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KR-20260061794-A - METHOD AND SYSTEM FOR INSPECTING FAULT OF SECONDARY BATTERY, AND APPARATUS HAVING SECONDARY BATTERY

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Abstract

본 개시는 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 방법 및 시스템과 이차 전지를 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 방법은 이차 전지의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정을 통해 EIS 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 EIS 데이터를 기초로, 지정된 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 응답 편차와 기 저장된 기준 데이터를 기초로, 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 추정된 온도와 지정된 기준 온도를 기초로, 상기 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.

Inventors

  • 전웅
  • 이재희
  • 이현준
  • 황규민

Assignees

  • 에스케이온 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (20)

  1. 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 방법에 있어서, 이차 전지의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정을 통해 EIS 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 EIS 데이터를 기초로, 지정된 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 응답 편차와 기 저장된 기준 데이터를 기초로, 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 단계는 상기 산출된 응답 편차를 기초로 분석 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 분석 데이터와 상기 기준 데이터를 비교하여 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분석 데이터를 생성하는 단계는 선형 회귀 분석법을 이용하여, 상기 응답 편차에 대한 선형 회귀 모델 또는 선형 회귀 함수를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 응답 편차를 산출하는 단계는 지정된 다수의 온도별로 상기 응답 편차를 각각 산출하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 응답 편차를 산출하는 단계는 상기 특정 주파수 및 상기 주파수별 임피던스의 실수값 및/또는 허수값을 기초로 상기 응답 편차를 산출하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 EIS 데이터를 획득하는 단계는 상기 이차 전지의 EIS 측정을 다수 번 수행하고, 다수 번의 측정 결과를 상기 EIS 데이터로 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 기준 이차 전지의 EIS 측정을 통해 EIS 데이터를 획득하는 단계; 상기 기준 이차 전지의 EIS 데이터를 기초로, 지정된 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하는 단계; 및 상기 기준 이차 전지의 주파수별 응답 편차를 기초로, 상기 기준 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기준 데이터를 생성하는 단계는 지정된 다수의 온도별로 상기 기준 데이터를 각각 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 기준 데이터를 생성하는 단계는 상기 특정 주파수 및 상기 주파수별 임피던스의 실수값 및/또는 허수값을 기초로 상기 기준 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 추정된 온도와 지정된 기준 온도를 기초로, 상기 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 단계; 및 상기 이차 전지가 비정상 상태인 것으로 판별되는 경우 지정된 방식으로 알람을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 EIS 데이터를 획득하는 단계는 상기 이차 전지에 포함된 개별 배터리 셀 또는 개별 배터리 모듈 단위로 상기 EIS를 측정하여 상기 EIS 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 시스템에 있어서, 이차 전지의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하여 EIS 데이터를 획득하는 EIS 측정 장치; 및 상기 획득된 EIS 데이터를 기초로 지정된 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하고, 상기 산출된 응답 편차와 기 저장된 기준 데이터를 기초로 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 컴퓨팅 장치를 포함하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 산출된 응답 편차를 기초로 분석 데이터를 생성하고, 상기 분석 데이터와 상기 기준 데이터를 비교하여 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 선형 회귀 분석법을 이용하여, 상기 응답 편차에 대한 선형 회귀 모델 또는 선형 회귀 함수를 상기 분석 데이터로 생성하는 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 응답 편차를 지정된 다수의 온도별로 각각 산출하는 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 특정 주파수 및 상기 주파수별 임피던스의 실수값 및/또는 허수값을 기초로 상기 응답 편차를 산출하는 시스템.
  17. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 기준 이차 전지의 EIS 측정을 통해 EIS 데이터를 획득하고, 상기 기준 이차 전지의 EIS 데이터를 기초로 지정된 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하고, 상기 기준 이차 전지의 주파수별 응답 편차를 기초로 상기 기준 데이터를 생성하는 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 추정된 온도와 지정된 기준 온도를 기초로, 상기 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 시스템.
  19. 이차 전지를 포함하는 장치에 있어서, 이차 전지; 및 상기 이차 전지의 상태를 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 이차 전지의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하여 EIS 데이터를 획득하는 EIS 측정 모듈; 및 상기 획득된 EIS 데이터를 기초로 지정된 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하고, 상기 산출된 응답 편차와 기 저장된 기준 데이터를 기초로 상기 이차 전지의 온도를 추정하는 제어 모듈을 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 추정된 온도와 지정된 기준 온도를 기초로, 상기 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 장치.

Description

이차 전지의 이상 여부를 검사하는 방법 및 시스템과 이차 전지를 포함하는 장치{METHOD AND SYSTEM FOR INSPECTING FAULT OF SECONDARY BATTERY, AND APPARATUS HAVING SECONDARY BATTERY} 본 개시는 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 방법 및 시스템과 이차 전지를 포함하는 장치에 관한 것이다. 이차 전지(secondary battery)는 충전 및 방전을 반복할 수 있는 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 태블릿 PC(personal computer), 노트북PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기들의 동력원으로 널리 적용되고 있다. 또한, 최근에는 전기 자동차와 같은 친환경 자동차의 동력원으로 이용하기 위해 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩(battery pack)이 개발되고 있다. 다양한 분야에서 활용되고 있는 이차 전지는 안전성이 매우 중요하다. 따라서, 상기 이차 전지는 제조 중 또는 제조 후 다양한 방법을 통해 안정성이 검사되고 있다. 예를 들어, 최근에는 이차 전지의 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하고, EIS 측정 결과를 기반으로 이차 전지(예: 배터리 모듈 또는 배터리 셀)의 온도를 추정하고, 추정된 온도를 기반으로 이차 전지의 이상 여부를 판별(또는 검사)하는 방법에 대한 연구가 증가하고 있다. 상기 EIS 데이터를 측정하기 위해서는 측정 장치의 케이블을 이차 전지에 연결해야 한다. 하지만, 상기 측정 장치의 케이블을 이차 전지에 연결할 때마다 상기 케이블과 이차 전지 사이의 접촉 저항이 달라질 수 있다. 이는 사용자가 케이블을 항상 동일한 위치에 연결하기 매우 어렵기 때문이다. 이로 인해, EIS 측정 결과를 이용한 현재의 온도 추정 방법은 정확성 및/또는 신뢰성을 확보할 수 없다는 문제가 존재한다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 시스템을 도시한 도면이다. 도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 온도 추정을 위한 기준 데이터를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 EIS 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 2c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 도시한 도면이다. 도 2d는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 온도 별 응답 편차를 도시한 그래프이다. 도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 온도를 추정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 온도 추정에 대한 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지를 포함하는 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 6은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 이차 전지를 포함하는 장치의 일 예를 도시한 도면이다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다. 비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 개시의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이상 여부를 검사하는 시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지(10)의 이상 여부를 검사하는 시스템(1000)은 EIS 측정 장치(100) 및 컴퓨팅 장치(200)를 포함할 수 있다. EIS 측정 장치(100)는 이차 전지(10)의 EIS를 측정할 수 있다. 여기서, 이차 전지(10)는 충전이 가능할 수 있다. 이차 전지(10)는 배터리 셀, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈(battery module), 또는 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩(battery pack)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, EIS 측정 장치(100)는 측정 케이블을 통해 연결된 이차 전지(예: 알려진 다양한 방법을 통해 정상 상태인 것으로 확인된 기준 이차 전지 또는 온도 추정을 위한 이차 전지)의 EIS를 측정하고, 측정 결과를 EIS 데이터(예: EIS 로(raw) 데이터)로 획득할 수 있다. 구체적으로, EIS 측정 장치(100)는 지정된 범위(예: 1 Hz 내지 1 kHz) 내에서 가변하는 주파수(이하, 가변 주파수)를 이차 전지(10)에 인가하고, 이차 전지(10)의 출력 신호(예: 가변 주파수에 대한 응답)를 EIS 데이터로 획득할 수 있다. 다시 말해, EIS 측정 장치(100)는 이차 전지(10)의 EIS 측정을 통해 주파수 변화에 따른 이차 전지(10)의 임피던스 변화를 EIS 데이터로 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 EIS 측정 장치(100)는 이차 전지(10)가 배터리 모듈인 경우 배터리 셀 단위로 EIS를 측정하고, 배터리 셀 별로 EIS 데이터를 획득할 수 있다. 다른 예로, 상기 EIS 측정 장치(100)는 이차 전지(10)가 배터리 팩인 경우 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 모듈의 EIS를 각각(또는 독립적으로) 측정할 수 있다. 또한, 상기 EIS 측정 장치(100)는, 각 배터리 모듈의 EIS 측정 시, 배터리 모듈에 포함된 다수의 배터리 셀의 EIS를 각각 측정할 수 있다. 다시 말해, 상기 EIS 측정 장치(100)는 배터리 팩의 EIS 측정 시 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀 단위로 EIS를 측정하고, 측정 결과를 EIS 데이터로 획득할 수 있다. 컴퓨팅 장치(200)는 이차 전지(10)의 온도를 추정하기 위한 기준 데이터를 생성하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(200)는 기준 이차 전지의 EIS 측정 결과(예: 온도별 EIS 데이터)에 대한 분석하고, 분석 결과를 기초로, 기준 데이터를 생성할 수 있다. 구체적으로, 컴퓨팅 장치(200)는, 기계 학습(machine learning)의 지도 학습(supervised learning)(예: 선형 회귀 분석)을 이용하여, EIS 측정 결과를 분석(예: 주파수 및 응답 편차 사이의 상관 관계를 분석)하고, 분석 결과를 기초로, 기준 데이터(예: 온도별 선형 회귀 모델 또는 선형 회귀 함수)를 생성할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2a 내지 2d를 참조하여 후술하기로 한다. 한편, 컴퓨팅 장치(200)는 EIS 데이터를 기반으로 이차 전지(10)의 온도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(200)는 EIS 데이터를 기반으로 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 산출하고, 산출된 응답 편차 및 기준 데이터를 기초로 온도를 추정할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술하기로 한다. 한편, 컴퓨팅 장치(200)는 추정된 온도를 기초로 이차 전지(10)의 이상 여부를 검사할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(200)는 추정된 온도 및 지정된 기준 온도를 기초로 이차 전지(10)의 이상 여부를 검사할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다. 도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 온도 추정을 위한 기준 데이터를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 EIS 측정 결과를 도시한 도면이고, 도 2c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 특정 주파수 대비 주파수별 응답 편차를 도시한 도면이며, 도 2d는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 온도 별 응답 편차를 도시한 그래프이다. 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 온도 추정을 위한 기준 데이터를 생성하는 방법(이하, 생성 방법)은 기준 이차 전지(예: 알려진 다양한 방법을 통해 정상 상태인 것으로 확인된 이차 전지)의 EIS 측정을 통해 EIS 데이터를 획득하는 단계(S210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(1000)의 EIS 측정 장치(100)는 측정 케이블을 통해 연결된 기준 이차 전지의 EIS를 측정하고, 측정 결과를 EIS 데이터(예: EIS 로(raw) 데이터)로 획득할 수 있다. 구체적으로, 상기 EIS 측정 장치(100)는 지정된 범위(예: 1 Hz 내지 1 kHz) 내에서 가변하는 가변 주파수를 상기 기준 이차 전지에 입력 신호로 인가하고, 상기 기준 이차 전지의 출력 신호(예: 가변 주파수에 대한 응답)를 EIS 데이터로 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 EIS 측정 장치(100)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기준 이차 전지에 포함된 다수의 배터리 셀(또는 배터리 모듈) 각각에 대하여 EIS 데이터(211)를 지정된 간