CN114930178A - 用于测量电池单体的容量的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量电池单体的容量的设备以及一种测量电池单体的容量的方法。该用于测量电池单体的容量的设备包括：夹具，该夹具被构造成使电池单体被安装在该夹具上，并且从两个表面挤压电池单体；充电/放电单元，该充电/放电单元被构造成被连接到电池单体；和充电/放电腔室，该充电/放电腔室被构造成容纳夹具和电池单体，其中，用于电池单体的温度控制的热电元件被形成在夹具的外表面上。

Description

用于测量电池单体的容量的设备和方法
技术领域
本申请要求基于在2020年7月21日提交的韩国专利申请第10-2020-0090055号的优先权利益，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
本发明涉及一种用于测量电池单体的容量的设备和方法，更特别地，涉及一种用于使用热电元件来测量电池单体的容量的设备和方法。
背景技术
近来，能够充电和放电的二次电池已经被广泛地用作无线移动装置的能源。另外，作为被提出作为对使用化石燃料的现有汽油车辆和柴油车辆的空气污染的解决方案的电动车辆、混合动力电动车辆等的能源，二次电池已经受到关注。因此，由于二次电池的优点，使用二次电池的应用类型当前非常多样化，并且预期二次电池将在未来被应用于很多领域和产品。
取决于电极和电解质的成分，这种二次电池可以被分类成锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂聚合物电池等，并且其中，较不可能泄漏电解质且容易制造的锂离子聚合物电池的使用量正在增加。通常，取决于电池外壳的形状，二次电池被分类成：圆柱形电池和棱柱形电池，在该圆柱形电池和棱柱形电池中，电极组件嵌入在圆柱形或矩形金属罐中；和袋型电池，在该袋型电池中，电极组件嵌入在铝层压片的袋型外壳中。内置于电池外壳中的电极组件由正电极、负电极以及介于正电极和负电极之间的分隔件构成，并且是能够进行充电和放电的电力产生元件。电极组件被分类成：果冻卷型，该果冻卷型在分隔件介于长片形且涂覆有活性材料的正电极和负电极之间的情况下被缠绕；和堆叠型，在该堆叠型中，预定尺寸的多个正电极和负电极在分隔件介于其间的同时被顺序地堆叠。
正电极和负电极通过如下方式来形成：分别地将包含正电极活性材料的正电极浆液和包含负电极活性材料的负电极浆液施加到正电极集电器和负电极集电器，由此形成正电极活性材料层和负电极活性材料层，随后对其进行干燥和滚压。
在这种二次电池的情形中，对有缺陷的产品进行检测，或者在制造过程期间对各种性能进行评价，并且二次电池的性能的一个代表性示例是电池的容量。
图1是示出传统电池单体容量测量设备的构造的示意图。
参考图1，用于测量电池单体的容量的传统设备10包括：夹具12，电池单体11被安装在该夹具12上；充电/放电单元13，该充电/放电单元13用于对电池单体充电和放电；和充电/放电腔室14，该充电/放电腔室14用于容纳电池单体和夹具。电池单体被充电/放电单元重复地充电和放电，由此对电池单体的容量进行计算。
然而，可能存在如下情形：在测量电池单体的容量之前和之后，电池单体需要在不同的温度下被充电/放电。在此情形中，电池单体内部的温度应该在充电/放电之前被调节为目标温度。
此时，在用于测量电池单体的容量的传统设备中，腔室内部的温度通常被设定为特定温度，并且维持待机状态，直至电池单体内部的温度达到腔室内部的温度为止。然而，直至电池单体内部的温度变得与腔室内部的温度相同为止，需要长的待机时间。这样，由于待机时间，因此在执行充电/放电试验时耗用长的时间。
因此，需要一项技术来减少将电池单体的内部的温度调节到预定温度所要求的时间。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国专利第10-2018-0122116号
发明内容
技术问题
相信本发明解决了以上问题中的至少一些问题。例如，本发明的方面提供一种用于测量电池单体的容量的设备和方法，其能够在充电/放电时减少将电池单体的内部的温度调节到目标温度所要求的时间。
技术方案
根据本发明的实施例的一种用于测量电池单体的容量的设备包括：夹具，该夹具被构造成使电池单体被安装在该夹具上，并且从两个表面挤压电池单体；充电/放电单元，该充电/放电单元被构造成被连接到电池单体；和充电/放电腔室，该充电/放电腔室被构造成容纳夹具和电池单体，其中，用于调节电池单体的温度的热电元件被形成在夹具的外表面上。
在具体示例中，夹具包括：下板，电池单体被放置在该下板上；和上板，该上板从上部挤压电池单体，其中，热电元件具有接触下板的下表面和上板的上表面中的至少一个的板形状。
此时，下板和上板由选自由铝和铁组成的组中的材料制成。
此外，根据本发明的另一个实施例的用于测量电池单体的容量的设备进一步包括冷却器，该冷却器被构造成吸收从热电元件排放的热量。
该冷却器包括：制冷剂供应源，该制冷剂供应源位于腔室的外侧处；和冷却板，该冷却板在腔室的内部处被连接到制冷剂供应源，并且接触热电元件的外表面。
根据本发明的设备进一步包括温度控制单元，该温度控制单元被构造成控制冷却器的操作以及腔室和热电元件的温度。
另外，该设备进一步包括控制器，该控制器被构造成控制温度控制单元和充电/放电单元的操作并且计算电池单体的容量。
另外，该设备进一步包括温度传感器，该温度传感器被安设在腔室的内部，并且被置放成与电池单体相邻。
此外，本发明提供一种通过使用上述用于测量电池单体的容量的设备来测量电池单体的容量的方法，并且该方法包括：将电池单体安装在被容纳在腔室中的夹具上；设定热电元件的温度，以允许电池单体达到目标温度；以及对已经达到目标温度的电池单体充电和放电，并且由此测量电池单体的容量。
此时，热电元件的温度被设定在以1℃到10℃大于目标温度的温度范围中。
在这里，目标温度可以是室温。
另外，根据本发明的测量电池单体的容量的方法进一步包括：在设定热电元件的温度之前，在预定温度下对电池单体充电和放电。
另外，该方法进一步包括：设定热电元件的温度，以允许电池单体的温度达到在与目标温度的范围不同的范围中的温度，并且对电池单体充电和放电。
有利效果
根据本发明，通过将热电元件布置在挤压电池单体的夹具的外表面上，能够通过用热电元件加热或冷却电池单体来减少使得电池单体内部的温度达到目标温度所要求的时间，该热电元件能够加热或冷却电池单体以允许温度被调节为预定温度。
附图说明
图1是示出传统电池单体容量测量设备的构造的示意图。
图2是示出根据本发明的实施例的电池单体容量测量设备的构造的示意图。
图3是示出根据本发明的另一个实施例的电池单体容量测量设备的构造的示意图。
图4是示出根据本发明的测量电池单体容量的方法的顺序的流程图。
图5是示出电池单体容量关于温度的曲线图。
图6是示出当测量容量时在充电/放电过程中的根据示例和比较示例的电流的变化的曲线图。
图7是示出当测量容量时在充电/放电过程中的根据示例和比较示例的电压的变化的曲线图。
图8是示出在根据本发明的实施例中的热电元件的温度升高所要求的时间的曲线图。
图9是示出在本发明的示例和比较示例中的电池单体内部的实际温度的曲线图。
图10是示出根据本发明的示例和比较示例的电池单体的容量的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明。在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应该被理解为限制于普通或者词典术语，并且发明人可以适当地定义术语的概念从而最好地描述其发明。术语和词语应该被理解为与本发明的技术构思一致的含义和概念。
在该申请中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指示存在说明书中所描述的特征、数目、步骤、操作、部件、零件或其组合，并且这些术语并不预先排除存在或添加一个或多个其他的特征或数目、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。而且，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为在另一个部分“上”时，这不仅包括该部分“直接地”在另一个部分“上”的情况，还包括另外的另一个部分介于其间的情况。在另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为“在”另一个部分“下”时，这不仅包括该部分“直接地”在另一个部分“下”的情况，还包括另外的另一个部分介于其间的情况。另外，在本申请中“置放在……上”可以包括置放在底部以及顶部处的情况。
在下文中，将参考附图详细描述本发明。
图2是示出根据本发明的实施例的电池单体容量测量设备的构造的示意图。
参考图2，根据本发明的实施例的用于测量电池单体的容量的设备100包括：夹具120，该夹具120被构造成使电池单体110被安装在该夹具120上，并且从两个表面挤压电池单体110；充电/放电单元130，该充电/放电单元130被构造成被连接到电池单体120；和充电/放电腔室140，该充电/放电腔室140被构造成容纳夹具120和电池单体110，其中，用于调节电池单体的温度的热电元件150被形成在夹具120的外表面上。
如上所述，在用于测量电池单体的容量的传统设备中，为了使得电池单体内部的温度被调节为目标温度，容纳电池单体的腔室的内部的温度必须被设定为目标温度，并且必须维持待机状态，直至电池单体内部的温度达到腔室内部的温度为止。然而，在此情形中，因为电池单体的每小时的温度变化量是大约1到2℃每分钟，所以当在电池单体的初始温度和目标温度之间的差异大时，需要长的待机时间。
根据本发明，通过将热电元件布置在挤压电池单体的夹具的外表面上，能够通过用热电元件加热或冷却电池单体来减少使得电池单体内部的温度达到目标温度所要求的时间，该热电元件能够加热或冷却电池单体以允许温度被调节为预定温度。
此外，因为在本发明中热电元件被用作用于调节温度的手段，所以电池可以由一个装置加热或冷却，并且该装置的构造比热交换流体等被用于调节温度的情形简单。
在下文中，将详细描述根据本发明的用于测量电池单体的容量的设备的构造。
参考图2，根据本发明的用于测量电池单体的容量的设备100包括夹具120，该夹具120用于挤压并且固定电池单体110。
对夹具120的类型无任何限制，只要该夹具能够挤压并且固定电池单体110即可。例如，可以包括一对挤压板，以能够从两侧挤压电池单体110。在此情形中，夹具120包括：下板122，电池单体110被放置在该下板122上；和上板121，该上板121从上部挤压电池单体110。
此外，电池单体110具有电极组件被容纳在电池外壳中的形式，该电极组件具有分隔件介于正电极和负电极之间的形式。正电极和负电极具有包含电极活性材料的电极浆液被施加在集电器上的形式。
集电器可以是正电极集电器或者负电极集电器，并且电极活性材料可以是正电极活性材料或者负电极活性材料。另外，除了电极活性材料，电极浆液可以进一步包括导电材料和粘合剂。
在本发明中，正电极集电器通常具有3到500微米的厚度。正电极集电器不受特别限制，只要该正电极集电器具有高导电性且不引起电池中的化学变化即可。正电极集电器的示例包括：不锈钢；铝；镍；钛；烧结碳；或者其表面已经用碳、镍、钛、银等处理过的铝或不锈钢。为了增加正电极活性材料的粘结性，集电器可以在其表面上具有微细的不平整处，并且诸如膜、片材、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布的各种形式都是可能的。
用于负电极集电器的片材通常具有3到500微米的厚度。负电极集电器不受特别限制，只要该负电极集电器具有导电性且不引起电池中的化学变化即可，并且负电极集电器的示例包括：铜；不锈钢；铝；镍；钛；烧结碳；其表面已经用碳、镍、钛、银等处理过的铜或不锈钢；铝镉合金等。另外，类似于正电极集电器，能够在表面上形成微细的不平整处以增强负电极活性材料的结合力，并且负电极集电器能够以诸如膜、片材、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布的各种形式来使用。
在本发明中，正电极活性材料是能够引起电化学反应的材料且是锂过渡金属氧化物，并且包含两种或更多种过渡金属。正电极活性材料的示例包括：由一种或多种过渡金属取代的层状化合物，诸如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)；由一种或多种过渡金属取代的锂锰氧化物；由化学式LiNi1-yMyO2表示的锂镍氧化物(其中，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、Cr、Zn或Ga并且包含以上元素中的至少一种，0.01≤y≤0.7)；由化学式Li1+ zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae(诸如Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2、Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2等)表示的锂镍钴锰复合氧化物(其中，-0.5≤z≤0.5，0.1≤b≤0.8，0.1≤c≤0.8，0≤d≤0.2，0≤e≤0.2，b+c+d<1，M＝Al、Mg、Cr、Ti、Si或Y，并且A＝F、P或Cl)；由化学式Li1+xM1-yM'yPO4-zXz表示的橄榄石类锂金属磷酸盐(其中，M＝过渡金属，优选为Fe、Mn、Co或Ni，M'＝Al、Mg或Ti，X＝F、S或N，并且-0.5≤x≤+0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.1)。
负电极活性材料的示例包括：碳，诸如非石墨化碳和石墨碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、元素周期表的1、2和3族、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂合金；硅合金；锡合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；和Li-Co-Ni类材料。
基于包括正电极活性材料的混合物的总重量，通常以按照重量1到30％的量添加导电材料。这种导电材料不受特别限定，只要该导电材料具有导电性且不在电池中引起化学变化即可，并且导电材料的示例包括：石墨，诸如天然石墨和人造石墨；碳黑类，诸如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑和夏黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳、铝和镍粉末；导电晶须，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；和导电材料，诸如聚亚苯基衍生物等。
基于包含正电极活性材料的混合物的总重量，以按照重量1到30％的量添加粘合剂作为有助于在活性材料和导电材料之间的结合以及与集电器的结合的成分。这种粘合剂的示例包括：聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、各种共聚物等。
分隔件介于正电极和负电极之间，并且使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。分隔件的孔径通常为0.01到10微米，并且厚度通常为5到300微米。这样的分隔件的示例包括：具有化学耐受性并且疏水的烯烃类聚合物，诸如聚丙烯；由玻璃纤维、聚乙烯等制成的片材或无纺布。当诸如聚合物的固体电解质被用作电解质时，固体电解质还可以用作分隔件。
此外，电池外壳不受特别限制，只要该电池外壳被用作用于封装电池的外部材料即可，并且可以使用圆柱形、方形或者袋型，并且具体地，可以使用袋型电池外壳。袋型电池外壳通常由铝层压片制成，并且可以由用于密封的内部密封剂层、用于防止材料渗透的金属层以及形成外壳的最外部的外部树脂层构成。将省略其具体描述。
此外，根据本发明的用于测量电池单体的容量的设备100可以包括充电/放电单元130，该充电/放电单元130用于对电池单体110充电和放电。正电极接线片和负电极接线片各自从正电极和负电极被形成在电池单体的电极组件上，并且正电极引线和负电极引线被连接到正电极接线片和负电极接线片。充电/放电单元130可以分别地被连接到正电极引线和负电极引线，由此将预定的电压和电流施加到电池单体。
电池单体110和夹具120可以被容纳在充电/放电腔室140中。此时，仅仅电池单体110和夹具120被容纳在充电/放电腔室140中，并且充电/放电单元130可以在充电/放电腔室140的外侧处被连接到电池单体110。在此情形中，连接到充电/放电单元130的线缆可以穿过充电/放电腔室140的外壁，由此被连接到电池单体110。
电池单体110的温度由热电元件150调节。热电元件150意指取决于电流的方向在一侧处发生热量吸收并且在另一侧处发生热量产生的元件。即，在本发明中，电池单体的冷却和加热均由热电元件执行。这样，不需要分开地准备加热装置和冷却装置以加热和冷却电池单体，因此装置的构造可以变得简单。
例如，可以通过在电池单体内部的温度为0℃的状态中对电池单体充电和放电并且使用HPPC方案来在0℃下测量电池单体的输出。此时，热电元件可以由块状结构形成，在该块状结构处，在由铝等制成的金属基板或者由氧化铝(Al2O3)制成的陶瓷基板之间形成由N型和P型半导体构成的热电材料之后，N型热电材料和P型热电材料被串联连接到电极。关于热电元件的细节是本领域普通技术人员已知的，因此将省略其详细描述。
此时，热电元件150被形成在夹具120的外表面处。即，热电元件150可以具有基板的形式，该基板接触下板122的下表面和上板121的上表面中的至少一个。热电元件150可以被形成在下板122的下表面和上板121的上表面中的仅仅一个上，并且可以如在图2中那样被仅形成在下板222的下表面或上板221的上表面上。
类似地，通过在夹具120的外表面上形成热电元件150，当热电元件150被加热或冷却时，电池单体110通过构成夹具120的上板121或下板122被间接地加热或冷却。为此目的，下板122和上板121可以由选自由铝和铁组成的组中的导热金属材料制成。
根据本发明，通过在夹具120的外表面上形成热电元件150以间接地加热或冷却电池单体110，能够在面对热电元件150的表面的附近防止电池单体110的快速温度变化。当温度控制单元(诸如热电元件)与电池单体的外表面相邻时，电池单体与热电元件接触的表面的附近可能被过度地加热或冷却，使得该表面可能受到损坏，或者可能在该表面上发生意外的响应。
此外，根据本发明的用于测量电池单体的容量的设备100可以进一步包括温度控制单元160，该温度控制单元160用于控制充电/放电腔室140和热电元件150的温度。具体地，温度控制单元160可以将充电/放电腔室140内部的空气的温度控制为在充电/放电所要求的预定温度范围内。此外，温度控制单元160可以维持充电/放电腔室140的内部的温度的恒定。
此外，温度控制单元160可以控制热电元件150的温度以允许电池单体的内部的温度达到目标温度。为此目的，用于测量电池单体的容量的设备100可以进一步包括温度传感器(未示出)。在这里，温度传感器例如被安设在充电/放电腔室140中，并且被布置成与电池单体110相邻，由此能够感测电池单体110内部的温度。具体地，温度传感器测量相邻电池单体的表面温度，该温度可以被定义为电池单体的内部的温度。
如果温度传感器感测电池单体的内部的温度，则温度控制单元160将热电元件150的温度设定为预定温度，从而允许电池单体的内部的温度达到目标温度。热电元件150被加热或冷却，直至电池单体的温度达到目标温度为止。
此外，根据本发明的用于测量电池单体的容量的设备100可以进一步包括控制器170，该控制器170用于控制温度控制单元160和充电/放电单元130的操作并且计算电池单体的容量。控制器170控制温度控制单元160，以允许热电元件150的温度达到预定温度，并且在电池单体110的内部的温度达到目标温度的情形中，控制器170在通过温度控制单元160维持电池单体的内部的温度处于目标温度的同时控制充电/放电单元130以对电池单体充电。当电池单体的充电/放电完成时，控制器170获得充电/放电曲线，并且由此计算电池单体的容量。
图3是示出根据本发明的另一个实施例的电池单体容量测量设备的构造的示意图。
参考图3，用于测量电池单体的容量的设备200包括：夹具220，该夹具220被构造成使电池单体210被安装在该夹具220上，并且从两个表面挤压电池单体210；充电/放电单元230，该充电/放电单元230被构造成被连接到电池单体210；和充电/放电腔室240，该充电/放电腔室240被构造成容纳夹具220和电池单体210，其中，用于调节电池单体210的温度的热电元件250被形成在夹具220的外表面上。
如上所述，夹具包括：下板222，电池单体210被放置在该下板222上；和上板221，该上板221从上部挤压电池单体210。在这里，下板和上板可以由选自由铝和铁组成的组中的导热金属材料制成。
另外，用于调节电池单体的温度的热电元件250被形成在夹具220的外表面上，并且热电元件250可以接触下板222的下表面和上板221的上表面中的至少一个。
另外，设备200可以进一步包括冷却器280，该冷却器280被构造成吸收从热电元件250排放的热量。冷却器280用作散热器，以吸收热量。冷却器280能够防止热电元件250被过加热，并且在冷却热电元件250时增加冷却速度，并且扩大热电元件250的冷却范围。
对冷却器280的操作无任何具体限制，并且可以使用空气冷却方案和水冷却方案。然而，为了热交换效率，水冷却方案是优选的。此时，冷却器280包括：制冷剂供应源281，该制冷剂供应源281位于充电/放电腔室240的外侧处；和冷却板282，该冷却板282在腔室240的内部处被连接到制冷剂供应源281，并且接触热电元件250的外表面。此时，冷却板282可以由具有高导热率的金属材料制成，诸如铜、铝、镍和铁。冷却板282的内部可以被连接到制冷剂供应源281，并且制冷剂移动通过的流动路径(未示出)可以被形成在冷却板282的内部处。
另外，设备200可以进一步包括温度控制单元260，该温度控制单元260被构造成控制冷却器280的操作以及腔室和热电元件250的温度。温度控制单元260可以控制热电元件250的温度，以允许电池单体内部的温度达到目标温度。为此目的，可以进一步设置温度传感器(未示出)，该温度传感器被安设在腔室240的内部并且被置放成与电池单体相邻。具体地，温度传感器测量相邻电池单体的表面温度，该温度可以被定义为电池单体的内部的温度。
如果温度传感器感测电池单体的内部的温度，则温度控制单元260将热电元件250的温度设定为预定温度，从而允许电池单体的温度达到目标温度。热电元件250被加热或冷却，直至电池单体的温度达到目标温度为止。此时，当冷却电池单体时，冷却器280帮助通过热电元件250对电池单体进行冷却。
此外，用于测量电池单体的容量的设备200可以进一步包括控制器270，该控制器270用于控制温度控制单元260和充电/放电单元240的操作并且计算电池单体的容量。关于控制器的细节与上文描述的相同。
此外，本发明提供一种通过使用上述用于测量电池单体的容量的设备来测量电池单体的容量的方法。
图4是示出根据本发明的测量电池单体容量的方法的顺序的流程图。
参考图4，测量电池单体的容量的方法包括：将电池单体安装在被容纳在腔室中的夹具上(S10)；设定热电元件的温度，以允许电池单体达到目标温度(S20)；并且对已经达到目标温度的电池单体充电和放电，并且由此测量电池单体的容量(S30)。
通过将热电元件布置在挤压电池单体的夹具的外表面上，能够通过用热电元件加热或冷却电池单体来减少使得电池单体内部的温度达到目标温度所要求的时间，该热电元件能够加热或冷却电池单体以允许温度被调节为预定温度。
此外，因为在本发明中热电元件被用作用于调节温度的手段，所以电池可以由一个装置加热或冷却，并且该装置的构造比热交换流体等被用于调节温度的情形简单。
在下文中，将详细描述根据本发明的测量电池单体的容量的方法。
首先，电池单体被安装在被容纳在腔室中的夹具上。上述袋型电池单体可以被用作电池单体。如果电池单体被安装在腔室中的夹具上，则在腔室被关闭并且密封的状态中，腔室的温度维持恒定。此外，温度传感器可以被安设成与电池单体相邻。
当电池单体被安装时，热电元件的温度被设定为允许电池单体的温度达到目标温度。在这里，电池单体所要达到的目标温度指的是电池单体的内部的温度。热电元件的温度可以通过上述控制器和温度控制单元来设定。
此时，由控制器和温度控制单元设定的热电元件的温度优选地被设定为高于目标温度。这是因为，在根据本发明的用于测量容量的设备中，在热电元件位于夹具的外表面上的状态中，热电元件经由夹具加热或冷却电池单体，因此电池单体的内部温度变得低于热电元件的温度。
具体地，热电元件的温度可以被设定在以1到10℃大于目标温度的温度范围中，并且具体地在以3到7℃大于目标温度的温度范围中。当热电元件的温度范围被如上所述地设定时，电池单体的内部的温度可以达到目标温度。在热电元件的温度被设定为与目标温度相同的情形中，电池单体的实际内部温度可能小于目标温度，并且在此情形中测量出的电池单体的容量可能小于在目标温度下的电池单体的容量。特别地，如果腔室的内部温度低于目标温度，则热电元件的温度可以被设定为高于目标温度。
如果确认电池单体的内部温度已经通过热电元件达到目标温度，则对电池单体充电和放电。此时，可以通过施加恒定电流来对电池单体充电。具体地，可以重复如下过程：将电池单体充电至预定速率，并且当电池单体的电压达到终止电压时在一定时段的静止时间之后将电池单体放电至预定C速率。能够由此获得根据电池单体的时间的充电/放电曲线，并且能够从每小时放电或者充电量来测量容量。
此时，电池单体的充电速度可以与电池单体的放电速度相同。具体地，在充电/放电时，C速率可以是0.1到0.7C，具体是0.3到0.5C。当C速率小于以上范围时，因为充电/放电速度低，所以可能耗用长的时间，而当C速率超过以上范围时，因为充电/放电速度太高，所以可能由于电池的劣化而产生错误。
此外，当测量容量时，目标温度优选为室温。图5是示出根据本发明的实施例的在热电元件温度升高时花费的时间的曲线图。参考图5，对于相同的电池单体，容量测量值根据温度而改变。然而，如在图5中所示，在0℃下测量出的容量的情形中，图案不同，并且实际电池单体主要在室温条件下使用。因此，根据本发明，在室温下测量出的容量可以被确定为电池单体的容量。
此外，根据本发明的测量电池单体的容量的方法，可以通过在测量容量之前在不同温度下对电池单体充电和放电来测量电池的性能。具体地，测量电池单体的容量的方法可以进一步包括：在设定热电元件的温度之前，在预定温度下对电池单体充电和放电。具体地，能够在测量容量之前在电池单体的不同温度下重复充电/放电，并且评价电池单体的其他特性。电池单体的其他特性的某个示例可以包括电池单体的输出特性或者寿命特性。此时，可以通过经由热电元件冷却或加热电池单体或者将腔室的温度调节为目标温度来调节电池单体内部的温度。
例如，电池单体可以在电池单体的内部温度为0℃的状态中被充电和放电，并且电池单体的输出可以通过使用HPPC方案在0℃下来测量。此时，能够通过使用热电元件冷却电池单体从而将电池单体内部的温度调节为0℃，或者能够在腔室的温度处于0℃的状态中执行充电/放电。
在此情形中，在预定温度下对电池单体充电和放电的步骤之后，电池单体内部的温度被调节为目标温度(例如，室温)，从而测量电池单体的容量。根据本发明的测量电池单体的容量的方法，通过使用热电元件从而测量电池单体的容量，可以减少直至电池单体内部的温度达到目标温度为止所花费的时间。
此外，根据本发明的测量电池单体的容量的方法，可以通过在测量容量之后在不同温度下对电池单体充电和放电来测量电池的性能。具体地，根据本发明的测量电池单体的容量的方法可以进一步包括：设定热电元件的温度，以允许电池单体的温度达到在与目标温度的范围不同的范围中的温度，并且对电池单体充电和放电。即使在此情形中，电池单体的温度也通过使用热电元件来调节。这样，能够减少直至电池单体内部的温度达到目标温度为止所耗用的时间。
同时，在这一系列充电/放电过程期间，腔室的内部温度可以维持恒定。
【优选实施例的详细描述】
在下文中，将参考示例详细描述本发明。然而，根据本发明的实施例可以被修改成各种其他形式，并且本发明的范围不应该被理解为限制于下文描述的示例。提供本发明的示例是为了向本领域技术人员更充分地描述本发明。
制备示例
通过将用作正电极活性材料的96.7重量份的Li[Ni0.6Mn0.2Co0.2]O2、用作导电材料的1.3重量份的石墨以及用作粘合剂的2.0重量份的聚偏二氟乙烯(PVdF)混合来制备正电极混合物。通过将所获得的正电极混合物分散在用作溶剂的1-甲基-2-吡咯烷酮中来制备正电极浆液。通过分别地在具有20μm的厚度的铝箔的两侧上涂覆、干燥并且压制浆液来制备正电极。
通过将用作负电极活性材料的97.6重量份的人造石墨和天然石墨(重量比：90：10)、用作粘合剂的1.2重量份的丁苯橡胶(SBR)以及1.2重量份的羧甲基纤维素(CMC)混合来制备负电极混合物。通过将负电极混合物分散在用作溶剂的离子交换水中来制备负电极浆液。通过在具有20μm的厚度的铜箔的两侧上涂覆、干燥并且压制浆液来制备负电极。
通过将LiPF6溶解在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)以3：3：4(体积比)的组成被混合的有机溶剂中来制备非水电解质溶液。在这里，LiPF6被溶解在有机溶剂中至1.0M的浓度。
通过在上文制备的正电极和负电极之间层叠多孔聚乙烯分隔件并且将它们存储在袋中、然后注射电解质溶液来制备电池单体。
示例
电池单体被安装在容量测量设备上。具体地，电池单体被安装在腔室内部的夹具上，并且腔室被密封。此时，腔室的温度被设定为0℃。
在这种状态中，使用混合脉冲功率特性(HPPC)方法被来对电池单体充电和放电，并且测量输出特性。具体地，在以脉冲形式施加电流的同时执行充电/放电，从在充电/放电期间的电压变化获得电阻值，并且由此测量输出。
此后，在维持腔室的温度的状态中，在室温(25℃)下测量容量。即，当测量容量时，目标温度被设定为室温。在室温下测量容量意指将电池单体的内部的温度设定为室温并且测量容量。此时，热电元件的温度被设定为高于目标温度的32℃，以加热电池单体，并且维持待机状态，直至电池单体内部的温度达到目标温度为止。此后，当电池单体的内部温度达到目标温度时，通过充电/放电来测量容量。此时，通过如在图6中那样重复将电池单体充电至1/3C、当电池单体的电压达到终止电压时在30分钟静止时间之后将电池单体放电至1/3C并且再次维持另一个30分钟静止时间的过程，电池单体被充电和放电。结果，电池单体的电压变化在图7中示出。
当充电/放电完成时，获得放电曲线，并且从放电曲线计算电池单体的容量。
此后，通过将热电元件的温度设定为0℃来冷却电池单体，并且执行充电/放电。
比较示例1
电池单体被安装在腔室内部的夹具上，并且腔室被密封。此时，腔室的温度被设定为0℃。
在这种状态中，使用混合脉冲功率特性(HPPC)方法来对电池单体充电和放电，并且测量输出特性。测量方法与在示例1中相同。
此后，腔室的温度被升高到目标温度(室温，25℃)，并且维持待机状态，直至电池单体内部的温度达到目标温度为止。当电池单体内部的温度达到目标温度时，以与在示例1中相同的方式测量电池单体的容量。
此后，腔室的温度被设定为0℃，并且维持待机状态，直至电池单体内部的温度达到0℃为止。当电池单体内部的温度达到0℃时，以与在示例1中相同的方式执行充电/放电。
比较示例2
除了当测量电池单体的容量时热电元件的温度被设定为与目标温度(室温，25℃)相同之外，以与在示例中相同的方式执行试验。
试验示例1
记录示例和比较示例1的每一个步骤所要求的时间。具体地，记录如下时间：1)直至腔室或热电元件的温度达到用于加热或冷却电池单体的预设温度为止所耗用的时间；2)直至电池单体的内部温度达到目标温度为止所耗用的时间；3)在测量容量之后直至腔室或热电元件的温度被设定为0℃为止所耗用的时间；和4)直至电池单体的温度达到0℃为止所耗用的时间。结果在表格1中示出。此外，图8示出直至热电元件的温度达到预设温度(32℃)为止所花费的时间。
表格1
Figure BDA0003723253850000201
参考表格1和图8，与比较示例1相比较，在使用热电元件的示例的情形中，要求更少的时间。这是因为，直至热电元件的温度达到预设温度为止所耗用的时间比直至腔室的温度达到预设温度为止所耗用的时间短，并且当使用热电元件时，热量可以被直接地传递到电池单体的内部，因此直至电池单体内部的温度达到目标温度为止所耗用的时间变短。
试验示例2
在容量测量过程期间，使用温度传感器来测量电池单体的侧表面的表面温度。具体地，结果在图9中示出。
在容量测量过程期间测量出的容量在图10中示出。
参考图9和图10，在热电元件的温度被设定为与目标温度相同的比较示例2的情形中，使得电池单体的实际温度低于目标温度，结果，容量被测量为比实际容量减小的值(部分A)。另一方面，当如在该示例中那样热电元件的温度被设定为高于目标温度时，电池单体的实际温度是接近目标温度的值，并且电池单体的容量与电池单体的温度为25℃的情形相同。
以上描述仅仅说明本发明的技术构思，并且本发明所属领域的技术人员可以在不偏离本发明的基本特征的情况下做出各种修改和变型。因此，在本发明中公开的附图不旨在限制本发明的技术构思，而是描述本发明，并且本发明的技术构思的范围不受这些附图限制。本发明的保护范围应该通过所附权利要求来解释，并且在与此等价的范围内的所有的技术构思应该被理解为被包括在本发明的范围中。
另一方面，在该说明书中，使用了指示方向的术语，诸如上、下、左、右、前和后，但是显而易见的是，这些术语仅仅为了描述方便起见，并且可以取决于物体的位置或者观察者的位置而改变。
[附图标记说明]
10，100，200：用于测量电池单体的容量的设备
11，110，210：电池单体
12，120，220：夹具
13，130，230：充电/放电单元
14，140，240：充电/放电腔室
121，221：上板
122，222：下板
150，250：热电元件
160，260：温度控制单元
170，270：控制器
280：冷却器
281：制冷剂供应源
282：冷却板

Claims (13)

1.一种用于测量电池单体的容量的设备，所述设备包括：
夹具，所述夹具被构造成使电池单体被安装在所述夹具上，并且从两个表面挤压所述电池单体；
充电/放电单元，所述充电/放电单元被构造成被连接到所述电池单体；和
充电/放电腔室，所述充电/放电腔室被构造成容纳所述夹具和所述电池单体，
其中，用于调节所述电池单体的温度的热电元件被形成在所述夹具的外表面上。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述夹具包括：下板，所述电池单体被放置在所述下板上；和上板，所述上板从上部挤压所述电池单体，
其中，所述热电元件具有接触所述下板的下表面和所述上板的上表面中的至少一个的板形状。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述下板和所述上板由选自由铝和铁组成的组中的材料制成。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括冷却器，所述冷却器被构造成吸收从所述热电元件排放的热量。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述冷却器包括：
制冷剂供应源，所述制冷剂供应源位于所述腔室的外侧处；和
冷却板，所述冷却板在所述腔室的内部处被连接到所述制冷剂供应源，并且接触所述热电元件的外表面。
6.根据权利要求4所述的设备，进一步包括温度控制单元，所述温度控制单元被构造成控制所述冷却器的操作以及所述腔室和所述热电元件的温度。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括温度传感器，所述温度传感器被安设在所述腔室的内部，并且被置放成与所述电池单体相邻。
8.根据权利要求6所述的设备，进一步包括控制器，所述控制器被构造成控制所述温度控制单元和所述充电/放电单元的操作并且计算所述电池单体的容量。
9.一种通过使用根据权利要求1所述的设备来测量电池单体的容量的方法，所述方法包括：
将所述电池单体安装在被容纳在腔室中的夹具上；
设定热电元件的温度，以允许所述电池单体达到目标温度；以及
对已经达到所述目标温度的所述电池单体充电和放电，并且由此测量所述电池单体的容量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述热电元件的温度被设定在以1℃到10℃大于所述目标温度的温度范围中。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述目标温度是室温。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：在设定所述热电元件的温度之前，在预定温度下对所述电池单体充电和放电。
13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：设定所述热电元件的温度，以允许所述电池单体的所述温度达到在与所述目标温度的范围不同的范围中的温度，并且对所述电池单体充电和放电。
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