特表 2024-544945 電源供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-05

(54)【発明の名称】電源供給装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/00 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01R31/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024527652

(86)(22)【出願日】2023-07-21

(85)【翻訳文提出日】2024-05-10

(86)【国際出願番号】 KR2023010596

(87)【国際公開番号】W WO2024043545

(87)【国際公開日】2024-02-29

(31)【優先権主張番号】10-2022-0106846

(32)【優先日】2022-08-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ソルニプ・イ

【テーマコード（参考）】

2G036

【Ｆターム（参考）】

2G036AA28

2G036BA37

2G036BB08

2G036CA12

(57)【要約】

本発明は、電源供給装置に関するものであって、二次電池を用いて電源を供給する装置において、二次電池の状態をリアルタイムでモニタリングして安定して電源を供給することができる電源供給装置を提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の二次電池が備えられるバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールを制御するＢＭＳユニットと、を含み、
前記複数の二次電池のうち少なくとも１つ以上は、基準電極が備えられた３電極電池からなり、
前記３電極電池の前記基準電極は、複数の穿孔ホールが形成されたフィルム状からなる、電源供給装置。

【請求項2】

前記３電極電池は、
メイン分離膜と、
前記メイン分離膜の一側面に積層されるフィルム状の前記基準電極と、
前記基準電極を挟んで前記メイン分離膜の前記一側面に積層される補助分離膜と、
前記メイン分離膜、前記基準電極及び前記補助分離膜を挟んで積層される第１電極及び第２電極と、
内部空間に前記メイン分離膜、前記基準電極、前記補助分離膜、前記第１電極及び前記第２電極が収容される電池ケースと、を含み、
前記基準電極は、４５～１２０μｍの厚さからなる、請求項１に記載の電源供給装置。

【請求項3】

前記基準電極は、
前記第１電極または前記第２電極と対面する第１領域と、
前記第１電極または前記第２電極の一側から突出する第２領域と、を含み、
前記複数の穿孔ホールは、前記第１領域に形成され、
前記第１領域で前記複数の穿孔ホールからなる孔隙率は、３０～７０％である、請求項２に記載の電源供給装置。

【請求項4】

前記３電極電池は、一端部が前記基準電極の前記第２領域に融着され、他端部が前記電池ケースの外部に突出する基準電極リードをさらに含む、請求項３に記載の電源供給装置。

【請求項5】

前記第１領域の面積は、前記第１電極または前記第２電極の面積の１～１０％からなる、請求項３に記載の電源供給装置。

【請求項6】

前記基準電極は、
本体を形成するホイル部材と、
前記ホイル部材にコーティングされる基準電極活物質と、を含む、請求項１に記載の電源供給装置。

【請求項7】

前記ホイル部材の素材は、Ｃｕ－ｆｏｉｌ及びＡｌ－ｆｏｉｌのうちから１つ以上を含む、請求項６に記載の電源供給装置。

【請求項8】

前記基準電極活物質は、ＬＴＯ（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬＦＰ（ＬｉＦｅＰＯ_４）、Ｌｉ金属、及びこれらの組み合わせからなる群の中から選択される、請求項６に記載の電源供給装置。

【請求項9】

前記基準電極と前記第１電極または前記第２電極との間の電圧を測定する第１電圧測定ユニットと、
前記第１電極と前記第２電極との間の電圧を測定する第２電圧測定ユニットと、をさらに含み、
前記第１電圧測定ユニット及び前記第２電圧測定ユニットの測定値は、前記ＢＭＳユニットに伝達される、請求項２から５のいずれか一項に記載の電源供給装置。

【請求項10】

前記基準電極と前記第１電極または前記第２電極との間の電圧を測定する第１電圧測定ユニットと、
前記バッテリモジュールの電圧を測定する第２電圧測定ユニットと、をさらに含み、
前記第１電圧測定ユニット及び前記第２電圧測定ユニットの測定値は、前記ＢＭＳユニットに伝達される、請求項２に記載の電源供給装置。

【請求項11】

前記バッテリモジュールは、複数設けられ、
複数の前記バッテリモジュールのそれぞれには、少なくとも１つ以上の３電極電池が備えられ、
前記第１電圧測定ユニットは、複数設けられ、
前記第２電圧測定ユニットは、複数設けられ、
複数の前記バッテリモジュールのそれぞれに少なくとも１つ以上の第１電圧測定ユニット及び少なくとも１つ以上の第２電圧測定ユニットが備えられる、請求項１０に記載の電源供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０２２年８月２５日付の韓国特許出願第１０－２０２２－０１０６８４６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は、電源供給装置に係り、二次電池を用いて電源を供給する装置において、二次電池の状態をリアルタイムでモニタリングして安定して電源を供給することができる電源供給装置に関する。

【背景技術】

【0003】

一般的に、二次電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する放電と、逆方向である充電過程と、を通じて繰り返し使用が可能な電池であり、その種類としては、ニッケルカドミウム（Ｎｉ－Ｃｄ）電池、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池、リチウム金属電池、リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）電池及びリチウムイオンポリマー電池（Ｌｉ－ｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂａｔｔｅｒｙ）などがある。このような二次電池のうち、高いエネルギー密度と電圧とを有し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム二次電池が商用化されて広く使われている。

【0004】

前述したように、二次電池は、電気エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵し、化学エネルギーを電気エネルギーとして放出する切り替えが容易であるために、電気自動車のようなモバイル装置やスマートグリッドのようなシステムに活用される電源供給及び貯蔵装置に使われる。

【0005】

この際、二次電池の状態は、二次電池が適用される装置またはシステムの効率及び機能に影響を与え、特に、電気自動車に適用される場合には、使用者の安全とも直結する。

【0006】

したがって、二次電池で電力を供給する装置で二次電池の状態をリアルタイムで把握することは非常に重要である。

【0007】

二次電池の状態をリアルタイムでモニタリングするための方法の１つとしては、３電極システムがある。

【0008】

具体的に、二次電池の正極／負極のモニタリングのために、基準電極を使用した３電極分析システムが活用されうる。従来の３電極システムには、ＬＴＯ（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）活物質がコーティングされた薄い銅ワイヤが基準電極として使われる。

【0009】

具体的に、図１に示したように、３電極電池は、正極１１と負極１２との間に積層される分離膜１３にＬＴＯ活物質がコーティングされたＣｕワイヤが基準電極１４として挿入される。さらに具体的に、正極１１と負極１２との間の分離膜１３は、二重からなり、基準電極１４は、二重の分離膜１３の間に位置しうる。

【0010】

この際、ワイヤタイプの基準電極を使えば、図２に示したように、基準電極１４の形状によって遮断領域（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ａｒｅａ）が発生し、これにより、未反応領域が形成されて二次電池の性能低下の原因になりうる。

【0011】

電極自体の剛性や厚さによって、遮断領域のサイズは拡大されて問題になり、特に、電池が駆動しながら発生する電極の厚さの増加及びガス発生による電池内圧の増加によって、基準電極の位置する領域に圧力が増加すれば、電極の損傷及び分離膜の損傷を誘発し、二次電池を用いた電源供給装置が適用される装置またはシステムの性能低下及び安全に問題を発生させうる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、電源供給装置に関するものであって、二次電池を用いて電源を供給する装置において、二次電池の状態をリアルタイムでモニタリングして安定して電源を供給することができる電源供給装置を提供することである。

【0013】

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の電源供給装置は、前記複数の二次電池が備えられるバッテリモジュール；及び前記バッテリモジュールを制御するＢＭＳ（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）ユニット；を含み、前記複数の二次電池のうち少なくとも１つ以上は、基準電極が備えられる３電極電池からなり、前記３電極電池の前記基準電極は、複数の穿孔ホールが形成されたフィルム状からなるものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明の電源供給装置は、長時間または多サイクルの使用にも安定して駆動が可能な３電極電池を備えることにより、リアルタイムで二次電池の状態がモニタリング可能なものである。

【0016】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、基準電極による遮断領域の広さを最小化し、電池内部の圧力変化による電極凹みのような電極損傷や内部段落のような回路問題の発生を抑制することができる。

【0017】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、電極の自体物性及び駆動有無に関係なく高信頼性の正極／負極のモニタリングが可能なものである。

【0018】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、厚さの変化が激しいＳｉ／ＳｉＯ電池や、長期的な退化に対するモニタリングが有利なものである。

【0019】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、遮断領域の減少で３電極偏差の減少効果を期待することができる。

【0020】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、中型・大型電池の設計に容易な構造であり、電極のスタックまたは面積に関係なく適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来の３電極電池を示す概念図である。

【図2】従来の３電極電池を示す断面図である。

【図3】本発明の電源供給装置を示すブロック図である。

【図4】３電極電池を示す断面図である。

【図5】３電極電池の積層構造を示す分解斜視図である。

【図6】第１電極と基準電極との配置関係を示す平面図である。

【図7】第１領域の孔隙率による電池特性を示すグラフである。

【図8A】基準電極による電池電極の状態を示す写真である。

【図8B】基準電極による電池電極の状態を示す写真である。

【図8C】基準電極による電池電極の状態を示す写真である。

【図9】１Ｃ ｃｈａｒｇｅと２Ｃ ｃｈａｒｇｅとで充電深度を示すグラフである。

【図10】本発明の電源供給装置の他の実施形態を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の電源供給装置は、複数の二次電池が備えられるバッテリモジュール；及び前記バッテリモジュールを制御するＢＭＳユニット；を含み、前記複数の二次電池のうち少なくとも１つ以上は、基準電極が備えられる３電極電池からなり、前記３電極電池の前記基準電極は、複数の穿孔ホールが形成されたフィルム状からなるものである。

【0023】

本発明の電源供給装置で、前記３電極電池は、メイン分離膜；前記メイン分離膜の一側面に積層されるフィルム状の前記基準電極；前記基準電極を挟んで前記メイン分離膜の前記一側面に積層される補助分離膜；前記メイン分離膜、前記基準電極及び前記補助分離膜を挟んで積層される第１電極及び第２電極；内部空間に前記メイン分離膜、前記基準電極、前記補助分離膜、前記第１電極及び前記第２電極が収容される電池ケース；を含み、前記基準電極は、４５～１２０μｍの厚さからなるものである。

【0024】

本発明の電源供給装置で、前記基準電極は、前記第１電極または前記第２電極と対面する第１領域と、前記第１電極または前記第２電極の一側から突出する第２領域と、を含み、前記複数の穿孔ホールは、前記第１領域に形成され、前記第１領域で前記複数の穿孔ホールからなる孔隙率は、３０～７０％でもある。

【0025】

本発明の電源供給装置の前記３電極電池は、一端部が前記基準電極の前記第２領域に融着され、他端部が前記電池ケースの外部に突出する基準電極リードをさらに含むものである。

【0026】

本発明の電源供給装置で、前記第１領域の面積は、前記第１電極または前記第２電極の面積の１～１～１０％からなるものである。

【0027】

本発明の電源供給装置で、前記基準電極は、本体を形成するホイル（ｆｏｉｌ）部材と、前記ホイル部材にコーティングされる基準電極活物質と、を含むものである。

【0028】

本発明の電源供給装置で、前記ホイル部材の素材は、Ｃｕ－ｆｏｉｌ及びＡｌ－ｆｏｉｌのうちから１つ以上を含むものである。

【0029】

本発明の電源供給装置で、前記基準電極活物質は、ＬＴＯ（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＬＦＰ（ＬｉＦｅＰＯ４）、Ｌｉ金属、及びこれらの組み合わせからなる群の中から選択されるものである。

【0030】

本発明の電源供給装置は、前記基準電極と前記第１電極または前記第２電極との間の電圧を測定する第１電圧測定ユニット；及び前記第１電極と前記第２電極との間の電圧を測定する第２電圧測定ユニット；をさらに含み、前記第１電圧測定ユニット及び前記第２電圧測定ユニットの測定値は、前記ＢＭＳユニットに伝達されるものである。

【0031】

本発明の電源供給装置は、前記基準電極と前記第１電極または前記第２電極との間の電圧を測定する第１電圧測定ユニット；及び前記バッテリモジュールの電圧を測定する第２電圧測定ユニット；をさらに含み、前記第１電圧測定ユニット及び前記第２電圧測定ユニットの測定値は、前記ＢＭＳユニットに伝達されるものである。

【0032】

本発明の電源供給装置で、前記バッテリモジュールは、複数設けられ、前記複数のバッテリモジュールのそれぞれには、少なくとも１つ以上の３電極電池が備えられ、前記第１電圧測定ユニットは、複数設けられ、前記第２電圧測定ユニットは、複数設けられ、前記複数のバッテリモジュールのそれぞれに少なくとも１つ以上の第１電圧測定ユニット及び少なくとも１つ以上の第２電圧測定ユニットが備えられるものである。

【0033】

以下、添付図面を参照して、本発明による実施例を詳しく説明する。この過程で図面に示された構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性と便宜上、誇張して示されうる。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義された用語は、ユーザ、運用者の意図または慣例によって変わりうる。このような用語に対する定義は、本明細書の全般に亘った内容に基づいて下されなければならない。

【0034】

本発明の説明において、留意しなければならない点は、用語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「内側」、「外側」、「一面」、「他面」などが指示する方位または位置関係は、図面で示す方位または位置関係、あるいは、通常、本発明の製品使用時に配置する方位または位置関係に基づいたものであり、単に本発明の説明と簡略な説明のためのものであり、表示された装置または素子が、必ずしも特定の方位をもって、特定の方位で構成されるか、操作されなければならないということを提示または暗示するものではないので、本発明を制限すると理解してはならない。

【0035】

図３は、本発明の電源供給装置を示すブロック図である。図４は、３電極電池を示す断面図である。図５は、３電極電池の積層構造を示す分解斜視図である。図６は、第１電極と基準電極との配置関係を示す平面図である。図７は、第１領域の孔隙率による電池特性を示すグラフである。図８Ａないし図８Ｃは、基準電極による電池電極の状態を示す写真である。図９は、１Ｃ ｃｈａｒｇｅ及び２Ｃ ｃｈａｒｇｅに対する充電深度を示すグラフである。図１０は、本発明の電源供給装置の他の実施形態を示すブロック図である。

【0036】

以下、図３ないし図１０を参照して、本発明の電源供給装置について詳しく説明する。図４ないし図６に表記されたｘｙｚ座標系で、ｘ軸方向は、第１方向であり、ｙ軸方向は、第２方向であり、ｚ軸方向は、上下方向である。

【0037】

図３及び図４に示したように、本発明の電源供給装置は、複数の二次電池２００が備えられるバッテリモジュール３００；及び前記バッテリモジュール３００を制御するＢＭＳユニット４００；を含み、前記複数の二次電池２００のうち少なくとも１つ以上は、基準電極１１０が備えられる３電極電池１００からなり、前記３電極電池１００の前記基準電極は、複数の穿孔ホール１１３が形成されたフィルム状からなるものである。

【0038】

バッテリモジュール３００は、複数の二次電池２００の集合からなるものであって、複数の二次電池２００が互いに電気的に連結された状態で、ハウジングに収容されて複数の二次電池２００が衝撃や振動で揺れないように互いに固定されるものである。バッテリモジュール３００内で複数の二次電池２００は、互いに直列連結される。３電極電池１００は、バッテリモジュール３００に設けられる複数の二次電池２００のうち、１つまたは一部である。必要に応じて、バッテリモジュール３００に設けられる複数の二次電池２００がいずれも３電極電池１００からなることもある。本発明の電源供給装置で、二次電池２００は、多様なタイプの電池である。例えば、二次電池２００及び３電極電池１００は、パウチ型電池である。

【0039】

本発明の電源供給装置は、ＢＭＳユニット４００によって制御され、バッテリモジュールの温度を制御する冷却回路（図示せず）がさらに備えられうる。

【0040】

ＢＭＳユニット４００は、電圧（二次電池または３電極電池の個別電圧、バッテリモジュールの総電圧、二次電池の最低または最高電圧など）値、電流（充電または放電電流など）値、温度（二次電池の個別温度、バッテリモジュールの平均温度、さらに設けられる冷却回路の入口または出口の温度、冷却回路を流れる冷却液の温度など）値、ＳｏＣ値、ＳｏＨ値、放電深度（ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）値などの特定値を監視することができる。さらに、ＢＭＳユニット４００は、電圧制御（充電電圧、過充電電圧など）、電流制御（過電流、充電電流、放電電流など）、出力制限（電流制御と電圧制御とを通じた出力制御など）、温度制御（冷却回路制御など）、セルバランシング（ｂａｌａｎｃｉｎｇ）（周波数変換器－ＰＷＭインバータ（ＰＷＭ－ｉｎｖｅｒｔｅｒ））、ＳｏＣ制御及びセル保護（過充電状態に至らず、回生制動エネルギーを吸収できるような蓄電池作動点制御）及びリレー制御のうち少なくとも１つ以上の機能を行うものである。

【0041】

図４に示したように、本発明の電源供給装置の３電極電池１００は、メイン分離膜１２０；前記メイン分離膜１２０の一側面に積層されるフィルム状の基準電極１１０；前記基準電極１１０を挟んで前記メイン分離膜１２０の前記一側面に積層される補助分離膜１３０；前記メイン分離膜１２０、前記基準電極１１０及び前記補助分離膜１３０を挟んで積層される第１電極１４０及び第２電極１５０；内部空間に前記メイン分離膜１２０、前記基準電極１１０、前記補助分離膜１３０、前記第１電極１４０及び前記第２電極１５０が収容される電池ケース１６０；を含むものである。

【0042】

前記基準電極１１０は、４５～１２０μｍの厚さからなるものである。基準電極１１０の厚さは、第１電極１４０と第２電極１５０との間の浮き上がり現象、３電極電池１００に加えられる衝撃または振動による打痕現象などを考慮して決定される。

【0043】

第１電極１４０及び第２電極１５０のうち１つは、正極からなり、他の１つは、負極からなりうる。

【0044】

図４及び図５に示したように、第１電極１４０は、第１電極集電体１４１、前記第１電極集電体１４１の表面に塗布される第１電極活物質１４２、前記第１電極集電体１４１のうち、前記第１電極活物質１４２が塗布されていない無地部に溶接される第１電極タブ１４４、及び一端部が前記電池ケース１６０の内部で前記第１電極タブ１４４と溶接され、他端部が前記電池ケース１６０の外部に突出する第１電極リード１４５を含みうる。第２電極１５０も、第２電極集電体１５１、前記第２電極集電体１５１の表面に塗布される第２電極活物質１５２、前記第２電極集電体１５１のうち、前記第２電極活物質１５２が塗布されていない無地部に溶接される第２電極タブ１５４、及び一端部が前記電池ケース１６０の内部で前記第２電極タブ１５４と溶接され、他端部が前記電池ケース１６０の外部に突出する第２電極リード１５５を含みうる。

【0045】

メイン分離膜１２０及び補助分離膜１３０の素材は、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン／ブテン共重合体、エチレン／ヘキセン共重合体及びエチレン／メタクリレート共重合体のうち少なくとも１つ以上を含むものである。

【0046】

メイン分離膜１２０は、第１電極１４０及び第２電極１５０の間に位置するものである。

【0047】

メイン分離膜１２０、第１電極１４０及び第２電極１５０は、それぞれ複数設けられ、この際、補助分離膜１３０と基準電極１１０は、複数のメイン分離膜１２０のうち１つに設けられうる。

【0048】

メイン分離膜１２０、第１電極１４０及び第２電極１５０のそれぞれは、シート状からなって互いに重畳するように積層される。

【0049】

補助分離膜１３０は、基準電極１１０が第１電極１４０または第２電極１５０に直接接触しないように基準電極１１０を覆うことができるサイズからなりうる。

【0050】

図４及び図５に示したように、本発明の電源供給装置の３電極電池は、第１電極１４０、メイン分離膜１２０、基準電極１１０、補助分離膜１３０、第２電極１５０の順に、または第１電極１４０、補助分離膜１３０、基準電極１１０、メイン分離膜１２０、第２電極１５０の順に積層されて形成された電極組立体と共に電解液が電池ケース１６０の内部に注液された後、電池ケース１６０を密封して完成される。

【0051】

この際、第１電極１４０及び第２電極１５０が、それぞれ複数設けられる場合、複数の第１電極１４０のそれぞれに溶接された第１電極タブ１４４が１つの第１電極リード１４５に溶接され、複数の第２電極１５０のそれぞれに溶接された第２電極タブ１５４が１つの第２電極リード１５５に溶接され、第１電極リード１４５の一端部及び第２電極リード１５５の一端部が、電池ケース１６０の外部に突出する。

【0052】

図５及び図６に示したように、前記基準電極１１０は、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０と対面する第１領域（Ａ１）と、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０の一側から突出する第２領域（Ａ２）と、を含み、前記複数の穿孔ホール１１３は、前記第１領域（Ａ１）に形成されるものである。すなわち、第１領域（Ａ１）は、第１電極１４０または第２電極１５０にかかる電位の基準を定めるものであり、第２領域（Ａ２）は、電気的連結のためのものである。

【0053】

本発明の電源供給装置の３電極電池１００で、前記基準電極１１０は、複数の穿孔ホール１１３が形成されるものである。基準電極１１０に複数の穿孔ホール１１３が形成されることにより、第１電極１４０と第２電極１５０との間でのイオンの移動を基準電極１１０が妨害することを防止することができ、遮断領域の形成を抑制することができる。前記第１領域（Ａ１）で、前記複数の穿孔ホール１１３からなる孔隙率は、３０～７０％でもある。すなわち、複数の穿孔ホール１１３の全面積は、第１領域（Ａ１）の面積の３０～７０％からなりうる。第１領域（Ａ１）で、孔隙率が３０％以下である場合、イオン拡散が円滑に行われず、７０％以上である場合、基準電極が切断され得る。したがって、前記第１領域（Ａ１）で、前記複数の穿孔ホール１１３からなる孔隙率は、３０～７０％であることが望ましい。

【0054】

図７は、第１領域の孔隙率による電池特性を示すグラフである。具体的に、正極、分離膜、負極順に積層された電極組立体を含む電池に対して、分離膜と負極との間に穿孔ホールが形成されたテストホイルを挿入し、テストホイルの孔隙率（ｏｐｅｎ ｒａｔｉｏ）による電池特性を示すグラフである。４個の電池が提供され、３個の電池には、孔隙率が１７％、３２％及び５０％であるテストホイルをそれぞれ挿入し、残りの１つの電池には、テストホイルを挿入しなかった。図７に示されたように、３０％未満の孔隙率（１７％の孔隙率）のテストホイルが備えられた電池は、イオン移動に障害があることがわかるが、３０％以上の孔隙率（３２％及び５０％の孔隙率）のテストホイルが備えられた電池は、テストホイル自体のない二次電池と類似した挙動を示すということが分かる。

【0055】

本発明の電源供給装置の３電極電池１００は、一端部が前記基準電極１１０の前記第２領域（Ａ２）に融着され、他端部が前記電池ケース１６０の外部に突出する基準電極リード１１５をさらに含むものである。基準電極１１０は、薄膜金属フィルムまたはホイルからなるために、電池ケース１６０の密封のための融着または外部電気端子との連結のための最小限の剛性が確保されない。したがって、基準電極１１０には、電気的連結のための導電体である基準電極リード１１５が連結され、基準電極リード１１５は、第２領域（Ａ２）において溶接される。

【0056】

本発明の電源供給装置で、前記第１領域（Ａ１）の面積は、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０の面積の１～１０％からなるものである。１０％の面積を超過するサイズに基準電極１１０の第１領域（Ａ１）が形成される場合、リチウムイオン拡散抵抗が大きくなる。

【0057】

具体的に、図６に示したように、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０は、互いに直交する第１方向及び第２方向をエッジとする長方形からなりうる。さらに具体的に、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０の前記第１方向の長さが、前記第２方向の長さよりも長く形成されうる。

【0058】

この際、前記第１領域（Ａ１）の前記第１方向への長さＷｒは、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０の前記第１方向への長さＦＬの１～３％に形成され、前記第１領域（Ａ１）の前記第２方向への長さＬｒは、前記第１電極１４０または前記第２電極１５０の前記第２方向への長さＦｗの５～９５％に形成されるものである。前記第１領域（Ａ１）の前記第２方向への長さＬｒは、第１電極または第２電極の規格、素材、積層数及び積層形態などを考慮して決定される。

【0059】

すなわち、基準電極１１０は、第１電極１４０または第２電極１５０の長手方向に垂直な方向に延びる形状からなりうる。

【0060】

図４に示したように、前記基準電極１１０は、本体を形成するホイル部材１１１と、前記ホイル部材１１１にコーティングされる基準電極活物質１１２と、を含むものである。基準電極活物質１１２は、第１領域（Ａ１）に塗布され、第２領域（Ａ２）は、基準電極活物質１１２が塗布されていない無地部からなりうる。例えば、第１領域（Ａ１）及び第２領域（Ａ２）の第１方向への幅は、２ｍｍに形成され、第２方向への長さは、第１領域（Ａ１）が１５ｍｍ、第２領域（Ａ２）が３ｍｍに形成されうる。

【0061】

前記ホイル部材１１１の素材は、Ｃｕ－ｆｏｉｌ及びＡｌ－ｆｏｉｌのうちから１つ以上を含むものであり、前記基準電極活物質１１２は、ＬＴＯ（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬＦＰ（ＬｉＦｅＰＯ_４）、Ｌｉ金属、及びこれらの組み合わせからなる群の中から選択されるものである。

【0062】

図８Ａ～図８Ｃは、本発明の電源供給装置に適用される３電極電池の基準電極１１０を適用した時と、従来のワイヤ型基準電極を適用した時との、電池での電極表面を撮影した写真である。図８Ａ～図８Ｃにおいて、左側は、従来のワイヤ型基準電極が適用されたものであり、右側は、本発明の基準電極１１０が適用されたものである。

【0063】

図８Ａは、ＳｏＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）１００％の電池から抽出された電極である。従来のタイプは、未反応領域が観察されているが、本発明の電源供給装置に適用される３電極電池の電極は、未反応領域が確認されないことが見られる。

【0064】

図８Ｂは、１Ｃ／１Ｃ、２０サイクルの充電・放電が適用された電池から抽出された電極である。従来のタイプは、ワイヤ型基準電極の近隣位置でＬｉ析出が不均一であるということが見られる。

【0065】

図８Ｃは、急速充電（ｆａｓｔ ｃｈａｒｇｅ）が適用された電池から抽出された写真である。従来のタイプは、ワイヤ型基準電極隣接領域で析出深化現象が発生するが、本発明の電源供給装置に適用される３電極電池の電極は、基準電極１１０隣接領域での析出が緩和されるということが見られる。

【0066】

図９は、１Ｃ ｃｈａｒｇｅ及び２Ｃ ｃｈａｒｇｅに対する充電深度を示すグラフである。本発明の電源供給装置に適用される３電極電池が、従来の電池よりも充電深度の偏差が減少することが見られる。

【0067】

本発明の電源供給装置は、基準電極と第１電極または第２電極との間の電圧を測定する第１電圧測定ユニット；及び前記第１電極と前記第２電極との間の電圧を測定する第２電圧測定ユニット；をさらに含み、前記第１電圧測定ユニット及び前記第２電圧測定ユニットの測定値は、前記ＢＭＳユニットに伝達されるものである。

【0068】

他の実施形態として、図１０に示したように、本発明の電源供給装置は、基準電極１１０と第１電極１４０または第２電極１４０との間の電圧を測定する第１電圧測定ユニット５１０及びバッテリモジュール３００の電圧を測定する第２電圧測定ユニット５２０をさらに含み、前記第１電圧測定ユニット５１０及び前記第２電圧測定ユニット５２０の測定値は、前記ＢＭＳユニット３００に伝達されるものである。

【0069】

バッテリモジュール３００は複数設けられ、複数のバッテリモジュール３００のそれぞれには、少なくとも１つ以上の３電極電池１００が備えられ、第１電圧測定ユニット５１０は複数設けられ、第２電圧測定ユニット５２０は複数設けられ、前記複数のバッテリモジュール３００のそれぞれに少なくとも１つ以上の第１電圧測定ユニット５１０及び少なくとも１つ以上の第２電圧測定ユニット５２０が備えられるものである。

【0070】

以上、本発明による実施例が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これにより多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明の電源供給装置は、長時間または多サイクルでの使用にも安定して駆動が可能な３電極電池を備えることにより、リアルタイムで二次電池の状態がモニタリング可能なものである。

【0072】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、基準電極による遮断領域の広さを最小化し、電池内部の圧力変化による電極凹みのような電極損傷や内部短絡のような回路問題の発生を抑制することができる。

【0073】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、電極自体の物性及び駆動の有無に関係なく高信頼性の正極／負極のモニタリングが可能なものである。

【0074】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、厚さの変化が激しいＳｉ／ＳｉＯ電池や、長期的な退化に対するモニタリングに対して有利なものである。

【0075】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、遮断領域の減少による３電極偏差の減少効果を期待することができる。

【0076】

本発明の電源供給装置での３電極電池は、中型・大型電池の設計に容易な構造であり、電極のスタックまたは面積に関係なく適用可能である。

【符号の説明】

【0077】

１００：３電極電池
１１０：基準電極
１１１：ホイル部材
１１２：基準電極活物質
１１３：穿孔ホール
１１５：基準電極リード
１２０：メイン分離膜
１３０：補助分離膜
１４０：第１電極
１４１：第１電極集電体
１４２：第１電極活物質
１４４：第１電極タブ
１４５：第１電極リード
１５０：第２電極
１５１：第２電極集電体
１５２：第２電極活物質
１５４：第２電極タブ
１５５：第２電極リード
１６０：電池ケース
２００：二次電池
３００：バッテリモジュール
４００：ＢＭＳユニット
５１０：第１電圧測定ユニット
５２０：第２電圧測定ユニット
Ａ１：第１領域
Ａ２：第２領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】