KR20200081109A - 배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법 - Google Patents

배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 리튬-이온 배터리의 두께를 측정하는 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리튬-이온 배터리 두께를 측정하여 배터리의 안정성을 확인할 수 있는 배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법{Measurement device for battery dimension and its method}
본 발명은, 리튬-이온 배터리의 두께를 측정하는 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리튬-이온 배터리 두께를 측정하여 배터리의 안정성을 확인할 수 있는 기술에 관한 것이다.
전기자동차는 전기를 동력으로 움직인다. 구체적으로 전기자동차에 사용되는 배터리로는 리튬-이온 배터리가 주로 사용되고 있으며, 모터에 고출력 전기를 공급하기 위하여 통상 300V 내지 700V 정도의 고전압 배터리를 사용한다.
한편, 리튬 이차전지의 경우 배터리 충방전 사이클이 반복됨에 따라 두께가 증가한다. 이는 전지 내부에서 리튬 화합
물 생성이 생성되어 전극/전해질 계면층(Solid ElectrolyteInterfacial Layer; SEI Layer)이 성장하기 때문이다. 모바일 기기를 얇게 제작하기 위해서는 전지의 두께 증가분을 사전에 파악하고 이러한 두께를 기기의 설계에 사전 반영시켜야 한다. 만일 두께 증가분이 기기의 크기 한계를 초과하면 내부 압력을 발생시켜 기구의 오동작을 일으킬 수 있다. 또한, 반대로 기기의 크기 한계를 두께 증가분에 비해 너무 크게 설정하면 기기를 얇게 제작하지 못하는 문제가 발생한다.
그러나 두께의 최대 증가분을 파악하기까진 상당한 시간이 소요되기 때문에, 제작된 배터리의 두께를 측정하여 자동차에 설치할 수 있다.
즉, 고전압 배터리를 사용함에 따라 발생할 수 있는 폭발 사고로부터 운전자 및 탑승자 등을 보호하기 위해, 고전압 배터리에 누설전류가 있는지 여부, 배터리의 충, 방전으로 인한 배터리 내부에 발생한 리튬가스의 여부, 발생한 가스에 의한 배터리의 부피 팽창 여부 등을 측정하여 자동차에 장착하게 된다.
이에, 전기자동차에 설치되는 배터리의 안정성 현황을 확인할 수 있는 방안 모색이 필요할 것이다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 배터리의 두께를 측정하여 배터리의 안정성을 확인할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 두께 측정 장치는, 기 제작된 리튬-이온 배터리에 대한 데이터를 입력 받은 상태에서 상기 리튬-이온 배터리의 두께를 측정하는 두께 측정부; 상기 두께 측정부에서 상기 리튬-이온 배터리 두께를 측정하는 동안 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터를 처리하는 데이터 처리부; 및 상기 초음파 데이터가 수신되며, 상기 리튬-리온 배터리 초음파 데이터를 육안으로 확인하는 적어도 하나의 수신부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 데이터 처리부는, 상기 리튬-이온 배터리에 초음파 펄스를 전파시켜 음속 측정이나 음향적 불연속 부분을 검출하는 초음파 펄스 리시버, 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자 중 어느 하나로 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터를 처리하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 두께 측정부는 상기 리튬-이온 배터리의 단부가 삽입되어 고정되는 배터리 고정부를 포함하고, 상기 배터리 고정부에 상기 리튬-이온 배터리가 삽입, 고정되면 상기 데이터 전송부는 상기 리튬-이온 배터리와 수직되게 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 두께 측정 방법은, 기 제작된 리튬-이온 배터리에 대한 데이터를 입력 받는 단계; 상기 리튬-이온 배터리의 두께를 측정하는 단계; 상기 리튬-이온 배터리 두께를 측정하는 동안 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터를 처리하는 단계; 및 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터가 수신되는 단계;를 포함하고, 상기 리튬-리온 배터리 초음파 파형 변화에 따라 상기 리튬-이온 배터리 부피 팽창 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법에 따르면, 배터리의 초음파 데이터를 통해 배터리의 두께(부피)의 팽창 여부를 확인할 수 있으므로, 보다 쉽게 리튬-이온 배터리의 안정성을 확인할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리의 초음파 데이터를 실시간으로 확인할 수 있게 되어 배터리의 안정성을 확인하기 위한 소요 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 배터리 두께 측정 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 두께 측정 장치의 계략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 두께 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 배터리 두께 측정 장치의 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 두께 측정 장치의 계략적인 구성도이다.
도면의 설명에 앞서, 본 발명의 배터리 두께 측정 장치를 통해 두께가 측정되는 배터리는 전기자동차, 휴대 단말기 등의 배터리로 사용되는 리튬-이온 배터리를 예를 들어 설명하지만, 리튬-이온 배터리 이외의 충, 방전이 가능한 배터리 중 어느 하나일 수 있다.
이러한 리튬-이온 배터리는 다수의 충, 방전으로 인한 배터리 내부에 리튬 가스가 발생하여 배터리의 부피가 팽창하고, 배터리의 부피가 팽창하게 되면 배터리의 폭발 원인이 될 수 있다.
따라서, 배터리의 부피 팽창 여부를 측정하여 배터리의 안정성 확인이 필요하다.
이하 도면을 참고하여 배터리의 두께를 측정할 수 있는 배터리 두께 측정 장치에 대해 상세하게 살펴보기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 두께 측정 장치는, 배터리(B)의 두께를 측정하는 두께 측정부(10)와, 배터리(B)의 두께가 측정되는 동안 배터리(B)에서 발생한 초음파 데이터를 처리하는 데이터 처리부(20) 및 초음파 데이터가 수신되는 수신부(30)를 포함한다.
두께 측정부(10)는 기 제작된 리튬-이온 배터리(이하 배터리로 칭함)(B)에 대한 데이터를 입력 받은 상태에서 배터리(B)의 두께를 측정한다.
구체적으로, 기 제작된 배터리(B)의 두께, 배터리(B)의 초음파 파장 등의 정보가 정보 저장부(미도시)에 저장될 수 있다. 배터리(B)의 정보가 저장된 상태에서 배터리 두께 측정 장치에 두께를 측정하기 위한 배터리(B)를 장착하고, 배터리(B)의 두께를 측정한다.
두께 측정부(10)에서 측정한 배터리(B)의 두께가 정보 저장부에 저장된 배터리(B)의 정보를 기초로 부피가 증가한 것으로 판단되면 배터리(B)의 안정성이 저하되었다고 판단할 수 있다.
이때, 두께 측정부(10)는 배터리(B)의 일 면 또는 일 모서리가 삽입되어 장착되도록 홈/홀 형상의 배터리 고정부(12)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 고정부(12)에는 도 1에 도시된 바와 같이 홈 형상으로 형성될 수 있으며, 배터리(B)의 단변(短邊)이 끼움되도록 형성될 수 있다.
데이터 처리부(20)는 두께 측정부(10)에서 배터리(B)의 두께를 측정하는 동안 배터리(B)의 초음파 데이터를 처리할 수 있다.
구체적으로, 데이터 처리부(20)는 배터리(B)의 초음파 파형을 측정하는 구성이며, 예컨대 배터리에 초음파 펄스를 전파시켜 음속 측정이나 음향적 불연속 부분을 검출하는 초음파 펄스 리시버, 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자 중 하나일 수 있다.
초음파 펄스 리시버는 크게 에코 모드(Echo mode)와, 트랜스미션 모드(Transmission mode)로 구성된다.
에코 모드는, 탐촉자 하나로 신호를 주고받아서 배터리(B)의 두께를 측정하는 방식이다. 이와 다르게 트랜스 미션 모드는 두 개의 탐촉자를 이용하여 배터리(B)의 두께를 측정하는 방식이다. 이때, 탐촉자 하나는 신호를 보내는 탐촉자, 다른 하나는 신호를 받는 탐촉자로 사용될 수 있다.
이와 다르게, 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자는 측정하고자 하는 물체와 수직으로 각도를 맞춘 다음에 그 적당한 거리를 유지시킨 상태로 공기 신호를 보내고 받아서 배터리(B)의 두께를 측정하는 방식이다.
비 접촉식 공기 초음파 탐촉자는, 탐촉자 하나만을 사용하기 때문에 초음파 펄스 리시버의 Echo mode로 구성과 동일할 수 있다. 또한, 공기 초음파 기술을 사용하므로, 기존의 접촉식 탐촉자로는 리튬-이온을 투과할 수 없는 문제점을 극복하고, 배터리(B)의 표면 반사파를 이용하여 배터리(B)의 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에서는 데이터 처리부(20)가 배터리(B)와 일정 간격 이격된 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자인 경우를 예를 들어 설명하지만, 배터리(B)의 두께를 측정하여 배터리(B)의 초음파 데이터를 처리하는 구성이 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이러한 데이터 처리부(20)에서 처리된 배터리(B)의 초음파 데이터는 배터리(B)의 부피 증가 여부를 확인할 수 있는 정보로 사용된다.
구체적으로, 배터리(B)의 두께를 측정하는 과정에서 배터리(B)의 두께가 증가할 경우, 기 제작된 배터리(B)의 초음파 파장과 다른 초음파 파장이 확인될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 데이터 처리부(20)에서 처리된 배터리(B)의 초음파 데이터를 수신부(30)로 전송하기 위한 데이터 전송부(40)를 더 포함할 수 있다.
데이터 전송부(40)는 데이터 처리부(20)에서 측정한 배터리(B)의 초음파 데이터를 처리하는 구성이다. 구체적으로, 데이터 전송부(40)는 랩뷰(Labview) 초음파 프로그램을 이용할 수 있다. 이는 비 접촉식 공기 초음파의 신호 분석을 좀 더 안정적으로 용이하게 하기 위함이다.
수신부(30)는 데이터 전송부(40)에서 전송한 배터리(B)의 초음파 데이터를 육안으로 확인할 수 있는 구성이다.
구체적으로 수신부(30)는 스마트 폰(Smart Phone), 휴대 단말기(Portable Terminal), 이동 단말기(Mobile Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device), 와이브로(Wibro) 단말기, 플렉서블 단말기(Flexible Terminal) 등이 해당될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 수신부(30)는 복수 개로 마련될 수 있다. 예컨대, 수신부(30)는 PC(30A)와 스마트폰(30b)으로 구성될 수 있으며, 데이터 처리부(20)에서 처리된 배터리(B)의 초음파 데이터를 PC와 스마트폰으로 모두 전송하여 실시간으로 배터리(B)의 부피 증가 여부를 확인할 수 있다.
이러한 배터리 두께 측정 장치 구성을 이용하여 배터리(B)의 두께를 측정하는 방법을 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 두께 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 우선 기 제작된 리튬-이온 배터리(B)에 대한 데이터를 입력 받을 수 있다. 구체적으로, 기 제작되어 안정성에 문제가 없는 배터리(B)의 두께, 초음파 데이터 정보 등이 정보 저장부(미도시)에 저장될 수 있다.
이후, 배터리(B)를 두께 측정부(10)의 배터리 고정부(12)에 장착하고, 데이터 처리부(20)를 배터리(B)와 소정 간격 이격되게 위치시킨 후, 배터리(B)의 두께를 측정하여 배터리(B)의 초음파 데이터를 처리 할 수 있다(S10, S20).
여기서, 초음파 데이터란 배터리(B)의 초음파 파형을 측정하는 과정을 의미한다. 이를 위해, 데이터 처리부(20)는 배터리(B)와 수직된 위치에 위치하여 보다 정확하게 배터리(B)의 초음파 데이터를 처리할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 처리부(20)는 배터리에 초음파 펄스를 전파시켜 음속 측정이나 음향적 불연속 부분을 검출하는 초음파 펄스 리시버, 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자 중 하나일 수 있다.
초음파 펄스 리시버는 크게 에코 모드(Echo mode)와, 트랜스미션 모드(Transmission mode)로 구성된다.
에코 모드는, 탐촉자 하나로 신호를 주고받아서 배터리(B)의 두께를 측정하는 방식이다. 이와 다르게 트랜스 미션 모드는 두 개의 탐촉자를 이용하여 배터리(B)의 두께를 측정하는 방식이다. 이때, 탐촉자 하나는 신호를 보내는 탐촉자, 다른 하나는 신호를 받는 탐촉자로 사용될 수 있다.
이와 다르게, 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자는 측정하고자 하는 물체와 수직으로 각도를 맞춘 다음에 그 적당한 거리를 유지시킨 상태로 공기 신호를 보내고 받아서 배터리(B)의 두께를 측정하는 방식이다.
비 접촉식 공기 초음파 탐촉자는, 탐촉자 하나만을 사용하기 때문에 초음파 펄스 리시버의 Echo mode로 구성과 동일할 수 있다. 또한, 공기 초음파 기술을 사용하므로, 기존의 접촉식 탐촉자로는 리튬-이온을 투과할 수 없는 문제점을 극복하고, 배터리(B)의 표면 반사파를 이용하여 배터리(B)의 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
배터리(B)의 두께를 측정하여 배터리의 초음파 데이터를 처리하면, 랩뷰(Labview) 초음파 프로그램을 이용하여 수신부(30)에서 초음파 데이터를 수신할 수 있다(S30).
이때, 수신부(30)는 복수 개 마련할 수 있으며, 예컨대 스마트 폰(Smart Phone), 휴대 단말기(Portable Terminal), 이동 단말기(Mobile Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device), 와이브로(Wibro) 단말기, 플렉서블 단말기(Flexible Terminal) 등이 해당될 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에서는 수신부(30)가 PC(30A)와 스마트폰(30b)인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
즉, PC와 스마트폰으로 배터리(B) 초음파 데이터가 수신될 때, 기 제작된 배터리(B)의 초음파 데이터와 비교할 수 있다(S40).
이때, 두께를 검사하는 배터리(B)의 초음파 데이터가 기 제작된 배터리(B)의 초음파 데이터와 다를 경우 배터리(B)의 두께(부피)가 팽창했다고 판단할 수 있다(S50).
이와 같이 배터리(B)의 초음파 데이터를 통해 배터리(B)의 두께(부피)의 팽창 여부를 확인할 수 있으므로, 보다 쉽게 리튬-이온 배터리(B)의 안정성을 확인할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리(B)의 초음파 데이터를 실시간으로 확인할 수 있게 되어 배터리(B)의 안정성을 확인하기 위한 소요 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 발명의 배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법에 따르면, 리튬- 이온 배터리의 초음파 데이터를 통해 배터리의 두께(부피)의 팽창 여부를 확인할 수 있으므로, 보다 쉽게 리튬-이온 배터리의 안정성을 확인할 수 있게 하는 기술을 실현하는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
10 : 두께 측정부
20 : 데이터 처리부
30 : 수신부
40 : 데이터 전송부

Claims (4)

  1. 기 제작된 리튬-이온 배터리에 대한 데이터를 입력 받은 상태에서 상기 리튬-이온 배터리의 두께를 측정하는 두께 측정부;
    상기 두께 측정부에서 상기 리튬-이온 배터리 두께를 측정하는 동안 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터를 처리하는 데이터 처리부; 및
    상기 초음파 데이터가 수신되며, 상기 리튬-리온 배터리 초음파 데이터를 육안으로 확인하는 적어도 하나의 수신부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 두께 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 처리부는,
    상기 리튬-이온 배터리에 초음파 펄스를 전파시켜 음속 측정이나 음향적 불연속 부분을 검출하는 초음파 펄스 리시버, 비 접촉식 공기 초음파 탐촉자 중 어느 하나로 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터를 처리하는 것을 특징으로 하는 배터리 두께 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 두께 측정부는 상기 리튬-이온 배터리의 단부가 삽입되어 고정되는 배터리 고정부를 포함하고,
    상기 배터리 고정부에 상기 리튬-이온 배터리가 삽입, 고정되면 상기 데이터 처리부는 상기 리튬-이온 배터리와 수직되게 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 두께 측정 장치.
  4. 기 제작된 리튬-이온 배터리에 대한 데이터를 입력 받는 단계;
    상기 리튬-이온 배터리의 두께를 측정하는 단계;
    상기 리튬-이온 배터리 두께를 측정하는 동안 상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터를 처리하는 단계; 및
    상기 리튬-이온 배터리의 초음파 데이터가 수신되는 단계; 를 포함하고,
    상기 리튬-리온 배터리 초음파 파형 변화에 따라 상기 리튬-이온 배터리 부피 팽창 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 두께 측정 방법.

KR1020180171252A 2018-12-27 2018-12-27 배터리 두께 측정 장치 및 이를 이용한 배터리 두께 측정 방법 KR20200081109A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230037410A (ko) 2021-09-09 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 셀의 두께 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법
KR20230096538A (ko) * 2021-12-23 2023-06-30 현대오토에버 주식회사 전기차 화재 감지 시스템 및 이를 이용한 전기차 제어방법

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