KR102135267B1 - 전해액 재주입 가능한 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 배터리 팩의 전해액 재주입 방법 - Google Patents

전해액 재주입 가능한 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 배터리 팩의 전해액 재주입 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 팩 전해액 재주입 시스템은, 음극판 및 양극판과 상기 음극판 및 양극판 사이에 분리막이 개재된 전극조립체를 수납하는 수납케이스를 포함하여 구성되고, 상기 수납케이스의 일측으로 주입밸브를 포함하는 주입구가 형성되며, 상기 주입구에 대향하는 타측으로 배출밸브를 포함하는 배출구가 형성되는 다수의 배터리 셀;을 포함하여 구성되며, 상기 배터리 셀 각각의 주입구가 메인 주입관에 의해 병렬 연결되고, 배터리 셀 각각의 배출구가 메인 배출관에 의해 병렬연결 되어 외부 케이스 내부에 수납되되, 상기 메인 주입관 및 메인 배출관의 일단이 상기 외부 케이스를 관통하여 외부로 노출되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 메인 주입관과 연결되는 주액 펌프, 상기 주액 펌프로 공급되는 솔벤트를 공급 또는 차단하는 솔벤트 밸브를 포함하는 솔벤트 탱크, 상기 주액 펌프로 공급되는 전해액을 공급 또는 차단하는 전해액 밸브를 포함하는 전해액 탱크, 배터리 팩의 1C용량 유지율(%)을 계산하여 전해액의 재주입 필요여부를 판단하는 전해액 재주입 판단부, 상기 솔벤트 탱크 및 전해액 탱크에 공급되어야 할 솔벤트 및 전해액의 공급량을 계산하는 공급량 계산부, 상기 전해액 재주입 판단부의 전해액 재주입 필요여부 판단에 따라 상기 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀에 계산된 솔벤트 또는 전해액을 공급하도록 상기 주입밸브, 배출밸브, 주액 펌프, 솔벤트 밸브 및 전해액 밸브를 제어하는 제어부 및 상기 전해액의 재주입 필요여부와 계산된 솔벤트 및 전해액의 양을 사용자에게 알리는 알림부를 포함하여 구성되는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 배터리 팩의 전해액 재주입 방법을 제공한다.

Description

전해액 재주입 가능한 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 배터리 팩의 전해액 재주입 방법{Electrolyte re-injection system of battery cell, battery pack, battery pack which can re-inject electrolyte and re-injection method of electrolyte of electric car battery pack}
본 발명은 전해액 재주입 가능한 배터리 셀과 다수개의 상기 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 전기자동차 배터리 팩의 전해액 재주입 방법에 관한 것이다.
일반적인 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 말하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 폭발적으로 증가되는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리툼계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리늄 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀의 집합체인 전극조립체와 전극조립체를 밀봉 수납하는 외장 케이스와 상기 전극조립체에 함침되어 있는 전해액을 포함한다.
리튬 이차전지는 외장 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극조립체가 금속 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다.
파우치형 이차전지는 제조 비용이 저렴하고 에너지 밀도가 높으며 직렬 또는 병렬 연결을 통해 대용량의 전지팩을 구성하기 용이하다는 장점이 있어서 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 전력원으로 각광 받고 있다.
파우치형 이차 전지는 판형으로 이루어진 전극 리드가 접속된 전극조립체를 파우치 케이스에 수납하고 파우치 케이스 내부에 전해액을 주입하고 파우치 케이스의 가장자리를 열 융착시켜 제조한다. 전극 리드의 일부는 파우치 케이스 외부로 노출되며, 노출된 전극 리드는 이차전지가 장착되는 장치에 전기적으로 연결되거나, 이차전지 상호간 전기적으로 연결하는데 사용된다.
이차전지는 충방전 사이클이 반복됨에 따라 전해액의 변성이 발생한다. 따라서 전기화학적 반응에 기여할 수 있는 전해액의 량이 시간이 남에 따라 감소함으로써 이차전지의 충방전 효율과 용량 유지율이 저하되어 교체를 하거나 폐기 시켜야 하지만 과도한 비용에 의해 경제적 손실이 크게되어, 이를 해결하기 위한 일환으로 재사용(reuse)에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다.
종래의 재사용 방법으로는 이차전지의 저항을 낮추기 위하여 이차전지를 해체하여 가스를 제거하는 방법이 있다. 그러나 무수분(moisture free)환경에서 이차전지를 해체하여 진공석션(vacuum suction)을 사용하여 가스를 제거하는 방법이 있으나 많은 비용과 기술적 문제로 인하여 실제 재사용 방법으로 적용하기는 어려운 현실이다.
또한, 다른 재사용 방법으로는 일정양의 전해액을 주액함으로써 lithium sourc를 교체시켜 재사용에 적합하게 조정하는 방법이 있으나, 현존하는 방법들은 대부분 통제 가능한 환경에서 값비싼 장비들을 사용하여 주액해야 하며 이차전지의 케이스에 구멍을 만들거나 셀 테라스 부분을 절단하여 주액하는 방법이므로 실제 재사용 방법으로 적용하기가 어렵다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀을 분리하지 않고 부반응 가스(gas)를 제거하고 전해액을 재주입을 할 수 있는 배터리 셀, 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전해액 재주입을 하게 되었음에도 불구하고 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀의 밀봉 특성 등이 실질적으로 저하되지 않는 배터리 셀 및 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명에 의한 전해액 재주입 가능한 배터리 셀에 있어서, 음극판 및 양극판과 상기 음극판 및 양극판의 사이에 분리막이 개재된 전극조립체, 상시 전극조립체와 전해액을 수납하는 셀 수납케이스;를 포함하여 구성되며, 상기 셀 수납케이스는, 상기 셀 수납케이스의 일측으로 주입밸브를 포함하는 셀 주입구가 형성되며, 상기 셀 주입구에 대향하는 타측으로 배출밸브를 포함하는 셀 배출구가 형성되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 전해액 재주입 가능한 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀, 상기 배터리 셀 각각으로 솔벤트 또는 전해액을 공급하는 메인 주입관, 상기 배터리 셀 각각으로부터 솔벤트 또는 전해액이 배출되는 메인 배출관 및 외부케이스를 포함하여 구성되며, 상기 배터리 셀은, 음극판 및 양극판과 상기 음극판 및 양극판의 사이에 분리막이 개재된 전극조립체, 상시 전극조립체와 전해액을 수납하는 셀 수납케이스를 포함하여 구성되고, 상기 셀 수납케이스는, 일측으로 주입밸브를 포함하는 셀 주입구가 형성되고, 상기 셀 주입구에 대향하는 타측으로 배출밸브를 포함하는 셀 배출구가 형성되며, 상기 메인 주입관은 상기 배터리 셀들의 셀 주입구들을 병렬 연결하여 상기 배터리 셀들 각각에 솔벤트 및 전해액을 공급하도록 하고, 상기 메인 배출관은 상기 배터리 셀들의 셀 배출구들이 병렬 연결하여 상기 배터리 셀들 내부의 전해액이 외부로 배출되도록 하며, 상기 외부케이스는 내부에 하나 이상의 상기 배터리 셀, 메인 주입관 및 메인 배출관이 수납되며, 일측으로 상기 메인 주입관의 메인 주입구가 외부로 노출되고 타측으로 상기 메인 배출관의 메인 배출구가 외부로 노출되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배터리 팩 전해액 재주입 시스템은, 음극판 및 양극판과 상기 음극판 및 양극판 사이에 분리막이 개재된 전극조립체를 수납하는 셀 수납케이스를 포함하여 구성되고, 상기 셀 수납케이스의 일측으로 주입밸브를 포함하는 셀 주입구가 형성되며, 상기 셀 주입구에 대향하는 타측으로 배출밸브를 포함하는 셀 배출구가 형성되는 다수의 배터리 셀;을 포함하여 구성되며, 상기 배터리 셀 각각의 셀 주입구가 메인 주입관에 의해 병렬 연결되고, 배터리 셀 각각의 셀 배출구가 메인 배출관에 의해 병렬연결 되어 외부케이스 내부에 수납되되, 상기 메인 주입관의 메인 주입구 및 메인 배출관의 메인 배출구가 상기 외부케이스를 관통하여 외부로 노출되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 메인 주입관의 메인 주입구와 연결되는 주액 펌프, 상기 주액 펌프로 공급되는 솔벤트를 공급 또는 차단하는 솔벤트 밸브를 포함하는 솔벤트 탱크, 상기 주액 펌프로 공급되는 전해액을 공급 또는 차단하는 전해액 밸브를 포함하는 전해액 탱크, 배터리 팩의 1C용량 유지율(%)을 계산하여 전해액의 재주입 필요여부를 판단하는 전해액 재주입 판단부, 상기 솔벤트 탱크 및 전해액 탱크에 공급되어야 할 솔벤트 및 전해액의 공급량을 계산하는 공급량 계산부, 상기 전해액 재주입 판단부의 전해액 재주입 필요여부 판단에 따라 상기 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀에 계산된 솔벤트 또는 전해액을 공급하도록 상기 주입밸브, 배출밸브, 주액 펌프, 솔벤트 밸브 및 전해액 밸브를 제어하는 제어부 및 상기 전해액의 재주입 필요여부와 계산된 솔벤트 및 전해액의 양을 사용자에게 알리는 알림부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 메인 배출관의 일측으로 가스배출관이 추가로 형성되며, 상기 가스배출관은 가스량 측정기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가스량 측정기는, 상기 메인 배출관을통해 배출되는 가스량을 측정하여 공급액 계산부로 전송하도록 구성 될 수 있다.
상기 1C용량 유지율(%)은, 하기의 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
(수학식 1)
Figure 112017054114591-pat00001
여기서, 초기 1C방전용량은 배터리 팩의 제작시 계산된 방전용량, 현재1C방전용량은 사용중인 배터리 팩의 계산된 방전용량이다.
상기 공급량 계산부는, 상기 배터리 팩에 기 주입된 전해액 양의 100 내지 150퍼센트(%)로 솔벤트 공급량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 공급량 계산부는, 상기 메인 배출관으로 배출되는 가스량을 측정하고, 측정된 가스량을 바탕으로 기 주입된 전해액이 상기 전극조립체와의 화학반응에 의해 반응 부산물로 변환된 전해액 양(A)을 산출하여 하기 수학식 2에의해 전해액 공급량이 계산되는 것을 특징으로 한다.
(수학식 2)
Figure 112017054114591-pat00002
상기 제어부는, 상기 전해액 재주입 판단부에서 전해액 재주입을 결정하는 경우, 상기 배터리 셀들의 주입밸브와 배출밸브 및 상기 솔벤트 탱크의 솔벤트 밸브를 열어 상기 주액 펌프에 의해 상기 배터리 셀 각각에 솔벤트 탱크에 공급된 솔벤트를 주입하여 상기 배터리 셀 내부의 전해액이 배출되도록 하고, 솔벤트가 모두 주입되면, 상기 배터리 셀들의 배출밸브와 상기 솔벤트 탱크의 솔벤트 밸브를 닫고 상기 전해액 탱크의 전해액 밸브를 열어 상기 주액 펌프에 의해 상기 전해액 탱크에 공급된 전해액을 상기 배터리 셀 각각에 주입하여 솔벤트가 배출되도록 하며, 전해액 주입이 완료되면 상기 배터리 셀들의 주입밸브와 상기 전해액 탱크의 전해액 밸브를 닫도록 구성될 수 있다.
상기 알림부는, 전해액 재주입 필요여부, 솔벤트 및 전해액의 공급량을 표시할 수 있는 시각표시부를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
전기자동차의 배터리 팩 전해액을 교체하는 방법에 있어서, 사용중인 배터리 팩의 1C용량유지율(%) 계산단계, 상기 1C용량유지율(%) 계산단계에서 계산된 1C용량유지율(%)이 소정의 퍼센트(%) 이하로 계산되는 경우에 사용자에게 전해액 재주입이 필요함을 알리는 배터리 전해액 재주입 필요여부 알림단계, 사용자에게 솔벤트 탱크에 공급해야 하는 솔벤트의 양을 표시하는 솔벤트 공급량 표시단계, 상기 솔벤트 탱크에 공급된 솔벤트가 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀 내부로 주입되며 각각의 배터리 셀 내부의 전해액 및 반응가스를 외부로 배출하는 배출단계, 사용자에게 전해액 탱크에 공급해야 하는 전해액의 양을 표시하는 전해액 공급량 표시단계 및 전해액 탱크에 공급된 전해액을 상기 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀 내부에 주입하는 전해액 주입단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 1C용량 유지율(%)은, 하기의 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
(수학식 1)
Figure 112017054114591-pat00003
여기서, 초기 1C방전용량은 배터리 팩의 제작시 계산된 방전용량, 현재1C방전용량은 사용중인 배터리 팩의 계산된 방전용량이다.
상기 솔벤트 공급량은, 배터리 팩에 기 주입된 전해액 양의 100 내지 150 퍼센트(%)로 계산하는 것이 바람직하다.
제11항에 있어서, 상기 전해액 공급량은, 배터리 팩 외부로 배출되는 가스량을 측정하고, 측정된 가스량을 바탕으로 상기 전극조립체와의 화학반응에 의해 반응 부산물로 변환된 전해액 양(A)을 산출하여 하기 수학식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
(수학식 2)
Figure 112017054114591-pat00004
본 발명의 일 측면에 따르면, 용량유지율(%)이 감소된 배터리 팩의 전해액을 배출하고 새로운 전해액을 재주입 함으로써 배터리 팩의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리 셀을 해체하지 않고 필요한 전해액 양을 정확하게 파악하여 전해액을 공급함과 동시에 배터리 셀 내부에 발생하는 반응 가스를 배출하는 것이 가능해 지는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전해액 재주입 가능한 배터리 셀의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 단면을 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템을 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전해액 재주입 방법을 나타낸 플로우 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 용량유지율(%)의 변화를 나타낸 그래프이다.
※ 첨부된 도면은 본 도안의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로써 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 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 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전해액 재주입 가능한 배터리 셀의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 배터리 셀(1)은 전극조립체(10), 상기 전극조립체(10) 및 전해액(50)이 수납하는 셀 수납케이스(20)를 포함하여 구성되며, 상기 셀 수납케이스(20)는, 주입밸브(31)를 포함하는 셀 주입구(30) 및 배출밸브(41)를 포함하는 셀 배출구(40)가 형성되어 구성될 수 있다.
상기 전극조립체(10)는 단위 셀(미도시)의 집합체로 이루어 진다. 단위 셀은 양극 활물질이 코팅된 양극판(미도시), 음극 활물질이 코팅된 음극판(미도시), 및 양극판과 음극판을 전기적으로 분리하는 분리막(미도시)을 포함한다. 양극 활물질과 음극 활물질은 양극판과 음극판의 어느 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 코팅될 수 있다. 인접하는 단위 셀 사이에는 전기적 절연을 위한 분리막이 개재되어 있을 수 있다. 단위 셀은 최외곽 전극의 극성이 동일한 바이 셀 구조 또는 최외곽 전극의 극성이 서로 반대인 풀 셀 구조를 모두 가질 수 있다.
상기 전극조립체는 단위 셀의 적층 방식에 따라 여러가지 구조를 가질 수 있다. 즉 사익 전극조립체는 단순 스택 구조, 스택/폴딩형 구조, 젤리-롤 구조 등을 가질 수 있다. 여기시 단순 스택 구조는 복수의 단위 셀을 순차적으로 적층시킨 구조를 말한다. 그리고 스택/폴딩형 구조는 복수의 단위 셀을 띠 형태의 분리막 위에 일정한 간격으로 배치시킨 후 어느 한쪽 방향으로 말아서 폴딩된 분리막 사이사이에 단위 셀을 삽입한 구조를 말한다. 또한 젤리-롤 구조는 띠 형상으로 단위 셀을 만들고 단위 셀을 일정한 방향으로 말아 놓은 구조를 말한다.
상기 전극조립체(10)는 단위 셀의 극판으로부터 연장된 전극탭(11, 12)을 구비한다. 전극탭(11, 12)은 서로 반대 극성을 가진다. 전극탭(11, 12)은 단위 셀을 구성하는 양극판 또는 음극판으로부터 연장된 구조를 가질 수 있다. 대안으로, 전극탭(11, 12)은 금속 편을 양극판 또는 음극판과 접합시킨 구조를 가질 수 있다. 전극리드(미도시)는 용접이나 도전성 접착제에 의해 전극탭(11, 12)에 접합됨으로써 전극조립체에 전기적으로 접속된다.
상기 전극조립체(10)는 전해액 주액 공정과 열 융착 공정을 통해 셀 수납케이스에 밀봉된다. 상기 셀 수납케이스는 금속 박막의 상부 표면과 하부 표면이 절연성 폴리머로 라미네이트된 구조를 가질 수 있다. 상기 금속 박막은 외부의 수분, 가스 등이 전극조립체 측으로 침투하는 것을 방지하며, 셀 수납케이스의 기계적 강도 향상과 함께 셀 수납케이스에 주입된 화학 물질이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 금속 박막은 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 박막으로 철이 함유된 재질로 할 경우에는 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 좋아진다. 통상, 알루미늄 금속 호일이 바람직하게 사용된다.
본 설명에서는 파우치형 셀 수납케이스를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 전극조립체를 수납할 수 있고, 그 형태를 유지하며 외력으로부터 상기 전극조립체를 보호할 수 있는 소재이면 가능하다.
상기 셀 수납케이스(20)는 전극조립체(10)가 안착될 수 있도록 전극조립체의 형상에 대응되는 요홈(미도시)이 마련된다. 상기 요홈은 경우에 따라 생략하여도 무방하다.
상기 셀 수납케이스(20)는 전극탭(11, 12)이 형성되는 일측으로 전해액(50)이 주입되는 셀 주입구(30)가 형성되며, 타측으로는 전해액이 배출되는 셀 배출구(40)가 형성되어 있다.
또한, 상기 셀 주입구(30) 및 셀 배출구(40)에는 기밀을 유지하기 위한 주입밸브(31) 및 배출밸브(41)를 포함하여 구성되어, 주입밸브(31) 및 배출밸브(41)가 닫혀있는 상태에서는 상기 셀 수납케이스(20)가 밀봉되어 전해액(50)이 외부로 유출되지 않도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전해액 재주입 가능한 배터리 셀(1)은 주입밸브(31) 및 배출밸브(41)의 개폐에 따라 상기 셀 주입구(30)를 통하여 새로운 전해액을 주입하게 되면 기 주입된 전해액(50)은 셀 배출구(40)로 배출하여 배터리 셀(1)의 전해액을 교체 할 수 있게 되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전해액 재주입 가능한 배터리 셀(1)을 다수개 포함하는 배터리 팩(100)의 단면을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템을 간단하게 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 하나 이상의 배터리 셀(1)과 메인 공급관(120) 및 메인 배출관(130)을 내부에 수납하는 외부케이스(110)를 포함한다.
또한, 상기 배터리 팩(100)은 각각의 배터리 셀(1)의 셀 주입구(30)가 메인 주입관(120)에 병렬로 연결되어 있으며, 각각의 배터리 셀(1)의 셀 배출구(40)가 메인 배출관(130)에 병렬로 연결되어 구성 될 수 있다.
따라서, 메인 공급관(120)으로 공급되는 솔벤트 또는 전해액은 각각의 배터리 셀로 공급될 수 있고, 각각의 배터리 셀로부터 배출되는 전해액 또는 솔벤트는 메인 배출관(130)으로 배출된다.
또한, 상기 메인 주입관(120)의 메인 주입구(121) 및 메인 배출관(13)의 메인 배출구(131)가 상기 외부 케이스(110)을 관통하여 외부로 노출되도록 구성된다.
상기 메인 배출관(130)은 일측으로 가스배출관(140)이 추가로 형성되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 가스배출관(140)은 가스량 측정기(150)이 형성되어 상기 메인 배출관(130)으로부터 배출되는 가스량을 측정하게 된다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템은, 배터리 팩(100), 주액펌프(200), 솔벤트 탱크(300), 전해액 탱크(400), 전해액 재주입 판단부(510), 공급액 계산부(530), 각각의 배터리 셀의 주입밸브(31) 및 배출밸브(41), 주액펌프(200)와 솔벤트 밸브(310) 및 전해액 밸브(410)를 제어하는 제어부(520), 및 전해액의 재주입 필요여부와 공급해야 하는 솔벤트 및 전해액의 양을 사용자에게 알리는 알림부(540)를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 팩(100)은 메인 주입구(121)가 상기 주액펌프(200)와 연결되어 있어서, 상기 주액펌프(200)가 상기 솔벤트 탱크(300) 및 전해액 탱크(400)의 솔벤트 및 전해액을 메인 주입관(120)으로 공급하게 된다.
또한, 상기 배터리 팩(100)의 메인 배출관(130)은 일측에 가스배출관(140)이 추가로 형성되고, 상기 가스배출관(140)에는 가스량 측정기(150)가 부착되어 있어 가스량 측정기(150)가 상기 메인 배출관(130)으로 배출되는 가스가 상기 가스배출관(140)으로 배출되도록 하여 배출되는 가스량을 측정하여 상기 공급량 계산부(530)로 전송하게 된다.
상기 주액펌프(200)는 후술하게 될 제어부(520)에 의해서 그 작동이 제어되며, 1.5 내지 2.2kgf/cm2의 범위로 압력을 설정하여 솔벤트 및 전해액을 상기 메인 공급관(120)으로 주입하여 배터리 팩(100)을 구성하는 각각의 배터리 셀(1)에 솔벤트 및 전해액을 주입하는 것이 바람직하지만 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 솔벤트 탱크(300)는 상기 제어부(520)에 의해서 개폐가 제어되는 솔벤트 밸브(310)를 포함하여 구성되며, 솔벤트 공급관(320)이 상기 주액펌프(200)와 연결되어 있다.
또한, 상기 전해액 탱크(400)는 상기 제어부(520)에 의해서 개폐가 제어되는 전해액 밸브(410)를 포함하여 구성되며, 전해액 공급관(420)이 상기 주액펌프(200)와 연결되어 있다.
이하에서 설명하게 되는 전해액 재주입 판단부(510), 공급량 계산부(530), 제어부는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에 포함되어 구성되 거나, 모듈화하여 배터리 팩(100) 외부에 장착될 수 있다.
배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)은 배터리 팩(100)의 충/방전을 제어하며 배터리 팩(100)의 상태, 온도, 충전전류, 방전전류 등의 상태정보를 수집하여 배터리 팩(100)을 관리 하게 된다.
상기 전해액 재주입 판단부(510)는 상기 배터리 팩(100)의 1C용량 유지율(%)을 계산하여 배터리 팩(100)의 전해액 재주입 필요여부를 판단하게 되는데, 1C용량 유지율(%)은 (수학식 1)에 의해서 계산될 수 있다.
(수학식 1)
Figure 112017054114591-pat00005
여기서, 초기 1C방전용량은 배터리 팩(100)의 제작시 계산된 방전용량이고, 현재1C방전용량은 사용중인 배터리 팩(100)의 1C방전용량이다.
상기 방전용량은 배터리 팩(100)의 사용시간 예측하거나 표기하기 위한 단위로서, 방전 전류값을 측정하여 배터리 팩(100)의 용량을 계산하여 구할 수 있다. 즉 1C방전용량은 1시간동안 방전전류에 의한 배터리 팩(100)의 용량을 나타내는 것이다.
초기1C방전용량은 배터리 팩(100)이 제작되어 사용도기 전에 계산될 수 있으며, 현재1C방전용량은 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에서 관리되는 전류값을 통하여 계산될 수 있다.
상기 전해액 재주입 판단부(510)는 상기 (수학식 1)에 의해서 계산된 1C용량유지율(%)가 70 내지 80퍼센트(%) 사이로 계산되는 경우에는 상기 배터리 팩(100)의 전해액을 재주입이 필요여부를 결정하는 것이 바람직하나 그 범위의 설정은 이에 국한되는 것은 아니며 배터리 제작에 있어 필요에 의하여 변경이 가능하다.
상기 공급량 계산부(530)는 상기 전해액 재주입 판단부(510)가 전해액을 재주입 시기임을 판단하는 경우에 배터리 팩(100)에 주입될 솔벤트의 양과 전해액의 양을 계산하게 된다.
또한, 상기 공급량 계산부(530)에서 계산된 솔벤트의 양과 전해액의 양은 상기 알림부로 전송하게 된다.
상기 솔벤트의 양은 상기 배터리 팩(100)에 기 주입된 전해액의 양을 바탕으로하여 기 주입된 전해액 양의 100 내지 150퍼센트(%)로 계산하게 된다. 이것은 충분한 양의 솔벤트를 배터리 팩(100)을 구성하는 배터리 셀(1)들에 공급함으로써 기 주입된 전해액을 모두 배출할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 솔벤트는 배터리 팩(100)을 구성하는 배터리 셀(1) 각각에 주입되면서 전해액과 함께 반응 가스를 배터리 셀 외부로 배출시키고 전극조립체에 부착될 수 있는 반응 부산물들을 세척하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 공급량 계산부(530)는, 상기 배터리 팩(100)의 가스량 측정기(150)로부터 측정되는 가스량을 통하여 기 주입된 전해액이 상기 전극조립체(10)와 화학반응을 통하여 반응 부산물로 변환된 양(A)을 산출하고, 하기의 수학식 2에 의해서 전해액 공급량을 계산하게 된다.
(수학식 2)
Figure 112017054114591-pat00006
따라서, 배터리 팩(100)에 필요한 양만큼을 전해액을 공급할 수 있게 된다.
상기 제어부(520)는 상기 전해액 재주입 판단부(510)에서 전해액 재주입을 결정하는 경우, 상기 배터리 셀(1)들의 주입밸브(31)와 배출밸브(41) 및 상기 솔벤트 탱크(300)의 솔벤트 밸브(310)를 열어 상기 주액펌프(200)에 의해 상기 메인 주입관(120)을 거쳐 상기 솔벤트 탱크(300)에 공급된 솔벤트를 상기 배터리 셀(1) 각각에 주입되도록 하여 상기 배터리 셀(1) 내부의 전해액이 배출되도록 하고, 솔벤트가 모두 주입되면, 상기 배터리 셀들의 배출밸브(41)와 상기 솔벤트 탱크(300)의 솔벤트 밸브(310)를 닫고 상기 전해액 탱크(400)의 전해액 밸브(410)를 열어 상기 주액펌프(200)에 의해 상기 메인 주입관(120)을 거쳐 상기 전해액 탱크(400)에 공급된 전해액이 상기 배터리 셀(1) 각각에 주입하여 솔벤트가 배출되도록 하며, 전해액 주입이 완료되면 상기 배터리 셀(1)들의 주입밸브(31)와 상기 전해액 탱크(400)의 전해액 밸브(410)를 닫도록 하여 배터리 셀(1)의 기밀이 유지되도록 한다.
상기 알림부(540)는 상기 전해액 재주입 판단부(510)에서 판단한 전해액 재주 필요여부와 공급량 계산부(530)에서 계산된 솔벤트 및 전해액의 양을 사용자에게 통지하는 기능을 가지고 있으며, 이는 시각표시부를 더 포함하여 사용자에게 시각적인 통지하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전해액 재주입 방법을 나타낸 플로우 도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전해액을 재주입 하는 경우에 1C용량유지율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩의 전해액 재주입 방법은, 1C용량유지율(%) 계산단계(S100), 전해액 재주입 필요여부 판단단계(S200), 전해액 재주입 필요 알림단계(S300), 솔벤트 공급량 표시단계(S400), 배출단계(S500), 전해액 공급량 표시단계(S600), 전해액 주입단계(S700)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 1C용량유지율(%) 계산단계(S100)는, 하기의 (수학식 1)에 의해서 계산될 수있다.
(수학식 1)
Figure 112017054114591-pat00007
여기서, 초기 1C방전용량은 배터리 팩의 제작시 계산된 방전용량이고, 현재1C방전용량은 사용중인 배터리 팩의 BMS(Battery Management System)에서 계산되는 값이다.
전해액 재주입 필요여부 판단단계(S200)는, 상기 S100단계는 계산된 1C방전유지율이 소정 퍼센트(%) 이하로 계산되는 경우에 전해액 재주입이 필요함을 판단하다고 판단하게 된다. 상기 소정 퍼센트(%)는 배터리 팩의 설계단계에서 설정될 수 있으며, 배터리의 사용에 따라 변경하여 설정하는 것이 가능하다.
전해액 재주입 필요 알림단계(S300)는, 상기 S200단계에서 배터리 팩의 전해액의 재주입이 필요하다고 판단되면, 전해액 재주입 필요 알림음 또는 시각표시부에 표시하여 사용자에게 알린다.
솔벤트 공급량 표시단계(S400)는, 배터리 팩에 기 주입된 전해액의 양을 바탕으로 해서 기 주입된 전해액의 100 내지 150퍼센트(%)의 양으로 계산하여 솔벤트 공급량을 사용자에게 표시하게 된다.
배출단계(S500)는, 상기 S400단계에서 계산된 양의 솔벤트를 공급하면, 주액펌프를 작동하여 솔벤트를 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들에 주입하게 된다.
이때, 주액펌프에 의해서 주입되는 솔벤트의 압력에 의해서 배터리 셀들 내부의 전해액이 외부로 배출되며, 배터리 셀 내부의 전극조립체와 전해액의 화학반응에 의해서 발생된 반응가스 또한 외부로 배출되게 된다.
전해액 공급량 표시단계(S600)는, 상기 S500단계에서 솔벤트 주입에 의해서 외부로 배출되는 전해액과 반응가스 중 반응가스의 양을 측정하여, 기 주입된 전해액이 전극조립체와의 화학반응으로 반응 부산물로 변환된 양(A)을 산출하여 하기의 수학식 2에 의해 계산되는 전해액 공급량을 사용자에게 표시한다.
(수학식 2)
Figure 112017054114591-pat00008
전해액 공급단계(S700)는, 상기 S600단계에서 계산된 전해액이 공급되면, 주액펌프를 작동하여 전해액을 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들에 주입하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전해액을 재주입 하는 경우에 1C용량유지율(%)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩을 사용하여 충방전 횟수가 증가하게 되면 1C용량 유지율(%)이 점차 감소하게 되어 배터리 팩의 사용시간이 감소하게 되는 것을 알 수 있다.
또한, 배터리 팩의 전해액을 재주입하게 되면, 충/방전 횟수에 따른 1C용량유지율(%)의 감소폭이 줄어들게 되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에 따른 전해액 재주입으로 인하여 배터리 팩의 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 재주입 가능한 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 배터리 팩의 전해액 재주입 방법에 의해서 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 해체하지 않고 전해액을 교체할 수 있으며, 배터리 팩 사용에 의해 발생하는 반응 가스도 외부로 배출 할 수 있게 되는 것이다.
1 배터리 셀
10 전극조립체
11, 12 전극단자
20 셀 수납케이스
30 셀 주입구
31 주입밸브
40 셀 배출구
41 배출밸브
110 외부 케이스
120 메인 공급관
121 메인 주입구
130 메인 배출관
131 메인 배출구
140 가스배출관
150 가스량 측정기
200 주액펌프
300 솔벤트 탱크
310 솔벤트 밸브
320 솔벤트 공급관
400 전해액 탱크
410 전해액 밸브
420 전해액 공급관
500 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)
510 전해액 재주입 판단부
520 제어부
530 공급량 계산부
540 알림부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 음극판 및 양극판과 상기 음극판 및 양극판 사이에 분리막이 개재된 전극조립체를 수납하는 셀 수납케이스를 포함하여 구성되고, 상기 셀 수납케이스의 일측으로 주입밸브를 포함하는 셀 주입구가 형성되며, 상기 주입구에 대향하는 타측으로 배출밸브를 포함하는 셀 배출구가 형성되는 다수의 배터리 셀;을 포함하여 구성되며,
    상기 배터리 셀 각각의 셀 주입구가 메인 주입관에 의해 병렬 연결되고, 배터리 셀 각각의 셀 배출구가 메인 배출관에 의해 병렬연결 되어 외부 케이스 내부에 수납되되, 상기 메인 주입관의 메인 주입구 및 메인 배출관의 메인 배출구가 상기 외부 케이스를 관통하여 외부로 노출되는 배터리 팩;
    상기 배터리 팩의 메인 주입관의 메인 주입구와 연결되는 주액 펌프;
    상기 주액 펌프로 공급되는 솔벤트를 공급 또는 차단하는 솔벤트 밸브를 포함하는 솔벤트 탱크;
    상기 주액 펌프로 공급되는 전해액을 공급 또는 차단하는 전해액 밸브를 포함하는 전해액 탱크;
    배터리 팩의 1C용량유지율(%)을 계산하여 전해액의 재주입 필요여부를 판단하는 전해액 재주입 판단부;
    상기 솔벤트 탱크 및 전해액 탱크에 공급되어야 할 솔벤트 및 전해액의 공급량을 계산하는 공급량 계산부;
    상기 전해액 재주입 판단부의 전해액 재주입 필요여부 판단에 따라 상기 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀에 계산된 솔벤트 또는 전해액을 공급하도록 상기 주입밸브, 배출밸브, 주액 펌프, 솔벤트 밸브 및 전해액 밸브를 제어하는 제어부; 및
    상기 전해액의 재주입 필요여부와 계산된 솔벤트 및 전해액의 양을 사용자에게 알리는 알림부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 메인 배출관의 일측으로 가스배출관이 추가로 형성되며,
    상기 가스배출관은 가스량 측정기;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스량 측정기는,
    상기 메인 배출관을통해 배출되는 가스량을 측정하여 공급액 계산부로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
  6. 제3항에 있어서,
    상기 1C용량 유지율(%)은, 하기의 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
    (수학식 1)
    Figure 112017054114591-pat00009

    여기서, 초기 1C방전용량은 배터리 팩의 제작시 계산된 방전용량, 현재1C방전용량은 사용중인 배터리 팩의 계산된 방전용량
  7. 제3항에 있어서,
    상기 공급량 계산부는,
    상기 배터리 팩에 기 주입된 전해액 양의 100 내지 150퍼센트(%)로 솔벤트 공급량을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
  8. 제3항에 있어서,
    상기 공급량 계산부는,
    상기 메인 배출관으로 배출되는 가스량을 측정하고, 측정된 가스량을 바탕으로 기 주입된 전해액이 상기 전극조립체와의 화학반응에 의해 반응 부산물로 변환된 양(A)을 산출하여 하기 수학식 2에의해 전해액 공급량이 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
    (수학식 2)
    Figure 112017054114591-pat00010

  9. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전해액 재주입 판단부에서 전해액 재주입을 결정하는 경우,
    상기 배터리 셀들의 주입밸브와 배출밸브 및 상기 솔벤트 탱크의 솔벤트 밸브를 열어 상기 주액 펌프에 의해 상기 배터리 셀 각각에 솔벤트 탱크에 공급된 솔벤트를 주입하여 상기 배터리 셀 내부의 전해액이 배출되도록 하고,
    솔벤트가 모두 주입되면, 상기 배터리 셀들의 배출밸브와 상기 솔벤트 탱크의 솔벤트 밸브를 닫고 상기 전해액 탱크의 전해액 밸브를 열어 상기 주액 펌프에 의해 상기 전해액 탱크에 공급된 전해액을 상기 배터리 셀 각각에 주입하여 솔벤트가 배출되도록 하며,
    전해액 주입이 완료되면 상기 배터리 셀들의 주입밸브와 상기 전해액 탱크의 전해액 밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
  10. 제3항에 있어서,
    상기 알림부는,
    전해액 재주입 필요여부, 솔벤트 및 전해액의 공급량을 표시할 수 있는 시각표시부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템
  11. 전기자동차의 배터리 팩 전해액을 재주입하는 방법에 있어서,
    사용중인 배터리 팩의 1C용량유지율(%) 계산단계;
    상기 1C용량유지율(%) 계산단계에서 계산된 1C용량유지율(%)이 소정의 퍼센트(%) 이하로 계산되는 경우 전해액 재주입이 필요하다고 판단하는 전해액 재주입 필요여부 판단단계;
    사용자에게 전해액 재주입이 필요함을 알리는 전해액 재주입 필요 알림단계;
    사용자에게 솔벤트 탱크에 공급해야 하는 솔벤트의 양을 표시하는 솔벤트 공급량 표시단계;
    상기 솔벤트 탱크에 공급된 솔벤트가 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀 내부로 주입되며 각각의 배터리 셀 내부의 전해액 및 반응가스를 외부로 배출하는 배출단계;
    사용자에게 전해액 탱크에 공급해야 하는 전해액의 양을 표시하는 전해액 공급량 표시단계; 및
    전해액 탱크에 공급된 전해액을 상기 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀 내부에 주입하는 전해액 주입단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 팩의 전해액 재주입 방법
  12. 제11항에 있어서,
    상기 1C용량 유지율(%)은, 하기의 수학식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 팩의 전해액 재주입 방법
    (수학식 1)
    Figure 112017054114591-pat00011

  13. 제11항에 있어서,
    상기 솔벤트 공급량은,
    배터리 팩에 기 주입된 전해액 양의 100 내지 150 퍼센트(%)로 계산하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 팩의 전해액 재주입 방법
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전해액 공급량은,
    배터리 팩 외부로 배출되는 가스량을 측정하고, 측정된 가스량을 바탕으로 기 주입된 전해액이 전극조립체와의 화학반응에 의해 반응 부산물로 변환된 양(A)을 산출하여 하기 수학식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 팩의 전해액 재주입 방법
    (수학식 2)
    Figure 112020015558897-pat00012
KR1020170070786A 2017-06-07 2017-06-07 전해액 재주입 가능한 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 팩의 전해액 재주입 시스템 및 배터리 팩의 전해액 재주입 방법 KR102135267B1 (ko)

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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102165598B1 (ko) * 2019-07-16 2020-10-14 세방전지(주) 배터리
CN110571388A (zh) * 2019-09-20 2019-12-13 国网天津市电力公司电力科学研究院 一种适用于阀控式密封铅酸蓄电池柱式安全阀的排气碱洗计量装置
DE102020129734A1 (de) * 2020-11-11 2022-05-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Batteriezelle, Gehäuse einer solchen Batteriezelle und Verfahren zu dessen Herstellung
CN112713367B (zh) * 2021-01-11 2023-03-31 湖北亿纬动力有限公司 一种改善电池失液量的装置以及化成方法
WO2022212957A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. In-situ regenerable proton-zinc battery
DE102021206572A1 (de) 2021-06-24 2022-12-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Hochvoltbatteriesystem
CN113745749B (zh) * 2021-09-06 2022-05-20 中国民用航空飞行学院 防爆抑爆锂离子动力电池系统及其控制方法
CN113809487A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 广西聚邦能源有限公司 锂离子电池的注液方法
CN114069119B (zh) * 2021-11-05 2022-07-22 深圳市力胜源电子科技有限公司 一种设有电解液补给装置的动力电池包
US12002941B2 (en) 2021-11-08 2024-06-04 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Control of electrolyte inside battery
DE102022103025A1 (de) 2022-02-09 2023-08-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle sowie Verfahren zur Befüllung einer solchen Batteriezelle
US20240072379A1 (en) * 2022-08-23 2024-02-29 Form Energy, Inc. Construction of battery module and systems interfaces for metal-air batteries

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2333888A (en) * 1998-01-26 1999-08-04 David Robert Battlebury Electrolyte management system for a lead-acid battery
GB2522395A (en) * 2013-08-30 2015-07-29 Nicoventures Holdings Ltd Recharging apparatus

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970054723A (ko) 1995-12-27 1997-07-31 배순훈 가속도를 고려한 전해액 정량주입장치
DE19624883C1 (de) * 1996-06-21 1997-07-03 Pauling Hans Juergen Batterie
KR19980043358U (ko) 1996-12-24 1998-09-25 김종진 배터리 전해액 비중자동조정장치
US6106968A (en) 1998-03-06 2000-08-22 Lucent Technologies Inc. Smart valve regulated lead acid battery with embedded electronic monitoring and fluid fill system
KR100779529B1 (ko) 2006-06-09 2007-11-29 세방하이테크 주식회사 산화은-아연 전지
US8535818B2 (en) * 2008-11-19 2013-09-17 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for rejuvenation of degraded pouch-type lithium ion battery cells
DE102009047057A1 (de) * 2009-11-24 2011-05-26 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung für Elektrolyt-Austausch bei Energiespeichern
KR101413871B1 (ko) * 2010-07-30 2014-06-30 파나소닉 주식회사 전지 시스템
KR101236620B1 (ko) 2010-12-30 2013-02-22 주식회사 엘지화학 전해액 보충이 가능한 이차전지
KR101535975B1 (ko) 2011-07-25 2015-07-10 주식회사 엘지화학 이차 전지 및 이를 포함하는 전력 저장 장치
CN102320588B (zh) 2011-09-05 2013-03-13 贵州省化工研究院 六氟磷酸锂合成装置
US8796993B2 (en) 2011-09-12 2014-08-05 Southwest Electronic Energy Corporation Historical analysis of battery cells for determining state of health
DE102011088682A1 (de) 2011-12-15 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Elektrolytflüssigkeitsdosiereinrichtung für Lithium-Zellen
KR101549174B1 (ko) * 2012-12-18 2015-09-01 주식회사 엘지화학 이차 전지 및 그 제조 방법
JP6055365B2 (ja) 2013-04-19 2016-12-27 本田技研工業株式会社 電解液供給型電池及びその操作方法
US9559384B2 (en) 2013-05-15 2017-01-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Secondary battery and method for restoring capacity of secondary battery
KR101629476B1 (ko) 2013-07-29 2016-06-10 주식회사 엘지화학 가스 배출 부재 및 전해질 주액 부재를 포함하는 전지
US9419257B2 (en) 2013-12-06 2016-08-16 Hyundai Motor Company High voltage battery for vehicle
KR101739853B1 (ko) 2014-09-16 2017-05-25 에스케이이노베이션 주식회사 전해액 함침 장치 및 이를 이용하는 이차 전지의 제조 방법
JP2017157280A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 三菱自動車工業株式会社 電池パック
KR101742980B1 (ko) 2016-04-15 2017-06-05 스탠다드에너지(주) 분로전류 저감 기능이 구비된 레독스 흐름전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2333888A (en) * 1998-01-26 1999-08-04 David Robert Battlebury Electrolyte management system for a lead-acid battery
GB2522395A (en) * 2013-08-30 2015-07-29 Nicoventures Holdings Ltd Recharging apparatus

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Publication number Publication date
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