KR20210115340A - 배터리 셀의 스웰링 검사 장치 - Google Patents

배터리 셀의 스웰링 검사 장치 Download PDF

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KR20210115340A
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김두열
고동완
이기영
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치는 판상으로 구성된 제1 플레이트; 판상으로 구성되고, 상기 제1 플레이트와 소정의 간격만큼 이격되어 대면되게 위치하고, 상기 제1 플레이트와의 사이에 상기 배터리 셀이 개재 가능하도록 구성된 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트의 일부분이 고정 결합되도록 구성된 고정 프레임; 일단이 상기 제2 플레이트에 고정 결합되고, 타단이 상기 고정 프레임에 고정 결합되도록 구성된 연결 프레임; 및 상기 연결 프레임에 부착되고, 상기 연결 프레임의 변형률을 측정하도록 구성된 압력 측정 소자를 포함한다.

Description

배터리 셀의 스웰링 검사 장치{APPARATUS FOR EXAMINING SWELLING OF BATTERY CELL}
본 발명은 배터리 셀의 스웰링 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀의 압력 분포에 기반하여 배터리 셀의 스웰링을 검사하는 배터리 셀의 스웰링 검사 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 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리는 충전 및 방전 과정 또는 고온 상태에서 내부에 가스가 발생해 부풀어 오르는 스웰링(Swelling)이 발생될 수 있다. 배터리의 스웰링에 의해 화재 또는 폭발의 위험이 있기 때문에, 배터리의 스웰링 거동을 정확하게 검사하는 것이 중요하다.
종래에는 충전 및 방전에 의한 배터리의 상태 변화를 평가하기 위한 평가 시스템 및 고정 지그가 개시되었다(특허문헌 1). 구체적으로, 특허문헌 1은 고정 지그를 이용하여 배터리를 고정하고, 배터리의 부피 변화에 기초하여 고정 지그에 구비된 스프링의 탄성 변형을 스트레인 게이지(Strain gauge)를 통해 검출하는 구성을 개시하고 있다.
다만, 특허문헌 1에서 검출되는 스프링의 탄성 변형은 배터리의 부피 변화에만 영향을 받기 때문에, 배터리의 부피 변화가 너무 작을 경우 스프링의 탄성 변형이 스트레인 게이지의 변형률 측정 가능 범위에 미치지 못할 수 있다. 즉, 특허문헌 1은 스프링의 탄성 변형을 증폭시켜서 변형률을 측정하지 않으므로, 배터리의 부피 변화에 의해 검출 정확도 자체가 낮아질 수 있는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 1은 스프링을 이용하기 때문에, 배터리의 부피 변화가 너무 커서 스프링의 변형력이 탄성 한계(Elastic limit)를 초과하는 경우, 특허문헌 1의 평가 시스템 및 고정 지그는 더 이상 배터리의 상태 변화를 평가할 수 없는 문제가 있다.
JP 2017-212163 A
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀의 스웰링에 의해 가해지는 힘을 증폭시켜 측정함으로써, 배터리 셀의 스웰링에 의해 가해지는 작은 힘에 기반해서도 배터리 셀의 스웰링을 검사할 수 있는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치는 배터리 셀의 스웰링을 검사하기 위한 장치로서, 판상으로 구성된 제1 플레이트; 판상으로 구성되고, 상기 제1 플레이트와 소정의 간격만큼 이격되어 대면되게 위치하고, 상기 제1 플레이트와의 사이에 상기 배터리 셀이 개재 가능하도록 구성된 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트의 일부분이 고정 결합되도록 구성된 고정 프레임; 일단이 상기 제2 플레이트에 고정 결합되고, 타단이 상기 고정 프레임에 고정 결합되도록 구성된 연결 프레임; 및 상기 연결 프레임에 부착되고, 상기 연결 프레임의 변형률을 측정하도록 구성된 압력 측정 소자를 포함할 수 있다.
상기 연결 프레임은, 적어도 일부분이 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
상기 연결 프레임은, 일단이 상기 고정 프레임에 연결되고 일 방향으로 길게 연장된 형태로 구성된 수평부; 및 상기 수평부의 말단부에 구비되어 말단이 상기 제2 플레이트를 향하도록 구성된 수직부를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 연결 프레임은, 상기 수직부의 말단이 상기 제2 플레이트의 외측면에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 연결 프레임은, 상기 수직부의 말단이 상기 제2 플레이트의 외측면의 중앙부에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 고정 프레임은, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이의 간격을 조절 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치는 상기 압력 측정 소자와 연결되고, 상기 압력 측정 소자에 의해 측정된 상기 연결 프레임의 변형률을 수신하며, 상기 배터리 셀이 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에 개재된 경우, 수신한 연결 프레임의 변형률에 기반하여 상기 배터리 셀의 압력값을 측정하도록 구성된 압력 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 측정 소자는, 상기 배터리 셀의 압력에 의해 상기 수직부에 가해지는 힘과 상기 일 방향에 대한 상기 수평부의 길이에 기반하여, 상기 연결 프레임의 변형률을 측정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치는 상기 압력 측정부와 연결되어 상기 압력 측정부로부터 상기 배터리 셀의 압력값을 수신하고, 수신한 배터리 셀의 압력값과 기준 압력값을 비교하며, 압력값 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 스웰링 유무 및 스웰링 정도 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 연결 프레임은, 복수의 단위 연결 프레임을 구비하고, 상기 복수의 단위 연결 프레임이 일정한 간격을 두고 상기 제2 플레이트에 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 압력 측정 소자는, 복수 구비되고, 상기 복수의 단위 연결 프레임 각각에 부착되도록 구성될 수 있다.
상기 압력 측정부는, 상기 복수의 압력 측정 소자 각각에 의해 측정된 상기 복수의 단위 연결 프레임 각각의 변형률에 기반하여, 상기 배터리 셀의 부위별 압력값을 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 압력 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 부위별 압력값과 상기 기준 압력값을 비교하고, 압력값 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 스웰링 분포 및 부위별 스웰링 정도 중 적어도 하나를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 압력 측정부는, 상기 복수의 단위 연결 프레임의 수평부의 길이를 고려하여, 상기 복수의 단위 연결 프레임 각각의 변형률로부터 상기 배터리 셀의 부위별 압력값을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 플레이트는, 복수의 제2 단위 플레이트를 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 단위 연결 프레임은, 상기 복수의 제2 단위 플레이트 중 대응되는 제2 단위 플레이트에 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 단위 연결 프레임은, 상기 대응되는 제2 단위 플레이트의 외측면의 중앙부에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 셀이 스웰링 검사 장치는 상기 복수의 제2 단위 플레이트 각각에 부착된 온도 측정 소자를 이용하여 상기 복수의 제2 단위 플레이트 각각의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 온도 측정부로부터 상기 복수의 제2 단위 플레이트 각각의 온도값을 수신하고, 상기 배터리 셀의 부위별 온도를 더 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 스웰링에 의해 가해지는 힘의 크기가 연결 프레임의 수평부의 길이만큼 증폭될 수 있다. 따라서, 스웰링에 의해 작은 힘이 가해지더라도, 배터리 셀의 스웰링 유무를 정밀하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 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 셀의 스웰링 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치의 분해 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치의 결합 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치에서, 연결 프레임을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치에 배터리 셀이 개재된 실시예의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치에 배터리 셀이 개재된 실시예의 측면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치를 이용한 배터리 셀의 스웰링 검사 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)의 분해 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)의 결합 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 배터리 셀(10)의 스웰링을 검사하기 위한 장치로서, 스웰링 유무 및/또는 스웰링 정도를 검사할 수 있다.
여기서, 배터리 셀(10)은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀(10)로 간주될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(120), 고정 프레임(130), 연결 프레임(140), 및 압력 측정 소자(150)를 포함할 수 있다.
제1 플레이트(110)는 판상으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 플레이트(110)는 배터리 셀(10)이 안착될 수 있도록 판상 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 제1 플레이트(110)는 배터리 셀(10)의 하부면이 안착될 수 있도록 배터리 셀(10) 보다 넓은 수평 면적을 갖도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제1 플레이트(110)는 배터리 셀(10)이 안찰될 수 있는 하판일 수 있다.
제2 플레이트(120)는 판상으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 제2 플레이트(120)는 배터리 셀(10)의 상부면에 안착 또는 부착될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 배터리 셀(10)의 상부면 및 하부면은 평평하게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(120)는 평평한 판상으로 구성될 수 있다.
또한, 제2 플레이트(120)는 배터리 셀(10)의 상부면에 안착 안정성 또는 부착 안정성을 높이기 위하여, 제2 플레이트(120)의 수평 면적은 배터리 셀(10)의 수평 면적 이하로 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 3의 실시예에서, 제2 플레이트(120)의 수평 면적은 배터리 셀(10)의 수평 면적 이하일 수 있다. 바람직하게, 제2 플레이트(120)의 수평 면적은, 배터리 셀(10)의 수평 면적과 동일하게 구성되거나, 배터리 셀(10)의 케이스 두께를 고려하여 배터리 셀(10)의 수평 면적보다 소정의 넓이만큼 작게 구성될 수 있다.
제2 플레이트(120)는 상기 제1 플레이트(110)와 소정의 간격만큼 이격되어 대면되게 위치하도록 구성될 수 있다.
즉, 제1 플레이트(110)의 일면과 제2 플레이트(120)의 일면은 서로 대면할 수 있다. 바람직하게, 제1 플레이트(110)의 일면과 제2 플레이트(120)의 일면은 서로 평행할 수 있다.
그리고, 제2 플레이트(120)는 상기 제1 플레이트(110)와의 사이에 상기 배터리 셀(10)이 개재 가능하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이의 공간에는 배터리 셀(10)이 개재될 수 있다.
고정 프레임(130)은 상기 제1 플레이트(110)의 일부분이 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 플레이트(110)는 고정 프레임(130)에 고정 결합되지만, 제2 플레이트(120)는 고정 프레임(130)에 고정 결합되지 않을 수 있다.
바람직하게, 제1 플레이트(110)는 고정 프레임(130)과 직각으로 결합될 수 있다. 그리고, 제1 플레이트(110)는 흔들리거나 회전하지 않도록 고정 프레임(130)에 의해 고정될 수 있다. 이하에서, "고정"또는 "고정 결합"이란 흔들리거나 회전되지 않고, 결합된 상태가 그대로 유지되도록 결합된 상태를 지칭하여 설명하도록 한다.
도 2 및 도 3의 실시예에서, 고정 프레임(130)이 1개인 실시예가 도시되었으나, 고정 프레임(130)은 복수 구비되어 제1 플레이트(110)를 고정시킬 수도 있다. 다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)에는 고정 프레임(130)이 1개 구비된 것으로 설명한다.
연결 프레임(140)은 일단이 상기 제2 플레이트(120)에 고정 결합되고, 타단이 상기 고정 프레임(130)에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 연결 프레임(140)의 타단은, 제1 플레이트(110)와 마찬가지로, 고정 프레임(130)에 고정 결합될 수 있다. 그리고, 연결 프레임(140)의 일단은 제2 플레이트(120)에 고정 결합될 수 있다. 즉, 연결 프레임(140)은 고정 프레임(130)에 의해 고정될 수 있다. 그리고, 연결 프레임(140)은 제2 플레이트(120)를 고정시킬 수 있다.
압력 측정 소자(150)는 상기 연결 프레임(140)에 부착되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 3의 실시예에서, 압력 측정 소자(150)는 연결 프레임(140)의 외면에 부착될 수 있다. 바람직하게, 압력 측정 소자(150)는 연결 프레임(140)의 상부 외면에 부착될 수 있다.
그리고, 압력 측정 소자(150)는 상기 연결 프레임(140)의 변형률을 측정하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 연결 프레임(140)은 힘이 가해지면 탄성 거동을 하는 성질을 갖는 금속으로 형성될 수 있다.
예컨대, 압력 측정 소자(150)는 연결 프레임(140)의 변형을 측정하기 위한 스트레인 게이지(Strain gauge)가 적용될 수 있다.
도 3의 실시예와 같이, 배터리 셀(10)이 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에 개재되어 고정된 경우, 배터리 셀(10)이 충전 및 방전되는 과정에서 배터리 셀(10)의 부피가 변할 수 있다. 배터리 셀(10)이 부풀어오르는 스웰링이 발생되면, 배터리 셀(10)에 의한 압력에 의해 연결 프레임(140)에 힘이 가해질 수 있다. 이 경우, 연결 프레임(140)의 외면에 부착된 압력 측정 소자(150)는 연결 프레임(140)의 변형률을 측정할 수 있다.
상기 연결 프레임(140)은, 적어도 일부분이 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
여기서, "절곡된 형태"란 연결 프레임(140)이 구부러진 형태를 의미할 수 있다. 예컨대, 연결 프레임(140)은 일 방향으로 길게 연장된 형태에서, 0도 초과 90도 이하의 각도로 절곡될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 3의 실시예에서, 연결 프레임(140)의 일 부분은 90도로 절곡될 수 있다. 그리고, 연결 프레임(140)의 일단은 제2 플레이트(120)에 고정 결합되고, 타단은 고정 프레임(130)에 고정 결합될 수 있다. 즉, 제2 플레이트(120)에 결합된 연결 프레임(140)의 일단면과 고정 프레임(130)에 결합된 연결 프레임(140)의 타단면은 서로 수직일 수 있다.
연결 프레임(140)에 대해서는 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)에서, 연결 프레임(140)을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
상기 연결 프레임(140)은, 수평부(140a) 및 수직부(140b)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 연결 프레임(140)은 수평부(140a)와 수직부(140b)로 절곡된 형태일 수 있다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 수평부(140a)와 수직부(140b)를 구분하여 도시하였지만, 연결 프레임(140)은 일체형 프레임임이 적용될 수 있음을 유의한다.
수평부(140a)는 일단이 상기 고정 프레임(130)에 연결되고 일 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다.
여기서, "수평"이란, 제1 플레이트(110)를 기준으로 평행한 것을 의미할 수 있다. 즉, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)는 제1 플레이트(110)와 평행할 수 있다. 또한, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)는 제2 플레이트(120)와도 평행할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 수평부(140a)는 y방향(구체적으로, -y방향)으로 길게 연장된 형태일 수 있다. 또한, 수평부(140a)의 길이, 즉, 수평부(140a)의 일단에서 타단까지의 길이는 L일 수 있다.
수직부(140b)는 상기 수평부(140a)의 말단부에 구비되도록 구성될 수 있다.
여기서, "수직"이란, 제1 플레이트(110)를 기준으로 수직한 것을 의미할 수 있다. 즉, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)는 제1 플레이트(110)와 수직을 이룰 수 있다.
구체적으로, 수직부(140b)는 수평부(140a)의 말단부에 구비되어, 수직부(140b)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 수직부(140b)는 수평부(140a)의 말단부에 구비되어, z방향(구체적으로, -z방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다.
수직부(140b)와 수평부(140a)는 모두 일단부와 타단부를 구비할 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 수직부(140b)는 길이 방향(z방향)을 기준으로 일단부와 타단부를 구비하고, 수평부(140a)도 길이 방향(y방향)을 기준으로 일단부와 타단부를 구비할 수 있다.
수평부(140a)의 타단부는 고정 프레임(130)에 결합되고, 수평부(140a)의 일단부에는 수직부(140b)의 타단부가 구비될 수 있다. 그리고, 수직부(140b)는 말단이 상기 제2 플레이트(120)를 향하도록 구성될 수 있다. 즉, 수직부(140b)의 일단부는 제2 플레이트(120)를 향하도록 구성될 수 있다.
여기서, 수평부(140a)의 길이 방향(-y방향)과 수직부(140b)의 길이 방향(-z방향)은 서로 수직한 방향일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 고정 프레임(130)은 연결 프레임(140)과 제1 플레이트(110)가 결합되어, 연결 프레임(140) 및 제1 플레이트(110)를 고정시킬 수 있는 구조라면 제한없이 적용될 수 있다.
상기 연결 프레임(140)은, 상기 수직부(140b)의 말단이 상기 제2 플레이트(120)의 외측면에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 5 및 도 6의 실시예에서, 제2 플레이트(120)의 외측면은, 제2 플레이트(120)의 +z방향측 상부면일 수 있다. 즉, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)는 제2 플레이트(120)의 상부면에 고정 결합될 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 연결 프레임(140)의 구조를 참조하면, 도 5 및 도 6의 실시예에서 연결 프레임(140)의 일단(수직부(140b)의 일단부)은 제2 플레이트(120)의 +z방향에 위치한 상부면에 고정 결합될 수 있다. 즉, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)의 길이 방향(-z방향)은 제1 플레이트(110)가 형성하는 평면(xy평면)에 수직할 수 있다. 또한, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)의 길이 방향(-z방향)은 제2 플레이트(120)가 형성하는 평면(xy평면)과도 수직할 수 있다.
따라서, 제2 플레이트(120)는 연결 프레임(140)과 고정 결합되어, 흔들리거나 회전되지 않을 수 있다. 그리고, 배터리 셀(10)이 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(120) 사이에 개재된 경우, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 제2 플레이트(120)에 가해지는 힘은 연결 프레임(140)에게 전달될 수 있다.
만약, 제2 플레이트(120)와 연결 프레임(140)의 수직부(140b)가 수직을 이루지 않고 z방향을 기준으로 소정의 각도(θ)만큼 기울어져서 결합되었다면, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 제2 플레이트(120)에 가해지는 힘은 Cosθ에 비례하게 감소되어 연결 프레임(140)의 수직부(140b)로 전달될 수 있다. 그리고, 압력 측정 소자(150)는, 연결 프레임(140)에 가해지는 힘에 기반하여 연결 프레임(140)의 변형률을 측정할 수 있다. 따라서, 제2 플레이트(120)와 연결 프레임(140)의 수직부(140b)가 z방향을 기준으로 소정의 각도(θ)만큼 기울어져서 고정 결합된 경우, 연결 프레임(140)으로 전달되는 힘이 감소되기 때문에, 압력 측정 소자(150)에 의해 측정되는 연결 프레임(140)의 변형률의 오차가 증가될 수 있다. 따라서, 바람직하게, 제2 플레이트(120)와 연결 프레임(140)의 수직부(140b)는 수직을 이루도록 고정 결합될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)에 배터리 셀(10)이 개재된 실시예의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)에 배터리 셀(10)이 개재된 실시예의 측면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 배터리 셀(10)은 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에 개재되어 고정될 수 있다.
바람직하게, 상기 연결 프레임(140)은, 상기 수직부(140b)의 말단이 상기 제2 플레이트(120)의 외측면의 중앙부에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 배터리 셀(10)의 스웰링은 배터리 셀(10)의 중앙부뿐만 아니라 주변부에서도 발생될 수 있다. 여기서, 주변부란 중앙부를 제외한 영역을 지칭한다. 즉, 배터리 셀(10)에서 스웰링이 발생되는 위치에 따라서, 제2 플레이트(120)의 각 부분에 가해지는 힘이 상이할 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(10)의 중앙부에서 스웰링이 발생된 경우, 제2 플레이트(120)의 중앙부에 가장 큰 힘이 가해질 수 있다. 그리고, 스웰링에 의해 제2 플레이트(120)에 가해지는 힘은, 제2 플레이트(120) 주변부에 고르게 분포될 수 있다.
반면, 배터리 셀(10)의 주변부에서 스웰링이 발생된 경우, 제2 플레이트(120)의 주변부 중에서 상기 배터리 셀(10)의 주변부에 대응되는 부분에 가장 큰 힘이 가해질 수 있다.
즉, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)가 제2 플레이트(120)의 외측면의 주변부에 결합된 경우, 배터리 셀(10)에서 스웰링이 발생된 위치에 따라 압력 측정 소자(150)에 의해 측정되는 연결 프레임(140)의 변형률이 부정확할 수 있다.
예컨대, 도 7 및 도 8의 실시예에서, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)는 제2 플레이트(120)의 외측면의 중앙부에 고정 결합될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(10)의 중앙부에서 스웰링이 발생된 경우에 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)과 배터리 셀(10)의 주변부에서 스웰링이 발생된 경우에 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)의 편차가 가장 작을 수 있다.
다른 예로, 도 7의 실시예에서, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)가 제2 플레이트(120)의 +x방향측 주변부에 고정 결합되었다고 가정한다. 이 경우, 배터리 셀(10)의 중앙부에서 스웰링이 발생된 경우에 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)과 배터리 셀(10)의 -x방향측 주변부에서 스웰링이 발생된 경우에 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)의 편차가 클 수 있다.
즉, 압력 측정 소자(150)는 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)에 기반하여 연결 프레임(140)의 변형률을 측정할 수 있기 때문에, 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)의 편차가 클수록, 압력 측정 소자(150)에 의해 측정되는 연결 프레임(140)의 변형률의 오차는 커질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는, 연결 프레임(140)을 제2 플레이트(120)의 외측면의 중앙부에 고정 결합되게 구성함으로써, 배터리 셀(10)에서 스웰링이 발생되는 위치에 따라 측정되는 연결 프레임(140)의 변형률의 오차를 최소화할 수 있다.
상기 고정 프레임(130)은, 상기 제1 플레이트(110)와 상기 제2 플레이트(120) 사이의 간격을 조절 가능하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 고정 프레임(130)은 연결 프레임(140) 및/또는 제1 플레이트(110)가 결합된 위치가 조절되도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 배터리 셀(10)이 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에 고정될 수 있도록, 고정 프레임(130)에서 연결 프레임(140) 및/또는 제1 플레이트(110)가 고정 결합되는 위치가 조절될 수 있다. 따라서, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이의 간격이 조절될 수 있다.
예컨대, 도 7 의 실시예에서, 고정 프레임(130)은 연결 프레임(140) 및/또는 제1 플레이트(110)가 고정되는 위치를 수직 방향(z방향)으로 조절 가능하도록 구성될 수 있다.
만약, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이의 간격이 조절 불가능한 경우, 검사 대상이 되는 배터리 셀(10)의 종류가 한정되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이의 간격이 조절 가능하도록 구성된 고정 프레임(130)을 구비하여, 다양한 두께(예컨대, 도 7에서 배터리 셀(10)의 z방향 길이)를 갖는 배터리 셀(10)의 스웰링을 검사할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 압력 측정부(160) 및 압력 측정 소자(150)에 의해 배터리 셀(10)의 압력(배터리 셀(10)의 스웰링에 의한 압력)이 측정되는 구성에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 압력 측정부(160)를 더 포함할 수 있다.
압력 측정부(160)는 상기 압력 측정 소자(150)와 연결되어, 상기 압력 측정 소자(150)에 의해 측정된 상기 연결 프레임(140)의 변형률을 수신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 압력 측정부(160)는 유선 라인을 통해서 압력 측정 소자(150)와 연결될 수 있다. 그리고, 압력 측정부(160)는 상기 유선 라인을 통해 압력 측정 소자(150)로부터 측정된 연결 프레임(140)의 변형률에 대한 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 압력 측정 소자(150)는, 상기 배터리 셀(10)의 압력에 의해 상기 수직부(140b)에 가해지는 힘과 상기 일 방향에 대한 상기 수평부(140a)의 길이에 기반하여, 상기 연결 프레임(140)의 변형률을 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)에 가해지는 힘은, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 배터리 셀(10)로부터 연결 프레임(140)의 수직부(140b)에게 가해지는 힘일 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 프레임(140)의 수직부(140b)에 가해지는 힘은, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 제2 플레이트(120)에 가해지는 힘 중에서, 제2 플레이트(120)와 연결 프레임(140)의 수직부(140b)가 결합된 부분에 가해지는 힘일 수 있다.
도 8의 실시예에서, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 연결 프레임(140)의 수직부(140b)에 가해지는 힘을 F라고 하고, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이를 L이라고 가정한다. 연결 프레임(140)에 힘(F)이 가해질 때, 연결 프레임(140)의 모멘트(M)는 "M=F×L"의 계산식으로 표현될 수 있다. 하지만, 연결 프레임(140)은 고정 프레임(130)에 고정 결합되어 있으므로, 힘(F)이 가해지더라도 회전되지 않을 수 있다. 따라서, 연결 프레임(140)의 모멘트(M)는 연결 프레임(140)의 탄성 거동으로 나타날 수 있다. 즉, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 연결 프레임(140)에 힘(F)이 가해지면, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)에는 모멘트(M)에 비례하게 인장 응력이 가해질 수 있다. 이 때, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)에 가해지는 인장 응력이, 압력 측정 소자(150)에 의해 연결 프레임(140)의 변형률로 산출될 수 있다.
예컨대, 연결 프레임(140)에 힘(F)이 가해지면, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)는 미세하게 구부러질 수 있다. 이 때, 압력 측정 소자(150)는 수평부(140a)가 미세하게 구부러진 정도를, 연결 프레임(140)의 변형률로 산출할 수 있다.
즉, 압력 측정 소자(150)는 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 연결 프레임(140)에 가해지는 모멘트(M)에 기반하여, 연결 프레임(140)의 변형률을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예와 달리, 압력 측정 소자(150)는 로드 셀이 적용되고, 압력 측정 소자(150)가 제2 플레이트(120)의 외측면에 직접 부착되었다고 가정한다. 그리고, 압력 측정 소자(150)는 제2 플레이트(120)에 의해 가압되는 힘(F)에 기반하여, 제2 플레이트(120)의 변형률을 측정할 수 있다고 가정한다. 만약, 제2 플레이트(120)에 의해 가압되는 힘(F)의 크기가 소정 크기 이하인 경우, 상기 힘(F)의 크기는 압력 측정 소자(150)에 의해 측정될 수 있는 측정 가능 범위를 벗어날 수 있다. 즉, 제2 플레이트(120)에 의해 가압되는 힘(F)의 크기가 압력 측정 소자(150)에 의해 측정될 수 있는 하한값보다 작을 경우, 압력 측정 소자(150)는 제2 플레이트(120)의 변형률을 측정할 수 없는 문제가 있다.
반면, 도 8의 실시예에서는, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 연결 프레임(140)의 수직부(140b)에 가해지는 힘(F)과 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이(L)에 따른 모멘트(M)에 기반하여, 연결 프레임(140)의 변형률이 측정될 수 있다. 즉, 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이(L)만큼 증폭된 힘(F)에 기반하여, 압력 측정 소자(150)가 연결 프레임(140)의 변형률을 측정할 수 있다. 따라서, 연결 프레임(140)에 가해지는 힘(F)의 크기가 상기 소정 크기 이하이더라도 상기 힘(F)이 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이(L)만큼 증폭되기 때문에, 압력 측정 소자(150)는 연결 프레임(140)의 변형률을 측정할 수 있다.
또한, 압력 측정부(160)는 상기 배터리 셀(10)이 상기 제1 플레이트(110)와 상기 제2 플레이트(120)에 개재된 경우, 수신한 연결 프레임(140)의 변형률에 기반하여 상기 배터리 셀(10)의 압력값을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 압력 측정부(160)는 압력 측정 소자(150)로부터 수신한 연결 프레임(140)의 변형률을 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이(L)를 고려하여 배터리 셀(10)의 압력값으로 치환할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 수평부(140a)와 수직부(140b)를 포함하도록 절곡된 형태의 연결 프레임(140)을 이용함으로써, 배터리 셀(10)의 스웰링에 의해 가해지는 힘(F)이 소정 크기 이하이더라도 배터리 셀(10)의 스웰링에 따른 압력값을 측정할 수 있다. 즉, 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 연결 프레임(140)을 이용하여 배터리 셀(10)의 스웰링 측정이 가능한 범위를 크게 확장함으로써, 배터리 셀(10)의 압력값을 정밀하게 측정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 제어부(170)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(170)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(170)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(170)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(170) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(170)와 연결될 수 있다.
제어부(170)는, 상기 압력 측정부(160)와 연결되어 상기 압력 측정부(160)로부터 상기 배터리 셀(10)의 압력값을 수신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(170)와 압력 측정부(160)는 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 압력 측정부(160)로부터 측정된 배터리 셀(10)의 압력값을 수신할 수 있다.
또한, 제어부(170)는, 수신한 배터리 셀(10)의 압력값과 기준 압력값을 비교하며, 압력값 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀(10)의 스웰링 유무 및 스웰링 정도 중 적어도 하나를 판단하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 압력값은 배터리 셀(10)에 스웰링이 발생되었는지 여부를 판단하는 기준값일 수 있다. 기준 압력값은 제어부(170)의 내부 메모리 또는 외부 메모리에 저장될 수 있다.
제어부(170)는 압력 측정부(160)로부터 수신한 배터리 셀(10)의 압력값과 기준 압력값 간의 대소 비교를 통해서 배터리 셀(10)의 스웰링 유무를 판단할 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(10)의 압력값이 기준 압력값 미만이면, 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 스웰링이 발생되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 배터리 셀(10)의 압력값이 기준 압력값 이상이면, 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 스웰링이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 압력 측정부(160)로부터 수신한 배터리 셀(10)의 압력값과 기준 압력값 간의 차이를 통해서 배터리 셀(10)의 스웰링 정도를 판단할 수도 있다.
예컨대, 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 압력값과 기준 압력값 간의 차이에 기반하여, 배터리 셀(10)의 스웰링 정도를 정상, 경고, 및 위험 중 어느 하나로 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 압력값과 기준 압력값 간의 차이에 따라 압력 차이값을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 기설정된 복수의 압력 구간 중 산출된 압력 차이값이 속하는 구간에 따라 배터리 셀(10)의 스웰링 정도를 판단할 수 있다.
여기서, 복수의 압력 구간은 정상 구간, 경고 구간, 및 위험 구간으로 미리 설정될 수 있다. 그리고, 복수의 압력 구간은 제어부(170)의 내부 메모리 또는 외부 메모리에 저장될 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 상기 산출된 압력 차이값이 상기 복수의 압력 구간 중에서 속하는 구간에 대응되도록 배터리 셀(10)의 스웰링 정도를 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 연결 프레임(140)은, 복수의 단위 연결 프레임(140)을 구비하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 연결 프레임(140)은 제1 단위 연결 프레임(141), 제2 단위 연결 프레임(142), 및 제3 단위 연결 프레임(143)을 구비하도록 구성될 수 있다. 다만, 연결 프레임(140)에 구비된 단위 연결 프레임(140)의 개수는, 도 9에 도시된 실시예에 의해 제한되지 않음을 유의한다.
그리고, 연결 프레임(140)은, 상기 복수의 단위 연결 프레임(140)이 일정한 간격을 두고 상기 제2 플레이트(120)에 결합되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 복수의 단위 연결 프레임(140)은, 제2 플레이트(120)의 외측면의 중점을 중심으로 일정한 간격을 두고 제2 플레이트(120)에 결합될 수 있다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 제2 단위 연결 프레임(142)은 제2 플레이트(120)의 외측면의 중앙부에 결합될 수 있다. 즉, 제2 단위 연결 프레임(142)은 제2 플레이트(120)의 상부면(+z방향측 면)의 중심에 고정 결합될 수 있다. 그리고, 제1 단위 연결 프레임(141)은 제2 단위 연결 프레임(142)으로부터 +y방향으로 일정 거리 이격된 위치에 고정 결합될 수 있다. 또한, 제3 단위 연결 프레임(143)은 제2 단위 연결 프레임(142)으로부터 -y방향으로 일정 거리 이격된 위치에 고정 결합될 수 있다.
바람직하게, 제2 플레이트(120)의 상부면의 -y방향 모서리와 제3 단위 연결 프레임(143) 간의 간격, 제3 단위 연결 프레임(143)과 제2 단위 연결 프레임(142) 간의 간격, 제2 단위 연결 프레임(142)과 제1 단위 연결 프레임(141) 간의 간격, 및 제1 단위 연결 프레임(141)과 제2 플레이트(120)의 상부면의 +y방향 모서리 간의 간격은 동일할 수 있다.
그리고, 상기 압력 측정 소자(150)는, 복수 구비되고, 상기 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각에 부착되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 제1 압력 측정 소자(151)는 제1 단위 연결 프레임(141)에 부착될 수 있다. 제2 압력 측정 소자(152)는 제2 단위 연결 프레임(142)에 부착될 수 있다. 제3 압력 측정 소자(153)는 제3 단위 연결 프레임(143)에 부착될 수 있다.
그리고, 복수의 압력 측정 소자(150)는 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률을 측정할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)의 스웰링이 발생된 경우, 제1 단위 연결 프레임(141)의 변형률, 제2 단위 연결 프레임(142)의 변형률, 및 제3 단위 연결 프레임(143)의 변형률이 각각 측정될 수 있다.
상기 압력 측정부(160)는, 상기 복수의 압력 측정 소자(150) 각각에 의해 측정된 상기 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률에 기반하여, 상기 배터리 셀(10)의 부위별 압력값을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 복수의 압력 측정 소자(150)는 압력 측정부(160)와 연결될 수 있다. 압력 측정부(160)는 복수의 압력 측정 소자(150)로부터 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률을 수신할 수 있다.
또한, 상기 압력 측정부(160)는, 상기 복수의 단위 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이를 고려하여, 상기 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률로부터 상기 배터리 셀(10)의 부위별 압력값을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 압력 측정부(160)는 복수의 단위 연결 프레임(140)의 수평부(140a)의 길이에 기반하여, 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률을 배터리 셀(10)의 부위별 압력값으로 치환할 수 있다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 압력 측정부(160)는 제1 단위 연결 프레임(141)의 수평부(140a)의 길이 및 제1 단위 연결 프레임(141)의 변형률에 기반하여, 제2 플레이트(120)에서 제1 단위 연결 프레임(141)이 결합된 부분에 대응되는 배터리 셀(10)의 제1 부위(+y방향측 부위)에 대한 제1 압력값을 측정할 수 있다.
마찬가지로, 압력 측정부(160)는 제2 단위 연결 프레임(142)의 수평부(140a)의 길이 및 제2 단위 연결 프레임(142)의 변형률에 기반하여, 제2 플레이트(120)에서 제2 단위 연결 프레임(142)이 결합된 부분에 대응되는 배터리 셀(10)의 제2 부위에 대한 압력값을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제2 플레이트(120)의 상부면(+z방향의 xy평면)의 중심에 제2 단위 연결 프레임(142)이 결합될 수 있다. 그리고, 배터리 셀(10)의 중심은 제2 플레이트(120)의 상부면의 중심에 수직하게 정렬되어 있을 수 있다. 따라서, 압력 측정부(160)는 제2 단위 연결 프레임(142)의 수평부(140a)의 길이 및 제2 단위 연결 프레임(142)의 변형률에 기반하여, 배터리 셀(10)의 중앙부의 제2 압력값을 측정할 수 있다.
또한, 압력 측정부(160)는 제3 단위 연결 프레임(143)의 수평부(140a)의 길이 및 제3 단위 연결 프레임(143)의 변형률에 기반하여, 제2 플레이트(120)에서 제3 단위 연결 프레임(143)이 결합된 부분에 대응되는 배터리 셀(10)의 제3 부위(-y방향측 부위)에 대한 제3 압력값을 측정할 수 있다.
상기 제어부(170)는, 상기 압력 측정부(160)에 의해 측정된 상기 배터리 셀(10)의 부위별 압력값에 기반하여, 상기 배터리 셀(10)의 스웰링 분포 및 부위별 스웰링 정도 중 적어도 하나를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는 압력 측정부(160)로부터 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각에 대응되는 배터리 셀(10)의 부위별 압력값을 수신할 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 수신한 배터리 셀(10)의 부위별 압력값에 따라 배터리 셀(10)의 스웰링 분포를 판단할 수 있다.
도 9의 실시예에서, 제어부(170)는 압력 측정부(160)로부터 제1 압력값, 제2 압력값, 및 제3 압력값을 수신할 수 있다. 이후, 제어부(170)는 제1 압력값, 제2 압력값, 및 제3 압력값 각각을 기준으로, 배터리 셀(10)의 제1 부위, 제2 부위 및 제3 부위에 대한 스웰링 분포를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 제1 압력값과 기준 압력값 간의 제1 압력 차이값을 산출하고, 제2 압력값과 기준 압력값 간의 제2 압력 차이값을 산출하며, 제3 압력값과 기준 압력값 간의 제3 압력 차이값을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 제1 압력 차이값, 제2 압력 차이값, 및 제3 압력 차이값을 기설정된 복수의 압력 구간에 대응시켜, 배터리 셀(10)의 제1 부위, 제2 부위, 및 제3 부위 각각에 대한 스웰링 정도를 판단할 수 있다.
예컨대, 복수의 압력 구간 중, 제1 압력 차이값은 위험 구간에 속하고, 제2 압력 차이값은 경고 구간에 속하며, 제3 압력 차이값은 정상 구간에 속한다고 가정한다. 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 제1 부위의 스웰링 정도가 위험 수준이고, 제2 부위의 스웰링 정도가 경고 수준이며, 제3 부위의 스웰링 정도가 정상 수준이라고 판단할 수 있다.
보다 바람직하게, 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 분포를 먼저 판단한 후, 스웰링이 발생된 것으로 판단된 배터리 셀(10)의 부위만 스웰링 정도를 판단하도록 구성될 수 있다.
앞선 실시예에서, 제어부(170)가 배터리 셀(10)의 제1 부위 및 제2 부위에서 스웰링이 발생된 것으로 판단하였다고 가정한다. 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 제1 부위에 대한 제1 압력 차이값을 기설정된 복수의 압력 구간에 대응시켜, 제1 부위에 대한 스웰링 정도를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 배터리 셀(10)의 제2 부위에 대한 제2 압력 차이값을 기설정된 복수의 압력 구간에 대응시켜, 배터리 셀(10)의 제2 부위에 대한 스웰링 정도를 판단할 수 있다. 여기서, 제어부(170)는 수신한 복수의 압력값과 기준 압력값의 크기를 비교하여, 수신한 압력값이 기준 압력값 이상이면 스웰링이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 복수의 단위 연결 프레임(140) 및 복수의 압력 측정 소자(150)를 이용하여, 배터리 셀(10)의 스웰링 분포 및/또는 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 정도를 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)에서 스웰링이 발생된 부위가 구체적으로 특정될 수 있다.
또한, 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 정도를 구체적으로 판단할 수 있기 때문에, 배터리 셀(10)의 스웰링이 발생된 원인을 분석하기 위한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)로부터 획득된 배터리 셀(10)의 스웰링 분포 및 부위별 스웰링 정도에 기반하여, 스웰링의 원인이 가스 생성에 의한 압력 상승인지 또는 이물질 유입에 의한 압력 상승인지가 구분될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10의 실시예에서, 연결 프레임(140)은 총 9개의 단위 연결 프레임(140)을 구비할 수 있다. 각각의 단위 연결 프레임(140)은, 제2 플레이트(120)를 9개의 부분으로 등분하여 구획하였을 때, 각각의 부분의 외측면의 중앙부에 고정 결합될 수 있다.
그리고, 9개의 압력 측정 소자(150) 각각이 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각에 부착되어, 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률이 측정될 수 있다.
이처럼, 단위 연결 프레임(140) 및 압력 측정 소자(150)의 개수가 증가될수록, 배터리 셀(10)의 스웰링 분포가 보다 구체적이고 정밀하게 판단될 수 있다. 또한, 스웰링 정도가 판단되는 배터리 셀(10)의 부위가 보다 세분화될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)에서 스웰링이 발생된 부위가 보다 구체적으로 특정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 제2 플레이트(120)는, 복수의 제2 단위 플레이트(121)를 구비하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 11의 실시예에서, 제2 플레이트(120)는 총 9개의 제2 단위 플레이트(121)를 구비하는 것으로 가정한다.
바람직하게, 복수의 제2 단위 플레이트(121)는 서로 겹치지 않게, 일정 간격을 두고 이격되어 위치할 수 있다.
상기 복수의 단위 연결 프레임(140)은, 상기 복수의 제2 단위 플레이트(121) 중 대응되는 제2 단위 플레이트(121)에 결합되도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 복수의 단위 연결 프레임(140)은, 상기 대응되는 제2 단위 플레이트(121)의 외측면의 중앙부에 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
복수의 단위 연결 프레임(140)에 부착된 복수의 압력 측정 소자(150) 각각은, 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률을 측정할 수 있다.
그리고, 압력 측정부(160)는 복수의 압력 측정 소자(150) 각각이 측정한 복수의 단위 연결 프레임(140)의 변형률에 기반하여, 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각에 대응되는 배터리 셀(10)의 부위별 압력값을 산출할 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 단위 플레이트(121)는 서로 일정 거리만큼 이격되어 위치하기 때문에, 서로 간의 영향이 최소화될 수 있다.
예컨대, 도 11의 실시예에서, 배터리 셀(10)의 중앙부에서 스웰링이 발생되었다고 가정한다. 배터리 셀(10)의 중앙부에서 발생된 스웰링에 의해서, 배터리 셀(10)의 중앙부에 위치한 제2 단위 플레이트(121)에는 힘이 가해질 수 있다. 또한, 배터리 셀(10)의 중앙부에서 발생된 스웰링에 의해서, 배터리 셀(10)의 주변부에 위치한 복수의 제2 단위 플레이트(121)에도 힘이 가해질 수 있다. 하지만, 배터리 셀(10)의 중앙부에 위치한 제2 단위 플레이트(121)와 주변부에 위치한 복수의 제2 단위 플레이트(121)는 서로 이격되어 있기 때문에, 배터리 셀(10)의 중앙부에 위치한 제2 단위 플레이트(121)에 가해지는 힘이 주변부에 위치한 복수의 제2 단위 플레이트(121)에게 전달되지는 않는다.
즉, 복수의 제2 단위 플레이트(121)가 서로 이격되어 위치하기 때문에, 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률이 측정되는 과정에서, 인접하는 제2 단위 플레이트(121)들 간의 영향이 제외될 수 있다.
다른 말로 설명하면, 복수의 단위 연결 프레임(140)의 변형률은, 배터리 셀(10)의 대응되는 부위에서 발생된 스웰링 압력을 보다 정확하게 반영하여 측정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)를 이용한 배터리 셀(10)의 스웰링 검사 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12의 실시예는, 도 11의 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)를 이용한 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 압력 분포이다. 구체적으로, 도 12의 스웰링 검사 결과는, 압력 측정부(160)가 복수의 압력 측정 소자(150)로부터 수신한 복수의 단위 연결 프레임(140) 각각의 변형률에 기반하여 산출한 배터리 셀(10)의 부위별 압력 분포이다.
도 12에 도시된 배터리 셀(10)의 스웰링 분포를 참조하면, 9개로 구획된 배터리 셀(10)의 부위 중 -y방향의 부위에서 스웰링의 정도가 가장 심한 것으로 판단될 수 있다. 즉, 도 11의 실시예에서, 가장 -y방향에 위치한 3개의 제2 단위 플레이트(121) 중 가운데에 위치한 제2 단위 플레이트(121)에 대응되는 배터리 셀(10)의 부위에서 스웰링 가장 심하게 발생된 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 복수의 제2 단위 플레이트(121)와 복수의 단위 연결 프레임(140)을 구비함으로써, 배터리 셀(10)의 스웰링 분포 및 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 정도를 보다 구체적으로 판단할 수 있는 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)는 온도 측정 소자(180) 및 온도 측정부(190)를 더 포함할 수 있다.
온도 측정 소자(180)는 복수 구비되어, 상기 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각에 부착될 수 있다.
그리고, 온도 측정부(190)는 복수의 온도 측정 소자(180)를 이용하여 상기 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부(170)는, 상기 온도 측정부(190)로부터 상기 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각의 온도값을 수신하고, 상기 배터리 셀(10)의 부위별 온도를 더 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 11의 실시예에서, 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각에는 온도 측정 소자(180)가 부착될 수 있다. 그리고, 온도 측정부(190)는 복수의 온도 측정 소자(180)와 연결되어, 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각의 온도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 복수의 제2 단위 플레이트(121) 각각은 전도성 소재로 형성될 수 있다.
제어부(170)는 배터리 셀(10)의 스웰링 분포 및 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 정도 중 적어도 하나와 함께, 배터리 셀(10)의 부위별 온도를 더 판단할 수 있다.
배터리 셀(10)의 내부 온도가 증가되어 배터리 셀(10) 내부의 전해액이 기화될 경우, 배터리 셀(10) 내부의 압력이 증가되면서 스웰링이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 검사 장치(100)에 따르면, 배터리 셀(10)의 스웰링 분포 및 배터리 셀(10)의 부위별 스웰링 정도뿐만 아니라, 배터리 셀(10)의 부위별 온도를 더 고려됨으로써, 배터리 셀(10)의 스웰링 원인이 보다 구체적으로 판단될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 셀
100: 배터리 셀의 스웰링 검사 장치
110: 제1 플레이트
120: 제2 플레이트
121: 제2 단위 플레이트
130: 고정 프레임
140: 연결 프레임
140a: 수평부
140b: 수직부
141: 제1 연결 프레임
142: 제2 연결 프레임
143: 제3 연결 프레임
150: 압력 측정 소자
151: 제1 압력 측정 소자
152: 제2 압력 측정 소자
153: 제3 압력 측정 소자
160: 압력 측정부
170: 제어부
180: 온도 측정 소자
190: 온도 측정부

Claims (15)

  1. 배터리 셀의 스웰링을 검사하기 위한 장치에 있어서,
    판상으로 구성된 제1 플레이트;
    판상으로 구성되고, 상기 제1 플레이트와 소정의 간격만큼 이격되어 대면되게 위치하고, 상기 제1 플레이트와의 사이에 상기 배터리 셀이 개재 가능하도록 구성된 제2 플레이트;
    상기 제1 플레이트의 일부분이 고정 결합되도록 구성된 고정 프레임;
    일단이 상기 제2 플레이트에 고정 결합되고, 타단이 상기 고정 프레임에 고정 결합되도록 구성된 연결 프레임; 및
    상기 연결 프레임에 부착되고, 상기 연결 프레임의 변형률을 측정하도록 구성된 압력 측정 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결 프레임은,
    적어도 일부분이 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결 프레임은,
    일단이 상기 고정 프레임에 연결되고 일 방향으로 길게 연장된 형태로 구성된 수평부; 및
    상기 수평부의 말단부에 구비되어 말단이 상기 제2 플레이트를 향하도록 구성된 수직부를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결 프레임은,
    상기 수직부의 말단이 상기 제2 플레이트의 외측면에 고정 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 프레임은,
    상기 수직부의 말단이 상기 제2 플레이트의 외측면의 중앙부에 고정 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 고정 프레임은,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이의 간격을 조절 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 압력 측정 소자와 연결되고, 상기 압력 측정 소자에 의해 측정된 상기 연결 프레임의 변형률을 수신하며, 상기 배터리 셀이 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에 개재된 경우, 수신한 연결 프레임의 변형률에 기반하여 상기 배터리 셀의 압력값을 측정하도록 구성된 압력 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력 측정 소자는,
    상기 배터리 셀의 압력에 의해 상기 수직부에 가해지는 힘과 상기 일 방향에 대한 상기 수평부의 길이에 기반하여, 상기 연결 프레임의 변형률을 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 압력 측정부와 연결되어 상기 압력 측정부로부터 상기 배터리 셀의 압력값을 수신하고, 수신한 배터리 셀의 압력값과 기준 압력값을 비교하며, 압력값 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 스웰링 유무 및 스웰링 정도 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연결 프레임은,
    복수의 단위 연결 프레임을 구비하고, 상기 복수의 단위 연결 프레임이 일정한 간격을 두고 상기 제2 플레이트에 결합되도록 구성되고,
    상기 압력 측정 소자는,
    복수 구비되고, 상기 복수의 단위 연결 프레임 각각에 부착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압력 측정부는,
    상기 복수의 압력 측정 소자 각각에 의해 측정된 상기 복수의 단위 연결 프레임 각각의 변형률에 기반하여, 상기 배터리 셀의 부위별 압력값을 측정하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 압력 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 부위별 압력값에 기반하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 분포 및 부위별 스웰링 정도 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 압력 측정부는,
    상기 복수의 단위 연결 프레임의 수평부의 길이를 고려하여, 상기 복수의 단위 연결 프레임 각각의 변형률로부터 상기 배터리 셀의 부위별 압력값을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 플레이트는,
    복수의 제2 단위 플레이트를 구비하도록 구성되고,
    상기 복수의 단위 연결 프레임은,
    상기 복수의 제2 단위 플레이트 중 대응되는 제2 단위 플레이트에 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 단위 연결 프레임은,
    상기 대응되는 제2 단위 플레이트의 외측면의 중앙부에 고정 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제2 단위 플레이트 각각에 부착된 온도 측정 소자를 이용하여 상기 복수의 제2 단위 플레이트 각각의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 측정부로부터 상기 복수의 제2 단위 플레이트 각각의 온도값을 수신하고, 상기 배터리 셀의 부위별 온도를 더 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 검사 장치.
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