KR102689441B1 - 배터리 테스트보드 및 테스트장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 배터리 테스트장치와 연결되는 연결단자를 구비한 테스트장치 연결부; 상기 테스트장치 연결부의 일측에 구비되며, 배터리 커넥터와 연결되는 패드형 접속단자를 구비한 커넥터 연결부;를 포함하는 배터리 테스트보드를 제공한다.

Description

배터리 테스트보드 및 테스트장치{TEST BOARD AND TEST APPARATUS FOR TESTING BATTERY}
본 발명은 배터리의 성능 등을 검사하기 위한 테스트보드 및 테스트장치에 관한 것이다.
최근 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 이동 단말기의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.
또한, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 이차 전지의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
한편, 이러한 이차 전지는 주변 환경조건에 따라 출력 특성이 달라질 수 있다. 즉, 주변 온도 상태, 이차 전지에 가해지는 외부의 충격이나 진동 여부 등에 따라 이차 전지의 출력 특성이 달라질 수 있다. 따라서, 실제로 이차 전지가 사용되는 환경 조건에서, 이차 전지가 어떠한 출력 특성을 나타내는지를 미리 확인할 필요가 있다. 또한, 제조된 이차 전지가 통상적인 사용 조건에서 허용범위의 출력을 나타내는지에 대해서도 검증할 필요가 있다.
예를 들면, 이차 전지의 정격전압, 정격전류, 저항, 배터리 용량 등을 검사하기 위해 별도의 테스트보드를 이용하여 이차 전지의 기능을 테스트하게 된다. 즉, 이차 전지와 전기적으로 접속된 FPCB 접속단자를 테스트보드에 전기적으로 접속시킨 후 테스트보드를 통해 전지셀의 정격전압, 정격전류, 저항, 배터리 용량 등과 같은 전기적인 검사를 수행한다.
한편, 이러한 테스트 공정을 수행하기 위해서는, 테스트 신호를 인가하기 위하여 테스트보드에 존재하는 단자와 배터리 커넥터 간을 연결하는 과정이 필요하다.
이를 위해 기존에는 배터리 커넥터를 수커넥터 형태로 형성하고 테스트보드의 단자를 암커넥터 형태로 구비하여, 수커넥터를 암커넥터에 끼움 결합하는 소켓 방식을 채택하고 있다.
그런데 이러한 종래기술에 따른 암수커넥터의 체결방식에 따르면, 계속적인 체결 및 분리 작업에 의해 암수커넥터의 단자 등이 파손되거나 접촉 불량이 발생하며, 이와 같이 암수커넥터가 파손되면 정상적인 테스트 과정이 진행될 수 없는 문제가 있었다.
한국등록특허 제10-1718453호
본 발명의 실시예는 테스트보드와 배터리 커넥터 간의 전기적인 연결 과정을 간편하게 실행할 수 있도록 한 배터리 테스트보드 및 테스트장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 배터리 테스트보드는, 배터리 테스트장치와 연결되는 연결단자를 구비한 테스트장치 연결부; 상기 테스트장치 연결부의 일측에 구비되며, 배터리 커넥터와 연결되는 패드형 접속단자를 구비한 커넥터 연결부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 패드형 접속단자는 상기 배터리 커넥터와의 접촉면이 평면으로 이루어진 금도금층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 패드형 접속단자는 상기 테스트보드와 상기 금도금층 사이에 배치되는 탄성층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 테스트장치는, 배터리 테스트장치와 연결되는 연결단자를 구비한 테스트장치 연결부, 상기 테스트장치 연결부의 일측에 구비되며 배터리 커넥터와 연결되는 패드형 접속단자를 구비한 커넥터 연결부를 구비한 테스트보드; 상기 테스트보드가 장착되는 베이스; 상기 패드형 접속단자에 연결되는 배터리 커넥터를 구비한 배터리가 안착되는 지그; 상기 배터리 커넥터를 가압하여 상기 패드형 접속단자에 접속시키는 가압유닛;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 지그에는 배터리의 형상에 대응되도록 배터리 안착홈이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 가압유닛은, 상기 테스트보드의 일측에 승강 가능하게 구비되며, 상기 배터리 커넥터를 상기 패드형 접속단자 측으로 가압하는 가압부재; 상기 가압부재에 구동력을 제공하는 가압실린더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 테스트보드는 상기 가압유닛의 가압력을 감지하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 테스트방법은, 테스트장치에 패드형 접속단자를 갖는 테스트보드를 구비하는 단계; 배터리를 테스트 위치로 이동시키고, 배터리에 연결된 배터리 커넥터를 테스트보드에 대응 위치시키는 단계; 가압부재를 구동하여 배터리 커넥터를 테스트보드의 패드형 접속단자에 가압 접속시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 가압부재에 의한 배터리 커넥터와 패드형 접속단자 간의 접촉압력을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 패드형 접속단자의 좌표를 설정하고, 상기 가압부재의 변위가 설정 범위의 좌표를 벗어나는 경우 상기 가압부재의 변위를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 테스트보드의 패드형 접속단자와 배터리 커넥터 간의 접속을 접점 방식으로 구현함으로써, 상호 간의 접속이나 분리 시 각 단자에 가해지는 파손이나 변형 등을 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트보드를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트장치의 일부를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트장치를 이용하여 배터리를 테스트하는 상태를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여할 수 있다.
또한, 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 의미한다. 여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트보드를 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 의한 테스트보드(100)는 테스트장치 연결부(110), 커넥터 연결부(120)를 포함한다.
테스트장치 연결부(110)는 평면에서 봤을 때 대략 사각형의 인쇄회로기판일 수 있다. 테스트장치 연결부(110)의 상면 대략 중앙에는 적어도 하나 이상의 연결단자(111)가 구비될 수 있다. 연결단자(111)는 전압 측정단자(+, -), 열전도성 측정단자(TH), 정품 인증 측정단자(ID)를 포함할 수 있다.
테스트장치 연결부(110)에는 후술하는 테스트장치에 체결하기 위해 적어도 하나의 제1체결공(112)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서 제1체결공(112)은 테스트장치 연결부(110)의 양측에 2개소 형성된다.
테스트장치 연결부(110)의 일측에는 커넥터 연결부(120)가 구비된다. 커넥터 연결부(120)는 테스트장치 연결부(110)보다 작은 면적을 갖는 사각형의 인쇄회로기판일 수 있다.
커넥터 연결부(120)의 상면 대략 중앙에는 패드형 접속단자(121)가 형성된다. 커넥터 연결부(120)의 패드형 접속단자(121)는 테스트장치 연결부(110)의 연결단자(111)와 회로패턴(도시 생략)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 패드형 접속단자(121)는 전압 측정단자, 열전도성 측정단자(TH), 정품 인증 측정단자(ID) 등을 포함할 수 있다.
패드형 접속단자(121)는 평면 형태의 도전성 금속층 예컨대, 금, 구리, 니켈을 포함할 수 있다. 이때 패드형 접속단자(121)는 배터리 커넥터와의 접촉 시 접촉저항을 최소화할 수 있는 금도금층으로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 배터리의 테스트를 진행할 경우, 테스트보드(100)의 상면이 평평한 패드형 접속단자(121)에 배터리 커넥터의 단자가 접촉되므로 상호 접촉 면적이 증가되어 접촉성이 향상될 수 있다. 배터리 커넥터의 단자는 기존의 숫커넥터(Male) 형태로 형성되거나 또는 테스트보드(100)의 패드형 접속단자(121)에 대응되도록 평평한 면을 갖는 패드형 단자로 형성될 수 있다.
패드형 접속단자(121)는 탄성층을 더 포함할 수 있다. 탄성층은 테스트보드와 도전성 금속층 사이에 구비될 수 있다. 예컨대, 도전성 금속층에 숫커넥터 형태의 배터리 커넥터가 가압 접촉될 경우 접촉 압력이 정상적으로 조정되지 않으면 도전성 금속층 또는 배터리 커넥터에 파손의 위험이 있을 수 있다. 탄성층은 배터리 커넥터와 도전성 금속층의 접촉 시 탄성력을 제공하여 도전성 금속층의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 테스트보드(100)는 압력센서를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 압력센서는 테스트보드(100) 하부에 배치될 수 있으며, 가압유닛의 가압력을 제어부에 피드백함으로써 실시간으로 가압력을 조정할 수 있다.
배터리 커넥터는 후술하는 테스트장치의 가압유닛에 의해 패드형 접속단자 측으로 가압됨으로써 패드형 접속단자와 배터리 커넥터 간의 접속이 견고하면서도 안정적으로 이루어질 수 있다.
결국, 종래기술에서는 테스트보드와 배터리 커넥터 간에 핀-소켓 방식의 접촉 방식을 채택하였으나, 일 실시예에서는 테스트보드(100)와 배터리 커넥터 간에 면접촉 방식이 적용됨으로써 상호 간의 접촉성을 향상시키고 안정적인 접속을 가능케 하여 각 단자의 파손이나 변형 등을 최소화할 수 있다. 따라서, 테스트보드(100)의 반영구적인 사용이 가능할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트장치를 도시한 것이다.
전기 에너지를 이용하는 자동차, 스마트폰 등의 디바이스는 배터리의 성능이 디바이스의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 배터리의 성능이 뛰어나야 한다. 이에 따라 각 배터리의 전압, 전류 등을 측정하여 각 배터리의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 테스트장치가 필요하다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 일 실시예에 의한 테스트장치(200)는 테스트보드(100), 베이스(210), 지그(220), 가압유닛(230)을 포함한다.
테스트보드(100)는 평면 형태의 패드형 접속단자(121)를 가지며, 이러한 구성은 상술한 바와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
베이스(210)는 테스트보드(100) 및 지그(220)가 안착될 수 있는 공간을 제공한다. 일예로, 베이스(210)에는 일 실시예에 의한 테스트보드(100)가 안착 결합되도록 보드 안착부(211)가 구비된다. 테스트보드(100)는 제1체결공을 통해 삽입된 스크류나 리벳 등의 고정부재를 매개로 보드 안착부(211)에 고정 결합될 수 있다.
지그(220)는 내부에 배터리(10)를 수용하는 공간을 제공할 수 있다. 예컨대, 지그(220)의 중앙에는 배터리 안착홈(221)이 하측 방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 배터리 안착홈(221)은 배터리(10)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 여기서, 배터리는, 배터리셀 그 자체이거나, 배터리셀이 케이싱된 것을 포함할 수 있다.
지그(220)는 베이스(210)에 착탈 가능하게 결합된다. 예컨대, 지그(220)는 평면에서 봤을 때 대략 사각형의 판형으로 형성되고, 지그(220)의 각 모서리 부분에는 제2체결공(222)이 형성되며, 각 제2체결공(222)에는 스크류나 리벳 등의 고정부재가 삽입됨으로써 지그(220)는 베이스(210)에 결합될 수 있다.
따라서, 테스트하고자 하는 배터리(10)의 종류가 다양하더라도 각 배터리의 형태와 대응되도록 제작된 지그(220)를 베이스(210)에 교체 장착함으로써 다양한 종류의 배터리 검사를 수행할 수 있게 된다.
가압유닛(230)은 수평 및 수직 이동 가능한 가압부재(231), 가압부재를 승강시키는 가압실린더(232)를 포함한다. 가압부재(231)는 대략 판형으로 형성되며, 배터리 커넥터(20)를 테스트보드(100) 측으로 가압한다. 가압실린더(232)는 가압부재(231)에 구동력을 제공하며, 가압부재(231)는 가압실린더(232)로부터 제공된 구동력에 의해 승강 운동한다. 가압실린더(232)는 가압부재(231)의 상측에 배치되는 공압실린더일 수 있다.
가압실린더(232)는 배터리 커넥터(20)에 손상이 가지 않고 기능이 정확하게 측정되는 조건을 찾아 설정될 필요가 있다. 즉, 배터리의 내부저항(Internal Resistance)은 mohm 단위로 아주 예민하므로, 가압실린더(232)를 통해 지속적으로 측정 값에 편차가 있을 경우 해당 값만큼 가압실린더(232)의 설정값을 조정할 필요가 있다. 따라서, 가압유닛(230)에 의한 배터리 커넥터(20)와 패드형 접속단자(121) 간의 접촉압, 가압유닛(230)의 변위 등을 통계 처리하여 설정 범위를 벗어나는 경우마다 가압유닛(230)의 압력 및 변위 등을 조정하는 것이 바람직하다.
배터리(10)의 테스트공정을 진행하기 전의 가압부재(231)는 테스트보드(100)의 상측에 충분한 간격을 두고 배치되며, 배터리 커넥터(20)를 테스트보드(100)의 패드형 접속단자(121)에 대응되도록 위치한 후 가압실린더(232)를 구동하면 가압부재(231)가 하강하여 배터리 커넥터(20)를 하측 즉, 테스트보드(100) 측으로 가압하게 된다. 이에 따라 배터리 커넥터(20)의 단자와 테스트보드(100)의 패드형 접속단자는 상호 간에 별도의 체결 과정 없이 접속될 수 있다.
이때, 테스트보드의 패드형 접속단자의 좌표는 제어부에 저장된 상태에서, 가압부재는 설정된 좌표에 맞게 이동 및 승강할 수 있다.
또한, 배터리 커넥터(20)와 테스트보드(100)는 상호 간에 체결된 상태가 아니므로 배터리(10)에 대한 테스트가 완료된 후에는 가압부재(231)를 상승시킴으로써 테스트보드(100)로부터 배터리 커넥터(20)를 간편하게 분리할 수 있다. 이에 따라 테스트보드(100)의 패드형 접속단자(121)가 손상되거나 변형되는 등의 제반 문제를 해소할 수 있다.
일 실시예에 의한 테스트장치(200)는, 테스트하고자 하는 배터리(10) 및 배터리 커넥터(20)를 진공 흡착하여 지그(220)에 안착시키는 진공흡착유닛(도시 생략)을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 의한 테스트장치(200)는, 진공흡착유닛에 의해 이송되어 지그(220)에 안착된 배터리의 얼라인 상태를 감지하는 얼라인 감지센서(도시 생략)를 더 포함할 수 있다. 얼라인 감지센서는 지그 또는 베이스에 설치되어 배터리의 안착 상태를 감지하고, 배터리가 정위치에 얼라인되지 않을 경우 제어부(도시 생략)에 신호를 전송하여 테스트 작업이 진행되지 않도록 설정될 수 있다. 따라서, 테스트 오류를 최소화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 테스트보드 110; 테스트장치 연결부
111; 연결단자 112; 제1체결공
120; 커넥터 연결부 121; 패드형 접속단자
200; 테스트장치 210; 베이스
211; 보드 안착부 220; 지그
221; 배터리 안착홈 222; 제2체결공
230; 가압유닛 231; 가압부재
232; 가압실린더

Claims (10)

  1. 배터리 테스트보드에 있어서,
    배터리 테스트장치와 연결되는 연결단자를 구비한 테스트장치 연결부;
    상기 테스트장치 연결부의 일측에 구비되며, 배터리 커넥터와 연결되는 패드형 접속단자를 구비한 커넥터 연결부;
    를 포함하며,
    상기 패드형 접속단자는 상기 배터리 커넥터와의 접촉면이 평면으로 이루어진 도전성 금속층을 포함하고,
    상기 테스트보드와 상기 배터리 커넥터는 면접촉 방식인 배터리 테스트보드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패드형 접속단자는 상기 테스트보드와 상기 도전성 금속층 사이에 배치되는 탄성층을 더 포함하는 배터리 테스트보드.
  4. 배터리 테스트장치에 있어서,
    배터리 테스트장치와 연결되는 연결단자를 구비한 테스트장치 연결부, 상기 테스트장치 연결부의 일측에 구비되며 배터리 커넥터와 연결되는 패드형 접속단자를 구비한 커넥터 연결부를 구비한 테스트보드;
    상기 테스트보드가 장착되는 베이스;
    상기 패드형 접속단자에 연결되는 배터리 커넥터를 구비한 배터리가 안착되는 지그;
    상기 배터리 커넥터를 가압하여 상기 패드형 접속단자에 접속시키는 가압유닛;
    을 포함하며,
    상기 패드형 접속단자는 상기 배터리 커넥터와의 접촉면이 평면으로 이루어진 도전성 금속층을 포함하고,
    상기 테스트보드와 상기 배터리 커넥터는 면접촉 방식인 배터리 테스트장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지그에는 배터리의 형상에 대응되도록 배터리 안착홈이 구비되는 배터리 테스트장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가압유닛은,
    상기 테스트보드의 일측에 승강 가능하게 구비되며, 상기 배터리 커넥터를 상기 패드형 접속단자 측으로 가압하는 가압부재;
    상기 가압부재에 구동력을 제공하는 가압실린더;
    를 포함하는 배터리 테스트장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 테스트보드는 상기 가압유닛의 가압력을 감지하는 압력센서를 더 포함하는 배터리 테스트장치.
  8. 제1항에 있어서,
    지그에 안착된 배터리의 얼라인 상태를 감지하는 얼라인 감지센서를 더 포함하는 배터리 테스트보드.
  9. 배터리 테스트방법에 있어서,
    테스트장치에 패드형 접속단자를 갖는 테스트보드를 구비하는 단계;
    배터리를 테스트 위치로 이동시키고, 배터리에 연결된 배터리 커넥터를 테스트보드에 대응 위치시키는 단계;
    가압부재를 구동하여 배터리 커넥터를 테스트보드의 패드형 접속단자에 가압 접속시키는 단계;
    를 포함하며,
    상기 패드형 접속단자는 상기 배터리 커넥터와의 접촉면이 평면으로 이루어진 도전성 금속층을 포함하고,
    상기 테스트보드와 상기 배터리 커넥터는 면접촉 방식인 배터리 테스트방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가압부재에 의한 배터리 커넥터와 패드형 접속단자 간의 접촉압력을 조정하는 단계를 더 포함하는 배터리 테스트방법.
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