KR101442687B1

KR101442687B1 - 2차 전지 압축시험기

Info

Publication number: KR101442687B1
Application number: KR1020140089553A
Authority: KR
Inventors: 이준호; 임희상
Original assignee: 주식회사 일우하이텍
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2014-09-23

Abstract

본 발명은 2차 전지 압축시험기에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 상온에서 최대 150℃의 온도조절이 가능한 챔버에 전지(Cell)를 지그판에 올려놓고 압축판으로 하여금 가압하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출한 뒤 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 2차 전지(Cell)용 압축시험기에 관한 것으로, 이러한 압축시험기는 교환 교체가 용이한 지그판을 사용할 수 있도록 함으로서, 다양한 시험 조건을 수행할 수 있도록 하되, 측정용 셀에 대하여 정확한 힘과 거리를 고속으로 제어할 수 있도록 함으로서 정밀 시험이 가능하도록 형성되며, 압축판과 연동된 힘 측정 로드셀 및 리니어 스케일은 데이터 케이블에 의해 변화값 데이터를 신속하고 용이하게 수집할 수 있도록 형성되고, 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 충격댐퍼가 구비되어 안전성이 크게 확보되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지 압축시험기{Crush tester for cell}

본 발명은 상온에서 최대 150℃의 온도조절이 가능한 챔버에 전지(Cell)를 지그판에 올려놓고 압축판으로 하여금 가압하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출한 뒤 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 2차 전지(Cell)용 압축시험기에 관한 것으로, 이러한 압축시험기는 교환 교체가 용이한 지그판을 사용할 수 있도록 함으로서, 다양한 시험 조건을 수행할 수 있도록 하되, 측정용 셀에 대하여 정확한 힘과 거리를 고속으로 제어할 수 있도록 함으로서 정밀 시험이 가능하도록 형성되며, 압축판과 연동된 힘 측정 로드셀 및 리니어 스케일은 데이터 케이블에 의해 변화값 데이터를 신속하고 용이하게 수집할 수 있도록 형성되고, 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 충격댐퍼가 구비되어 안전성이 크게 확보되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기에 관한 것이다.

특허출원 제10-2009-0115134호에 개시된 바와 같이 일반적으로 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 2차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 각형이나 파우치형 2차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도와 단위 시간 당 방전 용량이 높은 리튬 계열의 2차 전지에 대한 수요가 높다.

이러한 2차 전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 2차 전지의 안전성을 향상시키는데 있다.

이에, 리튬 2차 전지는 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열로 인해 전해질 분해 반응과 열폭주 현상이 발생할 경우 전지 내부의 압력이 급격히 상승하여 전지의 폭발이 유발될 수 있다.

특히, 리튬 2차 전지의 내부 단락은 네일 같이 날카로운 물체가 2차 전지의 외부케이스를 뚫고서 내부의 전극판을 관통하는 직접적인 충격에 의해서 일어날 수 있다.

이때, 단락된 양극판과 음극판에서는 각 전극판에 저장되어 있던 높은 전기 에너지가 순식간에 도전되므로 과충전이나 과방전과 같은 다른 안전 사고와 달리 폭발의 위험이 높다.

이러한 폭발성은 단순히 2차 전지가 파손되는 것 이외에 사용자에게 치명적인 피해를 가할 수 있으므로 2차 전지 설계자는 단락에 의한 폭발 현상으로부터 안전성을 확보할 수 있도록 다양한 측면에서 2차 전지 설계 기술을 개발할 필요가 있다.

한편, 새로운 설계 기술이 적용되어 양산된 2차 전지는 내부 단락으로 인한 폭발 방지 설계가 얼마나 잘 이루어졌는지 평가하는 안전성 평가 시험을 거치게 된다.

이에, 2차 전지의 안전성 항목 중 내부 단락시의 발열 거동을 평가하는 전지 평가 시험은, 리튬 전지를 위한 UL규격(UL 1642), 일본 전지 공업회 지침(SBA G1101-1997 리튬 2차 전지 안전성 평가 기준 가이드 라인)등과 같은 규격서에 정의되어 있다.

이와 같이, 종래의 전지 평가 시험들은 2차 전지 표면으로 무거운 물체를 낙하 충돌시키거나, 중량체를 이용하여 압축시키거나, 날카로운 네일로 관통시켜 내부 단락을 유발한 후 안전성이 보증될 수 있는지를 확인하는 시험들이다.

그러나, 현재 당업계에서 실시하고 있는 2차 전지 시험장치들은 일정한 표준없이 임의 제작된 것으로, 특별한 선행기술도 전무할 뿐더러 시험 성적과 관련한 정밀성과 작업 효율성이 현저하게 낙후되어 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 기술적 요지는 상온에서 최대 150℃의 온도조절이 가능한 챔버에 전지(Cell)를 지그판에 올려놓고 압축판으로 하여금 가압하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출한 뒤 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 2차 전지(Cell)용 압축시험기에 관한 것으로, 이러한 압축시험기는 교환 교체가 용이한 지그판을 사용할 수 있도록 함으로서, 다양한 시험 조건을 수행할 수 있도록 하되, 측정용 셀에 대하여 정확한 힘과 거리를 고속으로 제어할 수 있도록 함으로서 정밀 시험이 가능하도록 형성되며, 압축판과 연동된 힘 측정 로드셀 및 리니어 스케일은 데이터 케이블에 의해 변화값 데이터를 신속하고 용이하게 수집할 수 있도록 형성되고, 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 충격댐퍼가 구비되어 안전성이 크게 확보되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일측에 서보모터(110)가 형성되어 구동축(120)으로 하여금 종동축(130)과 축 결합된 볼스크류(140)에 동력원을 제공하도록 형성되는 구동부(100)와; 상기 구동부의 볼스크류(140)가 회전하면 상하향 업다운되면서 측정용 셀(10)을 압축 시험할 수 있도록 하되, 일측에는 가이드축(210)을 갖는 가압플레이트(220)가 형성되고, 상기 가압플레이트(220)와 대향되는 하부에는 가이드축(210)을 잇는 압축판(230)이 형성되도록 하는 압축부(200)와; 상기 측정용 셀(10)이 안착되도록 하되, 상부 면상에는 평판, 각형, 호형, 구형 중 어느 하나의 형상을 갖는 돌기들이 형성되도록 하는 지그판(300)이; 구성되어 이루어진다.

이때, 상기 압축부(200)는 볼스크류(140)를 따라 업다운되는 가압플레이트(220)의 일측 및 타측에 힘 측정 로드셀(270)과 리니어 스케일(280)이 형성되어 시험시 설정한 힘에 대한 거리편차를 고속을 피드백하여 서보모터를 제어하도록 구성된다.

또한, 상기 압축부(200)는 볼스크류(140)를 따라 업다운되는 가압플레이트(220)의 측면에 복귀 감지 리미트스위치(260)가 형성되는 것이 바람직하다.

이에, 상기 지그판(300)과 압축부의 가이드축(210) 하부, 압축판(230)은 프레임(20)의 밀폐된 챔버(30)에 내입되도록 형성되되, 상기 챔버(30) 일측에는 충격댐퍼(400)가 형성되어 시험 중 측정용 셀(10)이 폭발하면 발생된 연소가스가 상기 충격댐퍼(400)를 통해 순간적으로 배출되도록 구성된다.

아울러, 상기 측정용 셀(10)은 데이터케이블(510)로 하여금 제어부(500)와 연결되어 관통시 발생된 측정용 셀의 온도, 전류값을 전송하도록 형성된다.

이와 같이, 본 발명은 상온에서 최대 150℃의 온도조절이 가능한 챔버에 전지(Cell)를 지그판에 올려놓고 압축판으로 하여금 가압하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출한 뒤 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 2차 전지(Cell)용 압축시험기에 관한 것으로, 이러한 압축시험기는 교환 교체가 용이한 지그판을 사용할 수 있도록 함으로서, 다양한 시험 조건을 수행할 수 있도록 하되, 측정용 셀에 대하여 정확한 힘과 거리를 고속으로 제어할 수 있도록 함으로서 정밀 시험이 가능하도록 형성되며, 압축판과 연동된 힘 측정 로드셀 및 리니어 스케일은 데이터 케이블에 의해 변화값 데이터를 신속하고 용이하게 수집할 수 있도록 형성되고, 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 충격댐퍼가 구비되어 안전성이 크게 확보되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압축시험기의 일측면도,
도 2는 도 1의 타측면도,
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 구동부와 압축부의 확대예시도,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 고정부의 확대예시도,
도 8은 본 발명에 따른 충격댐퍼의 확대예시도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.

먼저, 본 발명은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 구동부(100)와 압축부(200) 및 지그판(300)으로 크게 구성된다.

이에, 상기 구동부(100)는 일측에 서보모터(110)가 형성되어 구동축(120)으로 하여금 종동축(130)과 축 결합된 볼스크류(140)에 동력원을 제공하도록 형성된다.

이때, 상기 구동부의 구동축과 종동축은 타이밍 풀리와 타이밍벨트에 의해 연동되도록 하는 것이 바람직하고, 필요에 따라서는 구동축과 연동축을 분절하여 커플러에 의해 별도의 샤프트가 축결합하는 것도 가능하다. 이는 조립성과 제작성 및 취급성이 용이하도록 하기 위함이다.

또한, 상기 압축부(200)는 상기 구동부의 볼스크류(140)가 회전하면 상하향 업다운되면서 측정용 셀(10)을 압축 시험할 수 있도록 하되, 일측에는 가이드축(210)을 갖는 가압플레이트(220)가 형성되고, 상기 가압플레이트(220)와 대향되는 하부에는 가이드축(210)을 잇는 압축판(230)이 형성되도록 구성된다.

다시 말해, 상기 리미트 스위치는 가이드축 및 볼스크류를 감싸는 터널식 브라켓 일측에 형성된 것으로, 일정한 구간을 정하여 어느 일측 위치되면 가압플레이트에 구비된 접촉판이 상기한 구간에서 승하강되면서 복귀 여부를 확인하도록 형성된다.

물론 상기 리미트 스위치의 구간 설정과 위치 범위는 제작자와 수요자의 임의 설정 및 요청에 따라 가변될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이에, 상기 지그판(300)은 상기 측정용 셀(10)이 안착되도록 하되, 상부 면상에는 평판, 각형, 호형, 구형 중 어느 하나의 형상을 갖는 돌기(310)들이 형성되도록 구성되어 이루어진다.

즉, 상기 지그판은 돌기(310)의 형상을 달리하면서 판 자체를 교환, 교체할 수 있도록 한 것으로, 시험의 다양성을 제공할 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 상기 챔버(30)는 상온에서 최대 150℃의 온도조절이 가능하도록 형성도어 시험 조건을 다양하게 실시할 수 있도록 형성된다.

이때, 상기 충격댐퍼(400)는 챔버(30)와 연통된 통공홈(420)이 형성된 위치에 원통(410)이 대응되어 위치되도록 하되, 원통(410)의 개구된 상부 일측에는 힌지(440)가 구비되어 덮개판(430)의 힌지축과 결합되도록 형성된다.

이에, 상기 덮개판(430)은 저면에 원통(410) 내부 측과 연결된 스프링(450)이 형성되어 챔버 내에서 셀의 폭발이 발생되면 순간적으로 통공홈(420)을 통해 연소가스가 덮개판(430)을 열면서 배기되도록 형성된다.

이때, 스프링(450)은 장력에 의해 배기 가스의 분출을 최소화하도록 형성되어 챔버의 파괴를 방지하면서 안전 배기를 유도함으로써 폭발 충격을 완화시킬 수 있도록 형성된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10 ... 셀 20 ... 프레임
30 ... 챔버
100 ... 구동부 110 ... 서보모터
120 ... 구동축 130 ... 종동축
140 ... 볼스크류
200 ... 압축부 210 ... 가이드축
220 ... 가압플레이트 230 ... 이동플레이트
270 ... 힘 측정 로드셀 280 ... 리니어 스케일
300 ... 지그판 310 ... 돌기
400 ... 충격댐퍼
500 ... 제어부 510 ... 데이터케이블

Claims

일측에 서보모터(110)가 형성되어 구동축(120)으로 하여금 종동축(130)과 축 결합된 볼스크류(140)에 동력원을 제공하도록 형성되는 구동부(100)와;
상기 구동부의 볼스크류(140)가 회전하면 상하향 업다운되면서 측정용 셀(10)을 압축 시험할 수 있도록 하되, 일측에는 가이드축(210)을 갖는 가압플레이트(220)가 형성되고, 상기 가압플레이트(220)와 대향되는 하부에는 가이드축(210)을 잇는 압축판(230)이 형성되도록 하는 압축부(200)와;
상기 측정용 셀(10)이 안착되도록 하되, 상부 면상에는 평판, 각형, 호형, 구형 중 어느 하나의 형상을 갖는 돌기(310)들이 형성되도록 하는 지그판(300)이;
구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기.
제 1항에 있어서, 상기 압축부(200)는 볼스크류(140)를 따라 업다운되는 가압플레이트(220)의 일측 및 타측에 힘 측정 로드셀(270)과 리니어 스케일(280)이 형성되어 시험시 설정한 힘에 대한 거리편차를 고속을 피드백하여 서보모터를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기.
제 2항에 있어서, 상기 압축부(200)는 볼스크류(140)를 따라 업다운되는 가압플레이트(220)의 측면에 복귀 감지 리미트스위치(260)가 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기.
제 3항에 있어서, 상기 지그판(300)과 압축부의 가이드축(210) 하부, 압축판(230)은 프레임(20)의 밀폐된 챔버(30)에 내입되도록 형성되되, 상기 챔버(30) 일측에는 충격댐퍼(400)가 형성되어 시험 중 측정용 셀(10)이 폭발하면 발생된 연소가스가 상기 충격댐퍼(400)를 통해 순간적으로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기.
제 4항에 있어서, 상기 측정용 셀(10)은 데이터케이블(510)로 하여금 제어부(500)와 연결되어 관통시 발생된 측정용 셀의 온도, 전류값을 전송하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 압축시험기.