KR20160009284A - 2차 전지 충돌시험기 - Google Patents

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이준호
임희상
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주식회사 일우하이텍
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Abstract

본 발명은 2차 전지 충돌시험기에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 낙하추로 하여금 측정용 셀(Cell:2차 전지)에 충돌을 가하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출하여 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 충돌시험기에 관한 것으로, 이러한 충돌시험기는 낙하추의 무게와 충돌 높이 및 바닥 구조 등의 시험설정을 자유롭게 변경하면서 다양하고 정밀한 시험을 실시할 수 있도록 하되, 얻어진 시험 데이터는 데이터 케이블을 통해 용이하게 전산화할 수 있도록 함은 물론 충돌시험에 따른 낙하추의 임의 추락 또는 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 안전 스토퍼와 가스 급배기식 충격댐퍼가 형성되어 장치 안전성이 크게 향상되도록 형성되고, 특히 자동화 시험 시스템에 의해 작업자로 하여금 시험 작업이 편리한 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지 충돌시험기{Impact tester for cell}
본 발명은 낙하추로 하여금 측정용 셀(Cell:2차 전지)에 충돌을 가하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출하여 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 충돌시험기에 관한 것으로, 이러한 충돌시험기는 낙하추의 무게와 충돌 높이 및 바닥 구조 등의 시험설정을 자유롭게 변경하면서 다양하고 정밀한 시험을 실시할 수 있도록 하되, 얻어진 시험 데이터는 데이터 케이블을 통해 용이하게 전산화할 수 있도록 함은 물론 충돌시험에 따른 낙하추의 임의 추락 또는 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 안전 스토퍼와 가스 급배기식 충격댐퍼가 형성되어 장치 안전성이 크게 향상되도록 형성되고, 특히 자동화 시험 시스템에 의해 작업자로 하여금 시험 작업이 편리한 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기에 관한 것이다.
특허출원 제10-2009-0115134호에 개시된 바와 같이 일반적으로 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 2차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 각형이나 파우치형 2차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도와 단위 시간 당 방전 용량이 높은 리튬 계열의 2차 전지에 대한 수요가 높다.
이러한 2차 전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 2차 전지의 안전성을 향상시키는데 있다.
이에, 리튬 2차 전지는 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 2차 전지의 내부 단락은 네일 같이 날카로운 물체가 2차 전지의 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.
이러한 폭발성은 단순히 2차 전지가 파손되는 것 이외에 사용자에게 치명적인 피해를 가할 수 있으므로 2차 전지 설계자는 단락에 의한 폭발 현상으로부터 안전성을 확보할 수 있도록 다양한 측면에서 2차 전지 설계 기술을 개발할 필요가 있다.
한편, 새로운 설계 기술이 적용되어 양산된 2차 전지는 내부 단락으로 인한 폭발 방지 설계가 얼마나 잘 이루어졌는지 평가하는 안전성 평가 시험을 거치게 된다.
이에, 2차 전지의 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 2차 전지 안전성 평가 기준 가이드 라인)등과 같은 규격서에 정의되어 있다.
이와 같이, 종래의 전지 평가 시험들은 2차 전지 표면으로 무거운 물체를 낙하 충돌시키거나, 중량체를 이용하여 압축시키거나, 날카로운 네일로 관통시켜 내부 단락을 유발한 후 안전성이 보증될 수 있는지를 확인하는 시험들이다.
그러나, 현재 당업계에서 실시하고 있는 2차 전지 시험장치들은 일정한 표준없이 임의 제작된 것으로, 특별한 선행기술도 전무할 뿐더러 시험 성적과 관련한 정밀성과 작업 효율성이 현저하게 낙후되어 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 기술적 요지는 낙하추로 하여금 측정용 셀(Cell:2차 전지)에 충돌을 가하여 전지(Cell)의 폭발여부와 전류값의 변화 및 전지의 온도 변화를 확인 또는 검출하여 얻어진 데이터로 하여금 신제품 개발이나 제조 공정에 활용하도록 하는 충돌시험기에 관한 것으로, 이러한 충돌시험기는 낙하추의 무게와 충돌 높이 및 바닥 구조 등의 시험설정을 자유롭게 변경하면서 다양하고 정밀한 시험을 실시할 수 있도록 하되, 얻어진 시험 데이터는 데이터 케이블을 통해 용이하게 전산화할 수 있도록 함은 물론 충돌시험에 따른 낙하추의 임의 추락 또는 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 안전 스토퍼와 가스 급배기식 충격댐퍼가 형성되어 장치 안전성이 크게 향상되도록 형성되고, 특히 자동화 시험 시스템에 의해 작업자로 하여금 시험 작업이 편리한 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일측에 서보모터(110)가 형성되어 볼스크류(140)에 동력원을 제공하도록 형성되고, 상기 볼스크류(140)의 선상에는 체인고정홀더(120)가 형성되어 하나 이상의 아이들러(130)를 경유하면서 일단이 챔버(30) 내부로 인입된 체인(150)과 결합되도록 형성되며, 챔버(30)측 내부로 인입된 체인(150)의 단부에는 자동 클램핑 구조의 추 홀더(160)가 형성되도록 하는 리프팅 구동부(100)와; 상기 추 홀더(160)에 의해 상단부가 물리거나 해제되도록 하되, 충돌시험을 위해 해제가 되면 상하 직하방향으로 낙하를 수행하도록 낙하추(210)가 형성되고, 상기 낙하추(210)는 하향 낙하시 직진도가 보장되도록 내부에 중공이 형성된 낙하추용 가이드 파이프(220) 내에 인입되도록 형성되는 충돌부(200)와; 상기 낙하추(210)가 낙하되는 위치에 대응되도록 테이블(310)이 형성되어 측정용 셀(10)이 안착되도록 하되, 상기 테이블(310)의 일측에는 적외선 온도감지 센서(320)가 구비되어 충돌시 발생된 온도 변화를 감지하도록 하는 측정시험 베이스(300)가; 구성되어 이루어진다.
이에, 상기 추 홀더(160)는 공압 또는 유압에 의해 동작되도록 하되, 하부 일측에 힌지 구동되면서 낙하추(210)의 상단부를 물거나 해제하도록 복수의 핑거형 그리퍼(161)가 형성되도록 구성된다.
이때, 상기 가이드 파이프(220)는 하부측에 개폐구(221)가 형성되어 슬라이더(222)에 의해 원통 중 반통이 측방향으로 개폐되면서 낙하추(210)를 교환, 교체할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 가이드 파이프(220)는 선상 일측에 안전 스토퍼(600)가 구비되도록 하되, 상기 안전 스토퍼(600)는 실린더(610)와 결합된 스토퍼 블럭(620)이 가이드 파이프(220)를 직교방향으로 관통하면서 낙하추(210)가 그리퍼(161)에 의해 상승되면 돌출되었다가 시험 ON 스위치가 인식되면 가이드 파이프의 내경 후방으로 밀려 낙하추(210)가 낙하시 간섭되지 않도록 구성된다.
이에, 상기 챔버(30) 일측에는 충격댐퍼(400)가 형성되어 시험 중 측정용 셀(10)이 폭발하면 발생된 연소가스가 상기 충격댐퍼(400)를 통해 순간적으로 배출되도록 구성된다.
이와 같이, 본 발명은 낙하추의 무게와 충돌 높이 및 바닥 구조 등의 시험설정을 자유롭게 변경하면서 다양하고 정밀한 시험을 실시할 수 있도록 하되, 얻어진 시험 데이터는 데이터 케이블을 통해 용이하게 전산화할 수 있도록 함은 물론 충돌시험에 따른 낙하추의 임의 추락 또는 시험시 챔버내 폭발 위험에 대하여는 별도의 안전 스토퍼와 가스 급배기식 충격댐퍼가 형성되어 장치 안전성이 크게 향상되도록 형성되고, 특히 자동화 시험 시스템에 의해 작업자로 하여금 시험 작업이 편리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 충돌시험기의 일측면도,
도 2는 본 발명에 따른 그리퍼를 나타낸 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 개폐구를 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 안전 스토퍼를 나타낸 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 적외선 온도 감지센서를 나타낸 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 충격댐퍼의 확대예시도이다.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.
먼저, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 리프팅 구동부(100)와 충돌부(200) 및 측정시험 베이스(300)로 크게 구성된다.
이에, 상기 리프팅 구동부(100)는 일측에 서보모터(110)가 형성되어 볼스크류(140)에 동력원을 제공하도록 형성되고, 상기 볼스크류(140)의 선상에는 체인고정홀더(120)가 형성되어 하나 이상의 아이들러(130)를 경유하면서 일단이 챔버(30) 내부로 인입된 체인(150)과 결합되도록 형성되며, 챔버(30)측 내부로 인입된 체인(150)의 단부에는 자동 클램핑 구조의 추 홀더(160)가 형성된다.
이때, 상기 서보모터는 구동축과 종동축이 커플링에 의해 연동되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 체인고정홀더는 볼스크류의 선상을 상하향 이송하도록 이송링이 형성되되, 상기 이송링의 일측에는 돌출브라켓이 형성되어 체인이 돌출브라켓의 지지리브에 고정되도록 형성된다. 이는 조립성과 제작성 및 취급성이 용이하도록 하기 위함이다.
이때, 상기 추 홀더(160)는 도 2에 도시된 바와 같이 공압 또는 유압에 의해 동작되도록 하되, 하부 일측에 힌지 구동되면서 낙하추(210)의 상단부를 물거나 해제하도록 복수의 핑거형 그리퍼(161)가 형성되도록 구성된다.
이때, 상기 낙하추는 상단부에 단면이 "T" 자 형태인 걸림턱이 형성되어 상기한 그리퍼가 끼워져 그립되도록 하되, 상기 그리퍼는 손가락을 구부린듯한 다수의 핑거가 힌지에 의해 오무려지거나 펼쳐지도록 형성된 것으로, 이는 유공압에 의해 동작된다.
이에, 상기 충돌부(200)는 상기 추 홀더(160)에 의해 상단부가 물리거나 해제되도록 하되, 충돌시험을 위해 해제가 되면 상하 직하방향으로 낙하를 수행하도록 낙하추(210)가 형성되고, 상기 낙하추(210)는 하향 낙하시 직진도가 보장되도록 내부에 중공이 형성된 낙하추용 가이드 파이프(220) 내에 인입되도록 형성된다.
이때, 상기 가이드 파이프(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 하부측에 개폐구(221)가 형성되어 슬라이더(222)에 의해 원통 중 반통이 측방향으로 개폐되면서 낙하추(210)를 교환, 교체할 수 있도록 구성된다.
즉, 상기 개폐구는 가이드 파이프의 하부측 원통 일부분으로서, 낙하된 낙하추가 베이스에 닿으면 단면이 반원호 형태인 개폐구가 외측에 형성된 슬라이더에 의해 열리고 닫히도록 형성되어 낙하추를 용이하게 교환 교체할 수 있도록 형성된다.
이때, 상기 슬라이더는 레일을 따라 전후 방향으로 수동 개폐되도록 하되, 선택적으로 유,공압실린더에 의해 로드가 전후 왕복되면 레일을 따라 슬라이더가 전후 연동되면서 개폐구를 열고 닫도록 하는 것도 가능하다.
또한, 상기 가이드 파이프(220)는 도 4에 도시된 바와 같이 선상 일측에 안전 스토퍼(600)가 구비되도록 하되, 상기 안전 스토퍼(600)는 실린더(610)와 결합된 스토퍼 블럭(620)이 가이드 파이프(220)를 직교방향으로 관통하면서 낙하추(210)가 그리퍼(161)에 의해 상승되면 돌출되었다가 시험 ON 스위치가 인식되면 가이드 파이프의 내경 후방으로 밀려 낙하추(210)가 낙하시 간섭되지 않도록 구성된다.
이에, 상기 측정시험 베이스(300)는 상기 낙하추(210)가 낙하되는 위치에 대응되도록 테이블(310)이 형성되어 측정용 셀(10)이 안착되도록 하되, 상기 테이블(310)의 일측에는 적외선 온도감지 센서(320)가 구비되어 충돌시 발생된 온도 변화를 감지하도록 구성되어 이루어진다.(도 5참조)
한편, 상기 챔버(30) 일측에는 충격댐퍼(400)가 형성되어 시험 중 측정용 셀(10)이 폭발하면 발생된 연소가스가 상기 충격댐퍼(400)를 통해 순간적으로 배출되도록 구성된다.
이때, 상기 충격댐퍼(400)는 챔버(30)와 연통된 통공홈(420)이 형성된 위치에 원통(410)이 대응되어 위치되도록 하되, 원통(410)의 개구된 상부 일측에는 힌지(440)가 구비되어 덮개판(430)의 힌지축과 결합되도록 형성된다.
이에, 상기 덮개판(430)은 저면에 원통(410) 내부 측과 연결된 스프링(450)이 형성되어 챔버 내에서 셀의 폭발이 발생되면 순간적으로 통공홈(420)을 통해 연소가스가 덮개판(430)을 열면서 배기되도록 형성된다.
이때, 스프링(450)은 장력에 의해 배기 가스의 분출을 최소화하도록 형성되어 챔버의 파괴를 방지하면서 안전 배기를 유도함으로써 폭발 충격을 완화시킬 수 있도록 형성된다.
아울러, 상기 측정용 셀(10)은 데이터케이블(510)로 하여금 제어부(500)와 연결되어 관통시 발생된 측정용 셀의 온도, 전류값을 전송하도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 낙하추를 이용하여 측정용 셀에 충돌 시험을 수행할 경우 충돌시 발생한 측정용 셀의 저항 증가 정도를 확인할 수 있고, 발열 정도와 폭발 유무를 평가할 수 있도록 함으로써, 측정용 셀(2차 전지)의 안정성 평가 시험에 매우 적합한 특징을 갖는 것으로, 작업자로 하여금 보다 안전하고 용이하며 신뢰성 있는 시험을 제공할 수 있는 특징이 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10 ... 셀 30 ... 챔버
100 ... 리프팅 구동부 110 ... 서보모터
120 ... 체인고정홀더 130 ... 아이들러
140 ... 볼스크류 150 ... 체인
160 ... 추 홀더 200 ... 충돌부
210 ... 낙하추 220 ... 가이드 파이프
300 ... 측정시험 베이스 310 ... 테이블
320 ... 적외선 온도감지 센서 400 ... 충격댐퍼
500 ... 제어부 510 ... 데이터케이블
600 ... 안전 스토퍼 610 ... 실린더
620 ... 스토퍼 블럭

Claims (5)

  1. 일측에 서보모터(110)가 형성되어 볼스크류(140)에 동력원을 제공하도록 형성되고, 상기 볼스크류(140)의 선상에는 체인고정홀더(120)가 형성되어 하나 이상의 아이들러(130)를 경유하면서 일단이 챔버(30) 내부로 인입된 체인(150)과 결합되도록 형성되며, 챔버(30)측 내부로 인입된 체인(150)의 단부에는 자동 클램핑 구조의 추 홀더(160)가 형성되도록 하는 리프팅 구동부(100)와;
    상기 추 홀더(160)에 의해 상단부가 물리거나 해제되도록 하되, 충돌시험을 위해 해제가 되면 상하 직하방향으로 낙하를 수행하도록 낙하추(210)가 형성되고, 상기 낙하추(210)는 하향 낙하시 직진도가 보장되도록 내부에 중공이 형성된 낙하추용 가이드 파이프(220) 내에 인입되도록 형성되는 충돌부(200)와;
    상기 낙하추(210)가 낙하되는 위치에 대응되도록 테이블(310)이 형성되어 측정용 셀(10)이 안착되도록 하되, 상기 테이블(310)의 일측에는 적외선 온도감지 센서(320)가 구비되어 충돌시 발생된 온도 변화를 감지하도록 하는 측정시험 베이스(300)가;
    구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 추 홀더(160)는 공압 또는 유압에 의해 동작되도록 하되, 하부 일측에 힌지 구동되면서 낙하추(210)의 상단부를 물거나 해제하도록 복수의 핑거형 그리퍼(161)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가이드 파이프(220)는 하부측에 개폐구(221)가 형성되어 슬라이더(222)에 의해 원통 중 반통이 측방향으로 개폐되면서 낙하추(210)를 교환, 교체할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 가이드 파이프(220)는 선상 일측에 안전 스토퍼(600)가 구비되도록 하되, 상기 안전 스토퍼(600)는 실린더(610)와 결합된 스토퍼 블럭(620)이 가이드 파이프(220)를 직교방향으로 관통하면서 낙하추(210)가 그리퍼(161)에 의해 상승되면 돌출되었다가 시험 ON 스위치가 인식되면 가이드 파이프의 내경 후방으로 밀려 낙하추(210)가 낙하시 간섭되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 챔버(30) 일측에는 충격댐퍼(400)가 형성되어 시험 중 측정용 셀(10)이 폭발하면 발생된 연소가스가 상기 충격댐퍼(400)를 통해 순간적으로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 충돌시험기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106768775A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 中国工程物理研究院化工材料研究所 便携式炸药构件跌落试验姿态控制装置及方法
KR20180061614A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 엘지화학 충격에 대한 전지팩의 안정성을 테스트하는 장치
CN110553932A (zh) * 2019-08-22 2019-12-10 华中科技大学 一种复合材料板中低应变率拉伸实验装置
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