KR20130043478A

KR20130043478A - 배터리 관통 실험 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130043478A
Application number: KR1020110107644A
Authority: KR
Inventors: 이승병; 신동석; 신영준; 최상규; 정호섭; 유인선
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-30

Abstract

본 발명은 배터리의 관통 깊이를 제어할 수 있는 배터리 관통 실험 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치는, 테스트 대상이 되는 배터리를 가압하여 관통시키는 네일; 상기 배터리를 지지하며, 상기 배터리를 관통하고 나온 네일의 일부가 수용되는 수용구를 포함하는 지지대; 상기 배터리를 관통시키기 위해 지지대 또는 네일을 이동시키는 이동부; 상기 배터리를 관통하고 나온 네일의 길이를 센싱하는 센서부; 및 상기 센서부에서 센싱된 네일의 길이가 미리 설정한 관통 깊이에 도달되면 배터리의 관통이 정지될 수 있도록 상기 이동부를 제어하는 제어부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 테스트 대상 배터리를 다양한 깊이로 관통하여 관통 깊이에 따른 배터리의 내부 단락 안정성을 용이하게 평가할 수 있다.

Description

배터리 관통 실험 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PENETRATION TEST OF BATTERY}

본 발명은 이차전지의 안전성을 평가하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 관통 깊이를 설정할 수 있는 구조가 도입된 배터리 관통 실험 장치 및 방법에 관한 것이다.

모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 각형이나 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도와 단위 시간 당 방전 용량이 높은 리튬 계열의 이차전지에 대한 수요가 높다.

이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 이차전지의 안전성을 향상시키는데 있다. 리튬 이차전지는 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열로 인해 전해질 분해 반응과 열폭주 현상이 발생할 경우 전지 내부의 압력이 급격히 상승하여 전지의 폭발이 유발될 수 있다.

특히, 리튬 이차전지의 내부 단락은 네일 같이 날카로운 물체가 이차전지의 외부케이스를 뚫고서 내부의 전극판을 관통하는 직접적인 충격에 의해서 일어날 수 있다. 이때 단락된 양극판과 음극판에서는 각 전극판에 저장되어 있던 높은 전기 에너지가 순식간에 도전되므로 과충전이나 과방전과 같은 다른 안전 사고와 달리 폭발의 위험이 높다. 폭발은 단순히 이차전지가 파손되는 것 이외에 사용자에게 치명적인 피해를 가할 수 있으므로 이차전지 설계자는 단락에 의한 폭발 현상으로부터 안전성을 확보할 수 있도록 다양한 측면에서 이차전지 설계 기술을 개발할 필요가 있다.

한편, 새로운 설계 기술이 적용되어 양산된 이차전지는 내부 단락으로 인한 폭발 방지 설계가 얼마나 잘 이루어졌는지 평가 하는 안전성 평가 시험을 거치게 된다. 이차전지의 안전성 항목 중 내부 단락시의 발열 거동을 평가하는 전지 평가 시험은, 리튬 전지를 위한 UL규격(UL 1642), 일본 전지 공업회 지침(SBA G1101-1997 리튬 이차전지 안전성 평가 기준 가이드 라인)등과 같은 규격서에 정의되어 있다.

상기 전지 평가 시험들은 이차전지 표면으로 무거운 물체를 낙하시키거나 이차전지를 네일로 관통하여 내부 단락을 유발한 후 안전성이 보증될 수 있는지를 확인하는 시험들이다. 그런데 종래의 규격서에는 낙하시키는 물체의 높이, 무게 및 낙하 속도, 네일의 직경 등에 관한 사항만 간단하게 정하고 있는 실정이다.

이차전지는 다양한 제품 군에 적용되어 다양한 환경에서 사용된다. 그런데 상기 규격서는 동일한 환경에서의 단락 평가 시험만을 정의하고 있으므로 다변하는 이차전지의 사용환경을 고려한 실질적인 안전성 평가 시험 기준을 제시하고 있다고 볼 수 없다.

예를 들어, 이차전지를 탑재한 전기 자동차의 충돌 사고 시 이차전지 주변에있는 자동차 부품 중 첨부가 있는 금속 부품에 의해 이차전지가 관통되어 이차전지 내부에서 단락이 발생될 수 있다. 이때 운전자의 안전을 확보하기 위해서는 내부 단락이 유발되더라도 열폭주 현상으로 인한 폭발이 일어나지 않거나 내부 단락으로 인한 발열 반응이 느린 속도도 진행 되어야 한다. 따라서, 이차전지의 관통 안전성을 평가할 때에는 관통 깊이에 따라 발열량을 측정하고 폭발 발생 여부를 평가하는 것이 보다 더 실질적인 안정성 평가 방법이라 할 수 있다.

이에 따라 네일을 이용한 이차전지 관통 실험의 경우, 네일이 관통한 깊이에 따라 이차전지의 저항 증가 정도와 발열 정도를 평가할 수 있도록 관통 깊이에 따른 이차전지의 안정성 평가 실험을 용이하고 정확하게 실행할 수 있는 관통 실험 장치 및 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 고려하여 착안된 것으로서, 배터리의 관통 깊이를 제어할 수 있는 배터리 관통 실험 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치는, 테스트 대상이 되는 배터리를 가압하여 관통시키는 네일; 상기 배터리를 지지하며, 상기 배터리를 관통하고 나온 네일의 일부가 수용되는 수용구를 포함하는 지지대; 상기 배터리를 관통시키기 위해 지지대 또는 네일을 이동시키는 이동부; 상기 배터리를 관통하고 나온 네일의 길이를 센싱하는 센서부; 및 상기 센서부에서 센싱된 네일의 길이가 미리 설정한 관통 깊이에 도달되면 배터리의 관통이 정지될 수 있도록 상기 이동부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

상기 센서부의 일예로서는, 서로 대향하는 적외선 발신부 및 적외선 수신부;

상기 적외선 발신부 및 적외선 수신부가 설치된 센서 지지대; 및 상기 제어부의 위치 이동 신호에 따라 상기 적외선 발신부와 상기 적외선 수신부의 위치를 상기 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱 지점으로 이동시키는 센서 위치 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서부의 다른 예로서는, 상기 네일 헤드의 접촉에 의해 상기 위치 검출 신호를 출력하는 압전 센서; 상기 압전 센서가 마운트된 센서 지지대; 및 상기 제어부의 위치 이동 신호에 따라 상기 압전 센서의 위치를 상기 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱 지점으로 이동시키는 상기 센서 위치 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치는, 상기 배터리의 테스트 수행자로부터 상기 관통 깊이를 입력 받는 입력부;를 더 포함한다. 이때, 상기 제어부는 상기 입력된 관통 깊이에 따라 상기 이동부를 제어한다.

더 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 관통 깊이 데이터를 저장하는 메모리부를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치는, 배터리의 성질을 측정하여 이에 대응되는 센싱 신호를 상기 제어부에 제공하는 배터리 성질 측정 장치를 포함하는 배터리 측정기의 일 구성이 될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 성질 측정 장치는 배터리의 저항, 온도, 폭발 여부 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 감지할 수 있는 각각의 센서를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 네일, 네일이 수용되는 수용구를 포함하는 지지대, 이동 가능하게 설치되며 상기 네일 검출 신호를 출력하는 센서부, 상기 네일 또는 상기 지지대를 이동시키는 이동부 및 제어부를 포함하는 장치에서 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 방법은, 미리 설정한 관통 깊이에 대응되도록 상기 센서부를 이동시켜 센싱 지점을 조정하는 단계; 및 상기 네일 검출 신호를 모니터링하면서 상기 이동부의 제어를 통해 상기 네일이 상기 지지대에 로딩된 배터리를 관통하여 상기 센싱 지점에 도달될 때까지 상기 네일의 이동을 제어하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 배터리 관통 실험 방법은, 상기 배터리의 테스트를 수행하는 사용자로부터 상기 관통 깊이에 관한 설정 값을 입력 받는 단계;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치가 배터리의 성질을 측정할 수 있는 배터리 성질 측정 장치를 포함하는 배터리 측정기의 일 구성인 경우, 배터리 성질 측정 장치로부터 배터리의 성질에 관한 정보를 수신할 수 있으며, 상기 배터리 성질 측정 장치가 배터리의 성질에 관한 측정값을 상기 제어부에 제공하는 단계; 및 상기 배터리 성질 측정값을 이용하여 상기 네일이 배터리를 관통하는 도중 폭발 위험이 감지되면 이동부에 정지 신호를 송신하는 단계;를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 테스트 대상 배터리를 다양한 깊이로 관통하여 다양한 관통 깊이에서 배터리의 내부 단락 시험을 시행할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 테스트 대상 배터리의 종류, 배터리 케이스의 강도, 배터리의 두께 등에 관계없이 동일한 깊이로 관통 시험을 시행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 안전성에 관한 평가 항목 중 관통 깊이에 따른 이차전지의 안전성 평가 기준을 새롭게 제시할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 관통 실험 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 장치 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 센서부가 적외선을 이용하여 네일(120) 헤드의 위치를 감지할 경우의 장치 구성도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따라 센서부가 압전 소자를 이용하여 네일 헤드의 위치를 감지할 경우의 장치 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관통 실험 방법의 흐름을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관통 실험 방법의 흐름을 순차적으로 나타낸 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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관통 실험 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 장치 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치(100)는 네일(120), 지지대(130), 이동부(160), 센서부(150) 및 제어부(180)를 포함한다.

먼저, 네일(120)은 배터리 관통 실험 수행시 테스트 대상이 되는 배터리(110)의 어느 한 부분을 가압하여 관통시킨다. 상기 네일(120)의 길이와 직경은 리튬 전지를 위한 UL규격(UL 1642), 일본 전지 공업회 지침(SBA G1101-1997 리튬 이차전지 안전성 평가 기준 가이드 라인)에 따를 수 있으며, 테스트 수행자의 다양한 설정에 따라 네일(120)의 길이와 직경은 얼마든지 변경될 수 있다.

상기 테스트 대상이 되는 배터리(110)는 이차전지로서, 전지의 형상 면에서는 캔형, 파우치형 이차전지 등이 될 수 있으며, 재료 면에서는 리튬 계열, 납, 니켈 카드뮴 등이 될 수 있다. 그러나 본 발명의 테스트 대상 배터리(110)가 이에 한정되지 않는 것은 자명하다.

상기 지지대(130)는 상기 네일(120)이 배터리(110)를 관통할 수 있도록 관통 실험 수행시 상기 배터리(110)를 지지한다. 상기 지지대(130)에는 배터리(110)를 관통하고 나온 네일(120)의 헤드를 포함한 일부가 수용될 수 있는 수용구(140)를 포함한다. 본 실시예에서는 수용구(140)가 일정한 깊이를 가지고 상기 지지대(130)의 중앙에 위치하고 있다. 그러나 상기 수용구(140)의 크기, 깊이, 위치는 배터리(110)를 관통하고 나온 네일(120)의 일부가 충분히 수용될 수 있으면 족하다.

상기 이동부(160)는 상기 배터리(110)를 관통시키기 위해 지지대(130) 또는 네일(120)을 상하로 이동시키는 수단이다. 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에는 지지대(130)의 하부에 위치한 중심축(170)상에 이동부(160)가 배치된 모습을 도시하였다. 그러나 이동부(160)는 상기 지지대(130)의 하부뿐만 아니라 측면, 상부 어디든 상기 지지대(130)가 이동하여 상기 네일(120)이 배터리(110)를 관통할 수 있게 이동시킬 수 있다면, 이동부(160)의 배치 위치는 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. 나아가, 상기 이동부(160)는 상기 지지대(130)가 아니라 상기 네일(120)을 상하로 이동시킬 수도 있으며, 이를 위해 상기 이동부(160)에서 발생되는 구동력을 상기 네일(120)에 잘 전달할 수 있도록 상기 이동부(160)의 위치가 적절하게 조정될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

상기 센서부(150)는 상기 배터리(110)를 관통하고 나온 네일(120)의 길이를 센싱하여 네일 검출 신호를 출력한다. 상기 센서부(150)는 상기 수용구(140)내에 위치한다. 그러나 상기 센서부(150)는 상기 배터리(110)를 관통하고 나온 네일(120)의 길이를 센싱할 수 있는 위치라면 수용구(140)의 외부에 배치되는 것도 가능하다.

상기 센서부(150)는 네일(120)의 헤드를 검출할 수 있는 다양한 타입의 센서와, 미리 설정된 관통 깊이에 대응하는 센싱지점으로 상기 센서를 이동시키는 구동 수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 배터리의 테스트 수행자는 배터리의 관통 깊이에 관한 설정 값을 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치에 입력할 수 있다. 여기서, 상기 관통 깊이에 관한 설정 값은 배터리 관통 실험이 수행될 때 상기 배터리(110)를 관통하고 나온 네일(120)의 길이를 의미한다. 상기 관통 깊이에 관한 설정 값이 입력되면, 상기 센서부(140)는 구동 수단을 이용하여 상기 설정 값에 따른 네일(120) 길이에 대응되는 센싱지점으로 센서를 이동시킨다. 상기 센서는 배터리(110)를 관통하고 나온 네일(120)의 헤드가 상기 센싱 지점에 도달하면 네일 검출 신호를 출력한다. 따라서, 배터리 관통 실험이 수행되는 동안 상기 네일(120)이 미리 설정된 관통 깊이에 도달하였다는 것을 상기 센서부(150)에 의해 감지가 가능하다.

상기 제어부(180)는 네일(120)이 배터리(110)를 관통할 수 있도록 상기 이동부(160)를 제어한다. 상기 네일(120)이 배터리(110)를 관통하고 미리 설정된 관통 깊이에 대응하는 상기 센서부(150)의 센싱지점에 도달하면, 상기 센서부(150)는 네일 검출 신호를 제어부(180)에 송신한다. 네일 검출 신호를 수신한 제어부(180)는 상기 네일(120)이 설정된 관통 깊이에 도달한 것으로 판단하여, 배터리(110)의 관통이 정지될 수 있도록 상기 이동부(160)를 제어한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 센서부(150)는 적외선을 이용하여 네일(120)과 접촉하지 않고 상기 네일(120) 헤드의 위치를 감지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 센서부(150)가 적외선을 이용하여 네일(120) 헤드의 위치를 감지할 경우의 장치 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 센서부(150)는 서로 대향하는 적외선 발신부(210)와 적외선 수신부(220)를 포함한다. 적외선 발신부(210)와 적외선 수신부(220)는 센서 지지대(130)에 설치된다. 센서 지지대(130)는 상기 제어부(180)의 제어 신호에 의해 적외선 발신부(210)와 적외선 수신부(220)를 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱지점으로 이동시킬 수 있는 센서 위치 조정부(240)와 결합되어 있다. 상기 센서 위치 조정부(240)는 상기 센서 지지대(130)를 상하로 병진 이동시킬 수 있는 구동 수단이라면 특별히 한정되지 않는다. 상기 제어부(180)는 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱지점으로 상기 적외선 발신부(210)와 적외선 수신부(220)가 이동할 수 있도록 상기 센서 위치 조정부(240)의 동작을 제어한다.

배터리의 관통 시험이 진행되는 동안, 상기 적외선 발신부(210)는 적외선 신호(도면에서 점선으로 도시)를 계속적으로 적외선 수신부(220)로 송출한다. 이 상태에서, 네일(120)의 헤드가 배터리(110)를 관통하고 센싱지점에 도달하면, 네일(120)의 헤드가 상기 적외선 발신부(210)에서 송출된 적외선 신호를 차단하게 된다. 그러면, 적외선 수신부(220)는 더 이상 적외선 신호를 수신 받지 못하게 되며 이는 곧 네일(120)의 헤드가 센싱지점에 도달되었다는 것을 의미하므로 적외선 수신부(220)는 상기 제어부(180)에 네일 검출 신호로 출력하게 된다. 그러면, 제어부(180)는 상기 이동부(160)를 제어하여 네일(120)의 관통을 정지시키게 된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 센서부(150)는 압전 소자(250)를 이용하여 상기 네일(120) 헤드와의 접촉을 통해 네일(120) 헤드의 위치를 감지할 수 있다.

도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따라 센서부가 압전 소자를 이용하여 네일 헤드의 위치를 감지할 경우의 장치 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 센서부(150)는, 상기 네일(120) 헤드의 접촉에 의해 상기 위치 검출 신호를 출력하는 압전 센서(250)를 포함한다. 상기 압전 센서(250)는 센서 지지대(230)에 마운트되며, 상기 제어부의 위치 이동 신호에 따라 상기 압전 센서(250)의 위치를 상기 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱 지점으로 이동시키는 센서 위치 조정부(240) 결합되어 있다.

상기 압전 센서(250)는 압전체에 힘을 가하는 경우 '압전효과'에 따라 전하가 발생되는 압전체를 포함한다. 상기 압전체의 재질로는, 티탄산 지르콘산납(PZT), 티탄산 바륨, 수정판, 주석산, 인산이수소암모늄, 타르타르산 에틸렌디아민 등이 있다.

상기 센싱부(150)에 압전 센서(250)가 포함된 경우 배터리(110)를 관통한 네일(120)의 헤드가 센싱지점에 도달하면 압전 센서(250)의 압전체에 힘을 가하게 되며 이 때 상기 압전 센서(250)는 상기 제어부(180)에 네일 검출 신호를 출력하게 된다. 그러면, 제어부(180)는 네일(120)의 헤드가 미리 설정한 관통 깊이에 도달한 것으로 판단하고 상기 이동부(160)를 제어하여 네일(120)의 관통을 정지시키게 된다.

바람직하게, 본 발명은 배터리의 테스트 수행자로부터 네일(120)의 관통 깊이를 입력 받을 수 있도록 사용자 인터페이스를 제공하는 입력부(190)를 더 포함할 수 있다.

상기 입력부(190)는 버튼을 이용한 입력 방식, 수치를 입력할 수 있는 UI(User Interface)가 표시되는 터치 스트린 방식, 아날로그 조그 다이알을 이용한 입력 방식 등을 지원할 수 있는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

나아가, 본 발명은 배터리(110)의 테스트 수행자로부터 입력 받은 네일(120)의 관통 깊이에 관한 설정 값과 장치의 전반적인 동작을 제어하는데 필요한 프로그램과 장치의 제어를 위해 필요한 각종 환경 설정 값 등이 저장되는 메모리부(185)를 더 포함할 수 있다.

상기 메모리부(185)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로 이루어질 수 있는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이동부(160) 및 센서 위치 조정부(240)는 리니어 모터를 포함할 수 있다. 리니어 모터(linear motor)의 특징은 입체적인 구조의 보통 모터의 자장(magnetic field)을 평면 형태로 만든 것이다. 따라서 평면 형태의 가동부(아머튜어)는 평면의 고정부(스테이터) 위에 만들어지는 자장의 변화에 따라서 평면 위를 직선적으로 움직인다. 이러한 리니어 모터를 상기 이동부(160) 및 센서 위치 조정부(240)의 직선 이동을 위한 장치로 사용이 가능하다.

또한, 상기 제어부(180)는 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 방법을 프로그램한 코드를 실행할 수 있는 마이크로프로세서로 구성할 수도 있고, 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 방법의 제어 흐름을 논리 회로로 구현한 반도체 칩으로도 구성할 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치는 배터리의 관통 실험이 진행되는 과정에서 배터리에 관한 다양한 특성 값들을 측정하여 시간에 따라 모니터할 수 있는 배터리 성질 측정 장치와 결합하여 배터리 측정기의 일부가 될 수 있다.

상기 측정 장치는 저항 측정부, 온도 측정부, 폭발 감지부 등을 포함할 수 있다. 상기 측정 장치는 배터리의 관통 실험이 진행되는 동안 배터리의 저항, 온도, 폭발 발생 여부 등을 모니터하고 모니터 과정에서 측정한 각종 파라미터들을 주기적으로 제어부(180)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(180)는 상기 측정 장치와 통신 인터페이스를 통해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 그러면, 제어부(180)는 전송된 모니터링 결과를 메모리부(185)에 저장할 수 있으며, 배터리 테스트 수행자의 요청에 따라 상기 메모리부(185)에 저장된 모니터링 결과 데이터를 프로파일 데이터로 가공하여 표시하거나 인쇄물의 형태로 제공할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 장치는 디스플레이와 인쇄기를 더 포함할 수 있다. 상기 프로파일 데이터는 시간에 따른 배터리의 저항 변화, 온도 변화 등을 포함한다. 상기와 같이 모니터링 결과 데이터가 제공되면, 배터리 테스트 수행자는 관통 깊이의 설정 값 변화에 따라 배터리의 관통 특성에 관한 변화 패턴을 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 상기 메모리부(185)에는 관통 깊이의 설정 값에 따른 단락 안전성 합격 기준을 정의한 룩업 테이블이 저장되어 있을 수 있다. 상기 단락 안전성 합격 기준은 배터리의 온도나 저항의 임계치 또는 폭발 발생 여부를 포함한다. 이러한 경우, 제어부(180)는 메모리부(185)에 저장된 배터리(110)의 온도, 저항, 폭발 발생 여부 등에 관한 모니터링 결과 데이터와 관통 실험에서 적용된 관통 깊이의 설정값에 따른 단락 안전성 합격 기준을 비교하여 단락 안전성 기준을 충족하는지 판단할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 단락 안전성 기준의 충족 여부와 관련된 정보를 디스플레이나 인쇄기를 통하여 출력할 수 있다.

이하에서는, 상술한 장치를 이용하여 실시되는 배터리 관통 실험 방법에 대한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관통 실험 방법의 흐름을 순차적으로 나타낸 순서도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 먼저 배터리 테스트 수행자는 장치에 전원을 인가한후 테스트를 하고자 하는 배터리(110)를 지지대(130)에 로딩한다(S300). 그런 다음, 배터리 테스트 수행자는, 입력부(190)를 통해 소망하는 배터리(110)의 관통 깊이를 설정한다(S310). 상기 관통 깊이는 임의로 설정하는 것도 가능하고, 소정의 규격서에 근거하여 설정하는 것도 가능하다. 또한, 상기 관통 깊이의 설정은 도면에 도시된 바와 달리 배터리(110)의 로딩전에 이루어질 수 있다.

상기 관통 깊이가 설정되면, 제어부(180)는 관통 깊이에 관한 설정 값을 메모리부(185)에 저장하고 센서부(150)를 제어하여 상기 관통 깊이 설정값에 대응하는 센싱지점으로 센서부(150)에 포함된 센서의 위치를 이동시킨다.

그런 다음, 제어부(180)는 센서부(150)에 전원을 공급하여 센서를 작동시킨다. 그러면, 센서의 종류에 따라, 적외선 발신부(210)에서 적외선 수신부(220)측으로 적외선 조사가 시작되거나 압전 센서(250)가 동작 대기 상태가 된다.

센서의 작동이 시작되면, 제어부(180)는 이동부(160)를 제어하여 상기 지지대 또는 상기 네일(120)을 이동시켜 네일(120)에 의해 배터리(110)의 관통이 이루어지게 한다.

제어부(180)는 네일(120)에 의한 배터리(110)의 관통이 진행되는 동안 센서부(150)로부터 네일 검출 신호가 수신되는지 여부를 모니터한다. 상기 네일 검출 신호는, 네일(120)의 헤드에 의해 센서부(150)에서 적외선 간섭이 발생되거나 압전 효과가 발생되었을 때 센서부(150)로부터 출력된다.

만약, 센서부(150)로부터 네일 검출 신호가 수신되지 않으면, 제어부(180)는 이동부(160)를 제어하여 네일(120) 또는 지지대(130)의 이동을 계속 진행시킨다. 즉, 네일(120)에 의한 배터리(110)의 관통을 계속 진행한다. 반면, 센서부(150)로부터 네일 검출 신호가 수신되면, 제어부(180)는 네일(120)의 헤드가 센싱 시점에 도달하여 배터리(110)가 소망하는 관통 깊이만큼 관통된 것으로 판단하고 이동부(160)를 제어하여 네일(120) 또는 지지대(130)의 이동을 중단시킨다. 그러면, 배터리 테스트 수행자가 설정한 관통 깊이에 따른 배터리의 관통 실험이 완료된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관통 실험 방법의 흐름을 순차적으로 나타낸 순서도이다.

먼저 개시된 본 발명에 따른 배터리 관통 실험 장치는 상술한 배터리 성질 측정 장치와 결합하여 배터리 측정기의 일부가 될 수 있다. 이 경우 제어부는 배터리 성질 측정 장치로부터 배터리의 저항, 온도, 폭발 여부 등에 관한 정보를 수신할 수 있다. 따라서, 상기 정보를 고려하여 배터리 관통 실험을 진행하는 것이 가능하다.

도 1 및 도 5를 참조하면, S400 단계부터 S440 단계까지는 도 4의 S310 단계부터 S340 단계와 유사하다는 점을 고려해야 한다.

먼저 제어부(180)는 입력부로부터 관통 깊이에 관한 설정값을 수신한다(S400). 상기 수신된 관통 깊이 설정값에 대응되는 센싱지점으로 상기 센서부(150)의 적외선 발신부(210)와 적외선 수신부(220) 또는 압전 센서(250)가 위치할 수 있게, 제어부(180)는 센서 위치 조정부(240)에 이동 신호를 송신한다(S410). 상기 상기 센서부(150)의 적외선 발신부(210)와 적외선 수신부(220) 또는 압전 센서(250)가 센싱 지점에 도달하면(S420), 제어부(180)는 상기 네일(120)이 배터리(110)를 관통할 수 있도록 상기 이동부(160)에 이동 신호를 송신한다(S430). 제어부(180)는 이동 신호를 송신한 때부터 상기 센서부(150)로부터 네일 검출 신호의 수신 여부를 모니터 한다.

이때, 상기 네일 검출 신호와 더불어 상기 배터리 성질 측정 장치로부터 배터리의 상태에 관한 정보도 함께 수신하여 모니터 할 수 있다. 특히, 배터리 성질 측정 장치로부터 수신되는 정보 중 배터리의 폭발 위험 신호를 모니터링하여, 네일(120)이 배터리(110)를 관통하는 도중에 폭발 위험이 있는지 판단이 가능하다. 따라서, 제어부(180)는 배터리의 폭발 위험이 없다면 이동부(160)에 이동 신호를 계속 송신하며(S450의 NO), 배터리의 폭발 위험 신호가 수신되면 즉시 이동부(160)에 정지 신호를 송신을 한다(S450의 YES).

네일(120)이 배터리(110)를 관통하는 동안, 배터리의 폭발 위험 신호가 수신되지 않고, 상기 네일(120)이 센싱 지점에 도달하여 상기 센서부(150)로부터 네일 검출 신호를 수신하게 되면(S440의 YES), 이동부에 정지 신호를 송신하여 배터리 관통을 정지시킨다(S460).

본 발명의 일 측면에 따르면, 테스트 대상 배터리를 다양한 깊이로 관통하여 다양한 관통 깊이에서 배터리의 내부 단락 시험을 시행할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 테스트 대상 배터리의 종류, 배터리 케이스의 강도, 배터리의 두께 등에 관계없이 동일한 깊이로 관통 시험을 시행할 수 있다. 즉, 외력의 크기에 따른 관통의 깊이 정도를 테스트하는 것이 아니라, 외력이 가해져 내부 단락의 정도에 따른 배터리의 안전성을 평가 할 수 있다. 게다가, 배터리 안전성에 관한 평가 항목 중 관통 깊이에 따른 이차전지의 안전성 평가 기준을 새롭게 제시할 수 있다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어, 도 1 등에 도시된 본 발명의 배터리 관통 테스트 장치에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

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.

110 : 테스트 대상 배터리 120 : 네일
130 : 지지대 140 : 수용구
150 : 센서부 160 : 이동부
170 : 지지대 중심축 180 : 제어부
185 : 메모리부 190 : 입력부
210 : 적외선 발신부 220 : 적외선 수신부
230 : 센서 지지대 240 : 센서 위치 조정부
250 : 압전 소자

Claims

테스트 대상이 되는 배터리를 가압하여 관통시키는 네일;
상기 배터리를 지지하며, 상기 배터리를 관통하고 나온 네일의 일부가 수용되는 수용구를 포함하는 지지대;
상기 배터리를 관통시키기 위해 지지대 또는 네일을 이동시키는 이동부;
상기 배터리를 관통하고 나온 네일의 길이를 센싱하는 센서부; 및
상기 센서부에서 센싱된 네일의 길이가 미리 설정한 관통 깊이에 도달되면 배터리의 관통이 정지될 수 있도록 상기 이동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서부는,
서로 대향하는 적외선 발신부 및 적외선 수신부;
상기 적외선 발신부 및 적외선 수신부가 설치된 센서 지지대; 및
상기 제어부의 위치 이동 신호에 따라 상기 적외선 발신부와 상기 적외선 수신부의 위치를 상기 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱 지점으로 이동시키는 센서 위치 조정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서부는,
상기 네일 헤드의 접촉에 의해 상기 위치 검출 신호를 출력하는 압전 센서;
상기 압전 센서가 마운트된 센서 지지대; 및
상기 제어부의 위치 이동 신호에 따라 상기 압전 센서의 위치를 상기 미리 설정한 관통 깊이에 대응하는 센싱 지점으로 이동시키는 상기 센서 위치 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리의 테스트 수행자로부터 상기 관통 깊이 설정값을 입력 받는 입력부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 입력된 관통 깊이에 따라 상기 이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 관통 깊이 설정값을 저장하는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관통 실험 장치; 및
상기 배터리의 성질을 측정하여 이에 대응되는 센싱 신호를 상기 제어부에 제공하는 배터리 성질 측정 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 측정기.
제6항에 있어서,
상기 배터리 성질 측정 장치는 배터리의 저항, 온도, 폭발 여부 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 감지할 수 있는 각각의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 측정기.
네일, 네일이 수용되는 수용구를 포함하는 지지대, 이동 가능하게 설치되며 상기 네일 검출 신호를 출력하는 센서부, 상기 네일 또는 상기 지지대를 이동시키는 이동부 및 제어부를 포함하는 장치에서 상기 제어부가 배터리 관통 실험을 제어하는 방법에 있어서,
미리 설정한 관통 깊이에 대응되도록 상기 센서부를 이동시켜 센싱 지점을 조정하는 단계; 및
상기 네일 검출 신호를 모니터링하면서 상기 이동부의 제어를 통해 상기 네일이 상기 지지대에 로딩된 배터리를 관통하여 상기 센싱 지점에 도달될 때까지 상기 네일의 이동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 방법.
제8항에 있어서,
상기 배터리의 테스트를 수행하는 사용자로부터 상기 관통 깊이 설정 값을 입력 받는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 네일, 네일이 수용되는 수용구를 포함하는 지지대, 이동 가능하게 설치되며 상기 네일 검출 신호를 출력하는 센서부, 상기 네일 또는 상기 지지대를 이동시키는 이동부 및 제어부를 포함하는 장치는, 배터리의 성질을 측정할 수 있는 배터리 성질 측정 장치와 결합하여 배터리의 성질에 관한 정보를 수신할 수 있으며,
상기 배터리 성질 측정 장치가 배터리의 성질에 관한 측정값을 상기 제어부에 제공하는 단계; 및
상기 배터리 성질 측정값을 이용하여 상기 네일이 배터리를 관통하는 도중 폭발 위험이 감지되면 이동부에 정지 신호를 송신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 특징으로 하는 배터리 관통 실험 방법.
제10항에 있어서,
상기 배터리 성질 측정값은 배터리의 저항, 온도, 폭발 여부 중 어느 하나 또는 이들의 조합한 것을 특징으로 하는 배터리 관통 실험 방법.