KR102412867B1

KR102412867B1 - 이차전지의 충방전 시험장치

Info

Publication number: KR102412867B1
Application number: KR1020210157258A
Authority: KR
Inventors: 이진수
Original assignee: 이진수
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-06-24

Abstract

본 발명은 사용 중에 있는 이차전지의 충방전을 자동제어함으로써, 이차전지의 상태의 확인 및 성능 회복을 효율적으로 수행할 수 있는 이차전지의 충방전 시험장치에 대한 것이다.

Description

이차전지의 충방전 시험장치{Testing device for charging and discharging of secondary battery}

고속철도, 지하철, 전철 등의 전동차에 기본적으로 장착되는 배터리는 리튬 이온 전지, 니켈 카드뮴 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같이 이차전지가 사용되고 있다. 상기 이차전지의 경우, 제조 과정에서 충전 및 방전을 수회 실시하여 이차 전지를 활성화하는 것이 필요하고, 사용 중에도 수명 연장 및 상태 확인을 위해 주기적으로 충전 및 방전을 수행하여 이차전지의 상태가 최적으로 유지될 수 있도록 한다. 이에, 하기 특허문헌에 기재된 것처럼 이차전지를 충방전시킬 수 있는 이차전지 충방전 시스템이 개발되고 있다.

<특허문헌>

특허공보 제10-1161218호(2012. 06. 25. 등록) "전력 계통 연계 회생 방식을 이용한 이차 전지 충방전 시스템"

하지만, 종래의 이차전지 충방전 시스템은 제조과정에서 이차전지의 활성화를 위해 이차전지를 단순 충방전시키는 것에 주안점을 두어, 상기 이차전지 충방전 시스템을 이용하여 사용 중에 있는 이차전지의 상태의 확인 및 성능 회복을 효율적으로 수행할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명은 사용중에 있는 이차전지의 충방전을 자동제어함으로써, 이차전지의 상태의 확인 및 성능 회복을 효율적으로 수행할 수 있는 이차전지의 충방전 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다양한 이차전지에 적용이 가능하고, 작동 상황이 디스플레이되며, 간단한 조작을 통해 용이하게 제어할 수 있고, 이동이 용이하여 다양한 환경에 적용 가능한 이차전지의 충방전 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치는 이차전지를 충전하는 충전부와; 상기 이차전지를 방전시키는 방전부와; 상기 충전부 및 방전부의 작동을 제어하여 상기 이차전지를 충방전시켜, 상기 이차전지의 상태를 확인하고 성능이 회복되도록 하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 방전부는 일단이 이차전지의 +단지에 연결되고 타단이 이차전지의 -단자에 연결되는 방전선로와, 상기 방전선로 상에 설치되어 방전선로를 개폐하는 방전스위치와, 상기 방전스위치 후측의 방전선로 상에 설치되는 코일 및 상기 코일 후측의 방전선로 상에 병렬로 설치되는 복수 개의 콘덴서를 포함하는 평활회로부와, 상기 평활회로부 후측의 방전선로 상에 설치되어 복수 개의 IGBT를 이용하는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터 후측의 방전선로 상에 설치되는 부하와, 전단은 상기 DC-DC 컨버터와 부하 사이의 방전선로에 연결되고 타단은 부하의 후단 방전선로에 연결되는 분기선로와, 상기 분기선로 상에 설치되어 상기 분기선로에서는 타단에서 일단으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 컨트롤러는 사용자의 조작에 따른 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하고 이차전지의 상태를 출력하는 입력표시부와, 상기 입력표시부에서 이차전지를 충방전시키라는 작동신호가 출력된 경우, 상기 충전부와 방전부와 정보를 교환하여 일정 회수만큼 이차전지를 충방전시키는 충방전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 컨트롤러는 이차전지의 방전 상태를 확인하여 이차전지의 상태를 확인하고, 이차전지가 이상 상태에 있다고 판단되어 복수 번의 충방전이 이루어졌음에도 이차전지의 성능이 회복되지 않는 경우 이차전지가 고장 상태에 있다고 판단하는 성능확인부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치는 하우징 내에 상하 적층을 통해 복수개가 위치하며, 상기 하우징의 하단에는 바퀴가 설치되어 상기 충방전 시험장치의 이동을 용이하게 할 수 있고, 상기 하우징에 상하 적층되는 복수 개의 충방전 시험장치는 각각 별개의 이차전지에 연결되어 개별적으로 작동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 입력표시부는 사용자가 조작버튼을 터치함에 따라 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하는 입력모듈과, 상기 이차전지의 상태가 디스플레이에 표시되도록 하는 디스플레이모듈을 포함하고, 상기 조작버튼은 조그 다이얼식 버튼이 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 성능확인부는 이차전지의 방전 상태를 확인하여 그 결과를 출력하는 상태모듈과, 상기 상태모듈에서 출력된 결과를 분석하여 이차전지가 정상 상태에 있다고 판단시, 그 결과를 출력하고 상기 결과를 디스플레이에 출력되도록 하고, 충전부 및 방전부의 추가적인 작동이 중단되도록 하는 정상판단모듈과, 특정 회차의 충방전이 이루어졌음에도 상기 정상판단모듈에서 상기 이차 전지가 정상 상태에 있다는 정보를 출력하지 않은 경우, 상기 특정 회차 바로 전 회차의 충방전이 수행될 때 상기 상태확인모듈이 출력한 결과와 상기 특정 회차의 충방전이 수행될 때 상기 상태확인모듈이 출력한 결과를 비교하여, 방전시간의 증가폭이 일정 범위 이내인 경우, 상기 이차전지가 고장 상태에 있다는 정보를 출력하고, 상기 정보를 디스플레이에 출력되도록 하고, 충전부 및 방전부의 추가적인 작동이 중단되도록 하는 고장판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 상태모듈은 이차전지의 만충전 전압에서 종지전압까지 방전시 걸리는 이차전지의 방전시간인 제1방전시간을 출력하는 제1상태모듈과, 이차전지의 만충전 전압에서 종지전압까지 방전시 걸리는 배터리 셀별 방전시간인 제2방전시간을 출력하는 제2상태모듈을 포함하며, 상기 정상판단모듈은 상기 제1상태모듈에서 출력된 제1방전시간을 확인하여 기설정 방전시간 비교하여 그 결과를 출력하는 제1정상모듈과, 상기 제1정상모듈에서 제1방전시간이 기설정 방전시간보다 길다는 결과가 출력된 경우 상기 제2상태모듈에서 출력된 제2방전시간을 확인하여 기설정 방전시간과 비교하여 그 결과를 출력하는 제2정상모듈과, 상기 제2정상모듈에에서 출력된 결과를 확인하여 모든 배터리 셀에서 제2방전시간이 기설정 방전시간보다 길다고 판단한 경우, 상기 이차전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하고 디스플레이모듈을 제어하여 디스플레이에 상기 정보가 표시되도록 하고 상기 충방전부를 제어하여 더 이상의 충방전이 이루어지지 않도록 하는 제3정상모듈을 포함하는 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 고장판단모듈은 특정 회차의 충방전 수행 시 상기 정상판단모듈이 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하였는지 확인하는 제1고장모듈과, 상기 제1고장모듈이 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보를 확인하지 못한 경우 상기 특정 회차의 바로 전 회차의 충방전이 수행되었는지 판단하여 바로 전 회차의 충방전이 있는 경우 상기 바로 전 회차의 충방전이 수행될 때 상기 제2상태모듈이 출력한 제2방전시간과, 상기 특정 회차의 충방전이 수행될 때 상기 제2상태모듈이 출력한 제2방전시간을 수집하는 제2고장모듈과, 배터리 셀별로 상기 제2고장모듈에서 수집된 전 회차의 제2방전시간과 특정 회차의 제2방전시간을 비교하여 시간의 증가폭이 설정범위 이내인 경우 상기 이차전지는 고장상태에 있다는 정보를 출력하는 제3고장모듈과, 상기 제3고장모듈에서 상기 이차전지는 고장상태에 있다는 정보를 출력한 경우, 디스플레이모듈을 제어하여 디스플레이에 상기 정보가 표시되도록 하고 상기 충방전부를 제어하여 더 이상의 충방전이 이루어지지 않도록 하는 제4고장모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 성능확인부는 상기 정상판단모듈에서 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보가 출력된 경우, 배터리 셀별로 제2방전시간을 확인하여 배터리 셀간의 제2방전시간의 차이가 설정범위를 초과하는 경우, 고장이 예상된다는 정보를 출력하고 상기 정보를 디스플레이에 출력되도록 제어하는 고장예상모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치에 있어서 상기 방전부는 일단이 이차전지의 +단지에 연결되고 타단이 이차전지의 -단자에 연결되는 방전선로와, 상기 방전선로 상에 설치되어 방전선로를 개폐하는 방전스위치와, 상기 방전스위치 후측의 방전선로 상에 설치되는 코일 및 상기 코일 후측의 방전선로 상에 병렬로 설치되는 복수 개의 콘덴서를 포함하는 평활회로부와, 상기 평활회로부 후측의 방전선로 상에 설치되어 복수 개의 IGBT를 이용하는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터 후측의 방전선로 상에 설치되는 부하와, 전단은 상기 DC-DC 컨버터와 부하 사이의 방전선로에 연결되고 타단은 부하의 후단 방전선로에 연결되는 분기선로와, 상기 분기선로 상에 설치되어 상기 분기선로에서는 타단에서 일단으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명은 사용중에 있는 이차전지의 충방전을 자동제어함으로써, 이차전지의 상태의 확인 및 성능 회복을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다양한 이차전지에 적용이 가능하고, 작동 상황이 디스플레이되며, 간단한 조작을 통해 용이하게 제어할 수 있고, 이동이 용이하여 다양한 확경에 적용 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 시험장치의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 충전부와 방전부의 개략 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 시험장치의 설치 상태를 설명하기 위한 참고도.
도 4는 도 1의 컨트롤러의 세부 구성을 나타내는 블럭도.
도 5는 도 4의 입력표시부를 설명하기 위한 참고도.
도 6은 도 4의 성능확인부의 세부 구성을 나타내는 블럭도.
도 7은 도 6의 정상판단모듈의 세부 구성을 나타내는 블럭도.
도 8은 도 6의 고장판단모듈의 세부 구성을 나타내는 블럭도.

이하에서는 본 발명에 따른 이차전지의 충방전 시험장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 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 있는 것을 의미하며, 또한 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 시험장치를 도 1 내지 8을 참조하여 설명하면, 상기 충방전 시험장치(100)는 상용전원을 이용하여 이차전지(200)를 충전하는 충전부(1)와; 상기 이차전지(200)를 방전시키는 방전부(2)와; 상기 충전부(1) 및 방전부(2)의 작동을 제어하여 상기 이차전지(200)를 충방전시켜, 상기 이차전지(200)의 상태를 확인하고 성능이 회복되도록 하는 컨트롤러(3) 등을 포함한다. 철도 차량 등에서 사용 중에 있는 이차전지는 철도 차량에서 분리되어 상기 이차전지의 충방전 시험장치(100)에 연결되고, 상기 이차전지의 충방전 시험장치(100)는 상기 이차전지(200)를 충방전시켜 상기 이차전지의 상태를 확인하고 성능을 회복시키게 된다. 상기 시험장치를 설명하기에 앞서 상기 이차전지를 설명하면, 상기 이차전지는 복수 개의 배터리 셀(미도시)과, 비엠에스(미도시, BMS, battery managemnt system) 등을 포함하여 하나의 팩 형태로 형성되게 되며, 상기 비엠에스는 배터리 셀별로 충방전상태를 센싱하여 배터리 셀별 전압 및 이차전지의 전압(모든 배터리 셀의 전압을 더한 값)에 대한 정보를 출력한다.

상기 충전부(1)는 상기 컨트롤러(3)의 제어에 의해 상기 이차전지(200)를 충전시키는 구성으로, 상용전원(교류전원)을 적정치의 직류 전원으로 변환하여 이차전지에 공급하여 이차전지가 충전되도록 한다. 상기 충전부(1)는 다양한 구성 및 방법에 의해 교류 전원을 적정치의 직류 전원으로 변환하여 상기 이차전지를 충전할 수 있는데, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 배선용차단기(MCCB, 11)와 노이즈 필터(12)를 거치는 중에 교류전압에서 노이즈가 제거되고, 다이오드 브릿지를 이용하는 AC-DC 컨버터(13)를 통해 교류전압이 직류전압으로 변환되고, 평활회로(14)를 거치는 중에 직류전압에서 서지 전압이 제거되고, IGBT를 이용하는 DC-DC 컨버터(15)를 거치는 중에 적정치의 직류 전원으로 변환된 후 스너버 회로(16)를 거쳐 IGBT의 스위칭노이즈가 제거된 적정치의 직류 전원이 이차전지(200)에 공급되도록 할 수 있다.

상기 방전부(2)는 상기 컨트롤러(3)의 제어에 의해 상기 이차전지(200)를 방전시키는 구성으로, 다양한 구성 및 방법에 의해 상기 이차전지를 방전시킬 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 상기 방전부(2)는 일단이 이차전지의 +단지에 연결되고 타단이 이차전지의 -단자에 연결되는 방전선로(21)와, 상기 방전선로(21) 상에 설치되어 방전선로(21)를 개폐하는 방전스위치(22)와, 상기 방전스위치(22) 후측의 방전선로(21) 상에 설치되는 코일(231) 및 상기 코일(231) 후측의 방전선로(21) 상에 병렬로 설치되는 복수 개의 콘덴서(232)를 포함하는 평활회로부(23)와, 상기 평활회로부(23) 후측의 방전선로(21) 상에 설치되어 복수 개의 IGBT를 이용하는 DC-DC 컨버터(24)와, 상기 DC-DC 컨버터(24) 후측의 방전선로(21) 상에 설치되는 부하(25, 예컨대, 저항이 사용됨)와, 전단은 상기 DC-DC 컨버터(24)와 부하 사이(25)의 방전선로(21)에 연결되고 타단은 부하(25)의 후단 방전선로(21)에 연결되는 분기선로(26)와, 상기 분기선로(26) 상에 설치되어 상기 분기선로(26)에서는 타단에서 일단으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 정류기(27, 예컨대, 다이오드가 사용될 수 있음)를 포함한다. 상기 방전부(2)의 작동과정을 살펴보면, 컨트롤러(3)가 이차전지(200)의 충전이 중단되도록 하고 방전스위치(22)를 온시키면, 상기 이차전지(200)에서 방전된 전류는 평활회로부(23)를 거쳐 정류되고, 컨트롤러가 복수 개의 IGBT가 선택적으로 작동시켜 DC-DC 컨버터(26)를 거치는 중에 적정치의 직류 전원으로 변환된 후 부하(25)를 통과하여 전력이 소비되게 된다. 이때, 부하(25)에서 전력이 소비됨에 따라 서지전압이 발행할 수 있는데, 상기 서지전압은 분기선로(26)로 유입되어 부하(25)를 통과하는 과정을 반복하여 소멸되게 된다.

상기 컨트롤러(3)는 상기 충전부(1) 및 방전부(2)의 작동을 제어하여 상기 이차전지(200)를 충방전시켜, 상기 이차전지(200)의 상태를 확인하고 성능이 회복되도록 하는 구성으로, 송수신부(31), 입력표시부(32), 충방전부(33), 성능확인부(34), 저장부(35), 제어부(36) 등을 포함한다. 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 상기 충방전 시험장치(100)는 충전부(1), 방전부(2) 및 컨트롤러(3)가 설치되어 모듈화된 형태를 가지며, 상기 충방전 시험장치(100)는 하우징(300) 내에 상하 적층을 통해 복수개가 위치하며, 상기 하우징(300)의 하단에는 바퀴(310)가 설치되어 상기 충방전 시험장치(100)의 이동을 용이하게 할 수 있다. 상기 하우징(300)에 상하 적층되는 복수 개의 충방전 시험장치(100)는 각각 별개의 이차전지에 연결되어 개별적으로 작동하게 된다.

상기 송부신부(31)는 이차전지(200)의 비엠에스, 충전부(1) 및 방전부(2)와 정보를 교환하는 구성이다.

상기 입력표시부(32)는 사용자의 조작에 따른 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하고 이차전지의 상태를 출력하는 구성으로, 사용자가 조작버튼(321)을 터치함에 따라 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하는 입력모듈(322)과, 상기 이차전지의 상태가 디스플레이(323)에 표시되도록 하는 디스플레이모듈(324) 등을 포함한다. 상기 조작버튼(321)은 다양한 종류의 버튼이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 사용자의 편의을 위해 조그 다이얼식 버튼이 사용될 수 있다. 상기 입력모듈(322)은 사용자가 조작버튼(321)을 터치하여 입력한 충방전 조건에 따라 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하게 되는데, 예컨대 사용자는 조작버튼의 조작을 통해, 이차전지의 충전전압, 종지전압, 방전전류, 충방전 횟수를 입력하면, 상기 입력모듈(322)은 충전 전압까지 이차전지를 충전한 후, 종지전압까지 특정 방전전류로 이차전지를 방전하는 충방전 사이클을 특정 횟수로 실행하라는 작동신호를 출력하게 된다.

상기 충방전부(33)는 상기 입력표시부(32)에서 이차전지를 충방전시키라는 작동신호가 출력된 경우, 상기 충전부(1)와 방전부(2)와 정보를 교환하여 일정 회수만큼 이차전지를 충방전시키는 구성으로, 상기 입력모듈(322)에서 출력된 충전 전압까지 이차전지를 충전한 후, 종지전압까지 특정 방전전류로 이차전지를 방전하는 충방전 사이클을 특정 횟수로 실행하라는 작동신호에 따라, 상기 충전부(1)와 방전부(2)와 정보를 교환하여 일정 횟수만큼 이차전지를 충방전시키게 된다.

상기 성능확인부(34)는 이차전지의 방전 상태를 확인하여 이차전지의 상태를 확인하고, 이차전지가 이상 상태에 있다고 판단되어 복수 번의 충방전이 이루어졌음에도 이차전지의 성능이 회복되지 않는 경우 이차전지가 고장 상태에 있다고 판단하는 구성으로, 상태확인모듈(341), 정상판단모듈(342), 고장판단모듈(343), 고장예상모듈(344) 등을 포함한다. 상기 이차전지(배터리 셀)는 양극과 음극 사이에서 전해질이 서로 왔다 갔다하면서 화학반응하여 충전과 방전을 수행하는데, 철도 차량 등에서 사용되는 이차 전지는 완전 방전으로 인해 차량의 동작이 정지되는 것을 방지하기 위해 충전시에는 안전성이 확보되는 범위까지 만충전을 수행하나 차량에 전원을 공급하는 방전시에는 완전 방전을 수행하지 않고 전압이 일정 수준(예컨대, 이차전지의 만충전 전압의 대략 40%)에 이르면 다시 충전을 수행하므로, 이와 같이 계속적으로 이차 전지를 사용하는 경우 이차전지 내부의 화학적 불균형으로 인해 이차전지의 성능이 떨어지게 된다. 하지만, 이차전지에 고장(수명이 다한 경우 포함)이 발생한 경우와 달리 위와 같은 사용에 의해 이차전지의 성능이 떨어진 경우, 이차전지의 완전 충방전을 여러번 반복 실시하는 경우 이차전지의 성능이 회복되게 된다. 따라서, 본원발명은 이차전지의 방전 상태를 확인하여 이차전지가 이상 상태에 있는지 판단하고, 이차전지가 이상 상태에 있다고 판단한 경우 추가적인 충방전을 실시하여 이차전지의 성능이 회복되도록 하고 추가적인 충방전에도 성능이 회복되지 않는 경우 이차전지가 고장난 것으로 판단하게 된다.

상기 상태확인모듈(341)은 이차전지의 방전 상태를 확인하여 그 결과를 출력하는 구성으로, 이차전지의 만충전 전압에서 종지전압까지 방전시 걸리는 이차전지의 방전시간인 제1방전시간을 출력하는 제1상태모듈(341a)과, 이차전지의 만충전 전압에서 종지전압까지 방전시 걸리는 배터리 셀별 방전시간인 제2방전시간을 출력하는 제2상태모듈(341b)을 포함한다. 상기 컨트롤러가 방전부를 작동시켜 이차전지의 방전시 이차전지의 비엠에스는 배터리 셀별, 이차전지의 전압을 출력하므로 상기 상태모듈은 비엠에스로부터 정보를 수신하여 제1방전시간 및 제2방전시간을 계산하게 된다.

상기 정상판단모듈(342)은 상기 상태확인모듈(341)에서 출력된 결과를 분석하여 이차전지가 정상 상태에 있다고 판단시, 그 결과를 출력하고 상기 결과를 디스플레이에 출력되도록 하고, 충전부(1) 및 방전부(2)의 추가적인 작동이 중단되도록 하는 구성으로, 상기 제1상태모듈(341a)에서 출력된 제1방전시간을 확인하여 기설정 방전시간 비교하여 그 결과를 출력하는 제1정상모듈(342a)과, 상기 제1정상모듈(342a)에서 제1방전시간이 기설정 방전시간보다 길다는 결과가 출력된 경우 상기 제2상태모듈(341b)에서 출력된 제2방전시간을 확인하여 기설정 방전시간과 비교하여 그 결과를 출력하는 제2정상모듈(342b)과, 상기 제2정상모듈에(342b)에서 출력된 결과를 확인하여 모든 배터리 셀에서 제2방전시간이 기설정 방전시간보다 길다고 판단한 경우, 상기 이차전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하고 디스플레이모듈을 제어하여 디스플레이에 상기 정보가 표시되도록 하고 상기 충방전부를 제어하여 더 이상의 충방전이 이루어지지 않도록 하는 제3정상모듈(342c) 등을 포함한다. 예컨대, 이차전지는 10개의 배터리 셀로 이루어지고 상기 이차전지의 만충전전압이 37V이고 종지전압 10V이고 기설정 방전시간이 5시간인데, 이차전지의 만충전압에서 종지전압까지 방전 시 이차전지는 5시간보다 긴 제1방전시간을 가지고 10개이 베터리 셀 모두 5시간보다 긴 제2방전시간을 가지는 경우 상기 정상판단모듈(342)은 상기 이차전지가 정상상태에 있다고 판단하게 된다. 상기 이차전지의 충방전 횟수는 사용자에 의해 설정된 만큼 충방전이 수행되는데, 실제 사용되는 이차 전지에 대해 한 사이클의 충방전을 수행할 때 많은 시간이 소요되므로, 예컨대 4회의 충방전이 수행되도록 설정되었는데 3회차의 충방전을 수행한 후 상기 정상판단모듈은 상기 이차전지가 정상 상태에 있다고 판단하는 경우 마지막 4회차의 충방전이 이루어지지 않도록 하여 불필요한 충방전이 수행되는 것을 방지할 수 있다.

상기 고장판단모듈(343)은 특정 회차의 충방전이 이루어졌음에도 상기 정상판단모듈(342)에서 상기 이차 전지가 정상 상태에 있다는 정보를 출력하지 않은 경우, 상기 특정 회차 바로 전 회차의 충방전이 수행될 때 상기 상태확인모듈(341)이 출력한 결과와 상기 특정 회차의 충방전이 수행될 때 상기 상태확인모듈(341)이 출력한 결과를 비교하여, 방전시간의 증가폭이 일정 범위 이내인 경우, 상기 이차전지가 고장 상태에 있다는 정보를 출력하고, 상기 정보를 디스플레이에 출력되도록 하고, 충전부(1) 및 방전부(2)의 추가적인 작동이 중단되도록 하는 구성으로, 특정 회차의 충방전 수행 시 상기 정상판단모듈(342)이 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하였는지 확인하는 제1고장모듈(343a)과, 상기 제1고장모듈(343a)이 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보를 확인하지 못한 경우 상기 특정 회차의 바로 전 회차의 충방전이 수행되었는지 판단하여 바로 전 회차의 충방전이 있는 경우 상기 바로 전 회차의 충방전이 수행될 때 상기 제2상태모듈(341b)이 출력한 제2방전시간과, 상기 특정 회차의 충방전이 수행될 때 상기 제2상태모듈(341b)이 출력한 제2방전시간을 수집하는 제2고장모듈(343b)과, 배터리 셀별로 상기 제2고장모듈(343b)에서 수집된 전 회차의 제2방전시간과 특정 회차의 제2방전시간을 비교하여 시간의 증가폭이 설정범위 이내인 경우 상기 이차전지는 고장상태에 있다는 정보를 출력하는 제3고장모듈(343c)과, 상기 제3고장모듈(343c)에서 상기 이차전지는 고장상태에 있다는 정보를 출력한 경우, 디스플레이모듈을 제어하여 디스플레이에 상기 정보가 표시되도록 하고 상기 충방전부를 제어하여 더 이상의 충방전이 이루어지지 않도록 하는 제4고장모듈(343d)을 포함한다. 만약, 전 회차의 충방전이 없는 경우 특정 회차의 충방전 이후의 충방전이 이루어지게 되고, 상기 증가폭이 설정 범위를 벗어는 경우 상기 특정 회차의 충방전이 마지막 회차가 아닌 경우 상기 특정 회차의 충방전 이후의 충방전이 이루어지게 된다. 예컨대, 4회의 충방전이 수행되도록 설정되었는데 3회차(특정 회차)의 충방전을 수행한 후, 상기 정상판단모듈(342)이 상기 이차전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하지 않은 경우, 상기 고장판단모듈(343)은 2회차(바로 전 회차)의 충방전을 수행할 때 상기 제2상태모듈(341b)가 출력한 정보를 수집하고, 상기 3회차의 충방전을 수행할 때 출력된 제2방전시간과 상기 2회차의 충반전을 수행할 때 출력된 제2방전시간을 비교하여 시간의 중가폭이 일정 범위 내에 있는 경우(여러번의 충방전을 수행하여도 성능이 회복되지 않는 상태임), 고장이 발생하여 추후 충방전이 수행하여도 성능이 회복될 수 없다고 판단하여 마지막 4회차의 충방전이 이루어지지 않도록 하여, 불필요한 충방전이 수행되는 것을 방지할 수 있다.

상기 고장예상모듈(344)은 상기 정상판단모듈(342)에서 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보가 출력된 경우, 배터리 셀별로 제2방전시간을 확인하여 배터리 셀간의 제2방전시간의 차이가 설정범위를 초과하는 경우(예컨대, 베터리 셀간의 제2방전시간의 차이가 3분 이내라고 설정되어 있는데 일 배터리 셀과 타 배터리 셀간의 제2방전시간의 차이가 3분을 초과하는 경우에 해당), 향후 고장이 예상된다는 정보를 출력하고 상기 정보를 디스플레이에 출력되도록 제어한다. 배터리 셀 각각은 정상 상태에 있더라도 배터리 셀 간의 성능의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우 향우 계속적 사용시 특정 셀에서 고장이 발생할 수 있으므로, 상기 고장예상모듈(344)은 상기 이차 전지가 정상상태에 있더라도 베터리 셀간의 제2방전시간을 비교 분석하여 향후 고장이 예상되는지 판단하게 된다.

상기 저장부(35)는 상기 시험장치의 작동에 필요한 설정정보 및 상기 시험장치에서 생성되는 정보를 저장하고, 상기 제어부(36)는 상기 컨트롤러(3)의 전제적인 작동을 제어하게 된다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 충전부 2: 방전부 3: 컨트롤러
11: 배선용차단기 12: 노이즈 필터 13: AC-DC 컨버터
14: 평활회로 15: DC-DC 컨버터 16: 스너버 회로
21: 방전선로 22: 방전스위치 23: 평활회로부
24: DC-DC 컨버터 25: 부하 26: 분리선로
27: 정류기 31: 송수신부 32: 입력표시부
33: 충방전부 34: 성능확인부 35: 저장부
36: 제어부 231: 코일 232: 콘덴서
321: 조작버튼 322: 입력모듈 323: 디스플레이
324: 디스플레이모듈 341: 상태확인모듈 342: 정상판단모듈
343: 고장판단모듈 344: 고장예상모듈 341a: 제1상태모듈
341b: 제2상태모듈 342a: 제1정상모듈 342b: 제2정상모듈
342c: 제3정상모듈 343a: 제1고장모듈 343b: 제2고장모듈
343c: 제3고장모듈 343d: 제4고장모듈

Claims

이차전지를 사용할 때, 충전시에는 만충전을 수행하나 방전시에는 완전 방전을 수행하지 않고 전압이 일정 수준에 이르면 다시 충전을 수행하는 것을 반복하여, 내부의 화학적 불균형이 발생해 성능이 떨어진 이차전지의 상태 확인 및 성능 회복을 수행하는 시험장치에 있어서,
상기 시험장치는 이차전지를 충전하는 충전부와; 상기 이차전지를 방전시키는 방전부와; 상기 충전부 및 방전부의 작동을 제어하여 상기 이차전지를 복수 번 충방전시켜, 상기 이차전지의 상태를 확인하고 내부의 화학적 불균형으로 인해 떨어진 성능이 회복되도록 하는 컨트롤러;를 포함하며,
상기 컨트롤러는 사용자의 조작에 따른 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하는 입력표시부와, 상기 입력표시부에서 이차전지를 충방전시키라는 작동신호가 출력된 경우, 상기 충전부와 방전부와 정보를 교환하여 일정 회수만큼 이차전지를 충방전시켜 내부의 화학적 불균형으로 인해 떨어진 성능이 회복되도록 하는 충방전부와, 상기 이차전지의 방전 상태를 확인하여 이차전지의 상태를 확인하는 성능확인부를 포함하고,
상기 성능확인부는 이차전지의 방전 상태를 확인하여 그 결과를 출력하는 상태확인모듈과, 상기 상태확인모듈에서 출력된 결과를 분석하여 이차전지가 정상 상태에 있다고 판단시, 충전부 및 방전부의 추가적인 작동이 중단되도록 하는 정상판단모듈을 포함하며,
상기 상태확인모듈은 이차전지의 만충전 전압에서 종지전압까지 방전시 걸리는 이차전지의 방전시간인 제1방전시간을 출력하는 제1상태모듈과, 이차전지의 만충전 전압에서 종지전압까지 방전시 걸리는 배터리 셀별 방전시간인 제2방전시간을 출력하는 제2상태모듈을 포함하고,
상기 성능확인부는 상기 정상판단모듈에서 상기 이차전지는 정상 상태에 있다는 정보가 출력된 경우, 배터리 셀별로 제2방전시간을 확인하여 배터리 셀간의 제2방전시간의 차이가 설정범위를 초과하는 경우, 고장이 예상된다는 정보를 출력하는 고장예상모듈을 추가로 포함하며,
상기 방전부는 일단이 이차전지의 +단지에 연결되고 타단이 이차전지의 -단자에 연결되는 방전선로와, 상기 방전선로 상에 설치되어 방전선로를 개폐하는 방전스위치와, 상기 방전스위치 후측의 방전선로 상에 설치되는 코일 및 상기 코일 후측의 방전선로 상에 병렬로 설치되는 복수 개의 콘덴서를 포함하는 평활회로부와, 상기 평활회로부 후측의 방전선로 상에 설치되어 복수 개의 IGBT를 이용하는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터 후측의 방전선로 상에 설치되는 부하와, 전단은 상기 DC-DC 컨버터와 부하 사이의 방전선로에 연결되고 타단은 부하의 후단 방전선로에 연결되는 분기선로와, 상기 분기선로 상에 설치되어 상기 분기선로에서는 타단에서 일단으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전 시험장치.
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제1항에 있어서,
상기 충방전 시험장치는 하우징 내에 상하 적층을 통해 복수개가 위치하며, 상기 하우징의 하단에는 바퀴가 설치되어 상기 충방전 시험장치의 이동을 용이하게 할 수 있고, 상기 하우징에 상하 적층되는 복수 개의 충방전 시험장치는 각각 별개의 이차전지에 연결되어 개별적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전 시험장치.
제4항에 있어서,
상기 입력표시부는 사용자가 조작버튼을 터치함에 따라 이차전지를 충방전시키라는 작동신호를 출력하는 입력모듈과, 상기 이차전지의 상태가 디스플레이에 표시되도록 하는 디스플레이모듈을 포함하고,
상기 조작버튼은 조그 다이얼식 버튼이 사용되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전 시험장치.
제1항에 있어서,
특정 회차의 충방전이 이루어졌음에도 상기 정상판단모듈에서 상기 이차 전지가 정상 상태에 있다는 정보를 출력하지 않은 경우, 상기 특정 회차 바로 전 회차의 충방전이 수행될 때 상기 상태확인모듈이 출력한 결과와 상기 특정 회차의 충방전이 수행될 때 상기 상태확인모듈이 출력한 결과를 비교하여, 방전시간의 증가폭이 일정 범위 이내인 경우, 상기 이차전지가 고장 상태에 있다는 정보를 출력하고, 충전부 및 방전부의 추가적인 작동이 중단되도록 하는 고장판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전 시험장치.
제6항에 있어서,
상기 정상판단모듈은 상기 제1상태모듈에서 출력된 제1방전시간을 확인하여 기설정 방전시간 비교하여 그 결과를 출력하는 제1정상모듈과, 상기 제1정상모듈에서 제1방전시간이 기설정 방전시간보다 길다는 결과가 출력된 경우 상기 제2상태모듈에서 출력된 제2방전시간을 확인하여 기설정 방전시간과 비교하여 그 결과를 출력하는 제2정상모듈과, 상기 제2정상모듈에에서 출력된 결과를 확인하여 모든 배터리 셀에서 제2방전시간이 기설정 방전시간보다 길다고 판단한 경우, 상기 이차전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하고 상기 충방전부를 제어하여 더 이상의 충방전이 이루어지지 않도록 하는 제3정상모듈을 포함하는 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전 시험장치.
제7항에 있어서,
상기 고장판단모듈은 특정 회차의 충방전 수행 시 상기 정상판단모듈이 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보를 출력하였는지 확인하는 제1고장모듈과, 상기 제1고장모듈이 상기 이차 전지는 정상 상태에 있다는 정보를 확인하지 못한 경우 상기 특정 회차의 바로 전 회차의 충방전이 수행되었는지 판단하여 바로 전 회차의 충방전이 있는 경우 상기 바로 전 회차의 충방전이 수행될 때 상기 제2상태모듈이 출력한 제2방전시간과, 상기 특정 회차의 충방전이 수행될 때 상기 제2상태모듈이 출력한 제2방전시간을 수집하는 제2고장모듈과, 배터리 셀별로 상기 제2고장모듈에서 수집된 전 회차의 제2방전시간과 특정 회차의 제2방전시간을 비교하여 시간의 증가폭이 설정범위 이내인 경우 상기 이차전지는 고장상태에 있다는 정보를 출력하는 제3고장모듈과, 상기 제3고장모듈에서 상기 이차전지는 고장상태에 있다는 정보를 출력한 경우, 상기 충방전부를 제어하여 더 이상의 충방전이 이루어지지 않도록 하는 제4고장모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전 시험장치.
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