KR101080127B1 - 충방전 조건의 정밀도 검출 장치 - Google Patents

충방전 조건의 정밀도 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 테스트 시편에 인가 또는 그로부터 인출되는 전기의 조건을 정밀하게 검출하는 장치로서, 테스트 시편으로의 연결 회로 상에 접속되는 션트 저항부, 상기 션트 저항부의 전압 및/또는 전류를 측정하는 전압/전류 측정부, 상기 션트 저항부의 온도를 측정하는 온도 측정부, 및 상기 측정부들의 검출 정보를 표시하는 디스플레이부가 절연성 하우징에 내장되어 있는 구조의 검출 장치를 제공한다.

Description

충방전 조건의 정밀도 검출 장치 {Precise Detector of Charge and Discharge Conditions}
도 1은 종래의 전지의 성능을 측정하기 위한 검출 장치를 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 검출 장치에 대한 내부 투시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 검출 장치에 대한 측면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지에 대한 테스트 시스템에 대한 모식도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
100: 션트 저항기 110: 전극 단자
200: 멀티 미터 300: 써모 미터
400: 하우징
본 발명은 테스트 시편에 인가 또는 그로부터 인출되는 전기의 조건을 정밀하게 검출하는 장치로서, 테스트 시편으로의 연결 회로 상에 접속되는 션트 저항부, 상기 션트 저항부의 전압 및/또는 전류를 측정하는 전압/전류 측정부, 상기 션트 저항부의 온도를 측정하는 온도 측정부, 및 상기 측정부들의 검출 정보를 표시하는 디스플레이부가 절연성 하우징에 내장되어 있는 구조의 검출 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
그러나, 이차전지의 에너지 밀도가 높아지게 되고, 고용량화 됨에 따라 반복적인 충방전 과정에서 발열량이 증가하게 되고, 이는 과다한 온도 상승과, 그로 인한 소자의 오작동을 유발하고 작동 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 전지의 수명을 크게 단축시키는 원인이 된다.
따라서, 전지에 대한 최적의 작동 상태 및 안전성을 확보하기 위하여 제품에 대하여 많은 시험들이 행해지며, 그러한 시험 중에는 테스트 시편의 전압, 전류 등 의 전기 화학적 작동 상태와 온도와 압력 등의 물리적 작동 상태를 측정하는 과정이 포함된다.
일반적으로 전지셀의 성능을 평가하기 위하여 충방전기를 사용하여 전류를 전지셀에 인가하거나 또는 전지셀로부터 전류를 인출할 때, 전류 등의 정밀도를 확인하기 위하여 션트 저항기(shunt resister)를 사용한다. 종래의 션트 저항기를 이용한 대표적인 검사 방식을 도 1에 모식적으로 도시하였다. 즉, 충방전기와 테스트 전지셀의 연결 회로 상에 션트 저항기를 접속하고, 그에 대한 전류, 전압 등을 멀티 미터(multi-meter)로 측정하여 실제 전지셀에서 흐르는 전류 등을 확인하도록 구성되어 있다. 또한, 션트 저항기가 온도에 민감한 점을 고려하여 써모미터(thermometer)에 의해 온도를 측정하여 적정한 상태에서 테스트를 시행할 수 있도록 조건을 설정하게 된다.
그러나, 상기와 같은 구성은 다수의 과정을 거쳐야만 소망하는 회로 구성을 완성할 수 있으므로 매우 번잡하다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 션트 저항기가 외부로 노출되어 있으므로 주변 환경에 민감하게 반응할 수 있고, 작업자가 단자의 접속부위에 감전될 우려도 있다.
따라서, 테스트 시편의 성능을 간단한 조작을 통해 효율적으로 검출할 수 있으면서, 작업자에 대한 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 테스트 시편의 성능을 측정하기 위한 각종 장치를 하나의 디바이스로 구성함으로써, 다수의 측정 수단들을 해당 부위에 부착 내지 접촉시키는 복잡한 과정 없이 간단한 조작을 통해 측정가능 하면서, 동시에 작업자의 안전성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 검출 장치는 테스트 시편에 인가 또는 그로부터 인출되는 전기의 조건을 정밀하게 검출하는 장치로서, 테스트 시편으로의 연결 회로 상에 접속되는 션트 저항부, 상기 션트 저항부의 전압 및/또는 전류를 측정하는 전압/전류 측정부, 상기 션트 저항부의 온도를 측정하는 온도 측정부, 및 상기 측정부들의 검출 정보를 표시하는 디스플레이부가 절연성 하우징에 내장되는 것으로 구성되어있다.
즉, 본원발명의 검출 장치는 션트 저항부(e.g., 션트 저항기)와 전압/전류 측정부(e.g., 멀티 미터) 및 온도 측정부(e.g., 써모미터)를 하나의 디바이스로 구성함으로써 간단한 조작을 통해, 온도, 전류, 및 전압을 동시에 측정할 수 있으며, 상기 검출 정보를 디스플레이부(e.g., 액정 디스플레이 패널)을 통해 즉시 확인할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 션트 저항이란, 전류를 직접 측정하기가 어려운 경우, 전압을 측정하여 이를 전류값으로 환산하기 위한 금속 저항을 총칭하는 용어이다. 션트 저항부는 직류 부하인 테스트 시편에 대하여 직렬로 연결하며, (+) 또는 (-) 단자 중 어느 한 곳에 연결하여 측정하게 된다. 예를 들어, 5 mΩ의 션트 저항부에 대하여 50 mV의 전압이 측정되었다면, 전류값은 옴의 법칙에 의해 5 A로 환산된다.
따라서, 션트 저항부는 충방전기와 테스트 시편 사이의 연결 회로 상에 직렬로 접속되며, 이를 위해 션트 저항부의 일 측면에는 접속을 위한 한 쌍의 단자(접속 단자)가 하우징의 일측 외부에 노출되어 있는 구조로 구성되어 있다.
또한, 션트 저항부는 금속 소재로 이루어져 있어서 온도에 민감하다는 특징이 있다. 즉, 일정한 온도 범위 내에서 측정을 실시해야 하는데, 전류를 인가하게 되면 온도가 상승하게 되고 온도가 일정 수준 이상으로 높아지게 되면, 다시 일정한 온도로 하강한 뒤에 전류를 인가하여야 하는 불편함이 있다. 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 본 발명에 따른 바람직한 측정 장치는, 상기 하우징의 일측에는 외부와 연통되는 관통구가 형성하고, 이 관통구에 냉각 팬을 설치하여 일정 온도를 유지하는 구조일 수 있다.
본 발명에 의한 검출 장치는 또한 측정부들로부터의 검출 신호를 수신하여 디스플레이부에 표시하는 제어부를 추가로 포함하고 있는 구조일 수 있다. 즉, 측정된 온도, 전류, 및 전압은 제어부를 통해 수신하고 이를 디스플레이부에 표시되도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 제어부는 냉각 팬의 작동을 제어하여 션트 저항부의 온 도를 소정의 조건으로 설정하는 구조일 수 있다. 구체적으로, 측정된 온도는 제어부를 통해 디스플레이부에 표시되고, 상기 온도가 일정 수준을 초과하게 되면, 냉각팬이 작동하여 션트 저항부의 온도를 하강시키게 된다. 이를 통해, 상승된 온도를 하강시키기 위하여 전류를 차단하는 별도의 공정 없이 계속적인 측정이 가능하다.
상기 하우징에는 션트 저항부에 대한 접속을 위한 접속 단자가 하우징의 외부로 돌출되어 있으며, 이는 외부 온도 및 충격 등으로 인해 검출 수치에 오류가 생길 수 있고, 경우에 따라서는 작업자가 단자의 접속 부위에 감전될 우려가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 하우징에는 상기 접속 단자를 외부로부터 차단할 수 있는 절연성 캡이 경첩 구조로 설치되어 있는 구조일 수 있다.
션트 저항부의 접속 단자에 대한 접속 작업을 용이하게 하기 위하여, 상기 절연성 캡을 경첩 구조를 피벗 회전시켜 개방할 수 있으며, 전류 등에 대한 검출 작업시 또는 검출 장치를 사용하지 않을 경우에는 경첩 구조를 상기와 반대 방향으로 피벗 회전하여 캡을 닫을 수 있다. 상기 절연성 캡을 설치함으로써, 외부 환경 변화로부터 션트 저항부를 보호하고, 작업자의 안전성을 보장할 수 있다.
본 발명에 따른 검출 장치의 활용 범위는 특별히 제한되지 않고 다양한 시편의 성능을 측정하는데 사용될 수 있으며, 그 중에서 테스트 시편으로 이차전지 셀이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 검출 장치와 충방전기를 포함하는 것으로 구성되는 이차전지 셀용 테스트 시스템을 제공한다.
구체적으로, 이차전지 셀을 충방전기와 연결하는 회로 상에 상기 검출 장치를 결합함으로써, 이차전지 셀에 대한 충방전과 동시에 시편에 인가 또는 인출되는 전기의 조건을 정밀하게 검출할 수 있다.
특히, 바람직하게는 상기 검출 장치와 충방전기 사이에는 검출 장치로부터의 검출 정보를 바탕으로 충방전기의 작동 조건을 제어하는 제어 장치를 추가로 구성함으로써, 전체적으로 하나의 시스템을 구축할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전 조건의 정밀도 검출 장치의 내부 구조를 나타낸 투시도가 도시되어 있다.
도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 검출 장치는, 절연성 하우징(400) 내부에, 이차전지 셀로의 연결 회로 상에 접속되는 션트 저항기(100), 션트 저항기(100)의 전압 및 전류를 측정하는 멀티 미터(200) 및, 션트 저항기(100)의 온도를 측정하는 써모 미터(300)를 포함하고 있다. 또한, 하우징(400)의 상단에는 절연성 캡(410)이 장착되어 있으며, 전면에는 액정 디스플레이(도시하지 않음)가 구비되어 있다.
먼저, 션트 저항기(100)의 상단에는 접속을 위한 한 쌍의 접속 단자(110)가 돌출되어 있으며, 접속 단자(110)는 이차전지 셀(도시하지 않음)과 충방전기(도시하지 않음) 사이의 연결 회로 상에 접속된다. 접속 단자(110)는 경첩 구조에 의해 결합되어 있는 절연성 캡(410)에 의해 외부로부터 차단되는 구조이다.
션트 저항기(100)의 하단에는, 션트 저항기(100)의 전압과 전류를 측정하는 멀티 미터(200)와 션트 저항부(100)의 온도를 측정하는 써모 미터(300)가 각각 장착되어 있다. 멀티 미터(200)와 써모 미터(300)는 각각 션트 저항기(100)와 전기적으로 연결(211, 212, 310)되며, 이들로부터 측정된 결과는 제어부(도시하지 않음)로 송신되어 하우징(400)의 전면에 설치되어 있는 액정 디스플레이(LCD: 도시하지 않음)에 표시된다.
도 3에는 도 2의 검출 장치에 대한 측면도가 도시되어 있다. 절연성 하우징(400) 내부에는 션트 저항기, 멀티 미터, 및 써모 미터가 내장되어 있으며, 션트 저항기의 접속 단자(110)가 하우징(400)의 상단에 돌출되어 있다. 상기 접속 단자(110)는 이차전지 셀과 연결되는 케이블(500)과 접속되며, 경첩 구조(411)에 의해 하우징(400)에 결착되어 있는 절연성 캡(410)에 의해 외부와 차단되도록 구성되어 있다.
접속 단자(110)를 통해 접속되는 션트 저항기는 다시 멀티 미터 및 써모 미터와 전기적으로 연결되며, 션트 저항기에 대한 온도, 전류, 및 전압이 측정된다. 측정된 결과는 제어부를 거쳐 하우징(400)의 전면에 설치되어 있는 액정 디스플레이(LCD: 420) 상에 표시된다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 셀용 테스트 시스템이 모식적으로 도시되어 있다.
본 발명의 이차전지 셀용 테스트 시스템은 검출 장치가 충방전기와 테스트 전지 사이에 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 검출 장치는 션트 저항기(shunt resister), 멀티 미터(multi-meter) 및, 써모 미터(thermometer) 등으로 구성되며, 상기 멀티 미터와 써모 미터를 통해 측정된 결과는 제어부(controller)를 통해 액정 디스플레이(LCD)에 표시된다. 상기 제어부는 써모 미터를 통해 측정된 온도가 일정 수준을 초과하게 되면, 하우징의 일측 관통구에 형성된 냉각팬(fan)을 작동시켜 션트 저항기의 온도를 하강시키도록 구성되어 있다. 상기 검출 장치는 또한 충방전기와 연결되어 있으며, 테스트 전지에 대한 충방전과 동시에 전지에 전류를 인가 또는 인출할 때, 전류, 전압 등의 정밀도를 측정할 수 있도록 구성되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 검출 장치의 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 검출 장치는, 종래 테스트 시편에 대한 성능을 테스트 하기 위하여 다수의 과정을 거쳐야만 하는 번거러움을 해결함과 동시에, 작업자에 대한 향상된 안전성을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 테스트 시편에 인가 또는 그로부터 인출되는 전기의 조건을 정밀하게 검출하는 장치로서, 테스트 시편으로의 연결 회로 상에 접속되는 션트 저항부, 상기 션트 저항부의 전압 및/또는 전류를 측정하는 전압/전류 측정부, 상기 션트 저항부의 온도를 측정하는 온도 측정부, 및 상기 측정부들의 검출 정보를 표시하는 디스플레이부가 절연성 하우징에 내장되어 있고,
    상기 션트 저항부에 대한 접속을 위한 한 쌍의 단자(접속 단자)가 하우징의 일측 외부로 노출되어 있으며,
    상기 하우징의 일측에는 외부와 연통되는 관통구가 형성되어 있고, 상기 관통구에는 냉각 팬이 설치되어 있으며,
    상기 측정부들로부터의 검출 신호를 수신하여 디스플레이부에 표시하는 제어부를 포함하고 있고, 상기 제어부는 냉각 팬의 작동을 제어하여 금속 소재로 이루어져 있는 션트 저항부의 온도를 소정의 조건으로 설정하며,
    상기 하우징에는 상기 접속 단자를 외부로부터 차단할 수 있는 절연성 캡이 경첩 구조로 설치되어 있는 구조의 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 테스트 시편으로서 이차전지 셀의 성능을 측정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  8. 제 1 항에 따른 검출 장치와 충방전기를 포함하는 것으로 구성된 이차전지 셀용 테스트 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 검출 장치와 충방전기 사이에는 검출 장치로부터의 검출 정보를 바탕으로 충방전기의 작동 조건을 제어하는 제어장치가 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 테스트 시스템.
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