 배터리 이상 추정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 배터리의 상태 변이에 따른 배터리 이상 추정 장치에서의 배터리 이상 추정 방법에 있어서,
    측정부가 배터리의 상태를 측정하여 측정 정보를 생성하는 단계;
    변화 추정부가 임의의 시점을 나타내는 초기 시점을 설정하고, 상기 초기 시점보다 늦도록 사전에 설정되는 후기 시점을 설정하는 단계;
    변화 추정부가 상기 초기 시점에서 측정된 측정 정보와 상기 후기 시점에서 측정된 측정 정보에 기초하여 상기 배터리의 용량의 변화를 나타내도록 변화 정보를 생성하는 단계;
    이상 판단부가 정상 상태인 배터리의 용량 변화를 나타내도록 설정되는 정상 범위에 기초하여, 상기 변화 정보에 따라 상기 배터리의 이상 여부를 판단하는 단계; 및
    출력부가 상기 이상 여부를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 측정 정보는,
    임의의 충전 상태에서 측정되는 상기 배터리의 전압을 포함하고,
    사전에 설정되는 충전 범위가 마련되되, 상기 사전에 설정되는 충전 범위는 배터리가 방전 동작 또는 충전 동작을 수행하는 과정에서 기설정된 간격의 충전 상태의 변화량에 대해 배터리의 전압의 변화량이 가장 작게 나타나는 충전범위로서, 배터리의 충전 상태의 변화량에 대한 전압의 변화량이 나타나도록 설정된 복수개의 구간 중 하나 이상의 구간으로 설정되며,
    상기 변화 추정부는 상기 사전에 설정되는 충전 범위에서의 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량 보다 작은 지점을 초기 시점으로 설정하고, 상기 초기 지점보다 늦은 시점에서, 상기 전압 변화량이 사전에 설정되는 기준 전압 변화량보다 큰 지점을 후기 시점으로 설정하며,
    상기 변화 추정부는,
    사전에 설정되는 초기 전압과 상기 초기 시점에서 측정된 전압의 차이와, 상기 후기 시점에서 측정된 전압과 상기 초기 시점에서 측정된 전압의 차이의 비율에 따라 변화 정보를 생성하는, 배터리 이상 추정 방법.

  7. 삭제
  8. 삭제
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