KR101726383B1 - 배터리 성능 실험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀이 실제로 사용되는 환경이 반영된 상태에서 배터리 셀의 성능을 모니터링할 수 있는 실험 장치를 개시한다.
본 발명은, 배터리 셀이 안착되는 공간을 제공하는 하우징 유닛; 상기 배터리 셀을 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각하는 가열 냉각 유닛; 및 상기 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각된 배터리 셀의 성능을 모니터링하는 모니터링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 성능 실험 장치{Apparatus for testing battery's performance}
본 발명은 배터리의 성능을 실험하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리가 실제로 사용되는 환경과 유사한 환경을 조성한 상태에서 배터리의 성능을 모니터링할 수 있도록 하는 실험 장치에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.
최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
이러한 이차 전지 배터리의 기본 단위를 배터리 셀이라고 일컫는데, 상기 배터리 셀은 단일의 배터리 셀로 사용되거나, 하나 이상의 배터리 셀이 집합체를 형성한 상태로 사용된다.
한편, 이러한 배터리 셀의 성능을 나타내는 파라미터에는 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), 출력 전압, 출력 전류 등이 있다. 배터리 셀의 성능은, 제조시부터 미세한 차이가 있으며, 배터리 셀이 사용됨에 따라 충방전이 반복됨으로써 변화하게 된다. 특히, 이러한 배터리 셀의 성능은 배터리 셀이 사용되는 주변 환경의 영향을 받는데, 온도와 압력이 배터리 셀의 성능에 영향을 미치는 주요 인자인 것으로 알려져 있다.
그런데, 종래 기술에 따르면, 배터리 셀의 성능을 파악함에 있어서, 단순히 시간의 경과에 따라 배터리 셀의 성능을 파악하거나, 충방전 횟수에 따라 배터리 셀의 성능을 파악하는 등 배터리 셀이 사용되는 환경이 반영되지 않은 상태로 배터리 셀의 성능을 파악해 왔다.
특히, 최근에는 전기 자동차 또는 에너지 저장 장치(Energy Storage System: ESS)와 같은 고출력, 대용량 배터리에 대한 수요와 관심이 높아짐에 따라 배터리 팩 내지 배터리 시스템과 같은 집합체를 구성하는 배터리 셀의 성능 파악이 요구되고 있는 실정이다. 그런데, 이와 같이 집합체의 일부를 구성하는 배터리 셀은 존재하는 위치에 따라 온도 및 압력의 차이가 크며, 이에 따라 배터리 셀의 성능도 달라지게 된다.
그러나, 종래의 기술에 의하면, 배터리 셀이 사용되는 실제 환경을 반영할 수 없어, 실험에 의해 평가된 배터리 셀의 성능과 실제 사용되는 배터리 셀의 성능 사이에는 괴리가 발생할 수 있다. 이로 인해, 신뢰성 있는 배터리 성능 평가가 이루어지지 않는다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 셀이 실제로 사용되는 환경이 반영된 상태에서 배터리 셀의 성능을 모니터링할 수 있는 실험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 성능 실험 장치는, 배터리 셀이 안착되는 공간을 제공하는 하우징 유닛; 상기 배터리 셀을 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각하는 가열 냉각 유닛; 및 상기 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각된 배터리 셀의 성능을 모니터링하는 모니터링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가열 냉각 유닛은, 상기 배터리 셀의 적어도 일부를 가열하는 가열 디바이스 및 상기 배터리 셀의 적어도 일부를 냉각하는 냉각 디바이스를 포함할 수 있다.
상기 가열 디바이스는, 열선을 구비하고, 상기 냉각 디바이스는, 냉각 팬을 구비할 수 있다.
상기 하우징 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면에 배치되는 제1 플레이트 및 상기 배터리 셀의 배면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 가열 디바이스는, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 좌측부에 구비되고, 상기 냉각 디바이스는, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 우측부에 구비될 수 있다.
상기 하우징 유닛에는 2 이상의 결합부가 형성되고, 상기 가열 디바이스 및 상기 냉각 디바이스는, 상기 하우징 유닛에 형성된 2 이상의 결합부에 선택적으로 결합될 수 있다.
상기 하우징 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면에 배치되는 제1 플레이트 및 상기 배터리 셀의 배면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 결합부는, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
상기 2 이상의 결합부는, 각각 동일한 형상의 돌기 또는 홈을 구비하고, 상기 가열 디바이스 및 상기 냉각 디바이스에는 상기 돌기 또는 상기 홈에 대응하는 대응 홈 또는 대응 돌기가 형성될 수 있다.
상기 배터리 성능 실험 장치는, 상기 배터리 셀을 가압하되, 상기 배터리 셀의 영역별로 가압력을 달리하여 상기 배터리 셀을 가압할 수 있는 가압 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 가압 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면 및 상기 배터리 셀의 배면 중 적어도 일면에 배치되어 정면 방향과 배면 방향으로 수평 이동할 수 있도록 구성된 2 이상의 가압 블록을 구비할 수 있다.
상기 하우징 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면에 배치되는 제1 플레이트 및 상기 배터리 셀의 배면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 가압 유닛은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
상기 성능은, 용량 퇴화도, 잔존 용량, 출력 전압, 출력 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모니터링 유닛의 모니터링 결과를 저장하는 저장 유닛을 더 포함하고, 상기 모니터링 유닛은, 미리 정해진 모니터링 시간 동안 미리 정해진 주기에 따라 배터리 셀의 성능을 모니터링할 수 있다.
상기 배터리 성능 실험 장치는, 상기 가열 냉각 유닛 및 상기 모니터링 유닛에 구동 전원을 제공하는 전원 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다양한 온도 및/또는 압력 환경에서 배터리 셀의 성능을 모니터링할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 배터리 셀이 실제로 사용되는 환경과 유사한 환경을 설정함으로써, 실제로 사용되는 환경에 놓인 배터리 셀의 성능을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 셀 단위에서의 실험이 가능하므로, 비교적 작은 크기의 실험 장치를 제작하여 다양한 환경에 대한 배터리 셀의 성능을 모니터링할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과 및 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치의 분해 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치의 결합 사이도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치에 안착된 배터리 셀의 가열 영역과 냉각 영역을 표시한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치로서, 하우징 유닛에 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 4에서 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 하우징 유닛에 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치로서, 하우징 유닛에 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은, 도 6에서 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 하우징 유닛에 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치의 분해 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치의 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)에는 배터리 셀(200)이 안착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)에는 도면에 도시된 바와 같이 파우치형 배터리 셀(200)이 안착되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 하우징 유닛(110), 가열 냉각 유닛(120) 및 모니터링 유닛(미도시)을 포함한다.
상기 하우징 유닛(110)은, 배터리 셀(200)이 안착되는 공간을 제공할 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀(200)은 상기 하우징 유닛(110)의 내부에 안착될 수 있다. 상기 하우징 유닛(110)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(111) 및 제2 플레이트(112)를 포함하며, 상기 제1 플레이트(111) 및 제2 플레이트(112) 사이에 배터리 셀(200)을 안착시킬 수 있다. 상기 제1 플레이트(111)는 배터리 셀(200)의 정면에 배치되고, 상기 제2 플레이트(112)는 배터리 셀(200)의 배면에 배치될 수 있다. 이와 같이 배터리 셀(200)의 정면 및 배면에 각각 배치된 제1 플레이트(111) 및 제2 플레이트(112)는 내부에 공간을 두고 상호 결합될 수 있다. 바꾸어 말해, 상기 제1 플레이트(111) 및 상기 제2 플레이트(112)는 서로 마주보는 상태로 내부에 공간을 두고 상호 결합될 수 있다. 제1 플레이트(111) 및 제2 플레이트(112)가 결합하여 형성한 내부 공간에는 배터리 셀(200)이 안착될 수 있다. 바람직하게는, 제1 플레이트(111)와 제2 플레이트(112) 사이의 이격 거리는 내부에 안착되는 배터리 셀(200)에 충분한 압력을 가할 수 있도록 배터리 셀(200)의 두께보다 좁은 것이 좋다.
그리고, 상기 공간을 두기 위해 상기 제1 플레이트(111) 및/또는 상기 제2 플레이트(112)의 외주면에는 돌출된 형태의 결합부재(113)가 구비될 수 있다. 상기 결합부재(113)는, 볼트 결합, 접착 결합, 삽입 결합 등의 다양한 방식으로 상호 결합되어 제1 플레이트(111)와 제2 플레이트(112)를 결합시킬 수 있다.
상기 가열 냉각 유닛(120)은, 상기 하우징 유닛(110)에 안착된 배터리 셀(200)을 가열 또는 냉각할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 가열 냉각 유닛(120)은, 상기 배터리 셀(200)의 적어도 일부를 가열하거나 냉각할 수 있으며, 배터리 셀(200)을 영역별로 차등적으로 가열 시키거나 냉각시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 가열 냉각 유닛(120)은, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)를 포함할 수 있다. 상기 가열 디바이스(121)는, 배터리 셀(200)의 적어도 일부를 가열시키는 역할을 하며, 상기 냉각 디바이스(122)는, 배터리 셀(200)의 적어도 일부를 냉각시키는 역할을 한다.
일 예로, 상기 가열 디바이스(121)는, 하나 이상의 열선을 구비하여 열을 발생시킴으로써 상기 가열 디바이스(121)에 인접한 배터리 셀(200)의 일부 영역을 가열시킬 수 있다.
또한, 일 예로, 상기 냉각 디바이스(122)는, 하나 이상의 냉각 팬을 구비하여 배터리 셀(200)의 일부 영역을 냉각시킬 수 있다.
상기 가열 디바이스(121)가 구비한 열선이나 상기 냉각 디바이스(122)가 구비한 냉각 팬은 배터리 셀(200)을 냉각시키기 위한 수단의 일 예로서, 본 발명은 이외의 다양한 가열/냉각 수단을 구비할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 가열 수단으로서 열선(121a)을 구비하고 있고, 냉각 수단으로서 3개의 냉각 팬(122a)과 다수의 통풍구(122b)를 구비하고 있다. 여기서, 상기 열선(121a)을 구비한 가열 디바이스(121)는 제1 플레이트(111)의 좌측부 및 제2 플레이트(112)의 좌측부에 구비되어 있다. 또한, 상기 냉각 디바이스(122)는, 제1 플레이트(111) 및 제2 플레이트(112)의 우측부에 구비된다. 상기 실시예에서 냉각 디바이스(122)는, 3개의 냉각 팬(122a)과 다수의 통풍구(122b)로 구성되는데, 3개의 냉각팬(122a)은 제1 플레이트(111)의 우측부에 구비되고, 다수의 통풍구(122b)는 제2 플레이트(112)의 우측부에 구비된다.
이러한 실시예에 따르면, 배터리 셀(200)의 좌측부는 열선(121a)에 의해 가열되고, 배터리 셀(200)의 우측부는 냉각 팬(122b)을 통해 냉각될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치에 안착된 배터리 셀의 가열 영역과 냉각 영역을 표시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 열선(121a)에 의해 가열되는 영역인 배터리 셀(200)의 좌측부는 A로 표시되어 있고, 냉각 팬(122a) 및 통풍구(122b)를 통해 냉각되는 영역인 배터리 셀(200)의 우측부는 B로 표시되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 배터리 성능 실험 장치(100)는 배터리 셀(200)의 영역을 구분하여 가열시키거나 냉각시킬 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 성능 실험 장치(100)는 하나의 실시예로서, 본 발명에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 이외의 다양한 구성 내지 방법에 의해 배터리 셀(200)을 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각시킬 수도 있음은 물론이다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 배터리 셀(200)의 영역별로 가열시키는 온도를 달리하여 배터리 셀(200)을 가열하거나, 배터리 셀(200)의 영역별로 냉각시키는 온도를 달리하여 배터리 셀(200)을 냉각시킬 수도 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 성능 실험 장치(100)는, 가열 냉각 유닛(120)을 제어하기 위한 제어 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛은, 상기 가열 냉각 유닛(120)을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어 유닛은, 가열 냉각 유닛(120)과 연결되어 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)의 작동 여부를 조절하거나, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)의 가열 온도 및 냉각 온도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에는 도시되지 않았지만, 상기 제어 유닛은 가열 디바이스(121)에 구비된 열선(121a)과 전선으로 연결되고, 냉각 디바이스(122)에 구비된 냉각 팬(122a)과 전선으로 연결되어 열선(121a) 및 냉각 팬(122a)의 온/오프를 선택적으로 조절할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은, 열선(121a)으로 공급되는 전력량을 조절함으로써 열선(121a)의 발열 온도를 조절할 수 있고, 냉각 팬(122a)의 회전 속도를 조절함으로써 냉각 온도를 조절할 수 있다.
상기 모니터링 유닛(미도시)은, 상기 하우징 유닛(110)에 안착된 배터리 셀(200)의 성능을 모니터링할 수 있다. 이를 위해, 상기 모니터링 유닛은, 상기 배터리 셀(200)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(200)의 전압, 전류 등을 측정할 수 있다.
이때, 배터리 셀(200)과의 전기적 연결을 견고하게 하기 위해, 배터리 셀(200)의 전극 리드(210)를 고정하는 고정 유닛(130)이 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예를 참조하면, 배터리 성능 실험 장치(100)는, 고정 유닛(130)을 구비하고 있고, 상기 고정 유닛(130)에는 배터리 셀(200)의 전극 리드(210)가 삽입될 수 있는 리드 삽입홈(133)이 형성되어 있으며, 리드 삽입홈(133)의 상부에는 고정 나사(131)가 구비되어 있다. 그리고, 고정 나사의 하단에는 도전부(132)가 구비되어 있다. 상기 도전부(132)는 상기 모니터링 유닛과 상기 배터리 셀(200)을 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 상기 도전부(132)는 고정 나사(131)의 회전 방향에 따라 상하로 이동할 수 있다. 즉, 상기 도전부(132)는, 고정 나사(131)가 일방향으로 회전할 경우 하방향으로 이동하고, 고정 나사(131)가 타방향으로 회전할 경우 상방향으로 이동한다. 따라서, 상기 전극 리드(210)가 상기 리드 삽입홈(133)에 삽입된 다음 고정 유닛(130)에 구비된 고정 나사(131)가 일방향으로 회전하면, 상기 도전부(132)는, 리드 삽입홈(133)에 삽입된 전극 리드(210)를 가압함과 동시에 전극 리드(210)와의 전기적 연결이 이루어지게 된다.
특히, 상기 모니터링 유닛은, 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각된 배터리 셀(200)의 성능을 모니터링할 수 있다. 여기서, 배터리 셀(200)의 성능은, 배터리 셀(200)의 용량 퇴화도(SOH), 잔존 용량(SOC), 출력 전압, 출력 전류 등과 같은 배터리 셀(200)의 전기적 특성을 나타내는 파라미터로 표현될 수 있다.
또한, 상기 모니터링 유닛은, 미리 정해진 주기에 따라 미리 정해진 모니터링 시간 동안 배터리 셀(200)의 성능을 모니터링할 수 있다. 그리고, 상기 모니터링 유닛이 모니터링한 결과를 기록하기 위해, 본 발명에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)에는 저장 유닛이 더 포함될 수 있다. 상기 저장 유닛은, RAM, ROM, EEPROM 등 데이터를 기록할 수 있는 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 저장 매체일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 모니터링 유닛은, 배터리 셀(200)을 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각시켜 배터리 셀(200)이 실제로 사용되는 환경과 유사한 환경을 조성한 상태에서, 배터리 셀(200)의 성능을 모니터링할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 배터리 셀(200)은 좌측부가 상대적으로 많이 가열되고, 우측부가 상대적으로 많이 냉각된 상태를 조성하기 위한 장치이다. 상기 모니터링 유닛은, 이러한 상태에서 사용되는 배터리의 성능을 모니터링할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가열 냉각 유닛(120)은, 다양한 차등적 온도 환경을 용이하게 조성할 수 있도록 구성되는 것이 좋다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 다양한 차등적 온도 환경을 용이하게 조성할 수 있도록 하기 위해, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)가 하우징 유닛(110)에 착탈 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 상기 가열 디바이스(121) 및 상기 냉각 디바이스(122)는, 하우징 유닛(110)의 어느 한 영역에만 결합되는 것이 아니라 다양한 영역에 선택적으로 결합될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치로서, 하우징 유닛에 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는, 도 4에서 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 하우징 유닛에 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 다른 배터리 성능 실험 장치(100)는, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)가 하우징 유닛(110)의 내부에 형성된 2 이상의 결합부(114)에 착탈 가능하도록 구성된다. 또한, 가열 디바이스(121)와 냉각 디바이스(122)가 하우징 유닛(110)의 내부에 형성된 결합부(114)에 착탈 가능하도록 구성되되, 상기 2 이상의 결합부(114)에 선택적으로 결합가능하도록 구성된다.
도 4 및 도 5의 실시예에서, 제2 플레이트(112)는 9개의 결합부(114)를 구비하고 있다. 그리고, 상기 결합부(114)에는 돌기(114b)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 가열 디바이스(121) 및 상기 냉각 디바이스(122)에는 상기 돌기(114b)에 대응하는 대응 홈(121h, 122h)이 형성되어 있다. 상기 돌기(114b)와 대응 홈(121h, 122h)은 서로 대응되는 형상을 가져서, 상기 결합부(114)의 돌기(114b)가 가열 디바이스(121) 또는 냉각 디바이스(122)에 형성된 대응 홈(121h, 122h)에 삽입되어 서로 결합될 수 있다. 따라서, 상기 가열 디바이스(121) 및 상기 냉각 디바이스(122)는 제2 플레이트(112)에 결합될 수 있다. 본 실시예에서, 결합부(114)에는 돌기(114b)가 형성되어 있고, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)에는 상기 돌기(114b)에 대응되는 형상의 대응 홈(121h, 122h)이 형성되어 있는데, 이와 반대로, 결합부에는 홈이 형성되고, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)에는 상기 홈에 대응되는 형상의 대응 돌기가 형성될 수 있음은 물론이며, 이외의 다양한 방법에 의해 상기 가열 디바이스 및 냉각 디바이스(122)가 제2 플레이트(112)의 결합부에 결합될 수 있다.
특히, 도 4 및 도 5의 실시예에서, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)에 각각 형성된 대응 홈(121h, 122h)은 서로 동일한 형상을 가지고, 9개의 결합부(114)에 형성된 9개의 돌기(114b) 또한 서로 동일한 형상을 가진다. 이로 인해, 가열 디바이스(121)는 9개의 결합부(114) 중 어느 하나에 선택적으로 결합할 수 있다. 마찬가지로, 냉각 디바이스(122) 또한 9개의 결합부(114) 중 어느 하나에 선택적으로 결합할 수 있다.
이러한 실시예에서 의하면, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)가 설치되는 위치를 용이하게 설정하거나 변경할 수 있기 때문에 다양한 온도 환경을 조성하는 것이 가능하다.
한편, 도 4 및 도 5의 실시예에서, 제2 플레이트(112)에는 제1 통풍구가 형성되어 있고, 냉각 디바이스(122)에는 상기 제1 통풍구(115)와 대응되는 형상의 제2 통풍구(122c)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1 통풍구(115)와 상기 제2 통풍구(122c)는, 상기 냉각 디바이스(122)의 대응 홈(122h)이 결합부(114)의 돌기(114b)와 결합할 경우, 대응되는 위치에 배치되어 하나의 통로를 형성하도록 구성되어 있다. 즉, 도 4 및 도 5의 실시예에서 하나의 냉각 디바이스(122)가 결합부(114)와 결합하면, 도시된 바와 같이 3개의 통로를 형성하게 된다. 이러한 통로를 통해 외부의 공기가 유입되거나 내부의 공기가 유출됨으로써 내부의 배터리 셀(200)을 냉각할 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 플레이트(112)의 배면에는 냉각 팬이 설치될 수 있다. 이때, 상기 제2 플레이트(112)의 배면에 설치되는 냉각 팬은, 제2 플레이트(112) 전체를 커버할 정도의 크기일 수도 있고, 냉각 디바이스(122)의 크기에 대응되는 정도의 크기로서 냉각 디바이스(122)가 결합되는 부분의 배면에 설치될 수도 있다. 이와 같이, 제2 플레이트(112)의 배면에 냉각 팬이 설치되어, 제1 통풍구(115) 및 제2 통풍구(122c)가 연결된 통로를 통해 냉각 공기가 하우징 유닛(110) 내부로 유입될 수 있다. 즉, 냉각 디바이스(122)가 설치된 부분을 통해서 냉각 공기가 하우징 유닛(110) 내부로 유입되므로, 배터리 셀(200)을 부분적으로 냉각시킬 수 있다.
다른 한편, 상기 도 4 및 도 5의 실시예에서, 상기 가열 디바이스(121) 및 상기 냉각 디바이스(122)는, 사각 형상의 블록으로 구성되어 있다. 이와 같이 사각 형상의 블록으로 구성된 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)는, 제2 플레이트(112)에 정렬된 형태로 결합될 수 있다. 그리고, 부분적으로 냉각 또는 가열이 필요하지 않은 영역에는 상기 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)와 동일한 형상의 잉여 블록(T)이 결합될 수 있다. 그리고, 상기 잉여 블록(T)에는 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)에 형성된 대응 홈(121h, 122h)과 대응되는 형상의 대응 홈(Th)이 형성되어 있다. 이로 인해, 상기 잉여 블록(T)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 디바이스(121)와 냉각 디바이스(122)가 설치되지 않은 제2 플레이트(112)의 나머지 결합부(114)에 결합될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서 도시되지 않았으나, 상기 하우징 유닛(110)은, 제2 플레이트(112)와 마주보는 위치에 제1 플레이트(111)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 플레이트(111)는 제2 플레이트(112)와 마찬가지로 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 플레이트(111)에는, 제2 플레이트(112)에 결합된 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)의 위치와 대응되는 위치에 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 성능 실험 장치(100)는, 가압력을 달리하여 배터리 셀(200)을 가압하는 가압 유닛(140)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 온도 환경 뿐만 아니라 압력 환경을 조성하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로, 가압 유닛(140)은, 배터리 셀(200)의 정면 또는 배터리 셀(200)의 배면에 배치되어 정면 방향과 배면 방향으로 이동할 수 있도록 구성된 2 이상의 가압 블록(141)을 구비할 수 있다. 바람직하게는, 상기 가압 유닛(140)은 배터리 성능 실험 장치(100)의 하우징 유닛(110)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가압 유닛(140)은, 제1 플레이트(111) 및/또는 제2 플레이트(112)에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 2 이상의 가압 블록(141)은, 수평 이동 여부 및 수평 이동 정도를 달리함으로써 배터리 셀(200)을 가압하는 가압력을 달리할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 성능 실험 장치로서, 하우징 유닛에 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은, 도 6에서 가열 디바이스 및 냉각 디바이스가 하우징 유닛에 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7의 실시예는, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예와 대부분 유사하나, 가압 유닛(140)을 더 포함하고 있다는 점에서 차이가 있다. 도 6 및 도 7의 실시예에서 가압 유닛(140)은 9개의 가압 블록(141)을 구비하고 있고, 상기 가압 블록(141)은, 제2 플레이트(112) 상에 형성되어 정면 방향과 배면 방향으로 수평 이동할 수 있도록 구성된다. 또한, 결합부(114) 및 제1 통풍구(115)는 상기 가압 블록(141) 상에 형성된다. 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)는 상기 가압 블록(141) 상에 형성된 결합부(114)에 결합될 수 있다. 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)와 결합부(114)와의 결합은 상술한 바와 같이 돌기와 홈 사이의 결합이 될 수도 있고, 이외의 다양한 결합이 될 수도 있다. 도 6 및 도 7은, 도 4 및 도 5의 실시예와 마찬가지로 결합부(114)에 돌기(114b)가 형성되고 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)에 대응 홈(121h, 122h)이 형성되어, 양자가 결합하는 구성을 도시하고 있다.
다시 도 7을 참조하면, 9개의 결합부(114) 중 2개의 결합부(114)에 1개의 가열 디바이스(121)와 1개의 냉각 디바이스(122)가 결합되어 있고, 나머지 7개의 결합부(114)에 7개의 잉여 블록(T)이 결합되어 있다. 그리고, 가운데 위치하는 잉여 블록(T)이 정면 방향으로 돌출되어 있다. 상기 가운데 위치하는 잉여 블록(T)은, 배면에 배치된 가압 블록(141)이 정면 방향으로 이동함으로 인해 정면 방향으로 돌출될 수 있다. 본 실시예는, 가압 블록(141)이 정면 방향으로 이동하여, 가열 디바이스(121), 냉각 디바이스(122) 또는 잉여 블록(T)을 돌출시킴으로써 배터리 셀(200)을 더 가압할 수 있도록 한다. 도 7에서는 가운데 위치한 가압 블록(141)이 정면 방향으로 이동한 상태를 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 이외의 다양한 가압 구성이 가능하다. 통상의 기술자는, 실제 사용되는 배터리 셀(200)의 배치 상태 등을 고려하여 배터리 셀(200)에 가해지는 압력 환경을 분석함으로써 실제와 유사한 압력 상태가 되도록 가압 블록(141)을 제어할 수 있을 것이다.
한편, 도 4 내지 도 7의 실시예에서, 결합부(114)는 9개가 형성되어 있고, 가열 디바이스(121)와 냉각 디바이스(122)는 각각 1개씩 구비되어 있으며, 잉여 블록(T)은 7개가 구비되어 있는데, 이는 하나의 실시예로서, 결합부(114)의 개수, 가열 디바이스(121) 및 냉각 디바이스(122)의 개수, 잉여 블록(T)의 개수는 이와 달리 구성될 수 있으며, 결합부(114)의 형상, 가열 디바이스(121), 냉각 디바이스(122) 및 잉여 블록(T)의 형상 또한 다르게 구현될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 6 및 도 7의 실시예에서, 가압 블록(141)의 개수, 가압 블록(141)의 수평이동 정도 등도 다르게 구현될 수도 있다.
다른 한편, 도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 7에 도시된 배터리 성능 실험 장치(100)에 적용되는 배터리 셀(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 일방향(전방향)으로 나란히 돌출된 전극 리드(210)를 구비하고 있는데, 이는 하나의 실시예이다. 다시 말해, 본 발명에 따른 배터리 성능 실험 장치에는 전극 리드(210)가 일방향으로 나란히 돌출된 단방향 셀이 적용될 수도 있으며, 이와 달리, 전극 리드(210)가 서로 반대방향으로 돌출된 양방향 셀이 적용될 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 양극 리드는 전방향으로 돌출되고, 음극 리드는 후방향으로 돌출될 수 있으며 이와 반대의 경우도 가능하다.
이와 마찬가지로, 배터리 셀(200)에 구비된 전극 리드(210)의 돌출 방향에 따라 전극 리드(210)를 고정시키는 배터리 성능 실험 장치(100)의 고정 유닛(130)의 위치가 변경될 수 있다. 즉, 도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 고정 유닛(130)은 전방향에 나란히 구비될 수도 있고, 이와 달리 고정 유닛(130)은 반대 방향, 예컨대, 전후 방향으로 구비될 수도 있음은 통상의 기술자에게 자명한 사항이라 할 것이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 성능 실험 장치(100)는 전원 공급 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 전원 공급 유닛은, 상술한 가열 냉각 유닛(120), 가압 유닛(140), 제어 유닛 및 모니터링 유닛의 구동에 필요한 구동 전원을 공급할 수 있다. 상기 전원 공급 유닛은 상기 구동 전원을 공급할 수 있는 공지의 전력원으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전원 공급 유닛은 별도로 구비된 전력공급원일 수도 있고, 본 발명에 따른 성능 실험의 대상의 되는 배터리 셀(200)일수도 있다.
한편, 본 명세서에서는. 정, 배, 상, 하, 좌, 우, 내, 외 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 설명의 객체가 되는 대상, 관측자의 보는 위치 또는 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 배터리 성능 실험 장치
110: 하우징 유닛 111: 제1 플레이트 112: 제2 플레이트
120: 가열 냉각 유닛 121: 가열 디바이스 122: 냉각 디바이스
130: 고정 유닛
140: 가압 유닛
200: 배터리 셀 210: 전극 리드

Claims (13)

  1. 하나의 배터리 셀이 안착되는 공간을 제공하는 하우징 유닛;
    상기 배터리 셀을 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각하는 가열 냉각 유닛; 및
    상기 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각된 배터리 셀의 성능을 모니터링하는 모니터링 유닛을 포함하며,
    상기 하우징 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면에 배치되는 제1 플레이트 및 상기 배터리 셀의 배면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고,
    상기 가열 냉각 유닛은, 상기 배터리 셀의 적어도 일부를 가열하는 가열 디바이스 및 상기 배터리 셀의 적어도 일부를 냉각하는 냉각 디바이스를 포함하며,
    상기 가열 디바이스와 냉각 디바이스는 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트 중 적어도 하나에 상기 배터리 셀의 영역을 구분하여 가열시키거나 냉각시킬 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스는, 열선을 구비하고,
    상기 냉각 디바이스는, 냉각 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스는, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 좌측부에 구비되고, 상기 냉각 디바이스는, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 우측부에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 유닛에는 2 이상의 결합부가 형성되고,
    상기 가열 디바이스 및 상기 냉각 디바이스는, 상기 하우징 유닛에 형성된 2 이상의 결합부에 선택적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 결합부는, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 2 이상의 결합부는, 각각 동일한 형상의 돌기 또는 홈을 구비하고,
    상기 가열 디바이스 및 상기 냉각 디바이스에는 상기 돌기 또는 상기 홈에 대응하는 대응 홈 또는 대응 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  8. 배터리 셀이 안착되는 공간을 제공하는 하우징 유닛;
    상기 배터리 셀을 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각하는 가열 냉각 유닛;
    상기 영역별로 차등적으로 가열 또는 냉각된 배터리 셀의 성능을 모니터링하는 모니터링 유닛; 및
    상기 배터리 셀을 가압하되, 상기 배터리 셀의 영역별로 가압력을 달리하여 상기 배터리 셀을 가압할 수 있는 가압 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가압 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면 및 상기 배터리 셀의 배면 중 적어도 일면에 배치되어 정면 방향과 배면 방향으로 수평 이동할 수 있도록 구성된 2 이상의 가압 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징 유닛은, 상기 배터리 셀의 정면에 배치되는 제1 플레이트 및 상기 배터리 셀의 배면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고,
    상기 가압 유닛은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 성능은, 용량 퇴화도, 잔존 용량, 출력 전압, 출력 전류 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 유닛의 모니터링 결과를 저장하는 저장 유닛을 더 포함하고,
    상기 모니터링 유닛은, 미리 정해진 모니터링 시간 동안 미리 정해진 주기에 따라 배터리 셀의 성능을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 냉각 유닛 및 상기 모니터링 유닛에 구동 전원을 제공하는 전원 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 성능 실험 장치.
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