KR101783923B1 - 이차전지 셀의 두께 측정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이차전지 셀의 두께를 측정하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 이차전지 셀의 두께 측정장치는, 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀이 놓여지는 탑재대; 상기 이차전지 셀을 사이에 두고 상기 탑재대와 대향하며, 상기 탑재대와의 거리가 가변 가능하게 설치된 가압판; 상기 가압판을 상기 탑재대를 향해 밀거나 당김으로써 상기 탑재대에 놓인 이차전지 셀을 두께방향으로 가압하는 가압수단; 시간 간격을 두고 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력과 상기 이차전지 셀의 두께를 측정하는 측정수단; 및 오퍼레이터가 입력한 측정 조건에 따라 상기 이차전지 셀의 충전, 방전 또는 온도를 제어하고, 시간 간격을 두고 상기 측정수단으로부터 가압력 측정 값 및 두께 측정 값을 입력 받아 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기와 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하여 시간 정보와 함께 메모리에 저장하고, 상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력을 일정하게 유지하거나 변화시키도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

이차전지 셀의 두께 측정장치 및 방법{Apparatus and Method of Measuring Thickness of Secondary Battery Cell}
본 발명은 반복적인 충방전이 가능한 이차전지 셀의 두께를 측정하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 2014년 11월 26일에 한국 특허청에 출원된 한국특허출원 제10-2014-0166734호에 기초한 우선권을 주장하며, 당해 출원의 명세서 및 도면에 기재된 내용은 모두 원용되어 본 출원의 일부로서 합체된다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 반복적인 충방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 휴대용 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력원으로 사용되고 있다.
이차전지는 케이스 안에 양극, 음극, 분리막, 전해질, 각종 첨가제 등의 전지 구성요소들을 넣고 밀봉한 셀의 형태로 제조되고 사용된다. 그런데, 이차전지는 반복적인 충방전시 화학 반응에 의한 셀 내부의 전극 활물질, 전해질, 첨가제 등의 각종 재료의 부피 변화, 가스의 발생 등에 의해 전지 셀의 두께가 증가하는 경우가 있다. 또한, 충방전시에 발생하는 열, 과충전, 과방전 등과 같은 전지의 오남용에 의해 발생하는 열, 나아가 전지가 고온의 환경에 놓임으로써 받게 되는 열에 의해서도 이러한 전지 셀의 두께 변화가 일어날 수 있다.
한편, 전지 셀은 케이스의 형태에 따라, 캔형 전지와 파우치형 전지로 나뉜다. 캔형 전지는 금속으로 이루어진 각형 또는 원통형 케이스 안에 상술한 구성요소들이 내장되고, 파우치형 전지는 알루미늄을 주재료로 하고 합성수지 피복층이 라미네이트된 시트로 이루어진 파우치 안에 상술한 구성요소들이 내장된다. 캔형 전지는 파우치형 전지에 비해 물리적인 강도가 높지만, 상대적으로 가볍고 제작이 용이한 파우치형 전지가 근래에는 널리 사용되고 있다. 하지만, 파우치형 전지는 물리적 강도가 떨어지기 때문에, 상술한 전지 셀의 두께 변화에 특히 취약하다는 단점이 있다.
전지 셀의 두께가 증가하게 되면, 다시 말해 전지 셀의 내부 압력이 증가하게 되면, 케이스의 약한 부위에서 전지 셀이 파열되고, 나아가 전지 셀의 발화나 폭발과 같은 사고로 이어질 수도 있다. 따라서, 파우치형 전지 셀의 경우 소정 횟수의 충방전 사이클을 진행한 후, 또는 고온에 소정 시간 방치한 후 전지 셀의 두께를 측정함으로써, 전해질이나 첨가제 등의 각종 재료의 적합성이나 파우치형 전지 셀의 밀봉성을 테스트하고 있다. 나아가, 한국 등록특허 제10-1397926호에 개시된 바와 같이, 플렉서블 파우치형 전지 셀을 진공 챔버 안에 넣고 진공펌프로 진공 상태를 형성하기 전과 후의 전지 셀의 두께를 측정하고 그 두께차를 이용하여 전해질의 누설 예상부위, 즉 파우치형 전지 셀의 밀봉성을 테스트한다.
한편, 파우치형 전지 셀은 플렉서블한 파우치 형태 그대로 사용되지는 않는다. 즉, 파우치형 전지 셀은 딱딱한 외장 케이스 안에 수납되어 휴대형 전자기기의 전력 공급용 전지로서 사용되거나, 전력 저장 시스템이나 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력원과 같이 대용량 전지로서 사용될 경우에는 복수의 파우치형 전지 셀을 단단한 프레임 안에 적층한 모듈형 전지로 만들어 사용하게 된다. 따라서, 파우치형 전지 셀은 실제 사용시나 보관시에 외장 케이스나 프레임에 의해 일정한 압력을 받게 되어 있다. 그런데, 전술한 종래기술에서는 플렉서블한 파우치 형태의 전지 셀의 두께를 단순히 고정된 조건에서만 측정하기 때문에, 전지의 실제 사용시나 보관시의 전지 셀의 두께 변화를 관찰하고 예측할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이차전지 셀의 실제 사용시나 보관시의 두께 변화나 이차전지 셀의 거동을 측정하고 예측할 수 있는 이차전지 셀의 두께 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이차전지 셀의 실제 사용시나 보관시의 두께 변화를 억제했을 때 이차전지 셀 또는 케이스나 카트리지 프레임의 거동을 관찰할 수 있는 이차전지 셀의 두께 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지 셀의 두께 측정장치는, 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀이 놓여지는 탑재대; 상기 이차전지 셀을 사이에 두고 상기 탑재대와 대향하며, 상기 탑재대와의 거리가 가변가능하게 설치된 가압판; 상기 가압판을 상기 탑재대를 향해 밀거나 당김으로써 상기 탑재대에 놓인 이차전지 셀을 두께방향으로 가압하는 가압수단; 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력과 상기 이차전지 셀의 두께를 측정하는 측정수단; 및 오퍼레이터가 입력한 측정 조건에 따라 상기 이차전지 셀의 충전, 방전 또는 온도를 제어하고, 시간 간격을 두고 상기 측정수단으로부터 가압력 측정 값 및 두께 측정 값을 입력 받아 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기와 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하여 시간 정보와 함께 메모리에 저장하고, 상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력을 일정하게 유지하거나 변화시키도록 구성된 제어부를 포함한다.
바람직하게, 상기 가압수단은, 상기 가압판의 양쪽 표면 중에서 상기 이차전지 셀과 접촉하는 표면의 반대쪽 표면에 설치되어 상기 가압판을 탄성 바이어스하는 탄성부재; 상기 탄성부재와 결합되어 상기 탄성부재를 상기 이차전지 셀의 두께방향을 따라 밀거나 당기는 구동블록; 및 상기 구동블록을 상기 이차전지 셀의 두께 방향을 따라 상승 또는 하강시키는 구동 유닛을 구비할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 측정수단은 시간 간격을 두고 상기 구동블록과 상기 가압판 사이의 거리를 측정하고 상기 거리 측정 값을 가압력 측정 값으로서 출력하고, 상기 제어부는 상기 측정수단으로부터 상기 거리 측정 값을 입력 받아 상기 탄성부재의 길이를 결정하고, 상기 결정된 탄성부재의 길이에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기를 결정하고, 상기 결정된 가압력의 크기를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 탄성부재의 길이, 상기 구동블록의 이동 거리, 그리고 상기 탑재대와 상기 가압판 사이의 초기 거리를 이용하여 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하고, 결정된 두께를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 가압력의 변화 데이터 또는 이차전지 셀의 두께의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 측정수단은, 상기 탑재대의 표면과, 상기 탑재대의 표면과 대향하는 상기 가압판의 표면 사이에 배치되어, 상기 이차전지 셀의 두께 측정 값을 출력하는 압전 센서를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 측정수단은 광신호, 초음파 또는 적외선을 구동블록 또는 가압판으로부터 조사하여 구동블록과 가압판 사이를 왕복하는데 걸리는 시간을 측정하여 구동블록과 가압판 사이의 거리를 나타내는 거리 측정 값을 출력하는 거리 측정 센서를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치는, 상기 이차전지 셀을 충전 또는 방전시키는 충방전부를 더 포함하고, 상기 제어부는 오퍼레이터로부터 충방전 조건을 입력 받아 메모리에 저장하고, 상기 충방전 조건에 따라 상기 충방전부를 제어하여 상기 이차전지 셀을 충전 및 방전시키도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 상기 가압판 및 상기 탑재대 중 적어도 하나에 설치된 히터를 더 포함하고, 상기 제어부는 오퍼레이터로부터 가열 온도 설정 값을 입력 받아 메모리에 저장하고, 상기 가열 온도 설정 값에 따라 상기 히터의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 상기 가압판 및 상기 탑재대 중 적어도 하나를 냉각하는 냉각 수단을 더 포함하고, 상기 제어부는 오퍼레이터로부터 냉각 온도 설정 값을 입력 받아 메모리에 저장하고, 상기 냉각 온도 설정 값에 따라 상기 냉각 수단을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 셀의 두께 측정 방법은, 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀이 놓이는 탑재대; 상기 이차전지 셀을 사이에 두고 상기 탑재대와의 거리가 가변 가능하게 설치되고 탄성부재에 의해 탄성 바이어스된 가압판; 상기 탄성부재를 통해 상기 가압판을 상기 탑재대를 향해 밀거나 당김으로써 상기 탑재대에 놓인 이차전지 셀을 두께방향으로 가압하는 구동블록; 상기 가압판에 인가되는 가압력과 상기 이차전지 셀의 두께를 측정하는 측정수단을 이용하여 이차전지 셀의 두께를 측정하는 방법으로서, 오퍼레이터가 입력한 측정 조건에 따라 상기 이차전지 셀을 충전 또는 방전시키거나 이차전지 셀의 온도를 조절하는 단계; 시간 간격을 두고 상기 측정수단으로부터 가압력 측정 값과 두께 측정 값을 입력 받아 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기와 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하고, 상기 가압력의 크기와 상기 두께를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하는 단계; 및 상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력을 일정하게 유지하거나 변화시키는 단계;를 포함한다.
종래기술에서는 고정된 조건(고정된 가압력)에서 단순히 셀의 두께를 일회적으로 측정함에 반해, 본 발명에서는 원하는 가압력이나 분위기 온도를 다양하고 용이하게 설정하여 셀의 두께를 측정할 수 있다. 따라서, 이차전지 셀이 실제 사용시나 보관시에 가까운 조건에서 이차전지 셀의 두께 변화와 거동을 관찰할 수 있고, 나아가 이차전지 셀의 두께 변화를 억제하고 실제 사용시나 보관시의 이차전지 셀의 거동을 관찰할 수 있으며, 그에 필요한 카트리지 프레임이나 외장 케이스, 파우치에 필요한 물리적 강도 데이터를 얻을 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 실시예에 따른 이차전지 셀 두께 측정장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 셀 두께 측정장치를 이용하여 셀 두께를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 셀 두께 측정장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 셀 두께 측정장치는, 크게 탑재대(20), 가압판(30), 가압수단(40,42,44,46), 측정수단(51,53) 및 제어부(60)를 구비한다.
탑재대(20)는 두께를 측정하고자 하는 대상물인 이차전지 셀(10)이 놓여지는 곳으로서, 셀 두께 측정장치의 프레임(도시 생략)에 고정되거나 프레임의 일부를 이루는 요소이다. 탑재대(20)는 이차전지 셀(10)이 팽창하거나 가압수단에 의해 가압되었을 때 쉽게 함몰되거나 변형되지 않도록 금속이나 딱딱한 플라스틱 등의 강성을 가지는 재료로 이루어진다.
또한, 탑재대(20)는 전형적으로 편평한 판상으로 이루어지지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다. 즉, 예컨대, 복수의 이차전지 셀(10)들을 그 사이사이에 카트리지 프레임을 개재하여 적층함으로써 모듈형 전지를 구성하는 경우나, 하나의 이차전지 셀(10)을 딱딱한 외장 케이스 안에 넣어 휴대형 전자기기의 전력 공급용 전지를 구성하는 경우, 탑재대(20)의 이차전지 셀(10)이 놓이는 표면의 형상은 상기 카트리지 프레임이나 외장 케이스의 이차전지 셀(10)에 면하는 표면의 형상과 동일하게 할 수도 있다.
본 실시예에 따른 셀 두께 측정장치는, 이차전지 셀(10)이 사용되거나 보관되는 환경을 모사하기 위해 탑재대(20)와 가압판(30)의 내부에 설치된 쉬트형 히터(70)를 더 포함할 수 있다. 물론, 쉬트형 히터(70)는 탑재대(20)와 가압판(30) 중 어느 한 쪽에만 설치되어도 무방하다. 상기 히터(70)는 제어부(60)의 제어 명령에 따라 이차전지 셀(10)의 온도를 오퍼레이터가 설정한 온도로 조정(adjust)한다. 히터(70)는 탑재대(20)와 가압판(30)의 표면과 근접되게 설치되며, 적어도 이차전지 셀(10)의 크기에 대응되는 면적을 가진다.
본 실시예에 따른 셀 두께 측정장치는, 이차전지 셀(10)의 온도를 오퍼레이터가 설정한 온도로 냉각시키는 냉각수단(80)을 더 포함할 수 있다. 냉각수단(80)은 탑재대(20)와 가압판(30) 중 적어도 일 측에 설치된다. 냉각 수단(30)은 탑재대(20)와 가압판(30)에 매립된 냉매 유동 튜브(81)와, 냉매 유동 튜브(81)에 냉매를 공급하는 순환 파이프(82)와, 상기 순환 파이프(82)와 연통되고 제어부(60)의 제어 신호에 따라 냉매의 온도를 오퍼레이터가 설정한 온도로 낮추는 온도 조절부(83)와, 제어부(60)의 제어 신호에 따라 순환 파이프(82)와 냉매 유동 튜브(81)를 통해 냉매를 순환시키는 펌프(84)를 포함한다.
본 실시예에 따른 셀 두께 측정장치는, 충방전부(90)를 더 포함할 수 있다. 충방전부(90)는 제어부(60)의 제어 명령에 따라 오퍼레이터가 설정한 충방전 조건에 따라 이차전지 셀(10)을 충전 및 방전시킨다. 일 예로, 충방전부(90)는 이차전지 셀(10)을 만충전 전압까지 충전시켰다가 다시 만방전 전압까지 방전시키는 과정을 오퍼레이터가 설정한 사이클 회수만큼 반복할 수 있다. 다른 예로, 충방전부(90)는 오퍼레이터가 설정한 충방전 프로파일에 따라 이차전지 셀(10)을 충전 및 방전시킬 수 있다. 충방전 프로파일은 시간에 따라 충전 전류의 크기와 방전 전류의 크기를 정의한 데이터이다. 충방전부(90)는 이차전지 셀(10)의 두께가 충방전 사이클이나 충방전 프로파일에 따라 어떠한 경시적 변화를 보이는지 관찰하기 위해 사용될 수 있다.
충방전부(90)는 적어도 이차전지 셀(10)의 전압을 측정하는 전압측정회로를 포함할 수 있다. 충방전부(90)는 전압측정회로에 의해 측정된 전압 측정 값을 제어부(60)로 제공할 수 있다. 제어부(60)는 전압 측정 값이 오퍼레이터가 설정한 동작 하한 전압에 도달되면 충방전부(90)를 충전모드로 동작시키는 제어 명령을 충방전부(90)로 제공할 수 있다. 반면, 제어부(60)는 전압 측정 값이 오퍼레이터가 설정한 동작 상한 전압에 도달되면 충방전부(90)를 방전모드로 동작시키는 제어 명령을 충방전부(90)로 제공할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 이차전지 셀(10)의 충방전 사이클을 계수하고, 계수된 사이클 값이 오퍼레이터가 설정한 값에 도달되면 충방전부(90)의 동작을 멈출 수 있다.
본 실시예에서 두께 측정의 대상이 되는 이차전지 셀(10)은, 어느 정도 플렉서블하면서 팽창 수축이 가능한 파우치형 이차전지 셀인 것이 특히 유용하지만, 캔형 이차전지 셀이어도 본 발명은 적용가능하다.
파우치형 이차전지 셀(10)은 알루미늄을 주재료로 하고 합성수지 피복층이 라미네이트된 시트로 이루어진 파우치 안에 양극, 음극, 분리막, 전해질, 각종 첨가제 등의 전지 구성요소들이 수납 밀봉되고, 측면으로는 전극 단자(11,12)가 돌출된, 두께가 있는 시트 형태를 가지고 있다. 한편, 도면에서 전극 단자(11,12)는 파우치형 이차전지 셀(10)의 양측면으로 각각 돌출된 것으로 도시되었지만 전극 단자의 돌출 위치와 방향은 변경가능하다. 전극 단자(11, 12)는 충방전부(90)와 전기적으로 결합될 수 있다.
가압판(30)은 이차전지 셀(10)을 사이에 두고 탑재대(20)와 대향하여 설치되며, 탑재대(20)와의 거리가 가변가능하게(즉, 도면에서 상하방향으로 이동 가능하게) 프레임(도시 생략)에 설치된다.
또한, 가압판(30)은 탑재대(20)와 마찬가지로, 금속이나 딱딱한 플라스틱 등의 강성을 가지는 재료로 이루어지고, 전형적으로 편평한 판상으로 이루어지지만, 가압판(30)에서 이차전지 셀(10)에 면하는 표면의 형상은 상기 카트리지 프레임이나 외장 케이스의 이차전지 셀(10)에 면하는 표면의 형상과 동일하게 할 수도 있다.
가압수단은 가압판(30)을 탑재대(20)를 향해 밀거나 당김으로써 탑재대(20)에 놓인 이차전지 셀(10)을 두께방향으로 가압하는 수단이다. 본 실시예에서 가압수단은, 탄성부재(40), 구동블록(42) 및 스크류(44)와 구동유닛으로서 모터(46)를 포함한다.
탄성부재(40)는 가압판(30)의 상부면, 즉 이차전지 셀(10)과 반대쪽 표면에 설치되어 가압판(30)을 탄성 바이어스한다. 도면에서 탄성부재(40)는 2개의 코일 스프링으로 도시되었지만, 하나의 코일 스프링, 또는 3개 이상의 코일 스프링이 배치되어 이루어질 수 있다. 나아가, 코일 스프링뿐만 아니라 판 스프링이나 고무와 같은 탄성을 가지는 다른 요소로 이루어질 수도 있다.
구동블록(42)은 탄성부재(40)의 상단부, 즉 가압판(30)과 반대쪽 단부에 상하로 승강가능하게 설치되어 탄성부재(40)를 이차전지 셀(10)의 두께방향을 따라 밀거나 당기게 된다. 구동블록(42)은, 탑재대(20)나 가압판(30)과 마찬가지로, 금속이나 딱딱한 플라스틱 등의 강성을 가지는 재료로 이루어지고, 전형적으로 편평한 판상으로 이루어지지만, 구체적인 형상은 변경가능하다. 구동블록(42)의 중앙에는 내주면에 나사산이 형성된 스크류 관통홀이 형성되어 있다.
스크류(44)는 스크류 관통홀의 내주면에 형성된 나사산과 동일한 피치의 나사산이 형성되어 있어 스크류 관통홀에 삽입되어 나사결합됨으로써 구동블록(42)과 결합된다.
스크류(44)의 상단은 프레임에 고정된 모터(46)의 회전축에 고정되어 모터(46)의 회전에 따라 스크류(44)가 회전하게 되고, 스크류(44)의 회전에 따라 구동블록(42)이 상하로 승강하게 된다. 즉, 모터(46)는 구동블록(42)을 이차전지 셀(10)의 두께방향을 따라 이동하도록 구동하는 구동유닛이다. 모터(46) 및 스크류(44)의 회전에 따른 구동블록(42)의 승강운동은 탄성부재(40)를 개재하여 가압판(30)에 전달되어, 가압판(30)은 탑재대(20)에 놓인 이차전지 셀(10)을 소정의 가압력으로 가압하게 된다.
모터(46)로는 구동블록(42)의 승강을 가능하게 하기 위해 정역회전 가능한 것이 사용되며, 정밀하게 조정된 가압력(즉, 구동블록(42)의 승강량)을 제공하기 위해, 스텝 모터나 서보 모터가 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 모터(46)의 회전축에 스크류(44)가 직접 고정되는 것으로 도시되고 설명되었지만, 모터(46)와 스크류(44) 사이에는 회전속도와 방향을 변경하는 기억박스와 같은 동력전달장치가 개재될 수도 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예에서 구동블록(42)의 승강운동을 모터(46) 및 스크류(44)의 회전에 의해 구현하였지만, 래크와 피니언, 웜과 웜기어 등의 회전운동과 직선운동을 변환하는 다른 기구를 이용할 수도 있고, 나아가 리니어 모터와 같은 직선운동을 하는 모터를 사용할 수도 있다. 나아가, 본 실시예에서는 구동블록(42)의 승강을 위해 구동유닛으로서 모터(46)를 사용하였지만, 모터 대신에 구동블록(42)의 승강을 조절하는 노브(knob)나 핸들을 이용하여 사용자가 직접 수동으로 구동블록(42)을 승강 조작할 수도 있다.
측정수단(51, 53)은, 상술한 가압수단에 의해 가압판(30)에 인가되는 가압력과 이차전지 셀(10)의 두께를 측정하기 위한 수단으로서, 구체적으로 다음과 같은 수단을 이용할 수 있다.
먼저, 가압판(30)에 인가되는 가압력, 즉 누르는 힘은 탄성부재(40)인 코일 스프링의 탄성력으로 환산될 수 있다. 즉, 탄성부재(40)가 압축 코일 스프링인 경우, 스프링(40)에 아무런 힘을 가하지 않았을 때의 길이에 대하여, 구동블록(42)을 아래쪽으로 하강시켜 스프링(40)의 길이가 x만큼 줄어들었을 때, 스프링(40)의 탄성계수를 k라 하면 스프링(40)의 탄성력은 F=kx가 되고, 이를 상기 가압력으로서 활용할 수 있다. 따라서, 가압력은 결국 탄성부재(40)의 이차전지 셀(10)의 두께방향에 따른 초기 길이를 알고 있는 상태에서 현재의 길이, 즉 가압판(30)의 상면과 구동블록(42)의 하면 간의 거리를 측정함으로써 정량적으로 측정될 수 있다.
구체적인 가압력 측정수단은, 광신호, 초음파 또는 적외선을 구동블록(42) 또는 가압판(30)으로부터 조사하여 구동블록(42)과 가압판(30) 사이를 왕복하는데 걸리는 시간을 측정하여 구동블록(42)과 가압판(30) 사이의 거리를 나타내는 거리 측정 값을 출력하는 거리 측정 센서(51)일 수 있다. 이 경우, 거리 측정 센서(51)는 시간 간격을 두고 반복적으로 가압력 측정 값으로서 거리 측정 값을 출력할 수 있다.
바람직하게, 상기 거리 측정 센서(51)는, 구동블록(42)의 하면(또는, 가압판(30)의 상면)에 설치되어 가압판(30)의 상면(또는, 구동블록(42)의 하면)을 향해 레이저, 적외선 또는 초음파 등의 거리 측정 신호를 발사하는 발신소자(51a)와, 가압판(30)의 상면(또는 구동블록(42)의 하면)에서 반사되어 돌아오는 거리 측정 신호를 감지하는 수신소자(51b)와, 거리 측정 신호가 구동블록(42)과 가압판(30) 사이를 왕복하는데 걸리는 시간을 계수하고, 계수된 시간과 거리 측정 신호의 주파수 등으로부터 거리 측정 값을 결정하는 센서 드라이버(51c)를 포함할 수 있다.
이차전지 셀(10)의 두께는 탑재대(20)위에 놓인 이차전지 셀(10)과 가압판(30)이 서로 밀착되었을 때 탑재대(20)의 상면과 가압판(30)의 하면 간의 거리와 동일하다. 따라서, 이차전지 셀(10)의 두께를 측정하기 위한 수단으로는, 탑재대(20)의 상면과 가압판(30)의 하면 사이에 배치되는 압전 센서(53)를 사용할 수 있다.
압전 센서(53)는 압력에 따라 크기가 변하는 전압 신호를 생성하는 압전체(53a), 상하로 이동 가능한 로드(53b), 로드(53b)를 탄성 바이어스시켜 로드(53b)의 위치에 따라 압전체(53a)에 인가되는 압력을 가변시키는 탄성체(53c), 및 상기 전압 신호의 크기에 따라 상기 로드(53b)의 이동 거리를 결정하고 이를 토대로 상기 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값을 출력하는 센서 드라이버(53d)를 포함한다.
상기 로드(53b)의 최초 위치는 이차전지 셀(10)의 두께보다 높은 위치에 있다. 가압판(30)이 하강함에 따라 로드(53b)가 가압판(30)의 하부면과 접촉되어 하강하면서 탄성체(53c)를 통해 압전체(53a)에 압력을 인가하면 압전체(53a)는 로드(53b)의 하강거리에 상응하는 크기를 가진 전압 신호를 생성한다. 생성된 전압 신호는 센서 드라이버(53d)에 입력된다. 센서 드라이버(53d)는 수신된 전압 신호의 크기를 결정하고 미리 정의된 두께 계산식을 이용하여 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값을 결정할 수 있다. 두께 계산식은 실험을 통해 전압 신호의 크기와 로드 하강 거리 사이의 상관 관계를 규명하여 정의할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 탑재대(20)의 상면과 가압판(30)의 하면 간의 거리는 거리 측정 센서(51)와 동일한 방식의 거리 측정 수단을 이용하여 측정할 수도 있다.
또 다른 측면에 따르면, 이차전지 셀(10)의 두께는 별도의 측정수단(53)을 사용하지 않고 거리 측정 센서(51)와 제어부(60)를 이용하여 산출할 수도 있다. 즉, 거리 측정 센서(51)는 가압판(30)의 상면과 구동블록(42)의 하면 간의 거리밖에 측정할 수 없지만, 구동블록(42)이 초기 위치로부터 이동한 거리(탄성부재(40)의 구동블록(42)쪽 단부가 이차전지 셀(10)의 두께방향을 따라 이동한 거리)를 알 수 있다면, 가압판(30)의 상면과 구동블록(42)의 하면 간의 초기 거리와, 구동블록(42)의 이동 거리로부터 이차전지 셀(10)의 두께를 산출할 수 있다. 상세히는, 도 2를 참조하여 후술한다.
제어부(60)는 셀 두께 측정장치의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 이차전지 셀(10)의 두께를 측정하는 동안, 측정수단(51,53)으로부터 가압력 측정 값(거리 측정 값)과 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값을 입력받고, 피드백 제어를 통해 모터(46)의 구동을 제어하여 오퍼레이터가 설정한 조건에 따라 가압력이 이차전지 셀(10)에 인가되도록 한다.
특히, 본 발명에 따른 이차전지 셀(10)의 두께 측정에서는, 이차전지 셀(10)의 두께를 측정하는 동안, 오퍼레이터가 설정한 조건에 따라 이차전지 셀(10)에 인가되는 가압력을 일정하게 유지하거나 소정 패턴으로 변화되도록 하여 이차전지 셀의 실제 사용 또는 보관 상태에 최대한 가까운 조건에서 이차전지 셀(10)의 두께를 측정한다.
이를 위해, 제어부(60)는 두께 측정 동안 이차전지 셀(10)에 인가되는 일정한 또는 소정 패턴으로 변화하는 가압력 프로파일을 오퍼레이터로부터 입력 받아 메모리(62)에 저장해 두고, 측정이 진행되는 과정에서 메모리(62)에 저장된 가압력 값을 읽어들여 설정된 가압력 인가 조건에 따라 모터(46)를 구동할 수 있다.
제어부(60)는 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값과 그때의 가압력 측정 값을 사용자에게 표시하는 출력장치로서 디스플레이(100)와, 오퍼레이터의 명령이나 데이터 입력을 위한 마우스, 키보드 등의 입력수단(110)을 더 구비할 수 있다.
제어부(60)는 기간 간격을 두고 측정수단(51, 53)으로부터 입력되는 가압력 측정 값과 두께 측정 값으로부터 이차전지 셀(10)에 인가되는 가압력의 크기와 셀의 두께를 결정하고 시간 정보와 함께 메모리(62)에 저장할 수 있다.
또한, 제어부(60)는 오퍼레이터의 요청이 있을 때 메모리(62)에 저장된 데이터를 이용하여 가압력의 크기에 따른 이차전지 셀(10)의 두께 변화 데이터, 이차전지 셀(10)의 두께에 따른 가압력의 변화 데이터, 시간에 따른 이차전지 셀(10)의 두께 변화 데이터 또는 시간에 따른 가압력의 변화 데이터를 생성하여 디스플레이(100)에 표시할 수 있다. 디스플레이(100)에 표시되는 정보는 그래프일 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
오퍼레이터는 가압력의 인가 조건, 이차전지 셀(10)의 충방전 여부, 충방전 사이클 수, 충방전 프로파일, 이차전지 셀(10)의 가열 온도 설정 값, 냉각 온도 설정 값 등을 설정할 수 있다. 가압력 인가 조건은 고정된 값으로 설정될 수도 있고 시간에 따라 변화되도록 설정될 수 있다. 유사하게, 가열 온도 설정 값 또는 냉각 온도 설정 값은 고정된 값으로 설정될 수도 있고 시간에 따라 변화되도록 설정될 수 있다. 이를 위해, 제어부(60)는 디스플레이(100)를 통해 각종 설정 값을 입력할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스를 제공할 수 있다.
메모리(62)를 포함한 제어부(60)는 전형적으로 마이크로프로세서나 기억소자 등의 전자회로나 칩으로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 메모리나 제어부를 구비하여야 하는 것은 아니다. 즉, 장치의 프레임 등에 탑재대(20)와 가압판(30) 간의 거리(즉, 이차전지 셀의 두께)와, 가압판(30)과 구동블록(42)간의 거리(즉, 가압력)를 측정할 수 있는 스케일(눈금자)을 장착하고, 이 스케일을 보면서 사용자가 수동으로 모터(46) 또는 노브나 핸들을 조작하여 가압력을 조절하고 이차전지 셀의 두께를 측정할 수도 있다. 이 경우 전술한 측정수단(51,53)도 생략할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 셀 두께 측정장치를 이용하여 셀 두께를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지 셀의 두께 측정방법에 대해 설명한다.
먼저, 전술한 셀 두께 측정장치의 가압판(30)(구동블록(42))을 위쪽으로 상승시키고 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀(10)을 탑재대(20) 위에 놓는다.
이어서, 제어부(60)는 가압판(30)(구동블록(42))을 하강시켜 이차전지 셀(10)에 오퍼레이터가 설정한 가압력이 인가되도록 한다(도 2의 (a) 참조).
이 때, 제어부(60)는 거리 측정 센서(51)로부터 가압력 측정 값으로서 거리 측정 값을 입력 받아 구동블록(42)과 가압판(30) 사이의 거리, 즉 탄성부재(40)의 길이(L1)를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 탄성부재(40)의 길이(L1)가 설정된 가압력에 대응되도록 모터(46)의 구동을 피드백 제어함으로써 가압력을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 셀 두께 측정 장치는, 이차전지의 실제 사용 상태에서의 이차전지 셀(10)의 두께 변화와 거동을 관찰하기 위해 사용될 수 있다.
일 측면에 따르면, 제어부(60)는 충방전부(90)을 제어함으로써 이차전지 셀(10)에 대해 오퍼레이터가 설정한 측정 조건에 따라 이차전지 셀(10)의 충전과 방전을 제어할 수 있다. 측정 조건은 충방전 사이클 수 또는 충방전 프로파일일 수 있다. 이 때, 제어부(60)는 이차전지 셀(10)이 충전 또는 방전되는 동안 지속적 또는 단속적으로 측정수단(51, 53)을 이용하여 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값과 가압판(30)에 인가되는 가압력 측정 값을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 두께 측정 값과 가압력 측정 값을 시간 정보와 함께 메모리(62)에 저장할 수 있다. 메모리(62)에 저장된 데이터는 이차전지 셀(10)의 두께와 가압력의 상관 관계와 측정 조건에 따른 두께와 가압력의 변화 거동을 파악하는데 활용될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 제어부(60)는 이차전지 셀(10)의 충방전과 함께 또는 충방전을 수행하지 않으면서, 히터(70) 또는 냉각수단(80)을 제어하여 이차전지 셀(10) 주위의 온도를 오퍼레이터가 설정한 온도로 조절할 수 있다. 이 때, 제어부(60)는 지속적 또는 단속적으로 측정수단(51, 53)을 이용하여 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값과 가압판(30)에 인가되는 가압력 측정 값을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 두께 측정 값과 가압력 측정 값을 시간 정보와 함께 메모리(62)에 저장할 수 있다. 메모리(62)에 저장된 데이터는 이차전지 셀(10)의 두께와 가압력의 상관 관계와 측정 조건에 따른 두께와 가압력의 변화 거동을 파악하는데 활용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지 셀(10)의 두께는 다음과 같이 측정될 수 있다.
일 측면에서, 이차전지 셀(10)의 두께는 도 1에 도시된 셀 두께 측정장치의 압전 센서 등의 측정수단(53)을 이용하면 간단하게 측정할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 측정수단(53)으로부터 이차전지 셀(10)의 두께 측정 값을 입력 받아 이차전지 셀(10)의 두께를 결정할 수 있다.
다른 예에서, 이차전지 셀(10)의 두께는 측정수단(51)만을 사용하여 결정할 수도 있다.
먼저, 이차전지 셀(10)을 탑재대(20)에 놓지 않고 가압판(30), 즉, 탄성부재(40)에 아무런 힘을 가하지 않은 상태에서의 탑재대(20)와 가압판(30) 간의 거리를 t0라 하고, 가압판(30)과 구동블록(42) 간의 거리를 L0라 하며, 이 두 거리의 합 t0+L0를 구동블록(42)의 초기 위치 H0라 하자. 이때, t0는 이차전지 셀(10)의 초기 두께보다는 작게 되도록 구동블록(42)의 초기 위치를 설정한다. 일 예에서, 초기 조건에 해당하는 t0, L0 및 H0에 대한 값들은 미리 메모리(62)에 저장되어 있을 수 있다.
도 2의 (a)는 탑재대(20)에 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀(10)이 마운트된 초기 상태를 보여준다. 이차전지 셀(10)의 두께가 t0 보다 크므로 가압판(30)이 상부로 이동하면서 탄성부재(40)가 약간 탄성 바이어스된다. 따라서, 가압판(30)이 소정의 가압력을 가지고 이차전지 셀(10)을 누르고 있는 상태가 된다. 이 상태에서는, 조건 L1<L0 및 t1>t0이 성립된다. 구동블록(42)은 승강되지 않고 초기 위치에 그대로 있으므로, H0 = L0+t0 = L1+t1의 관계가 성립한다. 따라서, 도 2의 (a) 상태에서 이차전지 셀(10)의 두께 t1은 t1 = H0-L1 또는 t1 = L0-L1+t0의 관계식으로부터 산출된다. 여기서, H0, L0, t0는 메모리(62)에 저장된 기지의 값이다. 제어부(60)는 측정수단(51)을 이용하여 구동블록(42)과 가압판(30) 사이의 거리 L1을 결정할 수 있고, 거리 L1과 메모리(62)에 저장된 H0, L0, t0를 이용하여 상기 수식으로부터 이차전지 셀(10)의 초기 두께 t1을 결정하고 메모리(62)에 저장할 수 있다.
이러한 t1의 계산 과정은, 이차전지 셀(10)에 대한 충방전이 진행되는 동안 및/또는 이차전지 셀(10)의 온도가 오퍼레이터가 설정한 조건에 따라 조절되는 동안 지속적으로 또는 단속적으로 반복될 수 있다.
이어서, 도 2의 (b)는 이차전지 셀(10)이 팽창하여 두께가 두꺼워진 경우를 보여준다. 이차전지 셀(10)은 충방전 사이클의 수가 충분히 증가하거나 이차전지 셀(10)의 주변 온도가 장시간 동안 고온에서 유지되었을 때 팽창될 수 있다.
도 2의 (b) 상태에서도, 구동블록(42)이 초기 위치 H0를 그대로 유지하고 있다. 따라서 이차전지 셀(10)의 두께 t2는 도 2의 (a) 상태와 마찬가지로 t2 = H0-L2 또는 t2 = L0-L2+t0의 관계식으로부터 산출된다. 따라서 제어부(60)는 측정수단(51)을 이용하여 구동블록(42)과 가압판(30) 사이의 거리 L2를 결정할 수 있고, 거리 L2와 메모리(62)에 저장된 H0, L0, t0를 이용하여 상기 수식으로부터 이차전지 셀(10)의 팽창 두께 t2를 결정하고 메모리(62)에 저장할 수 있다.
이러한 t2의 계산 과정은, 이차전지 셀(10)에 대한 충방전이 진행되는 동안 및/또는 이차전지 셀(10)의 온도가 오퍼레이터가 설정한 조건에 따라 조절되는 동안 지속적으로 또는 단속적으로 반복될 수 있다.
한편, 이차전지 셀은 실제 사용시나 보관시에는, 전술한 바와 같이, 대용량 모듈형 전지에서는 카트리지 프레임에 의해, 휴대형 전자기기에 탑재되는 소형 전지 모듈에서는 외장 케이스에 의해 구속되어 있다. 따라서 이차전지 셀(10)의 두께가 t2와 같이 크게 증가하지 못한다. 도 2의 (c)는 이러한 상태를 본 발명에 따른 장치를 이용하여 모사한 상태를 나타낸 것이다.
제어부(60)는 이차전지 셀(10)의 팽창이 카트리지 프레임이나 외장 케이스에 의해 저지되고 있는 상황을 모사하기 위해 구동블록(42)을 △H 만큼 하강시켜 가압판(30)에 인가되는 가압력의 크기를 증가시킬 수 있다. 이 경우, H0 = L3+t3+△H의 관계가 성립하므로, 이차전지 셀(10)의 두께 t3는 t3 = H0-L3-△H의 관계식으로부터 산출될 수 있다. 여기서, H0는 메모리(62)에 저장된 기지의 값이고, △H는 모터(46)의 회전 각도 또는 회전수로부터 결정할 수 있는 값이다. 제어부(60)는 측정수단(51)을 이용하여 구동블록(42)과 가압판(30) 사이의 거리 L3를 결정하고, 모터(46)의 회전 각도 또는 회전수로부터 △H를 결정하고, 결정된 거리 L3와 △H 그리고 메모리(62)에 저장된 H0를 이용하여 상기 수식으로부터 이차전지 셀(10)의 팽창 구속 두께 t3을 결정하고 메모리(62)에 저장할 수 있다.
이러한 팽창 구속 두께 t3의 계산 과정은, 오퍼레이터가 설정한 측정 조건에 따라 이차전지 셀(10)에 대한 충방전이 진행되는 동안 및/또는 이차전지 셀(10)의 온도가 오퍼레이터가 설정한 조건에 따라 조절되는 동안 지속적으로 또는 단속적으로 반복될 수 있다.
바람직하게, 도 2의 (c) 상태에서는, 제어부(60)가 실시간으로 산출되는 t3값이 t1과 거의 동일하게 유지되도록 모터(46)를 구동하여 가압력을 변화(증가)시키는 제어를 할 수 있다. t3을 t1과 동일하게 조절하면, 이차전지 셀(10)이 카트리지 프레임과 외장 케이스의 강성 때문에 두께 팽창을 하지 못하고 속박된 상태에 있는 상황을 실험적으로 모사할 수 있다.
이러한 동작예에서 제어부(60)는 측정수단(51)을 이용하여 실시간으로 계산되는 L3로부터 가압력의 크기를 결정할 수 있으며, 결정된 가압력의 크기는 시간 정보와 함께 메모리(62)에 누적 저장될 수 있다. 제어부(60)는 오퍼레이터의 요청이 있을 때, 메모리(62)에 저장된 가압력의 변화 데이터 또는 이차전지 셀(10)의 두께 변화 데이터를 디스플레이(100)를 통해 표시할 수 있다. 그러면 오퍼레이터는 모듈형 전지의 카트리지 프레임이나 외장 케이스의 설계에 필요한 강도 데이터를 결정하는데 가압력의 변화 데이터를 활용할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 충방전 사이클의 진행이나 이차전지 셀(10)의 고온 상태를 이차전지 셀(10)이 파열될 때까지 유지하고, 이차전지 셀(10)이 파열될 때까지 메모리(62)에 저장된 가압력의 변화 데이터 또는 이차전지 셀(10)의 두께 변화 데이터를 디스플레이(100)에 표시할 수 있다. 그러면, 오퍼레이터는 표시된 가압력 변화 데이터와 두께 변화 데이터를 이차전지 셀(10)의 설계에 활용할 수 있다.
한편, 도 2의 (b) 및 (c)에서는 가압력이 증가(L1<L2<3)하는 방향으로 변화하는 경우의 셀 두께 측정에 대해 설명했지만, 셀 두께 측정 동안 가압력을 일정하게 유지할 수도 있다. 이 경우, 제어부(60)는 셀 두께의 증가에 수반하여 가압력이 일정하게 유지되도록(L1=L2가 되도록) 구동블록(42)을 상승시킬 수 있다. 그리고 제어부(60)는 가압력이 일정하게 유지되는 동안 측정수단(51, 52)을 이용하여 이차전지 셀(10)의 두께를 지속적 또는 단속적으로 결정하고, 결정된 두께를 시간 정보와 함께 메모리(62)에 저장할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 오퍼레이터의 요청이 있을 때, 메모리(62)에 저장된 이차전지 셀(10)의 두께 변화 데이터 또는 가압력 변화 데이터를 디스플레이(100)를 통해 표시할 수 있다. 그러면, 오퍼레이터는 이차전지 셀(10)에 인가되는 가압력이 일정한 상태에서 이차전지 셀의 사용시 또는 보관시의 셀 두께 변화와 거동을 관찰할 수 있다.
이와 같이, 종래기술에서는 고정된 조건(고정된 가압력)에서 단순히 셀의 두께를 일회적으로 측정함에 반해, 본 발명에서는 원하는 가압력(예를 들어, 이차전지의 초기 상태에서 모듈형 전지의 각 이차전지 셀에 가해지는 가압력, 이차전지가 충방전 사이클을 수행하는 상태에서 이차전지 셀이 팽창함으로써 초기보다는 증가된 가압력, 이차전지를 고온 또는 저온에 장시간 놓아두었을 때 이차전지 셀에 가해지는 가압력 등)을 다양하고 용이하게 설정하여 측정할 수 있다. 따라서, 이차전지 셀이 실제 사용시나 보관시에 가까운 조건에서 이차전지 셀의 두께 변화와 거동을 관찰할 수 있다. 나아가 가압력을 조절하여 이차전지 셀의 두께 변화를 억제함으로써 실제 사용시나 보관시 이차전지 셀의 거동을 관찰할 수 있다. 메모리(62)에 저장된 이차전지 셀(10)의 두께 변화 데이터 또는 가압력 변화 데이터는 카트리지 프레임이나 외장 케이스, 파우치에 필요한 물리적 강도 데이터를 결정하는데 활용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 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 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (17)

  1. 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀이 놓여지는 탑재대;
    상기 이차전지 셀을 사이에 두고 상기 탑재대와 대향하며, 상기 탑재대와의 거리가 가변 가능하게 설치된 가압판;
    상기 가압판을 상기 탑재대를 향해 밀거나 당김으로써 상기 탑재대에 놓인 이차전지 셀을 두께방향으로 가압하는 가압수단;
    시간 간격을 두고 상기 가압판에 인가되는 가압력과 상기 이차전지 셀의 두께를 측정하는 측정수단; 및
    오퍼레이터가 입력한 측정 조건에 따라 상기 이차전지 셀의 충전, 방전 또는 온도를 제어하고, 시간 간격을 두고 상기 측정수단으로부터 가압력 측정 값 및 두께 측정 값을 입력 받아 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기와 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하여 시간 정보와 함께 메모리에 저장하고, 상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력을 일정하게 유지하거나 변화시키도록 구성된 제어부를 포함하고,
    상기 가압수단은,
    상기 가압판의 양쪽 표면 중에서 상기 이차전지 셀과 접촉하는 표면의 반대쪽 표면에 설치되어 상기 가압판을 탄성 바이어스하는 탄성부재;
    상기 탄성부재와 결합되어 상기 탄성부재를 상기 이차전지 셀의 두께방향을 따라 밀거나 당기는 구동블록; 및
    상기 구동블록을 상기 이차전지 셀의 두께방향을 따라 상승 또는 하강시키는 구동유닛;을 구비하며,
    상기 측정수단은 시간 간격을 두고 상기 구동블록과 상기 가압판 사이의 거리를 측정하고 상기 거리 측정 값을 가압력 측정 값으로서 출력하고,
    상기 제어부는 상기 측정수단으로부터 상기 거리 측정 값을 입력 받아 상기 탄성부재의 길이를 결정하고, 상기 결정된 탄성부재의 길이에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력 크기를 결정하고, 상기 결정된 가압력의 크기를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 가압력의 변화 데이터 또는 이차전지 셀의 두께의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 탄성부재의 길이, 상기 구동블록의 이동 거리, 그리고 상기 탑재대와 상기 가압판 사이의 초기 거리를 이용하여 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하고, 결정된 두께를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 메모리에 저장된 이차전지 셀의 두께의 변화 데이터 또는 가압력의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 셀의 두께 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정수단은, 상기 탑재대의 표면과, 상기 탑재대의 표면과 대향하는 상기 가압판의 표면 사이에 배치되어, 상기 이차전지 셀의 두께 측정 값을 출력하는 압전 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정수단은 광신호, 초음파 또는 적외선을 구동블록 또는 가압판으로부터 조사하여 구동블록과 가압판 사이를 왕복하는데 걸리는 시간을 측정하여 구동블록과 가압판 사이의 거리를 나타내는 거리 측정 값을 출력하는 거리 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지 셀을 충전 또는 방전시키는 충방전부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 오퍼레이터로부터 충방전 조건을 입력 받아 메모리에 저장하고, 상기 충방전 조건에 따라 상기 충방전부를 제어하여 상기 이차전지 셀을 충전 및 방전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가압판 및 상기 탑재대 중 적어도 하나에 설치된 히터를 더 포함하고,
    상기 제어부는 오퍼레이터로부터 가열 온도 설정 값을 입력 받아 메모리에 저장하고, 상기 가열 온도 설정 값에 따라 상기 히터의 온도를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가압판 및 상기 탑재대 중 적어도 하나를 냉각하는 냉각 수단을 더 포함하고,
    상기 제어부는 오퍼레이터로부터 냉각 온도 설정 값을 입력 받아 메모리에 저장하고, 상기 냉각 온도 설정 값에 따라 상기 냉각 수단을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 장치.
  12. 두께를 측정하고자 하는 이차전지 셀이 놓여지는 탑재대; 상기 이차전지 셀을 사이에 두고 상기 탑재대와 대향하며, 상기 탑재대와의 거리가 가변 가능하게 설치된 가압판; 상기 가압판을 상기 탑재대를 향해 밀거나 당김으로써 상기 탑재대에 놓인 이차전지 셀을 두께방향으로 가압하는 가압수단; 및 시간 간격을 두고 상기 가압판에 인가되는 가압력과 상기 이차전지 셀의 두께를 측정하는 측정수단을 이용하여 이차전지 셀의 두께를 측정하는 방법에 있어서,
    (a) 오퍼레이터가 입력한 측정 조건에 따라 상기 이차전지 셀을 충전 또는 방전시키거나 이차전지 셀의 온도를 조절하는 단계;
    (b) 시간 간격을 두고 상기 측정수단으로부터 가압력 측정 값과 두께 측정 값을 입력 받아 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기와 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하고, 상기 가압력의 크기와 상기 두께를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하는 단계; 및
    (c) 상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압수단에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력을 일정하게 유지하거나 변화시키는 단계;를 포함하고,
    상기 가압수단은,
    상기 가압판의 양쪽 표면 중에서 상기 이차전지 셀과 접촉하는 표면의 반대쪽 표면에 설치되어 상기 가압판을 탄성 바이어스하는 탄성부재;
    상기 탄성부재와 결합되어 상기 탄성부재를 상기 이차전지 셀의 두께방향을 따라 밀거나 당기는 구동블록; 및
    상기 구동블록을 상기 이차전지 셀의 두께방향을 따라 상승 또는 하강시키는 구동유닛;을 구비하며, 상기 방법은,
    상기 측정수단으로부터 시간 간격을 두고 가압력 측정 값으로서 거리 측정 값을 입력 받는 단계;
    상기 거리 측정 값으로부터 상기 탄성부재의 길이를 결정하는 단계;
    상기 결정된 탄성부재의 길이에 의해 상기 가압판에 인가되는 가압력의 크기를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 가압력을 시간 정보와 함께 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저장된 가압력의 변화 데이터를 디스플레이를 통해 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탄성부재의 길이, 상기 구동블록의 이동 거리, 그리고 상기 탑재대와 상기 가압판 사이의 초기 거리를 이용하여 상기 이차전지 셀의 두께를 결정하고, 결정된 두께를 시간 정보와 함께 메모리에 저장하는 단계; 및
    상기 메모리에 저장된 이차전지 셀의 두께의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    오퍼레이터로부터 충방전 조건을 입력 받는 단계;
    상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 충방전 조건에 따라 이차전지 셀을 충전 및 방전시키는 단계; 및
    상기 가압력의 크기에 따른 상기 이차전지 셀의 두께 변화 데이터 또는 상기 이차전지 셀의 두께에 따른 상기 가압력의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    오퍼레이터로부터 가열 온도 설정 값을 입력 받는 단계;
    상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압판 및 상기 탑재대 중 적어도 하나에 설치된 히터를 이용하여 상기 이차전지 셀의 온도가 상기 가열 온도 설정 값에 대응되도록 상기 이차전지 셀을 가열하는 단계; 및
    상기 가압력의 크기에 따른 상기 이차전지 셀의 두께 변화 데이터 또는 상기 이차전지 셀의 두께에 따른 상기 가압력의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정방법.
  17. 제12항에 있어서,
    오퍼레이터로부터 냉각 온도 설정 값을 입력 받는 단계;
    상기 이차전지 셀의 두께가 측정되는 동안 상기 가압판 및 상기 탑재대 중 적어도 하나에 설치된 냉각 수단을 이용하여 상기 이차전지 셀의 온도가 상기 냉각 온도 설정 값에 대응되도록 상기 이차전지 셀을 냉각하는 단계; 및
    상기 가압력의 크기에 따른 상기 이차전지 셀의 두께 변화 데이터 또는 상기 이차전지 셀의 두께에 따른 상기 가압력의 변화 데이터를 디스플레이에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 두께 측정 방법.
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