KR102553999B1 - 배터리 테스트 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예의 배터리 테스트 장치는, 고온의 열이 발생되는 히터부가 구비되는 폭파실과, 상기 폭파실 하측에 구성되어 테스트 대상의 배터리를 지지하기 위한 배터리 홀더가 구성되고, 상기 배터리를 상측의 폭파실 상승시키는 역할을 하는 로딩실과, 상기 폭파실 내에서의 폭파 테스트를 수행하기 전 상기 배터리를 소정 온도까지 예열하는 오븐실과, 상기 오븐실 상측에 구성되어 상기 오븐실, 로딩실 및 폭파실의 동작을 설정하고 제어할 수 있도록 구성된 조작 패널을 포함한다.

Description

배터리 테스트 장치{Apparatus for testing battery}
본 발명은 배터리 테스트 장치에 관한 것으로서, 특히, 테스트 대상의 배터리를 폭파시켜 폭파 때의 조건을 확인하고, 이를 통해 제조된 배터리의 성능을 확인할 수 있는 장치에 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 이온 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이온 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
따라서, 배터리를 가능한 오래 사용하기 위해서는 과냉, 과열, 과충전, 과방전 등 배터리의 수명 악화를 가속화하는 상황으로부터 배터리를 보호하는 것이 요구된다. 이를 위해, BMS(Battery Management System)에는 충전 종지 전압, 종지 전압 등이 설정된다. 예컨대, BMS는 배터리의 단자 전압이 종지 전압에 도달하면, 배터리와 연결된 전류 경로를 차단하여, 배터리가 더 이상 방전되지 않도록 제어할 수 있다.
그런데, 배터리는 자가 방전 및/또는 충방전 횟수의 증가 등에 따라 전기화학적 반응에 관여하는 화학물질의 비가역적인 소실 즉, 퇴화가 진행되며, 이에 따라 주요한 두 가지 현상이 일어난다. 이 중 하나는 내부 저항의 증가이고, 다른 하나는 실제 용량의 감소이다.
특히, 전기 자동차용 배터리의 경우, 운행에 따른 진동이 지속적으로 발생하고, 충돌 사고시에는 배터리에도 큰 충격이 가해지고, 이로 인해 배터리가 폭발할 가능성이 높다.
본 발명은 전기 자동차용 배터리에 있어서 폭발 조건을 확인할 수 있는 장치를 제안하고자 하며, 기존에는 배터리의 충전과 방전에 관한 테스트만 진행되어 실제 전기 자동차에 적용시에 과열로 인한 성능 테스트를 할 수 없는 문제점을 해결하고자 한다.
실시예의 배터리 테스트 장치는, 고온의 열이 발생되는 히터부가 구비되는 폭파실과, 상기 폭파실 하측에 구성되어 테스트 대상의 배터리를 지지하기 위한 배터리 홀더가 구성되고, 상기 배터리를 상측의 폭파실 상승시키는 역할을 하는 로딩실과, 상기 폭파실 내에서의 폭파 테스트를 수행하기 전 상기 배터리를 소정 온도까지 예열하는 오븐실과, 상기 오븐실 상측에 구성되어 상기 오븐실, 로딩실 및 폭파실의 동작을 설정하고 제어할 수 있도록 구성된 조작 패널을 포함한다.
그리고, 상기 로딩실 내에는 배터리 이동 수단이 구성되고, 상기 배터리 이동 수단은 상하 이동이 가능하도록 구성된 실린더와, 상기 실린더 상에 구성되어 내측에 배터리를 수용할 수 있도록 구성된 배터리 홀더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 폭파실 내에는 상기 배터리를 고온으로 가열시킨 뒤 폭파되도록 하기 위한 가열 수단이 구성되고, 상기 가열 수단은, 중심부가 관통된 원통형의 모양을 갖는 히터부와, 상기 히터부의 관통된 부위에 결합되고 상기 배터리가 상하 이동이 가능할 정도의 홀을 갖는 폭파 완충 튜브와, 상기 히터부 내에 구성되어 히터부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 폭파 완충 튜브는 니켈 또는 구리로 이루어지면서, 소정 두께를 갖으면서 상기 히터부의 중심에 형성된 홀 내에 끼워지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 온도 센서는 상기 히터부 내에 3개 구성되고, 상기 폭파실 내에는 기설정된 충격을 감지하기 위한 충격 센서가 구성되고, 상기 조작 패널은 상기 충격 센서에 의해 상기 배터리의 폭파가 감지되는 때에 상기 온도 센서에 의해 측정되는 온도를 기록 및 저장하여 두는 것을 특징으로 한다.
실시예의 테스트 장치에 의해서, 배터리의 폭파 조건, 온도를 테스트할 수 있으며, 배터리 폭파에 의한 위험 조건을 미리 예견하여 전기 자동차 등의 제품에 적용시 이용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 배터리 테스트 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 테스트 장치의 로딩실과 폭파실의 구성을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 배터리 테스트 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예의 테스트 장치(1)는 고온의 열이 발생되는 히터가 구비되는 폭파실(40)과, 상기 폭파실(40) 아래에 구성되어 테스트 대상의 배터리를 사용자가 수납시킨 경우에 해당 배터리를 상측의 폭파실(40) 내부로 이송/상승시키는 역할을 하는 로딩실(30)과, 상기 폭파실(40) 내에서의 고온 테스트를 수행하기 전 테스트 대상의 배터리를 소정 온도까지 예열하는 오븐실(20)과, 상기 오븐실(20) 상측에 구성되어 상기 오븐실(20), 로딩실(30) 및 폭파실(40)의 동작을 설정하고 제어할 수 있도록 구성된 조작 패널(10)을 포함한다.
그리고, 상기 폭파실(40) 상측에는 내부에서 배터리의 폭발이 이루어진 경우에 발생하게 되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 배출 수단(50)이 구성된다.
상기 조작 패널(10)은 로딩실(30) 내에 구성된 상하 이동 실린더의 타이머를 조작하고, 실린더의 상하 이동을 조작하기 위한 조작부와, 핫존이라고 할 수 있는 폭파실(40)내에 구성되는 히터부의 서로 다른 위치에 구성된 온도 센서들에 의해 측정되는 온도가 표시되는 온도표시부와, 폭파실(40) 내의 히터부의 온도가 기설정된 기준 온도를 초과하는 경우에 이를 사용자에게 알리기 위한 알림부와, 오븐실의 동작 온도를 제어하기 위한 조작부 등이 구성된다.
상기 오븐실(20)은 테스트 대상의 배터리를 예열하기 위한 공간으로서, 온도가 매우 낮은 배터리가 폭파실(40) 내에서 고온으로 가열될 경우에 발생되는 사고를 방지하기 위하여, 미리 설정된 온도, 예를 들면, 80℃ 이하의 온도로 배터리를 예열하는 공간이다.
상기 로딩실(30)은 예열된 배터리를 수납 및 고정시키고, 사용자의 조작 내지는 프로그램된 시간과 순서에 따라 해당 배터리를 상측의 폭파실(40)로 안내하는 역할을 수행하며, 상기 로딩실(30)과 폭파실(40)은 배터리의 상하 이동이 가능하게 구성되어 있으며, 이에 대해서는 도 2와 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하여 본다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 테스트 장치의 로딩실과 폭파실의 구성을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 실시예의 로딩실(30) 내에는 배터리 이동 수단(300)이 구성되고, 상기 배터리 이동 수단(300)은 상하 이동이 가능하도록 구성된 실린더(310)와, 상기 실린더(310) 상에 구성되어 내측에 배터리를 수용할 수 있도록 구성된 배터리 홀더(320)를 포함한다.
사용자는 앞선 오븐실(20)에서 예열된 배터리를 상기 배터리 홀더(320) 내에 수납시킴으로써, 배터리 폭파 테스트를 위한 준비를 완료한다.
그리고, 상기 조작 패널(10)을 통해 사용자가 입력한 시간이나, 조건에 따라 상기 실린더(310)의 실린더 연결바(311)가 상측으로 상승하게 되면, 상기 배터리 홀더(320) 내에 수용된 배터리 역시 점차 상승하면서, 상기 폭파실(40)의 히터부(410) 내부로 삽입될 수 있다.
상기 폭파실(40)을 구성하는 가열 수단은, 중심부가 관통된 원통형의 모양을 갖는 히터부(410)와, 상기 히터부(410)의 관통된 부위에 결합되고 내측에서 배터리가 상하 이동이 가능할 정도의 홀을 갖는 폭파 완충 튜브(420)와, 상기 히터부(410) 내에 구성되어 히터부의 온도를 측정하기 위한 3개의 온도 센서를 포함한다.
상기 히터부(410)는 내부에 코일히터가 구성되어 코일의 가열을 통해 높은 온도까지 상승하게 되며, 실시예에 따라 다양하게 그 온도를 설정할 수 있다. 예를 들면, 1,000℃까지 상승시켜 관통된 홀 내에 위치한 배터리의 폭파 테스트를 진행할 수 있다.
상기 히터부(410) 중심에 형성된 홀 내에는 소정 두께를 갖으면서 배터리가 내부 홀에 수용될 수 있는 형상으로 이루어진 폭파 완충 튜브(420)가 구성되는데, 상기 폭파 완충 튜브(420)는 구리 또는 니켈로 이루어지거나, 구리와 니켈의 합금으로 이루어진다. 상기 폭파 완충 튜브(420)는 내측 중심부의 관통홀 내에서 배터리가 폭파하는 경우에 폭파 충격이나 파편이 히터부(410) 내주면에 직접 가해지지 않도록 완충하는 역할을 수행하며, 배터리의 테스트 횟수에 따라 그 교체가 용이하도록 폭파 완충 튜브(420)를 상기 히터부(410) 내측 관통홀에 억지끼움으로 끼울 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 히터부(410) 내에는 복수개, 예를 들면, 3개의 온도 센서가 서로 다른 위치에 배치될 수 있으며, 이러한 온도 센서들에 의해 측정되는 온도는 히터부의 가열 온도를 확인하는 것과 함께, 배터리 폭파시의 온도를 사용자가 확인할 수 있도록 하는 역할도 수행한다. 이를 위해, 상기 온도 센서 이외에 폭파 여부를 감지하기 위한 충격 센서가 상기 폭파실(40) 내에 구성되고, 충격 센서에 의한 폭파 감지시에 해당 온도 센서의 측정된 온도를 백업하여 둠으로써, 사용자는 보다 정확히 폭파 온도를 기록하여 둘 수 있다.
전술한 바와 같은 실시예의 테스트 장치에 의해서, 배터리의 폭파 조건, 온도를 테스트할 수 있으며, 배터리 폭파에 의한 위험 조건을 미리 예견하여 전기 자동차 등의 제품에 적용시 이용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 고온의 열이 발생되는 히터부가 구비되는 폭파실과,
    상기 폭파실 하측에 구성되어 테스트 대상의 배터리를 지지하기 위한 배터리 홀더가 구성되고, 상기 폭파실 아래에 구성되어 상기 배터리를 상측의 상기 폭파실 내부로 이송시키는 역할을 수행하는 로딩실과,
    상기 폭파실 내에서의 폭파 테스트를 수행하기 전 상기 배터리를 소정 온도까지 예열하는 오븐실과,
    상기 오븐실 상측에 구성되어 상기 오븐실, 로딩실 및 폭파실의 동작을 설정하고 제어할 수 있도록 구성된 조작 패널을 포함하고,
    상기 로딩실 내에는 배터리 이동 수단이 구성되고,
    상기 배터리 이동 수단은 상하 이동이 가능하도록 구성된 실린더와, 상기 실린더 상에 구성되어 내측에 배터리를 수용할 수 있도록 구성된 배터리 홀더를 포함하고,
    상기 폭파실 내에는 상기 배터리를 고온으로 가열시킨 뒤 폭파되도록 하기 위한 가열 수단이 구성되고,
    상기 가열 수단은, 중심부가 관통된 원통형의 모양을 갖는 히터부와, 상기 히터부의 관통된 부위에 결합되고 상기 배터리가 상하 이동이 가능할 정도의 홀을 갖는 폭파 완충 튜브와, 상기 히터부 내에 구성되어 히터부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 테스트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폭파 완충 튜브는 니켈 또는 구리로 이루어지면서, 소정 두께를 갖으면서 상기 히터부의 중심에 형성된 홀 내에 끼워지는 것을 특징으로 하는 배터리 테스트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 히터부 내에 3개 구성되고,
    상기 폭파실 내에는 기설정된 충격을 감지하기 위한 충격 센서가 구성되고,
    상기 조작 패널은 상기 충격 센서에 의해 상기 배터리의 폭파가 감지되는 때에 상기 온도 센서에 의해 측정되는 온도를 기록 및 저장하여 두는 것을 특징으로 하는 배터리 테스트 장치.

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