KR20240001755A - 가압장치를 구비한 전고체 전지 시스템 - Google Patents

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권용국
최가영
최용석
신재호
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현대자동차주식회사
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Abstract

가압챔버의 밀폐된 내부공간에 복수 개의 셀이 배치되어 구성되고 상기 가압챔버의 밀폐된 내부공간에 가압용 유체가 채워진 전고체 전지; 상기 전고체 전지의 상태 정보를 검출하는 상태 검출부; 상기 상태 검출부에 의해 검출되는 전고체 전지의 상태 정보를 기초로 상기 가압챔버의 내부공간에서 가압용 유체에 의해 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압용 유체에 의해 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하도록 작동하는 가압장치를 포함하는 전고체 전지 시스템이 개시된다.

Description

가압장치를 구비한 전고체 전지 시스템{ALL SOLID STATE BATTERY SYSTEM PROVIDED WITH PRESSURIZING DEVICE}
본 발명은 전고체 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전고체 전지의 각 셀에 가해지는 압력이 셀들의 충방전 상태와 상관 없이 일정하게 유지될 수 있는 전고체 전지 시스템에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 가능한 에너지 저장장치이다. 이차전지는 휴대폰, 노트북 등의 소형 전자기기뿐만 아니라 하이브리드 자동차, 전기자동차 등 대형 운송수단의 동력원으로도 널리 사용되고 있다.
기존의 이차전지는 대부분 액체 전해질인 유기용제를 기반으로 셀이 제작되므로 안정성과 에너지 밀도의 향상에 한계가 있다. 이에 최근에는 무기 고체 전해질을 사용하는 전고체 전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 전고체 전지는 양극 집전체에 접합된 양극 활물질층, 음극 집전체에 접합된 음극 활물질층, 상기 양극 활물질층과 음극 활물질층 사이의 고체 전해질층이 적층된 3단 적층체의 구성을 가지고 있다.
이와 같이 고체 전해질을 사용하는 전고체 전지는 유기용제를 배제한 기술을 토대로 하고 있어 더욱 안전하고 간소한 형태로 셀을 제작할 수 있기 때문에 최근 들어 큰 각광을 받고 있다.
다만, 전고체 전지는 에너지 밀도 및 출력 성능이 종래의 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지에 미치지 못하는 한계가 있어, 이를 해결하고자 전고체 전지의 전극을 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히 전고체 전지의 음극으로 주로 흑연을 사용하는데, 이 경우 흑연과 함께 비중이 큰 고체 전해질을 과량으로 투입해야 이온 전도도를 확보할 수 있기 때문에 리튬 이온 전지에 비해 중량당 에너지 밀도가 굉장히 낮아진다. 또한 음극으로 리튬 금속을 사용하는 경우에는 가격 경쟁력 및 대면적화 등에 있어 기술적 한계를 가지게 된다.
이러한 한계를 극복하기 위한 대안 중 하나가 무음극 타입(anodeless-type)의 전고체 전지이다. 무음극 타입의 전고체 전지는 흑연 등의 음극 활물질 또는 음극으로 리튬 금속을 사용하는 대신에 음극 집전체에 리튬을 석출시키는 방식의 전지이다.
상기한 무음극 타입의 전고체 전지에서는 흑연이나 실리콘을 음극 활물질로 사용하는 일반적인 전고체 전지와 달리 리튬이 집전체에 직접 석출되는 형태로 충방전이 진행되므로 충전 상태와 방전 상태의 부피 차이가 크게 발생한다.
이와 같이 충전 상태와 방전 상태의 부피 변화가 큰 무음극 타입의 전고체 전지는 셀 적층체에 고정된 압력이 가해지도록 구성될 경우, 충방전시 셀의 부피 변화가 크게 발생하게 되어 셀에 가해지는 압력이 크게 변화할 수 있고, 결국 셀의 압력 변화가 크게 발생하게 되면서 전고체 전지의 성능이 저하될 수 있다.
공지의 전고체 전지는 복수 개의 셀이 다층으로 적층된 상태에서 셀 적층체를 가압하고 그 가압 상태를 유지해주는 가압지그를 포함한다. 또한, 공지의 전고체 전지에서 가압지그는 셀 적층체의 양쪽 면에 패드를 개재한 상태로 적층되는 양쪽의 두 지그 플레이트, 및 상기 양쪽의 두 지그 플레이트를 상호 고정 및 체결하는 체결기구를 포함한다.
이때 체결기구는 두 지그 플레이트의 각 모서리부를 관통하여 체결되는 볼트 및 너트를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 사각형의 지그 플레이트에서 4곳의 모서리부를 관통하도록 체결되는 4개의 볼트 및 너트를 포함하는 것일 수 있다.
전고체 전지에서 상기와 같은 종래의 가압지그는 가압하는 압력의 변화 없이 셀 적층체에 항상 정해진 고정 압력만을 가해줄 수 있으므로, 상기와 같이 충방전 상태에 따라 셀들의 부피 변화가 크게 발생한다면, 각 셀에 가해지는 압력의 변화가 크게 발생할 수 있다.
이에 전고체 전지의 충방전 상태에 따라 가압하는 압력을 유동적으로 제어할 수 있도록 하여 전고체 전지 내 셀의 부피 변화와 상관 없이 각 셀에는 항상 일정한 압력이 작용할 수 있도록 해주는 가압장치가 요구되고 있다.
또한, 상기와 같은 가압지그에 의해 셀 적층체에는 체결기구가 결합된 4곳의 압점을 통해서만 압력이 주로 가해지므로, 셀에서도 상기 압점에 해당하는 체결부위에 더 큰 압력이 작용하게 되고, 셀 전체 면적에 대해 균일한 압력이 가해지도록 하는 것이 어렵다.
그리고, 셀의 부피 팽창으로 인한 압력 완화를 위해 패드를 사용하는데, 패드의 물성에 따라 셀의 특성 변화가 크게 나타날 수 있고, 압력 완화 효과에 있어서도 한계를 가지고 있다.
또한, 상온에서 가압지그가 체결된 후 전고체 전지가 고온에서 작동할 때 패드의 부피 팽창으로 인해 초기 압력이 급격하게 증가할 수 있고, 장기간 작동시 체결기구의 나사 풀림이나 패드의 물성 변화 등으로 인해 전체적인 가압력이 감소할 수 있는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전고체 전지 내 셀들의 충방전 상태와 상관 없이 셀에 가해지는 압력이 일정 압력 범위 내에서 제어 및 유지되도록 구성됨으로써 전고체 전지의 충방전 동안 각 셀에 항상 일정하고 균일한 압력이 작용할 수 있도록 한 전고체 전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 가압챔버의 밀폐된 내부공간에 복수 개의 셀이 배치되어 구성되고 상기 가압챔버의 밀폐된 내부공간에 가압용 유체가 채워진 전고체 전지; 상기 전고체 전지의 상태 정보를 검출하는 상태 검출부; 상기 상태 검출부에 의해 검출되는 전고체 전지의 상태 정보를 기초로 상기 가압챔버의 내부공간에서 가압용 유체에 의해 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압용 유체에 의해 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하도록 작동하는 가압장치를 포함하는 전고체 전지 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호로서, 상기 가압용 유체가 채워진 가압챔버 내 압력을 미리 정해진 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위한 제어신호를 출력하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 전고체 전지의 상태 정보는 상기 가압챔버 내 압력 및 상기 각 셀의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수 개의 셀에서 충전 중인 셀의 개수와 방전 중인 셀의 개수를 기초로 상기 제어신호를 출력하도록 구비되며, 상기 가압장치는 상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압챔버에 대한 가압용 유체의 공급 및 배출을 제어하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 가압장치는, 상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양과 함께 상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유속 또는 상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속을 제어하도록 구비될 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 전고체 전지 시스템에서는 전고체 전지 내 셀들의 충방전 상태에 따라 가압챔버 내 가압용 유체의 공급 및 배출을 제어하도록 구성됨으로써, 전고체 전지 내 셀들의 충방전 상태에 따라 각 셀의 부피 변화가 발생하더라도, 각 셀에 대해 가해지는 압력이 설정 압력 범위 내에서 유지 및 제어될 수 있게 된다. 또한, 전고체 전지 내 각 셀에 대해 균일한 압력이 가해질 수 있고, 결국 전고체 전지의 성능이 향상될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전고체 전지 시스템은 충방전 상태에 따라 셀들의 부피 변화가 크게 발생하는 무음극 타입의 전고체 전지에 적용할 경우에 더욱 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템의 제어 상태를 나타내는 순서도이다.
도 4는 종래의 전지 및 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전지에서 셀에 가해지는 압력 상태를 예시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 종래의 전지 및 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전지의 성능을 비교하여 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 의해 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템은 실제 차량에 탑재되어 차량의 동력원인 차량용 전지(배터리) 시스템으로 사용될 수 있는 것이다. 특히, 전기자동차에서 차량을 구동하는 구동장치인 모터(도시하지 않음)에 작동전력을 공급하는 고전압 배터리 시스템으로 사용될 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템에서 전고체 전지는 도면으로 나타내지는 않았으나 차량의 구동장치인 모터에 인버터를 매개로 충방전 가능하게 연결됨으로써 모터에 의해 방전되거나 충전될 수 있도록 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템에서 전고체 전지는 도면으로 나타내지는 않았으나 컨버터 등을 포함하는 차량 내 충전장치에 연결될 수 있고, 차량 외부의 충전기로부터 공급되는 전력을 상기 차량 내 충전장치를 통해 전달받아 충전되거나, 차량 외부 전원 장치로부터 전력을 직접 공급받아 충전될 수 있다.
또는 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템은 실제 양산 차량에 탑재되는 것이 아닌, 차량 개발 단계나 전고체 전지 개발 단계에서 차량 또는 전지의 평가를 위한 평가 시스템으로 제공 및 이용되는 것일 수 있다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템은 셀 활성화나 충방전 과정 등을 진행할 수 있도록 외부 전원 장치를 연결할 수 있는 구성요소를 가질 수 있다.
이하, 도면을 참조로 설명하면, 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템은 전고체 전지(110)와 상태 검출부(122), 제어부(130), 온도조절장치(140), 가압장치(150)를 포함하여 구성된다.
상기 전고체 전지(110)는 복수 개의 셀(120)을 가질 수 있으며, 상기 각 셀(120)은 공지의 전고체 전지를 구성하는 파우치(pouch) 타입의 셀(이하 '파우치 셀'이라 칭함)일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 전고체 전지(110)는 무음극 타입의 전고체 전지일 수 있고, 상기 셀(120)은 무음극 타입의 전고체 전지의 셀일 수 있다. 예컨대, 상기 셀(120)은 음극 집전체, 고체전해질층, 양극층, 양극 집전체가 적층된 구성을 가질 수 있다.
또한, 상기 셀(120)은 상기한 구성요소들을 진공 상태에서 유연한(flexible) 재질의 라미네이트 필름으로 밀봉한 파우치 셀일 수 있고, 상기 셀(120)에서 음극 집전체 및 양극 집전체의 일부 또는 각 집전체에 결합된 단자를 라미네이트 필름 밖으로 돌출시켜, 상기 돌출된 부분이 양극 단자(121b)와 음극 단자(121a)로 이용될 수 있도록 한다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 전고체 전지(110)는, 후술하는 가압용 유체가 채워지는 밀폐 가능한 내부공간을 가지면서 상기 내부공간에 상기 복수 개의 셀(120)이 서로 정해진 간격을 두고 이격 배치된 상태로 수납되는 가압챔버(111)를 더 포함한다.
상기 가압챔버(111)는 측면상의 전 둘레를 따라 배치되는 측면부(112), 상기 측면부의 상단에 배치되는 상면부(113), 그리고 상기 측면부의 하단에 배치되는 하면부(114)를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 측면부(112)와 상면부(113), 하면부(114)에 의해 그 내부공간이 밀폐되는 케이스 형태의 구조물일 수 있다.
도면에 상세히 나타내지는 않았으나, 가압챔버(111)의 구성요소 전체가 조립된 상태에서, 가압챔버의 내부공간에 수납된 셀(120)의 교체가 가능하도록, 즉 수납된 셀(120)의 외부 배출 및 새로운 셀(120)의 수납이 가능하도록, 그리고 상기 내부공간의 개폐가 가능하도록, 상기 측면부(112), 상면부(113)와 하면부(114) 중 적어도 일부가, 조립 상태의 나머지 다른 부분과 선택적으로 분리 및 결합될 수 있게 가압챔버(111)가 구성될 수 있다.
또한, 가압챔버(111)의 측면부(112) 내측면에는 각 셀 위치마다 지지부(115)가 설치될 수 있고, 이때 각 셀(120), 즉 상기한 파우치 셀이 각각의 지지부(115)에 의해 지지된 상태로 가압챔버(111)의 내부공간에 이격 배치된다.
이때 셀(120) 및 지지부(115)들이 일정 간격을 두고 등간격 배치되도록 설치될 수 있다. 도 1에는 셀(120)들이 각각의 지지부(115)에 의해 지지된 상태로 가압챔버(111)의 내부공간에 상하 방향을 따라 등간격으로 이격 배치된 예가 도시되어 있다.
도 1에 예시된 셀들의 배치 상태는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 가압챔버의 내부공간에서 셀들의 배치 상태나 배치 구조는 도 1의 예로부터 다양하게 변경 가능하다.
또한, 도 1에는 전체 셀(120)들이 가압챔버(111)의 내부공간에 일정한 간격을 두고 배치된 예가 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 전체 셀(120)들이 반드시 등간격으로 배치되어야 하는 것은 아니다. 본 발명에서 가압챔버 내 셀들의 배치 상태나 배치 구조는 전체 셀들에 대해 등방압으로 가압이 이루어질 수 있는 것이라면 채택 가능하다.
그리고, 음극(-)과 양극(+)의 단자 플레이트(116a,116b)가 가압챔버(111)의 내측면에 고정되도록 설치된다. 이때 가압챔버(111)에는 음극(-)의 단자 플레이트(116a)에 통전 가능하게 접속된 음극(-)의 외부 단자(117a), 및 양극(+)의 단자 플레이트(116b)에 통전 가능하게 접속된 양극(+)의 외부 단자(117b)가 설치된다.
상기 각 외부 단자(117a,117b)는 해당 단자 플레이트(116a,116b)로부터 가압챔버(111)를 관통하여 가압챔버 외부로 돌출된 형상 및 구조를 가지도록 설치되는데, 가압챔버 외부로 돌출된 음극(-)의 외부 단자(117a)와 양극(+)의 외부 단자(117b)는 충방전 제어기(1)에 전기도선(2,3)을 통해 접속된다. 상기 충방전 제어기(1)는 통상의 차량에서 배터리 제어기(Battery Management System, BMS)일 수 있다.
또한, 전체 셀(120)의 각 음극 단자(121a)가 전기도선(4)을 통해 음극의 단자 플레이트(116a)에 각각 개별 접속되고, 전체 셀(120)의 각 양극 단자(121b)가 전기도선(5)을 통해 양극의 단자 플레이트(116b)에 각각 개별 접속된다.
본 발명의 실시예에서 각 셀(120)에 설치된 음극 단자(121a)와 양극 단자(121b)는 해당 단자 플레이트(116a,116b)와의 전기적 연결을 위해 전기도선(4,5)이 접속되는 부분이긴 하지만 상기 전기도선을 제외하고는, 가압챔버(111)의 내부공간에서 주변 부품이나 주위 물질과 상시 절연 상태를 유지하도록 설치된다.
예컨대, 각 셀(120)의 음극 단자(121a)와 양극 단자(121b)가 주변 가압챔버(111)의 부품이나 가압챔버의 내부공간에 채워진 가압용 유체와는 통전되지 않게 상시 절연 상태를 유지하도록 구비된다.
도 1을 참조하면, 가압챔버(111)의 하면부(114) 내측면에 음극의 단자 플레이트(116a)와 양극의 단자 플레이트(116b)가 설치되고, 음극의 외부 단자(117a)와 양극의 외부 단자(117b)가 가압챔버(111)의 하면부(114)를 관통하도록 설치되고 있다.
이때 음극의 외부 단자(117a) 및 양극의 외부 단자(117b)가 해당 단자 플레이트(116a,116b)에 접속된 상태로 가압챔버(111)의 하면부(114) 및 후술하는 가열장치(141)를 관통하는 구조로 설치되지만, 각 외부 단자(117a,117b)가 가압챔버의 부품 및 가열장치와는 항상 전기 절연 상태를 유지하도록 구비된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템은, 전고체 전지(110)의 실시간 상태 정보를 검출하는 상태 검출부(122), 상기 상태 검출부(122)에 의해 검출되는 전고체 전지(110)의 실시간 상태 정보를 기초로 전고체 전지(110)의 온도 및 전고체 전지(110)의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(130), 상기 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 전고체 전지(110)의 온도를 제어하도록 작동하는 온도조절장치(140), 그리고 상기 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 전고체 전지(110)의 셀(120)에 가해지는 압력을 제어하도록 작동하는 가압장치(150)를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서 상태 검출부(122)는 전고체 전지(110)의 셀(120)에 가해지는 압력을 검출하기 위한 압력센서(124)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서 상태 검출부(122)는 전고체 전지(110)의 온도를 검출하기 위한 온도센서(123)를 더 포함할 수 있다. 이때 전고체 전지(110)의 실시간 상태 정보는 전고체 전지의 온도, 및 전고체 전지의 셀에 가해지는 압력을 포함하는 것이 된다.
상기 온도센서(123)는 가압챔버(111)의 내부공간에 설치될 수 있고, 이에 온도센서(123)에 의해 검출되는 온도는 가압챔버(111)의 내부온도가 된다. 본 발명에서 온도센서(123)에 의해 검출되는 가압챔버(111)의 내부온도는 가압챔버(111)의 내부공간에 설치되는 셀(120)의 온도라 할 수 있다.
상기 압력센서(124)는 가압챔버(111)의 내부공간에 설치될 수 있고, 이에 압력센서(124)에 의해 검출되는 압력은 가압챔버(111)의 내부압력이 된다. 또한, 상기 압력센서(124)에 의해 검출되는 압력은 가압챔버(111)의 내부공간에 채워진 가압용 유체의 압력이라 할 수 있고, 더불어 가압챔버(111) 내에서 가압용 유체에 의해 각 셀(120)에 가해지는 압력이라 할 수 있다.
이하의 설명에서 가압챔버의 내부압력과 가압챔버 내 압력은 같은 의미로 사용되는 것으로서, 모두 가압챔버(111)의 내부공간에 채워진 가압용 유체의 압력을 의미하고, 이와 더불어 가압용 유체에 의해 셀(120)에 가해지는 압력을 의미한다.
본 발명에서 전고체 전지(110)의 각 셀(120)은 가압챔버(111)의 내부공간에 모두 동일한 압력을 받도록 배치되고, 이에 가압챔버(111)의 내부공간에 가압용 유체가 채워지면, 이 가압용 유체에 의해 가압챔버(111) 내 모든 셀(120)들이 등방압으로 가압되고, 따라서 가압용 유체의 압력이 각 셀(120)에 가해지는 압력이 된다.
상기 온도센서(123)와 압력센서(124)는 출력 신호의 입력이 가능하도록 제어부(130)에 연결되는데, 이에 각 센서가 출력하는 신호, 즉 온도와 압력을 나타내는 전기적인 신호인 센서 신호가 상기 제어부(130)에 입력될 수 있게 되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상태 검출부(122)는 가압챔버(111) 내 각 셀(120)의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보를 검출하기 위한 셀 상태 검출부(125)를 더 포함할 수 있다.
이로써 본 발명의 실시예에서 전고체 전지(110)의 실시간 상태 정보는 가압챔버(111) 내 압력과 온도에 더하여, 각 셀(120)의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보를 더 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 각 셀의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보는 각 셀(120)의 전압(셀 전압)을 포함하는 것일 수 있고, 이때 셀 상태 검출부(125)는 가압챔버(111) 내 각 셀(120)의 전압을 검출하는 전압검출부를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 온도조절장치(140)는 전고체 전지(110)의 온도를 실시간으로 제어하기 위한 것으로, 전고체 전지의 온도를 일정 온도 범위로 유지 및 제어하기 위해 이용될 수 있다.
구체적으로는, 온도조절장치(140)는 전고체 전지(110)에서 가압챔버(111)의 온도를 미리 정해진 설정 온도 범위로 유지시키기 위해 이용될 수 있으며, 제어부(130)에 의해 가압챔버(111)의 온도를 상기 설정 온도 범위로 유지시키도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예서 온도조절장치(140)는 가압챔버(111) 전체의 온도를 설정 온도 범위로 유지 및 제어할 수 있도록 전고체 전지(110)를 승온시키는 가열장치(141), 및 전고체 전지(110)를 냉각하는 냉각장치(142)를 포함한다.
상기 가열장치(141)는 전고체 전지(110)의 가압챔버(111)에 설치되고 전고체 전지의 온도를 고온 상태로 유지시키기 위해 배터리 전력을 공급받아 작동하는 전기식 히터일 수 있고, 이때 전기식 히터의 전원이 되는 상기 배터리는 전기식 히터가 설치되는 가열 대상의 전고체 전지일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 가열장치(141)인 전기식 히터는 가압챔버(111)의 상면부(113)와 하면부(114)에 설치될 수 있다. 구체적으로, 가열장치(141)의 전기식 히터는 밴드 히터일 수 있고, 도 1에 예시된 바와 같이 가압챔버(111)의 상면부(113) 외측면과 하면부(114) 외측면에 각각 설치될 수 있다.
전기식 히터가 가압챔버에 설치됨에 있어, 이 전기식 히터가 전기를 공급받아 작동하는 전기 장치이므로, 전기식 히터는 가압챔버(111)의 상면부(113) 및 하면부(114), 외부 단자(117a,117b), 단자 플레이트(116a,116b), 후술하는 입구포트(118) 및 출구포트(119) 등의 주변 부품이나 구조물, 주변 물질과는 완전한 절연 상태를 유지하도록 설치되어야 한다.
본 발명의 실시예에서 가열장치(141)의 작동은 제어부(130)에 의해 제어되고, 구체적으로 가열장치(141)는 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 온(on)/오프(off) 상태가 제어될 수 있도록 구비된다.
본 발명의 실시에에서 냉각장치(142)는 냉각수를 이용하는 수냉식 냉각장치일 수 있고, 수냉식 냉각장치는, 가압챔버(111)에 구비된 냉각수 통로(143), 냉각수가 저장되는 리저버 탱크(144), 냉각수의 방열을 위한 라디에이터(145) 및 쿨링팬(146), 가압챔버(111)의 냉각수 통로(143)와 리저버 탱크(144), 라디에이터(145) 사이를 연결하는 냉각수 라인(147), 그리고 냉각수 라인(147)을 따라 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프(148), 그 밖에 냉각수의 순환 및 유동을 제어하기 위한 밸브장치(149) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각수 통로(143)는 가압챔버(111)에 형성된 워터자켓(water jacket)일 수 있고, 구체적으로 워터자켓은 가압챔버(111)의 측면부(112)에 냉각수가 통과할 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 냉각장치(142)는 가열장치(141)와 마찬가지로 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 제어될 수 있도록 구비된다. 제어부에 의해 제어되는 수냉식 냉각장치의 구성은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
본 명세서에서 수냉식 냉각장치의 구성, 즉 냉각수 통로(워터자켓)(143)와 리저버 탱크(144), 라디에이터(145) 및 쿨링팬(146), 냉각수 라인(147), 워터펌프(148), 밸브장치(149) 등에 대해서는 수냉식 냉각장치에 있어 통상의 기술자에게 잘 알려진 공지의 구성이므로 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 가압장치(150)는 가압챔버(111)의 내부공간에 배치된 셀(120)들에 대해 각각 등방압으로 압력을 가압해주도록 구성되는 것으로, 전고체 전지(110)의 셀(120)에 가해지는 압력을 셀의 충방전 상태 및 셀의 부피 변화와 상관 없이 항상 일정 압력 범위 내로 제어 및 유지시킬 수 있도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서 가압장치(150)는 전고체 전지(110)의 가압챔버(111) 내에 가압용 유체를 공급하고 가압챔버(111) 내 가압용 유체의 공급과 배출을 조절하는 방식으로 상기 가압용 유체에 의해 각 셀(120)에 가해지는 압력을 제어하는 구성을 가질 수 있다.
즉, 전고체 전지(110)의 충방전 동안, 상기 온도조절장치(140)에 의해 전고체 전지(110)의 가압챔버(111) 내 온도가 정해진 온도 범위(후술하는 설정 온도 범위) 이내로 일정하게 유지되도록 함과 동시에, 상기 가압장치(150)에 의해 전고체 전지(110)의 가압챔버(111) 내 압력이 정해진 압력 범위(후술하는 설정 압력 범위) 이내로 일정하게 유지되도록 하는 것이다.
이로써 전고체 전지(110)의 충방전 동안 각 셀(120)에 등방압 상태로 가해지는 압력이 셀의 충방전 상태 및 셀의 부피 변화와 상관 없이 상기 압력 범위 이내로 항상 일정하게 유지될 수 있는 것은 물론, 가압챔버(111) 내 전체 셀(120)에 대해 균일한 압력이 가해질 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서 가압챔버(111) 내 압력을 조절하기 위해 가압챔버에 대한 가압용 유체의 공급과 배출을 제어하게 되며, 가압챔버 내 압력을 목표로 하는 압력 범위, 즉 상기 정해진 압력 범위(설정 압력 범위) 이내로 일정하게 유지하기 위해 가압챔버에 공급되는 가압용 유체의 유속(공급 속도), 및 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속(배출 속도)을 제어하게 된다.
본 발명의 실시예에서 가압장치(150)는, 가압용 유체가 저장되는 유체저장부(151), 유체저장부(151)에 저장된 가압용 유체를 전고체 전지(110)의 가압챔버(111)로 공급하기 위한 유체공급장치(152), 유체공급장치(152)와 전고체 전지(110)의 가압챔버(111), 유체저장부(151) 사이를 연결하도록 구비된 유체라인(153,154), 그리고 유체라인(153,154)에 설치되고 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 전고체 전지(110)의 가압챔버(111)에 대한 가압용 유체의 공급 및 배출을 제어하도록 작동하는 유체제어장치(155)를 포함하여 구성된다.
상기 유체저장부(151)는 가압용 유체가 저장되는 탱크일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 가압용 유체는 액체나 기체일 수 있고, 바람직하게는 전기전도도가 적어도 10-10 S/cm 미만인 액체나 기체일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 가압용 유체로는 -20℃ ~ 70℃의 온도 범위에서 액체 상태 또는 기체 상태를 유지하는 것이면서 전기화학 반응이 발생하지 않는 액체나 기체를 사용하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 전기화학적으로 5V 이상에서도 전기화학 반응이 발생하지 않는 액체나 기체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 가압용 유체는 기체인 경우 공기나 아르곤, 질소 등일 수 있고, 액체인 경우 전기적으로 부도체인 것이면서 WIP(Warm Isostatic Pressure) 프로세스나 가압 펌프 등에서 사용되는 오일 등일 수 있다. 바람직하게는, 가압용 유체로는 전기적으로 부도체인 불연성 액체 또는 비활성 기체를 사용할 수 있고, 예컨대 비활성 기체로서 아르곤이나 질소 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 유체공급장치(152)는 유체저장부(151)에 저장된 가압용 유체를 가압챔버(111)에 공급하도록 구동되는 펌프 또는 압축기일 수 있다. 상기 펌프 또는 압축기는 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 구동이 제어될 수 있도록 구비된다.
본 발명의 실시예에서 유체라인은, 유체공급장치(152)로부터 가압챔버(111)의 입구포트(118)로 연결되는 입구측 유체라인(153)과, 가압챔버(111)의 출구포트(119)로부터 유체저장부(151)로 연결되는 출구측 유체라인(154)을 포함한다.
상기 입구측 유체라인(153) 및 가압챔버(111)의 입구포트(118)는 가압챔버(111)의 내부공간으로 가압용 유체를 공급하기 위한 통로이고, 상기 가압챔버(111)의 출구포트(119) 및 출구측 유체라인(154)은 가압챔버(111)의 내부공간으로부터 가압용 유체가 배출되도록 하기 위한 통로이다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 유체제어장치(155)는, 입구측 유체라인(153)에 설치되는 제1 제어밸브(156) 및 제1 레귤레이터(157), 제1 유량계(158)와, 출구측 유체라인(154)에 설치되는 제2 제어밸브(159) 및 제2 레귤레이터(160), 제2 유량계(161)를 포함한다.
상기 제1 유량계(158)는 입구측 유체라인(153)에서 가압챔버(111)로 공급되는 가압용 유체의 공급 유량을 검출하기 위한 것이고, 상기 제2 유량계(161)는 출구측 유체라인(154)에서 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 배출 유량을 검출하기 위한 것이다.
이와 같이 제1 유량계(158)와 제2 유량계(161)는 입구측 유체라인(153)과 출구측 유체라인(154)을 따라 흐르는 가압용 유체의 유량을 각각 검출하기 위한 것으로, 각 유량계는 제어부(130)에 신호 입력이 가능하도록 연결된다. 이에 각 유량계(158,161)에서 출력되는 신호, 즉 검출되는 유량 값을 나타내는 전기적인 신호인 유량 검출 신호가 제어부(130)로 입력될 수 있게 된다.
또한, 제어부(130)는 압력센서(124)에 의해 검출되는 가압챔버(111) 내 압력을 기초로 가압챔버 내 압력을 미리 정해진 설정 압력 범위 이내가 되도록 가압장치(150)의 작동을 제어하되, 가압챔버(111) 내 압력을 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위해, 상기 압력센서(124)에 의해 검출되는 가압챔버(111) 내 실시간 압력 정보와, 상기 각 유량계(158,161)에 의해 검출되는 가압용 유체의 유량(유속)을 기초로, 제1 제어밸브(156) 및 제1 레귤레이터(157), 제2 제어밸브(159) 및 제2 레귤레이터(160)의 작동을 제어하게 된다.
이때 제1 유량계(158)에 의해 검출되는 가압용 유체의 공급 유량으로부터 제어부(130)는 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유속을 알 수 있고, 이 유속은 제1 레귤레이터(157)를 통과하는 가압용 유체의 유속이라 할 수 있다.
또한, 제2 유량계(161)에 의해 검출되는 가압용 유체의 배출 유량으로부터 제어부(130)는 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유속을 알 수 있고, 이 유속은 제2 레귤레이터(160)를 통과하는 가압용 유체의 유속이라 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제어부(130)는 가압챔버(111) 내 압력을 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위한 제어신호를 출력하고, 상기 제어부(130)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 각 제어밸브(156,159)와 레귤레이터(157,160)의 작동이 제어된다.
이때 제어부(130)는 제1 유량계(158)에 의해 검출되는 유량 정보로부터 취득되는 실시간 유속 정보를 피드백 정보로 이용하여 제1 레귤레이터(157)의 개도량을 제어하고, 이를 통해 가압챔버(111) 내 압력이 상기 설정 압력 범위 이내의 값으로 유지될 수 있도록 제1 레귤레이터(157)를 통과하는 가압용 유체의 유속을 제어하게 된다.
마찬가지로, 제어부(130)는 제2 유량계(161)에 의해 검출되는 유량 정보로부터 취득되는 실시간 유속 정보를 피드백 정보로 이용하여 제2 레귤레이터(160)의 개도량을 제어하고, 이를 통해 가압챔버(111) 내 압력이 상기 설정 압력 범위 이내의 값으로 유지될 수 있도록 제2 레귤레이터(160)를 통과하는 가압용 유체의 유속을 제어하게 된다.
본 발명의 실시예에서 제1 제어밸브(156) 및 제2 제어밸브(159)는 제어부(130)의 제어신호, 즉 제어부(130)가 출력하는 전기적인 신호에 따라 개페상태가 제어되는 전자식 밸브일 수 있다. 예컨대, 제1 제어밸브(156) 및 제2 제어밸브(159)는 제어부(130)의 제어신호에 따라 개폐상태가 제어되는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
상기 제1 제어밸브(156) 및 제2 제어밸브(159)는 작동상태에 따라 가압챔버(111)에 가압용 유체가 공급되도록 하거나 가압챔버(111)로부터 가압용 유체가 배출되도록 하며, 이를 통해 가압챔버(111) 내에 채워진 가압용 유체의 양이 조절되도록 하여 가압챔버(111) 내 압력을 높이거나 낮추게 된다.
상기 가압챔버(111) 내 압력을 높이거나 낮추기 위해 제1 제어밸브(156)와 제2 제어밸브(159) 중 선택된 하나는 개방되고 다른 하나는 닫힘 상태가 되도록 제어되는데, 제1 제어밸브(156)가 개방되면 가압챔버(111)에 가압용 유체가 공급될 수 있고, 제2 제어밸브(159)가 개방되면 가압챔버(111)로부터 가압용 유체가 배출될 수 있다.
또한, 제1 제어밸브(156)가 개방되어 가압챔버(111)에 가압용 유체가 공급되면 가압챔버 내 압력이 높아지게 되고, 제2 제어밸브(159)가 개방되어 가압챔버(111)로부터 가압용 유체가 배출되면 가압챔버 내 압력은 낮아지게 된다.
그리고, 제1 레귤레이터(157) 및 제2 레귤레이터(160)는 제어부(130)가 출력하는 전기적인 신호(제어신호)에 따라 개도량이 제어되는 전자식 레귤레이터일 수 있고, 제어된 개도량에 따라 해당 유체라인(153,154)을 통과하는 가압용 유체의 유속을 조절해주게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서 제1 제어밸브(156) 및 제2 제어밸브(159), 그리고 제1 레귤레이터(157) 및 제2 레귤레이터(160)의 작동을 제어함으로써 가압챔버(111)에 대한 가압용 유체의 공급 및 배출이 제어될 수 있게 된다. 또한, 이를 통해 가압챔버(111)에 공급 및 배출되는 가압유체의 유속과 유량, 가압챔버 내 압력, 가압챔버 내 가압용 유체의 양 등이 모두 제어될 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서 가압챔버(111) 내 압력은 전고체 전지(110)의 충방전 동안 가압장치(150)에 의해 미리 정해진 설정 압력 범위, 예컨대 1MPa ~ 5 MPa의 압력 범위 이내로 제어될 수 있고, 가압챔버(111) 내 온도는 온도조절장치(140)에 의해 미리 정해진 설정 온도 범위, 예컨대 -20℃ ~ 50℃의 온도 범위 이내로 제어될 수 있다.
이때 제어부(130)는 상태 검출부(122) 중 온도센서(123)에 의해 검출되는 가압챔버(111) 내 온도를 피드백 정보로 이용하여 전고체 전지(110)의 충방전 동안 가압챔버(111) 내 온도가 상기 설정 온도 범위 내로 일정하게 유지될 수 있도록 온도조절장치(140)의 작동을 제어한다.
또한, 제어부(130)는 상태 검출부(122) 중 압력센서(124)에 의해 검출되는 가압챔버(111) 내 압력을 피드백 정보로 이용하여 전고체 전지(110)의 충방전 동안 가압챔버(111) 내 압력이 상기 설정 압력 범위 내로 일정하게 유지될 수 있도록 가압장치(150)의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명에서 가압장치(150)는 충방전 동안 전고체 전지(110)의 실시간 상태 정보를 기초로 전고체 전지(110)의 가압챔버(111)에 대한 가압용 유체의 공급과 배출을 제어함으로써 가압챔버(111) 내 압력을 상기 정해진 설정 압력 범위로 제어 및 유지시키게 된다.
이때 제어부(130)는 가압장치(150)의 작동, 특히 유체공급장치(152) 및 유체제어장치(155)의 작동을 제어하여, 상기 유체라인(153,154)을 통해 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유량 및 유속을 제어하거나, 상기 유체라인(153,154)을 통해 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유량 및 유속을 제어하고, 이를 통해 가압챔버(111) 내 압력을 실시간으로 제어하게 된다.
예컨대, 가압장치(150)는 전고체 전지(110)의 충방전 동안 가압챔버(111)에 공급되거나 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유량 및 유속을 제어함으로써 가압챔버(111) 내 압력을 0.01MPa 스케일로 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 가압장치(150)는 가압챔버(111) 내 압력의 변동이 발생할 경우 가압챔버 내 압력을 상기 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위해 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유량 및 유속을 제어하거나 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유량 및 유속을 제어하게 된다. 여기서, 가압챔버(111) 내 압력은 전술한 바와 같이 가압용 유체에 의해 각 셀(120)에 등방압 상태로 가해지는 압력이다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전고체 전지 시스템의 제어 상태를 나타내는 순서도로서, 이를 참조로 전고체 전지 시스템의 제어 및 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.
도 3에서 'a'는 전고체 전지(110)의 전체 셀(120)에서 충전 중인 셀의 개수를 나타내고, 'b'는 방전 중인 셀의 개수를 나타내며, 이때 'd'는 충전 중인 셀의 개수(a)와 방전 중인 셀의 개수(b) 간 차이(｜a - b｜)로 정의된다. 즉, 식으로 표현하면, 'd = ｜a - b｜'의 관계로 정의된다. 또한, 'x'는 전고체 전지(110)의 전체 셀(120)의 개수, 즉 가압챔버(111) 내 전체 셀(120)의 개수를 나타내고, 'K'는 가압용 유체의 유속(㎖/min)을 나타낸다.
먼저, 상태 검출부(122)에 의해 전고체 전지(110)의 상태 정보가 검출되고, 제어부(130)에서는 상태 검출부(122)에 의해 전고체 전지(110)의 실시간 상태 정보가 취득된다(S1 단계).
이때 상태 검출부(122) 중 온도센서(123)에 의해 가압챔버(111) 내 온도가 검출되고, 상태 검출부(122) 중 압력센서(124)에 의해 가압챔버(111) 내 압력이 검출된다. 이로써 제어부(130)에서는 전고체 전지(110)의 가압챔버(111) 내 실시간 온도 정보와 압력 정보가 취득된다.
제어부(130)는 온도센서(123) 및 압력센서(124)에 의해 취득되는 가압챔버(111) 내 실시간 온도 정보와 압력 정보를 기초로 가압챔버(111) 내 온도가 설정 온도 범위 이내이고 가압챔버(111) 내 압력이 설정 압력 범위 이내에 있는 것으로 판단한 경우(S2 단계), 가압챔버(111) 내 셀(120)의 충방전이 시작되도록 한다.
또한, 제어부(130)는 셀의 충방전 동안(S3 단계) 도 3의 제어 과정을 수행한다. 이를 위해 제어부(130)에서는 충방전 동안 상태 검출부(122)에 의해 검출되는 전고체 전지(110)의 또 다른 실시간 상태 정보로서, 미리 정해진 설정시간(예, 10분) 간격으로 가압챔버(111) 내 각 셀(120)의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보가 취득된다.
이때 제어부(130)는 각 셀(120)의 상태, 예컨대 전압검출부에 의해 검출되는 각 셀(120)의 전압 상태를 기초로 각 셀(120)이 충전 중인지 또는 방전 중인지를 알 수 있게 되고, 결국 가압챔버(111) 내 전체 셀(120) 중 충전 중인 셀의 개수(a)와 방전 중인 셀의 개수(b)를 알 수 있게 된다.
이로써 제어부(130)는 설정시간 간격으로 충전 중인 셀의 개수(a)와 방전 중인 셀의 개수(b)로부터 그 차이값인 d 값을 계산할 수 있고(d = ｜a - b｜), 상기 계산된 d 값을 가압챔버(111) 내 압력을 제어하는데 이용할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 상기 계산된 d 값을 이용하여 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유속 및 유량을 제어하거나, 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유속 및 유량을 제어하여(S5 단계), 가압챔버(111) 내 압력을 설정 압력 범위 이내의 압력(목표 압력)으로 일정하게 유지하는 제어를 수행할 수 있다(S6 단계).
이와 같이 가압챔버(111) 내 가압용 유체의 공급과 배출을 제어하기 위한 제어 변수는 전고체 전지(110)에서 충전 중인 셀(120)의 개수와 방전 중인 셀(120)의 개수이며, 전술한 바와 같이 제어부(130)는 가압용 유체의 공급 또는 배출을 제어하고 가압챔버(111) 내 압력을 제어하기 위해 유체공급장치(152) 및 유체제어장치(155)의 작동을 제어하게 된다.
구체적으로, 제어부(130)는 상기 계산된 d(= ｜a - b｜) 값에 따라 가압용 유체의 유속(K)을 제1 레귤레이터(157) 또는 제2 레귤레이터(160)를 통해 조절함으로써 가압용 유체의 공급 또는 배출을 제어하게 된다.
이때 압력센서(124)에 의해 검출되는 가압챔버 내 압력 상태에 따라 가압챔버 내 압력을 목표로 하는 상기 설정 압력 범위 이내로 일정하게 유지하기 위해, 가압챔버(111) 내 압력을 높여야 하는 경우 제1 제어밸브(156)를 개방하여 가압용 유체가 가압챔버(111)에 공급되도록 하고, 반대로 가압챔버(111) 내 압력을 낮춰야 하는 경우 제2 제어밸브(159)를 개방하여 가압용 유체가 가압챔버(111)로부터 배출되도록 한다.
이와 같이 제어부(130)가 제1 제어밸브(156) 또는 제2 제어밸브(159)를 개방한 상태에서 제1 레귤레이터(157) 또는 제2 레귤레이터(160)의 작동을 제어함으로써, 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유속 및 유량을 제1 레귤레이터(157)의 개도량에 상응하는 수준으로 미세하게 조절하거나, 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유속 및 유량을 제2 레귤레이터(160)의 개도량에 상응하는 수준으로 미세하게 조절하게 된다.
도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 가압챔버 내 온도와 압력이 설정온도와 설정 압력 범위에 도달한 상태에서, 전고체 전지(110)의 충방전이 시작된 후, 제어부(130)가 가압챔버(111) 내 각 셀(120)의 실시간 충전 및 방전 상태 정보를 기초로 d 값을 계산하고, 상기 계산된 d 값을 제1 임계값 및 제2 임계값과 비교한다(S4 단계).
여기서, 제1 임계값은 가압챔버 내 전체 셀의 개수(x)에 제1 설정값을 곱한 값으로 정해질 수 있고, 제2 임계값은 가압챔버 내 전체 셀의 개수(x)에 제2 설정값을 곱한 값으로 정해질 수 있다.
이때 제1 설정값(예, 0.4)과 제2 설정값(예, 0.8)은 모두 1보다 작은 값으로 설정되는 값이며, 제1 설정값에 비해 제2 설정값이 더 큰 값으로 설정되고, 이에 제1 임계값(예, 0.4x)보다 제2 임계값(예, 0.8x)이 더 큰 값으로 정해진다.
도 3의 실시예에서는 제1 설정값이 0.4, 제2 설정값은 0.8로 설정되고 있으며, 이때 제1 임계값은 제1 설정값인 0.4에 가압챔버 내 전체 셀의 개수인 x를 곱한 값인 0.4x의 값이 되고, 제2 임계값은 제2 설정값인 0.8에 가압챔버 내 전체 셀의 개수인 x를 곱한 값이 된다.
제어부(130)는 상기와 같이 d 값이 계산되고 나면, d 값을 제1 임계값 및 제2 임계값과 비교하여(S4 단계), 그 비교 결과에 따라 가압챔버 내 압력을 상기 설정 압력 범위 이내의 압력으로 일정하게 유지하기 위한 제어신호를 출력한다(S5 단계).
이때 제어부(130)는 상기 비교 결과에 따라 가압용 유체의 유속 범위를 결정하고, 상기 결정된 유속 범위 내에서 가압용 유체를 통과시킬 수 있도록 제1 레귤레이터(157)와 제2 레귤레이터(160) 중 선택된 하나의 개도량을 제어하게 된다. 이와 동시에 제어부(130)는 현재의 가압챔버 내 압력 상태에 따라 제1 제어밸브(156)와 제2 제어밸브(159) 중 선택된 하나를 개방하게 된다.
만약, 가압챔버 내 압력을 설정 압력 범위 이내의 목표 압력으로 유지하기 위해 높여야 하는 경우, 즉 압력센서(124)에 의해 검출되는 가압챔버 내 압력이 상기 설정 압력 범위보다 낮은 경우, 제어부(130)는 가압챔버 내 압력을 높이기 위해 제1 제어밸브(156)를 개방하여 가압용 유체가 가압챔버(111)에 공급되도록 하고, 이때 제1 레귤레이터(157)의 개도량을 제어하여 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유속(K)를 조절하게 된다. 물론, 이때 제2 제어밸브(159)와 제2 레귤레이터(160)는 닫힘 상태가 되도록 제어될 수 있다.
반면, 가압챔버 내 압력을 설정 압력 범위 이내의 목표 압력으로 유지하기 위해 낮춰야 하는 경우, 즉 압력센서(124)에 의해 검출되는 가압챔버 내 압력이 상기 설정 압력 범위보다 높은 경우, 제어부(130)는 가압챔버 내 압력을 낮추기 위해 제2 제어밸브(159)를 개방하여 가압용 유체가 가압챔버(111)로부터 배출되도록 하고, 이때 제2 레귤레이터(160)의 개도량을 제어하여 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유속(K)를 조절하게 된다. 이때 제1 제어밸브(156)와 제1 레귤레이터(160)는 닫힘 상태가 되도록 제어될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 제1 레귤레이터(157)와 제2 레귤레이터(160) 중 선택된 하나의 개도량을 제어하되, 상기 계산된 d 값에 따라 정해지는 유속 범위 이내의 값으로 해당 레귤레이터를 통과하는 가압용 유체의 유속이 제어될 수 있도록 상기 선택된 레귤레이터의 개도량을 제어하게 된다(S5 단계).
도 3의 S5 단계에서 가압챔버(111) 내 압력을 제어하기 위해 사용되는 제어밸브와 레귤레이터는, 가압챔버 내 압력 상태에 따라 선택된 제1 제어밸브(156)와 제1 레귤레이터(160)이거나 제2 제어밸브(159)와 제2 레귤레이터(160)이다.
도 3의 실시예를 참조하여 설명하면, 전고체 전지(110)의 충방전 동안 가압챔버(111) 내 전체 셀(120)에서 충전 중인 셀의 개수(a)와 방전 중인 셀의 개수(b)가 같다면, 즉 d = 0이고 a≠0 및 b≠0이면, 가압챔버 내 압력의 변화가 적은 상태이다.
이 상태는 가압챔버 내 압력을 설정 압력 범위 이내의 값으로 유지하기 위해 미세한 압력 조절만 요구되는 상태이며, 따라서 제어부(130)는 가압용 유체의 유속(K)이 미리 설정된 최소 유속 범위 이내의 값으로 제어될 수 있도록 상기 선택된 레귤레이터의 개도량을 제어한다.
예를 들면, 최소 유속 범위는 0.004x < K < 0.008x의 범위로 설정될 수 있고, 여기서 x는 전체 셀(120)의 개수이고, K는 상기 선택된 레귤레이터를 통과하는 가압용 유체의 유속을 나타낸다.
상기 레귤레이터를 통과하는 가압용 유체의 유속(K)은, 제1 레귤레이터(157)를 통해 가압챔버(111)에 공급되는 가압용 유체의 유속이거나(선택된 레귤레이터가 제1 레귤레이터인 경우), 제2 레귤레이터(160)를 통해 가압챔버(111)로부터 배출되는 가압용 유체의 유속(선택된 레귤레이터가 제2 레귤레이터인 경우)이다.
반면, 전고체 전지(110)의 충방전 동안 상기 d 값이 제2 임계값(0.8x) 이상이면(d≥0.8x), 충전 또는 방전 중인 셀(120)의 개수가 많아 가압챔버 내 압력의 변화가 클 수 있는 상태이다.
이 상태는 즉각적인 압력 변화를 완화하기 위해 가압용 유체의 빠른 유속이 요구되는 상태이며, 따라서 제어부(130)는 가압용 유체의 유속(K)이 미리 설정된 최대 유속 범위 이내의 값으로 제어될 수 있도록 상기 선택된 레귤레이터의 개도량을 제어한다. 본 발명의 실시예에서 최대 유속 범위는 예로서 0.03x < K < 0.07x의 범위로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 d 값이 0이면서 a = 0, b = 0이면, 충전 중인 셀과 방전 중인 셀이 없는 상태, 즉 가압챔버(111) 내 전체 셀(120)이 모두 휴지(rest) 상태이고, 이때 가압챔버(111) 내 압력 변화는 없는 상태이므로, 유체공급장치(152)와 유체제어장치(155)의 작동을 모두 중지시키고, 특히 가압챔버(111)에서 가압용 유체의 출입(공급 또는 배출)이 발생하지 않도록 제1 제어밸브(156)와 제2 제어밸브(159)를 모두 닫힘 상태로 제어한다.
또한, 상기 d 값이 0보다 크고 제1 임계값(0.4x) 이하이면(0.4x ≥ d > 0), 제어부(130)는 가압용 유체의 유속(K)이 미리 설정된 제1 유속 범위(0.008x < K < 0.03x) 이내의 값으로 제어될 수 있도록 상기 선택된 레귤레이터의 개도량을 제어한다.
또한, 상기 d 값이 제1 임계값(0.4x)보다 크고 제2 임계값(0.8x)보다 작으면(0.8x > d > 0.4x), 제어부(130)는 가압용 유체의 유속(K)이 미리 설정된 제2 유속 범위(0.02x < K < 0.05x) 이내의 값으로 제어될 수 있도록 상기 선택된 레귤레이터의 개도량을 제어한다.
이때 제1 유속 범위와 제2 유속 범위는 적어도 일부가 서로 중복되는 범위로 설정될 수 있고, 이 중에서 제1 유속 범위는 상기 최소 유속 범위의 최대값과 상기 최대 유속 범위의 최소값 사이의 범위로 설정될 수 있다. 또한, 제2 유속 범위는 적어도 일부가 상기 최대 유속 범위와 중복되고 나머지 일부가 상기 최대 유속 범위보다 작은 범위가 되도록 설정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 유속 범위가 0.008x < K < 0.03x로 설정됨을 볼 수 있고, 제2 유속 범위가 0.02x < K < 0.05x로 설정됨을 볼 수 있다. 이러한 유속 범위는 예시적인 것으로서, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니며, 각 유속 범위를 정의하는 0.008x, 0.03x, 0.02x, 0.05x 등의 수치는 시스템의 사양 등 조건에 따라 다양하게 변경 가능하다.
그밖에 제1 임계값, 제2 임계값 등 도 3에 예시된 수치는 예를 든 것일 뿐, 본 발명이 도 3의 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 도 3에서 예시된 수치는 다양하게 변경 가능하다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 전고체 전지(110)의 충방전 동안 가압챔버(111) 내 셀(120)에 가해지는 압력을 설정 압력 범위로 일정하게 유지하기 위한 제어가 실시된다.
본 발명에서는 가압챔버(111) 내 셀(120)에 가해지는 압력을 상기 설정 압력 범위로 유지하기 위해 가압챔버에 대한 가압용 유체의 공급 또는 배출을 제어하게 되는데, 전고체 전지(110)의 전체 셀(120)에서 충전 중인 셀의 개수(a)와 방전 중인 셀의 개수(b)에 따라 가압용 유체의 공급 속도 또는 배출 속도를 제어하게 된다.
도 4는 종래의 전고체 전지와 본 발명의 전고체 전지(110)에서 셀(120)에 가해지는 압력 상태를 예시한 것으로, '종래'는 4축 가압지그(4각형의 셀에서 모서리 부분에 총 4개의 압점을 가짐)에 의해 전고체 전지의 셀에 가해지는 압력 상태를 나타낸 것이고, '실시예'는 본 발명에 따른 전고체 전지 시스템에서 가압용 유체의 유속을 적정 값으로 제어했을 때의 압력 상태이다.
도 4에서 '비교예 1'은 가압용 유체의 유속을 적정 값보다 느리게 했을 때의 압력 상태이고, '비교예 2'는 가압용 유체의 유속을 적정 값보다 빠르게 했을 때의 압력 상태이다.
도 4를 참조하면, '종래'의 경우에서 충방전 상태에 따라 셀(120)에 가해지는 압력이 크게 변화함을 알 수 있고, 시간이 경과함에 따라 셀(120)에 가해지는 압력이 점차 작아지는 상태를 보이고 있다.
반면, '실시예'의 경우 셀(120)에 가해지는 압력이 큰 변화 없이 목표로 하는 설정 압력 범위 내에서 거의 일정하게 유지되고 있으며, '비교예 1'과 '비교예 2'의 경우 압력의 변화가 실시예에 비해 상대적으로 크게 나타나는 것을 볼 수 있다.
'비교예 1'과 같이 가압용 유체의 유속을 적정 수준에 비해 더 느리게 했을 경우에는 실제 셀(120)의 부피 팽창으로 인한 압력 변화량보다 가압챔버(111) 내 가압용 유체의 부피 변화 및 양 변화가 더 작게 되어, 셀(120)의 압력 변화를 충분히 보완하지 못하게 되고, 결국 충분한 셀 성능 개선의 효과를 얻기가 어렵게 된다(초기 성능 및 수명 특성 개선 효과가 미흡함).
반대로, '비교예 2'와 같이 가압용 유체의 유속을 적정 수준에 비해 더 빠르게 할 경우, 실제 셀(120)의 부피 팽창으로 인한 압력 변화량보다 가압챔버(111) 내 가압용 유체의 부피 변화 및 양 변화가 더 크게 되어, 셀(120)에 가해지는 압력이 과도하게 커지게 되고, 결국 셀 단락 등이 초래될 수 있다(쿨롱 효율이 나빠짐).
도 5 내지 도 7은 종래의 전지 및 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전지의 성능을 비교하여 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 각각의 방전 용량(Discharge Capacity)과 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency), 용량 유지율(Retention Capacity)이 비교되고 있으며, 모두 '실시예'의 경우에서 가장 우수함을 나타내고 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 충방전시 발생하는 셀(120)의 부피 변화로 인한 압력 변화를 가압챔버(111) 내 가압용 유체를 이용하여 제어할 수 있게 되고, 그 결과로 셀(120)에 가해지는 압력을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 전고체 전지 시스템에서는 종래의 가압지그를 사용했을 때 발생하는 불균일 가압 분포 문제가 개선될 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 셀(120)에 균일하고 일정한 압력이 가해질 수 있게 됨에 따라 전고체 전지(110)에서의 균일한 전극 반응 및 리튬 증착이 가능해지고, 결국 전지 성능이 개선될 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 충방전 제어기
110 : 전고체 전지
111 : 가압챔버
112 : 측면부
113 : 상면부
114 : 하면부
115 : 지지부
116a, 116b : 단자 플레이트
117a, 117b : 외부 단자
118 : 입구포트
119 : 출구포트
120 : 셀
121a : 음극 단자
121b : 양극 단자
122 : 상태 검출부
123 : 온도센서
124 : 압력센서
125 : 셀 상태 검출부(전압검출부)
130 : 제어부
140 : 온도조절장치
141 : 가열장치(전기식 히터)
142 : 냉각장치
143 : 냉각수 통로
144 : 리저버 탱크
145 : 라디에이터
146 : 쿨링팬
147 : 냉각수 라인
148 : 워터펌프
149 : 밸브장치
150 : 가압장치
151 : 유체저장부(탱크)
152 : 유체공급장치(펌프 또는 압축기)
153 : 입구측 유체라인
154 : 출구측 유체라인
155 : 유체제어장치
156 : 제1 제어밸브
157 : 제1 레귤레이터
158 : 제1 유량계
159 : 제2 제어밸브
160 : 제2 레귤레이터
161 : 제2 유량계

Claims (19)

  1. 가압챔버의 밀폐된 내부공간에 복수 개의 셀이 배치되어 구성되고 상기 가압챔버의 밀폐된 내부공간에 가압용 유체가 채워진 전고체 전지;
    상기 전고체 전지의 상태 정보를 검출하는 상태 검출부;
    상기 상태 검출부에 의해 검출되는 전고체 전지의 상태 정보를 기초로 상기 가압챔버의 내부공간에서 가압용 유체에 의해 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압용 유체에 의해 상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하도록 작동하는 가압장치를 포함하는 전고체 전지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전고체 전지는,
    상기 각 셀이 음극 집전체, 고체전해질층, 양극층, 양극 집전체가 적층된 구성을 가지는 무음극 타입의 전고체 전지인 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 셀은 가압챔버의 내부공간에서 서로 간격을 두고 이격 배치되어 상기 가압용 유체에 의해 등방압으로 가압될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상태 검출부는,
    상기 가압챔버 내 압력을 검출하는 압력센서; 및
    상기 각 셀의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보를 검출하기 위한 셀 상태 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 셀 상태 정보는 상기 각 셀의 전압을 포함하고,
    상기 셀 상태 검출부는 상기 각 셀의 전압을 검출하는 전압검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 상태 검출부는 상기 가압챔버 내 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 가압챔버 내 온도 및 상기 가압챔버 내 압력이 각각 미리 정해진 설정 온도 범위 이내 및 설정 압력 범위 이내인 경우, 상기 각 셀의 충방전이 시작될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 전고체 전지의 온도를 제어하도록 작동하는 온도조절장치를 더 포함하고,
    상기 상태 검출부는 상기 가압챔버 내 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 검출되는 가압챔버 내 온도를 기초로 전고체 전지의 온도를 미리 정해진 설정 온도 범위 이내로 유지하기 위한 제어신호를 더 출력하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 온도조절장치는,
    상기 가압챔버에 설치되어 전고체 전지를 승온시키는 가열장치; 및
    상기 가압챔버에 설치되어 전고체 전지를 냉각하는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호로서, 상기 가압용 유체가 채워진 가압챔버 내 압력을 미리 정해진 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위한 제어신호를 출력하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전고체 전지의 상태 정보는 상기 가압챔버 내 압력 및 상기 각 셀의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 복수 개의 셀에서 충전 중인 셀의 개수와 방전 중인 셀의 개수를 기초로 상기 제어신호를 출력하도록 구비되며,
    상기 가압장치는 상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압챔버에 대한 가압용 유체의 공급 및 배출을 제어하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가압장치는,
    상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양과 함께 상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유속 또는 상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속을 제어하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압장치는,
    상기 가압용 유체가 저장되는 유체저장부;
    상기 유체저장부에 저장된 가압용 유체를 상기 가압챔버의 내부공간에 공급하기 위한 유체공급장치;
    상기 유체공급장치와 가압챔버, 유체저장부 사이를 연결하도록 구비된 유체라인; 및
    상기 유체라인에 설치되고 상기 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 상기 가압챔버에 대한 가압용 유체의 공급 및 배출을 제어하도록 작동하는 유체제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유체라인은 상기 유체공급장치와 가압챔버의 입구포트 사이를 연결하는 입구측 유체라인, 및 상기 가압챔버의 출구포트와 유체저장부 사이를 연결하는 출구측 유체 라인을 포함하고,
    상기 유체제어장치는,
    상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양, 및 상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유속을 제어하기 위해, 상기 입구측 유체라인에 설치된 제1 제어밸브 및 제1 레귤레이터; 그리고
    상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양, 및 상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속을 제어하기 위해, 상기 출구측 유체라인에 설치된 제2 제어밸브 및 제2 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 유체제어장치는,
    상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유량을 검출하도록 상기 입구측 유체라인에 설치되고 상기 제어부에 유량 검출 신호를 입력하도록 구비된 제1 유량계; 및
    상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유량을 검출하도록 상기 출구측 유체라인에 설치되고 상기 제어부에 유량 검출 신호를 입력하도록 구비된 제2 유량계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 전고체 전지의 상태 정보는 상기 가압챔버 내 압력을 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수 개의 셀에 가해지는 압력을 제어하기 위한 제어신호로서,
    상기 가압챔버 내 압력을 미리 정해진 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위한 제어신호를 출력하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전고체 전지의 상태 정보는 상기 각 셀의 충방전 여부를 나타내는 셀 상태 정보를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 가압챔버 내 압력을 상기 설정 압력 범위 이내로 유지하기 위한 제어신호로서,
    상기 가압챔버 내 압력, 및 상기 복수 개의 셀에서 충전 중인 셀의 개수와 방전 중인 셀의 개수를 기초로, 상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양과 함께 상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유속 또는 상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속을 제어하기 위한 제어신호를 출력하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 중인 셀의 개수와 방전 중인 셀의 개수 간 차이인 d 값을 결정하며,
    상기 가압챔버 내 압력이 상기 설정 압력 범위보다 낮은 경우,
    상기 제1 제어밸브를 개방하고,
    상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양과 함께 상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유속을 제어하기 위한 제어신호로서, 상기 입구측 유체라인에 설치된 제1 유량계에 의해 검출되는 유량 정보로부터 얻어지는 유속을 기초로, 상기 가압챔버로 공급되는 가압용 유체의 유속이 상기 d 값에 따라 결정된 유속 범위 이내가 되도록 상기 제1 레귤레이터의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 중인 셀의 개수와 방전 중인 셀의 개수 간 차이인 d 값을 결정하며,
    상기 가압챔버 내 압력이 상기 설정 압력 범위보다 높은 경우,
    상기 제2 제어밸브를 개방하고,
    상기 가압챔버 내 가압용 유체의 양과 함께 상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속을 제어하기 위한 제어신호로서, 상기 출구측 유체라인에 설치된 제2 유량계에 의해 검출되는 유량 정보로부터 얻어지는 유속을 기초로, 상기 가압챔버로부터 배출되는 가압용 유체의 유속이 상기 d 값에 따라 결정된 유속 범위 이내가 되도록 상기 제2 레귤레이터의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하도록 구비된 것을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압용 유체는
    전기전도도가 적어도 10-10 S/cm 미만인 액체 및 기체, -20℃ ~ 70℃의 온도 범위에서 액체 상태 또는 기체 상태를 유지하는 것이면서 전기화학 반응이 발생하지 않는 액체 및 기체, 5V 이상에서도 전기화학 반응이 발생하지 않는 액체 및 기체, 그리고 전기적으로 부도체인 불연성 액체 및 비활성 기체 중에 선택된 것임을 특징으로 하는 전고체 전지 시스템.
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