KR102328738B1 - 과충전 시험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 적어도 하나의 배터리 셀의 과충전을 테스트하는 과충전 시험 장치는, 적어도 하나의 배터리 셀로 전압을 공급하여 과충전하는 전압 공급부 및 전압 공급부와 연결되고, 과충전 시험 시 적어도 하나의 배터리 셀을 패키징하며, 과충전 시험 시 발생하는 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 유로가 형성되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

과충전 시험 장치{OVERDISCHARGE TEST APPRATUS}
본 발명은 과충전 시험 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 셀의 과충전 시험 장치에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들은 일반적으로 용이하게 상호 적층할 수 있는 이점을 갖는 파우치형 이차 전지로 구비된다.
종래 배터리 셀은 반복 충전 시 발생할 수 있는 폭발이나 발화를 방지하기 위해 과충전 시험을 실시하며, 이때, 과충전 시험장치를 이용한다. 종래 과충전 시험장치는, 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 케이스, 상기 케이스 내에 상기 적어도 하나의 배터리 셀로 전압을 공급하는 전압공급부를 포함하여 구성된다. 이러한 과충전 시험 장치를 통해, 종래 과충전 시험 장치의 케이스 내부에는 수용된 배터리 셀의 과충전에 따라 가스나 화염 등이 발생하게 된다.
그러나, 종래 과충전 시험 장치에서는, 이러한 과충전 시 발생되는 가스나 화염 등이 케이스 밖으로 원활히 빠져 나가지 못해 케이스 내부 압력을 상승시킴에 따라, 케이스 내의 배터리 셀이 폭발하거나 나아가 케이스 밖으로 화염이 노출되거나 폭발하는 대형 사고가 발생할 수 있는 문제가 있다.
그러므로, 배터리 셀의 과충전 시험 시 안전성을 높일 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리 셀의 과충전 시험 시 안전성을 높일 수 있는 과충전 시험 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 적어도 하나의 배터리 셀의 과충전을 테스트하는 과충전 시험 장치로서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀로 전압을 공급하여 과충전하는 전압 공급부; 및 상기 전압 공급부와 연결되고, 과충전 시험 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 패키징하며, 상기 과충전 시험 시 발생하는 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 유로가 형성되는 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치를 제공한다.
상기 케이스는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하며, 상기 전압 공급부와 연결되는 본체 하우징; 및 상기 본체 하우징을 커버하며, 상기 본체 하우징과 함께 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 패키징하는 커버 하우징;을 포함하며, 상기 적어도 하나의 유로는, 상기 본체 하우징의 테두리를 따라 형성될 수 있다.
상기 본체 하우징은, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 제1 하우징; 및 상기 제1 하우징을 둘러싸며, 상기 제1 하우징과 소정 거리 이격되어 상기 적어도 하나의 유로를 형성하는 제2 하우징;을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 유로는, 상기 제1 하우징의 외측 테두리와 상기 제2 하우징의 내측 테두리 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1 하우징의 일측에는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀로부터 발생되는 가스나 화염 등을 상기 적어도 하나의 유로로 안내하기 위한 가이드 개구;가 마련될 수 있다.
상기 제2 하우징의 일측에는, 상기 적어도 하나의 유로 내의 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 배출 개구;가 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 유로에는, 상기 가이드 개구와 상기 배출 개구의 연통을 차단하는 블록 격벽;이 구비될 수 있다.
상기 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나일 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀의 과충전 시험 시 안전성을 높일 수 있는 과충전 시험 장치를 제공할 수 있다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 시험 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 과충전 시험 장치의 케이스의 커버 하우징을 제외한 사시도이다.
도 3은 도 2의 과충전 시험 장치의 평면도이다.
도 4는 도 1의 과충전 시험 장치의 가스 및 화염 경로를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 시험 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 과충전 시험 장치의 케이스의 커버 하우징을 제외한 사시도이며, 도 3은 도 2의 과충전 시험 장치의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 과충전 시험 장치(10)는, 적어도 하나의 배터리 셀(B), 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(B)을 포함하는 배터리 셀 집합체의 과충전을 테스트할 수 있다. 상기 적어도 하나의 배터리 셀(B)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.
상기 과충전 시험 장치(10)는, 전압 공급부(100), 케이스(200) 및 유로(300)를 포함할 수 있다.
상기 전압 공급부(100)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(B)을 포함하는 배터리 셀 집합체로 전압을 공급할 수 있다. 이를 위해, 상기 전압 공급부(100)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)의 안전성 테스트를 위해 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)을 과충전시킬 수 있는 전압을 인가할 수 있다.
상기 케이스(200)는, 상기 전압 공급부(100)와 연결되고, 상기 과충전 시험 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀(B), 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(B)을 포함하는 배터리 셀 집합체를 패키징할 수 있다.
이러한 상기 케이스(200)는 상기 상기 과충전 시험 시 발생하는 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 후술하는 적어도 하나의 유로(300)가 형성될 수 있다. 상기 유로(300)에 대해서는 하기 관련 설명에서 자세히 살펴 본다.
상기 케이스(200)는, 스틸 재질로 이루어지며, 커버 하우징(210) 및 본체 하우징(250)을 포함할 수 있다.
상기 커버 하우징(210)은, 상기 케이스(200)의 상면을 형성하며, 후술하는 본체 하우징(250)과 결합되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)을 내부에 패키징할 수 있다. 즉, 상기 커버 하우징(210)은, 후술하는 본체 하우징(210)의 상부를 커버할 수 있다.
상기 본체 하우징(250)은, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(B)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 본체 하우징(250)에는 상기 전압 공급부(100)가 상기 배터리 셀들(B)과 연결될 수 있게 상기 전압 공급부(100)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 본체 하우징(250)에는 상기 전압 공급부(100)가 관통되어 내부에 삽입될 수 있다.
이러한 상기 본체 하우징(250)은, 제1 하우징(252) 및 제2 하우징(254)을 포함할 수 있다.
상기 제1 하우징(252)은 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 하우징(252)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 상기 제1 하우징(252)에는 일측에는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(B)로부터 발생되는 가스나 화염 등을 후술하는 적어도 하나의 유로(300)로 안내하기 위한 가이드 개구(255)가 마련될 수 있다.
상기 제2 하우징(254)는, 상기 제1 하우징(252)을 둘러싸며, 상기 제1 하우징(252)과 소정 거리 이격될 수 있다. 이러한 상기 제2 하우징(254)은 상기 제1 하우징(252)과 함께 후술하는 적어도 하나의 유로(300)을 형성할 수 있다.
이러한 상기 제2 하우징(254)의 일측에는, 후술하는 적어도 하나의 유로(300) 내의 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 배출 개구(256)가 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 유로(300)는 상기 케이스(200) 내의 배터리 셀들(B)로부터 발생한 가스나 화염 등을 상기 케이스(200) 밖으로 원활히 빠져나가는 것을 가이드할 수 있다.
이러한 상기 유로(300)는 상기 본체 하우징(250)의 상기 제1 하우징(252)의 외측 테두리와 상기 제2 하우징(254)의 내측 테두리 사이에 형성될 수 있으며, 소정 길이를 갖는 단일의 유로로 마련될 수 있다.
다시 말해, 상기 유로(300)는, 상기 본체 하우징(250)의 테두리를 따라 형성될 수 있으며, 상기 본체 하우징(250) 내에서 상기 본체 하우징(250)의 테두리를 따라 길게 마련될 수 있다. 이처럼, 상기 유로(300)는 상기 케이스(200)의 상기 본체 하우징(250)의 테두리를 따라 형성되기에, 보다 긴 유로 길이와 보다 큰 유로 부피를 확보할 수 있다.
이러한 상기 유로(300)에는, 블록 격벽(305)이 구비될 수 있다.
상기 블록 격벽(305)은, 상기 제1 하우징(252)의 상기 가이드 개구(255)와 상기 제2 하우징(254)의 상기 배출 개구(256)의 연통을 차단할 수 있게 둘 사이를 가로막게 마련될 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 유로(300)를 중심으로, 본 실시예에 따른 상기 과충전 시험 장치(10)의 과충전 시험 시 가스 및 화염의 경로에 대해 보다 자세히 살펴 본다.
도 4는 도 1의 과충전 시험 장치의 가스 및 화염 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 과충전 시험 장치(10)를 통한 과충전 시험 시, 상기 과충전에 따라 상기 배터리 셀들(B)로부터 가스나 화염 등이 분출될 수 있다. 이러한 가스나 화염 등이 상기 케이스(100) 밖으로 원활히 분출되지 못할 경우, 상기 배터리 셀들(B)이나 상기 케이스(100)의 폭발 등으로 곧바로 이어질 위험이 크기 때문에, 보다 원활하게 이들 가스나 화염 등을 상기 케이스(100) 밖으로 내보내는 것이 필요하다.
본 실시예의 경우, 상기 가스나 화염 등은, 먼저, 상기 제1 하우징(252)의 상기 가이드 개구(255)를 통해 상기 유로(300) 내부로 진입할 수 있다. 이때, 상기 가스나 화염 등은 상기 블록 격벽(305)에 의해 가로 막혀 상기 제2 하우징(254)의 배출 개구(256) 측으로 바로 이동하지 못한다. 이에 따라, 상기 가스나 화염, 특히, 상기 화염이 바로 상기 배출 개구(256) 밖으로 분출되지 않기에, 화염 발생 시 불꽃이 센 화염이 케이스(200) 밖으로 곧바로 분출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 블록 격벽(305)은, 상기 가스나 화염, 특히, 가스가 곧바로 가이드 개구(255) 밖에서 좁은 배출 개구(256) 측으로 일시에 몰리는 것을 방지하여 배출 개구(256) 부근에서의 급격한 압력 상승을 방지할 수 있다.
상기 가이드 개구(255)를 통해 상기 유로(300)로 안내된 상기 가스나 화염 등은 상기 유로(300)을 따라 이동할 수 있다. 상기 유로(300)를 통한 상기 가스나 화염의 이동 시, 상기 유로(300)의 큰 유로 부피 및 길다란 유로 길이를 통해 상기 가스나 화염 등은 보다 원활하게 상기 유로(300)를 순환하면서 상기 배출 개구(256) 측으로 빠져 나갈 수 있다.
또한, 상기 가스나 화염 등은 상기 유로(300)를 따라 이동하면서 상기 제1 및 제2 하우징(252, 254)의 내벽에 접촉하면서 그 열기가 급격히 내려갈 수 있어, 상기 배출 개구(256)를 빠져 나갈 때 최초 온도가 낮은 온도로 상기 케이스(200) 밖으로 나갈 수 있다. 이에 따라, 상기 가스나 화염 등, 특히, 화염은 상기 유로(300)를 통과하면서 그 불꽃이 사라질 가능성이 커질 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 과충전 시험 장치(10)는, 상기 유로(300)를 통해 상기 배터리 셀들(B)의 과충전 시험 시 발생하는 가스나 화염 등을 원활히 배출시켜, 상기 케이스(200) 내부의 압력 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 과충전 시험 장치(10)는, 상기 과충전 시험 시 발생할 수 있는 배터리 셀(B)이나 케이스(200)의 폭발 위험을 현저히 낮출 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 과충전 시험 장치(10)는, 상기 배터리 셀(B)의 과충전 시험 시 안전성을 현저히 높일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
B: 배터리 셀
10: 과충전 시험 장치
100: 전압 공급부
200: 케이스
210: 커버 하우징
250: 본체 하우징
252: 제1 하우징
255: 가이드 개구
254: 제2 하우징
256: 배출 개구
300: 유로
305: 블록 격벽

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀의 과충전을 테스트하는 과충전 시험 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀로 전압을 공급하여 과충전하는 전압 공급부; 및
    상기 전압 공급부와 연결되고, 과충전 시험 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 패키징하며, 상기 과충전 시험 시 발생하는 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 유로가 형성되는 케이스;를 포함하고,
    상기 케이스는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하며, 상기 전압 공급부와 연결되는 본체 하우징; 및
    상기 본체 하우징을 커버하며, 상기 본체 하우징과 함께 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 패키징하는 커버 하우징;을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 유로는,
    상기 본체 하우징의 테두리를 따라 형성되고,
    상기 본체 하우징은,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 제1 하우징; 및
    상기 제1 하우징을 둘러싸며, 상기 제1 하우징과 소정 거리 이격되어 상기 적어도 하나의 유로를 형성하는 제2 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유로는,
    상기 제1 하우징의 외측 테두리와 상기 제2 하우징의 내측 테두리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하우징의 일측에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀로부터 발생되는 가스나 화염 등을 상기 적어도 하나의 유로로 안내하기 위한 가이드 개구;가 마련되는 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 하우징의 일측에는,
    상기 적어도 하나의 유로 내의 가스나 화염 등을 외부로 배출하기 위한 배출 개구;가 마련되는 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유로에는,
    상기 가이드 개구와 상기 배출 개구의 연통을 차단하는 블록 격벽;이 구비되는 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 과충전 시험 장치.
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