WO2018080043A1 - 이차 전지 및 그것의 수명 예측 장치 - Google Patents

이차 전지 및 그것의 수명 예측 장치 Download PDF

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최영근
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and an apparatus for predicting life of the secondary battery, and more particularly, to a secondary battery including a plurality of reference electrodes positioned at different distances from an electrode tab, and an apparatus for predicting the life of the secondary battery. It is about.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • the SOH of the secondary battery is information indicating how much more the secondary battery can be used in the future.
  • the user may display the secondary battery as a ratio of the current remaining life to the life at the time of shipment of the secondary battery. You are guided to.
  • the impedance of the secondary battery gradually increases as the secondary battery degrades.
  • the impedance of the secondary battery is a value reflecting the internal ohmic resistance (hereinafter, referred to as an 'AC resistance') of the secondary battery, and is one of the main parameters affecting the SOH.
  • Korean Patent Publication No. 10-2014-0131079 (published date: November 12, 2014), which is a first patent document
  • Korean Patent Publication No. 10-2015 which is a second patent document -0025932 (published: March 11, 2015) has been disclosed.
  • the first patent document is for reducing the impedance measurement error of the secondary battery
  • the second patent document is for estimating the life of the battery even while the battery is being charged.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a secondary battery and a lifespan including the secondary battery configured to consider the change in impedance reflecting the deviation of the degeneration rate according to the distance from the electrode tab of the secondary battery in the life prediction It is an object to provide a prediction device.
  • the life prediction apparatus is a device for predicting the life of a secondary battery including an electrode assembly, a positive electrode tab, a negative electrode tab, a case, and a plurality of reference electrodes.
  • the life prediction apparatus includes: an electrode selector configured to select the specified reference electrodes at least once every predetermined period in response to an electrode selection signal specifying at least two of the plurality of reference electrodes; In the state in which one of the plurality of reference electrodes is selected by the electrode selector, based on an alternating voltage between any one of the positive electrode tab and the negative electrode tab for the alternating current of a predetermined frequency band and the selected reference electrode An impedance measuring unit measuring an impedance associated with the selected reference electrode; And transmitting the electrode selection signal to the electrode selection unit, and predicting the remaining life of the secondary battery based on the measured impedance when the measurement of the impedance associated with each of the designated reference electrodes is completed by the impedance measuring unit. It comprises a control unit configured.
  • the plurality of reference electrodes may include: a first reference electrode having one end of the two ends disposed in the case connected to a first reference position of the separator, and the other end protruding out of the case; And a second reference electrode having one end disposed in the case at both ends thereof connected to a second reference position of the separator different from the first reference position, and the other end protruding out of the case.
  • the impedance measurer may measure a first impedance associated with the first reference electrode when the first reference electrode is selected by the electrode selector and select the second reference electrode by the electrode selector.
  • the second impedance associated with the second reference electrode may be measured.
  • the controller may estimate the remaining life of the secondary battery based on the first impedance and the second impedance.
  • the distance from the first connection position where the positive electrode tab contacts the positive plate to the first reference position may be shorter than the distance from the first connection position to the second reference position.
  • the controller may estimate the remaining life of the secondary battery based on the ratio of the first impedance to the second impedance.
  • the plurality of reference electrodes may further include a third reference electrode configured to have one end of the two ends disposed in the case connected to a third reference position of the separator and the other end to protrude out of the case.
  • the distance from the first connection position to the third reference position is longer than the distance from the first connection position to the first reference position, and the distance from the first connection position to the second reference position. Can be shorter.
  • the controller may transmit an electrode selection signal specifying the selection of the third reference electrode to the electrode selection unit.
  • the battery pack according to another aspect of the present invention may include the life prediction device.
  • a secondary battery includes: an electrode assembly including a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator positioned between the positive electrode plate and the negative electrode plate; A case configured to receive the electrode assembly; A positive electrode tab, one end of which is connected to the positive plate in the case and the other end of which is protruded out of the case; A negative electrode tab, one end of which is connected to the negative electrode plate in the case and the other end of which is protruded out of the case; And a plurality of reference electrodes configured to be spaced apart from the positive electrode tab and the negative electrode tab. Each said reference electrode is comprised so that one end may be connected to the said separator in the said case, and the other end may protrude outside the said case.
  • the case is formed in a region extending in a first direction of the outer periphery of the case, at least a portion of the first sealing up and down contact with a portion between one end and the other end of the positive electrode tab or the negative electrode tab part; And an area extending in a second direction different from the first direction of the outer periphery of the case, wherein at least a part of the area is vertically disposed at a portion between one end and the other end of at least one of the plurality of reference electrodes. It may include; a second sealing portion in contact with.
  • the plurality of reference electrodes may include: a first reference electrode having one end of the two ends disposed in the case connected to a first reference position of the separator; And a second reference electrode having one end disposed in the case at both ends thereof connected to a second reference position of the separator different from the first reference position.
  • the distance from the first connection position where the positive electrode tab contacts the positive plate to the first reference position may be different from the distance from the first connection position to the second reference position.
  • the plurality of reference electrodes may further include a third reference electrode having one end of the two ends disposed in the case connected to a third reference position of the separator.
  • the distance from the first connection position to the third reference position may be different from the distance from the first connection position to the first reference position and the second reference position.
  • a plurality of electrodes disposed at different distances from at least one of the positive electrode tab and the negative electrode tab so as to detect a change in the region-specific impedance of the secondary battery due to heat generated in the electrode tab.
  • a secondary battery having reference electrodes can be provided.
  • the plurality of reference electrodes disposed at different distances from the electrode tab by detecting the impedance to the parts of the different range of the secondary battery, It is possible to provide a life prediction device for more accurately predicting the remaining life of the.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a structure of a rechargeable battery including two reference electrodes according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the secondary battery illustrated in FIG. 1.
  • FIGS. 3 and 4 are views for explaining the difference in the degree of degeneration of each of the secondary batteries by the heat generation of the electrode tab of the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a structure of a rechargeable battery including three reference electrodes according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a functional configuration of an apparatus for predicting life of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an impedance spectrum measured by the life prediction apparatus shown in FIG. 6.
  • control unit> means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a structure of a rechargeable battery 100 including two reference electrodes according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a combined perspective view of the rechargeable battery 100 illustrated in FIG. 1. .
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110, a case 120, an electrode tab 130, a first reference electrode 141, and a second reference electrode 142. do.
  • the electrode assembly 110 includes one or more positive plate, one or more negative plate, and one or more separators.
  • Each positive electrode plate and each negative electrode plate included in the electrode assembly 110 may be configured to have a separator disposed therebetween. That is, the separator may be located between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • the separator may be manufactured in the form of a film, and repeatedly folded in a predetermined shape (eg, zig-zag) to separate each positive electrode plate included in the electrode assembly 110 from each negative electrode plate.
  • the electrode assembly 110 may include a plurality of separators that are separated and disposed one by one between the positive and negative electrode plates sequentially stacked.
  • the electrode assembly 110 may be accommodated in the case 120 in a state in which a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates are alternately stacked with each other, or may be accommodated in the case 120 in which one positive electrode plate and a negative electrode plate are wound. .
  • the positive electrode plate and the negative electrode plate may be collectively referred to as an 'electrode plate'.
  • Each electrode plate included in the electrode assembly 110 is formed as a structure in which an active material slurry is applied to a current collector, and the slurry is typically formed by stirring a granular active material, an auxiliary conductor, a binder, and a plasticizer in a state where a solvent is added. Can be.
  • the at least one positive electrode plate and the at least one negative electrode plate may have non-coating portions N1 and N2, which are areas in which slurry is not applied, and the non-coating portions N1 and N2 protrude from the remaining areas of the positive electrode plate and the negative electrode plate, It may be configured to contact the electrode tab 130 to be described later.
  • the case 120 has a concave inner space, and accommodates the electrode assembly 110 and the electrolyte in the inner space.
  • the case 120 may include an outer insulating layer and an inner adhesive layer of a polymer material, and a metal layer interposed between the outer insulating layer and the inner adhesive layer.
  • aluminum may be used as the material of the metal layer of the case 120, but the present invention is not limited thereto.
  • the case 120 may include an upper pouch 121 and a lower pouch 122.
  • the internal space in which the electrode assembly 110 may be accommodated is formed in both the upper pouch 121 and the lower pouch 122, as shown in FIGS. 1 and 2, or the upper pouch 121 and the lower portion. Only one of the pouch 122 may be formed.
  • the upper pouch 121 and the lower pouch 122 are illustrated to be in contact with each other through a sealing part in a completely separated state, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the upper pouch 121 is manufactured while being connected to the lower pouch 122 through at least one corner, and then joins portions corresponding to the remaining corners to abut each other, thereby sealing the electrode assembly 110 from the outside. It may be configured to.
  • the edge region and the lower pouch 122 formed along the outer periphery of the upper pouch 121 may be bonded to each other (eg, by thermal fusion) such that the inner adhesive layers located in the form facing each other may seal the inner space.
  • each of the positive electrode plate and the negative electrode plate are formed to protrude from the electrode assembly 110 toward the sealing portion of the case 120 as compared with the remaining areas, and the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab ( 132 may be connected.
  • the electrode tab 130 collectively refers to the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132, and is a component that electrically connects the secondary battery 100 to another external battery 100 or another device.
  • the plurality of secondary batteries 100 constituting the battery pack may be electrically connected to each other through a bus bar.
  • the electrode tab 130 may be configured to directly contact the bus bar.
  • the electrode tab 130 since the electrode tab 130 is a component for electrical connection between the inside and the outside of the secondary battery 100, at least a part thereof may be made of an electrically conductive material such as a metal.
  • Each of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 is provided to extend from the inner side of the case 120 to the outer side of the case 120, and at least a portion of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 may be interposed between the sealing portions of the case 120. .
  • the positive electrode tab 131 is configured such that one end is connected to the positive electrode plate in the case 120 and the other end protrudes out of the case 120.
  • one end of the negative electrode tab 132 is connected to the negative electrode plate in the case 120, and the other end thereof is configured to protrude out of the case 120.
  • Each of the uncoated portion N1 of the positive electrode plate and the uncoated portion N2 of the negative electrode plate may be mechanically connected and fixed to one end of each of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 by welding or the like.
  • a point P1 (hereinafter referred to as a “first connection point”) where the non-coating portion N1 of the positive electrode plate and the positive electrode tab 131 contact each other, and a point where the non-coating portion N2 and the negative electrode tab 132 of the negative electrode plate contact each other
  • P2 (hereinafter, referred to as a “second connection point”)
  • heat generated from the first connection point P1 and the second connection point P2 is spread to other regions of the secondary battery 100, and thus the first connection point P1 and / or the second connection point P2. In the area closer to), the deterioration progresses faster and the impedance increases.
  • the reference electrodes 141 and 142 are configured to be spaced apart from the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132. Specifically, each of the reference electrodes 141 and 142 may have one end connected to the separator of the electrode assembly 110 in the case 120, and the other end may protrude out of the case 120.
  • one end of the reference electrodes 141 and 142 may be inserted between any one separator and any one positive electrode plate in the case 120.
  • one end of the reference electrodes 141 and 142 may be inserted between any one separator and any one negative electrode plate in the case 120.
  • the separator to which any one of the plurality of reference electrodes is connected may be different from the separator to which at least one of the remaining reference electrodes is fed.
  • the plurality of reference electrodes may be commonly connected to the same separator.
  • the separator may have a folding or stacking structure along a z-axis direction corresponding to the thickness of the electrode assembly 110, and a plurality of reference electrodes including the first and second reference electrodes 141 and 142 may be z-axis coordinates.
  • the lifetime prediction apparatus 200 which will be described later will describe impedances reflecting the deviation of the degeneration rate in the z-axis direction of the electrode assembly 110 due to the heat generated from the electrode tab 130. It is possible to measure using.
  • one end of the first reference electrode 141 is connected to the first reference position M1 of one of the separators, and one end of the second reference electrode 142 is the second reference of the same separator. Assume that it is connected to the position M2.
  • the y-axis coordinate value of the first reference position M1 is the y-axis of the second reference position M2 based on either one of the first connection position P1 and the second connection position P2. It may be smaller than the coordinate value. In this case, the linear distance from the first connection position P1 to the second reference position M2 is shorter than the linear distance from the first connection position P1 to the first reference position M1.
  • Each reference electrode 141 or 142 may include at least a conductive wire (eg, a copper wire).
  • portions except for a predetermined region from one end of each of the reference electrodes 141 and 142 and a predetermined region from the other end may be coated by an insulating material (eg, enamel).
  • one end of each reference electrode not coated with an insulating material may be coated by a non-aqueous slurry containing LTO (lithium titanium compound).
  • the non-aqueous slurry coating one end of each reference electrode may be a mixture of LTO, conductive material and binder in a predetermined ratio. Accordingly, when the respective reference electrodes 141 and 142 are connected to the separator of the electrode assembly 110, the risk of short circuit can be reduced.
  • a plurality of sealing parts S1 to S4 provided in a form connected to each other along the outer circumference thereof may be formed.
  • the case 120 is along the first sealing portion S1 and the second direction (eg, the direction of the y-axis) formed in an area extending along the first direction (eg, the direction of the x-axis) of the outer circumference. It may include a second sealing portion (S2) formed in the extending area.
  • the x-axis corresponds to the direction in which the width of the secondary battery 100 extends
  • the y-axis corresponds to the direction in which the length of the secondary battery 100 extends
  • the z-axis corresponds to the direction in which the thickness of the secondary battery 100 extends.
  • it may be a direction perpendicular to each other.
  • At least a portion of the first sealing portion S1 is in contact with a portion between one end and the other end of the positive electrode tab 131 and / or the negative electrode tab 132 up and down.
  • the first sealing part S1 is formed at any one corner at which the other ends of the positive electrode tab 131 and / or the negative electrode tab 132 protrude from four corners of the rectangle. Can be formed.
  • the second sealing part S2 is in contact with a portion between one end and the other end of at least one of the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142.
  • 2 illustrates that the other ends of the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142 protrude outwards through the second sealing part S2, but the present invention is not limited thereto.
  • the sealing part may further include a third sealing part S3 and a fourth sealing part S4.
  • the third sealing part S3 may be formed on the opposite side to the first sealing part S1 based on the second sealing part S2.
  • the fourth sealing part S4 may be formed on the opposite side to the third sealing part S3 based on the first sealing part S1. It will be apparent to those skilled in the art that any one of the widths W1 to W4 of the plurality of sealing parts S1 to S4 may be the same as or different from the other.
  • a portion between one end and the other end of at least one of the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142 may be the third sealing portion S3 or the fourth sealing portion S4 instead of the second sealing portion S2. It can be sealed up and down by). That is, if the distance from the first connection point P1 and / or the second connection point P2 to the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142 can be different from each other, the first reference electrode 141 ) And the second reference electrode 142 may be freely changed.
  • 3 and 4 are views for explaining the difference in the degree of degradation of each of the secondary battery 100 by the heat generation of the electrode tab 130 of the secondary battery 100 shown in FIG.
  • 'O' corresponds to the first connection point P1
  • 'X1' corresponds to the first reference position M1
  • 'X2' corresponds to the second reference position M2.
  • the BOL state refers to the beginning of life when the cycle count of the secondary battery 100 is less than a predetermined value.
  • the resistivity at the first reference position M1 may be only a negligible difference from the resistivity at the second reference position M2.
  • the resistivity at the distance X1 corresponding to the first reference position M1 may be significantly greater than the resistivity at the distance X2 corresponding to the second reference position M2. . That is, an increase amount of the specific resistance at the first reference position M1 relatively close to the first connection point P1 among the first reference position M1 and the second reference position M2 is increased by the first connection point P1. It can be confirmed that it is larger than the increase of the specific resistance at the second reference position M2 which is relatively far from.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a structure of a rechargeable battery 100 including three reference electrodes according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the third reference electrode 143 is configured to be spaced apart from the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132.
  • one end of the third reference electrode 143 may be connected to the separator of the electrode assembly 110 in the case 120, and the other end may be configured to protrude out of the case 120.
  • one end of the third reference electrode 143 may be commonly connected to a separator connected to one end of the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142. In this case, one end of the third reference electrodes 143 may be inserted between any one separator and any one positive electrode plate in the case 120. Alternatively, one end of the third reference electrodes 143 may be inserted between any one separator and any one negative electrode plate in the case 120.
  • the third reference position M3, which is a position where one end of the third reference electrode 143 is in contact with the separator, may be different from the first reference electrode 141 and the second reference position M2.
  • one end of the third reference electrode 143 may be connected to a separator different from the separator connected to one end of the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142.
  • the distance from the first connection position P1 to the third reference position M3 is longer than the distance from the first connection point P1 to the first reference position M1, and the first connection point P1. ) May be shorter than the distance from the second reference position M2. That is, the third reference position M3 may be a specific portion between the first reference position M1 and the second reference position M2. For example, when the other ends of each of the first to third reference electrodes 143 protrude to the outside through the second sealing part S2, the third reference electrode 143 is the first reference electrode 141 and the second.
  • the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142 may be parallel to each other between the reference electrodes 142.
  • the secondary battery 100 may further include additional reference electrodes in addition to the first to third reference electrodes 141, 142, and 143.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a functional configuration of an apparatus 200 for predicting life of a secondary battery 100 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is illustrated by the apparatus 200 for predicting life of FIG. 6.
  • the life prediction apparatus 200 may include an electrode selector 210, an impedance measurer 220, and a controller 230.
  • the secondary battery 100 may be included in the life prediction apparatus 200.
  • the life prediction apparatus 200 may further include an information guide unit configured to output the life of the secondary battery 100 predicted by the controller 230 to the user as a visual and / or audio signal.
  • the life prediction apparatus 200 may be included in the battery pack 300 together with at least one secondary battery 100.
  • the battery pack may be included in a power system 400 such as an electric vehicle or an energy storage device.
  • the electrode selector 210 is configured to select at least one of the reference electrodes in response to the electrode select signal transmitted from the controller 230.
  • the electrode selection signal is a signal that designates one or two or more of the plurality of reference electrodes included in the secondary battery.
  • the electrode selection signal may be a signal that simultaneously designates the selection order and / or time interval between the selection time points for two or more designated reference electrodes.
  • the electrode selector 110 may select at least one or more reference electrodes specified by the electrode selection signal most recently transmitted from the controller 230 at predetermined intervals.
  • the electrode selector 210 may include at least one switching element.
  • the electrode selector 210 may include a multiplexer.
  • the impedance measuring unit 220 is configured to measure the impedance between any one of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 (hereinafter referred to as 'reference tab') and the reference electrode selected by the electrode selector 210. do.
  • the impedance measuring unit 220 measures the first impedance associated with the first reference electrode 141 in a state where the first reference electrode 141 is selected by the electrode selecting unit 210, and then the electrode thereafter.
  • the second impedance associated with the second reference electrode 142 may be measured while the second reference electrode 142 is selected by the selector 210.
  • the impedance measuring unit 220 may form a current path electrically connecting the reference tab and the selected reference electrode.
  • the impedance measuring unit 220 applies the alternating current of a predetermined frequency band (for example, 300 kHz to 0.1 Hz) to the reference tap while the one of the reference electrodes is selected by the electrode selector 210, thereby providing the reference tap. And the impedance spectrum between the selected reference electrode can be measured.
  • a predetermined frequency band for example, 300 kHz to 0.1 Hz
  • the impedance measurer 220 may apply an alternating current of a predetermined frequency band to the reference tap while any one of the plurality of reference electrodes is selected by the electrode selector 210. As a response to this alternating current, an alternating voltage may be applied between the reference tab and the selected reference electrode.
  • the impedance measuring unit 220 may measure the AC voltage and measure an impedance (or impedance spectrum) related to the selected reference electrode based on the measured AC voltage and the AC current.
  • the impedance measuring unit 220 may be connected to the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 based on the signal transmitted from the controller 230. Similar to the above-described method, by applying an alternating current and measuring the alternating voltage of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132, the overall impedance of the secondary battery 100 may be measured.
  • the controller 230 may be implemented in hardware such as application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors ( microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors microprocessors
  • the controller 230 transmits an electrode selection signal to at least one of the plurality of reference electrodes to the electrode selector 210 at predetermined intervals.
  • the controller 230 may output an electrode selection signal according to a predetermined rule. For example, the controller 230 may select one of a plurality of reference electrodes at predetermined time intervals, a selection order between two or more selected reference electrodes, and a time interval between selection time points through the electrode selection signal. ) Can be notified.
  • the electrode selection signal output from the controller 230 may vary according to the state of the secondary battery.
  • the controller 230 may output the electrode selection signal after a predetermined time from the time when the charging and discharging of the secondary battery 100 ends. This is to prevent a problem that the measurement accuracy of the impedance is lowered due to the temperature temporarily raised by the charging and discharging of the secondary battery 100.
  • the controller 230 is connected to the first connection point P1 among the plurality of reference electrodes. Only an electrode selection signal for commanding selection of the closest first reference electrode 141 may be periodically output. That is, when the first impedance between the first connection point P1 and the first reference electrode 141 is less than the first reference value, selection of the remaining reference electrodes except for the first reference electrode 141 may be blocked. The reason is that the secondary battery 100 is more likely to be in the EOL state while the first impedance is less than the first reference value, so that unnecessary computation is prevented.
  • the first reference value may be a predetermined value through a preliminary experiment.
  • the controller 230 may additionally output an electrode selection signal for commanding one of the remaining reference electrodes in addition to the first reference electrode 141.
  • the controller 230 outputs an electrode selection signal for designating the second reference electrode 142, so that the first connection point P1 and the second connection point are before and after a time when the first impedance is measured by the impedance measuring unit 220.
  • the second impedance between the reference electrodes 142 may be controlled to be measured.
  • the controller 230 may determine the secondary battery based on the measured impedance. The remaining life of 100 can be predicted.
  • the controller 230 may predict the remaining life of the secondary battery 100 based on the first impedance and the second impedance measured within a predetermined time range. Preferably, the controller 230 may predict the remaining life of the secondary battery 100 based on the ratio of the first impedance to the second impedance.
  • the controller 230 may decrease the predicted value of the remaining life of the secondary battery 100 as the ratio of the first impedance to the second impedance increases. This is because, as the secondary battery 100 degenerates due to the heat generation of the electrode tab 130, the specific resistance of the region relatively close to the electrode tab 130 increases more than the specific resistance of the relatively distant region.
  • the controller 230 may output an electrode selection signal for designating the selection of the third reference electrode 143. Accordingly, the electrode selector 210 may select the first to third reference electrodes 143 according to a predetermined rule.
  • the controller 230 may further determine the secondary battery 100 based on the third impedance.
  • the remaining life can be predicted.
  • the ratio of the first impedance to the second impedance is greater than or equal to the second reference value, it is not necessary to replace the secondary battery 100, but a risk that the remaining life of the secondary battery may abruptly decrease due to heat generation of the electrode tab 130. It may mean that you are in a state. Accordingly, the third impedance corresponding to the first impedance and the second impedance may be additionally used to prepare for a sharp drop in the predicted value of the remaining life of the secondary battery 100.
  • the controller 230 If the ratio of the first impedance to the second impedance is greater than or equal to the third reference value (eg, 0.9) that is greater than the second reference value, the controller 230 outputs an alarm signal notifying that the secondary battery 100 needs to be replaced. can do.
  • the alarm signal output from the controller 230 may be converted into a form that can be recognized by the user through the information guide unit.
  • the second and third reference values may be predetermined values through preliminary experiments similar to the first reference values.
  • impedance spectra of the first reference electrode 141 and the second reference electrode 142 may be checked.
  • the impedance spectrum of the first reference electrode 141 is such that the alternating current applied to the positive electrode tab 131 is changed within a predetermined frequency band while the first reference electrode 141 is selected by the electrode selector 210.
  • the measurement results are shown.
  • the impedance spectrum of the second reference electrode 142 is such that the alternating current applied to the positive electrode tab 131 is changed within a predetermined frequency band while the second reference electrode 142 is selected by the electrode selector 210.
  • the measurement results are shown.
  • the first impedance is RS1 which is a value of the real component of the composite impedance measured at a specific frequency (eg, 1 kHz) within the predetermined frequency band
  • the second impedance is the real component of the composite impedance measured at the specific frequency.
  • the value may be RS2.
  • the controller 230 may monitor the degree of nonuniform degeneration of each of the secondary batteries 100 based on the ratio of RS1 to RS2 to predict the remaining life of the secondary battery 100 or notify the user. .
  • the third impedance is a real component of the comprehensive impedance measured at the specific frequency while the third reference electrode 143 is selected by the electrode selector 210 similarly to the first impedance and the second impedance. It may be a value of.
  • the life prediction apparatus 200 changes an alternating current applied to the negative electrode tab 132 within a predetermined frequency band, and the area between the second connection point P2 and each reference position M1, M2, M3. You can also measure the star impedance spectrum.

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Abstract

본 발명은 이차 전지 및 그것의 수명 예측 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수명 예측 장치는, 전극 조립체, 양극탭, 음극탭, 케이스 및 복수의 기준 전극들을 포함하는 이차 전지의 수명을 예측하기 위한 것이다. 특히, 상기 수명 예측 장치는, 상기 복수의 기준 전극들을 이용하여 상기 이차 전지의 서로 다른 범위의 부분들에 대한 임피던스를 검출함으로써, 이차 전지의 잔여 수명을 예측한다.

Description

이차 전지 및 그것의 수명 예측 장치
본 발명은 이차 전지 및 상기 이차 전지의 수명 예측 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전극탭으로부터 서로 다른 거리에 위치하는 복수의 기준 전극들이 구비되는 이차 전지와 그것의 수명을 예측하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 10월 25일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2016-0139389호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이차 전지를 안전하고 오래 사용하기 위해서는, 이차 전지의 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)를 정확히 검출하는 것이 무엇보다 중요하다. 특히, 이차 전지의 SOH는, 이차 전지를 앞으로 얼마나 더 사용할 수 있는지를 알 수 있는 지표가 되는 정보로서, 일반적으로 이차 전지의 출고 당시의 수명에 대한 현재의 잔여 수명의 비율로 디스플레이 등을 통해 사용자에게 안내된다.
이차 전지의 임피던스는 이차 전지가 퇴화됨에 따라 점차적으로 증가하게 된다. 다시 말해, 이차 전지의 임피던스는 이차 전지의 내부 옴 저항(이하, 'AC 저항'이라고 칭함)이 반영되어 있는 값으로서, SOH에 영향을 끼치는 주요한 파라미터들 중의 하나이다.
이차 전지의 임피던스를 측정하는 기술로서, 제1 특허문헌인 한국 특허공개공보 제10-2014-0131079(공개일자: 2014년 11월 12일) 및 제2 특허문헌인 한국 특허공개공보 제10-2015-0025932호(공개일자: 2015년 3월 11일)이 개시된바 있다. 제1 특허문헌은 이차 전지의 임피던스 측정 오차를 저감하기 위한 것이고, 제2 특허문헌은 배터리의 충전 중에도 배터리의 수명을 추정하는 것이다.
하지만, 상기 제1 및 제2특허문헌을 비롯한 종래 기술들은, 이차 전지가 최초 사용된 시점부터 현재까지 반복적으로 충방전되는 동안 전극탭으로부터 발생하는 열로 인해 이차 전지의 서로 다른 영역들이 불균일하게 퇴화되는 현상을 이차 전지의 수명 예측(즉, SOH의 산출)에 고려하지는 못하고 있다.
보다 구체적으로는, 이차 전지의 충방전이 반복될수록 전극탭의 접촉 저항 등으로 인해 발생한 열은 이차전지에 대해 비가역적인 손상을 누적시키고, 그 결과 전극탭에 상대적으로 가까운 부분은 상대적으로 먼 부분보다 퇴화가 빠르게 진행된다. 따라서, 전극탭으로부터 발생한 열로 의한 이차 전지의 영역별 퇴화 속도의 편차를 고려하지 않고 이차전지의 수명을 예측할 경우, 그 예측의 정확도가 저하될 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이차 전지의 전극탭으로부터의 거리에 따른 퇴화 속도의 편차가 반영된 임피던스의 변화를 수명 예측에 고려할 수 있도록 구성된 이차 전지 및 이를 포함하는 수명 예측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 수명 예측 장치는, 전극 조립체, 양극탭, 음극탭, 케이스 및 복수의 기준 전극들을 포함하는 이차 전지의 수명을 예측하기 위한 장치이다. 상기 수명 예측 장치는, 상기 복수의 기준 전극들 중 적어도 둘을 지정하는 전극 선택 신호에 응답하여, 미리 정해진 주기마다 상기 지정된 기준 전극들을 적어도 한번씩 선택하도록 구성된 전극 선택부; 상기 전극 선택부에 의해 상기 복수의 기준 전극들 중 어느 하나가 선택된 상태에서, 소정 주파수 대역의 교류 전류에 대한 상기 양극탭 및 상기 음극탭 중 어느 하나와 상기 선택된 기준 전극 사이의 교류 전압을 기초로, 상기 선택된 기준 전극에 연관된 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및 상기 전극 선택 신호를 상기 전극 선택부로 전송하고, 상기 임피던스 측정부에 의해 상기 지정된 기준 전극들 각각에 연관된 임피던스의 측정이 완료된 경우, 상기 측정된 임피던스를 기초로 상기 이차 전지의 잔여 수명을 예측하도록 구성된 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 복수의 기준 전극들은, 양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제1 기준 위치에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 제1 기준 전극; 및 양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 제1 기준 위치와는 다른 상기 세퍼레이터의 제2 기준 위치에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 제2 기준 전극;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 임피던스 측정부는, 상기 전극 선택부에 의해 상기 제1 기준 전극이 선택된 경우, 상기 제1 기준 전극에 연관된 제1 임피던스를 측정하고, 상기 전극 선택부에 의해 상기 제2 기준 전극이 선택된 경우, 상기 제2 기준 전극에 연관된 제2 임피던스를 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 임피던스와 상기 제2 임피던스를 기초로, 상기 이차 전지의 잔여 수명을 예측할 수 있다.
또한, 상기 양극탭이 상기 양극판에 접하는 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제2 기준 위치까지의 거리보다 짧을 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 제2 임피던스에 대한 상기 제1 임피던스의 비율을 기초로, 상기 이차 전지의 잔여 수명을 예측할 수 있다.
또한, 상기 복수의 기준 전극들은, 양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제3 기준 위치에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 제3 기준 전극;을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제3 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치까지의 거리보다 길고, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제2 기준 위치까지의 거리보다 짧을 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 제2 임피던스에 대한 상기 제1 임피던스의 비율이 기준값 이상인 경우, 상기 제3 기준 전극의 선택을 지정하는 전극 선택 신호를 상기 전극 선택부에 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 수명 예측 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 이차 전지는, 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판의 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하도록 구성된 케이스; 일단이 상기 케이스 내에서 상기 양극판에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 양극탭; 일단이 상기 케이스 내에서 상기 음극판에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 음극탭; 및 상기 양극탭과 상기 음극탭으로부터 이격되도록 구성된 복수의 기준 전극들;을 포함한다. 상기 각각의 기준 전극은, 일단이 상기 케이스 내에서 상기 세퍼레이터에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된다.
또한, 상기 케이스는, 상기 케이스의 외주연 중 제1 방향을 따라 연장되는 영역에 형성되고, 적어도 일부의 영역이 상기 양극탭 또는 상기 음극탭의 일단과 타단 사이의 일부분에 상하로 접하는 제1 실링부; 및 상기 케이스의 외주연 중 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향을 따라 연장되는 영역에 형성되고, 적어도 일부의 영역이 상기 복수의 기준 전극들 중 적어도 하나의 일단과 타단 사이의 일부분에 상하로 접하는 제2 실링부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 기준 전극들은, 양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제1 기준 위치에 접속되는 제1 기준 전극; 및 양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 제1 기준 위치와는 다른 상기 세퍼레이터의 제2 기준 위치에 접속되는 제2 기준 전극;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극탭이 상기 양극판에 접하는 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제2 기준 위치까지의 거리와는 상이할 수 있다.
또한, 상기 복수의 기준 전극들은, 양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제3 기준 위치에 접속되는 제3 기준 전극;을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제3 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치 및 상기 제2 기준 위치까지의 거리와는 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전극탭에서 발생된 열로 인한 이차 전지의 영역별 임피던스의 변화를 검출할 수 있도록, 양극탭과 음극탭 중 적어도 하나로부터 서로 다른 거리에 배치되는 복수의 기준 전극들을 가지는 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전극탭으로부터 서로 다른 거리차를 두고 배치된 복수의 기준 전극들을 이용하여 이차 전지의 서로 다른 범위의 부분들에 대한 임피던스를 검출함으로써, 이차 전지의 잔여 수명을 보다 정확하게 예측하는 수명 예측 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 기준 전극을 포함하는 이차 전지의 구조를 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차 전지의 결합 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 이차 전지의 전극탭의 발열에 의한 이차 전지의 영역별 퇴화 정도의 차이를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 3개의 기준 전극을 포함하는 이차 전지의 구조를 개략적으로 보여주는 결합 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 수명 예측 장치의 기능 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 수명 예측 장치에 의해 측정되는 임피던스 스펙트럼이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대해 설명하도록 한다. 한편, 상기 제2 특허 문헌 등에 개시된 바와 같이, 배터리의 임피던스를 나타내는 파마리터를 이용하여 배터리의 수명을 추정하는 기술 자체는 이미 공지된 것인바, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 기준 전극을 포함하는 이차 전지(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이차 전지(100)의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차 전지(100)는, 전극 조립체(110), 케이스(120), 전극탭(130) 및 제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 전극(142)을 포함한다.
전극 조립체(110)는, 하나 이상의 양극판, 하나 이상의 음극판 및 하나 이상의 세퍼레이터를 포함한다. 전극 조립체(110)에 포함된 각각의 양극판과 각각의 음극판은 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 세퍼레이터는 양극판과 음극판의 사이마다 위치할 수 있다. 이때, 세퍼레이터는 필름 형태로 제작되어, 소정 형상(예, 지그재그)으로 반복 폴딩됨으로써, 전극 조립체(110)에 포함된 각각의 양극판을 각각의 음극판으로부터 이격시킬 수 있다. 또는, 전극 조립체(110)는, 순차적으로 적층되는 양극판과 음극판 사이마다 하나씩 분리 배치되는 복수의 세퍼레이터를 포함할 수도 있다.
양극판과 음극판은, 세퍼레이터에 의해 물리적으로 이격됨으로써, 상호 간의 단락이 방지될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 상태로 케이스(120)에 수납되거나, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 상태로 케이스(120)에 수납될 수 있다. 양극판과 음극판은 '전극판'이라고 통칭될 수 있다.
전극 조립체(110)에 포함된 각 전극판은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 양극판과 적어도 하나의 음극판에는 슬러리가 도포되지 않는 영역인 무지부(N1, N2)가 존재할 수 있고, 이러한 무지부(N1, N2)는 양극판과 음극판의 나머지 영역으로부터 돌출되어, 후술할 전극탭(130)에 접하도록 구성될 수 있다.
상기 케이스(120)는, 오목한 형태의 내부 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 상기 전극 조립체(110) 및 전해액을 수용한다. 특히, 상기 케이스(120)는 폴리머 재질의 외부 절연층과 내부 접착층, 그리고 외부 절연층과 내부 접착층 사이에 개재된 금속층을 구비할 수 있다. 여기서, 케이스(120)의 금속층의 재질로는 알루미늄이 이용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 케이스(120)는, 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)가 수납될 수 있는 내부 공간은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122) 모두에 형성되거나, 상부 파우치(121) 및 하부 파우치(122) 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.
도 1에는 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)가 서로 완전히 분리된 상태에서 실링부를 통해 접촉하는 구조로 도시되어 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상부 파우치(121)는 하부 파우치(122)와 적어도 하나의 모서리를 통해 연결된 상태로 제작된 후, 나머지 모서리에 대응하는 부분을 서로 맞닿게 결합함으로써, 전극 조립체(110)를 외부로부터 밀폐 가능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 상부 파우치(121)나 하부 파우치(122)에 의해 마련되는 수납 공간에 전극 조립체(110)가 수납되면, 상부 파우치(121)의 외주연을 따라 형성되는 테두리 영역과 하부 파우치(122)의 외주연을 따라 형성되는 테두리 영역은, 상호 대면되는 형태로 내측에 위치한 접착층이 서로 접착(예, 열융착 등에 의해)되어, 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
양극판과 음극판 각각의 무지부(N1, N2)는, 전극 조립체(110)로부터 나머지 영역에 비해 케이스(120)의 실링부를 향하여 돌출된 형태로 연장 형성되며, 각각 양극탭(131)과 음극탭(132)에 접속될 수 있다.
전극탭(130)은, 양극탭(131)과 음극탭(132)을 통칭하는 것으로서, 이차 전지(100)를 외부의 다른 이차 전지(100) 또는 다른 장치와 전기적으로 연결시키는 구성요소이다. 예컨대, 배터리 팩을 구성하는 복수의 이차 전지(100)는 버스바를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있는데, 이 경우 전극탭(130)은 버스바에 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 이처럼 전극탭(130)은 이차 전지(100) 내외부 간 전기적 연결을 위한 구성요소이기 때문에, 적어도 일부가 금속과 같은 전기적 전도성 재질로 구성될 수 있다.
양극탭(131) 및 음극탭(132) 각각은 케이스(120)의 내측에서 케이스(120)의 외측까지 연장되는 형태로 제공되어, 적어도 일부분이 케이스(120)의 실링부 사이에 개재될 수 있다.
구체적으로, 양극탭(131)은, 일단이 케이스(120) 내에서 양극판에 접속되고, 타단이 케이스(120) 외부로 돌출되도록 구성된다. 또한, 음극탭(132)은, 일단이 케이스(120) 내에서 음극판에 접속되고, 타단이 상기 케이스(120) 외부로 돌출되도록 구성된다. 양극판의 무지부(N1)와 음극판의 무지부(N2) 각각은 양극탭(131) 및 음극탭(132) 각각의 일단에 용접 등을 통해 기계적으로 접속 고정될 수 있다. 후술하겠지만, 양극판의 무지부(N1)와 양극탭(131)이 접하는 지점 P1(이하, '제1 접속 지점'이라고 함)과, 음극판의 무지부(N2)와 음극탭(132)이 접하는 지점 P2(이하, '제2 접속 지점'이라고 함)에서는, 이차 전지(100)의 충방전 시 전류가 흐름에 따라, 접촉 저항에 의해 열이 발생한다. 제1 접속 지점(P1)과 제2 접속 지점(P2)으로부터 발생하는 열은 이차 전지(100)의 다른 영역으로 확산되며, 이에 따라 제1 접속 지점(P1) 및/또는 제2 접속 지점(P2)에 가까운 영역일수록 퇴화가 빠르게 진행되어 임피던스의 증가도 커지게 된다.
기준 전극들(141, 142)은 양극탭(131)과 음극탭(132)으로부터 이격되도록 구성된다. 구체적으로, 기준 전극들(141, 142) 각각은, 일단이 케이스(120) 내에서 전극 조립체(110)의 세퍼레이터에 접속될 수 있고, 타단은 케이스(120) 외부로 돌출되도록 구성된다.
이때, 기준 전극들(141, 142)의 일단은 케이스(120) 내에서 어느 한 세퍼레이터와 어느 한 양극판의 사이에 삽입될 수 있다. 또는, 기준 전극들(141, 142)의 일단은 케이스(120) 내에서 어느 한 세퍼레이터와 어느 한 음극판의 사이에 삽입될 수 있다.
전극 조립체(110)에 복수의 세퍼레이터가 포함된 경우, 복수의 기준 전극들 중 어느 하나가 접속된 세퍼레이터는, 나머지 기준 전극들 중 적어도 하나가 섭속된 세퍼레이터와는 다를 수 있다. 또는, 복수의 기준 전극들은 동일한 세퍼레이터에 공통적으로 접속될 수도 있다.
세퍼레이터는 전극 조립체(110)의 두께에 대응하는 z축 방향을 따라 폴딩 또는 적층 구조를 가질 수 있는바, 제1 및 제2 기준 전극(141, 142)을 포함하는 복수의 기준 전극들이 z축 좌표값이 다른 세퍼레이터의 여러 지점에 분산 접속되는 경우, 전극탭(130)에서 발생하는 열로 인한 전극 조립체(110)의 z축 방향의 퇴화 속도의 편차가 반영된 임피던스를 후술할 수명 예측 장치(200)를 이용하여 측정하는 것이 가능하다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 기준 전극(141)의 일단은 어느 한 세퍼레이터의 제1 기준 위치(M1)에 접속되고, 제2 기준 전극(142)의 일단은 동일 세퍼레이터의 제2 기준 위치(M2)에 접속되는 것으로 가정한다.
도시된 바와 같이, 제1 접속 위치(P1) 및 제2 접속 위치(P2) 중 어느 하나를 기준으로, 제1 기준 위치(M1)의 y축 좌표값은 제2 기준 위치(M2)의 y축 좌표값보다 작을 수 있다. 이 경우, 제1 접속 위치(P1)로부터 제2 기준 위치(M2)까지의 직선 거리는 제1 접속 위치(P1)로부터 제1 기준 위치(M1)까지의 직선 거리보다 짧다.
각 기준 전극(141, 142)은 적어도 도전성 와이어(예, 구리선)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 각 기준 전극(141, 142)의 일단으로부터 소정 영역과 타단으로부터 소정 영역을 제외한 부분은 절연 물질(예, 애나멜)에 의해 코팅될 수 있다. 또한, 절연 물질에 의해 코팅되지 않은 각 기준 전극의 일단은 LTO(리튬티타늄화합물)가 포함된 비수계 슬러리에 의해 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 각 기준 전극의 일단을 코팅하는 비수계 슬러리는 LTO, 도전재 및 바인더를 소정 비율로 혼합한 것일 수 있다. 이에 따라, 각 기준 전극(141, 142)이 전극 조립체(110)의 세퍼레이터에 접속하는 경우, 단락 위험을 저감할 수 있다.
도 2를 참조하면, 케이스(120)에는, 그 외주연을 따라 서로 연결되는 형태로 제공되는 복수의 실링부(S1~S4)가 형성될 수 있다. 상세하게는, 케이스(120)는 외주연 중 제1 방향(예, x축의 방향)을 따라 연장되는 영역에 형성되는 제1 실링부(S1) 및 제2 방향(예, y축의 방향)을 따라 연장되는 영역에 형성되는 제2 실링부(S2)를 포함할 수 있다. 예컨대, x축은 이차 전지(100)의 폭이 연장되는 방향에 대응되고, y축은 이차 전지(100)의 길이가 연장되는 방향에 대응되며, z축은 이차 전지(100)의 두께가 연장되는 방향에 대응되는 것으로서, 서로 직각을 이루는 방향일 수 있다.
제1 실링부(S1)는, 적어도 일부의 영역이 양극탭(131) 및/또는 음극탭(132)의 일단과 타단 사이의 일부분에 상하로 접한다. 예컨대, 케이스(120)의 외주연이 직사각형인 경우, 직사각형의 4개 모서리 중 양극탭(131) 및/또는 음극탭(132)의 타단이 돌출되는 어느 하나의 모서리에 제1 실링부(S1)가 형성될 수 있다.
또한, 제2 실링부(S2)는, 적어도 일부의 영역이 제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 전극(142) 중 적어도 하나의 일단과 타단 사이의 일부분에 상하로 접한다. 도 2에는 제1 기준 전극(141)과 제2 기준 전극(142)의 타단이 모두 제2 실링부(S2)를 통해 외부로 돌출되는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스(120)의 형태에 따라, 실링부는 제3 실링부(S3) 및 제4 실링부(S4)를 더 포함할 수 있다. 제3 실링부(S3)는 제2 실링부(S2)를 기준으로 제1 실링부(S1)와 반대편에 형성될 수 있다. 또한, 제4 실링부(S4)는 제1 실링부(S1)를 기준으로 제3 실링부(S3)와 반대편에 형성될 수 있다. 전술한 복수의 실링부들(S1~S4)의 폭(W1~W4) 중 어느 하나는 다른 하나와는 같거나 다를 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이때, 제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 전극(142) 중 적어도 하나의 일단과 타단 사이의 일부분은 제2 실링부(S2) 대신 제3 실링부(S3) 또는 제4 실링부(S4)에 의해 상하로 밀봉될 수 있다. 즉, 제1 접속 지점(P1) 및/또는 제2 접속 지점(P2)으로부터 제1 기준 전극(141)과 제2 기준 전극(142)까지의 거리가 서로 다를 수만 있다면, 제1 기준 전극(141)과 제2 기준 전극(142)이 배치되는 위치는 자유롭게 변경될 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 이차 전지(100)의 전극탭(130)의 발열에 의한 이차 전지(100)의 영역별 퇴화 정도의 차이를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3 및 도 4에서, 'O'는 제1 접속 지점(P1)에 대응되고, 'X1'은 제1 기준 위치(M1)에 대응되며, 'X2'는 제2 기준 위치(M2)에 대응된다.
도 3은 이차 전지(100)가 BOL 상태에 있을 때, 제1 접속 지점(P1)으로부터의 거리별 비저항을 예시한다. BOL 상태란, 이차 전지(100)의 사이클 카운트가 미리 정해진 수치 미만인 수명 초기를 의미한다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기준 위치(M1)에서의 비저항은 제2 기준 위치(M2)에서의 비저항과 무시할 수 있을 정도의 차이만이 있을 수 있다.
도 4는 이차 전지(100)가 EOL 상태에 있을 때, 제1 접속 지점(P1)으로부터의 거리별 비저항을 예시한다. EOL 상태란, 이차 전지(100)의 수명 말기를 의미한다. 이 경우, BOL과는 대조적으로, 전극탭(130)에서 발생한 열에 의해 더 이상 무시할 수 없을 정도의 퇴화가 이미 진행된 상태이다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 기준 위치(M1)에 대응하는 거리(X1)에서의 비저항은 제2 기준 위치(M2)에 대응하는 거리(X2)에서의 비저항보다 현저히 커질 수 있다. 즉, 제1 기준 위치(M1) 및 제2 기준 위치(M2) 중, 제1 접속 지점(P1)에 상대적으로 가까운 제1 기준 위치(M1)에서의 비저항의 증가량이 제1 접속 지점(P1)에 상대적으로 먼 제2 기준 위치(M2)에서의 비저항의 증가량보다 크다는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 3개의 기준 전극을 포함하는 이차 전지(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 결합 사시도이다.
도 5를 참조하면, 도 4와 비교할 때, 이차 전지(100)에 제3 기준 전극(143)이 추가된 점만 상이하며, 그 외의 구성 요소에 대한 설명은 공통된다.
제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 전극(142)과 마찬가지로, 제3 기준 전극(143)은 양극탭(131)과 음극탭(132)으로부터 이격되도록 구성된다. 또한, 제3 기준 전극(143)은 일단이 케이스(120) 내에서 전극 조립체(110)의 세퍼레이터에 접속될 수 있고, 타단은 케이스(120) 외부로 돌출되도록 구성된다.
이 경우, 제3 기준 전극(143)의 일단은, 제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 전극(142)의 일단에 접속된 세퍼레이터에 공통 접속될 수 있다. 이때, 제3 기준 전극들(143)의 일단은 케이스(120) 내에서 어느 한 세퍼레이터와 어느 한 양극판의 사이에 삽입될 수 있다. 또는, 제3 기준 전극들(143)의 일단은 케이스(120) 내에서 어느 한 세퍼레이터와 어느 한 음극판의 사이에 삽입될 수 있다.
바람직하게는, 제3 기준 전극(143)의 일단이 세퍼레이터에 접하는 위치인 제3 기준 위치(M3)는, 제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 위치(M2)와는 상이할 수 있다.
또는, 제3 기준 전극(143)의 일단은, 제1 기준 전극(141) 및 제2 기준 전극(142)의 일단에 접속된 세퍼레이터와는 다른 세퍼레이터에 접속될 수도 있다.
바람직하게는, 제1 접속 위치(P1)로부터 제3 기준 위치(M3)까지의 거리는, 제1 접속 지점(P1)로부터 제1 기준 위치(M1)까지의 거리보다 길고, 제1 접속 지점(P1)로부터 제2 기준 위치(M2)까지의 거리보다 짧을 수 있다. 즉, 제3 기준 위치(M3)는 제1 기준 위치(M1)와 제2 기준 위치(M2)의 사이의 특정 부분일 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 기준 전극(143) 각각의 타단이 모두 제2 실링부(S2)를 통해 외부로 돌출되는 경우, 제3 기준 전극(143)은 제1 기준 전극(141)과 제2 기준 전극(142)의 사이에서 제1 기준 전극(141)과 제2 기준 전극(142)과 나란하게 배치될 수 있다.
물론, 이차 전지(100)는 제1 내지 제3 기준 전극(141, 142, 143) 외에 추가적인 기준 전극을 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 수명 예측 장치(200)의 기능 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 7은 도 6에 도시된 수명 예측 장치(200)에 의해 측정되는 임피던스 스펙트럼이다.
도 6을 참조하면, 수명 예측 장치(200)는 전극 선택부(210), 임피던스 측정부(220) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. 구현예에 따라, 이차 전지(100)는 수명 예측 장치(200)에 포함될 수 있다. 경우에 따라, 수명 예측 장치(200)는 제어부(230)에 의해 예측되는 이차 전지(100)의 수명을 시각적 및/또는 청각적인 신호로 사용자에게 출력하는 정보 안내부를 더 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 수명 예측 장치(200)는, 적어도 하나의 이차 전지(100)와 함께 배터리 팩(300)에 포함될 수 있다. 상기 배터리 팩은 전기 자동차나 에너지 저장 장치와 같은 전력 시스템(400)에 포함될 수 있다.
전극 선택부(210)는 제어부(230)로부터 전송된 전극 선택 신호에 응답하여, 기준 전극들 중 적어도 하나를 선택하도록 구성된다. 상기 전극 선택 신호는, 이차 전지에 포함된 복수의 기준 전극들 중 하나 또는 둘 이상을 지정하는 신호이다. 이때, 상기 전극 선택 신호는, 지정된 둘 이상의 기준 전극들에 대한 선택 순서 및/또는 선택 시점 간의 시간 간격을 함께 지정하는 신호일 수 있다. 전극 선택부(110)는 미리 정해진 주기마다 가장 최근에 제어부(230)로부터 전송된 전극 선택 신호에 의해 지정된 둘 이상의 기준 전극들을 적어도 한번씩 선택할 수 있다.
이러한 전극 선택부(210)는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 예컨대, 전극 선택부(210)는 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
임피던스 측정부(220)는 양극탭(131) 및 음극탭(132) 중 어느 하나(이하, '기준탭'이라고 칭함)와 전극 선택부(210)에 의해 선택된 기준 전극 사이의 임피던스를 측정하도록 구성된다.
예를 들어, 임피던스 측정부(220)는, 전극 선택부(210)에 의해 제1 기준 전극(141)이 선택된 상태에서 제1 기준 전극(141)에 연관된 제1 임피던스를 측정하고, 그 이후 전극 선택부(210)에 의해 제2 기준 전극(142)이 선택된 상태에서 제2 기준 전극(142)에 연관된 제2 임피던스를 측정할 수 있다.
전극 선택부(210)에 의해 어느 한 기준 전극이 선택된 경우, 임피던스 측정부(220)는 기준탭과 상기 선택된 기준 전극을 전기적으로 연결하는 전류 경로를 형성할 수 있다.
임피던스 측정부(220)는, 전극 선택부(210)에 의해 어느 하나의 기준 전극이 선택된 상태에서, 기준탭으로 미리 정해진 주파수 대역(예, 300kHz~0.1Hz)의 교류 전류를 인가함으로써, 기준탭과 상기 선택된 기준 전극 사이의 임피던스 스펙트럼을 측정할 수 있다.
상세하게는, 임피던스 측정부(220)는 전극 선택부(210)에 의해 복수의 기준 전극들 중 어느 하나가 선택된 상태에서, 소정 주파수 대역의 교류 전류를 기준탭에 인가할 수 있다. 이러한 교류 전류에 대한 응답으로서, 기준탭과 상기 선택된 기준 전극 사이에는 교류 전압이 인가될 수 있다. 임피던스 측정부(220)는 상기 교류 전압을 측정하고, 측정된 교류 전압과 상기 교류 전류를 기초로, 상기 선택된 기준 전극에 연관된 임피던스(또는 임피던스 스펙트럼)을 측정할 수 있다.
또한, 전극 선택부(210)에 의해 어느 기준 전극도 선택되지 않은 경우, 임피던스 측정부(220)는 제어부(230)로부터 전송되는 신호를 기초로, 양극탭(131)과 음극탭(132)에 전술한 방식과 유사하게 교류 전류를 인가하고, 양극탭(131)과 음극탭(132)의 교류 전압을 측정함으로써, 이차 전지(100)의 전체적인 임피던스를 측정할 수도 있다.
제어부(230)는 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(230)는 미리 정해진 주기마다 복수의 기준 전극들 중 적어도 어느 하나를 지정하는 전극 선택 신호를 전극 선택부(210)로 전송한다. 이때, 제어부(230)는 미리 정해진 규칙에 따라, 전극 선택 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 제어부(230)는 상기 전극 선택 신호를 통해 소정 시간 간격마다 복수의 기준 전극들 중 어느 것을 선택할지 및 선택된 둘 이상의 기준 전극들 간의 선택 순서와 선택 시점 간의 시간 간격 등을 전극 선택부(210)에게 통지할 수 있다. 이때, 제어부(230)가 출력하는 상기 전극 선택 신호는 이차 전지의 상태에 따라 달라질 수 있다.
바람직하게는, 제어부(230)는 이차 전지(100)의 충방전이 마지막으로 종료된 시점부터 소정 시간 후에 전극 선택 신호를 출력할 수 있다. 이는, 이차 전지(100)의 충방전에 의해 일시적으로 상승한 온도로 인해, 임피던스의 측정 정확도가 저하되는 문제를 방지하기 위함이다.
제어부(230)는 제1 기준 전극(141)이 선택되었을 때 임피던스 측정부(220)에 의해 측정된 제1 임피던스가 제1 기준값 미만인 경우, 복수의 기준 전극들 중 제1 접속 지점(P1)에 가장 가까운 제1 기준 전극(141)의 선택을 명령하는 전극 선택 신호만을 주기적으로 출력할 수 있다. 즉, 제1 접속 지점(P1)과 제1 기준 전극(141) 사이의 제1 임피던스가 제1 기준값 미만인 경우에는, 제1 기준 전극(141)을 제외한 나머지 기준 전극의 선택을 차단할 수 있다. 그 이유는, 제1 임피던스가 제1 기준값 미만인 동안에는, 이차 전지(100)가 EOL 상태에 있을 가능성이 높이므로, 불필요한 연산을 방지하기 위함이다. 제1 기준값은 사전 실험을 통해 미리 정해진 값일 수 있다.
만약, 제어부(230)는 제1 임피던스가 제1 기준값 이상인 경우, 제1 기준 전극(141) 외에 나머지 기준 전극 중 어느 하나의 선택을 명령하는 전극 선택 신호를 추가적으로 출력할 수 있다. 예컨대, 제어부(230)는 제2 기준 전극(142)를 지정하는 전극 선택 신호를 출력함으로써, 임피던스 측정부(220)에 의해 제1 임피던스가 측정되는 시점 전후로 제1 접속 지점(P1)과 제2 기준 전극(142) 사이의 제2 임피던스가 측정되도록 제어할 수 있다.
제어부(230)로부터 가장 마지막으로 전송된 전극 선택 신호에 의해 지정된 기준 전극들 각각에 연관된 임피던스의 측정이 임피던스 측정부(220)에 의해 완료된 경우, 제어부(230)는 측정 완료된 임피던스를 기초로 이차 전지(100)의 잔여 수명을 예측할 수 있다.
제어부(230)는 미리 정해진 시간 범위 내에서 측정된 제1 임피던스와 제2 임피던스를 기초로, 이차 전지(100)의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(230)는 제2 임피던스에 대한 제1 임피던스의 비율을 기초로, 이차 전지(100)의 잔여 수명을 예측할 수 있다.
일 예로, 제어부(230)는 제2 임피던스에 대한 제1 임피던스의 비율이 증가할수록 이차 전지(100)의 잔여 수명의 예측치를 감소시킬 수 있다. 그 이유는, 전극탭(130)의 발열에 의한 이차 전지(100)의 퇴화가 진행될수록, 전극탭(130)에 상대적으로 가까운 영역의 비저항이 상대적으로 먼 영역의 비저항보다 크게 증가하기 때문이다.
만약, 제2 임피던스에 대한 제1 임피던스의 비율이 제2 기준값(예, 0.5) 이상인 경우, 제어부(230)는 제3 기준 전극(143)의 선택을 지정하는 전극 선택 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 전극 선택부(210)는 제1 내지 제3 기준 전극(143)을 미리 정해진 규칙에 따라 선택할 수 있다.
임피던스 측정부(220)에 의해 제1 접속 지점(P1)과 제3 기준 위치(M3) 사이의 제3 임피던스가 측정되면, 제어부(230)는 제3 임피던스를 더 기초로 이차 전지(100)의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 제2 임피던스에 대한 제1 임피던스의 비율이 제2 기준값 이상이라는 것은, 이차 전지(100)를 교체할 필요까지는 없으나, 전극탭(130)의 발열로 인해 이차전지의 잔여 수명이 급격히 줄어들 수 있는 위험 상태에 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 제1 임피던스와 제2 임피던스의 사이에 해당하는 제3 임피던스를 추가적으로 활용하여 이차 전지(100)의 잔여 수명의 예측치의 급격한 저하에 대비할 수 있다.
만약, 제2 임피던스에 대한 제1 임피던스의 비율이 제2 기준값보다 큰 제3 기준값(예, 0.9) 이상인 경우, 제어부(230)는 이차 전지(100)의 교체가 필요함을 통지하는 알람 신호를 출력할 수 있다. 제어부(230)로부터 출력된 알람 신호는 상기 정보 안내부를 통해 사용자가 인지할 수 있는 형태로 변환될 수 있다. 제2 및 제3 기준값은 제1 기준값과 유사하게 사전 실험을 통해 미리 정해진 값일 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 기준 전극(141)과 제2 기준 전극(142)에 대한 임피던스 스펙트럼을 확인할 수 있다. 제1 기준 전극(141)에 대한 임피던스 스펙트럼은, 전극 선택부(210)에 의해 제1 기준 전극(141)이 선택된 상태에서, 양극탭(131)에 인가되는 교류 전류를 소정 주파수 대역 내에서 변화시키면서 측정한 결과를 나타낸다. 제2 기준 전극(142)에 대한 임피던스 스펙트럼은, 전극 선택부(210)에 의해 제2 기준 전극(142)이 선택된 상태에서, 양극탭(131)에 인가되는 교류 전류를 소정 주파수 대역 내에서 변화시키면서 측정한 결과를 나타낸다.
이때, 도 7에서 제1 임피던스는 상기 소정 주파수 대역 내의 특정 주파수(예, 1kHz)에서 측정되는 종합 임피던스의 실수 성분의 값인 RS1이고, 제2 임피던스는 상기 특정 주파수에서 측정되는 종합 임피던스의 실수 성분의 값인 RS2일 수 있다.
제어부(230)는 RS2에 대한 RS1의 비율을 기초로, 이차 전지(100)의 영역별 불균일한 퇴화의 정도를 모니터링하여, 이차 전지(100)의 잔여 수명을 예측하거나, 사용자에게 통지할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제3 임피던스는, 제1 임피던스 및 제2 임피던스와 유사하게 전극 선택부(210)에 의해 제3 기준 전극(143)이 선택된 상태에서, 상기 특정 주파수에서 측정되는 종합 임피던스의 실수 성분의 값일 수 있다.
한편, 도 3, 도 4 및 도 7와 관련된 실시예들에 대하여 제1 접속 지점(P1) 및 제2 접속 지점(P2) 중 제1 접속 지점(P1)을 중심으로 설명하였으나, 제2 접속 지점(P2)에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 수명 예측 장치(200)는 음극탭(132)에 인가되는 교류 전류를 소정 주파수 대역 내에서 변화시키면서 제2 접속 지점(P2)과 각 기준 위치(M1, M2, M3) 사이의 영역별 임피던스 스펙트럼을 측정할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 전극 조립체, 양극탭, 음극탭, 케이스 및 복수의 기준 전극들을 포함하는 이차 전지의 수명을 예측하기 위한 장치에 있어서,
    상기 복수의 기준 전극들 중 적어도 둘을 지정하는 전극 선택 신호에 응답하여, 미리 정해진 주기마다 상기 지정된 기준 전극들을 적어도 한번씩 선택하도록 구성된 전극 선택부;
    상기 전극 선택부에 의해 상기 복수의 기준 전극들 중 어느 하나가 선택된 상태에서, 소정 주파수 대역의 교류 전류에 대한 상기 양극탭 및 상기 음극탭 중 어느 하나와 상기 선택된 기준 전극 사이의 교류 전압을 기초로, 상기 선택된 기준 전극에 연관된 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및
    상기 전극 선택 신호를 상기 전극 선택부로 전송하고, 상기 임피던스 측정부에 의해 상기 지정된 기준 전극들 각각에 연관된 임피던스의 측정이 완료된 경우, 상기 측정된 임피던스를 기초로 상기 이차 전지의 잔여 수명을 예측하도록 구성된 제어부;
    를 포함하는, 이차 전지의 수명 예측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기준 전극들은,
    양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제1 기준 위치에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 제1 기준 전극; 및
    양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 제1 기준 위치와는 다른 상기 세퍼레이터의 제2 기준 위치에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 제2 기준 전극;을 포함하는, 이차 전지의 수명 예측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는,
    상기 전극 선택부에 의해 상기 제1 기준 전극이 선택된 경우, 상기 제1 기준 전극에 연관된 제1 임피던스를 측정하고,
    상기 전극 선택부에 의해 상기 제2 기준 전극이 선택된 경우, 상기 제2 기준 전극에 연관된 제2 임피던스를 측정하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 임피던스와 상기 제2 임피던스를 기초로, 상기 이차 전지의 잔여 수명을 예측하는, 이차 전지의 수명 예측 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극탭이 상기 양극판에 접하는 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제2 기준 위치까지의 거리보다 짧고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 임피던스에 대한 상기 제1 임피던스의 비율을 기초로, 상기 이차 전지의 잔여 수명을 예측하는, 이차 전지의 수명 예측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 기준 전극들은,
    양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제3 기준 위치에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 제3 기준 전극;을 더 포함하되,
    상기 제1 접속 위치로부터 상기 제3 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치까지의 거리보다 길고, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제2 기준 위치까지의 거리보다 짧으며,
    상기 제어부는,
    상기 제2 임피던스에 대한 상기 제1 임피던스의 비율이 기준값 이상인 경우, 상기 제3 기준 전극의 선택을 지정하는 전극 선택 신호를 상기 전극 선택부에 전송하는, 이차 전지의 수명 예측 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 수명 예측 장치;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  7. 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판의 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하도록 구성된 케이스;
    일단이 상기 케이스 내에서 상기 양극판에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 양극탭;
    일단이 상기 케이스 내에서 상기 음극판에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성된 음극탭; 및
    상기 양극탭과 상기 음극탭으로부터 이격되도록 구성된 복수의 기준 전극들;을 포함하되,
    상기 각각의 기준 전극은,
    일단이 상기 케이스 내에서 상기 세퍼레이터에 접속되고, 타단이 상기 케이스 외부로 돌출되도록 구성되는, 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 케이스의 외주연 중 제1 방향을 따라 연장되는 영역에 형성되고, 적어도 일부의 영역이 상기 양극탭 또는 상기 음극탭의 일단과 타단 사이의 일부분에 상하로 접하는 제1 실링부; 및
    상기 케이스의 외주연 중 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향을 따라 연장되는 영역에 형성되고, 적어도 일부의 영역이 상기 복수의 기준 전극들 중 적어도 하나의 일단과 타단 사이의 일부분에 상하로 접하는 제2 실링부;를 포함하는, 이차 전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 기준 전극들은,
    양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제1 기준 위치에 접속되는 제1 기준 전극; 및
    양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 제1 기준 위치와는 다른 상기 세퍼레이터의 제2 기준 위치에 접속되는 제2 기준 전극;을 포함하는, 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양극탭이 상기 양극판에 접하는 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제2 기준 위치까지의 거리와는 상이한, 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 기준 전극들은,
    양단 중 상기 케이스 내에 배치되는 일단이 상기 세퍼레이터의 제3 기준 위치에 접속되는 제3 기준 전극;을 더 포함하고,
    상기 제1 접속 위치로부터 상기 제3 기준 위치까지의 거리는, 상기 제1 접속 위치로부터 상기 제1 기준 위치 및 상기 제2 기준 위치까지의 거리와는 상이한, 이차 전지.
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