KR102146075B1 - 엔드 플레이트 테스트 장치 및 방법 - Google Patents

엔드 플레이트 테스트 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

엔드 플레이트의 강도를 테스트하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치는, 배터리 모듈에 장착되는 엔드 플레이트를 테스트하기 위한 것이다. 상기 테스트 장치는, 상기 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 개수를 나타내는 제1 파라미터, 배터리 셀의 스프링 상수를 나타내는 제2 파라미터 및 상기 엔드 플레이트의 스프링 상수를 나타내는 제3 파라미터를 저장하는 메모리부; 및 상기 제1 파라미터를 기초로 상기 배터리 모듈에 연관된 1차원 모델을 생성하고, 상기 제2 파라미터, 상기 제3 파라미터 및 상기 1차원 모델을 기초로 제1 F-D 커브를 산출하며, 상기 제1 F-D 커브를 나타내는 제1 기준 데이터를 상기 메모리부에 저장하는 제어부;를 포함한다. 이때, 상기 제1 F-D 커브는, 상기 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀에 의한 상기 엔드 플레이트의 변형량과 하중 간의 관계에 대응한다.

Description

엔드 플레이트 테스트 장치 및 방법{Apparatus and method for testing end plates}
본 발명은 엔드 플레이트를 테스트하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 모듈의 제작에 이용되는 한 쌍의 엔드 플레이트를 테스트하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
특히, 전기 자동차나 에너지 저장 장치(ESS) 등에 사용되는 배터리 모듈은, 고출력 및 대용량을 위해 다수의 배터리 셀을 포함한다. 또한, 배터리 모듈에 구비되는 한 쌍의 엔드 플레이트는, 다수의 배터리 셀들이 적층된 부분인 적층체를 양 방향에서 지지함으로써, 적층체의 움직임을 제한함과 아울러 외력 등으로부터 적층체를 보호한다.
한편, 배터리 셀은, 그 내부에서 발생한 가스 또는 음극에 충진되는 리튬의 농도 차이에 의해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 스웰링은 필연적으로 배터리 셀의 외형 변형을 유발한다. 즉, 배터리 셀은 그것의 충방전이 반복됨에 따라 증가하는 가스의 양에 의해 두께가 점차적으로 증가한다. 따라서, 적층체를 구성하는 배터리 셀들의 퇴화가 진행될수록, 적층체로부터 한 쌍의 엔드 플레이트로 전달되는 하중이 커질 수 밖에 없다. 게다가, 배터리 셀의 온도, 충전 상태 및 개방 전압(OCV: Open Circuit Voltage)가 높을수록, 스웰링이 심화된다.
이와 관련하여, 엔드 플레이트의 강성이 지나치게 낮은 경우, 전지 적층체의 변형에 의해 엔드 플레이트가 쉽게 파손될 수 있다. 또한, 한 쌍의 엔드 플레이트의 강성이 지나치게 큰 경우, 전지 적층체에 포함된 배터리 셀들의 스웰링이 매우 제약되어, 배터리 셀이 폭발할 위험이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 한 쌍의 엔드 플레이트가 배터리 모듈의 적층체를 양방향에서 지지하는 데에 적합한 강성을 가지는지 테스트하기 위한 장치 및 방법을 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 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 테스트 장치는, 배터리 모듈에 장착되는 엔드 플레이트를 테스트하기 위한 것이다. 상기 테스트 장치는, 상기 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 개수를 나타내는 제1 파라미터, 배터리 셀의 스프링 상수를 나타내는 제2 파라미터 및 상기 엔드 플레이트의 스프링 상수를 나타내는 제3 파라미터를 저장하는 메모리부; 및 상기 제1 파라미터를 기초로 상기 배터리 모듈에 연관된 1차원 모델을 생성하고, 상기 제2 파라미터, 상기 제3 파라미터 및 상기 1차원 모델을 기초로 제1 F-D 커브를 산출하며, 상기 제1 F-D 커브를 나타내는 제1 기준 데이터를 상기 메모리부에 저장하는 제어부;를 포함한다. 이때, 상기 제1 F-D 커브는, 상기 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀에 의한 상기 엔드 플레이트의 변형량과 하중 간의 관계에 대응한다.
또한, 상기 1차원 모델은, 상기 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀이 순차적으로 적층된 전지 적층체의 전면과 후면이 상기 엔드 플레이트에 의해 지지되는 구조를 모사하는 것이다.
또한, 상기 제어부는,
<수학식 1>
Figure 112017036277726-pat00001
상기 수학식 1을 이용하여, 상기 1차원 모델의 등가 스프링 상수를 산출하되,
Keq는 상기 등가 스프링 상수, n은 상기 배터리 셀의 개수, K1은 상기 배터리 셀의 스프링 상수, K2는 상기 엔드 플레이트의 스프링 상수이다.
또한, 상기 제어부는,
<수학식 2>
Figure 112017036277726-pat00002
상기 수학식 2를 이용하여, 상기 제1 F-D 커브를 산출하되, F는 상기 엔드 플레이트에 인가되는 하중, Δxc는 상기 배터리 셀의 변형량, Δxe는 상기 엔드 플레이트의 변형량이다.
또한, 상기 메모리부는, 제2 F-D 커브를 나타내는 제2 기준 데이터를 추가로 저장할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 F-D 커브를 기초로 제3 F-D 커브를 산출할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 F-D 커브는 상기 배터리 셀의 변형량과 반력 간의 관계에 대응하고, 상기 제3 F-D 커브는 상기 전지 적층체의 변형량과 반력 간의 관계에 대응한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 F-D 커브와 상기 제3 F-D 커브의 교점의 좌표를 산출하고, 상기 교점의 좌표를 기초로 상기 제1 파라미터가 나태내는 개수의 배터리 셀의 스웰링에 의한 상기 엔드 플레이트의 변형량과 하중을 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 교점의 좌표가 미리 정해진 기준 범위 내인 경우, 제1 테스트 결과 신호를 출력할 수 있다. 상기 제1 테스트 결과 신호는, 상기 엔드 플레이트가 소정의 설계 기준에 합격함을 통지하기 위한 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 교점의 좌표가 상기 기준 범위 밖인 경우, 제2 테스트 결과 신호를 출력할 수 있다. 상기 제2 테스트 결과 신호는, 상기 엔드 플레이트가 소정의 설계 기준에 불합격함을 통지하기 위한 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 교점의 좌표가 상기 기준 범위 밖인 경우, 상기 제1 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 교점의 좌표가 상기 기준 범위 밖인 경우, 상기 제3 파라미터를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 모듈을 실제로 제작하지 않고도, 엔드 플레이트가 적층체에 포함된 다수의 배터리 셀의 스웰링에 의한 하중을 견딜 수 있는 강성을 가지는지 판정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 모듈을 실제로 제작하지 않고도, 적층체에 포함된 다수의 배터리 셀의 스웰링에 의한 엔드 플레이트의 변형량을 미리 확인할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 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 모듈을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절개한 배터리 셀의 단면을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 B-B'선을 따라 절개한 배터리 모듈의 단면을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 변형을 모사하는 1차원 모델을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 한계 상태에 있는 단일 배터리 셀의 두께 변형량과 반력 간의 관계에 대응하는 제2 F-D 커브를 나타낸 그래프이다.
도 7은 전지 적층체의 두께 변형량과 반력 간의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치가 엔드 플레이트를 테스트하는 동작과 관련된 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔드 플레이트를 테스트하는 방법을 개략적으로 보여주는 순서도이다.
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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(100)은, 전지 적층체(110) 및 케이스(120)를 포함한다. 배터리 모듈(100)은 하이브리드 자동차 등과 같은 차량에 탑재되어, 차량에 구비된 전기 모터의 구동을 위한 전기 에너지를 공급할 수 있다. 물론, 배터리 모듈(100)은 그 밖에 에너지 저장 시스템, 스마트폰 등에 탑재될 수도 있다.
도 1에서, H1 축은 배터리 모듈(100)의 폭 방향과 배터리 셀(111)의 두께 방향, H2 축은 배터리 모듈(100)의 높이 방향, H3 축은 배터리 모듈(100)의 길이 방향에 대응하는 것으로 가정한다.
전지 적층체(110)는 복수의 배터리 셀(111)을 포함한다. 전지 적층체(110) 내에서, 복수의 배터리 셀(111)들은 소정 방향(예, H1 축)을 따라 순차적으로 적층된다. 이를 위해, 전지 적층체(110)는 선택적으로 카트리지를 더 포함할 수 있다.
전지 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀(111)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 배터리 셀(111)은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 재충전이 가능한 것이라면 어느 것이라도 무방하다. 또한, 배터리 셀(111)은 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류될 수 있다. 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들은 직렬 구조, 병렬 구조 또는 직렬과 병렬이 혼합된 구조로 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
카트리지 각각은, 적어도 하나의 배터리 셀(111)과 물리적으로 결합되어, 배터리 셀(111)이 전지 적층체(110) 내에서 안정적으로 고정하는 구조를 제공한다. 또한, 카트리지는 인접한 다른 카트리지와 직접 또는 볼트 등을 통해 체결 가능한 외형 가질 수 있다.
모듈 케이스(120)는 한 쌍의 엔드 플레이트(121-1, 121-2) 및 적어도 하나의 스트렙(125)을 포함한다. 각 엔드 플레이트(121)와 각 스트렙(125)은 다양한 방식(예, 용접, 볼트)을 통해 상호 체결될 수 있다. 또는, 모듈 케이스(120)는 인서트 사출 방식 등을 통해 일체로 제작되는 것일 수 있다.
모듈 케이스(120)는 그 내부에 빈 공간을 구비하여, 이러한 빈 공간에 전지 적층체(110)를 수납하는 구조를 제공한다. 그리고, 모듈 케이스(120)의 개방된 부분을 통해 전지 적층체(110)가 삽입 또는 교체 가능하도록 제공될 수 있다.
모듈 케이스(120)에 전지 적층체(110)가 수납된 상태에서, 한 쌍의 엔드 플레이트(121-1, 121-2) 중 어느 하나(121-1)는 전지 적층체(110)의 제1 면에 접하고 한 나머지 하나(121-2)는 전지 적층체(110)의 제2 면에 접한다. 이때, 전지 적층체(110)의 제1 면과 제2 면은 서로 반대되는 방향을 향할 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 엔드 플레이트(121-1, 121-2) 각각은 전지 적층체(110)의 양방향에서 가압함으로써, 전지 적층체(110)를 지지하게 된다. 즉, 엔드 플레이트(121-1)는 전지 적층체(110)의 제1 면을 제2 면을 향하여 가압할 수 있고, 엔드 플레이트(121-2)는 전지 적층체(110)의 제2 면을 제1 면을 향하여 가압할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리 셀(111)의 변형을 보여주는 도면이다. 도 2는, 도 1의 A-A'선을 따라 전지 적층체(110)를 절개하였을 때의 배터리 셀(111)의 단면을 보여준다.
도 2를 참조하면, 각각의 배터리 셀(111)은 안정 상태에서 제1 두께(L1)를 가지고, 한계 상태에서는 제2 두께(L2)를 가질 수 있다. 여기서, 배터리 셀(111)의 두께란, 전지 적층체(110)의 적층 방향(즉, 도 1의 H1 축)으로의 단일 배터리 셀(111)의 최대 길이를 의미한다고 할 수 있다.
또한, 안정 상태란, 스웰링에 의한 배터리 셀(111)의 팽창이 없거나 매우 미미한 상태를 의미할 수 있다. 예컨대, 건강 상태(SOH: State Of Health)가 소정 범위 내(예, 80% 이상)이고, 충전 상태(SOC: State Of Charge)가 소정 범위(예, 70% 미만) 내이며, 온도가 소정 범위(예, 30도 미만) 내라면, 배터리 셀(111)이 안정 상태에 있다고 할 수 있다.
또한, 한계 상태란, 스웰링에 의해 배터리 셀(111)이 최대로 팽창한 상태를 의미할 수 있다. 예컨대, SOH가 소정 범위 내(예, 80% 미만)이고, SOC가 소정 범위(예, 70% 이상) 내이며, 온도가 소정 범위(예, 45도 이상) 라면, 배터리 셀(111)이 한계 상태에 있다고 할 수 있다. 제1 두께(L1)와 제2 두께(L1)는 소정 개수의 배터리 셀(111)에 대한 사전 실험 등을 통해 미리 결정될 수 있다.
배터리 셀(111)이 안정 상태로부터 한계 상태로 다가갈수록, 배터리 셀(111)의 중앙 부분이 점차적으로 부풀어 오르며, 배터리 셀(111)의 두께 변형량의 최대치는 L2-L1와 같을 수 있다.
배터리 셀(111)이 안정 상태에 있는 동안에는, 배터리 셀(111)의 팽창에 의해 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중은 없거나 무시 가능할 정도로 매우 작다. 반면, 배터리 셀(111)이 한계 상태를 향하여 점차적으로 진행할 경우, 배터리 셀(111)의 팽창에 의해 엔드 플레이트(121) 가해지는 하중은 점차적으로 커져 더 이상 무시할 수 없을 정도가 된다.
따라서, 엔니지어에 의해 설계된 엔드 플레이트(121)를 실제로 제작하기에 앞서서 엔드 플레이트(121)가 전지 적층체(110)를 적절하게 가압할 수 있는지 여부를 미리 체크하는 것이 요구된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치(200)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 테스트 장치(200)는 도 1에 도시된 것과 같은 배터리 모듈(100)에 장착되는 엔드 플레이트(121)가 전지 적층체(110)를 지지하기 위한 적절한 강도를 가지는지 여부를 테스트하기 위한 것으로서, 인터페이스부(210), 메모리부(220) 및 제어부(230)를 포함한다.
인터페이스부(210)는, 사용자 PC 등과 같은 외부 장치와 통신 연결되어, 외부 장치와 데이터를 송수신한다. 인터페이스부(210)는 선택적인 구성으로서, 필요에 따라 테스트 장치(200)로부터 생략 가능하다. 인터페이스부(210)가 외부 장치로부터 수신하는 데이터는 메모리부(220)에 저장될 수 있다.
메모리부(220)는 엔드 플레이트(121)를 테스트하는 동작과 관련된 각종 소프트웨어 및 데이터를 저장하도록 구성된다. 메모리부(220)에 저장되는 전체 데이터 중 적어도 일부는 인터페이스부(210)를 통해 외부 장치로부터 제공되는 것일 수 있다. 메모리부(220)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
메모리부(220)는 제1 파라미터, 제2 파라미터 및 제3 파라미터를 저장한다. 제1 파라미터는 전지 적층체(110)에 포함시키고자 하는 배터리 셀(111)의 개수를 나타낸다. 제2 파라미터는 단일 배터리 셀(111)의 스프링 상수를 나타낸다. 제3 파라미터는 엔드 플레이트(121)의 스프링 상수를 나타낸다. 메모리부(220)는 후술할 제2 기준 데이터를 더 저장할 수 있는데, 제2 기준 데이터는 제2 F-D 커브(force-distance curve)를 나타낸다. 이때, 제2 F-D 커브는, 한계 상태에 있는 단일 배터리 셀(111)의 변형량과 반력 간의 관계에 대응한다.
제어부(230)는 인터페이스부(210) 및 메모리부(220)와 통신 가능하게 연결되어, 인터페이스부(210)을 통한 데이터의 송수신을 관리하고, 메모리부(220)로부터 제공되는 데이터를 기초로, 엔드 플레이트(121)에 대한 테스트 동작을 수행한다. 제어부(230)는 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
상세히는, 제어부(230)는 제1 파라미터를 기초로 배터리 모듈(100)에 대응하는 1차원 모델을 생성한다. 1차원 모델에 관하여는, 도 6을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
또한, 제어부(230)는 제2 파라미터, 제3 파라미터 및 1차원 모델을 기초로 제1 F-D 커브를 산출한다. 제1 F-D 커브는, 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀(111)에 의한 엔드 플레이트(121)의 변형량과 하중 간의 관계에 대응하는 것일 수 있다. 즉, 제1 F-D 커브는, 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들의 스웰링에 따라, 전지 전층체로부터 엔드 플레이트(121)에게 전달되는 하중과 그에 따라 엔드 플레이트(121)에 어느 정도의 휨 변형이 발생하는지를 정의하는 것일 수 있다. 제어부(230)는, 산출된 제1 F-D 커브를 나타내는 제1 기준 데이터를 메모리부(220)에 저장할 수 있다.
도 4는 도 1의 B-B'선을 따라 절개한 배터리 모듈(100)의 단면을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들의 스웰링으로 인한 엔드 플레이트(121-1, 121-2)의 변형을 보다 쉽게 이해할 수 있다.
개개의 배터리 셀(111)이 스웰링에 의해 팽창되는 경우, 배터리 셀(111)의 중앙 부분이 다른 부분에 비하여 많이 변형되므로, 한 쌍의 엔드 플레이트(121) 역시 중앙 부분에서 가장 많은 변형이 일어난다. 즉, 각 엔드 플레이트(121)의 중앙 부분에서 휨 변형이 발생한다.
도 4의 I1은 전지 적층체(110)로부터 엔드 플레이트(121)에 전달되는 하중과 관련되고, I2는 I1에 따른 엔드 플레이트(121)의 변형과 관련된다. 또한, 도 4의 W1은 전지 전극체에 포함된 배터리 셀(111)들이 안정 상태를 가지는 동안의 모듈 케이스(120)의 폭을 나타내고, 도 4의 W2는 전지 전극체에 포함된 배터리 셀(111)들이 한계 상태를 가지는 동안의 모듈 케이스(120)의 폭을 나타낸다. 즉, 배터리 셀(111)들이 안정 상태에서 한계 상태에 도달하면, 각 엔드 플레이트(121)는 Δxe/2만큼씩 변형될 수 있다. 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들의 개수가 증가할수록, W2과 W1의 차이(=Δxe) 또한 증가할 것임은 당업자에게 자명하다.
만약, 엔드 플레이트(121)의 강성이 매우 클 경우, 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들이 한계 상태에 도달하더라도, 배터리 모듈(100)의 전체적인 폭의 변화는 없거나 매우 작을 것이다. 즉, 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들의 변형이 과도하게 제한되며, 이로 인해 배터리 셀(111)의 갑작스런 폭발 등이 발생할 수 있다.
반대로, 엔드 플레이트(121)의 강성이 매우 작을 경우, 엔드 플레이트(121)는 전지 적층체(110)의 두께 변화를 충분히 제한할 수 없다. 즉, 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들이 한계 상태에 도달할 경우 배터리 모듈(100)의 폭이 지나치게 많이 변형되며, 이로 인해 전극 조립체에 포함된 배터리 셀(111)들 간의 전기적 연결이 끊어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 변형을 모사하는 1차원 모델을 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 발명에서 1차원 모델은, 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀(111)이 순차적으로 적층된 전지 적층체(110)의 전면(도 1의 제1 면)과 후면(도 1의 제2 면)이 두 엔드 플레이트(121-1, 121-2)에 의해 각각 지지되는 구조를 모사하는 것이다.
이러한 1차원 모델은, 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀(111)들에 대응하는 스프링(SC)들이 한 쌍의 엔드 플레이트(121-1, 121-2)에 대응하는 2개의 스프링(SE) 사이에서 직렬 연결되는 기본 구조를 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, n개의 배터리 셀(111)들이 전지 적층체(110)를 구성하는 것으로 가정한다.
먼저 도 5의 (a)는 배터리 셀(111)들이 안정 상태를 가지는 경우의 1차원 모델을 예시한다. 이 경우, H1축(도 1 참조)을 따라, 각 스프링(SC)은 제1 기본 길이를 가지고, 각 스프링(Se)은 제2 기본 길이를 가질 수 있다. 또한, K1은 제2 파라미터가 나타내는 스프링(Sc)의 스프링 상수는, K2은 제3 파라미터가 나타내는 스프링(Se)의 스프링 상수일 수 있다.
다음으로 도 5의 (b)는 전지 적층체(110) 내의 배터리 셀(111)들이 한계 상태를 가지는 경우의 1차원 모델을 예시한다. 이 경우, 스프링(Se) 각각은 제2 기본 길이로 유지되는 반면, 스프링(Sc) 각각은 제1 기본 길이보다 Δxc만큼 증가된 길이를 가지게 된다. 즉, Δxc는, 엔드 플레이트(121)로부터의 하중이 작용하지 않는 상태에서 각 배터리 셀(111)이 안정 상태를 가질 때와 한계 상태를 가질 때의 두께 차이일 수 있다. 이에 따라, 전지 적층체(110)의 총 변형량은 (n×Δxc)가 된다.
이어서, 도 5의 (c)는 배터리 셀(111)들이 한계 상태를 가지는 동안에, 어느 한 엔드 플레이트(121)에서 다른 엔드 플레이트(121)를 향하는 힘(F)이 인가됨에 따라, 각 스프링(Sc)이 제1 기본 길이로 복귀된 경우의 1차원 모델을 예시한다. 즉, 힘(F)은, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 상태의 전지 적층체(110)를 (n×Δxc)만큼 압축하는 데에 요구되는 힘과 동일할 수 있다.
한편, 1차원 모델 내에서 직렬 연결되는 스프링들과 스프링들이 직렬 연결되는 경우, 제어부(230)는 다음의 수학식 1을 이용하여, 1차원 모델의 등가 스프링 상수를 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112017036277726-pat00003
수학식 1의 Keq는 1차원 모델의 등가 스프링 상수를 나타낸다.
한편, 도 6의 (c)의 하중(F)은 다음의 수학식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112017036277726-pat00004
엔드 플레이트(121)의 변형량인 Δxe은, 수학식 1 및 수학식 2로부터 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 3>
Figure 112017036277726-pat00005
제어부(230)는, 수학식 2 및 3으로부터 엔드 플레이트(121)의 변형량과 하중 간의 관계에 대응하는 제1 F-D 커브(도 8 참조)를 산출할 수 있다.
도 6은 한계 상태에 있는 단일 배터리 셀(111)의 두께 변형량과 반력 간의 관계에 대응하는 제2 F-D 커브를 나타낸 그래프이고, 도 7은 전지 적층체(110)의 두께 변형량과 반력 간의 관계를 보여주는 그래프이다.
단일 배터리 셀(111)의 반력의 크기는, 단일 배터리 셀(111)로부터 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중의 크기와 같을 수 있다.
도 6에 도시된 그래프의 x축은 단일 배터리 셀(111)의 두께 변형량으로서, 단일 배터리 셀(111)이 한계 상태에 있으므로, 두께 변형량의 최소치는 0이고 최대치는 L2-L1일 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 그래프의 y축은 단일 배터리 셀(111)의 반력으로서, 단일 배터리 셀(111)의 두께 변형량이 0일 때에 최대치(F1)가 되고, 단일 배터리 셀(111)의 두께 변형량이 L2-L1일 때 0이 된다. 즉, 한계 상태에 있는 단일 배터리 셀(111)의 두께 변형량이 0이라는 것은, 전지 적층체(110)를 양방향에서 가압하는 엔드 플레이트(121)의 강성이 매우 높아 단일 배터리 셀(111)의 팽창을 완전히 제한하는 것을 의미한다.
또한, 한계 상태에 있는 단일 배터리 셀(111)의 반력이 0이라는 것은, 엔드 플레이트(121)의 강성이 매우 낮아 단일 배터리 셀(111)이 제1 두께(L1)로부터 제2 두께(L1)까지 팽창되는 것에 아무런 영향도 미치지 못하는 것을 의미한다. 여기서, x축의 단위는 길이의 단위, 이를테면 'mm'이고, y축의 단위는 힘 또는 무게의 단위, 이를테면 'kgf'일 수 있다.
도 6에 도시된 제2 F-D 커브(C2)는, 한계 상태에 있는 다수의 배터리 셀(111) 각각에 가해지는 하중을 연속적 또는 이산적으로 증감시키면서 그 두께를 측정하는 과정을 반복함으로써 취득될 수 있다.
도 7의 그래프는 제3 F-D 커브(C3)를 나타낸 것으로서, 도 6의 제2 F-D 커브를 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들의 총 개수(= n)에 기초하여 보정한 결과에 대응할 수 있다. 즉, 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)의 개수가 2 이상인 경우, 전지 적층체(110)의 두께 변형량의 최대치(M)는 단일 배터리 셀(111)의 두께 변형량의 최대치 L2-L1보다 크고, 전지 적층체(110)의 반력의 최대치(F2)는 단일 배터리 셀(111)의 반력의 최대치(F1, 도 6 참조)보다 크다는 것은 자명한다.
제어부(230)는 도 6에 도시된 제2 F-D 커브(C2)를 나타내는 데이터 및 전지 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀(111)들의 개수를 기초로, 도 7에 도시된 제3 F-D 커브(C3)를 나타내는 데이터를 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 파라미터 = n인 경우, 도 6에 도시된 제2 F-D 커브의 x절편과 y절편을 각각 n배한 두 점 F2와 M을 지나는 선이 도 7의 제3 F-D 커브일 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7에서는 제2 F-D 커브(C2)와 제3 F-D 커브(C3)가 각각 직선 형상을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이고, 배터리 셀(111)의 구조와 재질 등에 따라 제2 F-D 커브(C2)와 제3 F-D 커브(C3)의 형상은 달라질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치(200)가 엔드 플레이트(121)를 테스트하는 동작과 관련된 도면이다. 즉, 도 8은 엔드 플레이트(121)가 전지 적층체(110)를 양방향에서 지지하는 데에 적정한 범위의 강성을 지니는지 여부를 평가하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 것이다.
도 8을 참조하면, 예시적인 제1 F-D 커브(C1)와 도 7에 도시된 제3 F-D 커브(C3) 간의 관계를 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 F-D 커브(C1)는 엔드 플레이트(121)의 변형량과 하중 간의 관계를 나타내는 것인바, 엔드 플레이트(121)의 변형량과 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중은 비례 관계를 가질 수 있다. 또한, 제3 F-D 커브(C3)는 전지 적층체(110)의 변형량과 반력 간의 관계를 나타내는 것인바, 전지 적층체(110)의 변형량과 전지 적층체(110)의 반력은 반비례 관계를 가질 수 있다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 F-D 커브와 제3 F-D 커브는 어느 한 점(P)에서 교차하게 된다. 제1 F-D 커브와 제3 F-D 커브가 상호 교차하는 점(P)에서, 전지 적층체(110)에서 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중과 엔드 플레이트(121)에서 전지 적층체(110)에 가해지는 하중이 평형을 이루게 된다.
제어부(230)는 제1 F-D 커브(C1)와 제3 F-D 커브(C3)가 상호 교차하는 점(P)의 좌표를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(230)는 산출된 교점(P)의 좌표를 기초로, 제1 파라미터가 나타내는 n개의 배터리 셀(111)이 한계 상태에 있으면서 전지 적층체(110)와 엔드 플레이트(121)가 평형을 이루고 있는 동안에 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중과 그에 따른 엔드 플레이트(121)의 변형량을 각각 결정할 수 있다. 즉, 교점(P)의 좌표의 x값은 엔드 플레이트(121)의 변형량이고, y값은 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중이다.
제어부(230)는 교점(P)의 좌표를 기준 범위와 비교할 수 있다. 즉, 제어부(230)는 기준 범위 내에 교점(P)이 위치하는지 판정할 수 있다. 메모리부(220)에는 엔드 플레이트(121)의 강도를 평가하는 데에 활용하기 위한 제1 기준 범위 및 제2 기준 범위 중 적어도 하나에 대한 정보가 저장될 수 있다. 제1 기준 범위는 엔드 플레이트(121)의 변형량과 연관된 하한값(G1)과 상한값(G2)에 의해 정의되고, 제2 기준 범위는 엔드 플레이트(121)에 가해지는 하중과 연관된 하한값(J1)과 상한값(J2)에 의해 정의될 수 있다. 즉, 교점(P)의 x값이 제1 기준 범위 내에 위치하면서 교점(P)의 y값이 제2 기준 범위 내에 위치하는 경우는 엔드 플레이트(121)가 설계 기준에 합격하는 강성을 가지는 것이고, 그 밖의 경우는 엔드 플레이트(121)가 설계 기준에 합격하지 못하는 강성을 가지는 것이라고 할 것이다. 물론, 제1 기준 범위에 대한 정보만이 메모리부(220)에 저장된 경우, 교점(P)의 y값과는 무관하게, 프로세서(230)는 교점(P)의 x값이 제1 기준 범위 내에 위치하면 엔드 플레이트(121)가 설계 기준에 합격하는 강성을 가지는 것으로 판정할 수 있다.
만약, 교점(P)의 좌표가 미리 정해진 제1 및 제2 기준 범위 내인 경우, 제어부(230)는 제1 테스트 결과 신호를 출력할 수 있다. 제1 테스트 결과 신호는, 엔드 플레이트(121)가 소정의 설계 기준에 합격함을 통지하기 위한 것일 수 있다.
반면, 교점(P)의 좌표가 제1 기준 범위 또는 제2 기준 범위 밖인 경우, 제어부(230)는 제2 테스트 결과 신호를 출력할 수 있다. 제2 테스트 결과 신호는, 엔드 플레이트(121)가 소정의 설계 기준에 불합격함을 통지하기 위한 것일 수 있다.
교점(P)의 x축 값이 제1 기준 범위의 상한값(G2)보다 크거나 교점(P)의 y축 값이 제2 기준 범위의 하한값(J1)보다 작다는 것은, 엔드 플레이트(121)의 강성이 부족하다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 제어부(230)는 교점(P)의 x축 값이 제1 기준 범위의 상한값보다 크거나 교점(P)의 y축 값이 제2 기준 범위의 하한값보다 작은 경우, 제1 파라미터의 감소 및 제3 파라미터의 증가 중 적어도 하나가 필요함을 알리는 제3 테스트 결과 신호를 출력할 수 있다.
교점(P)의 x축 값이 제1 기준 범위의 하한값(G1)보다 작거나 교점(P)의 y축 값이 제2 기준 범위의 상한값(J2)보다 크다는 것은, 엔드 플레이트(121)의 강성이 과도하다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 제어부(230)는 제1 기준 범위의 하한값보다 작거나 교점(P)의 y축 값이 제2 기준 범위의 상한값보다 큰 경우, 제1 파라미터의 증가 및 제3 파라미터의 감소 중 적어도 하나가 필요함을 알리는 제4 테스트 결과 신호를 출력할 수 있다.
제2 내지 제4 테스트 결과 신호를 출력하는 동작과 함께 또는 별개로, 제어부(230)는 제1 파라미터 및 제3 파라미터 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 예컨대, 제어부(230)는 제3 테스트 결과 신호를 출력하기 전후로 제1 파라미터를 제1 값만큼 감소시키거나 제3 파라미터를 제2 값만큼 증가시키는 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 다른 예로, 제어부(230)는 제4 테스트 결과 신호를 출력하기 전후로 제1 파라미터를 제3 값만큼 증가시키거나 제3 파라미터를 제4 값만큼 감소시키는 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 값은 양수로서 미리 정해진 것일 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔드 플레이트(121)를 테스트하는 방법을 개략적으로 보여주는 순서도이다.
단계 910에서, 제어부(230)는 제1 파라미터를 기초로 배터리 모듈(100)에 연관된 1차원 모델을 생성한다. 제1 파라미터는 배터리 모듈(100)에 포함된 배터리 셀(111)의 개수를 나타낸다. 또한, 1차원 모델은, 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀(111)이 순차적으로 적층된 전지 적층체(110)의 전면과 후면이 두 엔드 플레이트(121-1, 121-2)에 의해 서로 반대측에서 지지되는 구조를 모사하는 것이다.
단계 915에서, 제어부(230)는 제2 파라미터, 제3 파라미터 및 1차원 모델을 기초로, 제1 F-D 커브를 산출한다. 제2 파라미터는 단일 배터리 셀(111)의 스프링 상수를 나타내고, 제3 파라미터는 엔드 플레이트(121)의 스프링 상수를 나타낸다. 또한, 제1 F-D 커브는, 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀(111)에 의한 엔드 플레이트(121)의 변형량과 하중 간의 관계에 대응한다. 제어부(230)는, 산출된 제1 F-D 커브를 나타내는 제1 기준 데이터를 메모리부(220)에 저장할 수 있다.
단계 920에서, 제어부(230)는 제1 파라미터 및 제2 F-D 커브를 기초로 제3 F-D 커브를 산출할 수 있다. 제어부(230)는 메모리부(220)에 기 저장된 제2 기준 데이터로부터 제2 F-D 커브를 결정할 수 있다. 제2 F-D 커브는 단일 배터리 셀(111)의 변형량과 반력 간의 관계에 대응하고, 제3 F-D 커브는 전지 적층체(110)의 변형량과 반력 간의 관계에 대응한다. 전지 적층체(110)의 변형량은, 전지 적층체(110)에 포함된 배터리 셀(111)들의 개별적인 스웰링이 반영된 결과이다.
단계 925에서, 제어부(230)는 제1 F-D 커브와 제3 F-D 커브의 교점의 좌표를 산출한다. 교점은, 전지 적층체(110)의 반력과 엔드 플레이트(121)의 가압력이 평형을 이루는 상태를 나타내는 것이다. 제어부(230)는 산출된 교점의 좌표를 기초로 제1 파라미터가 나태내는 개수의 배터리 셀(111)의 스웰링에 의한 엔드 플레이트(121)의 변형량과 하중을 결정한다. 엔드 플레이트(121)의 하중은, 전지 적층체(110)에 대한 엔드 플레이트(121)의 가압력에 대응한다.
단계 930에서, 제어부(230)는 교점이 미리 정해진 기준 범위 내에 위치하는지 여부를 판정한다.
단계 935에서, 제어부(230)는 교점의 좌표가 미리 정해진 기준 범위 내인 경우, 제1 테스트 결과 신호를 출력한다. 제1 테스트 결과 신호는, 엔드 플레이트(121)가 소정의 설계 기준에 합격함을 통지하기 위한 것일 수 있다. 단계 935 후, 방법은 종료된다.
단계 940에서, 제어부(230)는 교점의 좌표가 기준 범위 밖인 경우, 제2 테스트 결과 신호를 출력한다. 제2 테스트 결과 신호는, 엔드 플레이트(121)가 소정의 설계 기준에 불합격함을 통지하기 위한 것일 수 있다.
단계 945에서, 제어부(230)는 제1 파라미터 및 제3 파라미터 중 적어도 하나를 조정한다. 이때, 제1 파라미터 또는 제3 파라미터의 증감량은, 교점과 기준 범위 간의 관계로부터 제어부(230)에 의해 결정될 수 있다. 단계 945에서 제1 파라미터가 조정된 경우, 방법은 단계 910로 회귀한다. 반면, 제3 파라미터만이 조정된 경우, 제어부(230)는 단계 910 대신 단계 915로 회귀한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 배터리 모듈
110: 전지 적층체
111: 배터리 셀
120: 모듈 케이스
121: 엔드 플레이트
125: 스트렙
200: 테스트 장치
210: 인터페이스부
220: 메모리부
230: 제어부(230)

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 장착되는 엔드 플레이트를 테스트하기 위한 장치에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 개수를 나타내는 제1 파라미터, 배터리 셀의 스프링 상수를 나타내는 제2 파라미터 및 상기 엔드 플레이트의 스프링 상수를 나타내는 제3 파라미터를 저장하는 메모리부; 및
    상기 제1 파라미터를 기초로 상기 배터리 모듈에 연관된 1차원 모델을 생성하고, 상기 제2 파라미터, 상기 제3 파라미터 및 상기 1차원 모델을 기초로 제1 F-D 커브를 산출하며, 상기 제1 F-D 커브를 나타내는 제1 기준 데이터를 상기 메모리부에 저장하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제1 F-D 커브는, 상기 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀에 의한 상기 엔드 플레이트의 변형량과 하중 간의 관계에 대응하는, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차원 모델은,
    상기 제1 파라미터가 나타내는 개수의 배터리 셀이 순차적으로 적층된 전지 적층체의 전면과 후면이 상기 엔드 플레이트에 의해 지지되는 구조를 모사하는 것을 특징으로 하는, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    <수학식 1>
    Figure 112017036277726-pat00006

    상기 수학식 1을 이용하여, 상기 1차원 모델의 등가 스프링 상수를 산출하되,
    Keq는 상기 등가 스프링 상수, n은 상기 배터리 셀의 개수, K1은 상기 배터리 셀의 스프링 상수, K2는 상기 엔드 플레이트의 스프링 상수인, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    <수학식 2>
    Figure 112017036277726-pat00007

    상기 수학식 2를 이용하여, 상기 제1 F-D 커브를 산출하되,
    F는 상기 엔드 플레이트에 인가되는 하중, Δxc는 상기 배터리 셀의 변형량, Δxe는 상기 엔드 플레이트의 변형량인, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메모리부는,
    제2 F-D 커브를 나타내는 제2 기준 데이터를 더 저장하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 F-D 커브를 기초로 제3 F-D 커브를 산출하되,
    상기 제2 F-D 커브는, 상기 배터리 셀의 변형량과 반력 간의 관계에 대응하고,
    상기 제3 F-D 커브는, 상기 전지 적층체의 변형량과 반력 간의 관계에 대응하는, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 F-D 커브와 상기 제3 F-D 커브의 교점의 좌표를 산출하고,
    상기 교점의 좌표를 기초로 상기 제1 파라미터가 나태내는 개수의 배터리 셀의 스웰링에 의한 상기 엔드 플레이트의 변형량과 하중을 결정하는, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 교점의 좌표가 미리 정해진 기준 범위 내인 경우, 제1 테스트 결과 신호를 출력하되,
    상기 제1 테스트 결과 신호는, 상기 엔드 플레이트가 소정의 설계 기준에 합격함을 통지하기 위한 것인, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 교점의 좌표가 상기 기준 범위 밖인 경우, 제2 테스트 결과 신호를 출력하되,
    상기 제2 테스트 결과 신호는, 상기 엔드 플레이트가 소정의 설계 기준에 불합격함을 통지하기 위한 것인, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 교점의 좌표가 상기 기준 범위 밖인 경우, 상기 제1 파라미터를 조정하는, 엔드 플레이트 테스트 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 교점의 좌표가 상기 기준 범위 밖인 경우, 상기 제3 파라미터를 조정하는, 엔드 플레이트 테스트 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023282601A1 (ko) 2021-07-09 2023-01-12 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 가압 시험 장치 및 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102192676B1 (ko) * 2017-01-24 2020-12-17 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 변형 예측 장치
JP6975385B2 (ja) * 2018-01-12 2021-12-01 トヨタ自動車株式会社 電池パックとその製造方法および解体方法
JP2022002189A (ja) * 2020-06-22 2022-01-06 プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 電池モジュール及びバッテリシステム
WO2022080763A1 (ko) * 2020-10-14 2022-04-21 주식회사 엘지에너지솔루션 모듈 변형도 추정 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009259194A (ja) 2008-03-17 2009-11-05 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 設計最適化方法及びその方法を用いた装置
JP2013026201A (ja) 2011-07-26 2013-02-04 Toyota Motor Corp 電池スタックの拘束力検査方法
JP2013157279A (ja) 2012-01-31 2013-08-15 Toyota Motor Corp 燃料電池スタックの締結方法
JP2017037705A (ja) 2015-08-06 2017-02-16 株式会社豊田自動織機 検査装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006065466A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Toyota Motor Corp Ｆｅｍモデル化方法
US8728682B2 (en) * 2007-01-09 2014-05-20 Panasonic Corporation Fuel cell having a fastening structure including a specified configuration of elastic members
JP5194524B2 (ja) 2007-04-02 2013-05-08 日産自動車株式会社 燃料電池、燃料電池の製造方法および製造装置
KR100954526B1 (ko) 2007-11-08 2010-04-22 평화오일씰공업주식회사 연료전지용 가스켓 테스트 장비 및 방법
JP2010228605A (ja) 2009-03-27 2010-10-14 Toyota Motor Corp 燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造
US8999557B2 (en) 2010-04-21 2015-04-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack with elastic frame
CN102338609B (zh) 2010-07-23 2013-07-10 松下能源(无锡)有限公司 电池用厚度及挠度检测治具以及使用该治具的检测方法
CN103370810B (zh) 2011-02-14 2016-03-02 丰田自动车株式会社 二次电池和电池组
KR101282627B1 (ko) 2011-09-07 2013-07-12 현대자동차주식회사 휨 방지 플레이트를 갖는 연료전지용 엔드 플레이트
CN103675197B (zh) * 2012-08-31 2015-09-02 上海宇航系统工程研究所 半刚性电池基板的结构动力学分析方法
EP2958165B1 (en) * 2013-02-15 2017-09-20 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Secondary battery module
US9660299B2 (en) * 2013-12-10 2017-05-23 Southwest Research Institute Strain measurement based battery testing
US10833376B2 (en) * 2014-01-02 2020-11-10 Cps Technology Holdings Llc Battery with life estimation
JP2015225846A (ja) 2014-05-30 2015-12-14 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
KR101693338B1 (ko) 2014-07-30 2017-01-06 한국과학기술원 전지용 복합 엔드플레이트 구조물
KR101787634B1 (ko) 2014-10-31 2017-10-18 주식회사 엘지화학 스웰링 대응구조를 구비하는 엔드플레이트 및 이를 포함하는 배터리모듈
KR101783923B1 (ko) * 2014-11-26 2017-10-10 주식회사 엘지화학 이차전지 셀의 두께 측정장치 및 방법
KR101783773B1 (ko) 2015-10-26 2017-10-10 엘지전자 주식회사 듀얼 카메라 모듈 및 이를 구비하는 이동 단말기
CN106532156A (zh) 2016-12-29 2017-03-22 北京海博思创科技有限公司 动力电池膨胀测量装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009259194A (ja) 2008-03-17 2009-11-05 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 設計最適化方法及びその方法を用いた装置
JP2013026201A (ja) 2011-07-26 2013-02-04 Toyota Motor Corp 電池スタックの拘束力検査方法
JP2013157279A (ja) 2012-01-31 2013-08-15 Toyota Motor Corp 燃料電池スタックの締結方法
JP2017037705A (ja) 2015-08-06 2017-02-16 株式会社豊田自動織機 検査装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023282601A1 (ko) 2021-07-09 2023-01-12 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 가압 시험 장치 및 방법
KR20230009620A (ko) 2021-07-09 2023-01-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 가압 시험 장치 및 방법

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