KR20220068472A - 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법 - Google Patents

전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지 셀을 손상시키지 않고, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법에 관한 것이다.

Description

전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법{SYSTEM FOR MEASURING INTERNAL PRESSURE OF BATTERY CELL AND METHOD FOR MEASURING INTERNAL PRESSURE OF BATTERY CELL USING THE SAME}
본 발명은 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에, 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용할 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀고, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는 전지케이스 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극 조립체가 내장되어 있고, 양극 및 음극 탭들이 두 개의 전극 탭에 용접되어 전지케이스의 외부로 노출되도록 실링되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 전극 탭은 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되고, 이차전지는 전극 탭을 통해 외부 장치에 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 전력을 공급받게 된다.
이차전지는 과충전, 과방전, 과열, 외부의 충격 등에 의해 전지가 비정상적인 상태로 작동되면서 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 예를 들어, 과열된 전지는 가스를 발생시키고, 케이스에서 가압된 가스는 전지 요소의 분해반응을 더욱 촉진시켜 계속적인 과열 및 가스 발생을 유발하며, 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상은 장기간의 사용으로 인해 이차전지가 서서히 열화되는 과정에서도 나타난다. 이에, 충방전 특성이 균일한 전지 셀을 제조하기 위해서는 전지 셀의 체적 변화에 따른 내부압력 변화를 측정할 필요가 있다.
도 1은 전지 셀의 압력 측정 지그를 보여주는 사진이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래에는 전지 셀의 압력 변화를 측정하기 위해서는 전용기구를 사용하였다.
그러나, 이러한 기존 전지 셀의 압력 측정을 위한 장비는 전극의 두께 증가에 의한 압력 변화는 측정할 수 있으나, 전지 셀의 내부에서 발생하는 가스에 의해 변화되는 전지 셀의 내부 압력을 확인하는 것은 어려웠다. 이에 따라, 전지 셀의 퇴화에 따른 가스 발생에 의한 누출(venting) 발생 예측이 어렵고, 상기 가스 발생에 의한 누출 발생을 사전에 대응하는 것이 어려웠다.
따라서, 전지 셀의 내부압력을 용이하게 측정할 수 있는 전지 셀의 내부압력을 용이하게 측정할 수 있는 장치 및 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
일본공개특허 제2010-045001호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전지 셀을 손상시키지 않고, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 전지 셀이 수납되는 케이스부; 전지 셀의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위를 측정하는 변위 센서부; 케이스부와 유체 연결되는 구조이며, 케이스부에 유체를 공급하여 전지 셀을 가압하는 유체 공급부; 및 케이스부와 유체 공급부 사이에 연결되어, 케이스부 내부의 압력을 측정하는 압력 센서부를 포함한다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은, 변위 센서부에서 측정한 변위값을 전달 받아 유체 공급부의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부를 더 포함한다.
하나의 예에서, 상기 데이터 처리부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치 보다 낮은 경우, 유체 공급부의 작동을 결정한다. 구체적인 예에서, 상기 유체 공급부는, 전지 셀의 변위값이 기준치로 도달할 때까지 케이스부 내부로 유체를 공급한다.
다른 하나의 예에서, 상기 데이터 처리부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달하는 경우, 유체 공급부의 작동을 중단한다.
아울러, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템에서, 압력 센서부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달하는 경우, 케이스부 내부의 압력을 측정하되, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정한다. 구체적인 예에서, 상기 전지 셀의 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정한다.
하나의 예에서, 상기 유체 공급부는, 내부에 유체를 저장하는 유체 저장 챔버; 유체 저장 챔버 내부의 유체를 케이스부로 공급하는 유체 공급 장치; 및 케이스부와 유체 공급 장치 사이에 연결되어, 케이스부에 공급되는 유체의 공급량을 제어하는 유체 제어 밸브를 포함한다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 케이스부에 수납되는 전지 셀을 감싸는 보호커버를 더 포함한다.
아울러, 본 발명은 상기 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은, 전지 셀의 내부압력 측정 시스템에서 케이스부에 전지 셀을 수납한 후, 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계; 및 케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달할 때까지 수행된다.
하나의 예에서, 상기 케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정한다. 구체적인 예에서, 상기 전지 셀의 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정하는 과정을 포함한다.
한편, 상기 케이스부에 수납되는 전지 셀은 파우치형 전지 셀일 수 있다.
본 발명의 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법에 따르면, 전지 셀을 손상하지 않고, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있다.
나아가, 전지 셀의 내부 압력을 기반으로 전지 셀 내부에서 발생한 가스 발생량 등을 용이하게 계산할 수 있다.
도 1은 전지 셀의 압력 측정 지그를 보여주는 사진이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 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.
본 발명은 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 종래에는 전지 셀의 내부에서 발생하는 가스에 의해 변화되는 전지 셀의 내부 압력을 측정하는 것은 어려웠다. 이에 따라, 전지 셀의 퇴화에 따른 가스 발생에 의한 누출(venting) 발생 예측이 어렵고, 상기 가스 발생에 의한 누출 발생을 사전에 대응하는 것이 불가능 하였다.
이에, 본 발명의 발명자들은 전지 셀의 내부압력을 용이하게 측정할 수 있는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 발명하였다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법은, 전지 셀이 수납된 케이스부에 유체를 공급하여 전지 셀의 내부 압력과 외부압력을 동일하게 설정한 후 케이스부 내부의 유체압력을 측정함으로써, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 유추할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명은 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 전지 셀이 수납되는 케이스부; 전지 셀의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위를 측정하는 변위 센서부; 케이스부와 유체 연결되는 구조이며, 케이스부에 유체를 공급하여 전지 셀을 가압하는 유체 공급부; 및 케이스부와 유체 공급부 사이에 연결되어, 케이스부 내부의 압력을 측정하는 압력 센서부를 포함한다.
본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 전지 셀이 수납된 케이스부에 유체를 공급하여 전지 셀에 압력을 가한다. 이때, 전지 셀의 내부압력과 외부압력이 동일해질 때까지 케이스부에 유체를 공급한 후, 케이스부의 내부압력을 측정한다. 참고로, 케이스부에 유체를 공급하게 되면 전지 셀에 압력이 가해지게 되고, 전지 셀에 가해지는 압력(외부압력)과 전지 셀의 내부 압력이 동일해지는 경우 전지 셀의 어깨선 영역의 두께 변화가 일어나게 된다. 즉, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 전지 셀의 어깨선 영역의 두께 변화를 감지하여 유체 공급 여부를 결정할 수 있으며, 케이스부 내부 압력 측정 시점을 결정할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
본 발명에서, "전지 셀의 어깨선 영역" 이란, 전지 셀의 전극 리드가 형성된 테라스부와 인접한 영역으로, 상기 테라스부와 전극 조립체 수용부 사이의 영역을 의미한다. 아울러, 전지 셀의 어깨선 영역은 전지 셀의 전체 영역 중 압력에 대한 변화가 가장 빠르게 일어나는 영역으로 본 발명에서는 전지 셀의 어깨선 영역의 변위를 측정하여 유체 공급 여부를 결정하고, 압력 측정 시점 등을 결정할 수 있다.
본 발명에서 "전지 셀"은 충방전이 가능한 이차 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예에서, 전지셀은 파우치 타입의 단위셀로, 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있다. 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들면, 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되고, 서로 반대 방향으로 연장될 수 있다. 나아가, 상기 전지 셀은 300 회 이상의 충방전 사이클을 거친 전지 셀 일 수 있다.
하나의 예에서, 케이스부는 전지 셀이 수납되고, 유체가 수용되는 영역으로 내부에 공간이 형성되어 있는 챔버이다. 구체적인 예에서, 상기 케이스부는 닫힌 공간으로 후술하게 되는 유체 공급부와 유체 연결되는 구조를 갖는다. 한편, 상기 케이스부로 공급되는 유체는 액체 또는 겔 상태의 유체일 수 있다.
아울러, 상기 케이스부는, 전지 셀 고정부재 및 거치대를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전지 셀 고정부재는 케이스부 내부에 유체를 공급하는 과정에서 전지 셀이 이동하지 않도록 구속시키기 위함이다. 상기 전지 셀 고정부재는 전지 셀을 고정시킬 수 있는 고정 부재라면 어떠한 형태라도 무관하다. 예를 들면, 상기 고정 부재는 통상적인 밸트일 수 있다. 나아가, 거치대는 전지 셀의 리드 영역을 거치하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 거치대는 케이스부의 바닥면에 위치할 수 있으며, 전지 셀의 리드 영역 하부에 위치하여 상기 전지 셀의 리드가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 하나 이상의 변위 센서부를 포함한다. 상기 변위 센서부는 전지 셀의 어깨선 영역의 두께를 비접촉식으로 측정하는 변위 센서일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 변위 센서는 케이스부의 상부면에서 전지 셀의 어깨선 영역의 하부층까지의 거리에서, 케이스부의 상부면에서 전지 셀의 어깨선 영역의 상부층까지의 거리 차를 이용하여 상기 전지 셀의 어깨선 영역의 두께를 측정할 수 있다. 상기 변위 센서로는 통상의 광학식 또는 자기식 센서 등이 사용될 수 있으며, 변위 센서의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 변위 센서는 케이스부의 상부에 위치할 수 있으며, 측정하고자 하는 전지 셀의 어깨선 영역과는 동일한 축에 위치할 수 있다. 아울러, 전극 리드가 서로 반대 방향으로 연장되어 있는 파우치형 전지 셀의 경우, 상기 변위 센서는 두 군데 배치될 수 있다. 그리고, 상기 두 개의 변위 센서 중 하나의 변위 센서에서 신호가 감지되어도 유체 공급 여부를 결정할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 유체 공급부를 포함한다. 상기 유체 공급부는 케이스부와 유체 연결되는 구조로, 케이스부에 유체를 공급하여 케이스부에 수납되는 전지 셀에 압력을 인가한다. 상술한 바와 같이, 전지 셀의 내부압력과 외부압력이 동일해질 때까지 유체 공급부를 작동시켜 케이스부 내부로 유체를 공급할 수 있으며, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때까지 유체를 공급할 수 있다. 여기서, 전지 셀의 변위 값이 최대값이라 함은 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때를 의미한다.
구체적인 예에서, 상기 유체 공급부는 내부에 유체를 저장하는 유체 저장 챔버; 유체 저장 챔버 내부의 유체를 케이스부로 공급하는 유체 공급 장치; 및 케이스부와 유체 공급 장치 사이에 연결되어, 케이스부에 공급되는 유체의 공급량을 제어하는 유체 제어 밸브를 포함하여 구성된다. 상기 유체 저장 챔버는 케이스부로 공급하기 위한 유체를 저장하는 공간이다. 한편, 상기 유체 저장 챔버 내부에 저장되는 유체의 양 또는 케이스부로 공급되는 유체의 양을 알 수 있도록 눈금 등이 형성된 구조일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 유체 공급 장치는 통상적인 유체 펌프이며, 유체 제어 밸브 또한 통상적인 유체 제어 밸브이다. 특히, 상기 유체 공급 장치와 유체 제어 밸브는 변위 센서부에서 측정된 변위 값에 따라 작동 여부가 결정된다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 압력 센서부를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 압력 센서부는 케이스부와 유체 공급부 사이에 연결되어, 케이스부의 내부 압력을 측정한다. 이때, 상기 압력 센서부에서 측정되는 케이스부의 내부 압력은 전지 셀의 내부압력이다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 케이스부에 수납된 전지 셀의 내부압력과 외부압력이 평형이 될 때 케이스부 내부의 압력을 측정하기 때문에 상기 압력 센서부에서 측정되는 케이스부의 내부 압력은 전지 셀의 내부압력이 된다. 한편, 상기 압력 센서부는 유체의 압력을 측정하는 통상적인 압력계(pressure gauge)일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 전지 셀을 손상하지 않고, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 변위 센서부에서 측정한 변위값을 전달 받아 유체 공급부의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 데이터 처리부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값을 전달 받는다. 그리고, 전달받은 변위값과 기준치를 비교하고, 상기 변위값이 기준치에 도달하는지 여부를 판단한다. 이때, 상기 변위값이 기준치에 도달하지 않는 경우, 유체 공급부가 작동을 수행할 수 있도록 유체 공급부에 신호를 전달한다. 즉, 상기 변위값이 기준치 보다 낮은 경우, 유체 공급부가 작동을 수행할 수 있도록 유체 공급부에 신호를 전달할 수 있다. 다음으로, 상기 유체 공급부는 데이터 처리부로부터 신호를 전달받아 전지 셀의 변위값이 기준치로 도달할 때까지 케이스부 내부로 유체를 공급할 수 있다.
여기서, 전지 셀의 변위 값은 전지 셀의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위값을 의미한다. 아울러, 변위값이 기준치 보다 낮다는 것은 전지 셀의 어깨선 영역의 두께 변화가 많이 발생하지 않았다는 것을 의미한다. 이러한 경우, 전지 셀에 압력을 더 인가하기 위하여, 케이스부 내부로 유체를 공급한다.
한편, 상기 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달하는 경우, 상기 데이터 처리부는 변위 센서부에서 측정한 변위값을 전달 받고, 유체 공급부가 작동을 중지할 수 있도록 유체 공급부에 신호를 전달한다. 그리고, 상기 유체 공급부는 데이터 처리부로부터 신호를 전달 받아 케이스부 내부의 유체 공급을 중단한다.
그리고, 압력 센서부는 케이스부 내부의 압력을 측정한다. 구체적으로, 상기 압력 센서부는 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부의 내부압력을 측정한다. 상기 압력 센서부는 상기 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정할 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템은 케이스부에 수납되는 전지 셀을 감싸는 보호커버를 더 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 보호커버는 케이스부 내부에 수납되는 전지 셀이 유체와 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위함이다. 만일, 상기 전지 셀이 벤팅(venting) 되는 경우, 전지 셀 내부에서 발생되는 가스와 유체가 접촉하게 되면, 화학 반응 등이 발생할 수 있으므로, 상기 보호커버는 이를 방지하기 위함이다. 상기 보호커버는 폴리비닐 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 전지 셀의 내부압력을 정확하게 측정하기 위해서는 상기 보호커버는 전지 셀에 밀착되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 보호커버는 배출홀이 형성되며, 상기 배출홀을 통해서 보호커버와 전지 셀 사이에 존재하는 공기를 외부로 배출할 수 있다. 예를 들어, 상기 보호 커버의 홀은 진공 펌프와 연결되어, 보호커버 내부의 공기를 외부로 배출할 수 있다.
아울러, 본 발명은 상기 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은, 전지 셀의 내부압력 측정 시스템에서 케이스부에 전지 셀을 수납한 후, 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계; 및 케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달할 때까지 수행된다.
구체적인 예에서, 상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계는 케이스부에 유체를 공급하여 케이스부에 수납되는 전지 셀에 압력을 인가하는 과정을 포함한다. 이때, 상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달할 때까지 수행된다. 구체적으로, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때까지 유체를 공급할 수 있다. 여기서, 전지 셀의 변위 값이 최대값이라 함은 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때를 의미한다.
하나의 예에서, 상기 케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계는 압력 센서부를 이용하여 케이스부의 내부압력을 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 압력 센서부는 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부의 내부압력을 측정한다. 상기 압력 센서부는 상기 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은 케이스부에 수납된 전지 셀의 내부압력과 외부압력이 평형이 될 때 케이스부 내부의 압력을 측정하기 때문에 상기 압력 센서부에서 측정되는 케이스부의 내부 압력은 전지 셀의 내부압력이 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은 전지 셀을 손상하지 않고, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법의 다양한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 2 내지 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 전지 셀(111)이 수납되는 케이스부(110); 전지 셀(111)의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위를 측정하는 변위 센서부(120); 케이스부(110)와 유체 연결되는 구조이며, 케이스부(110)에 유체를 공급하여 전지 셀(111)을 가압하는 유체 공급부(130); 및 케이스부(110)와 유체 공급부(130) 사이에 연결되어, 케이스부(110) 내부의 압력을 측정하는 압력 센서부(140)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 케이스부(110)에 수납된 전지 셀(111)의 내부압력과 외부압력이 동일해질 때까지 케이스부(110)에 유체를 공급하고, 케이스부(110) 내부의 압력을 측정한다. 보다 구체적으로, 케이스부(110)에 유체를 공급하게 되면 전지 셀(111)에 압력이 가해지고, 전지 셀(111)에 가해지는 압력(외부압력)과 전지 셀(111) 내부압력이 동일해지는 경우 전지 셀(111)의 어깨선 영역의 두께 변화가 일어나게 된다. 즉, 전지 셀(111)의 어깨선 영역은 외부 압력에 의하여 그 두께가 줄어들게 된다. 본 발명에서는 이러한 전지 셀(111)의 어깨선 영역의 두께 변화를 감지하여 케이스부(110) 내부에 유체 공급 여부를 결정할 수 있으며, 케이스부 내부 압력 측정 시점을 결정할 수 있다.
본 발명에서, 케이스부(110)는 전지 셀(111)이 수납되고, 유체가 수용되는 영역으로 내부에 공간이 형성되어 있는 챔버이다. 이때, 상기 케이스부(110)로 공급되는 유체는 액체 또는 겔 상태의 유체일 수 있다.
본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 변위 센서부(120)를 포함한다. 구체적으로, 상기 변위 센서부(120)는 전지 셀(111)의 어깨선 영역의 두께를 측정하는 변위 센서이다. 구체적으로, 전지 셀(111)의 어깨선 영역의 두께를 측정하기 위해서는 센서를 2대 활용하는 방법이 일반적이지만 측정면의 한쪽이 고정되어 있거나, 대상 물체가 투명한 경우에는 센서 하나만으로도 측정 가능할 수 있다. 도 2 내지 도 3에서는 전지 셀(111)의 어깨선 영역의 두께를 측정하기 위하여 센서 하나만으로 측정하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
아울러, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 유체 공급부(130)를 포함한다. 상기 유체 공급부(130)는 케이스부(110)와 유체 연결되는 구조로, 케이스부(110)에 유체를 공급하여 케이스부(110)에 수납되는 전지 셀(111)에 압력을 인가한다. 상술한 바와 같이, 전지 셀(111)의 내부압력과 외부압력이 동일해질 때까지 유체 공급부(130)를 작동시켜 케이스부(110) 내부로 유체를 공급할 수 있으며, 변위 센서부(120)에서 측정한 전지 셀(111)의 변위값이 최대일 때까지 유체를 공급할 수 있다. 여기서, 전지 셀(111)의 변위 값이 최대값이라 함은 전지 셀(111)의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때를 의미한다.
상기 유체 공급부(130)는 내부에 유체를 저장하는 유체 저장 챔버(131); 유체 저장 챔버(131) 내부의 유체를 케이스부(110)로 공급하는 유체 공급 장치(132); 및 케이스부(110)와 유체 공급 장치(132) 사이에 연결되어, 케이스부(110)에 공급되는 유체의 공급량을 제어하는 유체 제어 밸브(133)를 포함하여 구성된다. 상기 유체 저장 챔버(131)는 케이스부(110)로 공급하기 위한 유체를 저장하는 공간이다. 한편, 상기 유체 저장 챔버(131) 내부에 저장되는 유체의 양 또는 케이스부(110)로 공급되는 유체의 양을 알 수 있도록 눈금 등이 형성된 구조일 수 있다.
한편, 상기 유체 공급 장치(132)는 통상적인 유체 펌프이며, 유체 제어 밸브(133) 또한 통상적인 유체 제어 밸브이다. 특히, 상기 유체 공급 장치(132)와 유체 제어 밸브(133)는 변위 센서부(120)에서 측정된 변위 값에 따라 작동 여부가 결정된다.
나아가, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 압력 센서부(140)를 포함한다. 구체적으로, 상기 압력 센서부(140)는 케이스부(110)와 유체 공급부(130) 사이에 연결되어, 케이스부(110)의 내부 압력을 측정한다. 이때, 상기 압력 센서부(140)에서 측정되는 케이스부(110)의 내부 압력은 전지 셀(111)의 내부압력이다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 케이스부(110)에 수납된 전지 셀(111)의 내부압력과 외부압력이 평형이 될 때 케이스부(110) 내부의 압력을 측정하기 때문에 상기 압력 센서부(140)에서 측정되는 케이스부(110)의 내부 압력은 전지 셀(111)의 내부압력이 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(100)은 전지 셀(111)을 손상하지 않고, 전지 셀(111)의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(200)은 전지 셀(211)이 수납되는 케이스부(210); 전지 셀(211)의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위를 측정하는 변위 센서부(220); 케이스부(210)와 유체 연결되는 구조이며, 케이스부(210)에 유체를 공급하여 전지 셀(211)을 가압하는 유체 공급부(230); 및 케이스부(210)와 유체 공급부(230) 사이에 연결되어, 케이스부(210) 내부의 압력을 측정하는 압력 센서부(240)를 포함하여 구성된다.
아울러, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(200)은 변위 센서부(220)에서 측정한 변위값을 전달 받아 유체 공급부(230)의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부(250)를 더 포함한다.
상기 데이터 처리부(250)는, 변위 센서부(220)에서 측정한 전지 셀(211)의 변위값을 전달 받는다. 그리고, 전달받은 변위값과 기준치를 비교하고, 상기 변위값이 기준치에 도달하는지 여부를 판단한다.
이때, 상기 변위값이 기준치에 도달하지 않는 경우, 즉, 상기 변위값이 기준치 보다 낮은 경우, 유체 공급부(230)가 작동을 수행할 수 있도록 유체 공급부에 신호를 전달한다. 그리고, 상기 유체 공급부(230)는 데이터 처리부(250)로부터 신호를 전달받아 전지 셀(211)의 변위값이 기준치로 도달할 때까지 케이스부(210) 내부로 유체를 공급한다.
여기서, 전지 셀(211)의 변위 값은 전지 셀(211)의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위값을 의미한다. 아울러, 변위값이 기준치 보다 낮다는 것은 전지 셀(211)의 어깨선 영역의 두께 변화가 많이 발생하지 않았다는 것을 의미한다. 이러한 경우, 전지 셀(211)에 압력을 더 인가하기 위하여, 케이스부(210) 내부로 유체를 공급한다.
반면, 변위 센서부(220)에서 측정한 전지 셀(211)의 변위값이 기준치에 도달하는 경우, 상기 데이터 처리부(250)는 변위 센서부(220)에서 측정한 변위값을 전달 받고, 유체 공급부(230)가 작동을 중지할 수 있도록 유체 공급부(230)에 신호를 전달한다. 그리고, 상기 유체 공급부(230)는 데이터 처리부(250)로부터 신호를 전달 받아 케이스부(210) 내부의 유체 공급을 중단한다.
그리고, 압력 센서부(240)는 케이스부(210) 내부의 압력을 측정한다. 구체적으로, 상기 압력 센서부(240)는 변위 센서부(220)에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부(210)의 내부압력을 측정한다. 상기 압력 센서부(240)는 상기 전지 셀(211)의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부(210) 내부의 압력을 측정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(200)은 전지 셀(211)을 손상하지 않고, 전지 셀(211)의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있다.
(제3 실시형태)
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(300)은 전지 셀(311)이 수납되는 케이스부(310); 전지 셀(211)의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위를 측정하는 변위 센서부(320); 케이스부(310)와 유체 연결되는 구조이며, 케이스부(310)에 유체를 공급하여 전지 셀(311)을 가압하는 유체 공급부(330); 및 케이스부(310)와 유체 공급부(330) 사이에 연결되어, 케이스부(310) 내부의 압력을 측정하는 압력 센서부(340)를 포함하여 구성된다.
아울러, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(300)은 변위 센서부(320)에서 측정한 변위값을 전달 받아 유체 공급부(330)의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부(350)를 더 포함한다.
나아가, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템(300)은 케이스부(310)에 수납되는 전지 셀(311)을 감싸는 보호커버(312)를 더 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 보호커버(312)는 케이스부(310) 내부에 수납되는 전지 셀(311)이 유체와 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위함이다. 만일, 상기 전지 셀(311)이 벤팅(venting) 되는 경우, 전지 셀(311) 내부에서 발생되는 가스와 유체가 접촉하게 되면, 화학 반응 등이 발생할 수 있으므로, 상기 보호커버(312)는 이를 방지하기 위함이다. 상기 보호커버(312)는 폴리비닐 재질로 이루어진다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 전지 셀(311)의 내부압력을 정확하게 측정하기 위해서는 상기 보호커버(312)는 전지 셀(311)에 밀착되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 보호커버(312)는 배출홀이 형성되며, 상기 배출홀을 통해서 보호커버(312)와 전지 셀(311) 사이에 존재하는 공기를 외부로 배출할 수 있다. 도 4는 이러한 구성을 모식적으로 나타낸 것으로, 이에 제한되는 것은 아니다.
(제4 실시형태)
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명은 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은 전지 셀의 내부압력 측정 시스템에서 케이스부에 전지 셀을 수납한 후, 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계(S10) 및 케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계(S10)는 케이스부(110)에 유체를 공급하여 케이스부에 수납되는 전지 셀에 압력을 인가하는 과정을 포함한다. 이때, 상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달할 때까지 수행된다. 구체적으로, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때까지 유체를 공급할 수 있다. 여기서, 전지 셀의 변위 값이 최대값이라 함은 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때를 의미한다.
다음으로, 케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계(S20)는 압력 센서부를 이용하여 케이스부의 내부압력을 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 압력 센서부는 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부의 내부압력을 측정한다. 상기 압력 센서부는 상기 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은 케이스부에 수납된 전지 셀의 내부압력과 외부압력이 평형이 될 때 케이스부 내부의 압력을 측정하기 때문에 상기 압력 센서부에서 측정되는 케이스부의 내부 압력은 전지 셀의 내부압력이 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 방법은 전지 셀의 해체 없이, 전지 셀의 내부 압력을 용이하게 측정할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100, 200, 300: 전지 셀의 내부 압력 측정 시스템
110, 210, 310: 케이스부
111, 211, 311: 전지 셀
312: 보호 커버
120, 220, 320: 변위 센서부
130, 230, 330: 유체 공급부
131: 유체 저장 챔버
132: 유체 공급 장치
133: 유체 제어 밸브
140, 240, 340: 압력 센서부
250, 350: 데이터 처리부

Claims (11)

  1. 전지 셀이 수납되는 케이스부;
    전지 셀의 어깨선 영역의 두께에 대한 변위를 측정하는 변위 센서부;
    케이스부와 유체 연결되는 구조이며, 케이스부에 유체를 공급하여 전지 셀을 가압하는 유체 공급부; 및
    케이스부와 유체 공급부 사이에 연결되어, 케이스부 내부의 압력을 측정하는 압력 센서부를 포함하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀의 내부압력 측정 시스템은, 변위 센서부에서 측정한 변위값을 전달 받아 유체 공급부의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부를 더 포함하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    데이터 처리부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치 보다 낮은 경우, 유체 공급부의 작동을 결정하고,
    상기 유체 공급부는, 전지 셀의 변위값이 기준치로 도달할 때까지 케이스부 내부로 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    데이터 처리부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달하는 경우, 유체 공급부의 작동을 중단하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    압력 센서부는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달하는 경우, 케이스부 내부의 압력을 측정하되,
    상기 전지 셀의 어깨선 영역에서, 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    유체 공급부는, 내부에 유체를 저장하는 유체 저장 챔버;
    유체 저장 챔버 내부의 유체를 케이스부로 공급하는 유체 공급 장치; 및
    케이스부와 유체 공급 장치 사이에 연결되어, 케이스부에 공급되는 유체의 공급량을 제어하는 유체 제어 밸브를 포함하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    케이스부에 수납되는 전지 셀을 감싸는 보호커버를 더 포함하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  8. 제 1 항에 따른 전지 셀의 내부압력 측정 시스템을 이용한 전지 셀의 내부압력 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전지 셀의 내부압력 측정 방법은, 전지 셀의 내부압력 측정 시스템에서 케이스부에 전지 셀을 수납한 후, 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계; 및
    케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 케이스부 내부에 유체를 공급하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 기준치에 도달할 때까지 수행되는 것인 전지 셀의 내부압력 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    케이스부의 내부 압력을 측정하는 단계는, 변위 센서부에서 측정한 전지 셀의 변위값이 최대일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정하되,
    상기 전지 셀의 상부층과 하부층이 서로 밀착된 상태일 때, 케이스부 내부의 압력을 측정하는 과정을 포함하는 전지 셀의 내부압력 측정 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    케이스부에 수납되는 전지 셀은 파우치형 전지 셀인 것을 특징으로 하는 전지 셀의 내부압력 측정 방법.
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