WO2021201354A1 - 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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오기용
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중앙대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a battery life management technology, and more particularly, an electrochemical battery life through excitation of an optimal synthetic surface pressure that allows the battery life to be managed by applying an optimal synthetic surface pressure according to the characteristic information of the electrochemical battery to the battery. It relates to a management system and method.
  • the electrochemical battery impedance is a function of frequency, and each frequency is related to the anode, cathode, and separator, which are various key components constituting the battery, the performance of the battery is also correlated with the frequency and amplitude of the applied mechanical pressure. It can be inferred that there is
  • the present invention has been proposed in consideration of the above matters, and the purpose of the present invention is to allow the lifespan of the electrochemical battery to be managed by applying the optimal synthetic surface pressure according to the characteristic information of the electrochemical battery to the electrochemical battery. .
  • Another object of the present invention is to enable precise excitation of surface pressures of various frequencies and sizes in an electrochemical battery by using a small-volume and ultra-precise controllable piezoelectric element as a pressure excitation driver.
  • Another object of the present invention is to enable optimum pressure application to an electrochemical battery at all times.
  • an object of the present invention is to improve the lifespan of an electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude according to the correlation analysis of low-frequency and high-frequency pressure.
  • Another object of the present invention is to keep the optimum pressure applied to the electrochemical battery constant.
  • the electrochemical battery life management system through the optimal synthetic surface pressure excitation is the characteristic information of the electrochemical battery due to the temperature, charging, discharging or cycle deterioration of the electrochemical battery.
  • a battery characteristic information measuring unit that measures It may be characterized in that it includes a portion.
  • the characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery.
  • the synthesized surface pressure is a high frequency surface pressure that determines the optimum frequency and amplitude of the synthesized surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the measured characteristic information of the electrochemical battery, and a negative pressure is applied to the piezoelectric element of the electrochemical battery It may be characterized in that the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery, including the low-frequency surface pressure for controlling the piezoelectric element to do so.
  • the composite surface pressure may further include an ultra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery.
  • the high frequency surface pressure is the optimum frequency associated with the positive and negative impedance of the electrochemical battery from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressure of various ultrasonic frequencies and amplitudes according to the measured impedance characteristics of the electrochemical battery to the electrochemical battery. and determining the amplitude.
  • the low frequency surface pressure may be characterized by controlling the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element when charging or discharging the electrochemical battery.
  • the electrochemical battery life management method through the optimal synthetic surface pressure excitation is the method for managing the life of the electrochemical battery by the temperature, charging, discharging or cycle deterioration of the electrochemical battery in the battery characteristic information measurement unit.
  • the battery characteristic information measurement step of measuring the characteristic information of the electrochemical battery, the synthesized surface pressure including the high frequency surface pressure and the low frequency surface pressure by determining the optimal frequency and amplitude based on the measured characteristic information of the electrochemical battery in the synthetic surface pressure applying unit It may be characterized in that it comprises the step of applying a synthetic surface pressure applied to the electrochemical battery.
  • the characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery.
  • the synthesized surface pressure is a high frequency surface pressure that determines the optimum frequency and amplitude of the synthesized surface pressure according to the impedance characteristics and deterioration characteristics of the electrochemical battery among the measured characteristic information of the electrochemical battery, and a negative pressure is applied to the piezoelectric element of the electrochemical battery It may be characterized in that the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery, including the low-frequency surface pressure for controlling the piezoelectric element to do so.
  • the composite surface pressure may further include an ultra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery.
  • the high frequency surface pressure is the optimum frequency associated with the positive and negative impedance of the electrochemical battery from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressure of various ultrasonic frequencies and amplitudes according to the measured impedance characteristics of the electrochemical battery to the electrochemical battery. and determining the amplitude.
  • the low frequency surface pressure may be characterized by controlling the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element when charging or discharging the electrochemical battery.
  • the present invention has the effect of managing the life of the electrochemical battery by applying an optimal synthetic surface pressure according to the characteristic information of the electrochemical battery to the electrochemical battery.
  • the present invention has an effect that can precisely excite the surface pressure of various frequencies and sizes to the electrochemical battery by using a small volume and ultra-precise controllable piezoelectric element as a pressure excitation driver.
  • the present invention has the effect that it is possible to always apply the optimum pressure to the electrochemical battery.
  • the present invention has the effect of improving the lifespan of the electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude according to the correlation analysis of the low frequency and high frequency pressure.
  • the present invention has an effect that the optimum pressure applied to the electrochemical battery can be constantly maintained.
  • FIG. 1 is a view showing deterioration test results and EIS measurement results under different static load conditions for analyzing deterioration of a general static load and an electrochemical battery.
  • FIG. 2 is a view showing an ultrasonic experimental setting capable of applying various dynamic pressures in order to observe a change in a general battery, and a view showing the experimental result (EIS measurement result) thereof.
  • FIG. 3 is a view showing a result of a battery volume/pressure change and an EIS measurement result during a general deterioration test.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing an electrochemical battery life management system through an optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an electrochemical battery life management method through an optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a result of an ultra-low frequency surface pressure control and a result of a low frequency surface pressure control as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the deterioration test results and EIS measurement results under different static load conditions to analyze the general static load and deterioration of the battery.
  • Fig. 1 (a) is a view showing the deterioration test results under three different load conditions
  • Fig. 1 (b) is a view showing the EIS measurement results according to Fig. 1 (a) (under three different load conditions). It is a drawing.
  • the initial static load condition in FIG. 1(a) changes the lifespan by up to 10% or more.
  • the impedance change is the main cause as shown in FIG. 1(b).
  • the change in static pressure in FIG. 1(b) is a change in the real value of impedance, which is a pure resistance (pure resistance section in FIG. 1(b)), and may be referred to as a horizontal distance from the origin to the impedance.
  • the net resistance with static pressure dependence means the net equivalent resistance of the electrolyte contained in the separator and the separator porosity of the battery
  • the proper static pressure is between the two electrodes (cathode, anode) and the separator. It can promote smooth movement of lithium ions between both electrodes by reducing the interfacial resistance of
  • excessive load may reduce the pores of the separator and interfere with the diffusion movement of lithium ions.
  • FIG. 2 is a view showing an ultrasonic experimental setting capable of applying various dynamic pressures in order to observe a change in impedance of a general battery, and a view showing the experimental result (EIS measurement result) thereof.
  • FIG. 2(a) is a view showing an ultrasonic experimental setting capable of applying various dynamic pressures
  • FIG. 2(b) is a view showing the EIS measurement result according to FIG. 2(a).
  • the experimental setting in Fig. 2(a) is an experimental setting for measuring the impedance of an electrochemical battery while excitation of high-frequency pressure using a thin-film ultrasonic piezoelectic actuator in a state where a constant static load is applied to a circular electrochemical battery. It can be said As a result, as shown in FIG. 2(b), the size of the impedance ellipse changes when the ultrasonic pressure is applied, and the elliptical region of the electrochemical battery impedance is the battery positive electrode, negative electrode and negative electrode as shown in FIG. 1(b). It may mean the impedance of SEI between the separators.
  • FIG. 3 is a view showing a result showing a change in battery volume/pressure and an EIS measurement result during a general degradation test.
  • FIG. 3(a) is a result showing the change in battery volume/pressure during the deterioration test
  • FIG. 3(b) is a view showing the EIS measurement result according to FIG. 3(a).
  • the overall thickness of the battery increases as shown in FIG. 3(a).
  • the growth of the electrochemical battery SEI layer causes an increase in the interfacial resistance between the negative electrode and the separator and a decrease in the amount of available lithium ions, which can lead to a continuous increase in impedance and evolution in the entire frequency range as shown in FIG. 3(b). have.
  • the present invention applies an optimal synthetic surface pressure to an electrochemical battery for an electric vehicle to efficiently manage the battery impedance, and to improve the lifespan based on this.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an electrochemical battery life management system through an optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.
  • the electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation largely includes a battery characteristic information measuring unit 100 and a synthetic surface pressure applying unit 200. can do.
  • the battery characteristic information measurement unit 100 may measure characteristic information of the electrochemical battery due to temperature, charging, discharging, or cycle deterioration of the electrochemical battery. This is a component for measuring the characteristic information of the electrochemical battery subject to lifespan management in order to manage the lifespan of the electrochemical battery by applying the optimal synthetic surface pressure to the electrochemical battery in consideration of the characteristic information of the electrochemical battery. .
  • the temperature of the electrochemical battery may be referred to as a temperature in a current driving state.
  • the characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery. This is a characteristic representing the driving state and environmental conditions of the electric vehicle, and it can be said that it is a characteristic necessary to calculate the optimal impedance suitable for the current driving state and the composite surface pressure related to deterioration.
  • the synthesized surface pressure applying unit 200 determines the optimal frequency and amplitude based on the characteristic information of the electrochemical battery measured from the battery characteristic information measuring unit 100, and generates the synthesized surface pressure including the high frequency surface pressure and the low frequency surface pressure. It may be characterized in that it is applied to a chemical battery. This can be said to be a component for applying the optimal synthetic surface pressure to the battery in consideration of the characteristic information of the electrochemical battery.
  • the synthesized surface pressure may include a high frequency surface pressure (Ultrasonic pressure) and a low frequency surface pressure (Low freq. pressure).
  • the high-frequency surface pressure is the surface pressure that determines the optimal frequency and amplitude of the synthesized surface pressure according to the impedance characteristic and deterioration characteristic of the electrochemical battery among the characteristic information of the electrochemical battery measured by the battery characteristic information measuring unit 100 can be done with
  • the low-frequency surface pressure may be a surface pressure that controls the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element of the electrochemical battery. This is a feature to consider the correlation between low and high frequencies in order to improve the lifespan of an electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude.
  • the composite surface pressure of the present invention includes the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure as described above, and the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery.
  • the various high-frequency/low-frequency components can be said to be characteristics related to the impedance of the positive and negative electrodes of the battery.
  • An electrochemical battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. The positive electrode is associated with high frequency, the negative electrode is associated with low frequency, and the porosity of the separator is associated with ultra-low frequency.
  • the composite surface pressure of the present invention may further include an ultra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery. This can be said to be a feature that allows the application of the optimum pressure to the actual electrochemical battery at all times.
  • the high-frequency surface pressure is derived by applying surface pressures of frequencies and amplitudes of various ultrasonic regions according to the impedance characteristics of the electrochemical battery measured by the battery characteristic information measuring unit 100 to the electrochemical battery. It may be characterized in that the optimum frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery are determined from the degradation characteristics. This can be said to be a characteristic for determining the optimal frequency and amplitude of the synthesized surface pressure in consideration of the impedance characteristics of various electrochemical batteries.
  • the optimum frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery may also be referred to as the optimum frequency and amplitude of the pressure due to the piezoelectric element.
  • the low-frequency surface pressure may be characterized in that the piezoelectric element is controlled to apply a negative pressure to the piezoelectric element when the electrochemical battery is charged or discharged. This can be said to be a feature to ensure that the optimum pressure applied to the battery is constantly maintained.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an electrochemical battery life management method through optimal synthetic surface pressure excitation as an embodiment of the present invention.
  • the electrochemical battery life management method through the optimal synthetic surface pressure excitation largely includes a battery characteristic information measurement step (S100) and a synthetic surface pressure application step (S200). can do.
  • the battery characteristic information measurement step may be characterized in that the battery characteristic information measuring unit 100 measures the characteristic information of the electrochemical battery due to temperature, charging, discharging, or cycle deterioration of the electrochemical battery (S100).
  • S100 cycle deterioration of the electrochemical battery
  • This is a step for measuring the characteristic information of the electrochemical battery to be managed in order to manage the life of the electrochemical battery by applying an optimal synthetic surface pressure to the electrochemical battery in consideration of the characteristic information of the battery.
  • the temperature of the battery may be referred to as a temperature in a current driving state.
  • the characteristic information of the electrochemical battery may include temperature, pressure, impedance characteristics, and deterioration characteristics of the electrochemical battery. This is a characteristic representing the driving state and environmental conditions of the electric vehicle, and it can be said that it is a characteristic necessary to calculate the optimal impedance suitable for the current driving state and the composite surface pressure related to deterioration.
  • the synthetic surface pressure applying unit 200 determines the optimal frequency and amplitude based on the characteristic information of the electrochemical battery measured from S100 to apply the synthetic surface pressure including the high frequency surface pressure and the low frequency surface pressure to the electrochemical battery. It may be characterized by applying (S200). This can be said to be a step for applying the optimal synthetic surface pressure to the electrochemical battery in consideration of the characteristic information of the electrochemical battery.
  • the synthesized surface pressure may include a high frequency surface pressure (Ultrasonic pressure) and a low frequency surface pressure (Low freq. pressure).
  • the high-frequency surface pressure may be a surface pressure that determines the optimal frequency and amplitude of the synthesized surface pressure according to the impedance characteristic and deterioration characteristic of the electrochemical battery among the characteristic information of the electrochemical battery measured from the S100.
  • the low-frequency surface pressure may be a surface pressure that controls the piezoelectric element to apply a negative pressure to the piezoelectric element of the electrochemical battery. This is a feature to consider the correlation between low and high frequencies in order to improve the lifespan of an electrochemical battery by determining the optimal frequency and amplitude.
  • the composite surface pressure of the present invention includes the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure as described above, and the high-frequency surface pressure and the low-frequency surface pressure are simultaneously applied to the electrochemical battery.
  • the various high-frequency/low-frequency components can be said to be characteristics related to the impedance of the positive and negative electrodes of the battery.
  • An electrochemical battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. The positive electrode is associated with high frequency, the negative electrode is associated with low frequency, and the porosity of the separator is associated with ultra-low frequency.
  • the composite surface pressure of the present invention may further include an ultra-low frequency surface pressure for controlling the voltage and current of the negative pressure applied to the piezoelectric element according to the cycle of the electrochemical battery. This can be said to be a feature that allows the application of the optimum pressure to the actual electrochemical battery at all times.
  • the high-frequency surface pressure is the electrochemical surface pressure from the deterioration characteristics derived by applying the surface pressures of frequencies and amplitudes of various ultrasonic regions according to the impedance characteristics of the electrochemical battery measured from S100 to the electrochemical battery. It may be characterized in determining an optimal frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the battery. This can be said to be a characteristic for determining the optimal frequency and amplitude of the synthesized surface pressure in consideration of the impedance characteristics of various electrochemical batteries.
  • the optimum frequency and amplitude associated with the positive and negative impedances of the electrochemical battery may also be referred to as the optimum frequency and amplitude of the pressure due to the piezoelectric element.
  • the low-frequency surface pressure may be characterized in that the piezoelectric element is controlled to apply a negative pressure to the piezoelectric element when the electrochemical battery is charged or discharged. This can be said to be a feature to ensure that the optimum pressure applied to the electrochemical battery is constantly maintained.
  • FIG. 6 is a view showing the results of the ultra-low frequency surface pressure control and the low frequency surface pressure control results as an embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 (a) is a view showing the results of the ultra-low frequency surface pressure control
  • Figure 6 (b) is a view showing the results of the low frequency surface pressure control.
  • the present invention can use a small-volume and ultra-precise controllable piezoelectric element as a pressure excitation actuator to construct a test bed of an electrochemical battery life management system through optimal synthetic surface pressure excitation. Through this, the present invention can precisely excite the surface pressure of various frequencies and sizes to the electrochemical battery.
  • FIG. 6 will be described in more detail as follows.
  • the pressure may increase as the battery deteriorates due to the formation of the SEI layer in the entire battery cycle cycle. Such an increase in pressure may reduce the voids of the separator, thereby reducing the performance of the electrochemical battery. Accordingly, in the present invention, when a negative pressure is applied as shown in the red line in FIG. 6(a) according to a cycle through the control of the voltage and current applied to the piezoelectric element, the optimum pressure can always be applied to the actual electrochemical battery.
  • the impedance of the electrode can be said to be dependent on the battery electrode material and resources. Therefore, in the high frequency surface pressure control, the present invention selects a target electrochemical battery and conducts an EIS experiment on the selected battery to determine the battery impedance characteristics, then applies the surface pressure of frequencies and amplitudes in various ultrasonic regions to the battery and deteriorates the battery By observing the characteristics, the optimal frequency and amplitude can be determined.
  • the present invention applies a synthetic surface pressure that simultaneously applies the first to third frequency surface pressure to an electrochemical battery, and understands the correlation between surface pressure and lifespan to improve optimal surface pressure management and battery life.
  • the lithium ion battery described and illustrated in some of FIGS. 1 to 6 is only one embodiment of the electrochemical battery, and is not limited thereto.
  • the present invention is a technology that can be used for any electrochemical secondary battery composed of an actual positive electrode, a negative electrode, and a separator, and various applicable batteries should be considered.
  • a large-capacity battery-related application in which a battery management system is mainly used can be largely divided into an electric vehicle field and a chemical energy storage device field.

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Abstract

본 발명은 배터리 수명 관리 기술로, 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 배터리에 인가하여 수명을 관리할 수 있도록 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리할 수 있으며, 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용함으로써 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 본 발명은 전기화학적 배터리에 항상 최적의 압력 인가가 가능하며, 저주파 및 고주파 압력의 상관관계 분석에 따른 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시킨다. 마지막으로 본 발명은 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지할 수 있는 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템이다.

Description

최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법
본 발명은 배터리 수명 관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 배터리에 인가하여 수명을 관리할 수 있도록 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기자동차의 급속한 보급과 함께 전기자동차의 에너지원인 전기화학적 배터리의 효율적인 사용을 위한 배터리의 성능제어 및 수명향상 기법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기화학적 배터리의 성능은 전기화학 반응인 확산(diffusion)에 지배를 받지만, 기계적 응답인 압력 가진 또는 능동유동 흐름을 이용하여 성능을 제어 및 향상시키는 연구들이 꾸준하게 개발되어왔다.
전기화학적 배터리 임피던스가 주파수의 함수이며, 각 주파수는 배터리를 구성하는 다양한 핵심요소부품인 양극, 음극 및 분리막과 연관되어있는 점을 고려하면 배터리의 성능 또한 인가된 기계적 압력의 주파수 및 진폭과 상관관계가 있다는 추론이 가능하다.
이에 전기화학적 배터리의 수명 관리에 있어서, 배터리를 구성하는 다양한 핵심요소부품들이 기계적 압력의 주파수 및 진폭을 고려한 배터리 수명 관리 시스템에 관한 기술을 개발할 필요성이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용함으로써, 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기화학적 배터리에 항상 최적의 압력 인가가 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 저주파 및 고주파 압력의 상관관계 분석에 따른 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지되도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템은 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정부, 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합성면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압, 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고주파 면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법은 배터리 특성정보 측정부에서 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정단계, 합성면압 인가부에서 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합성면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압, 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고주파 면압은 상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템 및 방법에 따르면,
첫째, 본 발명은 전기화학적 배터리의 특성정보에 따른 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리할 수 있는 효과를 가진다.
둘째, 본 발명은 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용함으로써, 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있는 효과를 가진다.
셋째, 본 발명은 전기화학적 배터리에 항상 최적의 압력 인가가 가능한 효과를 가진다.
넷째, 본 발명은 저주파 및 고주파 압력의 상관관계 분석에 따른 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
다섯째, 본 발명은 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지될 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 일반적인 정하중과 전기화학적 배터리의 열화를 분석을 위해 다른 정하중 조건에서의 열화시험 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 배터리의 변화를 관찰하기 위해 다양한 동압 인가가 가능한 초음파 실험세팅을 나타낸 도면과, 이의 실험 결과(EIS 측정결과)를 나타낸 도면.
도 3은 일반적인 열화시험 시 배터리 부피/압력 변화를 나타낸 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템을 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 초저주파 면압제어 결과 및 저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명의 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야할 것이다.
도 1은 일반적인 정하중과 배터리의 열화를 분석을 위해 다른 정하중 조건에서의 열화시험 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다. 이 때 도 1(a)은 3가지 다른 하중조건에서의 열화시험 결과를 나타낸 도면이고, 도 1(b)은 도 1(a)에 따른(3가지 다른 하중조건에서의) EIS 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 1(a)에서 초기 정하중 조건은 최대 10% 이상 수명을 변화시키는 것이라 할 수 있다. 그 결과, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 임피던스 변화가 주된 원인으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
보다 상세하게, 도 1(b)에서 정압의 변화는 순수 저항(도 1(b)의 pure resistance 구간)인 임피던스의 실수값의 변화로서, 원점에서 임피던스까지의 수평거리라 할 수 있다. 정압 의존성을 갖는 순수 저항은 배터리의 분리막(separator) 및 분리막 공극(porosity)에 함유된 전해질(electrolyte)의 순수 등가저항을 의미한다는 것을 고려할 때, 적절한 정압은 두 전극(cathode, anode)과 분리막 사이의 계면저항을 감소시켜 양 전극 사이의 리튬이온의 원활한 이동을 촉진시킬 수 있다. 반면, 과도한 하중은 분리막의 공극을 감소시켜 리튬이온의 확산운동을 방해할 수 있다.
도 2는 일반적인 배터리의 임피던스 변화를 관찰하기 위해 다양한 동압 인가가 가능한 초음파 실험세팅을 나타낸 도면과, 이의 실험 결과(EIS 측정결과)를 나타낸 도면이다. 이 때 도 2(a)는 다양한 동압 인가가 가능한 초음파 실험세팅을 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 도 2(a)에 따른 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 2(a)에서의 실험세팅은 원형 전기화학적 배터리에 일정한 정하중을 인가한 상태에서 박막형 초음파 가진기(ultrasonic piezoelectic actuator)를 이용하여 고주파 압력을 가진하며 전기화학적 배터리의 임피던스를 측정하기 위한 실험세팅이라 할 수 있다. 그 결과, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 초음파 압력 가진 시 임피던스 타원의 크기가 변하는데, 전기화학적 배터리 임피던스의 타원 영역은 상기 도 1(b)에 도시된 것처럼 배터리 양극, 음극 및 음극과 분리막 사이 SEI의 임피던스를 의미할 수 있다.
즉, 도 1 및 도 2의 실험을 통해 초음파 압력 가진 시 양극 및 음극 내부에서의 리튬이온 운동이 영향을 받는다는 것을 추론할 수 있다.
도 3은 일반적인 열화시험 시 배터리 부피/압력 변화를 나타낸 결과 및 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다. 이 때 도 3(a)은 열화시험 시의 배터리 부피/압력 변화는 나타낸 결과이고, 도 3(b)은 도 3(a)에 따른 EIS 측정결과를 나타낸 도면이다.
일반적인 전기화학적 배터리는 열화가 진행되며 음극에서 SEI(solid electrolyte interphase)층이 성장하기 때문에, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 배터리 전체 두께가 증가한다. 전기화학적 배터리 SEI 층의 성장은 음극과 분리막 사이 계면저항의 증가, 가용 리튬이온 양 감소를 야기하여, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 전 주파수 영역에서 지속적인 임피던스 증가 및 변이(evolution)를 유발할 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 3의 선행실험을 통해 전기화학적 배터리의 수명, 임피던스 및 면압이 높은 상관관계를 갖고 있다는 것을 확인할 수 있기 때문에, 다양한 주파수 및 진폭의 합성면압을 배터리에 인가 시 배터리의 임피던스 관리뿐만 아니라 수명 향상이 가능하다는 것을 추론할 수 있다.
이에 본 발명은 전기자동차용 전기화학적 배터리에 최적 합성면압을 인가하여 배터리 임피던스를 효율적으로 관리하고, 이를 기반으로 수명을 향상시키고자 한다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템은 크게 배터리 특성정보 측정부(100) 및 합성면압 인가부(200)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
배터리 특성정보 측정부(100)는 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기화학적 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리하고자, 수명 관리 대상의 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하기 위한 구성요소라 할 수 있다. 이 때 상기 전기화학적 배터리의 온도는 현재 운전 상태에서의 온도라 할 수 있다.
이 때 상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기자동차의 운전상태 및 환경조건을 대변하는 특징으로, 현재 운전상태에 알맞은 최적 임피던스 및 열화와 관련된 합성면압을 산출하기 위하여 필요한 특징이라 할 수 있다.
합성면압 인가부(200)는 상기 배터리 특성정보 측정부(100)로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기화학적 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 배터리에 인가하기 위한 구성요소라 할 수 있다.
이 때 상기 합성면압은 고주파 면압(Ultrasonic pressure)과 저주파 면압(Low freq. pressure)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 고주파 면압은 상기 배터리 특성정보 측정부(100)로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시키고자, 저주파 및 고주파의 상관관계를 고려하기 위한 특징이라 할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 합성면압은 상기와 같은 고주파 면압과 저주파 면압을 포함하여, 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 다양한 고주파/저주파 성분은 배터리 양극 및 음극의 임피던스 관련된 특징이라 할 수 있다. 전기화학적 배터리는 양극, 음극, 분리막으로 구성되어 있으며, 양극은 고주파, 음극은 저주파, 분리막 기공률(porosity)은 초저주파수와 연관된다.
한편, 본 발명의 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 실제 전기화학적 배터리에 항상 최적압력의 인가가 가능하도록 하는 특징이라 할 수 있다.
이 때 본 발명의 합성면압에서 상기 고주파 면압은 상기 배터리 특성정보 측정부(100)로부터 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 다양한 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 고려하여 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하기 위한 특징이라 할 수 있다. 여기서, 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭은, 압전소자 기인 압력의 최적 주파수 및 진폭이라고도 할 수 있다.
본 발명의 합성면압에서 상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지되도록 하기 위한 특징이라 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법은 크게 배터리 특성정보 측정단계(S100) 및 합성면압 인가단계(S200)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
배터리 특성정보 측정단계는 배터리 특성정보 측정부(100)에서 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다(S100). 이는 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하여 전기화학적 배터리의 수명을 관리하고자, 수명 관리 대상의 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하기 위한 단계라 할 수 있다. 이 때 상기 배터리의 온도는 현재 운전 상태에서의 온도라 할 수 있다.
이 때 상기 전기화학적 배터리의 특성정보는 상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기자동차의 운전상태 및 환경조건을 대변하는 특징으로, 현재 운전상태에 알맞은 최적 임피던스 및 열화와 관련된 합성면압을 산출하기 위하여 필요한 특징이라 할 수 있다.
합성면압 인가단계는 합성면압 인가부(200)에서 상기 S100로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다(S200). 이는 전기화학적 배터리의 특성정보를 고려하여 최적의 합성면압을 전기화학적 배터리에 인가하기 위한 단계라 할 수 있다.
이 때 상기 합성면압은 고주파 면압(Ultrasonic pressure)과 저주파 면압(Low freq. pressure)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 고주파 면압은 상기 S100로부터 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 면압인 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 최적의 주파수 및 진폭 결정을 통해 전기화학적 배터리의 수명을 향상시키고자, 저주파 및 고주파의 상관관계를 고려하기 위한 특징이라 할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 합성면압은 상기와 같은 고주파 면압과 저주파 면압을 포함하여, 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 다양한 고주파/저주파 성분은 배터리 양극 및 음극의 임피던스 관련된 특징이라 할 수 있다. 전기화학적 배터리는 양극, 음극, 분리막으로 구성되어 있으며, 양극은 고주파, 음극은 저주파, 분리막 기공률(porosity)은 초저주파수와 연관된다.
한편, 본 발명의 합성면압은 상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 실제 전기화학적 배터리에 항상 최적압력의 인가가 가능하도록 하는 특징이라 할 수 있다.
이 때 본 발명의 합성면압에서 상기 고주파 면압은 상기 S100로부터 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 다양한 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 고려하여 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하기 위한 특징이라 할 수 있다. 여기서, 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭은, 압전소자 기인 압력의 최적 주파수 및 진폭이라고도 할 수 있다.
본 발명의 합성면압에서 상기 저주파 면압은 상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 전기화학적 배터리에 인가되는 최적 압력이 일정하게 유지되도록 하기 위한 특징이라 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 초저주파 면압제어 결과 및 저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면이다. 이 때 도 6(a)은 초저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면이고, 도 6(b)은 저주파 면압제어 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명은 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템의 테스트베드 구축을 위해, 부피가 작고 초정밀 제어가 가능한 압전소자를 압력 가진 구동기로 이용할 수 있다. 이를 통해 본원발명은 전기화학적 배터리에 다양한 주파수 및 크기의 면압을 정밀하게 가진할 수 있다.
이에 기초하여 도 6을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첫 번째로, 본 발명의 초저주파 면압제어는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 배터리 전 사이클 주기를 보면 SEI층 형성에 의하여 배터리가 열화됨에 따라 압력이 증가할 수 있다. 이러한 압력증가는 분리막의 공극을 감소시켜, 전기화학적 배터리의 성능을 감소시킬 수 있다. 이에 본 발명은 압전소자에 인가되는 전압 및 전류 제어를 통해 사이클에 따라 도 6(a) 적색으로 표시된 선과 같이 부압을 인가하면, 실제 전기화학적 배터리에는 항상 최적압력을 인가할 수 있다.
두 번째로, 본 발명의 저주파 면압제어는 배터리 충전 시 리튬이온이 양 전극 움직임에 따라, 양 전극에서는 상변화(phase transition)화가 발생하면서, 도 6(b)의 파란선과 같이 부피변화에 기인한 압력증가가 발생할 수 있다. 충전기 압력 증가는 분리막 공극을 감소시켜, 배터리 임피던스를 증가시키고 성능을 감소시킬 수 있다. 이러한 공극감소는 배터리를 완전 충전상태로 오래 놔두는 경우, 수명이 급속히 감소하는 주된 원인이 될 수 있다. 이에 본 발명은 압전소자 제어를 통해 충방전 시 도 6(b) 적색으로 표시된 선과 같이 압전소자에 부압을 인가하여 배터리에 인가되는 최적압력을 일정하게 유지하면, 배터리의 수명을 향상시킬 수 있다.
세 번째로, 본 발명의 고주파 면압제어와 관련하여 상기 도 2(b)의 임피던스 측정결과를 살펴보면, 양극, 음극 및 SEI층의 리튬이온 운동은 수십 kHz의 초음파 영역이라 할 수 있다. 또한, 전극의 임피던스는 배터리 전극재료 및 재원에 의존적이라 할 수 있다. 이에 본 발명은 고주파 면압제어에 있어서, 목표 전기화학적 배터리를 선정하고 선정된 배터리에 대한 EIS 실험을 수행하여 배터리 임피던스 특성을 규명한 후, 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 배터리에 인가 및 열화특성을 관찰하여 최적의 주파수 및 진폭을 결정할 수 있다.
최종적으로, 본 발명은 상기 첫 번째 내지 세 번째의 주파수 면압을 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 합성면압을 인가하고, 면압과 수명과의 상관관계를 파악하여 최적의 면압관리 및 배터리의 수명을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야할 것이다.
특히, 상기 도 1 내지 도 6에서의 일부 설명 및 도시한 리튬이온 배터리는 전기화학적 배터리 중 하나의 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 실제 양극, 음극, 분리막으로 구성된 어떠한 전기화학적 이차전지에 사용 가능한 기술로서, 적용할 수 있는 배터리는 다양한 것으로 간주되어야할 것이다.
배터리 관리 시스템이 주요하게 사용되는 대용량 배터리 연계 어플리케이션은 크게 전기 자동차 분야와 화학에너지 저장 장치 분야로 구분될 수 있다.
미국의 Tesla 社를 비롯한 세계 주요 자동차 업체들은 배터리 기반의 전기 자동차 기술의 개발 및 출시를 활발히 진행하고 있으며, Navigant research의 2014년 보고서에 따르면 5톤 이하 세계 전기자동차 시장은 2014년 약 270만여 대 규모에서 2023년까지 640만여 대 규모까지 증가할 것으로 예측하였다. 또한 기존의 공급자 중심의 전력망 체계에서 수요자 중심의 스마트 그리드로의 패러다임 확산으로 인한 결과로써 에너지 저장 장치 시장 규모도 점차 증대되어 가고 있다. 산업통상부 및 지능형 전력망협회의 보고서 자료(2012)에 따르면 2012년 기준, 세계 에너지 저장장치 시장은 약 11조원 전기화학 모델을 활용한 배터리 관리 시스템 제어 KIC News, Volume 18, No. 5, 2015 59의 규모이며 2020년까지 47조 4천억 규모로 급성장 할 것으로 예측하였다. 이렇듯 적용 어플리케이션의 시장 규모가 급속히 증가하는 추세를 보임에 따라 전기화학적 배터리 및 배터리 관리 시스템의 시장 규모 또한 상당히 커질 것으로 전망된다.

Claims (12)

  1. 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정부; 및
    상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여, 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기화학적 배터리의 특성정보는,
    상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 합성면압은,
    상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압; 및
    상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압;을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 합성면압은,
    상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 고주파 면압은,
    상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 저주파 면압은,
    상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 시스템.
  7. 배터리 특성정보 측정부에서 전기화학적 배터리의 온도, 충전, 방전 또는 사이클 열화에 의한 상기 전기화학적 배터리의 특성정보를 측정하는 배터리 특성정보 측정단계;
    합성면압 인가부에서 상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보를 기초로 최적 주파수 및 진폭을 결정하여 고주파 면압 및 저주파 면압을 포함하는 합성면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하는 합성면압 인가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전기화학적 배터리의 특성정보는,
    상기 전기화학적 배터리의 온도, 압력, 임피던스 특성 및 열화 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 합성면압은,
    상기 측정된 전기화학적 배터리의 특성정보 중 상기 전기화학적 배터리의 임피던스 특성 및 열화 특성에 따른 합성면압의 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 고주파 면압; 및
    상기 전기화학적 배터리의 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 저주파 면압;을 포함하여 상기 고주파 면압 및 저주파 면압을 상기 전기화학적 배터리에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 합성면압은,
    상기 압전소자에 인가되는 부압의 전압 및 전류를 상기 전기화학적 배터리의 사이클에 따라 제어하는 초저주파 면압;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 고주파 면압은,
    상기 측정된 전기화학적 배터리의 임피던스 특성에 따른 다양한 초음파 영역의 주파수 및 진폭의 면압을 상기 전기화학적 배터리에 인가하여 도출된 열화특성으로부터 상기 전기화학적 배터리의 양극 및 음극 임피던스와 연관된 최적 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 저주파 면압은,
    상기 전기화학적 배터리의 충전 또는 방전 시 상기 압전소자에 부압을 인가하도록 상기 압전소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 최적의 합성면압 가진을 통한 전기화학적 배터리 수명 관리 방법.
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