KR102467534B1 - Lifetime Management System and Method of an Electrochemical Energy Storage System - Google Patents

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Epureanu Bogdan
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Abstract

본 발명은 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정부, 상기 측정된 전기화학적 에너지저장장치의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가부를 포함하여, 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리할 수 있는 효과를 가진다.The present invention provides a battery characteristic information measuring unit for measuring characteristic information of an electrochemical battery due to temperature, charge, discharge or cycle deterioration of the electrochemical battery, and an optimal frequency and frequency based on the measured characteristic information of an electrochemical energy storage device. A synthetic surface pressure applying unit for determining the amplitude and applying a synthetic surface pressure including a high-frequency surface pressure and a low-frequency surface pressure to the electrochemical battery, and applying the optimal synthetic surface pressure according to the characteristic information of the electrochemical battery to the electrochemical battery It has the effect of managing the life of a chemical battery.

Description

최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법{Lifetime Management System and Method of an Electrochemical Energy Storage System}Lifetime Management System and Method of an Electrochemical Energy Storage System}

본 발명은 배터리 수명 관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 배터리에 인가하여 수명을 관리할 수 있도록 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery lifespan management technology, and more particularly, to an electrochemical battery lifespan through optimum synthetic surface pressure excitation for managing lifespan by applying optimum synthetic surface pressure according to characteristic information of an electrochemical battery to a battery. It relates to management systems and methods.

전기자동차의 급속한 보급과 함께 전기자동차의 에너지원인 전기화학적 배터리의 효율적인 사용을 위한 배터리의 성능제어 및 수명향상 기법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기화학적 배터리의 성능은 전기화학 반응인 확산(diffusion)에 지배를 받지만, 기계적 응답인 압력 가진 또는 능동유동 흐름을 이용하여 성능을 제어 및 향상시키는 연구들이 꾸준하게 개발되어왔다.Along with the rapid spread of electric vehicles, research on battery performance control and lifespan improvement techniques for efficient use of electrochemical batteries, which are energy sources of electric vehicles, is being actively conducted. Although the performance of electrochemical batteries is governed by diffusion, which is an electrochemical reaction, studies on controlling and improving performance using pressure excitation or active flow, which are mechanical responses, have been steadily developed.

전기화학적 배터리 임피던스가 주파수의 함수이며, 각 주파수는 배터리를 구성하는 다양한 핵심요소부품인 양극, 음극 및 분리막과 연관되어있는 점을 고려하면 배터리의 성능 또한 인가된 기계적 압력의 주파수 및 진폭과 상관관계가 있다는 추론이 가능하다.Considering that the electrochemical battery impedance is a function of frequency, and each frequency is related to the positive electrode, negative electrode, and separator, which are various key components constituting the battery, the performance of the battery is also correlated with the frequency and amplitude of the applied mechanical pressure. It can be inferred that there is

이에 전기화학적 배터리의 수명 관리에 있어서, 배터리를 구성하는 다양한 핵심요소부품들이 기계적 압력의 주파수 및 진폭을 고려한 배터리 수명 관리 시스템에 관한 기술을 개발할 필요성이 있다.Therefore, in the life management of an electrochemical battery, there is a need to develop a technology for a battery life management system in which the frequency and amplitude of mechanical pressure of various key components constituting the battery are considered.

한국등록특허공보 제10-1662154호Korean Registered Patent Publication No. 10-1662154 한국등록특허공보 제10-1822063호Korea Patent Registration No. 10-1822063 미국등록특허공보 제10355319호US Patent Publication No. 10355319

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been proposed in consideration of the above matters, and an object of the present invention is to manage the lifespan of an electrochemical battery by applying the optimal synthetic surface pressure according to the characteristic information of the electrochemical battery to the electrochemical battery. .

또한, 본 발명은 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용함으로써, 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to precisely excite surface pressure of various frequencies and sizes in an electrochemical battery by using a piezoelectric element having a small volume and capable of ultra-precise control as a pressure-exciting actuator.

또한, 본 발명은 전기화학적 배터리에 항상 최적의 압력 인가가 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to ensure that an optimum pressure is always applied to an electrochemical battery.

또한, 본 발명은 저주파 및 고주파 압력의 상관관계 분석에 따른 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시키는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to improve the lifespan of an electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude according to correlation analysis between low frequency and high frequency pressure.

또한, 본 발명은 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지되도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to maintain a constant optimum pressure applied to an electrochemical battery.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템은 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정부, 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In order to achieve the above object, an electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation according to the technical idea of the present invention is the characteristic information of the electrochemical battery due to temperature, charge, discharge or cycle deterioration of the electrochemical battery. A battery characteristic information measurement unit for measuring a synthetic surface pressure that determines an optimal frequency and amplitude based on the measured characteristic information of the electrochemical battery and applies a synthetic surface pressure including a high-frequency surface pressure and a low-frequency surface pressure to the electrochemical battery It may be characterized by including a part.

상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery.

상기 합성면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압, 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.The synthetic surface pressure is a high-frequency surface pressure that determines the optimum frequency and amplitude of the synthetic surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the measured characteristics of the electrochemical battery, and negative pressure is applied to the piezoelectric element of the electrochemical battery It may be characterized in that the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery, including a low-frequency surface pressure for controlling the piezoelectric element to do so.

상기 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The synthetic surface pressure may further include an infra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery.

상기 고주파 면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The high-frequency surface pressure is the optimum frequency associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressure of the frequency and amplitude of various ultrasonic regions according to the measured impedance characteristics of the electrochemical battery to the electrochemical battery. And it may be characterized by determining the amplitude.

상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The low-frequency surface pressure may be characterized in that the piezoelectric element is controlled to apply negative pressure to the piezoelectric element when the electrochemical battery is charged or discharged.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법은 배터리 특성정보 측정부에서 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정단계, 합성면압 인가부에서 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In order to achieve the above object, an electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation according to the technical idea of the present invention is the temperature, charge, discharge or cycle deterioration of the electrochemical battery in the battery characteristic information measurement unit. In the battery characteristic information measuring step of measuring the characteristic information of the electrochemical battery, the synthetic surface pressure application unit determines the optimum frequency and amplitude based on the measured characteristic information of the electrochemical battery to obtain a synthetic surface pressure including high-frequency surface pressure and low-frequency surface pressure. It may be characterized in that it comprises a synthetic surface pressure application step applied to the electrochemical battery.

상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery.

상기 합성면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압, 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.The synthetic surface pressure is a high-frequency surface pressure that determines the optimum frequency and amplitude of the synthetic surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the measured characteristics of the electrochemical battery, and negative pressure is applied to the piezoelectric element of the electrochemical battery It may be characterized in that the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery, including a low-frequency surface pressure for controlling the piezoelectric element to do so.

상기 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The synthetic surface pressure may further include an infra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery.

상기 고주파 면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The high-frequency surface pressure is the optimum frequency associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressure of the frequency and amplitude of various ultrasonic regions according to the measured impedance characteristics of the electrochemical battery to the electrochemical battery. And it may be characterized by determining the amplitude.

상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The low-frequency surface pressure may be characterized in that the piezoelectric element is controlled to apply negative pressure to the piezoelectric element when the electrochemical battery is charged or discharged.

이상에서 설명한 바와 같은 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법에 따르면,According to the electrochemical battery life management system and method through optimal synthetic surface pressure excitation as described above,

첫째, 본 발명은 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리할 수 있는 효과를 가진다.First, the present invention has the effect of managing the lifespan of an electrochemical battery by applying an optimal synthetic surface pressure according to the characteristic information of the electrochemical battery to the electrochemical battery.

둘째, 본 발명은 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용함으로써, 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있는 효과를 가진다.Second, the present invention has an effect of precisely excitation surface pressure of various frequencies and sizes in an electrochemical battery by using a piezoelectric element having a small volume and capable of ultra-precise control as a pressure actuator.

셋째, 본 발명은 전기화학적 배터리에 항상 최적의 압력 인가가 가능한 효과를 가진다.Third, the present invention has an effect of always applying an optimal pressure to an electrochemical battery.

넷째, 본 발명은 저주파 및 고주파 압력의 상관관계 분석에 따른 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.Fourth, the present invention has an effect of improving the lifespan of an electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude according to the correlation analysis between low frequency and high frequency pressure.

다섯째, 본 발명은 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지될 수 있는 효과를 가진다.Fifth, the present invention has an effect of maintaining a constant optimum pressure applied to the electrochemical battery.

도 1은 일반적인 정하중과 전기화학적 배터리의 열화를 분석을 위해 다른 정하중 조건에서의 열화시험 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 배터리의 변화를 관찰하기 위해 다양한 동압 인가가 가능한 초음파 실험세팅을 나타낸 도면과, 이의 실험 결과(EIS 측정결과)를 나타낸 도면.
도 3은 일반적인 열화시험 시 배터리 부피/압력 변화를 나타낸 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템을 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 초저주파 면압제어 결과 및 저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면. 1 is a view showing deterioration test results and EIS measurement results under different static load conditions for analyzing the deterioration of a general static load and an electrochemical battery.
Figure 2 is a diagram showing an ultrasonic experimental setting capable of applying various dynamic pressures in order to observe changes in a general battery, and a diagram showing the experimental results (EIS measurement results) thereof.
3 is a view showing the results of battery volume / pressure change and EIS measurement results during a general deterioration test.
4 is a configuration diagram showing an electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.
6 is an embodiment of the present invention, a view showing results of infra-low frequency surface pressure control and low-frequency surface pressure control.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명의 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야할 것이다.In order to fully understand the present invention and its operational advantages and objectives achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings. Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims do not reflect the technical spirit of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted in accordance with the meaning and concept. In addition, it should be noted that the detailed description of known functions and their configurations related to the present invention is omitted when it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured.

도 1은 일반적인 정하중과 배터리의 열화를 분석을 위해 다른 정하중 조건에서의 열화시험 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다. 이 때 도 1(a)은 3가지 다른 하중조건에서의 열화시험 결과를 나타낸 도면이고, 도 1(b)은 도 1(a)에 따른(3가지 다른 하중조건에서의) EIS 측정결과를 나타낸 도면이다.1 is a view showing deterioration test results and EIS measurement results under different static load conditions to analyze deterioration of a battery under a general static load. At this time, FIG. 1 (a) is a diagram showing the degradation test results under three different load conditions, and FIG. 1 (b) shows the EIS measurement results according to FIG. 1 (a) (under three different load conditions). it is a drawing

도 1(a)에서 초기 정하중 조건은 최대 10% 이상 수명을 변화시키는 것이라 할 수 있다. 그 결과, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 임피던스 변화가 주된 원인으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 1 (a), the initial static load condition can be said to change the life by up to 10% or more. As a result, it can be confirmed that impedance change appears as the main cause, as shown in FIG. 1(b).

보다 상세하게, 도 1(b)에서 정압의 변화는 순수 저항(도 1(b)의 pure resistance 구간)인 임피던스의 실수값의 변화로서, 원점에서 임피던스까지의 수평거리라 할 수 있다. 정압 의존성을 갖는 순수 저항은 배터리의 분리막(separator) 및 분리막 공극(porosity)에 함유된 전해질(electrolyte)의 순수 등가저항을 의미한다는 것을 고려할 때, 적절한 정압은 두 전극(cathode, anode)과 분리막 사이의 계면저항을 감소시켜 양 전극 사이의 리튬이온의 원활한 이동을 촉진시킬 수 있다. 반면, 과도한 하중은 분리막의 공극을 감소시켜 리튬이온의 확산운동을 방해할 수 있다.More specifically, the change in static pressure in FIG. 1 (b) is a change in the real value of impedance, which is pure resistance (the pure resistance section in FIG. 1 (b)), and can be referred to as the horizontal distance from the origin to the impedance. Considering that the pure resistance with constant pressure dependence means the pure equivalent resistance of the electrolyte contained in the separator and the separator porosity of the battery, the appropriate static pressure is determined between the two electrodes (cathode, anode) and the separator. It is possible to promote smooth movement of lithium ions between both electrodes by reducing the interfacial resistance of the electrode. On the other hand, an excessive load may reduce the pores of the separator and hinder the diffusion of lithium ions.

도 2는 일반적인 배터리의 임피던스 변화를 관찰하기 위해 다양한 동압 인가가 가능한 초음파 실험세팅을 나타낸 도면과, 이의 실험 결과(EIS 측정결과)를 나타낸 도면이다. 이 때 도 2(a)는 다양한 동압 인가가 가능한 초음파 실험세팅을 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 도 2(a)에 따른 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing an ultrasonic experimental setting capable of applying various dynamic pressures in order to observe a change in impedance of a general battery, and a diagram showing the experimental results (EIS measurement results) thereof. At this time, FIG. 2 (a) is a diagram showing an ultrasonic experimental setting capable of applying various dynamic pressures, and FIG. 2 (b) is a diagram showing the EIS measurement results according to FIG. 2 (a).

도 2(a)에서의 실험세팅은 원형 전기화학적 배터리에 일정한 정하중을 인가한 상태에서 박막형 초음파 가진기(ultrasonic piezoelectic actuator)를 이용하여 고주파 압력을 가진하며 전기화학적 배터리의 임피던스를 측정하기 위한 실험세팅이라 할 수 있다. 그 결과, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 초음파 압력 가진 시 임피던스 타원의 크기가 변하는데, 전기화학적 배터리 임피던스의 타원 영역은 상기 도 1(b)에 도시된 것처럼 배터리 양극, 음극 및 음극과 분리막 사이 SEI의 임피던스를 의미할 수 있다.The experimental setting in FIG. 2 (a) is an experimental setting for measuring the impedance of an electrochemical battery while excitation with high-frequency pressure using a thin-film ultrasonic piezoelectic actuator in a state where a constant static load is applied to the circular electrochemical battery can be said As a result, as shown in FIG. 2(b), the size of the impedance ellipse changes when ultrasonic pressure is applied. It may mean the impedance of the SEI between the separators.

즉, 도 1 및 도 2의 실험을 통해 초음파 압력 가진 시 양극 및 음극 내부에서의 리튬이온 운동이 영향을 받는다는 것을 추론할 수 있다.That is, it can be inferred from the experiments of FIGS. 1 and 2 that the movement of lithium ions inside the positive and negative electrodes is affected when ultrasonic pressure is excited.

도 3은 일반적인 열화시험 시 배터리 부피/압력 변화를 나타낸 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다. 이 때 도 3(a)은 열화시험 시의 배터리 부피/압력 변화는 나타낸 결과이고, 도 3(b)은 도 3(a)에 따른 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the results of battery volume/pressure change and EIS measurement results during a general deterioration test. At this time, FIG. 3(a) is a result showing the battery volume/pressure change during the deterioration test, and FIG. 3(b) is a diagram showing the EIS measurement result according to FIG. 3(a).

일반적인 전기화학적 배터리는 열화가 진행되며 음극에서 SEI(solid electrolyte interphase)층이 성장하기 때문에, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 배터리 전체 두께가 증가한다. 전기화학적 배터리 SEI 층의 성장은 음극과 분리막 사이 계면저항의 증가, 가용 리튬이온 양 감소를 야기하여, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 전 주파수 영역에서 지속적인 임피던스 증가 및 변이(evolution)를 유발할 수 있다.As a general electrochemical battery deteriorates and a solid electrolyte interphase (SEI) layer grows on the negative electrode, the overall thickness of the battery increases, as shown in FIG. 3(a). The growth of the electrochemical battery SEI layer causes an increase in the interface resistance between the anode and the separator and a decrease in the amount of available lithium ions, resulting in a continuous increase in impedance and evolution in the entire frequency range as shown in FIG. 3(b). have.

즉, 도 1 내지 도 3의 선행실험을 통해 전기화학적 배터리의 수명, 임피던스 및 면압이 높은 상관관계를 갖고 있다는 것을 확인할 수 있기 때문에, 다양한 주파수 및 진폭의 합성면압을 배터리에 인가 시 배터리의 임피던스 관리뿐만 아니라 수명 향상이 가능하다는 것을 추론할 수 있다.That is, since it can be confirmed through the preceding experiments of FIGS. 1 to 3 that the lifespan, impedance, and surface pressure of an electrochemical battery have a high correlation, impedance management of the battery when synthetic surface pressure of various frequencies and amplitudes is applied to the battery. In addition, it can be inferred that an improvement in lifespan is possible.

이에 본 발명은 전기자동차용 전기화학적 배터리에 최적 합성면압을 인가하여 배터리 임피던스를 효율적으로 관리하고, 이를 기반으로 수명을 향상시키고자 한다.Therefore, the present invention aims to efficiently manage battery impedance by applying an optimal synthetic surface pressure to an electrochemical battery for an electric vehicle, and improve its lifespan based on this.

도 4는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.4 is a configuration diagram showing an electrochemical battery lifespan management system through optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템은 크게 배터리 특성정보 측정부(100) 및 합성면압 인가부(200)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Referring to FIG. 4, the electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation according to an embodiment of the present invention is characterized in that it includes a battery characteristic information measurement unit 100 and a synthetic surface pressure application unit 200. can do.

배터리 특성정보 측정부(100)는 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기화학적 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리하고자, 수명 관리 대상의 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하기 위한 구성요소라 할 수 있다. The battery characteristic information measurement unit 100 may measure characteristic information of an electrochemical battery. This is a component for measuring the characteristic information of an electrochemical battery subject to life management in order to manage the life of the electrochemical battery by applying the optimal synthetic surface pressure to the electrochemical battery in consideration of the characteristic information of the electrochemical battery. .

이 때 상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 충전, 방전, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 때 상기 전기화학적 배터리의 온도는 현재 운전 상태에서의 온도라 할 수 있다. 이는 전기자동차의 운전상태 및 환경조건을 대변하는 특징으로, 현재 운전상태 에 알맞은 최적 임피던스 및 열화와 관련된 합성면압을 산출하기 위하여 필요한 특징이라 할 수 있다.In this case, the characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, charging, discharging, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery. At this time, the temperature of the electrochemical battery may be referred to as a temperature in a current operating state. This is a feature that represents the operating state and environmental conditions of an electric vehicle, and can be said to be a necessary feature to calculate the optimum impedance suitable for the current driving state and the synthetic surface pressure related to deterioration.

합성면압 인가부(200)는 상기 배터리 특성정보 측정부(100)로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기화학적 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 배터리에 인가하기 위한 구성요소라 할 수 있다.The synthetic surface pressure applicator 200 determines the optimal frequency and amplitude based on the characteristic information of the electrochemical battery measured by the battery characteristic information measurement unit 100, and calculates the synthetic surface pressure including high-frequency and low-frequency surface pressures. It may be characterized by applying to a chemical battery. This can be said to be a component for applying the optimal synthetic surface pressure to the battery in consideration of the characteristic information of the electrochemical battery.

이 때 상기 합성면압은 고주파 면압(Ultrasonic pressure)과 저주파 면압(Low freq. pressure)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 고주파 면압은 상기 배터리 특성정보 측정부(100)로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시키고자, 저주파 및 고주파의 상관관계를 고려하기 위한 특징이라 할 수 있다.At this time, the synthetic surface pressure may be characterized in that it includes a high frequency surface pressure (Ultrasonic pressure) and a low frequency surface pressure (Low freq. pressure). Here, the high-frequency surface pressure is a surface pressure that determines the optimal frequency and amplitude of the synthetic surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the characteristic information of the electrochemical battery measured by the battery characteristic information measuring unit 100. can be done with The low-frequency surface pressure may be characterized in that the surface pressure controls the piezoelectric element to apply negative pressure to the piezoelectric element of the electrochemical battery. This can be said to be a feature for considering the correlation between low frequency and high frequency in order to improve the lifespan of an electrochemical battery through optimal frequency and amplitude determination.

이를 통해 본 발명의 합성면압은 상기와 같은 고주파 면압과 저주파 면압을 포함하여, 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 다양한 고주파/저주파 성분은 배터리 양극 및 음극의 임피던스 관련된 특징이라 할 수 있다. 전기화학적 배터리는 양극, 음극, 분리막으로 구성되어 있으며, 양극은 고주파, 음극은 저주파, 분리막 기공률(porosity)은 초저주파수와 연관된다.Through this, the synthetic surface pressure of the present invention may be characterized in that the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery, including the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure. Here, the various high-frequency/low-frequency components may be referred to as impedance-related characteristics of the positive and negative electrodes of the battery. An electrochemical battery consists of an anode, a cathode, and a separator. The anode is associated with high frequency, the cathode with low frequency, and the separator porosity is associated with ultra-low frequency.

한편, 본 발명의 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 실제 전기화학적 배터리에 항상 최적압력의 인가가 가능하도록 하는 특징이라 할 수 있다.On the other hand, the composite surface pressure of the present invention may be characterized in that it further comprises an infra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery. This can be said to be a feature that allows the application of an optimal pressure to an actual electrochemical battery at all times.

이 때 본 발명의 합성면압에서 상기 고주파 면압은 상기 배터리 특성정보 측정부(100)로부터 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 다양한 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 고려하여 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하기 위한 특징이라 할 수 있다. 여기서, 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭은, 압전소자 기인 압력의 최적 주파수 및 진폭이라고도 할 수 있다.At this time, in the synthetic surface pressure of the present invention, the high-frequency surface pressure is derived by applying surface pressures of frequencies and amplitudes of various ultrasonic regions according to the impedance characteristics of the electrochemical battery measured by the battery characteristic information measuring unit 100 to the electrochemical battery. It may be characterized in that the optimal frequency and amplitude associated with the positive and negative electrode impedances of the electrochemical battery are determined from the deterioration characteristics. This can be said to be a characteristic for determining the optimal frequency and amplitude of the synthetic surface pressure in consideration of the impedance characteristics of various electrochemical batteries. Here, the optimal frequency and amplitude related to the positive and negative impedances of the electrochemical battery may also be referred to as the optimal frequency and amplitude of the pressure due to the piezoelectric element.

본 발명의 합성면압에서 상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지되도록 하기 위한 특징이라 할 수 있다.In the synthetic surface pressure of the present invention, the low-frequency surface pressure may be characterized in that the piezoelectric element is controlled to apply negative pressure to the piezoelectric element during charging or discharging of the electrochemical battery. This can be said to be a feature for ensuring that the optimum pressure applied to the battery is constantly maintained.

도 5는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법을 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart illustrating an electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법은 크게 배터리 특성정보 측정단계(S100) 및 합성면압 인가단계(S200)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Referring to FIG. 5, the electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation according to an embodiment of the present invention is characterized in that it largely includes a battery characteristic information measuring step (S100) and a synthetic surface pressure application step (S200). can do.

배터리 특성정보 측정단계는 배터리 특성정보 측정부(100)에서 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다(S100). 이는 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리하고자, 수명 관리 대상의 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하기 위한 단계라 할 수 있다.The battery characteristic information measuring step may be characterized in that the battery characteristic information measuring unit 100 measures the characteristic information of the electrochemical battery (S100). This can be said to be a step for measuring the characteristic information of the electrochemical battery subject to lifespan management in order to manage the lifespan of the electrochemical battery by applying the optimal synthetic surface pressure to the electrochemical battery in consideration of the characteristic information of the battery.

이 때 상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 충전, 방전, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 때 상기 배터리의 온도는 현재 운전 상태에서의 온도라 할 수 있다. 이는 전기자동차의 운전상태 및 환경조건을 대변하는 특징으로, 현재 운전상태에 알맞은 최적 임피던스 및 열화와 관련된 합성면압을 산출하기 위하여 필요한 특징이라 할 수 있다.In this case, the characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, charging, discharging, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery. At this time, the temperature of the battery may be referred to as a temperature in a current driving state. This is a feature that represents the driving state and environmental conditions of the electric vehicle, and can be said to be a feature necessary to calculate the optimum impedance suitable for the current driving state and the synthetic surface pressure related to deterioration.

합성면압 인가단계는 합성면압 인가부(200)에서 상기 S100로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다(S200). 이는 전기화학적 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하기 위한 단계라 할 수 있다.In the synthetic surface pressure applying step, the synthetic surface pressure including the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure is applied to the electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude based on the characteristic information of the electrochemical battery measured from S100 in the synthetic surface pressure applying unit 200. It may be characterized by applying (S200). This can be said to be a step for applying the optimal synthetic surface pressure to the electrochemical battery in consideration of the characteristic information of the electrochemical battery.

이 때 상기 합성면압은 고주파 면압(Ultrasonic pressure)과 저주파 면압(Low freq. pressure)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 고주파 면압은 상기 S100로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시키고자, 저주파 및 고주파의 상관관계를 고려하기 위한 특징이라 할 수 있다.At this time, the synthetic surface pressure may be characterized in that it includes a high frequency surface pressure (Ultrasonic pressure) and a low frequency surface pressure (Low freq. pressure). Here, the high-frequency surface pressure may be a surface pressure that determines the optimal frequency and amplitude of the synthetic surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the characteristic information of the electrochemical battery measured from S100. The low-frequency surface pressure may be characterized in that the surface pressure controls the piezoelectric element to apply negative pressure to the piezoelectric element of the electrochemical battery. This can be said to be a feature for considering the correlation between low frequency and high frequency in order to improve the lifespan of an electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude.

이를 통해 본 발명의 합성면압은 상기와 같은 고주파 면압과 저주파 면압을 포함하여, 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 다양한 고주파/저주파 성분은 배터리 양극 및 음극의 임피던스 관련된 특징이라 할 수 있다. 전기화학적 배터리는 양극, 음극, 분리막으로 구성되어 있으며, 양극은 고주파, 음극은 저주파, 분리막 기공률(porosity)은 초저주파수와 연관된다.Through this, the synthetic surface pressure of the present invention may be characterized in that the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery, including the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure. Here, the various high-frequency/low-frequency components may be referred to as impedance-related characteristics of the positive and negative electrodes of the battery. An electrochemical battery consists of an anode, a cathode, and a separator. The anode is associated with high frequency, the cathode with low frequency, and the separator porosity is associated with ultra-low frequency.

한편, 본 발명의 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 실제 전기화학적 배터리에 항상 최적압력의 인가가 가능하도록 하는 특징이라 할 수 있다.On the other hand, the composite surface pressure of the present invention may be characterized in that it further comprises an infra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery. This can be said to be a feature that allows the application of an optimal pressure to an actual electrochemical battery at all times.

이 때 본 발명의 합성면압에서 상기 고주파 면압은 상기 S100로부터 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 다양한 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 고려하여 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하기 위한 특징이라 할 수 있다. 여기서, 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭은, 압전소자 기인 압력의 최적 주파수 및 진폭이라고도 할 수 있다.At this time, in the synthetic surface pressure of the present invention, the high-frequency surface pressure is applied to the surface pressure of various ultrasonic regions of frequency and amplitude according to the impedance characteristics of the electrochemical battery measured from S100 to the electrochemical battery. It can be characterized by determining the optimal frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the battery. This can be said to be a characteristic for determining the optimal frequency and amplitude of the synthetic surface pressure in consideration of the impedance characteristics of various electrochemical batteries. Here, the optimal frequency and amplitude related to the positive and negative impedances of the electrochemical battery may also be referred to as the optimal frequency and amplitude of the pressure due to the piezoelectric element.

본 발명의 합성면압에서 상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지되도록 하기 위한 특징이라 할 수 있다.In the synthetic surface pressure of the present invention, the low-frequency surface pressure may be characterized in that the piezoelectric element is controlled to apply negative pressure to the piezoelectric element during charging or discharging of the electrochemical battery. This can be said to be a feature for keeping the optimum pressure applied to the electrochemical battery constant.

도 6은 본 발명의 실시예로서, 초저주파 면압제어 결과 및 저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면이다. 이 때 도 6(a)은 초저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면이고, 도 6(b)은 저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면이다.6 is an embodiment of the present invention, and is a view showing results of infra-low frequency surface pressure control and low-frequency surface pressure control. At this time, FIG. 6(a) is a diagram showing the results of the infra-low frequency surface pressure control, and FIG. 6(b) is a diagram showing the results of the low-frequency surface pressure control.

본 발명은 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템의 테스트베드 구축을 위해, 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용할 수 있다. 이를 통해 본원발명은 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있다.In the present invention, in order to build a test bed for an electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation, a piezoelectric element having a small volume and capable of ultra-precise control can be used as an actuator with pressure. Through this, the present invention can precisely excite the surface pressure of various frequencies and sizes to the electrochemical battery.

이에 기초하여 도 6을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Based on this, FIG. 6 will be described in more detail as follows.

첫 번째로, 본 발명의 초저주파 면압제어는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 배터리 전 사이클 주기를 보면 SEI층 형성에 의하여 배터리가 열화됨에 따라 압력이 증가할 수 있다. 이러한 압력증가는 분리막의 공극을 감소시켜, 전기화학적 배터리의 성능을 감소시킬 수 있다. 이에 본 발명은 압전소자에 인가되는 전압 및 전류 제어를 통해 사이클에 따라 도 6(a) 적색으로 표시된 선과 같이 부압을 인가하면, 실제 전기화학적 배터리에는 항상 최적압력을 인가할 수 있다.First, in the VLF surface pressure control of the present invention, the pressure may increase as the battery deteriorates due to the formation of the SEI layer when looking at the entire cycle period of the battery, as shown in FIG. 6 (a). This increase in pressure reduces the pores of the separator, which can reduce the performance of the electrochemical battery. Accordingly, the present invention can always apply an optimal pressure to an actual electrochemical battery by applying a negative pressure according to the cycle by controlling the voltage and current applied to the piezoelectric element, as shown in the red line in FIG. 6 (a).

두 번째로, 본 발명의 저주파 면압제어는 배터리 충전 시 리튬이온이 양 전극 움직임에 따라, 양 전극에서는 상변화(phase transition)화가 발생하면서, 도 6(b)의 파란선과 같이 부피변화에 기인한 압력증가가 발생할 수 있다. 충전기 압력 증가는 분리막 공극을 감소시켜, 배터리 임피던스를 증가시키고 성능을 감소시킬 수 있다. 이러한 공극감소는 배터리를 완전 충전상태로 오래 놔두는 경우, 수명이 급속히 감소하는 주된 원인이 될 수 있다. 이에 본 발명은 압전소자 제어를 통해 충방전 시 도 6(b) 적색으로 표시된 선과 같이 압전소자에 부압을 인가하여 배터리에 인가되는 최적압력을 일정하게 유지하면, 배터리의 수명을 향상시킬 수 있다.Second, the low-frequency surface pressure control of the present invention is caused by the volume change as shown in the blue line in FIG. An increase in pressure may occur. Increasing charger pressure can reduce separator voids, increasing battery impedance and reducing performance. This decrease in air gap may be the main cause of rapid decrease in lifespan when the battery is left in a fully charged state for a long time. Accordingly, the present invention maintains the optimal pressure applied to the battery constant by applying negative pressure to the piezoelectric element as shown in the red line in FIG.

세 번째로, 본 발명의 고주파 면압제어와 관련하여 상기 도 2(b)의 임피던스 측정결과를 살펴보면, 양극, 음극 및 SEI층의 리튬이온 운동은 수십 kHz의 초음파 영역이라 할 수 있다. 또한, 전극의 임피던스는 배터리 전극재료 및 재원에 의존적이라 할 수 있다. 이에 본 발명은 고주파 면압제어에 있어서, 목표 전기화학적 배터리를 선정하고 선정된 배터리에 대한 EIS 실험을 수행하여 배터리 임피던스 특성을 규명한 후, 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 배터리에 인가 및 열화특성을 관찰하여 최적의 주파수 및 진폭을 결정할 수 있다. Thirdly, looking at the impedance measurement results of FIG. 2 (b) in relation to the high-frequency surface pressure control of the present invention, the movement of lithium ions in the anode, cathode, and SEI layer can be said to be in the ultrasonic range of several tens of kHz. In addition, the impedance of the electrode can be said to be dependent on the battery electrode material and resources. Therefore, in the high-frequency surface pressure control of the present invention, after selecting a target electrochemical battery and performing an EIS experiment on the selected battery to identify the battery impedance characteristics, surface pressure of various ultrasonic domain frequencies and amplitudes is applied to the battery and deteriorated. By observing the characteristics, the optimal frequency and amplitude can be determined.

최종적으로, 본 발명은 상기 첫 번째 내지 세 번째의 주파수 면압을 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 합성면압을 인가하고, 면압과 수명과의 상관관계를 파악하여 최적의 면압관리 및 배터리의 수명을 향상시킬 수 있다.Finally, the present invention applies synthetic surface pressure that simultaneously applies the first to third frequency surface pressures to the electrochemical battery, and identifies the correlation between surface pressure and lifespan to optimize surface pressure management and improve battery life. can

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야할 것이다.Although the above has been described and illustrated in relation to preferred embodiments for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described in this way, and does not deviate from the scope of the technical idea. It will be readily apparent to those skilled in the art that many changes and modifications can be made to the present invention without Accordingly, all such appropriate changes and modifications should be regarded as falling within the scope of the present invention.

특히, 상기 도 1 내지 도 6에서의 일부 설명 및 도시한 리튬이온 배터리는 전기화학적 배터리 중 하나의 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 실제 양극, 음극, 분리막으로 구성된 어떠한 전기화학적 이차전지에 사용 가능한 기술로서, 적용할 수 있는 배터리는 다양한 것으로 간주되어야할 것이다.In particular, the lithium ion battery partially described and illustrated in FIGS. 1 to 6 is only an example of an electrochemical battery, but is not limited thereto. The present invention is a technology that can be used for any electrochemical secondary battery composed of an actual positive electrode, negative electrode, and separator, and batteries that can be applied should be considered as various.

100 : 배터리 특성정보 측정부 200 : 합성면압 인가부100: battery characteristic information measurement unit 200: synthetic surface pressure application unit

Claims (12)

전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정부; 및
상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 전기화학적 배터리의 특성정보는,
상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 충전, 방전, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 합성면압은,
상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압; 및
상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압;을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.Battery characteristic information measuring unit for measuring the characteristic information of the electrochemical battery; and
and a synthetic surface pressure applying unit for determining an optimal frequency and amplitude based on the measured characteristic information of the electrochemical battery and applying a synthetic surface pressure including a high-frequency surface pressure and a low-frequency surface pressure to the electrochemical battery. ,
Characteristic information of the electrochemical battery,
Characterized in that it includes temperature, pressure, charge, discharge, impedance characteristics and degradation characteristics of the electrochemical battery,
The synthetic surface pressure is,
High-frequency surface pressure for determining the optimal frequency and amplitude of the synthetic surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the measured characteristics of the electrochemical battery; and
Low-frequency surface pressure controlling the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element of the electrochemical battery; through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that for simultaneously applying the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure to the electrochemical battery. Electrochemical battery life management system. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 합성면압은,
상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.The method of claim 1, wherein the synthetic surface pressure,
Electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that it further comprises; infrasonic surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery. 제 1 항에 있어서, 상기 고주파 면압은,
상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.The method of claim 1, wherein the high-frequency surface pressure,
Determining the optimal frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressure of the frequency and amplitude of various ultrasonic regions according to the measured impedance characteristics of the electrochemical battery to the electrochemical battery An electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 저주파 면압은,
상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.The method of claim 1, wherein the low-frequency surface pressure,
An electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that for controlling the piezoelectric element to apply negative pressure to the piezoelectric element when charging or discharging the electrochemical battery. 배터리 특성정보 측정부에서 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정단계;
합성면압 인가부에서 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로최적 주파수 및 진폭을 결정하여 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 전기화학적 배터리의 특성정보는,
상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 충전, 방전, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함는 것을 특징으로 하며,
상기 합성면압은,
상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압; 및
상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압;을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.a battery characteristic information measuring step of measuring characteristic information of an electrochemical battery in a battery characteristic information measuring unit;
A synthetic surface pressure applying step of determining an optimal frequency and amplitude based on the measured characteristic information of the electrochemical battery in a synthetic surface pressure applying unit and applying a synthetic surface pressure including a high-frequency surface pressure and a low-frequency surface pressure to the electrochemical battery; characterized by
Characteristic information of the electrochemical battery,
Characterized in that it includes temperature, pressure, charge, discharge, impedance characteristics and degradation characteristics of the electrochemical battery,
The synthetic surface pressure is,
High-frequency surface pressure for determining the optimal frequency and amplitude of the synthetic surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the measured characteristics of the electrochemical battery; and
Low-frequency surface pressure controlling the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element of the electrochemical battery; through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that for simultaneously applying the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure to the electrochemical battery. Electrochemical battery life management methods. 삭제delete 삭제delete 제 7 항에 있어서, 상기 합성면압은,
상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.The method of claim 7, wherein the synthetic surface pressure,
Electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that it further comprises; infra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery. 제 7 항에 있어서, 상기 고주파 면압은,
상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.The method of claim 7, wherein the high-frequency surface pressure,
Determining the optimal frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressure of the frequency and amplitude of various ultrasonic regions according to the measured impedance characteristics of the electrochemical battery to the electrochemical battery Electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that. 제 7 항에 있어서, 상기 저주파 면압은,
상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.The method of claim 7, wherein the low-frequency surface pressure,
An electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation, characterized in that for controlling the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element when charging or discharging the electrochemical battery.
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