배터리 모듈 내부 상태를 제어할 수 있는 배터리 시스템 및 그 제어 방법

보조 셀 상보 충방전 제어로 스웰링 압력을 일정하게 유지하는 배터리 시스템

본 기술은 배터리 모듈 내 주 셀(제1 셀)이 충방전으로 팽창하거나 수축할 때 생기는 압력 변화를 센서로 감지하고, 보조 셀(제2 셀)의 충방전 상태를 상보적으로 조절하는 제어 기술입니다. 이를 통해 모듈 내부의 기계적 압력을 일정하게 유지합니다.

이차전지의 충방전 과정에서 발생하는 스웰링(swelling) 현상은 모듈 내부 압력을 높이는 문제가 있었습니다. 높아진 압력은 음극재 구조 변화, SEI 층 형성, 리튬 도금 등 성능 열화와 수명 단축으로 이어졌습니다.

본 기술은 배터리 관리 모듈이 센서에서 입력된 압력 값을 기준값과 비교해 차이를 산출하고, 룩업테이블을 활용해 제2 셀에 인가할 최적 충전 또는 방전 전류를 결정하도록 구성됩니다. 제1 셀이 팽창하면 제2 셀을 방전시켜 부피를 줄이고, 제1 셀이 수축하면 제2 셀을 충전해 부피를 늘림으로써 모듈 전체 압력을 균일하게 유지합니다. 전기차 배터리 모듈, 파우치형 셀을 적층한 ESS 랙, 압력 관리가 까다로운 전고체 모듈에 적용될 수 있어 별도의 기계식 가압 구조물을 줄이면서 리튬 도금과 같은 압력성 열화를 능동적으로 막을 수 있습니다.

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Key Features:

• 충방전에 의해 상태가 변화되는 제1 셀 및 제2 셀과 제1 셀의 상태 변화에 의해 가해지는 힘을 센싱하는 센서를 포함하는 배터리 모듈
• 센서에서 생성된 현재값과 미리 설정된 기준의 차이를 결정하고 제1 룩업테이블을 이용하여 제2 셀의 충전전류 또는 방전전류를 결정하는 배터리 관리 모듈
• 제2 셀에 충전된 전력 정보로 생성한 제2 전기정보와 제2 룩업테이블을 이용하여 공급 가능 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하는 콘트롤러
• 콘트롤러의 제어신호에 따라 제2 셀에 충전전류를 공급하거나 제2 셀로부터 방전전류를 공급받는 양방향 파워 서플라이

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본 발명은 과학기술정보통신부의 저주파 및 고주파 합성 면압 가진를 통한 전기자동차용 리튬이온 배터리 임피던스 관리 및 수명향상 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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