KR20240140222A

KR20240140222A - System and method for diagnosing life performance of lithium secondary battery

Info

Publication number: KR20240140222A
Application number: KR1020230034315A
Authority: KR
Inventors: 전영무
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2023-03-16
Filing date: 2023-03-16
Publication date: 2024-09-24

Abstract

본 발명은 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전지 셀의 스웰링 평가를 통해 셀의 수명성능을 조기에 진단할 수 있는 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것에 목적이 있다. The present invention relates to a system and method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, and more specifically, to provide a system and method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery capable of early diagnosing the life performance of a cell through swelling evaluation of the battery cell.

Description

System and method for diagnosing life performance of lithium secondary battery

본 발명은 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 단위 셀의 셀 스웰링 평가를 통해 수명성능을 조기에 진단하기 위한 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, and more particularly, to a system and method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery for early diagnosing the life performance through evaluation of cell swelling of a unit cell.

최근 전기차의 보급이 급속도로 확대되어감에 따라 고성능 리튬이차전지의 개발 필요성이 급증하고 있다. As the spread of electric vehicles has rapidly expanded recently, the need for development of high-performance lithium secondary batteries is rapidly increasing.

이에, 일반적으로 사용되고 있는 리튬이온전지의 에너지밀도를 향상시키기 위해 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬 음극으로 대체하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. Accordingly, many studies are being conducted to replace the graphite anode of lithium-ion batteries with a lithium anode to improve the energy density of lithium-ion batteries in general use.

리튬 음극을 도입한 리튬금속전지의 경우, 리튬 음극의 특성상 충/방전 시 리튬 음극에 제어 불가한 덴드라이트 성장이 발생하며 그에 따라 전지 셀의 부피 팽창이 발생한다. 덴드라이트의 성장은 낮은 쿨롱 효율, 전해질 및 리튬 고갈, 안전성 저하 등의 문제를 수반하며 결국 리튬금속전지의 수명을 저하시키게 된다. In the case of lithium metal batteries that introduce lithium anodes, due to the characteristics of lithium anodes, uncontrollable dendrite growth occurs on the lithium anode during charging/discharging, which causes the volume of the battery cell to expand. Dendrite growth causes problems such as low coulombic efficiency, electrolyte and lithium depletion, and reduced safety, and ultimately reduces the lifespan of the lithium metal battery.

종래에는 전지 셀의 내구성능 평가데이터 및 쿨롱효율 데이터를 기반으로 수명성능을 평가하였는데, 이 경우 전지 사이클 1회당 대략 6시간 이상이 소요되고 100사이클 이상의 수명특성을 갖는 전지 셀의 경우 한달에 가까운 시간이 평가에 소요된다. 전지 사이클 초반에는 내구성능 및 쿨롱효율의 차이가 분명하지 않기 때문에, 종래의 수명성능 평가는 오랜 시간이 걸리는 문제점이 존재하였다. In the past, the life performance was evaluated based on the endurance performance evaluation data and coulomb efficiency data of the battery cell. In this case, it took about 6 hours or more per battery cycle, and in the case of a battery cell with a life characteristic of 100 cycles or more, it took nearly a month for the evaluation. Since the difference between the endurance performance and coulomb efficiency was not clear at the beginning of the battery cycle, the conventional life performance evaluation had the problem of taking a long time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 전지 셀의 스웰링 평가를 통해 셀의 수명성능을 조기에 진단할 수 있는 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것에 목적이 있다. The present invention has been made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a system and method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, which can diagnose the life performance of a cell at an early stage by evaluating swelling of the battery cell.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적은 하기의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the present invention is not limited to the purpose mentioned above, and other purposes of the present invention that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 전지 셀의 충전 및 방전에 따른 변위 및 압력을 측정하기 위한 변위압력 측정기; 상기 변위압력 측정기를 통해 측정된 변위 및 압력을 기반으로 전지 셀의 팽창률을 산출하고, 상기 전지 셀의 팽창률을 정해진 기본 팽창률과 비교한 결과에 따라 전지 셀의 수명성능을 결정하는 컨트롤러;를 포함하는 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템을 제공한다. In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a life performance diagnosis system for a lithium secondary battery, including: a displacement pressure measuring device for measuring displacement and pressure according to charging and discharging of a battery cell; a controller for calculating an expansion rate of a battery cell based on the displacement and pressure measured by the displacement pressure measuring device, and determining a life performance of the battery cell based on the result of comparing the expansion rate of the battery cell with a determined basic expansion rate;

구체적으로, 상기 컨트롤러는 전지 셀의 팽창률 데이터를 기반으로 전지 셀의 스웰링 사이클을 구축하여 결정하며, 스웰링 사이클의 최고값인 최고 팽창률을 정해진 기본 팽창률과 비교하여 전지 셀의 수명성능을 결정하는 것을 특징으로 한다. Specifically, the controller determines and builds a swelling cycle of the battery cell based on expansion rate data of the battery cell, and compares the maximum expansion rate, which is the highest value of the swelling cycle, with a determined basic expansion rate to determine the life performance of the battery cell.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 컨트롤러는 소정 회차의 스웰링 사이클을 기준으로 전지 셀의 최고 팽창률을 결정하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the controller is characterized in that it determines the maximum expansion ratio of the battery cell based on a predetermined number of swelling cycles.

또한 구체적으로, 상기 컨트롤러는 최고 팽창률이 기본 팽창률을 초과하면 전지 셀의 수명성능을 불량으로 진단하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 최고 팽창률이 기본 팽창률 이하이면 전지 셀의 수명성능을 미불량으로 진단하는 것을 특징으로 한다. In addition, specifically, the controller is characterized in that it diagnoses the life performance of the battery cell as defective if the maximum expansion rate exceeds the basic expansion rate, and is characterized in that it diagnoses the life performance of the battery cell as non-defective if the maximum expansion rate is lower than the basic expansion rate.

한편, 본 발명은: 전지 셀의 충전 및 방전을 실행시키는 제1 단계; 전지 셀의 충전 및 방전에 따른 변위 및 압력을 측정하는 제2 단계; 상기 변위 및 압력을 기반으로 전지 셀의 팽창률을 산출하는 제3 단계; 상기 전지 셀의 팽창률을 기반으로 스웰링 사이클을 구축하여 결정하고, 스웰링 사이클의 최고 팽창률을 사전에 정해진 기본 팽창률과 비교한 결과에 따라 전지 셀의 수명성능을 결정하는 제4 단계;를 포함하는 리튬이차전지의 수명성능 진단 방법도 제공한다. Meanwhile, the present invention also provides a method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, including: a first step of executing charging and discharging of a battery cell; a second step of measuring displacement and pressure according to the charging and discharging of the battery cell; a third step of calculating an expansion rate of the battery cell based on the displacement and pressure; and a fourth step of determining a swelling cycle based on the expansion rate of the battery cell and comparing the maximum expansion rate of the swelling cycle with a predetermined basic expansion rate to determine the life performance of the battery cell based on the result.

상기한 과제의 해결 수단에 의하면 본 발명은 전지 셀의 스웰링 평가를 통해 셀의 수명성능을 조기에 진단할 수 있으며, 그에 따라 종래 대비 동등 수준의 신뢰도를 확보하면서 진단 시간을 단축할 수 있게 된다. According to the solution to the above problem, the present invention can diagnose the life performance of a cell early through swelling evaluation of the battery cell, thereby shortening the diagnosis time while securing an equivalent level of reliability compared to the conventional method.

본 발명의 효과는 위에서 언급한 효과로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 효과는 하기의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects of the present invention not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템을 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 수명성능 진단 시스템의 변위압력 측정기를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수명성능 진단 시스템을 통해 평가된 전지 셀의 스웰링 사이클을 나타낸 예시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수명성능 진단 시스템에서 사용되는 기본 팽창률 값을 예시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지의 수명성능 진단 방법을 도시한 순서도Figure 1 is a configuration diagram illustrating a life performance diagnosis system of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing illustrating a displacement pressure measuring device of a lithium secondary battery life performance diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram showing the swelling cycle of a battery cell evaluated through a life performance diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a drawing illustrating a basic expansion ratio value used in a life performance diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flow chart illustrating a method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예를 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. The matters expressed in the attached drawings are schematic drawings for easily explaining embodiments of the present invention and may differ from the form actually implemented.

본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같은 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템을 이용하여 전지 셀의 수명성능을 진단한다. In the present invention, the life performance of a battery cell is diagnosed using a life performance diagnosis system for a lithium secondary battery as illustrated in FIG. 1.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템은 충방전기(10)와 변위압력 측정기(20)와 컨트롤러(50) 등을 포함한다. As illustrated in FIG. 1, a life performance diagnosis system of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a charger/discharger (10), a displacement pressure measuring device (20), a controller (50), etc.

충방전기(10)는 성능 진단 대상에 해당되는 전지 셀(60)의 충전 및 방전을 실행시키기 위한 것으로, 변위압력 측정기(20)에 설치된 전지 셀(60)과 전기적으로 연결되어 전지 셀(60)의 충전 및 방전을 실행시킨다. 충방전기(10)는 정해진 충전 및 방전 조건에 따라 전지 셀(60)을 구동시킨다. The charger/discharger (10) is for charging and discharging a battery cell (60) corresponding to a performance diagnosis target, and is electrically connected to a battery cell (60) installed in a displacement pressure measuring device (20) to charge and discharge the battery cell (60). The charger/discharger (10) drives the battery cell (60) according to set charging and discharging conditions.

변위압력 측정기(20)는 전지 셀(60)의 충전 및 방전 시의 부피 변화에 따른 변위 및 압력을 측정하기 위한 것으로, 도 2에 보듯이 전지 셀(60)의 변위 측정을 위한 변위센서(26)와 압력 측정을 위한 압력센서(27)가 구비된다. The displacement pressure gauge (20) is for measuring displacement and pressure according to volume change during charging and discharging of a battery cell (60). As shown in Fig. 2, it is equipped with a displacement sensor (26) for measuring displacement of a battery cell (60) and a pressure sensor (27) for measuring pressure.

변위압력 측정기(20)는 상기 변위센서(26)와 압력센서(27) 외에 상판(21)과 하판(22) 및 상부 이동판(23)과 하부 이동판(24)을 구비한다. The displacement pressure measuring device (20) is equipped with an upper plate (21), a lower plate (22), an upper moving plate (23), and a lower moving plate (24) in addition to the displacement sensor (26) and the pressure sensor (27).

전지 셀(60)은 상기 상부 이동판(23)과 하부 이동판(24) 사이에 위치되며, 상판(21)과 상부 이동판(23) 사이에 조립되는 스프링부재(25)에 의해 초기 가압되어 상부 이동판(23)과 하부 이동판(24) 사이에 밀착된다. The battery cell (60) is positioned between the upper moving plate (23) and the lower moving plate (24), and is initially pressurized by a spring member (25) assembled between the upper plate (21) and the upper moving plate (23) to be pressed between the upper moving plate (23) and the lower moving plate (24).

이러한 전지 셀(60)은 충방전기(10)에 의해 충전 및 방전이 실행될 시 그에 따른 부피 변화가 발생하고, 전지 셀(60)의 팽창량에 따라 상부 이동판(23)이 스프링부재(25)를 압축시키면서 상향 가압된다. 이때, 상부 이동판(23)에 접촉하도록 상판(21)에 장착된 변위센서(26)를 통해 전지 셀(60)의 변위(즉, 팽창 변위)가 검출된다. 그리고, 상기 전지 셀(60)의 팽창량에 따라 하부 이동판(24)이 하향 가압되어 하부 이동판(24)과 하판(22) 사이에 위치된 압력센서(27)를 통해 전지 셀(60)의 압력(즉, 팽창 압력)이 검출된다. When the battery cell (60) is charged and discharged by the charger/discharger (10), a volume change occurs accordingly, and the upper moving plate (23) is pressed upward while compressing the spring member (25) according to the amount of expansion of the battery cell (60). At this time, the displacement of the battery cell (60) (i.e., expansion displacement) is detected through the displacement sensor (26) mounted on the upper plate (21) so as to contact the upper moving plate (23). Then, the lower moving plate (24) is pressed downward according to the amount of expansion of the battery cell (60), and the pressure (i.e., expansion pressure) of the battery cell (60) is detected through the pressure sensor (27) located between the lower moving plate (24) and the lower plate (22).

상기 변위센서(26)와 압력센서(27)는 전지 셀(60)의 충전 및 방전이 시작되기 전 초기 변위 및 초기 압력을 측정하고, 충전 및 방전이 시작되면 전지 셀(60)의 팽창에 따른 변위 및 압력을 실시간으로 측정한다. 이때, 변위센서(26)와 압력센서(27)는 주기적으로 전지 셀(60)의 부피 팽창에 따른 변위 및 압력을 측정할 수 있다.The displacement sensor (26) and the pressure sensor (27) above measure the initial displacement and initial pressure before charging and discharging of the battery cell (60) begin, and measure the displacement and pressure according to the expansion of the battery cell (60) in real time when charging and discharging begin. At this time, the displacement sensor (26) and the pressure sensor (27) can periodically measure the displacement and pressure according to the volume expansion of the battery cell (60).

이러한 변위압력 측정기(20)를 통해 측정된 전지 셀(60)의 변위 값과 압력 값은 컨트롤러(50)에 전송된다. 이때, 변위 값과 압력 값은 인디케이터(30)와 데이터로거(40)를 통해 컨트롤러(50)에 전송된다. The displacement value and pressure value of the battery cell (60) measured through the displacement pressure gauge (20) are transmitted to the controller (50). At this time, the displacement value and pressure value are transmitted to the controller (50) through the indicator (30) and the data logger (40).

상기 인디케이터(30)는 변위압력 측정기(20)로부터 전송된 실시간 데이터(즉, 변위 값 및 압력 값)를 육안으로 확인가능하게 표시하는 동시에 데이터로거(40)에 전송한다. 이때 인디케이터(30)는 상기 변위 값 및 압력 값에 상응하는 전기신호를 데이터로거(40)에 출력 전달한다. 예를 들어, 상기 전기신호는 0~10V로 출력될 수 있다. The above indicator (30) displays real-time data (i.e., displacement value and pressure value) transmitted from the displacement pressure gauge (20) in a manner that can be confirmed with the naked eye, and transmits the data to the data logger (40). At this time, the indicator (30) outputs and transmits an electric signal corresponding to the displacement value and pressure value to the data logger (40). For example, the electric signal may be output as 0 to 10 V.

상기 데이터로거(40)는 인디케이터(30)를 통해 입력된 데이터를 기록 저장한다. 즉, 데이터로거(40)는 전지 셀(60)의 실시간 변위 값 및 실시간 압력 값에 해당하는 데이터를 누적 저장한다. 또한, 데이터로거(40)는 전지 셀(60)의 압력 값도 저장한다. 데이터로거(40)는 CSV(comma separated value) 형식으로 데이터를 저장할 수 있다. The above data logger (40) records and stores data input through the indicator (30). That is, the data logger (40) accumulates and stores data corresponding to real-time displacement values and real-time pressure values of the battery cell (60). In addition, the data logger (40) also stores the pressure values of the battery cell (60). The data logger (40) can store data in CSV (comma separated value) format.

컨트롤러(50)는 데이터로거(40)의 메모리에 저장되어 있는 데이터를 모두 요청하여 수집한 다음, 수집한 데이터(즉, 전지 셀의 변위 및 압력)를 기반으로 전지 셀(60)의 팽창률을 산출한다. The controller (50) requests and collects all data stored in the memory of the data logger (40), and then calculates the expansion rate of the battery cell (60) based on the collected data (i.e., displacement and pressure of the battery cell).

컨트롤러(50)는 전지 셀(60)의 충전 및 방전 중에도 주기적으로 또는 실시간으로 데이터로거(40)에서 변위 및 압력 데이터를 입력받아 전지 셀(60)의 팽창률을 지속적으로 산출하며, 상기 산출한 팽창률 데이터들을 기반으로 전지 셀(60)의 스웰링 사이클을 그래프화하여 구축하고 결정한다(도 3 참조). The controller (50) receives displacement and pressure data from the data logger (40) periodically or in real time during charging and discharging of the battery cell (60), continuously calculates the expansion rate of the battery cell (60), and constructs and determines a graph of the swelling cycle of the battery cell (60) based on the calculated expansion rate data (see FIG. 3).

도 3을 참조하면, 전지 셀(60)의 충전 시 그 팽창률(%)이 점차 증가하여 스웰링 사이클의 최고점(P1)에 도달하였다가 방전 시 점차 감소하여 최저점(P2)에 도달하게 되며, 이러한 전지 셀(60)의 부피 변화를 스웰링 사이클이라고 한다. 충방전기(10)에 의해 전지 셀(60)의 충전 및 방전이 실행되는 동안, 스웰링 사이클의 횟수가 증가하면서 우상향의 경향이 나타나게 된다. Referring to FIG. 3, when charging a battery cell (60), its expansion rate (%) gradually increases and reaches the highest point (P1) of the swelling cycle, and then gradually decreases and reaches the lowest point (P2) when discharging. This change in the volume of the battery cell (60) is called a swelling cycle. While charging and discharging the battery cell (60) are performed by the charger/discharger (10), an upward trend appears as the number of swelling cycles increases.

컨트롤러(50)는 전지 셀(60)의 진단 결과에 대한 신뢰성을 확보하기 위하여 적어도 소정 회차의 스웰링 사이클이 마련될 때까지 전지 셀(60)의 충방전을 실시하며, 소정 회차의 스웰링 사이클을 기준으로 전지 셀(60)의 수명성능을 진단하기 위한 최고 팽창률 값을 결정한다. 예를 들어, 10회차 스웰링 사이클의 최고값이 최고 팽창률 값으로 결정될 수 있다. The controller (50) performs charging and discharging of the battery cell (60) until at least a predetermined number of swelling cycles are provided in order to secure reliability of the diagnosis result of the battery cell (60), and determines the highest expansion ratio value for diagnosing the life performance of the battery cell (60) based on the predetermined number of swelling cycles. For example, the highest value of the 10th swelling cycle can be determined as the highest expansion ratio value.

컨트롤러(50)는 상기 최고 팽창률을 성능 평가를 위해 사전에 정해진 기본 팽창률과 비교하며, 그 비교 결과에 따라 전지 셀(60)의 수명성능을 결정한다. 구체적으로, 컨트롤러(50)는 상기의 비교 결과 최고 팽창률이 기본 팽창률을 초과하면 전지 셀(60)의 수명성능을 불량으로 진단하고, 최고 팽창률이 기본 팽창률 이하이면 전지 셀(60)의 수명성능을 미불량(즉, 양호)으로 진단한다. The controller (50) compares the above-described maximum expansion ratio with a basic expansion ratio determined in advance for performance evaluation, and determines the life performance of the battery cell (60) based on the comparison result. Specifically, if the above-described comparison result shows that the maximum expansion ratio exceeds the basic expansion ratio, the controller (50) diagnoses the life performance of the battery cell (60) as defective, and if the maximum expansion ratio is lower than the basic expansion ratio, the controller (50) diagnoses the life performance of the battery cell (60) as non-defective (i.e., good).

상기 기본 팽창률은 사전 실험 및 평가를 통해 전지 셀의 수명성능이 양호하고 미불량인 것으로 도출된 팽창률 값으로 정해지며, 소정 회차의 스웰링 사이클을 기준으로 정해진다. 이에, 전지 셀의 스웰링 사이클 회차마다 기본 팽창률 값이 달라질 수 있다. The above basic expansion ratio is determined as an expansion ratio value that is derived from preliminary experiments and evaluations to indicate that the battery cell has good and non-defective life performance, and is determined based on a predetermined number of swelling cycles. Accordingly, the basic expansion ratio value may vary for each swelling cycle of the battery cell.

도 4를 참조하면, 상기 기본 팽창률은 P3, P4, P5 등과 같이 스웰링 사이클 회차에 따라 변동될 수 있으며, 컨트롤러(50)는 평가/진단하고자 하는 전지 셀(60)의 최고 팽창률 값을 결정하기 위한 스웰링 사이클 회차와 동일한 회차의 스웰링 사이클을 기준으로 기본 팽창률 값을 결정한다. 이에, 컨트롤러(50)는 전지 셀의 스웰링 사이클 회차에 따라 기본 팽창률을 결정하기 위한 기본 팽창률 맵을 구비하고, 상기 기본 팽창률 맵을 통해 성능 평가를 위한 기본 팽창률 값을 결정할 수 있다. 상기 기본 팽창률 맵은 컨트롤러(50)의 메모리에 저장될 수 있다. Referring to FIG. 4, the basic expansion ratio may vary depending on the swelling cycle number, such as P3, P4, P5, etc., and the controller (50) determines the basic expansion ratio value based on the swelling cycle of the same number of swelling cycles for determining the highest expansion ratio value of the battery cell (60) to be evaluated/diagnosed. Accordingly, the controller (50) is provided with a basic expansion ratio map for determining the basic expansion ratio depending on the swelling cycle number of the battery cell, and can determine the basic expansion ratio value for performance evaluation through the basic expansion ratio map. The basic expansion ratio map may be stored in the memory of the controller (50).

상기와 같은 본 발명에 따른 리튬이차전지의 수명성능 진단 시스템을 통해 리튬이차전지용 파우치형 단위 셀의 수명성능을 종래 대비 조기에 진단할 수 있으며, 특히 본 발명의 시스템은 리튬 음극의 덴드라이트 성장에 따라 부피 팽창이 발생하는 리튬금속전지의 단위 셀의 수명성능을 진단하기에 보다 적합한 이점이 있다. As described above, the life performance of a pouch-type unit cell for a lithium secondary battery can be diagnosed earlier than in the past through the life performance diagnosis system of a lithium secondary battery according to the present invention, and in particular, the system of the present invention has the advantage of being more suitable for diagnosing the life performance of a unit cell of a lithium metal battery in which volume expansion occurs due to the growth of dendrites of a lithium negative electrode.

아울러, 상기 컨트롤러(50)는 전지 셀(60)의 스웰링 수준에 따라 수명성능을 진단하기 위한 일종의 성능평가모듈로서 데이터 처리, 계산, 제어 등을 수행하기 위한 프로세서, 컴퓨터 등으로 구성될 수 있다. In addition, the controller (50) may be configured as a kind of performance evaluation module for diagnosing the life performance according to the swelling level of the battery cell (60), and may be configured with a processor, computer, etc. for performing data processing, calculation, control, etc.

여기서, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 리튬이차전지의 수명성능 진단 방법을 일례로 설명하도록 한다. Here, a method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery according to the present invention will be described as an example with reference to FIG. 5.

도 5에 보듯이, 전지 셀(60)의 수명성능 평가 및 진단을 위하여 충방전기(10)에 의해 전지 셀(60)의 충전 및 방전이 실행된다(S100). 이때, 컨트롤러(50)는 충방전기(10)가 작동되기 전에 변위압력 측정기(20)로부터 전지 셀(60)의 초기 변위 값 및 초기 압력 값을 입력받는다. 전지 셀(60)의 초기 변위 및 초기 압력은 변위압력 측정기(20)에 적용되는 스프링부재(25)의 스프링상수에 따라 변동될 수 있다. As shown in Fig. 5, in order to evaluate and diagnose the life performance of the battery cell (60), charging and discharging of the battery cell (60) are performed by the charger/discharger (10) (S100). At this time, the controller (50) receives the initial displacement value and the initial pressure value of the battery cell (60) from the displacement pressure measuring device (20) before the charger/discharger (10) is operated. The initial displacement and the initial pressure of the battery cell (60) may vary depending on the spring constant of the spring member (25) applied to the displacement pressure measuring device (20).

전지 셀(60)의 충방전이 시작되면 변위압력 측정기(20)에 의해 전지 셀(60)의 부피 변화에 따른 변위 및 압력이 측정되고(S110), 컨트롤러(50)는 측정된 변위 및 압력을 기반으로 전지 셀(60)의 팽창률을 산출한다(S120). 이때, 컨트롤러(50)는 전지 셀(60)의 충방전이 진행됨에 따라 누적되는 팽창률 데이터를 기반으로 전지 셀(60)의 스웰링 사이클을 실시간으로 그래프화하여 구축하고 결정한다(S130). When charging and discharging of the battery cell (60) begins, displacement and pressure according to the change in volume of the battery cell (60) are measured by the displacement pressure meter (20) (S110), and the controller (50) calculates the expansion rate of the battery cell (60) based on the measured displacement and pressure (S120). At this time, the controller (50) constructs and determines the swelling cycle of the battery cell (60) in real time by graphing it based on the expansion rate data accumulated as the charging and discharging of the battery cell (60) proceeds (S130).

컨트롤러(50)는 소정 회차의 스웰링 사이클에서 전지 셀(60)의 성능 평가를 위한 최고 팽창률 값을 결정하며(S140), 상기 최고 팽창률 값을 기본 팽창률 값과 비교한다(S150). The controller (50) determines the maximum expansion ratio value for evaluating the performance of the battery cell (60) in a predetermined number of swelling cycles (S140) and compares the maximum expansion ratio value with the basic expansion ratio value (S150).

컨트롤러(50)는 상기 비교 결과에 따라 전지 셀(60)의 수명성능 즉, 불량 여부를 결정하며, 구체적으로 전지 셀(60)의 최고 팽창률이 기본 팽창률을 초과하면 전지 셀(60)의 수명성능을 불량으로 진단하고(S160), 최고 팽창률이 기본 팽창률 이하이면 전지 셀(60)의 수명성능을 미불량으로 진단한다(S170). The controller (50) determines the life performance of the battery cell (60), i.e., whether it is defective, based on the results of the comparison. Specifically, if the maximum expansion rate of the battery cell (60) exceeds the basic expansion rate, the life performance of the battery cell (60) is diagnosed as defective (S160), and if the maximum expansion rate is lower than the basic expansion rate, the life performance of the battery cell (60) is diagnosed as non-defective (S170).

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 또한 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted as having a limited conventional or dictionary meaning, and the scope of the rights of the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the rights of the present invention.

10 : 충방전기
20 : 변위압력 측정기
21 : 상판
22 : 하판
23 : 상부 이동판
24 : 하부 이동판
25 : 스프링부재
26 : 변위센서
27 : 압력센서
30 : 인디케이터
40 : 데이터로거
50 : 컨트롤러
60 : 전지 셀10: Charging and discharging
20: Displacement pressure gauge
21 : Top plate
22 : Lower part
23: Upper moving plate
24 : Lower moving plate
25 : Spring Absence
26 : Displacement sensor
27 : Pressure sensor
30 : Indicator
40 : Data Logger
50 : Controller
60 : Battery Cell

Claims

Displacement pressure meter for measuring displacement and pressure according to charging and discharging of battery cells;
A controller that calculates the expansion rate of a battery cell based on the displacement and pressure measured by the displacement pressure gauge, and determines the life performance of the battery cell based on the result of comparing the expansion rate of the battery cell with a determined basic expansion rate;
A life performance diagnosis system for a lithium secondary battery including a .

In claim 1,
A lithium secondary battery life performance diagnosis system, characterized in that the controller determines the swelling cycle of the battery cell based on the expansion rate data of the battery cell, and determines the life performance of the battery cell by comparing the maximum expansion rate, which is the maximum value of the swelling cycle, with the determined basic expansion rate.

In claim 2,
A lithium secondary battery life performance diagnosis system, characterized in that the above controller determines the maximum expansion rate of the battery cell based on a predetermined number of swelling cycles.

In claim 2,
A life performance diagnosis system for a lithium secondary battery, characterized in that the controller diagnoses the life performance of a battery cell as defective if the maximum expansion rate exceeds the basic expansion rate.

In claim 2,
A lithium secondary battery life performance diagnosis system, characterized in that the controller diagnoses the life performance of a battery cell as defective if the maximum expansion rate is lower than the basic expansion rate.

In claim 1,
A life performance diagnosis system for a lithium secondary battery, characterized in that the battery cell is a unit cell of a lithium metal battery including a lithium negative electrode.

A first step of executing charging and discharging of battery cells;
A second step of measuring displacement and pressure according to charging and discharging of battery cells;
A third step of calculating the expansion rate of the battery cell based on the above displacement and pressure;
A fourth step of determining a swelling cycle based on the expansion rate of the battery cell and determining the life performance of the battery cell based on the result of comparing the maximum expansion rate of the swelling cycle with a predetermined basic expansion rate;
A method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery including a

In claim 7,
A method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, characterized in that in the fourth step, the maximum value of a predetermined number of swelling cycles is determined as the maximum expansion rate value of the battery cell.

In claim 7,
A method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, characterized in that in the fourth step, if the maximum expansion rate exceeds the basic expansion rate, the life performance of the battery cell is diagnosed as defective.

In claim 7,
A method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, characterized in that in the fourth step, if the maximum expansion rate is lower than the basic expansion rate, the life performance of the battery cell is diagnosed as defective.

In claim 7,
A method for diagnosing the life performance of a lithium secondary battery, characterized in that the battery cell is a unit cell of a lithium metal battery including a lithium negative electrode.