KR20230007070A

KR20230007070A - 가압 지그를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 지그 및 이를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 장치

Info

Publication number: KR20230007070A
Application number: KR1020210087861A
Authority: KR
Inventors: 황규옥
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-01-12

Abstract

본 발명에 따른 전지셀의 임피던스 측정 지그는 전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트; 베이스 플레이트 상의 일측 또는 양측에 배치되며, 임피던스 측정을 위한 측정 핀이 결합되는 적어도 한 개의 측정 핀 결합 지그; 및 전지셀의 일측을 따라 수평 이동이 가능하도록 베이스 플레이트 상에 설치되는 이동 플레이트 및 상기 이동 플레이트에 결합되어 전지셀을 가압하는 가압 플레이트를 포함하는 가압 지그; 를 포함한다.

Description

가압 지그를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 지그 및 이를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 장치{JOG FOR MEASURING IMPEDANCE OF A BATTERY CELL INCLUDING A PRESSING JIG AND DEVICE FOR MEASURING IMPEDANCE OF A BATTERY CELL INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전지셀의 임피던스 측정 지그 및 이를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 장치에 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.

이와 같은 이차전지는 안전성 및 성능을 검사하기 위해 다양한 테스트를 수행할 수 있다. 그 중, 전지의 임피던스를 측정함으로써 전지의 안전성 및 성능을 평가하는 방법이 신뢰성을 얻고 있다. 이와 같이 전지셀의 임피던스를 측정함으로써 수명과 용량, 충전상태 등의 주요인자들을 추정할 수 있다.

도 1은 종래의 전지셀 임피던스 측정 지그를 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 전지셀 임피던스 측정 지그(1)는 베이스 플레이트(2) 상에 전지셀(10)이 탑재된 이후, 측정 핀(3)이 하강하여 전지셀(10)의 일측에 인출된 전극 리드에 접촉하는 구조였다.

그러나, 실제 전지셀은 사용 시 주변의 전지셀 또는 기기 등에 의해 압력을 받는 상태로 사용되며, 전지셀 내에는 전해액이 주입되거나 가스가 발생된 상태이므로, 전지셀에 압력을 가할 시 전지셀의 성능이 달라지는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 이와 같이 전지셀을 가압한 상태에서 전지셀의 임피던스를 측정할 수 있는 장치 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허공보 제10-2014-0131079호

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 다양한 크기의 전지셀에 대해 원하는 압력을 인가할 수 있는 구조의 임피던스 측정 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적인 예에서, 상기 측정 핀은 측정 핀 결합 지그 상에서 상하 이동 가능하도록 측정 핀 결합 지그에 결합될 수 있다.

또한, 상기 베이스 플레이트에는 상기 이동 플레이트가 수평 이동 가능하도록 제1 가이드가 형성된 구조일 수 있다.

또한, 상기 베이스 플레이트에는 이동 플레이트의 수평 이동을 제한하기 위한 고정 부재가 설치될 수 있다.

상기 가압 플레이트는 상하 이동이 가능하도록 상기 이동 플레이트에 결합될 수 있다.

이 때, 상기 가압 플레이트의 면적은 전지셀의 수납부의 면적보다 클 수 있다.

또한, 상기 이동 플레이트에는 상기 가압 플레이트가 결합된 상태에서 상하 이동 가능하도록 제2 가이드가 형성될 수 있다.

또한, 상기 가압 지그는 가압 플레이트의 상면에 위치하여, 가압 플레이트에 압력을 가하는 가압 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 가압 부재는, 이동 플레이트에 수직으로 결합된 스크류; 및 상기 스크류에 결합되어 가압 플레이트에 수직인 방향으로 회동하는 토크 렌치; 를 포함하며, 상기 토크 렌치는 가압 플레이트가 전지셀을 가압하도록 가압 플레이트를 눌러줄 수 있다.

하나의 예에서, 상기 가압 부재는 가압 플레이트의 중심부에 위치할 수 있다.

다른 하나의 예에서, 상기 가압 부재는 가압 플레이트의 양측 단부에 위치할 수 있다.

또 다른 하나의 예에서, 상기 가압 부재는 상기 가압 플레이트에 수직하게 배치되어, 상하 운동을 통해 가압 플레이트를 가압하는 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 전지셀의 임피던스 측정 장치를 제공한다.

상기 전지셀의 임피던스 측정 장치는, 앞서 설명한 바와 같은 임피던스 측정 지그; 상기 측정 핀과 연결되며, 전지셀에 교류 전압을 인가하는 전원; 및 상기 교류 전압으로부터 얻어진 응답 전류와 인가된 전압과의 관계에서 교류 임피던스를 측정하는 측정부; 를 포함한다.

본 발명에 따른 전지셀의 임피던스 측정 지그는 베이스 플레이트 상에서 수평 이동 가능한 이동 플레이트를 구비한 가압 지그를 포함함으로써 다양한 크기의 전지셀에 균일하게 원하는 압력을 인가할 수 있다.

도 1은 종래의 전지셀 임피던스 측정 지그를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지셀의 임피던스 측정 지그를 나타낸 모식도이다.
도 3은 이동 플레이트가 베이스 플레이트 상에서 수평 이동하는 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지그의 형태를 나타낸 모식도이다.
도 6은 가압 부재가 전지셀을 가압하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 지그의 형태를 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가압 지그의 형태를 나타낸 모식도이다.

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.

한편, 본 출원에서, 전지셀의 "길이 방향"이란 전극 탭이 인출된 방향을 의미하며, "폭 방향"이란 상기 길이 방향에 수직한 방향을 의미한다.

(제1 실시형태)

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전지셀의 임피던스 측정 지그를 나타낸 모식도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀의 임피던스 측정 지그(100)는 전지셀(10)이 탑재되는 베이스 플레이트(110); 베이스 플레이트(110) 상의 일측 또는 양측에 배치되며, 임피던스 측정을 위한 측정 핀(120)이 결합되는 적어도 한 개의 측정 핀 결합 지그(130); 및 전지셀(10)의 일측을 따라 수평 이동이 가능하도록 베이스 플레이트(110) 상에 설치되는 이동 플레이트(141) 및 상기 이동 플레이트에 결합되어 전지셀(10)을 가압하는 가압 플레이트(142)를 포함하는 가압 지그(140); 를 포함한다.

앞서 설명한 바와 같이, 실제 전지셀은 사용 시 주변의 전지셀 또는 기기 등에 의해 압력을 받는 상태로 사용되며, 전지셀 내에는 전해액이 주입되가나 가스가 발생된 상태이므로, 전지셀에 압력을 가할 시 전지셀의 성능이 달라지는 경우가 발생할 수 있다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 임피던스 측정 대상 전지셀(10)은 베이스 플레이트(110) 상에 탑재된다.

상기 전지셀(10)은 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭이 형성된 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되고, 상기 전극 탭이 전지 케이스의 외부로 인출된 전극 리드에 연결된 구조이다. 예를 들어, 상기 전극 리드는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는데, 양극 리드 및 음극 리드는 전지 케이스에서 서로 반대 방향으로 인출될 수 있으나, 그 구조가 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극 조립체 및 이를 구성하는 요소들에 관한 내용은 통상의 기술자에게 공지되어 있는 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.

한편, 상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 상세하게는 파우치형 전지 케이스가 사용될 수 있다. 파우치형 전지 케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 밀봉을 위한 내부 실란트층, 물질의 침투를 방지하는 금속층, 및 케이스의 최외곽을 이루는 외부 수지층으로 구성될 수 있다. 이하 전지 케이스에 대한 구체적인 내용은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.

이와 같이, 상기 베이스 플레이트(110)는 다양한 크기의 전지셀이 탑재될 수 있도록 넓고 평평한 판 형상이다. 베이스 플레이트(110)에는 후술하는 바와 같이 이동 플레이트(141)가 베이스 플레이트(110) 상에서 전지셀(10)의 일측을 따라 수평 이동할 수 있도록 제1 가이드(111)가 형성될 수 있다.

한편, 베이스 플레이트의 일측 또는 양측에는 적어도 한 개의 측정 핀 결합 지그(130)가 설치될 수 있다. 상기 측정 핀 결합 지그(130)에는 전지셀(10)의 임피던스 측정을 위해 전지셀(10)의 전극 단자(전극 리드)에 접촉하는 측정 핀(120)이 결합될 수 있다. 본 발명은 상기 측정 핀(120)을 통해 전지셀(10)에 교류 전류를 인가하고 이로부터 전지셀의 임피던스를 측정하게 된다.

상기 측정 핀 결합 지그(130)는 측정 핀(120)이 결합된 상태에서 측정 핀(120)을 상하 이동시키는 역할을 수행하며, 프로브 포트(121)를 구비하여 측정 핀과 교류 전원과의 전기적 연결을 보조하는 역할을 수행할 수 있다. 교류 전원은 프로브 포트를 거쳐 측정 핀과 전선에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명에서 측정 핀 결합 지그(130)는 상기 측정 핀을 상하 이동시키는 구동 수단을 구비할 수 있다. 이러한 구동 수단은 도 1에 도시된 바와 같이 레버(131), 샤프트(132) 및 지지 부재(133)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 측정 핀은 지지 부재(133)에 결합되어 있으며, 샤프트(132) 또한 지지 부재에 수직으로 결합되어 있다. 여기서, 상기 레버(131)를 일 방향으로 회전시킬 경우 레버의 회전에 따라 샤프트(132)가 상승 또는 하강하여 이에 결합된 지지 부재(133) 및 측정 핀을 동시에 상승 또는 하강시킬 수 있다. 상기 지지 부재는 별도의 고정 부재 등을 사용하여 측정 핀이 원하는 위치에 도달할 경우 더 이상 움직이지 않도록 고정될 수 있는 구조이다. 다만 이 밖에도 지지 부재(133)를 상하 운동시킬 수 있는 구조라면 어떤 것이든지 채택 가능하다. 아울러, 도 1의 경우, 전지셀(10)은 양극 리드와 음극 리드가 동일한 방향으로 인출된 구조이므로 측정 핀 결합 지그(130) 또한 양극 리드 및 음극 리드가 돌출된 일측에 설치되며, 하나의 지지 부재에 양극에 접촉하는 측정 핀 및 음극에 접촉하는 측정 핀이 모두 설치되는 구조이다. 그러나 전지셀(10)이 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향으로 인출된 구조일 경우 측정 핀 결합 지그(130) 또한 베이스 플레이트(110)의 양측에 설치되며, 한 종류의 측정 핀이 각각의 측정 핀 결합 지그(130)에 결합될 것이다.

한편, 베이스 플레이트(110) 상에는 전지셀(10)을 가압하기 위한 가압 지그(140)가 설치될 수 있다. 본 발명에서, 상기 측정 핀 결합 지그(130)가 전지셀의 전극 리드(전극 단자)가 인출된 방향(전지셀의 길이 방향)의 적어도 일측에 설치되므로, 가압 지그(140)는 전극 리드가 인출되지 않은 측에 설치된다.

상기 가압 지그(140)는 전지셀의 일측을 따라 수평 이동이 가능하도록 베이스 플레이트(110) 상에 설치되는 이동 플레이트(141) 및 상기 이동 플레이트(141)에 결합되어 전지셀(10)을 가압하는 가압 플레이트(142)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 가압 플레이트(142)로 전지셀을 가압하면서, 상기 이동 플레이트(141)를 통해 가압 플레이트(142)를 좌우로 수평 이동 시킴으로써 전지셀(10)을 원하는 위치에서 가압할 수 있다. 예를 들어, 상기 가압 플레이트(142)의 중심점과 전지셀(10)의 가압면의 중심점을 일치시킴으로써 가압 플레이트(142)가 전지셀(10)을 균일하게 가압하도록 할 수 있다. 또한, 전지셀(10)의 크기에 따라 이동 플레이트(141)를 통해 가압 플레이트(142)의 좌우 위치를 조정함으로써 하나의 측정 장치로 크기가 다른 여러 종류의 전지셀(10)을 검사할 수 있다.

도 3은 이동 플레이트가 베이스 플레이트 상에서 수평 이동하는 구조를 나타낸 모식도이다.

도 3을 도 1과 함께 참조하면, 상기 베이스 플레이트(110)에는 상기 이동 플레이트(141)가 수평 이동 가능하도록 제1 가이드(111)가 설치될 수 있다. 상기 제1 가이드(111)는 도 1에 도시된 바와 같이 이동 플레이트(141)가 이동하는 경로를 따라 베이스 플레이트(110) 상에 오목하게 함입된 홈 형태일 수 있으며, 또는 베이스 플레이트(110) 상에 이동 플레이트(141)가 이동하는 경로를 따라 직사각형 형태의 홀이 형성된 구조일 수 있다. 다만, 제1 가이드(111)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니고, 이동 플레이트(141)가 베이스 플레이트(110) 상에서 수평 이동할 수 있으면 그 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어 베이스 플레이트(110) 상에 이동 플레이트(141)가 수평 이동할 수 있도록 가이드 레일이 형성될 수도 있다.

이 때, 상기 이동 플레이트(141)의 하면에는 이동 플레이트(141)의 이동을 더욱 쉽게 하기 위해 이동 부재(113)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이동 부재(113)는 그 폭이 제1 가이드(111)의 폭과 일치하거나 그보다 작은 폭을 갖는 바퀴 형상일 수 있다. 마찬가지로, 상기 이동 부재(113)의 형상은 제1 가이드(111)의 형상에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 예를 들어 제1 가이드가 레일 형상인 경우 상기 레일 상에서 움직일 수 있도록 바퀴의 중간에 레일이 삽입될 수 있는 홈이 형성된 구조일 수도 있다.

다만 이와 같이 이동 플레이트(141)가 제1 가이드(111) 상에서 자유롭게 이동하는 경우 검사 과정 중에 유동하는 것을 방지하기 위해, 상기 베이스 플레이트(110)에는 상기 이동 플레이트(141)의 수평 이동을 제한하기 위한 고정 부재가(112) 설치될 수 있다.

상기 고정 부재(112)의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 제1 가이드(111)의 형상에 따라서 자유롭게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 고정 부재(112)는 제1 가이드(111)에 결합되어 제1 가이드(111)의 수평 이동을 막는 스토퍼일 수 있다. 이 경우 도 3과 같이 고정부재(112)는 전부 또는 일부가 제1 가이드(111)에 삽입 내지는 결합된 상태로 수평 이동될 수 있으며, 이동 플레이트(141)가 소정의 위치에서 고정되게끔 이동 플레이트(141)의 양측에서 이동 플레이트(141)를 지지한 상태에서 베이스 플레이트(110)에 고정될 수 있다. 도 3에서, 고정 부재(112)는 홈 형태의 제1 가이드(111)에 삽입되는 막대 형상으로 도시되었으나, 그 형상이 이에 제한되는 것은 아니고, 고정 부재가 T자 형태로서 T자 형태의 하단부가 제1 가이드에 삽입되고, 상단부는 베이스 플레이트 상에 탑재된 형태일 수도 있다.

상기 고정 부재(112)는 제1 가이드 내(111)에서 소정의 위치에 고정되어 이동 플레이트(141)를 소정의 위치에 고정시킬 수 있다. 예를 들어 제1 가이드(111) 의 바닥면에 고정 부재(112)가 삽입될 수 있는 고정 홈(114)이 일정한 간격으로 형성되어, 고정 홈(114)에 상기 고정 부재(112)를 삽입함으로써 고정 부재(112)를 제1 가이드 내에 고정시키는 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 이동 플레이트를 고정시키기 위한 다양한 수단을 채택 가능하다. 한편, 상기 고정 홈의 크기(예를 들어, 단면적)는 이동 부재가 이동에 방해되지 않도록 이동 부재의 폭 및 길이보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 고정 홈 사이의 간격에 특별한 제한은 없으나, 이동 플레이트의 위치를 세밀하게 조절하기 위해 다소 촘촘한 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지그의 형태를 나타낸 모식도이다. 도 5는 도 4의 측면도이다.

도 4 및 도 5를 도 1과 함께 참조하면, 가압 플레이트(142)는 전지셀(10)을 가압할 수 있도록 전지셀(10), 상세하게는 전극 조립체가 수납된 수납부의 면적보다 크게 설계될 수 있다. 또한, 상기 가압 플레이트(142)는 상하 이동이 가능하도록 이동 플레이트에 결합될 수 있다.

구체적으로, 상기 이동 플레이트(141)에는 상기 가압 플레이트(142)가 결합된 상태에서 상하 이동 가능하도록 제2 가이드(143)가 형성될 수 있다. 제1 가이드(111)와 마찬가지로, 제2 가이드(143) 또한 가압 플레이트(142)가 상하 이동 가능한 구조라면 그 형상에 특별한 제한은 존재하지 않는다. 구체적으로, 상기 제2 가이드(143)는 가압 플레이트(142)가 이동하는 경로를 따라 이동 플레이트(141) 상에 직사각형 형태의 홀이 형성된 구조일 수 있으며, 또는 이동 플레이트(141) 상에 가압 플레이트가 이동하는 경로를 따라 오목하게 함입된 가이드 홈 형태일 수 있다. 이 경우 가압 플레이트(142)의 일측에는 제2 가이드(143)를 따라 움직일 수 있도록 제2 가이드(143)에 삽입될 수 있는 돌출부가 형성될 수 있다. 다만, 제2 가이드(143)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니고, 가압 플레이트(142)가 이동 플레이트(141) 상에서 수평 이동할 수 있으면 그 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어 이동 플레이트(141) 상에 가압 플레이트(142)가 상하 이동할 수 있도록 가이드 레일이 형성될 수도 있다.

도 6은 가압 부재가 전지셀을 가압하는 과정을 나타낸 모식도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 지그의 형태를 나타낸 모식도이다.

도 4 내지 도 6을 도 1과 함께 참조하면, 상기 가압 지그(140)는 가압 플레이트(142)의 상면에 위치하여, 가압 플레이트(142)에 압력을 가하는 가압 부재(150)를 더 포함할 수 있다.

하나의 예에서, 상기 가압 부재(150)는 이동 플레이트(141)에 수직으로 결합된 스크류(151) 및 상기 스크류(151)에 결합되어 가압 플레이트(142)에 수직인 방향으로 회동하는 토크 렌치(152)를 포함할 수 있다.

이 경우, 도 5과 같이 스크류(151)는 이동 플레이트(141)를 수직으로 관통하는 구조이며, 몸체에 나사산이 형성되어 있어 이동 플레이트(141)에서 결합된 상태로 회전하여 토크 렌치(152)가 회전할 수 있도록 한다. 도 6을 참조하면, 상기 스크류(151)에 결합된 토크 렌치(152)가 회전하면 가압 플레이트(142)를 밀어내면서 전지셀(10)이 가압된다. 토크 렌치(152)의 회전 정도를 조절함에 따라 전지셀(10)에 가해지는 압력의 세기를 조절할 수 있으며, 간단한 구성만으로도 전지셀(10)에 원하는 압력을 인가할 수 있다. 상기 가압 부재(150), 특히 토크 렌치(152)의 경우 가압 플레이트(142)의 중심부에 위치하여 전지셀(10)에 균일한 압력을 가할 수 있도록 한다.

다만, 본 발명에서, 가압 부재(150)의 개수는 2개 이상일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 가압 부재(150)가 2개인 경우, 가압 부재(150)는 가압 플레이트(142)의 양측 단부에 위치하여 가압 플레이트(142)의 양측을 눌러주게 될 수 있다. 가압 부재(150)의 개수는 가압 플레이트(142)의 면적 및 가압 부재(150)의 크기에 따라 적절히 선택될 수 있다. 가압 플레이트(142)의 면적이 클수록 균일한 가압을 위해 많은 수의 가압 부재(150)를 구비할 수 있다.

(제2 실시형태)

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가압 지그의 형태를 나타낸 모식도이다.

도 8을 참조하면, 전지셀의 임피던스 측정 지그(200)는 제1 실시형태와 동일하게 베이스 플레이트(210), 베이스 플레이트(210)의 일측에 결합된 측정 핀 결합 지그(230) 및 가압 지그(240)를 포함하며, 측정 핀 결합 지그(230)에는 측정 핀(220)이 결합된 구조이다. 또한, 상기 가압 지그(240)는 이동 플레이트(241) 및 가압 플레이트(242)를 포함하며, 이동 플레이트(241)는 전지셀(10)의 일측을 따라 수평 이동이 가능하도록 베이스 플레이트(210) 상에 설치되고, 가압 플레이트(242)는 상하 이동이 가능하도록 상기 이동 플레이트(241)에 결합될 수 있다. 상기 이동 플레이트(241)에는 상기 가압 플레이트(242)가 결합된 상태에서 상하 이동 가능하도록 제2 가이드(243)가 형성될 수 있다.

상기 가압 지그(240)는 가압 플레이트(242)의 상면에 위치하여, 가압 플레이트(242)에 압력을 가하는 가압 부재(250)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 가압 부재(250)는 상기 가압 플레이트(242)에 수직하게 배치되어, 상하 운동을 통해 가압 플레이트(242)를 가압하는 스크류를 포함할 수 있다.

도 8은 가압 부재가 스크류를 포함하는 경우의 예시를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 가압 플레이트(242)의 상부에는 이동 플레이트(241)에 수직하고, 가압 플레이트(242)에 평행하도록 지지 플레이트(252)가 이동 플레이트(241)에 결합될 수 있다. 상기 지지 플레이트(252)에는 스크류(251)가 통과할 수 있도록 관통구가 형성되어 있다. 상기 스크류(251)는 본체의 외면에 나사산이 형성되어 있고, 본체의 상단부에는 본체보다 큰 직경을 가지고 있는 헤드가 형성되어 있다. 본체의 하단부는 가압 플레이트(252)에 접촉하고 있다.

상기 지지 플레이트(252)의 관통구에는 나사산이 형성되어 있으므로, 스크류(251)가 상부 방향으로 이동되지 않도록 지지 플레이트(252)에 의해 지지되며, 스크류(251)가 나사산을 따라 회전할 경우에만 스크류(251)가 상부 또는 하부로 이동하게 된다. 스크류(251)가 하부로 이동할 경우 가압 플레이트(242)가 전지셀을 가압하게 된다. 상기 스크류(251)의 회전은 작업자가 직접 스크류를 회전시키거나, 렌치, 스패너, 드라이버 등의 핸드 피스 또는 관련 기계를 사용하여 수행될 수 있다.

또한, 본 발명은 전지셀의 임피던스 측정 장치를 제공한다.

상기 전지셀의 임피던스 측정 장치는, 앞서 설명한 바와 같은 임피던스 측정 지그; 상기 측정 핀과 연결되며, 전지셀에 교류 전압을 인가하는 전원; 및 상기 교류 전압으로부터 얻어진 응답 전류와 인가된 전압과의 관계에서 교류 임피던스를 측정하는 측정부; 를 포함한다. 상기 측정부는 응답 전류와 인가된 전압으로부터 임피던스를 계산하기 위한 컴퓨팅 장치 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 측정부는 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통해 전지셀의 임피던스를 측정할 수 있다.

일반적으로, 전기화학소자의 상태는 전기화학전지에서 일어나는 반응 메커니즘으로부터 매 순간 완전히 기술될 수 있다. 전기화학 소자에서는 전하 이동 반응(charge-transfer reaction), 확산(diffusion), 전기 이중층 커패시터(double layer capacitor) 반응이 발생한다. 또한, 전기화학소자의 전해액(electrolyte)에서는 이온 전도(ionic charge conductance)가 발생하며, 전극 자체에서는 전자 전도(electronic charge conduction)가 발생한다. 이러한 전기화학전지의 반응 메커니즘에 의해 전기화학소자의 상태를 기술할 때 전극과 외부 케이블의 접촉저항(contact resistance) 및 케이블 간의 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 고려되어야 한다. 이때, 상기와 같은 각각의 반응 메커니즘은 저항(resistor), 커패시터(capacitor), 인덕터(inductor) 등과 같은 기본적인 전기회로요소로 기술될 수 있다.

임피던스는 전기회로 등에서 전류의 이동에 방해가 되는 상기 저항, 커패시터, 인덕터 등으로부터 생기는 복합저항으로, 교류회로에서 인가 전압(V) 및 회로에 흐르는 전류(I)의 비율을 의미한다. 일반적으로 배터리 등의 상태를 진단하기 위해 임피던스를 측정하는 경우, EIS(Electrical Impedence Spectroscopy) 방식이 사용되는데, 이는 주파수가 다른 미소한 교류신호를 전지셀에 부여하여 임피던스를 계측하는 방법이다.

EIS에서, 전지셀의 교류 임피던스를 측정하기 위해서는 같은 특정한 값으로 설정된 주파수 및 진폭을 갖는 전압 또는 전류 파형을 도입하고, 이로부터 발생된 응답을 기록하고, 임피던스를 계산한다. 전기화학에서 임피던스 데이터는 일반적으로 나이키스트 플롯(Nyquist Plot)이라고 불리는 임피던스 복소평면으로 표시된다. 배터리의 종합 임피던스(Z)는 각각의 인가된 주파수에 대해 실수부(real impendence component, Z' 또는 Zreal)와 허수부(imaginary impedance component, Z"또는 Zimg)로 구분된다. 주파수의 변화에 따라 상기 임피던스의 허수부를 y축에, 실수부를 x축에 도시하는 방법을 나이키스트 플롯이라고 한다. 이 경우 나이키스트 플롯에 도시되는 임피던스 크기 (｜Z｜)를 측정할 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.

1, 100, 200, 300: 전지셀의 임피던스 측정 지그
2, 110, 210, 310: 베이스 플레이트
3, 120, 220, 320: 측정 핀
10: 전지셀
111: 제1 가이드
112: 고정 부재
113: 이동 부재
114: 고정 홈
121: 프로브 포트
130: 측정 핀 결합 지그
131: 레버
132: 샤프트
133: 지지 부재
140, 240, 340: 가압 지그
141, 241: 이동 플레이트
142, 242: 가압 플레이트
143, 243: 제2 가이드
150, 250: 가압 부재
151, 251: 스크류
152: 토크 렌치
252: 지지 플레이트

Claims

전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트;
베이스 플레이트 상의 일측 또는 양측에 배치되며, 임피던스 측정을 위한 측정 핀이 결합되는 적어도 한 개의 측정 핀 결합 지그; 및
전지셀의 일측을 따라 수평 이동이 가능하도록 베이스 플레이트 상에 설치되는 이동 플레이트 및 상기 이동 플레이트에 결합되어 전지셀을 가압하는 가압 플레이트를 포함하는 가압 지그; 를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 지그.
제1항에 있어서,
상기 측정 핀은 측정 핀 결합 지그 상에서 상하 이동 가능하도록 측정 핀 결합 지그에 결합되는 전지셀의 임피던스 측정 지그.
제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트에는 상기 이동 플레이트가 수평 이동 가능하도록 제1 가이드가 형성된 구조인 전지셀의 임피던스 측정 지그.
제3항에 있어서,
상기 베이스 플레이트에는 이동 플레이트의 수평 이동을 제한하기 위한 고정 부재가 설치되는 임피던스 측정 지그.
제1항에 있어서,
상기 가압 플레이트는 상하 이동이 가능하도록 상기 이동 플레이트에 결합되는 전지셀의 임피던스 측정 지그.
제1항에 있어서,
상기 가압 플레이트의 면적은 전지셀의 표면적보다 큰 전지셀의 임피던스 측정 지그.
제1항에 있어서,
상기 이동 플레이트에는 상기 가압 플레이트가 결합된 상태에서 상하 이동 가능하도록 제2 가이드가 형성된 전지셀의 임피던스 측정 지그.
제1항에 있어서,
상기 가압 지그는 가압 플레이트의 상면에 위치하여, 가압 플레이트에 압력을 가하는 가압 부재를 더 포함하는 임피던스 측정 지그.
제8항에 있어서,
상기 가압 부재는,
이동 플레이트에 수직으로 결합된 스크류; 및
상기 스크류에 결합되어 가압 플레이트에 수직인 방향으로 회동하는 토크 렌치; 를 포함하며,
상기 토크 렌치는 가압 플레이트가 전지셀을 가압하도록 가압 플레이트를 눌러주는 임피던스 측정 지그.
제8항에 있어서,
상기 가압 부재는 가압 플레이트의 중심부에 위치하는 임피던스 측정 지그.
제8항에 있어서,
상기 가압 부재는 가압 플레이트의 양측 단부에 위치하는 임피던스 측정 지그.
제8항에 있어서,
상기 가압 부재는 상기 가압 플레이트에 수직하게 배치되어, 상하 운동을 통해 가압 플레이트를 가압하는 스크류를 포함하는 임피던스 측정 지그.
제1항에 따른 임피던스 측정 지그;
상기 측정 핀과 연결되며, 전지셀에 교류 전압을 인가하는 전원; 및
상기 교류 전압으로부터 얻어진 응답 전류와 인가된 전압과의 관계에서 교류 임피던스를 측정하는 측정부; 를 포함하는 전지셀의 임피던스 측정 장치.