KR101098197B1

KR101098197B1 - 전지셀 시험장치 및 시험방법

Info

Publication number: KR101098197B1
Application number: KR1020070093913A
Authority: KR
Inventors: 김성종; 김수령; 구자훈; 김홍정
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-09-15
Filing date: 2007-09-15
Publication date: 2011-12-23
Also published as: KR20090028661A

Abstract

본 발명은 내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형을 시험하여 변형량을 측정하는 장치로서, 외부로부터의 충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위하여 소정의 높이에서 전지셀을 낙하시키는 충격 측정부, 외부로부터의 잔충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위한 잔충격 측정부, 외력 또는 내력으로 인한 전지셀 응력의 변형량을 측정하기 위한 응력 측정부, 전지셀 시험 전과 후의 형상 차이를 비교하여 전지셀 변위의 변형량을 측정하기 위한 변위 측정부, 외력에 의한 전지셀 진동 상태의 변형량을 측정하기 위한 진동 측정부, 및 상기 측정부들에서 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 분석하고, 분석 결과를 데이터베이스에 저장하고 디스플레이 하는 중앙 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치를 제공한다.

Description

전지셀 시험장치 및 시험방법 {Test Device and Test Method of Battery Cell}

본 발명은 전지셀 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형을 시험하여 변형량을 측정하는 장치로서, 외부로부터의 충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위하여 소정의 높이에서 전지셀을 낙하시키는 충격 측정부, 외부로부터의 잔충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위한 잔충격 측정부, 외력 또는 내력으로 인한 전지셀 응력의 변형량을 측정하기 위한 응력 측정부, 전지셀 시험 전과 후의 형상 차이를 비교하여 전지셀 변위의 변형량을 측정하기 위한 변위 측정부, 외력에 의한 전지셀 진동 상태의 변형량을 측정하기 위한 진동 측정부, 및 상기 측정부들에서 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 분석하고, 분석 결과를 데이터베이스에 저장하고 디스플레이하는 중앙 제어부를 포함하는 구조로 구성되는 전지셀 시험장치에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지 수요가 급격히 증가하고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지셀의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지모듈의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지셀 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(Portable DVD), 소형 PC(Personal Computer), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 인해 다수의 전지셀들을 포함하는 전지모듈의 사용이 요구된다.

전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속함으로써 제조된다. 단위전지로서는 육면체 구조의 입체형 전지모듈을 제조하는 경우에 유리한 각형 또는 파우치형 전지, 및 부피 대비 용량비가 높은 원통형 전지가 많이 사용되고 있다.

한편, 종래에는 이차전지로서 니켈-카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 주로 사용되었으나, 최근에는 에너지 밀도가 높은 리튬이온 전지 및 리튬 폴리머 전지가 많이 사용되고 있다.

그러나, 이러한 이차전지는 낙하, 외부 충격 등에 의한 단락, 과충전 등의 다양한 요인들에 의해 발화 내지 폭발할 위험성이 있으므로, 안전성을 확보하는 것이 이차전지의 주요한 개발 과제들 중의 하나이다. 따라서, 새로 개발된 이차전지의 안전성, 특히, 기계적 또는 물리적 안전성을 확인하기 위하여, 전지셀을 제조한 후 낙하 충격 시험, 잔충격 시험, 응력 시험 등 다양한 시험이 행해진다.

예를 들어, 낙하 시험은 전지를 전극단자 방향으로 낙하시켜 지면에 충돌할 때 전극단자 부위에서 단락이 발생하는 지 여부, 전지셀에 파손된 부분이 있는 지 여부 등을 확인하는 시험으로서, 전지의 해당 부위가 소정의 높이로부터 낙하되어 지면에 충돌할 수 있는 조건을 설정하여 수행된다.

또한, 드럼 테스트 장치를 사용하여 전지를 고속으로 회전시킴으로써, 잔진동 또는 잔충격에 따른 전지의 이상을 확인하는 방법도 사용되며, 드럼 테스트 전과 후의 저항값의 변화, 단락 유무, 변형량 등을 측정하여 전지의 안전성을 확인한다.

그러나, 상기와 같은 다양한 시험들을 독립적으로 시행하고 있는 바, 이는 시험에 소요되는 시간과 비용을 증가시키고, 각각의 측정 데이타들을 분석하고 이력관리하기 어려운 문제가 있다.

따라서, 내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형을 시험하여 변형량을 측정하는 장치에 있어서, 전지셀에 대한 다양한 측정을 보다 효율적이고 정밀하게 시행할 수 있고 하나의 장치에서 종합적으로 시험이 가능하며 측정 데이터의 이력관리가 용이한 전지셀 시험장치에 대한 기술의 필요성이 높은 실정이다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 다양한 요인에 기인한 전지셀 변형량을 측정하는 시험 장치로서, 낙하 충격, 잔충격 등에 의한 전지셀의 변형량을 용이하게 측정하고, 시험 결과의 정밀성을 높일 수 있으며, 다양한 변형량 정보를 통합적으로 측정하여 표시할 수 있는 전지셀 시험장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 시험장치는 내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형을 시험하여 변형량을 측정하는 장치로서,

(a) 외부로부터의 충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위하여 소정의 높이에서 전지셀을 낙하시키는 충격 측정부;

(b) 외부로부터의 잔충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위한 잔충격 측정부;

(c) 외력 또는 내력으로 인한 전지셀 응력의 변형량을 측정하기 위한 응력 측정부;

(d) 전지셀 시험 전과 후의 형상 차이를 비교하여 전지셀 변위의 변형량을 측정하기 위한 변위 측정부;

(e) 외력에 의한 전지셀 진동 상태의 변형량을 측정하기 위한 진동 측정부; 및

(f) 상기 측정부들에서 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 분석하고, 그러한 분석 결과를 데이터베이스에 저장하고 디스플레이 하는 중앙 제어부;

를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 전지셀 시험장치는, 전지셀에 낙하, 진동 등과 같은 외력이 가해지는 상황을 반영한 시험을 통해 전지셀을 변형시켜 시험 전과 후의 전지셀 변형량을 측정하고, 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 중앙 제어부에 전송하는 구조로서, 충격 측정부, 잔충격 측정부, 응력 측정부, 변위 측정부, 진동 측정부, 및 중앙 제어부로 구성된 하나의 시험장치로 이루어져 있다.

따라서, 하나의 전지셀 시험장치 내부에 다양한 종류의 측정부들 및 측정된 정보를 분석, 저장 및 디스플레이 하는 중앙 제어부를 포함하고 있으므로, 전지셀의 변형량을 측정, 저장, 표시하는 과정이 하나의 시험장치에서 종합적으로 수행될 수 있다. 이러한 구조는 다양한 측정부들에서 측정된 전지셀의 변형량을 중앙 제어부를 통해 실시간으로 확인할 수 있고, 이러한 데이터들을 정량적인 값으로 표현하고 데이터베이스에 저장하여 이력관리를 할 수 있다.

또한, 하나의 시험장치 내에서 전지셀을 다양한 조건으로 시험할 수 있으므로 전지셀 시험에 따른 측정 시간을 줄이고, 중앙 제어부를 사용하여 측정 정보들을 다양한 방법으로 분석하는 것이 가능하다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀 시험장치의 충격 측정부 또는 잔충격 측정부에서 시험되는 전지셀에는 변형 측정 센서(strain gauge sensor) 및/또는 가속도 센서(acceleration sensor)가 장착되어 있고, 상기 센서들은 중앙 제어부에 접속되어 있는 구조일 수 있다.

즉, 상기 충격 측정부에서 전지셀의 충격 시험이 행해지거나, 잔충격 측정부에서 전지셀의 잔충격 시험이 행해지는 경우, 전지셀이 충격 시험 또는 잔충격 시 험에 의해 변형된 양을 변형 측정 센서에서 측정할 수 있고, 전지셀의 충격 과정 또는 잔충격 과정에서 발생하는 전지셀의 가속도는 가속도 센서를 사용하여 측정할 수 있다.

또한, 상기 센서들이 측정한 전지셀의 변형량 또는 가속도 데이터들을 실시간으로 중앙 제어부로 전송하기 위하여, 센서들은, 예를 들어, 유선 또는 무선으로 중앙 제어부와 접속되도록 연결될 수 있다.

본 명세서에서, '변형 측정 센서'는 길이의 물리량을, 예를 들어, "100만 분의 1"의 변화 레벨로 정밀하게 측정할 수 있는 센서이고, '가속도 센서'는 가속도, 진동, 충격 등에 따른 동적 힘을 감지하며 관성력, 전기변형, 자이로의 응용원리를 이용한 센서를 의미한다.

상기 충격 측정부는, 예를 들어, 상호간의 간격 변화에 의해, 소정의 낙하 형상으로 전지셀을 고정 장착하고, 순간적으로 탈리시켜 자유 낙하시키는 하나 또는 둘 이상의 착탈부재들로 이루어진 낙하부; 상기 낙하부를 충격 측정부의 바닥면으로부터 소정의 높이에 고정하는 하나 또는 둘 이상의 샤프트; 및 상기 낙하부를 상하로 수직 이동시키기 위해 샤프트의 후면에 장착되어 있는 하나 또는 둘 이상의 가이드;를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 상기 착탈부재는 전지셀의 일 측면을 지지하기 위해 전후 이동하는 슬라이더, 및 전지셀의 대응면을 지지하기 위해 전후 이동하는 실린더로 이루어져 있으며, 상기 슬라이더와 실린더 사이에 전지셀을 고정 장착하고 샤프트에 의해 소정의 높이로 이동한 후, 실린더의 후진 이동에 의해 순간적으로 탈리시켜 전지셀을 낙하시키는 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조의 충격 측정부는 전지셀을 소정의 위치에서 소망하는 낙하 방향으로 용이하게 낙하시킬 수 있다.

상기 잔충격 측정부는, 예를 들어, 전지셀을 장착하는 다각형의 드럼 케이스, 전지셀의 회전속도를 감지하는 속도 감지센서, 및 상기 감지센서에 전기적으로 연결되는 슬립 링 구조의 접속부재로 이루어진 드럼 테스트 장치로 구성될 수 있다.

이러한 구조는, 전지셀을 고속으로 회전시켜 드럼 케이스의 내면에 전지셀을 고속으로 충돌시킴으로써 전지셀에 잔충격을 인가하기 용이하며, 특히, 상기 슬립 링 구조의 접속부재는 전지셀을 고속으로 회전시키는 경우에도 감지 센서를 연결하는 도선이 꼬이는 현상을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 따라서, 안정적인 조건에서 잔충격 시험을 수행하여 실시간으로 측정 결과에 대한 정보를 중앙 제어부로 전송할 수 있다.

상기 '슬립 링'은 전동기, 발전기의 회전자 권선(捲線)에 전류를 공급하거나 끌어내는데 사용되는 금속소재의 고리로서, 회전이 가능하므로 드럼 케이스의 회전에 의해 전지셀이 회전하더라도 도선의 꼬임을 방지할 수 있다.

상기 응력 측정부는 충격량의 정도에 따라 색상의 농도가 변화되는 변색필름과 그것의 색상 농도 변화를 스캐닝하는 입력화상 장치로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 충격 측정부에서 전지셀의 충격 시험을 실시하는 경우, 충격 측정부의 바닥면에 변색필름을 위치시킨 후, 전지셀을 소정의 높이에서 바닥면으로 낙하시키게 된다. 이 때, 변색필름은 낙하된 전지셀로 인해 충격을 받게 되어 색 상의 농도가 변하게 된다. 변색필름은, 예를 들어, 유색의 색소가 소정의 마이크로 캡슐에 밀봉된 상태로 필름 기재에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 충격의 인가시 마이크로 캡슐이 파손되면서 색소가 유출되는 구조로 이루어져 있다. 충격량이 클수록 파괴되는 마이크로 캡슐의 양이 증가하여, 그만큼 색상의 농도가 진해지게 된다. 이렇게 변화된 색상을 입력화상장치를 이용하여 수집하고, 이러한 데이터는 중앙 제어부로 전송하여 모니터링 하거나 이력관리를 하게 된다.

하나의 바람직한 예로서, 상기 변색필름은 전지셀의 낙하시 필름의 움직임을 방지하기 위해 충격 측정부의 바닥면에 고정되어 있을 수 있다. 또한, 상기 변색필름은 잔충격 측정부의 회전시 필름의 움직임을 방지하기 위해 잔충격 측정부의 내면에 고정되어 있을 수 있다.

상기 변위 측정부는, 예를 들어, 전지셀 시험 전과 후의 변위를 측정하는 변위 센서, 전지셀을 고정하는 지그, 및 지그를 회전시키는 동력부재로 이루어져 있고, 전지셀을 360도 회전시키면서 전지셀의 변위를 3차원 입체적 형상으로 표시하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 변위 측정부의 구조에서, 변위센서로는 오차를 감소시키기 위하여 레이저 변위센서를 이용하고, 동력부재로는 회전정밀도를 높이기 위하여 스텝 모터를 사용하며, 지그로는 변위를 정밀하게 측정하기 위하여 정밀도 높은 지그를 사용할 수 있다.

또한, 전지셀이 고정된 지그를 동력부재에 의해 360도 회전시키면서 전지셀의 변위를 변위센서를 이용하여 실시간으로 측정함으로써, 전지셀의 변위를 중앙 제어부에서 3차원 입체적 형상으로 표시할 수 있다.

본 명세서에서, '레이저 변위 센서'는 확산 반사형 레이저 센서의 변형된 형태로서 초고감도 렌즈를 통해 정밀하게 수렴된 레이저 광을 CMOS나 CCD 디지털 소자로 입광하여 디지털 센싱 기술에 의해 변위를 마이크론 단위(㎛) 이하까지 측정하는 센서이고, '스텝모터'는 일정한 각도씩 회전하는 모터이다.

상기 진동 측정부는 전지셀의 낙하시 전지셀과 접촉하는 바닥부재와, 전지셀 충격 부위의 진동을 측정하는 가속도 센서로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 바닥부재는 콘크리트, 스틸, 목재 등이 사용될 수 있고, 전지셀을 소정의 높이에서 바닥부재에 낙하시키는 경우, 전지셀이 바닥부재와 충돌하는 지점의 전지셀 충격 부위에서 발생하는 진동을 가속도 센서를 사용하여 측정할 수 있다.

이러한 진동 측정부는 전지셀을 파워툴에 장착하여 사용하는 경우 전지셀에 인가되는 진동을 측정하기 위한 간접적인 측정방법으로 사용될 수 있으므로 바람직하다.

상기 중앙 제어부는, 앞서의 설명과 같이, 각각의 측정부들에서 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 분석하고, 그러한 분석 결과를 데이터베이스에 저장하고 디스플레이 하는 역할을 한다. 따라서, 중앙 제어부는 변형량 정보를 분석 및 처리하는 연산 모듈, 처리 정보를 저장하는 저장 모듈, 및 처리 정보를 시각 및/또는 청각 정보로 표출하는 디스플레이 모듈로 이루어질 수 있으며, 하나의 바람직한 예로 퍼스널 컴퓨터(PC)일 수 있다.

본 발명의 전지셀 시험장치에 사용되는 전지셀은 그것의 형상 및 구조에 있어서 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 판상형, 각형, 또는 원통형 구조의 이차전지일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 전지셀 시험장치를 사용하여 내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형량을 시험하는 방법을 제공한다.

예를 들어, 상기 전지셀 시험장치는 낙하 측정부, 잔충격 측정부, 응력 측정부, 변위 측정부, 진동 측정부, 및 중앙 제어부를 포함하고 있고, 상기 전지셀 시험 방법은

(a) 상기 낙하 측정부를 하향으로 낙하시켜 외부로부터의 충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하는 과정('충격 측정 과정');

(b) 상기 잔충격 측정부를 사용하여 외부로부터의 잔충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하는 과정('잔충격 측정 과정');

(c) 상기 응력 측정부를 사용하여 외력 또는 내력으로 인한 전지셀 응력의 변형량을 측정하는 과정('응력 측정 과정');

(d) 상기 변위 측정부를 사용하여 전지셀 시험 전과 후의 형상 차이를 비교하여 전지셀 변위의 변형량을 측정하는 과정('변위 측정 과정');

(e) 상기 진동 측정부를 사용하여 파워 디바이스에 장착한 전지셀의 진동을 모의 측정하는 과정('진동 측정 과정'); 및

(f) PC 본체와 모니터로 구성된 중앙 제어부를 사용하여 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 정량적으로 디스플레이 하고 데이터베이스에 저장하는 과 정('제어 과정');

을 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.

상기 (a) 내지 (e)의 측정 과정은 소망하는 전지셀 시험방법에 따라, 순서대로 차례로 진행되거나, 둘 또는 그 이상의 측정 과정이 개별적 또는 복합적으로 진행될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 충격 측정 과정에 있어서, 상기 충격 측정부는, 상호간의 간격 변화에 의해, 소정의 낙하 형상으로 전지셀을 고정 장착하고, 순간적으로 탈리시켜 자유 낙하시키는 하나 또는 둘 이상의 착탈부재들로 이루어진 낙하부; 상기 낙하부를 충격 측정부의 바닥면으로부터 소정의 높이에 고정하는 하나 또는 둘 이상의 샤프트; 및 상기 낙하부를 상하로 수직 이동시키기 위해 샤프트의 후면에 장착되어 있는 하나 또는 둘 이상의 가이드;를 포함하는 것으로 구성되어 있고,

(i) 전지셀을 낙하부의 슬라이더와 실린더 사이에 장착하고 샤프트와 결합하는 과정;

(ii) 상기 낙하부를 충격 측정부의 바닥면으로부터 소정의 높이로 이동시키는 과정; 및

(iii) 낙하부의 실린더를 후진하여 전지셀을 바닥면으로 낙하시키고, 가속도 센서를 사용하여 전지셀의 충격 변형량 정보를 정량적으로 수집하여 중앙 제어부로 전송하는 과정;

으로 이루어질 수 있다.

상기 전지셀 시험방법은 충격 측정 과정 중, 예를 들어, 전지셀을 낙하시켜 외부로부터의 충격에 따른 전지셀의 변형량을 정량적으로 표시할 수 있다.

상기 변위 측정 과정에 있어서, 상기 변위 측정부는 전지셀 시험 전과 후의 변위를 측정하는 변위 센서, 전지셀을 고정하는 고정지그, 및 고정지그를 회전시키는 동력부재를 포함하는 것으로 구성되어 있고,

(i) 전지셀을 고정지그에 장착하는 과정;

(ii) 동력부재를 작동하여 고정지그에 장착된 전지셀을 회전시키는 과정; 및

(iii) 변위센서에서 감지된 전지셀의 변위 정보를 수집하여 중앙 제어부로 전송하는 과정;

으로 이루어질 수 있다.

상기 전지셀 시험방법은 변위 측정 과정 중, 예를 들어, 시험 전과 후의 전지셀의 형상을 변위센서를 사용하여 각각 측정한 후, 상호간의 형상 차이를 비교하는 과정을 거칠 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 시험장치의 정면 모식도가 도시되어 있고, 도 2 및 3에는 도 1의 좌측면과 우측면의 모식도들이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지셀 시험장치(1000)는 소정의 높이(H)에서 전지셀을 낙하시키는 충격 측정부(100), 잔충격에 의한 전지셀의 변형량을 측정하는 잔충격 측정부(200), 전지셀 응력의 변형량을 측정하는 응력 측정부(300), 전지셀 변위의 변형량을 측정하는 변위 측정부(400), 진동 상태의 변형량을 측정하는 진동 측정부(500), 및 측정된 정보를 수집하여 분석하고 데이터베이스에 저장한 후 디스플레이 하는 중앙 제어부(600)로 구성되어 있다.

충격 측정부(100)는 전지셀을 장착 및 탈리시키는 3 개의 착탈부재들(112)로 이루어져 있는 낙하부(110), 낙하부(110)를 바닥으로부터 소정의 높이(H)에 고정하는 샤프트(120), 샤프트(120)의 후면에 장착되어 있는 가이드(130), 및 사프트(120)를 상하로 이동시키는 동력을 공급하는 전기모터(140)로 구성되어 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 각각의 낙하부(110)는 전지셀(700)의 양측면을 지지하는 슬라이더(116)와 실린더(114)로 구성되어 있고, 슬라이더(116)와 실린더(114) 각각은 전지셀(700)을 소정의 위치에서 용이하게 장착하기 위해 전후 방향(D)으로 이동하도록 구성되어 있다.

전지셀(700)의 충격 측정 과정은 다음과 같은 일련의 작업으로 진행한다. 우선, 변형 측정 센서와 가속도 센서(도시하지 않음)를 상부에 부착한 전지셀(700)을 낙하부(110)의 슬라이더(116)와 실린더(114) 사이에 장착하고, 샤프트(120)에 결합시킨 후 낙하부(110)를 소정의 테스트 높이(H)까지 상승시킨다. 그런 다음, 낙하부(110)를 충격 측정부(100)의 바닥면(150)으로부터 약 30 cm가 되는 지점까지 하강시키고, 낙하부(110)의 실린더(114)를 후진하여 전지셀(700)을 바닥면(150)으 로 낙하시킴으로써 전지셀(700)에 소정의 충격을 인가한다. 이 때, 전지셀(700)에 부착된 변형 측정 센서와 가속도 센서는 전지셀(700)의 낙하중 또는 충격시 발생하는 관련 정보를 실시간으로 수집하여 PC 본체(610)로 전송하고, 이러한 정보는 PC 본체(610)에서 분석되어 모니터(620)를 통해 다양한 형상으로 표시된다.

도 5를 참조하면, 잔충격 측정부(200)는 전지셀(710)이 탑재되는 육각형의 드럼 케이스(212), 전지셀(710)의 회전 속도를 감지하는 속도 감지센서(도 1: 220), 속도 감지센서(220)를 중앙 제어부(도 1: 600)에 도선(222)을 통해 전기적으로 연결하는 슬립 링(216)으로 이루어져 있다.

전지셀(710)의 잔충격 측정 과정은, 우선, 드럼 케이스(212) 내부에 전지셀(710)을 위치시킨 후, 슬립 링(216)을 매개체로 하여 속도 감지센서(220)를 전기적으로 연결한다. 다음으로, 모터(230)를 구동하여 드럼 케이스(212)를 고속 회전시켜 전지셀(710)이 드럼 케이스(212)의 내부와 충돌하면서 잔충격을 받도록 한다. 또한, 슬립 링(216)은 전지셀(710)의 고속회전시 도선(222)이 꼬이는 것을 방지한다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 응력 측정부(300)는 충격량의 정도에 따라 색상 농도가 변화되는 변색필름(118, 218)과 변색필름(118, 218)의 색상 농도 변화를 스캐닝하여 PC 본체(610)로 전송하는 스캐너(310)로 구성되어 있다.

변색필름(118, 218)은 전지셀(700, 710)의 낙하시 또는 드럼 케이스(212)의 회전시 정위치로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 충격 측정부(100)의 바닥면(150) 또는 드럼 케이스(212)의 내면에 고정되어 있다. 또한, 변색필름(518)은 전지셀의 진동을 측정하는 과정에서 전지셀의 응력을 측정하기 위해 바닥부재(510)의 상단면에 장착될 수 있다.

변위 측정부(400)는 전지셀의 변위를 측정하는 레이저 변위센서(410), 전지셀을 고정하는 지그(도시하지 않음), 지그를 회전시키는 스텝 모터(420), 및 변위신호를 증폭시키는 증폭기(430)로 구성되어 있다.

이러한 구조에서, 스텝 모터(420)는 전지셀을 포함한 지그를 일정한 각도씩 360도 회전시키고, 레이저 변위센서(410)는 외력 또는 내력으로 인한 전지셀의 변위를 실시간으로 측정하여 PC 본체(610)로 전송하고 모니터(620)는 전송받은 변위 정보를 3차원의 입체적 형상으로 표시한다.

진동 측정부(500)는 전지셀(700)의 낙하시 전지셀(700)과 접촉하는 바닥부재(510)와 전지셀(700)에 장착되는 가속도 센서(도시하지 않음)로 이루어져 있다.

이러한 구조에서, 전지셀(700)의 낙하시 발생하는 전지셀(700)의 진동을 측정하는 과정은, 전지셀(700)이 바닥부재(510)와 접촉되며 발생하는 진동을 가속도 센서(도시하지 않음)에서 감지하고 정량화하여 PC 본체(610)로 전송하게 된다.

바닥부재(510)는 시험 조건에 따라 콘크리트, 나무, 스틸을 필요에 따라 교체하며 사용할 수 있는 구조로 이루어져 있다.

중앙 제어부(600)는 PC 본체(610)와 모니터(620) 등으로 구성되어 있고, 각각의 측정부들에서 전송된 정보를 수집하여 분석하고 데이터베이스(도시하지 않음)에 저장하며 모니터(620)에 다양한 분석화면으로 표시한다. 필요에 따라 프린터와 같은 출력장치가 부가될 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 시험장치는 전지셀 시험과 관련된 다양한 측정부들을 하나의 시험장치에 포함하고 있으므로, 전지셀과 관련된 다양한 시험을 종합적으로 빠른 시간에 실시할 수 있다.

또한, 다양한 측정부들에서 측정된 전지셀의 변형량 정보들을 수집하고 디스플레이 하는 중앙 제어부를 포함하고 있어서, 측정 정보들을 실시간으로 모니터링 하는 것이 가능하고 이력관리하기 용이하므로 전지셀의 품질을 크게 향상시키는 효과가 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 시험장치의 정면 모식도이다;

도 2 및 도 3은 도 1의 좌측면과 우측면의 모식도들이다;

도 4는 도 3에서 낙하부를 확대한 우측면 모식도이다;

도 5는 도 2에서 드럼 테스트 장치의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.

Claims

내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형을 시험하여 변형량을 측정하는 장치로서,

(a) 외부로부터의 충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위하여 소정의 높이에서 전지셀을 낙하시키는 충격 측정부;

(b) 외부로부터의 잔충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하기 위한 잔충격 측정부;

(c) 외력 또는 내력으로 인한 전지셀 응력의 변형량을 측정하기 위한 응력 측정부;

(d) 전지셀 시험 전과 후의 형상 차이를 비교하여 전지셀 변위의 변형량을 측정하기 위한 변위 측정부;

(e) 외력에 의한 전지셀 진동 상태의 변형량을 측정하기 위한 진동 측정부; 및

(f) 상기 측정부들에서 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 분석하고, 그러한 분석 결과를 데이터베이스에 저장하고 디스플레이 하는 중앙 제어부;

를 포함하고 있고,

상기 충격 측정부는 상호간의 간격 변화에 의해, 소정의 낙하 형상으로 전지셀을 고정 장착하고, 순간적으로 탈리시켜 자유 낙하시키는 하나 또는 둘 이상의 착탈부재들로 이루어진 낙하부; 상기 낙하부를 충격 측정부의 바닥면으로부터 소정의 높이에 고정하는 하나 또는 둘 이상의 샤프트; 및 상기 낙하부를 상하로 수직 이동시키기 위해 샤프트의 후면에 장착되어 있는 하나 또는 둘 이상의 가이드; 를 포함하며,

상기 잔충격 측정부는 전지셀을 장착하는 다각형의 드럼 케이스, 전지셀의 회전속도를 감지하는 속도 감지센서, 및 상기 감지센서에 전기적으로 연결되는 슬립 링 구조의 접속부재로 이루어져 있고,

상기 응력 측정부는 충격량의 정도에 따라 색상의 농도가 변화되는 변색필름과, 그것의 색상 농도 변화를 스캐닝하는 입력화상 장치로 이루어져 있으며,

상기 변위 측정부는 전지셀 시험 전과 후의 변위를 측정하는 변위 센서, 전지셀을 고정하는 지그, 및 지그를 회전시키는 동력부재로 이루어져 있고,

상기 진동 측정부는 전지셀의 낙하시 전지셀과 접촉하는 바닥부재와, 전지셀 충격 부위의 진동을 측정하는 가속도 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
제 1 항에 있어서, 상기 충격 측정부 또는 잔충격 측정부에서 시험되는 전지셀에는 변형 측정 센서(strain gauge sensor) 및/또는 가속도 센서(acceleration sensor)가 장착되어 있고, 상기 센서들은 중앙 제어부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
제 1 항에 있어서, 상기 착탈부재는 전지셀의 일 측면을 지지하기 위해 전후 이동하는 슬라이더, 및 전지셀의 대응면을 지지하기 위해 전후 이동하는 실린더로 이루어져 있으며, 상기 슬라이더와 실린더 사이에 전지셀을 고정 장착한 후 실린더를 후진 이동하여 순간적으로 탈리시키는 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
제 1 항에 있어서, 상기 잔충격 측정부는 드럼 테스트 장치인 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 변색필름은 전지셀의 낙하시 필름의 움직임을 방지하기 위해 충격 측정부의 바닥면에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변색필름은 잔충격 측정부의 회전시 필름의 움직임을 방지하기 위해 잔충격 측정부의 내면에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 측정부는 전지셀을 360도 회전시키면서 전지셀의 변위를 3차원 입체적 형상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형, 각형, 또는 원통형 구조의 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀 시험장치.
제 1 항에 따른 전지셀 시험장치를 사용하여 내력 또는 외력으로 인한 전지셀의 변형량을 시험하는 방법으로서, 상기 전지셀 시험장치는 충격 측정부, 잔충격 측정부, 응력 측정부, 변위 측정부, 진동 측정부, 및 중앙 제어부를 포함하고 있고,

(a) 상기 충격 측정부를 하향으로 낙하시켜 외부로부터의 충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하는 과정('충격 측정 과정');

(b) 상기 잔충격 측정부를 사용하여 외부로부터의 잔충격에 대한 전지셀의 변형량을 측정하는 과정('잔충격 측정 과정');

(c) 상기 응력 측정부를 사용하여 외력 또는 내력으로 인한 전지셀 응력의 변형량을 측정하는 과정('응력 측정 과정');

(d) 상기 변위 측정부를 사용하여 전지셀 시험 전과 후의 형상 차이를 비교하여 전지셀 변위의 변형량을 측정하는 과정('변위 측정 과정');

(e) 상기 진동 측정부를 사용하여 파워 디바이스에 장착한 전지셀의 진동을 모의 측정하는 과정('진동 측정 과정'); 및

(f) PC 본체와 모니터로 구성된 중앙 제어부를 사용하여 측정된 변형량 정보를 실시간으로 수집하여 정량적으로 디스플레이 하고 데이터베이스에 저장하는 과정('제어 과정');

을 포함하는 것으로 구성된 전지셀 시험 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 충격 측정 과정은,

(i) 전지셀을 낙하부의 슬라이더와 실린더 사이에 장착하고 샤프트와 결합하는 과정;

(ii) 상기 낙하부를 충격 측정부의 바닥면으로부터 소정의 높이로 이동시키는 과정; 및

(iii) 낙하부의 실린더를 후진하여 전지셀을 바닥면으로 낙하시키고, 변형 측정 센서 및 가속도 센서를 사용하여 전지셀의 충격 변형량 정보를 정량적으로 수집하여 중앙 제어부로 전송하는 과정;

으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 시험 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 변위 측정 과정은,

(i) 전지셀을 고정지그에 장착하는 과정;

(ii) 동력부재를 작동하여 고정지그에 장착된 전지셀을 회전시키는 과정; 및

(iii) 변위센서에서 감지된 전지셀의 변위 정보를 수집하여 중앙 제어부로 전송하는 과정;

으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 시험 방법.