[특허분석] 첫 충전 곡선으로 불량 셀을 가려낸다 — CATL US12540983B2가 청구한 화성 데이터 판별법의 경계

배터리 셀은 공장에서 처음 충전되는 순간, 즉 화성(활성화) 공정에서 처음으로 자기 상태를 드러낸다. CATL의 US12540983B2는 그 첫 충전 곡선에서 두 개의 숫자를 뽑아 전해액이 모자라거나 수분이 섞인 셀을 가려내는 방법을 청구한다. 이 글은 청구항의 구성과 패밀리 현황을 정리하고, 통계 모델의 이름을 바꾸는 것만으로는 회피가 어려울 수 있는 이유를 짚는다.

① 무엇이 화제인가

요지부터 말하면, 이 특허는 데이터·특징·모델·판정·조치를 모두 한정한 좁은 청구항이지만, 판정 모델을 ‘마할라노비스 거리’로 바꾸는 식의 회피는 결정 경계가 같아 균등 판단을 피하기 어려울 가능성이 있다. US12540983B2(우선일 2022-04-19, 등록 2026-02-03)는 화성 공정 1단계 데이터에서 얻은 두 특징값을 샘플 셀로 만든 2차원 가우시안 분포 모델에 넣고, 확률밀도가 임계값보다 낮으면 이상 셀로 표시해 후속 생산에서 빼는 방법을 청구한다[1].

업계 상황이 이 특허를 다시 보게 만든다. CATL은 2026년 9월 22일 헝가리 데브레첸 공장에서 셀 시험생산에 들어갔고, 보도에 따르면 이 단계의 목적은 생산 설비와 제조 공정을 셋업·최적화·검증하는 것이다[2]. 새 라인의 공정 검증에서 화성 데이터는 가장 먼저 쌓이는 품질 신호다. 한편 이 특허의 한국 대응(KR102877176B1)은 이미 등록돼 있어, 국내 셀 제조사와 화성 설비·제조실행시스템(MES) 공급사에도 직접 관련될 수 있다[1].

긴장 요인은 화성 데이터 분석이 이미 여러 공급사의 기본 기능이 되어 가고 있다는 데 있다. 그래서 이 글이 답하려는 질문은 이것이다. CATL은 정확히 무엇을 청구했고, 그 경계는 어디에 그어져 있는가.

② 기본 원리 — 첫 충전의 ‘심전도’와 정상 셀의 구름

화성 공정은 셀을 처음 충전해 음극 표면에 보호막(SEI)을 만드는 단계다. 이때 전해액이 분해되며 막이 생기는 구간은 전압에 대한 용량 변화율(dQ/dV) 곡선에서 봉우리로 드러난다. 심전도의 파형이 심장이 제대로 뛰는지 보여 주듯, 이 봉우리의 시점과 모양은 첫 반응이 정상적으로 일어났는지를 알려 준다. 특허 명세서는 전해액 이상이나 수분 함량 이상이 있는 셀이 화성 1단계에서 파라미터의 변화 과정이 정상 셀과 뚜렷하게 다르다는 점을 실험으로 확인했다고 적는다[1].

CATL 화성 공정 이상 셀 판별 특허 US12540983B2의 2차원 가우시안 분포와 임계 확률밀도 경계를 나타낸 개념 도식 — **Fig. 1.** 화성 1단계의 두 최초 도달값(x₁, x₂)을 샘플 셀의 2차원 가우시안 모델에 넣어 확률밀도가 임계값(30) 아래면 이상 셀(40)로 표시(개념도)
자료: US12540983B2 청구항 1을 바탕으로 편집부가 재구성

이 특허가 쓰는 특징은 ‘최초 도달값’이다. 화성 1단계에서 연속한 두 샘플 사이의 변화량이 미리 정한 기준 변화량(명세서는 성막 피크의 기울기 값을 예로 든다)과 같아지는 가장 이른 순간을 찾고, 그때의 파라미터 값을 기록한다. 서로 다른 두 기준 변화량에 대해 이 작업을 하면 셀마다 두 숫자(x₁, x₂)가 나온다[1].

그다음은 ‘정상 셀의 구름’이다. 샘플 셀들의 (x₁, x₂)를 모아 2차원 가우시안 분포 모델을 만들면, 정상 셀은 중심 부근에 촘촘히 모이고 멀어질수록 확률밀도가 낮아진다. 새 셀의 확률밀도가 임계값보다 낮으면, 즉 구름의 가장자리 밖에 있으면 이상 셀로 판정하고 표시해 후속 생산에서 제외한다[1].

③ 비교 — 청구항 1 구성요소 대조

청구항 1 구성요소(재서술)	해석 포인트	회피 여지(가능성)
(a) 목표 특징 데이터로 이상 셀 여부를 판정하고, 이상이면 표시해 후속 생산에서 제외	판정과 표시·제외까지가 한 흐름	표시 없이 모니터링만 하면 차이 주장 여지
(b) 특징 데이터는 화성 공정에서 생긴, 이상·정상 셀 구분용 데이터	화성 공정 데이터로 한정	에이징 등 다른 공정 데이터는 문언 밖일 가능성
(c) 파라미터는 성막 피크(dQ/dV)·동적 내부저항(V/I)·dV/dQ 중 선택	세 가지로 열거	다른 파라미터를 쓰면 문언 밖일 가능성
(d) 서로 다른 두 기준 변화량에 처음 도달한 순간의 파라미터 값 2개	최초 도달 = 화성 1단계에서 연속 샘플 차이가 기준값과 같아지는 가장 이른 시점	평균·최댓값 등 다른 특징은 차이 주장 여지
(e) 두 값을 샘플 셀로 만든 2차원 가우시안 모델에 넣어 확률밀도 계산	모델 종류를 구체적으로 한정	마할라노비스 거리 임계값은 같은 타원 경계 — 균등 판단 여지
(f) 확률밀도가 임계값보다 작으면 이상 셀로 판정	임계 방식을 명시	1차원 임계값·규칙 기반 판정은 다른 경로일 가능성

Fig. 2. CATL US12540983B2 청구항 1 구성요소와 해석 포인트, 회피 여지 대조표
자료: US12540983B2 청구항 1~4와 명세서를 바탕으로 편집부가 재구성

이 표가 말하는 것: 청구항 1은 데이터의 종류(화성 1단계), 특징(두 최초 도달값), 모델(2차원 가우시안), 판정(밀도 임계값), 조치(표시·제외)를 모두 한정한 좁은 구조다. 회피 경로가 여럿 있지만, 모델의 이름만 바꾸는 방식은 (e)·(f) 요소에서 균등 판단을 피하기 어려울 수 있다.

④ 특허 관점 — 좁은 청구항, 그러나 같은 경계

서지와 출원 흐름. US12540983B2의 권리자는 Contemporary Amperex Technology Hong Kong Ltd로 표시된다. 2022년 4월 19일 중국 PCT 출원(PCT/CN2022/087736, WO2023201531A1)을 기초로 2024년 3월 4일 미국에 진입했고, 2024년 8월 1일 공개(US20240255581A1)를 거쳐 2026년 2월 3일 등록됐다. Google Patents는 조정 존속기간 만료일을 2042년 7월 16일로 표시한다. 청구항은 7개로, 방법(청구항 1), 전자 장치(청구항 5), 기록매체(청구항 6), 전해액 이상 셀 판별 장치(청구항 7)가 각각 독립된 형식을 이룬다. 종속항은 전해액 영향 특징(청구항 2), 수분 함량 영향 특징(청구항 3), 화성 공정 중 판정(청구항 4)을 더한다[1].

패밀리 현황. 같은 우선권에서 중국 CN117413195A(2024-01-16 공개), 일본 JP7697141B2(2025-06-23), 한국 KR102877176B1(2025-10-28)이 나왔고, 유럽 EP4382937A1은 2024년 6월 12일 공개된 뒤 2025년 5월 7일 보충 검색 보고서(A4)가 나온 단계다[1]. 권리가 확정된 곳은 미국·일본·한국이고 유럽은 아직 심사 중이라는 뜻이다.

Fig. 3. 판별 방식별 권리 범위 — 모델 이름만 바꾼 방식은 경계 영역(20)에 놓일 가능성이 있다
자료: US12540983B2 청구항 1을 바탕으로 편집부가 재구성(가능성 수준의 정리)

핵심 통찰 — 마할라노비스 거리로 바꿔도 경계는 같다. 2차원 가우시안의 확률밀도는 중심에서의 마할라노비스 거리의 제곱 d²만의 함수다. 식으로 쓰면 p(x) = exp(−d²/2) / (2π·|Σ|^1/2)이고, 여기서 d² = (x−μ)^TΣ⁻¹(x−μ)다. 따라서 ‘확률밀도가 임계값보다 작다’는 조건은 ‘마할라노비스 거리가 어떤 상수보다 크다’는 조건과 정확히 같은 타원 경계를 만든다. 공급사가 “가우시안 밀도가 아니라 거리 기준을 쓴다”고 설명하더라도, 기능·방식·결과가 실질적으로 같다는 균등론 주장(미국 Graver Tank 판결 이래의 기능-방식-결과 기준)[3]에 노출될 가능성이 있다. 회피를 검토한다면 모델의 이름보다 결정 경계의 모양과 입력 특징을 바꿔야 한다.

권리 행사의 현실. 공장 안에서 돌아가는 데이터 처리 방법은 외부에서 침해를 입증하기 어렵다. 그 점에서 장치·기록매체 청구항(청구항 5~7)은 판별 기능을 담은 소프트웨어나 설비를 공급하는 쪽을 겨냥할 수 있는 통로가 된다. 국내에서는 한국 등록특허의 청구항 문언을 따로 확인해야 하지만, 설비·MES 공급사가 FTO(침해 여부) 검토의 1차 대상이 될 가능성이 있다.

회피설계 시나리오(반론). 첫째, 특징을 바꾼다. 최초 도달값 대신 봉우리의 위치·면적 같은 다른 특징을 쓰면 (d) 요소와의 차이를 주장할 여지가 있다. 둘째, 단계를 바꾼다. 화성 1단계가 아니라 에이징 단계의 전압 강하(K값)로 선별하면 (b) 요소 밖일 가능성이 있다. 셋째, 판정을 바꾼다. 단일 파라미터의 1차원 임계값이나 규칙 기반 판정은 (e)·(f)와 다른 경로다. 다만 화성 곡선 분석 자체는 학계와 산업계에서 오래 쓰인 방법이어서, 역으로 이 특허의 신규성·진보성을 다툴 선행기술이 존재할 가능성도 있다.

⑤ 한계와 전망

반대 시나리오: 청구항이 좁아 경쟁사가 쉽게 비껴갈 수 있다면, 이 특허의 실질 가치는 라이선스 수단보다 기술 공개로 선행기술을 만들어 두는 방어적 성격에 가까울 수 있다. 반대로 화성 데이터 분석이 가우시안·마할라노비스 계열의 이상 탐지로 표준화된다면, 좁아 보이던 청구항이 넓은 실무에 닿을 가능성도 있다.

전략적 대안: 국내 셀 제조사와 설비 공급사는 화성 선별 로직을 설계할 때 특징 정의(무엇을 뽑는가)와 결정 경계(어떤 모양으로 자르는가)를 문서로 남겨 두고, 서로 다른 특징 조합으로도 같은 선별 성능이 나오는지 확인해 두는 편이 안전하다.

실무 액션: KIPRIS에서 KR102877176B1의 등록 청구항 원문을 내려받아 미국 청구항 1과 문언 차이를 대조하고, 자사 화성 선별 로직의 특징·모델·임계 방식을 표의 (a)~(f)에 1:1로 매핑한다.

이 글은 공개 자료를 바탕으로 한 기술·특허 해설이며 특정 사안에 대한 법률 자문이 아니다.

확인이 필요한 항목

KR102877176B1 등록 청구항의 문언과 미국 청구항의 차이는 확인하지 않았다.
EP4382937A1의 현재 심사 상태는 확인이 필요하다.
기준 변화량(process variation)의 구체 수치는 실시예마다 다를 수 있다. 명세서는 성막 피크의 기울기 값을 예로 든다.
CATL 공장에 이 방법이 실제로 적용되는지는 공개 자료에서 확인되지 않았다.
무효 가능성을 판단할 선행기술 조사는 하지 않았다.

출처

Google Patents, US12540983B2 「Method and apparatus for identifying abnormal battery cell, electronic device, and storage medium」 서지사항·청구항 1~7·명세서·패밀리 목록(2026-09-27 원문 확인).
CnEVPost, “CATL begins trial cell production at planned 100 GWh Hungary plant”, 2026-09-22. 기사 링크
Graver Tank & Mfg. Co. v. Linde Air Products Co., 339 U.S. 605 (1950).