KR20220001765A

KR20220001765A - 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 사용한 전지셀 부피 측정 방법

Info

Publication number: KR20220001765A
Application number: KR1020200080104A
Authority: KR
Inventors: 한현규
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2022-01-06

Abstract

본 발명은 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 포함하는 전지셀 부피 측정 방법에 관한 것으로, 내부에 액체가 보관되는 제1 챔버; 측정 대상 전지셀이 수용되는 제2 챔버; 상기 제1 챔버 내에 보관된 액체를 제2 챔버로 이송하는 제1 유로; 및 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 또는 무게를 측정하는 측정부를 포함한다.

Description

전지셀 부피 측정 장치 및 이를 사용한 전지셀 부피 측정 방법{BATTERY CELL VOLUME MEASURING DEVICE AND BATTERY CELL VOLUME MEASURING METHOD USING SAME}

본 발명은 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 사용한 전지셀 부피 측정 방법에 관한 것으로, 상세하게는 보다 직관적이고, 기기에 따른 편차가 적은 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 사용한 전지셀 부피 측정 방법에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.

이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.

이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

이러한 이차전지는 거듭된 충방전 진행에 따라 전해질 분해에 의한 다량의 가스가 발생하면서 퇴화되며, 이 양상은 전지의 설계 및 사용 형태에 따라 다르게 나타난다. 전지 내부 가스가 지속적으로 발생할 경우 전지의 부피가 증가하는 스웰링 현상이 관찰되며, 전지의 내압이 임계점을 넘길 경우 전지의 폭발이 발생할 수 있다. 이에 전지의 부피 변화 관찰이 필수적으로 수행되어야 한다.

이러한 전지셀의 부피 측정 방법으로는 밀폐 용기에 전지를 넣고 구멍을 뚫었을 때 발생하는 압력 변화를 보일-샤를의 법칙을 이용하여 수행할 수 있다. 또는 비파괴적인 측정 방법으로 아르키메데스의 원리를 이용한 측정 방법이 사용될 수 있다.

한국공개특허 제2018-0135587호에서는 아르키메데스의 원리를 이용한 부피 측정 방법이 개시되어 있다. 이 경우 전지의 부피 측정은 밀도를 알고 있는 액체에 전지셀을 담그고, 전지셀을 담그기 전과 후의 전지셀 무게를 측정하는 방식을 사용하게 된다. 그러나 이러한 경우 전지셀이 놓이는 부분이 이동하며 물체를 측정하게 됨에 따라 전지셀 및 고정 장치가 흔들릴 수 있고, 이에 따른 기기 편차가 발생할 수 있다는 단점이 있다. 또한 전지셀을 이동시키면서 측정을 해야 한다는 점에서 공정이 복잡하고 직관적이지 못하다는 단점이 있다.

따라서 이러한 문제 해결을 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제10-2018-0135587호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 직관적이고 간편하게 전지셀의 부피 측정을 수행할 수 있는 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 이용한 전지셀 부피 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기기 및 주변 환경에 따른 오차가 적은 전지셀 부피 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는, 내부에 액체가 보관되는 제1 챔버; 측정 대상 전지셀이 수용되는 제2 챔버; 상기 제1 챔버 내에 보관된 액체를 제2 챔버로 이송하는 제1 유로; 및 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 또는 무게를 측정하는 측정부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정부는 제1 유로 상에 설치된 유량계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 측정부는 제1 챔버 내의 액체 무게를 측정하는 저울을 포함한다.

구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는 상기 제1 유로 상에 설치되어, 제2 챔버로 이송되는 액체의 유량을 조절하는 제1 밸브를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는 상기 제2 챔버에 설치되어, 제2 챔버 내부의 액체의 부피를 모니터링 및 조절하는 수위센서를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는, 상기 제2 챔버로 이송된 액체를 제1 챔버로 회수하는 제2 유로; 및 상기 제2 유로상에 설치되어, 회수되는 액체의 유량을 조절하는 제2 밸브를 더 포함한다.

구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는 액체의 이송 및 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 또는 무게 측정값으로부터 전지셀의 부피를 산출하는 연산부를 더 포함한다.

아울러, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는 상기 액체의 온도를 조절하는 온도 조절부 및 액체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함한다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 전지셀 부피 측정 장치를 사용하는 전지셀 부피 측정 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법은, 비어있는 제2 챔버에 전지셀을 수용하는 단계; 제1 챔버 내의 액체를 소정의 수위에 도달할 때까지 상기 전지셀이 수용된 제2 챔버로 이송하는 단계; 및 제1 유로를 통과한 액체의 부피 또는 제1 챔버의 무게 변화량으로부터 상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 전지셀의 부피를 도출하는 단계는, 상기 유량계를 사용하여 제1 유로를 통과한 액체의 부피를 측정하고, 제1 유로를 통과한 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 전지셀의 부피는, 전지셀 수용 전 제2 챔버에 상기 소정의 수위에 도달할 때까지 액체를 채웠을 경우의 액체 부피와 상기 제1 유로를 통과한 액체의 부피 차이이다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계는, 상기 저울을 통해 액체 이송 전후 상기 제1 챔버의 무게 변화량을 측정하고, 상기 무게 변화량으로부터 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피를 계산하고, 제2 챔버로 이송된 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 전지셀의 부피는, 전지셀 수용 전 제2 챔버에 상기 소정의 수위에 도달할 때까지 액체를 채웠을 경우의 액체 부피와 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 차이이다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법은, 상기 제1 유로를 통과한 액체의 부피로부터 도출된 전지셀의 부피 및 상기 제1 챔버의 무게 변화량으로부터 도출된 전지셀의 부피로부터, 전지셀의 부피를 보정하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법은, 상기 액체의 온도를 조절하고, 상기 액체의 온도에 따른 전지셀의 부피 변화량을 도출하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 사용한 전지셀 부피 측정 방법은, 전지셀을 챔버에 고정시킨 상태에서 액체를 이송하고, 상기 이송된 액체의 부피 또는 무게로부터 바로 전지셀의 부피를 도출할 수 있으므로, 부피 측정이 용이하고 직관적이며, 기기에 따른 편차가 존재하지 않는다.

또한 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치 및 이를 사용한 전지셀 부피 측정 방법은, 각각 이송된 액체의 부피 및 무게로부터 전지셀의 부피를 계산하고, 각각 계산된 값으로부터 보정된 전지셀의 부피를 도출함으로써, 더욱 정확한 전지셀의 부피를 측정 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는, 내부에 액체가 보관되는 제1 챔버(110); 측정 대상 전지셀(101)이 수용되는 제2 챔버(120); 상기 제1 챔버(110) 내에 보관된 액체를 제2 챔버(120)로 이송하는 제1 유로(130); 및 상기 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피 또는 무게를 측정하는 측정부(140)를 포함한다.

앞서 설명한 바와 같이, 종래의 전지셀 부피 측정 방법은 밀폐 용기에 전지를 넣고 구멍을 뚫었을 때 발생하는 압력 변화를 보일-샤를의 법칙을 이용하여 수행하거나, 아르키메데스의 원리를 이용한 측정 방법이 사용되었다.

그러나 전지에 구멍을 뚫는 방법은 전지를 필연적으로 파손하게 되므로, 이후 전지셀의 재활용이 어렵다는 단점이 있었다. 아르키메데스의 원리를 이용하는 경우, 전지셀을 각각 공기 중 및 밀도를 알고 있는 액체 내에서 무게를 측정한 후 그 무게의 차이를 액체의 밀도로 나누어 계산하게 된다. 이 경우 전지를 비파괴식으로 측정할 수 있으나, 전지셀의 무게 차이로부터 전지셀의 부피를 간접적으로 측정하게 되므로 직관적으로 전지셀의 부피를 측정하는 것이 어렵다. 또한 측정 과정 중에 전지셀을 공기 중에서 액체로 이동시키게 되므로 흔들림 현상이 발생할 수 있으며, 기기에 따른 편차가 크고, 이동 과정에서 전지셀의 표면에 기포가 부착될 경우 오차가 크게 발생할 수 있다는 문제가 있었다.

이에 비해, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치의 경우 전지셀(101)이 수용되는 제2 챔버(120) 상에 액체를 이송하고, 상기 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피로부터 바로 전지셀(101)의 부피를 도출할 수 있으므로 부피 측정이 종래 방법에 비해 용이하고 직관적이다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는 후술하는 바와 같이 이송된 액체의 부피를 직접 측정하여 이로부터 전지셀의 부피를 도출하거나, 이송된 액체의 무게로부터 부피를 계산 후 이로부터 전지셀의 부피를 도출하게 되는데, 이와 같이 두 가지 방법에 의해 계산된 부피 값으로부터 전지셀의 부피를 보정할 수 있으므로, 더욱 정확한 전지셀의 부피 값을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치를 나타낸 모식도이다.

도 2를 도 1과 함께 참조하면, 상기 제1 챔버(110)는 내부에 액체를 수용할 수 있는 공간이 형성된다. 상기 액체의 종류에는 특별한 제한은 없으나, 예를 들어서 물을 사용할 수 있다. 또는 에탄올 등의 액체를 사용할 수도 있고, 실리콘 오일 등의 전기 절연성 액체를 사용할 수도 있다.

제2 챔버(120)의 경우, 내부에 측정 대상 전지셀(101)이 수용될 수 있는 공간이 형성된다. 측정 대상 전지셀(101)은 별도의 고정 장치 없이 바로 제2 챔버(120) 내에 수용될 수 있으나, 전지셀(101)이 부피 측정 중 유동하여 오차가 발생하는 것을 방지하기 위해 지그(미도시)가 제2 챔버(120)에 설치될 수 있다. 상기 지그에는 내부에 전지셀이 안착될 수 있는 공간이 형성된다. 상기 지그의 형상에는 특별한 제한이 없으나, 예를 들어 전지셀이 안착되는 하판 및 전지셀의 상부에서 전지셀을 가압 고정하는 하판으로 구성될 수 있다. 또한 상기 전지셀의 외주면과 지그가 접촉하는 면적을 최소화하도록 전지셀의 외주면과 지그가 직접 접촉하지 않는 형태일 수 있는데, 이 경우 지그는 전지셀의 모서리 부분과 접촉함으로써 전지셀을 고정하는 방식일 수 있다. 지그가 전지셀의 면을 가압하여 고정할 경우 상기 가압에 의해 전지셀의 부피가 축소되면서 오차가 발생할 수 있다.

상기 전지셀(101)은, 양극, 음극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체가 전지 케이스 안에 수납되고, 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다. 상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 파우치형 전지 케이스가 사용될 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 내부에 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스로부터 전극 리드가 인출된 구조이다. 기타 전지셀의 구성과 관련된 자세한 사항은 당업자에게 이미 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 제1 유로(130)는 상기 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)를 유체 연결하며, 제1 챔버(110) 내에 보관된 액체를 제2 챔버(120)로 이송하는 이송로로 작용한다. 상기 제1 유로는 파이프 라인 형태일 수 있다.

상기 측정부(140)는, 상기 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피 또는 무게를 측정한다.

하나의 예에서, 상기 측정부(140)는 제1 유로(130) 상에 설치된 유량계(141)를 포함할 수 있다. 상기 유량계(141)는 공지의 것을 사용할 수 있으며, 제1 챔버(110)에서 제2 챔버(120)로 이송되는 액체의 부피를 직접 측정할 수 있다.

다른 하나의 예에서, 상기 측정부(140)는 제1 챔버(110) 내의 액체 무게를 측정하는 저울(142)을 포함한다. 상기 저울(142)은 제1 챔버(110)에서 제2 챔버(120)로 액체가 이송될 때, 액체 이송 전후 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 측정할 수 있다. 상기 저울(140)은, 예를 들어 전자 저울일 수 있다.

본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는 상기 측정부(140)에 유량계(141) 또는 저울(142) 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 저울(141) 및 유량계(142)를 모두 구비할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는, 액체의 이송을 통해 전지셀의 부피를 측정하게 되는바, 이러한 액체의 이송을 조절할 수 있는 조절 수단이 구비될 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는 상기 제1 유로(130) 상에 설치되어, 제2 챔버(120)로 이송되는 액체의 유량을 조절하는 제1 밸브(131)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 밸브(131)는 제1 유로(130) 상에 설치되되, 유량계(141)와 제1 챔버(110) 사이에 위치할 수 있다. 이는 유량계(141)를 통과한 액체의 부피와 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피를 동일하게 하기 위함이다. 제1 밸브(131)가 유량계(141)와 제2 챔버(120) 사이에 위치할 경우, 제1 밸브(131)를 닫았을 때 유량계(141)를 통과한 액체가 제1 밸브(131)에 의해 제2 챔버(120)로 이동하지 못하므로, 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피와 유량계(141)를 통과한 액체의 부피 사이에 차이가 발생할 수 있다.

이러한 제1 밸브(131)의 개폐 여부는 제2 챔버(120) 내에 소정의 부피만큼 액체가 채워졌는지 여부를 확인함으로써 결정될 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정장치(100)는 상기 제2 챔버(120)에 설치되어, 제2 챔버(120) 내부의 액체의 부피를 모니터링 및 조절하는 수위센서(143)를 더 포함한다. 상기 수위 센서는(143), 예를 들어 제2 챔버(120)의 벽면에 설치되어 제1 챔버(110)로부터 이송된 액체가 소정의 수위에 도달했는지 여부를 알림으로써, 액체가 제2 챔버(120)의 소정의 수위 이상으로 채워지는 것을 방지한다.

이와 같이 제2 챔버(120)로 이송된 액체는, 다시 회수되어 제1 챔버(110)로 이송된 후 재활용된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는 상기 제2 챔버(120)로 이송된 액체를 제1 챔버(110)로 회수하는 제2 유로(144); 및 상기 제2 유로(144)상에 설치되어, 회수되는 액체의 유량을 조절하는 제2 밸브(145)를 더 포함한다. 즉 부피 측정이 완료되면, 제2 밸브(145)가 개방됨으로써 제2 챔버(120) 내의 액체가 제2 유로(144)를 통해 제1 챔버(110)로 회수되며, 회수된 액체는 다시 부피 측정을 위해 제1 유로(130)를 통과하여 제2 챔버(120)로 이송될 수 있다.

한편, 이러한 일련의 동작들은 자동으로 수행될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는 액체의 이송 및 측정부(140)의 작동을 제어하는 제어부(150) 및 상기 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피 또는 무게 측정값으로부터 전지셀의 부피를 산출하는 연산부(160)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(150)는, 앞서 설명한 측정부(140)에 포함된 저울(142) 또는 유량계(141)와 연결되며, 또한 각 밸브(131, 135) 및 수위 센서(143)와 연결된다. 이에 따라 상기 제어부(150)는 액체의 이송 및 측정부의 작동을 제어한다.

구체적으로, 부피 측정이 시작되면, 상기 제어부(150)는 제1 밸브(131)를 개방하여 제1 챔버(110) 내의 액체를 제2 챔버(120)로 이송한다. 이 때 유량계(141)는 제1 유로(130)를 이동하는 액체의 부피를 측정하여 제어부(150)로 전달한다. 상기 액체는 소정의 수위에 도달할 때까지 제2 챔버(120) 내로 이송되는데, 액체가 소정의 수위에 도달할 경우 수위 센서(143)가 이를 감지하여 제어부(150)로 신호를 송출하게 된다. 이를 수신한 제어부(150)는 제1 밸브(131)를 폐쇄하고, 유량계(141)의 부피 측정이 완료되면 제2 밸브(145)를 개방하여 액체를 제1 챔버(110)로 회수하게 된다.

또는, 부피 측정이 시작되면, 상기 제어부(150)는 제1 밸브(131)를 개방하여 제1 챔버(110) 내의 액체를 제2 챔버(120)로 이송한다. 상기 액체는 소정의 수위에 도달할 때까지 제2 챔버(120) 내로 이송되는데, 액체가 소정의 수위에 도달할 경우 수위 센서(143)가 이를 감지하여 제어부(150)로 신호를 송출하게 된다. 이를 수신한 제어부(150)는 제1 밸브(131)를 폐쇄하며, 이후 측정부(140)의 저울(142)은 제1 챔버(110)의 무게를 측정하여, 액체 이송 전후 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 제어부(150)로 전달한다. 이후 제어부(150)는 제2 밸브(145)를 개방하여 액체를 다시 제1 챔버(110)로 회수한다.

또한, 상기 측정부(140)가 저울(142) 및 유량계(141)를 모두 포함할 경우, 제어부(150)가 제1 밸브(131)를 개방하여 제1 챔버(110) 내의 액체를 제2 챔버(120)로 이송하면 유량계(141)가 제1 유로(130)를 이동하는 액체의 부피를 측정하여 제어부(150)로 전달한다. 액체가 소정의 수위에 도달할 경우 수위 센서(143)가 이를 감지하며 제어부(150)로 신호를 송출함에 따라 제1 밸브(131)가 폐쇄된다. 이후 측정부(140)의 저울(142)이 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 측정하여 제어부(150)로 전달하게 된다.

상기 유량계(141) 및 저울(142)로부터 전달받은 부피 및 무게는 제어부(150)에서 연산부(160)로 전달된다. 상기 연산부(160)는 상기 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피 또는 제1 챔버(110)의 무게 변화량으로부터 전지셀의 부피를 산출한다.

구체적으로, 상기 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피는 전지셀이 수용된 상태에서의 제2 챔버(120)에 채워진 액체의 부피이다. 따라서 상기 부피와, 전지셀(101)이 수용되지 않은 상태에서 제2 챔버(120)에 채워진 액체의 부피와의 차이를 전지셀의 부피 값으로 정할 수 있다. 전지셀이 수용되지 않은 상태에서 제2 챔버(120)에 채워진 액체의 부피는 전지셀 수용 전 액체를 소정의 수위까지 제2 챔버(120)에 채우고, 이를 유량계로 측정함으로써 미리 얻을 수 있다.

아울러, 상기 제1 챔버(110)의 무게 변화량은 전지셀이 수용된 상태에서 제2 챔버(120)에 채워진 액체의 무게이다. 상기 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 액체의 밀도로 나눌 경우 제2 챔버(120)에 채워진 액체의 부피를 얻을 수 있다. 이 부피 값과, 전지셀이 수용되지 않은 상태에서 제2 챔버(120)에 채워진 액체의 부피와의 차이를 계산하면 전지셀의 부피를 얻을 수 있다.

또한, 상기 연산부(160)는 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피로부터 도출된 전지셀의 부피 및 상기 제1 챔버(110)의 무게 변화량으로부터 도출된 전지셀의 부피로부터, 보정된 전지셀의 부피를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피로부터 도출된 전지셀의 부피와 제1 챔버(110)의 무게 변화량으로부터 도출된 전지셀의 부피로부터, 보정된 전지셀의 부피의 평균값을 보정된 전지셀의 부피로 할 수 있다. 또는, 두 가지 방식 중 어느 하나로 측정된 전지셀의 부피 값을 반영하여, 다른 방식으로 측정된 전지셀의 부피 값을 가감하는 방식을 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 보정된 전지셀의 부피를 산출함으로써 정확한 전지셀의 부피를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치는, 상기 액체의 온도를 조절하는 온도 조절부(미도시) 및 액체의 온도를 측정하는 온도 측정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 온도 조절부는 제1 챔버(110), 제1 유로(130) 및 제2 챔버(120)에 모두 설치되어, 제1 챔버(110)에서 제2 챔버(120)에 이르기까지 액체의 온도를 일정하게 유지함으로써 전지셀의 부피에 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 액체의 온도를 일정하게 변화시키면서, 이에 따른 부피 측정값의 차이를 확인할 수 있게 한다. 구체적으로, 부피는 온도에 따라 변화하나, 무게는 온도에 따라 변화가 없는 값이므로, 상기 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피는 온도에 따라 변화하나, 제1 챔버(110)의 무게 변화량은 이러한 온도 변화에 따른 변화가 일어나지 않는다. 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 장치(100)는 이러한 변화 및 차이를 실제 전지셀의 부피에 반영하여 정확한 전지셀의 부피를 산출할 수 있다.

또한, 상기 온도 조절부는 히터 또는 쿨러일 수 있으며, 히터 및 쿨러에 관한 자세한 사항은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.

아울러, 온도 측정부는 상기 액체가 일정한 온도를 유지하는지 여부를 모니터링한다. 상기 온도 측정부는 온도를 측정할 수 있는 것이면 그 종류에 크게 제한은 없으나, 예를 들어 써모커플일 수 있다

그리고, 이와 같이 얻어진 부피 데이터는 별도로 저장되어 데이터베이스화할 수 있다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 전지셀 부피 측정 장치를 사용한 전지셀 부피 측정 방법을 제공한다.

도 3은 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법은, 비어있는 제2 챔버(120)에 전지셀(101)을 수용하는 단계(S10); 제1 챔버(110) 내의 액체를 소정의 수위에 도달할 때까지 상기 전지셀이 수용된 제2 챔버(120)로 이송하는 단계(S20); 및 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피 또는 제1 챔버(110)의 무게 변화량으로부터 상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계(S30)를 포함한다.

본 발명에 따른 전지셀 부피 방법은 전지셀이 수용되는 제2 챔버 상에 액체를 이송하고, 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피로부터 바로 전지셀의 부피를 도출할 수 있으므로 부피 측정이 종래 방법에 비해 용이하고 직관적이다.

본 발명의 일 실시예에서, 전지셀의 부피를 도출하는 단계(S30)는, 상기 유량계(141)를 사용하여 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피를 측정하고, 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계를 포함한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다. 도 4를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 전지셀 부피 측정 방법은, 비어있는 제2 챔버(120)에 전지셀을 수용하는 단계(S10); 제1 챔버(110) 내의 액체를 소정의 수위에 도달할 때까지 상기 전지셀이 수용된 제2 챔버(120)로 이송하는 단계(S20); 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피를 측정하는 단계(S31); 및 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계(S32)를 포함한다.

구체적으로, 비어있는 제2 챔버(120)에 전지셀(101)이 수용되면, 제1 챔버(110) 내의 액체가 제2 챔버(120)로 이송된다. 이 때 유량계(141)를 사용하여, 제1 유로(130)를 이동하는 액체의 부피를 측정한다. 상기 액체를 제2 챔버(120)의 소정의 수위에 도달할 때까지 제2 챔버(120) 내로 이송한다. 액체가 소정의 수위에 도달하면 제1 밸브(131)를 폐쇄하여 액체의 이송을 중단하고 그 때까지 유량계(141)에 의해 이송된 액체의 부피를 얻는다. 제2 챔버(120)에 이송된 액체는 다시 제1 챔버(110)로 회수되어 재활용된다.

이 때 상기 전지셀의 부피는 전지셀 수용 전 제2 챔버(120)에 상기 소정의 수위에 도달할 때까지 액체를 채웠을 경우의 액체 부피와 상기 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피 차이이다. 전지셀 수용 전 제2 챔버(120)에 수용되는 액체의 부피는 미리 얻어진 데이터를 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계는, 상기 저울을 통해 액체 이송 전후 상기 제1 챔버의 무게 변화량을 측정하고, 상기 무게 변화량으로부터 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피를 계산하고, 제2 챔버로 이송된 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계를 포함한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다. 도 5를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 전지셀 부피 측정 방법은, 비어있는 제2 챔버(120)에 전지셀을 수용하는 단계(S10); 제1 챔버(110) 내의 액체를 소정의 수위에 도달할 때까지 상기 전지셀이 수용된 제2 챔버(120)로 이송하는 단계(S20); 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 측정하는 단계(S33), 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피를 계산하는 단계(S34), 및 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계(S35)를 포함한다.

구체적으로, 비어있는 제2 챔버(120)에 전지셀(101)이 수용되면, 제1 챔버(110) 내의 액체가 제2 챔버(120)로 이송된다. 상기 액체를 제2 챔버(120)의 소정의 수위에 도달할 때까지 제2 챔버(120) 내로 이송한다. 액체가 소정의 수위에 도달하면 제1 밸브(131)를 폐쇄하여 액체의 이송을 중단하고, 액체 이송 전후 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 측정한다. 이 때 제1 챔버(110)의 무게 변화량을 액체의 밀도로 나누어 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피를 얻고, 이로부터 전지셀의 부피를 계산한다.

이 때 전지셀의 부피는, 전지셀 수용 전 제2 챔버(120)에 상기 소정의 수위에 도달할 때까지 액체를 채웠을 경우의 액체 부피와 상기 제2 챔버(120)로 이송된 액체의 부피 차이이다. 전지셀 수용 전 제2 챔버(120)에 수용되는 액체의 부피는 미리 얻어진 데이터를 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 제1 유로를 통과한 액체의 부피로부터 도출된 전지셀의 부피 및 상기 제1 챔버의 무게 변화량으로부터 도출된 전지셀의 부피로부터, 전지셀의 부피를 보정하는 단계를 더 포함한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 부피 측정 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다. 도 6을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 전지셀의 부피 측정 방법은, 비어있는 제2 챔버(120)에 전지셀(101)을 수용하는 단계(S10); 제1 챔버(110) 내의 액체를 소정의 수위에 도달할 때까지 상기 전지셀이 수용된 제2 챔버(120)로 이송하는 단계(S20); 전지셀의 부피를 도출하는 단계(S30) 및 전지셀의 부피를 보정하는 단계(S40)를 포함한다.

구체적으로, 상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계에서는 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피를 및 액체 이송 전후 제1 챔버의 무게 변화량을 모두 측정하고, 이로부터 각각 전지셀의 부피를 도출한다. 이에 관한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.

한편, 전지셀의 부피를 보정하는 단계에서 보정된 전지셀의 부피는, 예를 들어 제1 유로(130)를 통과한 액체의 부피로부터 도출된 전지셀의 부피와 제1 챔버(110)의 무게 변화량으로부터 도출된 전지셀의 부피 값에 대하여, 두 종류 값의 평균값으로부터 얻어질 수 있다. 또는, 두 가지 방식 중 어느 하나로 측정된 전지셀의 부피 값을 반영하여, 다른 방식으로 측정된 전지셀의 부피 값을 가감하는 방식으로부터 얻어질 수 있다. 이와 같이 본 발명은 보정된 전지셀의 부피를 산출함으로써 정확한 전지셀의 부피를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 부피 측정 방법은 상기 액체의 온도를 조절하고, 상기 액체의 온도에 따른 전지셀의 부피 변화량을 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 특정 온도에서 전지셀의 부피를 측정하고, 온도를 증가시킨 후 전지셀의 부피를 측정하는 것을 반복하여 수행함으로써, 온도에 따른 전지셀의 부피 변화량을 도출할 수 있다.

아울러, 온도를 변화시키면서, 제1 유로를 통과한 액체의 부피 및 제1 챔버의 무게 변화량의 차이를 확인하고, 이로부터 계산되는 전지셀의 부피 값의 차이를 확인할 수 있다. 상기 제1 유로를 통과한 액체의 부피는 온도에 따라 변화하나, 제1 챔버의 무게 변화량은 이러한 온도 변화에 따른 변화가 일어나지 않으므로, 본 발명에 따른 전지셀 온도 측정 장치는 이러한 변화 및 차이를 실제 전지셀의 부피에 반영하여 정확한 전지셀의 부피를 산출할 수 있다.

본 발명에서, 앞서 설명한 일련의 단계들은 제어부에 의해 제어될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

100: 전지셀 부피 측정 장치
101: 전지셀
110: 제1 챔버
120: 제2 챔버
130: 제1 유로
131: 제1 밸브
140: 측정부
141: 유량계
142: 저울
143: 수위 센서
144: 제2 유로
145: 제2 밸브
150: 제어부
160: 연산부

Claims

내부에 액체가 보관되는 제1 챔버;
측정 대상 전지셀이 수용되는 제2 챔버;
상기 제1 챔버 내에 보관된 액체를 제2 챔버로 이송하는 제1 유로; 및
상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 또는 무게를 측정하는 측정부를 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정부는 제1 유로 상에 설치된 유량계를 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정부는 제1 챔버 내의 액체 무게를 측정하는 저울을 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 유로 상에 설치되어, 제2 챔버로 이송되는 액체의 유량을 조절하는 제1 밸브를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 챔버에 설치되어,
제2 챔버 내부의 액체의 부피를 모니터링 및 조절하는 수위센서를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 챔버로 이송된 액체를 제1 챔버로 회수하는 제2 유로; 및
상기 제2 유로상에 설치되어, 회수되는 액체의 유량을 조절하는 제2 밸브를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체의 이송 및 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 및
상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 또는 무게 측정값으로부터 전지셀의 부피를 산출하는 연산부를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체의 온도를 조절하는 온도 조절부 및 액체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 장치.
제1항에 따른 전지셀 부피 측정 장치를 사용하는 전지셀 부피 측정 방법에 있어서,
비어있는 제2 챔버에 전지셀을 수용하는 단계;
제1 챔버 내의 액체를 소정의 수위에 도달할 때까지 상기 전지셀이 수용된 제2 챔버로 이송하는 단계; 및
제1 유로를 통과한 액체의 부피 또는 제1 챔버의 무게 변화량으로부터 상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계를 포함하는 전지셀 부피 측정 방법.
제9항에 있어서,
전지셀의 부피를 도출하는 단계는,
상기 유량계를 사용하여 제1 유로를 통과한 액체의 부피를 측정하고,
제1 유로를 통과한 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계를 포함하는 전지셀 부피 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 전지셀의 부피는,
전지셀 수용 전 제2 챔버에 상기 소정의 수위에 도달할 때까지 액체를 채웠을 경우의 액체 부피와 상기 제1 유로를 통과한 액체의 부피 차이인 전지셀 부피 측정 방법.
제9항에 있어서,
상기 전지셀의 부피를 도출하는 단계는,
상기 저울을 통해 액체 이송 전후 상기 제1 챔버의 무게 변화량을 측정하고,
상기 무게 변화량으로부터 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피를 계산하고,
제2 챔버로 이송된 액체의 부피로부터 전지셀의 부피를 계산하는 단계를 포함하는 전지셀 부피 측정 방법.
제12항에 있어서,
상기 전지셀의 부피는,
전지셀 수용 전 제2 챔버에 상기 소정의 수위에 도달할 때까지 액체를 채웠을 경우의 액체 부피와 상기 제2 챔버로 이송된 액체의 부피 차이인 전지셀 부피 측정 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 유로를 통과한 액체의 부피로부터 도출된 전지셀의 부피 및 상기 제1 챔버의 무게 변화량으로부터 도출된 전지셀의 부피로부터, 전지셀의 부피를 보정하는 단계를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 방법.
제9항에 있어서,
상기 액체의 온도를 조절하고,
상기 액체의 온도에 따른 전지셀의 부피 변화량을 도출하는 단계를 더 포함하는 전지셀 부피 측정 방법.