JP6333981B2 - 充放電器の充電電流精度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池セル充放電器の充電電流精度を検出する装置であって、機構部と電源部を含んでおり、前記機構部は、上部が開放されたボックス状のハウジングと；充放電器の電流精度を検出するために前記ハウジングの両側面の内部にそれぞれ装着されており、下記の電源部と電気的に接続される一対の接続端子、及びそれぞれの接続端子に一定の抵抗を印加するシャント抵抗部で構成されている複数の電圧測定部と；を含んでおり、前記電源部は、電圧測定部に電流を印加し、電池セルを充放電させる充放電器と、シャント抵抗部の電流及び電圧を測定するマルチメータ（ｍｕｌｔｉ−ｍｅｔｅｒ）とを含んでいることを特徴とする検出装置に関する。

モバイル機器に対する技術開発及び需要の増加に伴い、エネルギー源としての電池の需要が急増しており、それによって、様々な要求に応えられる電池に対して多くの研究が行われている。

代表的に、電池の形状面では、薄い厚さをもって携帯電話などのような製品に適用することができる角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料面では、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性のリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。

しかし、二次電池のエネルギー密度が高くなり、高容量化されるに伴い、反復的な充放電過程で発熱量が増加するようになり、これは、過剰の温度上昇と、それによる素子の誤作動を誘発し、作動効率を低下させるだけでなく、電池の寿命を大きく短縮させる原因となる。

したがって、電池に対する最適の作動状態及び安全性を確保するために、製品に対して多くの試験が行われ、そのような試験の中にはテスト試片の電圧、電流などの電気化学的作動状態、及び温度と圧力などの物理的作動状態を電池の充放電器を使用して測定する過程が含まれる。

しかし、従来の充放電器は、一つの設備の電流精度を測定する場合にはあまり問題にならないが、限定された空間内で複数個の充放電設備を測定しなければならない現実では、多くの内部抵抗要素によって充放電器の精度が大きく低下するため、電池セルの充電電流の正確度も低下するという問題がある。

したがって、空間効率性が向上したコンパクトな大きさを有しながらも、充放電器に対して充電電流の精度を周期的に検定することができる装置が必要である。

また、充放電器の不良が発生する前に充放電器の不良を選別することができる検証装置が非常に必要な実情である。

本発明は、従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。

本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、多数の電池セルの電流を測定するために、充放電器の充電電流精度検出装置を特定の構造で構成することによって、充放電器に対する信頼性を確保し、電池セルの工程上の不良率を大きく減少させることができることを確認し、本発明を完成するに至った。

このような目的を達成するための本発明に係る検出装置は、電池セル充放電器の充電電流精度を検出する装置であって、機構部及び電源部を含んでおり、
前記機構部は、
上部が開放されたボックス状のハウジングと、
充放電器の電流精度を検出するために前記ハウジングの両側面の内部にそれぞれ装着されており、下記の電源部と電気的に接続される一対の接続端子、及びそれぞれの接続端子に一定の抵抗を印加するシャント抵抗部で構成されている複数の電圧測定部と、
を含んでおり、
前記電源部は、電圧測定部に電流を印加し、電池セルを充放電させる充放電器と、シャント抵抗部の電流及び電圧を測定するマルチメータ（ｍｕｌｔｉ−ｍｅｔｅｒ）とを含んでいる。

したがって、本発明に係る検出装置は、多数の電池セルの電流を測定するために、充放電器の充電電流精度検出装置を電源部と機構部とに分離される特定の構造で構成することによって、装備の簡素化及び充放電器の充電電流精度を大きく向上させることができる。

また、本発明に係る検出装置は、シャント抵抗部を、外部電源部とワイヤのような別途の接続部材なしに直接装着されている構造で構成することによって、内部抵抗要素を除去して正確な精度を確保することができる。

従来は、別途の充放電器の充電電流検出装置が存在しなかったので、本発明に係る検出装置は非常に新規な構造である。

前記シャント抵抗とは、電流を直接測定しにくい場合、電圧を測定し、これを電流値に換算するための金属抵抗を総称する用語である。シャント抵抗部は、直流負荷であるタブに対して直列に接続し、（＋）又は（−）端子のいずれか一方に接続して測定するようになる。例えば、５ｍΩのシャント抵抗部に対して５０ｍＶの電圧が測定された場合、電流値は、オームの法則によって５Ａに換算される。

一つの好ましい例において、前記電圧測定部は、３０〜１００個で構成されていてもよく、好ましくは、トレイの左側に２５個、右側に２５個がそれぞれ形成されている構造であってもよい。

したがって、前記電圧測定部は、充放電器の多数個のチャネルに対して同時に電圧精度を検出することができる。

具体的に、本発明者らが実験した結果によれば、充放電器が１個のチャネルのみを有している場合、５０個の電池セルの充電電圧を測定するのに２時間以上がかかった。これとは異なり、充放電器が５０個のチャネルを有している場合、５０個の電池セルの充電電圧を測定するのに１分以下の時間がかかることを確認した。

他の好ましい例において、前記接続端子は、伝導率が向上するように外面が金メッキされている金属板からなっているので、充放電器が接続端子に電流を印加する場合、抵抗を最小化することで、検出された電圧の精度を大きく向上させることができる。

前記構造において、前記金属板は、伝導率を向上させることができる形状であれば特に制限はないが、例えば、水平断面視で四角形からなることができる。

更に他の例において、前記充放電器は、電圧測定部に対応する個数だけチャネル（ｃｈａｎｎｅｌｓ）を含んでいる構造であってもよく、必要に応じてチャネルを増減できることは勿論である。

また、シャント抵抗部は、温度に敏感な特性を有するので、好ましくは、前記機構部にサーモメータ（ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ）及び冷却ファン（ｆａｎ）がさらに設置される構造であってもよい。

したがって、電流が印加されて発生する熱を一定の温度に維持することによって、冷却に必要な時間遅延を防止することができる。

一つの好ましい例において、前記電圧測定部に印加される電流は１２アンペア（Ａ）であってもよい。

一方、前記電圧測定部は、接続端子が挿入されて固定され得るように貫通溝が形成されているフレームをさらに含むことができ、貫通溝は、接続端子に対応する数量だけ形成することができる。

前記電池セルは、好ましくは、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であってもよいが、これらのみに限定されないことは勿論である。

本発明はまた、前記検出装置を使用して電池セル充放電器の充電電圧を検出する方法を提供する。

具体的に、前記検出方法は、
（ａ）充放電器で測定する電流の範囲を入力する過程と、
（ｂ）充放電器が電圧測定部に任意の電流を印加する過程と、
（ｃ）前記印加された電流によって測定される電圧値を一定の間隔で測定する過程と、
（ｄ）前記測定された電圧値を最初の電圧値と比較して電流の変化値を測定する過程と、
（ｅ）前記測定された電流の変化値を最初に印加された任意の電流値に補正する過程とで構成され得る。

一具体例において、前記過程（ｃ）において、電圧値を１秒間隔で連続して１０回測定する方式で構成され得る。

本発明の一実施例に係る検出装置の模式図である。 本発明に係る検出装置の概略的な概念図である。 本発明に係る検出装置の写真である。 図３のＡ部位の背面を拡大した写真である。 本発明の実施例に係る検出方法のフローチャートである。 本発明の一実施例に係る電流値を比較例と共に示すグラフである。 本発明の一実施例に係る電流値の変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明するが、本発明の範疇がそれに限定されるものではない。

図１には、本発明の一実施例に係る検出装置の模式図が示されており、図２には、本発明に係る検出装置の概略的な概念図が模式的に示されている。

これら図面を参照すると、本発明に係る電流検出装置は、電池セルが収納されるハウジング２２０及び電圧測定部３００で構成されている機構部２００と、電圧測定部３００に電圧を供給する充放電器と、マルチメータ（ｍｕｌｔｉ−ｍｅｔｅｒ）とで構成されている。

具体的に、機構部２００は、上部が開放されたボックス状のハウジング２２０と、充放電器の電流精度を検出するためにハウジング２２０の両側面の内部にそれぞれ装着されており、下記の電源部１００と電気的に接続される接続端子２６０、及びそれぞれの接続端子２６０に一定の抵抗を印加するシャント抵抗部２３０を含む電圧測定部３００とで構成されている。

電源部１００は、電圧測定部３００に電流を印加し、電池セルを充放電させる充放電器（図示せず）と、シャント抵抗部２３０の電流及び電圧を測定するマルチメータ１１０とを含んで構成されている。

図３には、本発明に係る検出装置の写真が示されており、図４には、図３のＡ部位を拡大した写真が示されている。

これら図面を参照すると、本発明に係る機構部２００の電圧測定部３００は、ハウジング２２０の左側と右側の内面にそれぞれ２５個ずつ装着されており、接続端子２６０が挿入されて固定され得るように貫通溝２２２が形成されているフレーム２２１を含んでいる。

また、ハウジング２２０の下端面には、左側の電圧測定部３００及び右側の電圧測定部３００を固定するための固定プレート２８０が装着されており、シャント抵抗部２３０が電池セルの接続端子２６０に直接装着されている。

したがって、内部抵抗を発生させる要素を除去するように内部構成要素を除去または配置することによって、多数の電池セルを同時に測定する場合にも、電流及び電圧の測定精度を誤差の発生なしに維持させることができる。

図５には、本発明の一実施例に係る検出方法のフローチャートが模式的に示されている。

図５を図１乃至図４と共に参照すると、検出方法５００は、（Ｓ１）充放電器で測定する電流の範囲を入力する過程と；（Ｓ２）充放電器が電圧測定部に任意の電流を印加する過程と；（Ｓ３）前記印加された電流によって測定される電圧値を一定の間隔で測定する過程と；（Ｓ４）前記測定された電圧値を最初の電圧値と比較して電流の変化値を測定する過程と；（Ｓ５）前記測定された電流の変化値を最初に印加された任意の電流値に補正する過程と；で構成されている。

具体的な例において、過程Ｓ２では、１２アンペア（Ａ）の電流を１０秒間印加する方法であってもよいが、これに限定されるものではない。場合によって、前記印加電流値は、シャント抵抗及び電圧の関係において発熱量による誤りが発生しない限り、特に制限されるものではなく、前記電流印加時間（１０秒）も、電流と電圧の測定を安定的に行うことができる必要な時間であれば適用可能であることは勿論である。

前記過程Ｓ３では、測定値の偏差を減少させるために、電圧値を１秒間隔で連続して１０回測定する方法で行うことができる。

図６には、本発明の一実施例に係る検出装置に印加された電流値を比較例と共に示すグラフが示されており、図７には、本発明の一実施例に係る電流値の変化を示すグラフが示されている。

以下、具体的な実施例を参照して本発明をより詳述するが、下記の実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明の範疇がこれらのみに限定されるものではない。

＜実施例＞
検出装置のシャント抵抗部を電池セルの接続端子に直接接続した後、充放電器を使用して電圧範囲−５Ｖ〜５Ｖの範囲を設定し、１２Ａの電流を印加しながら、シャント抵抗値は１５０ｕＯｈｍ（電流＊抵抗＝１．８Ｖ）に設定して、電池セルの電流変化値を５回繰り返し測定した。

＜比較例＞
検出装置のシャント抵抗部を電池セルの接続端子に別途のワイヤによって迂回して接続した以外は、実施例と同様の方法で電池セルの電流変化値を測定した。

＜実験例１＞
実施例と比較例の電流変化値を比較し、その結果を下記表１に示す。図６は、実施例と比較例の電流変化値及び誤差値を示す。

前記表１から確認できるように、実施例では、電流値の変化範囲が約２．９ｍＡ以内に形成される一方、比較例では、電流値の変化範囲が約３．９ｍＡ以上まで形成されることによって、誤差範囲が最大−３ｍＡ以上の差が示されることを確認できる。

＜実験例２＞
実施例の電流精度測定を総４９回繰り返し測定し、その結果を表２及び図７に示す。

前記表２及び図７からわかるように、同一の電流値（１２Ａ）を印加して多数回繰り返し測定しても、電流値の誤差範囲が−１ｍＡ〜１ｍＡを示し、類似の結果値を示すので、電流の精度が確保されることを確認することができる。

以上、本発明の実施例に係る検出装置の図面及びグラフを参照して説明したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。

以上で説明したように、本発明に係る検出装置は、電池セル充放電器の充電電圧精度検出装置を特定の構造で構成することによって、電池セルの充電電流精度を正確に測定して充放電器に対する信頼性を確保し、電池セルの不良率を大きく減少させることができる。

また、本発明に係る検出装置は、検出装置の限定された空間を効率的な構造で特定することで、量産化が可能であるという効果がある。

１００ 電源部
１１０ マルチメータ
２００ 機構部
２２０ ハウジング
２２１ フレーム
２２２ 貫通溝
２３０ シャント抵抗部
２６０ 接続端子
２８０ 固定プレート
３００ 電圧測定部

Claims (11)

1. 電池セル充放電器の充電電流精度を検出する装置であって、電源部に電気的に接続されている機構部を含んでおり、
   前記機構部は、
   上部が開放されたボックス状のハウジングと、
   充放電器の電流精度を検出するために前記ハウジングの両側面の内部にそれぞれ装着されており、上記の電源部と電気的に接続される一対の接続端子、及びそれぞれの接続端子に一定の抵抗を印加するシャント抵抗部で構成されている複数の電圧測定部と、
   を含んでおり、
   前記電源部は、前記複数の電圧測定部に電流を印加し、電池セルを充放電させる充放電器と、前記シャント抵抗部の電流及び電圧を測定するマルチメータ（ｍｕｌｔｉ−ｍｅｔｅｒ）とを含んでおり、
   前記シャント抵抗部は、別途の接続部材なしに直接接続端子に装着されていることを特徴とする、検出装置。
2. 前記電圧測定部は３０〜１００個で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記接続端子は、導電率の向上のために外面が金メッキされている金属板であることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
4. 前記金属板は、水平断面視で四角形からなることを特徴とする、請求項３に記載の検出装置。
5. 前記充放電器は、電圧測定部に対応する個数だけチャネル（ｃｈａｎｎｅｌｓ）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
6. 前記機構部にはサーモメータ（ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ）及び冷却ファン（ｆａｎ）がさらに設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
7. 前記電圧測定部に印加される電流は１２アンペア（Ａ）であることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
8. 前記電圧測定部は、接続端子が挿入されて固定され得るように貫通溝が穿孔されているフレームをさらに含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
9. 前記電池セルはリチウム二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の検出装置を使用して電池セル充放電器の充電電流を検出する方法であって、
    （ａ）充放電器で測定する電流の範囲を入力する過程と、
    （ｂ）充放電器が電圧測定部に任意の電流を印加する過程と、
    （ｃ）前記印加された電流によって測定される電圧値を一定の間隔で測定する過程と、
    （ｄ）前記測定された電圧値を最初の電圧値と比較して電流の変化値を測定する過程と、
    （ｅ）前記測定された電流の変化値に基づき、印加された任意の電流を調整する過程と、
    を含むことを特徴とする、検出方法。
11. 前記過程（ｃ）では、電圧値を１秒間隔で連続して１０回測定することを特徴とする、請求項１０に記載の検出方法。