KR20170100135A - 임피던스에 따라 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법 - Google Patents

임피던스에 따라 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법으로서, (a) 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 이차전지를 충전하는 과정; (b) 충전 후에 상기 이차전지의 임피던스를 측정하는 과정; (c) 상기 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 과정; 및 (d) 상기 제 2 만충전 전압 값을 메모리에 저장하는 과정;을 포함하는 충전 방법에 관한 것이다.

Description

임피던스에 따라 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법 {Method of Charging Secondary Battery by Changing Fully Charged Voltage Depending on Impedance}
본 발명은 임피던스에 따라 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법 및 만충전 전압이 가변적인 전지모듈에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
이러한 이차전지 중 리튬 이차전지는 높은 전압과 높은 에너지 밀도로 다양한 전자 디바이스의 전원으로 사용되고 있다.
스마트폰 등 전자 디바이스의 성능이 향상 및 소형화 추세에 따라 에너지 밀도가 높은 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 또한, 전자 디바이스의 사용주기가 길어짐에 따라 에너지 밀도가 높음과 동시에 수명 특성이 향상된 이차전지에 대한 필요성은 더욱 증가하고 있다.
이와 같이, 에너지 밀도가 높고 수명 특성이 향상된 이차전지를 개발하기 위하여, 양극 활물질, 음극 활물질, 또는 바인더 등과 같은 이차전지의 소재에 대해 많은 연구가 수행되었고, 일부 연구에서는 에너지 밀도와 수명 특성이 다소 개선된 이차전지를 개발하기도 하였다.
다만, 이차전지의 소재의 특성을 개선하는 방법을 통해서는 충분한 에너지 밀도와 수명 특성을 확보하지 못하는 한계가 있다.
따라서, 이차전지의 소재 개선이 아닌 다른 방법을 통해서 기존의 에너지 밀도를 유지하면서도 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법으로서, 충전 후에 이차전지의 임피던스를 측정하는 과정 및 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 과정을 포함하는 경우, 이차전지의 에너지 밀도를 유지하면서도 수명 특성을 현저하게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법은,
(a) 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 이차전지를 충전하는 과정;
(b) 충전 후에 상기 이차전지의 임피던스를 측정하는 과정;
(c) 상기 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 과정; 및
(d) 상기 제 2 만충전 전압 값을 메모리에 저장하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이차전지의 에너지 밀도는 만충전 전압에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로는 허용 가능한 범위 내에서 만충전 전압이 증가할수록 증가한다. 다만, 에너지 밀도를 높게 유지할수록 이와 상충 관계(trade off)에 있는 수명 특성은 급속하게 감소할 수 있다. 특히, 이와 같이 수명 특성이 감소하는 경향은 이차전지를 장기간 사용할수록 더욱 가속화 된다.
이런 점에 비추어 볼 때, 이차전지를 장기간 사용하는 경우 만충전 전압을 감소시킴으로써, 이차전지의 수명특성을 증가 시킬 수 있다. 다만, 이차전지의 만충전 전압을 감소시키는 방법에 있어서도, 만충전 전압의 감소량과 감소시키는 시점에 따라 이차전지의 수명 특성에 많은 영향을 미칠 수 있다.
단순하게는 이차전지의 충방전 사이클 횟수가 증가함에 따라 만충전 전압을 감소시키는 구성을 고려해 볼 수 있다. 이 경우, 이차전지의 충방전이 진행되더라도 충전 용량과 방전 용량이 각각의 사이클마다 상이할 수 있고, 따라서, 충전 당시 이차전지의 상태를 정확하게 반영하기 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 충전 당시 상태를 정확하게 반영하여 만충전 전압을 조절하는 것이 가장 바람직하며, 충전 후에 이차전지의 임피던스를 기준으로 만충전 전압을 조절하는 경우 이차전지의 상태를 정확하게 반영할 수 있고, 이를 통해, 이차전지의 수명 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 과정(a)에서, 이차전지의 충전 방법은 특별히 제한되지는 않으며, 하나의 구체적인 예에서, 정전류 충전 방식 및/또는 정전압 충전 방식으로 이차전지를 충전할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c)에서, 제 2 만충전 전압 값은 제 1 만충전 전압 값 이하일 수 있다. 이와 같이, 이차전지의 임피던스의 증가 정도에 따라 만충전 전압을 감소시켜 이차전지의 수명특성을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 과정(c)에서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
이때 초기 임피던스는 상품화된 이차전지를 정격 전압에 따라 처음 충전한 후 측정된 임피던스 값일 수 있고, 또는 통계적 또는 이론적으로 예측된 값을 이차전지의 제조 과정에서 입력한 값일 수 있다.
상기 초기 임피던스에 대해 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 제 2 만충전 전압 값을 도출하므로, 임피던스 측정에 일시적인 오류 등으로 측정된 임피던스가 초기 임피던스 보다 낮게 측정되는 경우에는 제 1 만충전 전압 값을 만충전 전압으로 그대로 적용하여 오류 없이 충방전을 진행할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 단계적 및/또는 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
하나의 예에서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 단계적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
상세하게는, 3 단계 내지 10 단계의 전압 구간을 포함하여 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 전압 구간은 적어도 하기 3 단계를 포함하여 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다:
(Z-Z0)/Z0 < a 일 때, V = V0
a ≤ (Z-Z0)/Z0 < b 일 때, V = Va
b ≤ (Z-Z0)/Z0 일 때, V = Vb
상기 식에서, Z0는 초기 임피던스, Z는 측정된 임피던스, V0는 초기 만충전 전압 값, V는 제 2 만충전 전압 값이고, a 및 b는 상수이며, 0 < a < b < 0.3이고, 4.2 볼트 < Vb < Va < V0이다.
이와 같이, 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 단계적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 경우에는, 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 과정을 간소화하여, 계산 과정에서 발생할 수 있는 오류 등을 최소화 할 수 있다.
또한, 각각의 전압 구간을 세분화하여 제 2 만충전 전압을 더욱 세밀하게 변경할 수 있다.
또 다른 예에서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
상세하게는, 하기 식 1에 따라 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다:
V = V0(1-kㅇexp(1-Z0/Z)) (1)
상기 식에서, Z0는 초기 임피던스, Z는 측정된 임피던스, V0는 초기 만충전 전압 값, V는 제 2 만충전 전압 값이고, k는 0 < k ≤0.1인 상수이다.
이와 같이, 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 경우에는, 이차전지의 충전 당시 상태에 가장 적합한 만충전 전압을 도출하여 적용할 수 있으므로, 제 2 만충전 전압을 가장 세밀하게 변경할 수 있고, 따라서, 이차전지의 수명 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
한편, 또 다른 예에서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 단계적 및 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
상세하게는, 3 단계 내지 10 단계의 전압 구간을 포함하며, 상기 전압 구간 단계 중 적어도 하나의 단계에서는 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출할 수 있다.
상기 이차전지의 만충전 전압 값은 사용된 활물질 등 이차전지의 소재 특성 및 이차전지의 측정된 임피던스에 따라 변경 될 수 있으나, 하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지의 만충전 전압 값은 4.2 볼트 내지 4.6 볼트의 범위에서 결정될 수 있다.
상기 이차전지의 만충전 시 임피던스 또한 제조하는 이차전의 용량 및 소재에 따라서 상이할 수 있다.
본 발명은 또한, 만충전 전압이 가변적인 전지모듈을 제공한다.
상기 전지모듈은, 이차전지; 제 1 만충전 전압 값을 저장하는 메모리; 충전 시 상기 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 충전 전압을 조절하는 충전 전압 조절부;충전 후에 상기 이차전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및 상기 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하고, 메모리에 제 2 만충전 전압 값을 저장하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지 일 수 있다.
이하, 상기 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.
상기 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하고 있고, 상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재의 전체 함량은 양극 합제 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 중량%로 첨가될 수 있다.
상기 양극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
반면에, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 음극 집전체의 두께는 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 다공성 기재는, 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열 분리필름 일 수 있고, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 및 이들의 혼합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 시트일 수 있다.
상기 다공성 기재의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공도는 10 내지 95% 범위, 기공 크기(직경)는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.1 ㎛ 및 10% 미만인 경우에는 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기 및 기공도가 50 ㎛ 및 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵게 된다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 이러한 전지모듈을 단위모듈로서 하나 이상 포함하는 전지팩, 및 이러한 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법은, 충전 후에 이차전지의 임피던스를 측정하는 과정 및 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 과정을 포함하는 경우, 이차전지의 에너지 밀도를 유지하면서도 수명 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지를 충전하는 방법을 나타낸 순서도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지를 충전하는 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 이차전지를 충전하고, 충전 후에 이차전지의 임피던스를 측정한다(111).
과정(111) 다음으로, 초기 임피던스에 대해 측정된 임피던스가 증가 했는지 판단한다(112).
과정(112)에서 초기 임피던스에 대해 측정된 임피던스가 증가한 경우 임피던스 증가량에 기반하여, 단계적 및/또는 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출한다(113).
과정(113) 다음으로, 임피던스 증가량에 기반하여 도출된 제 2 만충전 전압 값을 메모리에 저장한다(114).
한편, 과정(112)에서 초기 임피던스에 대해 측정된 임피던스가 증가하지 않은 경우, 기존과 동일하게 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값을 유지한다(115).
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지모듈(200)은 이차전지(210), 충전 전압 조절부(220), 임피던스 측정부(230), 제어부(240), 및 메모리(250)를 포함한다.
상세하게는, 메모리(250)에는 제 1 만충전 전압 값이 저장되어 있고, 메모리(250)에 저장되어 있는 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 제어부(240)는 충전 전압 조절부(220)을 조절하여 이차전지(210)를 충전한다.
이차전지(210)가 충전된 후에 임피던스 측정부(230)를 이용하여 이차전지(210)의 임피던스를 측정한다.
제어부(240)는 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하고, 메모리(250)에 제 2 만충전 전압 값을 저장하도록 제어한다. 이때, 측정된 임피던스가 증가하지 않은 경우에는, 메모리에 제 1 만충전 전압 값을 그대로 유지하여 다음 충전 시에도 제 1 만충전 전압 값으로 충전되도록 제어한다.
한편, 제어부(240)가 단계적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 경우에는, 측정된 임피던스가 초기 임피던스에 비해 증가한 경우라도, 제 2 만충전 전압 값과 제 1 만충전 전압 값이 동일하여, 메모리(250)에 제 1 만충전 전압 값이 그대로 유지될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 만충전 전압을 변경하여 이차전지를 충전하는 방법으로서,
    (a) 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 이차전지를 충전하는 과정;
    (b) 충전 후에 상기 이차전지의 임피던스를 측정하는 과정;
    (c) 상기 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 과정; 및
    (d) 상기 제 2 만충전 전압 값을 메모리에 저장하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a)에서, 정전류 충전 방식 및/또는 정전압 충전 방식으로 이차전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서, 제 2 만충전 전압 값은 제 1 만충전 전압 값 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 단계적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 3 단계 내지 10 단계의 전압 구간을 포함하여 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전압 구간은 적어도 하기 3 단계를 포함하여 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법:
    (Z-Z0)/Z0 < a 일 때, V = V0
    a ≤ (Z-Z0)/Z0 < b 일 때, V = Va
    b ≤ (Z-Z0)/Z0 일 때, V = Vb
    상기 식에서, Z0는 초기 임피던스, Z는 측정된 임피던스, V0는 초기 만충전 전압 값, V는 제 2 만충전 전압 값이고, a 및 b는 상수이며, 0 < a < b < 0.3이고, 4.2 볼트 < Vb < Va < V0이다.
  8. 제 4 항에 있어서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 하기 식 1에 따라 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법:
    V = V0(1-kㅇexp(1-Z0/Z)) (1)
    상기 식에서, Z0는 초기 임피던스, Z는 측정된 임피던스, V0는 초기 만충전 전압 값, V는 제 2 만충전 전압 값이고, k는 0 < k ≤0.1인 상수이다.
  10. 제 4 항에 있어서, 이차전지의 초기 임피던스에 대해 상기 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 단계적 및 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 3 단계 내지 10 단계의 전압 구간을 포함하며, 상기 전압 구간 단계 중 적어도 하나의 단계에서는 측정된 임피던스의 증가량에 기반하여 연속적으로 제 2 만충전 전압 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지의 만충전 전압 값은 4.2 볼트 내지 4.6 볼트의 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 만충전 전압이 가변적인 전지모듈로서,
    이차전지;
    제 1 만충전 전압 값을 저장하는 메모리;
    충전 시 상기 메모리에 저장된 제 1 만충전 전압 값에 기반하여 충전 전압을 조절하는 충전 전압 조절부;
    충전 후에 상기 이차전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및
    상기 측정된 임피던스에 기반하여 다음 충전 시 적용될 제 2 만충전 전압 값을 도출하고, 메모리에 제 2 만충전 전압 값을 저장하도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 13 항에 따른 전지모듈을 단위모듈로서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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