WO2018139833A1 - 이차 전지 평가 장치 - Google Patents

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WO2018139833A1
WO2018139833A1 PCT/KR2018/001008 KR2018001008W WO2018139833A1 WO 2018139833 A1 WO2018139833 A1 WO 2018139833A1 KR 2018001008 W KR2018001008 W KR 2018001008W WO 2018139833 A1 WO2018139833 A1 WO 2018139833A1
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secondary battery
variable
reaction force
fixed
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김동연
공진학
최용석
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for evaluating secondary batteries, and more particularly, to an apparatus capable of effectively and accurately predicting swelling characteristics according to use or degradation of secondary batteries.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with the electrolyte solution, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • secondary batteries are widely used not only in small devices such as portable electronic devices but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices.
  • a large number of secondary cells can be electrically connected to increase capacity and output.
  • the pouch type secondary battery has a tendency to be more widely used due to the advantages such as easy lamination and light weight.
  • a pouch type secondary battery may be generally manufactured by injecting an electrolyte solution in a state in which an electrode assembly is accommodated in a pouch sheath and sealing the pouch sheath.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a general pouch type secondary battery
  • FIG. 2 is a coupling diagram of the pouch type secondary battery of FIG. 1.
  • the pouch type secondary battery C may include an electrode assembly 20 and a pouch packaging material 30 containing the electrode assembly 20.
  • the electrode assembly 20 has a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed therebetween, and may be accommodated in an internal space formed in the pouch packaging material 30.
  • the pouch exterior material 30 may be formed of an upper pouch 31 and a lower pouch 32.
  • the outer circumferential surfaces of the upper pouch 31 and the lower pouch 32 are provided with a sealing part such that the sealing parts are bonded to each other.
  • the inner space in which the electrode assembly 20 is accommodated may be sealed.
  • one or more positive electrode tabs 21 and negative electrode tabs 22 may extend from the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively.
  • the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 may be coupled to the electrode lead 10 having a plate shape, that is, the positive electrode lead 11 having a plate shape and the negative electrode lead 12 having a plate shape, respectively.
  • a portion of the anode lead 11 and the cathode lead 12 may be exposed to the outside of the pouch sheath 30 to provide an electrode terminal to be electrically connected to an external configuration of the secondary battery, such as another secondary battery or an external device. have.
  • gas may be generated inside due to degradation.
  • an internal pressure increases, and a swelling phenomenon in which at least a portion of the exterior material swells may occur.
  • the swelling phenomenon may occur more severely because the structural rigidity of the packaging material is weaker than that of the can type secondary battery.
  • the battery module often includes a plurality of secondary batteries.
  • a large number of secondary batteries may be included and interconnected for high output to high capacity.
  • the volume expansion phenomenon due to the swelling of each secondary battery may lower the overall structural stability of the battery module.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery evaluation apparatus that can effectively and accurately grasp deformation characteristics related to swelling of a secondary battery.
  • the secondary battery evaluation device for achieving the above object is configured to limit the expansion of the secondary battery retained and retained secondary battery, and to measure the reaction force change according to the charge and discharge cycle of the secondary battery A jig, a variable jig holding the secondary battery and allowing expansion of the retained secondary battery, the variable jig holding the secondary battery and measuring the reaction force and thickness variation according to the charge / discharge cycle of the secondary battery, and the fixed jig. And a derivation unit for deriving a relationship between the thickness change amount and the reaction force of the secondary battery using the measured reaction force and the reaction force measured by the variable jig and the thickness change amount.
  • the derivation unit is a relationship between the thickness change amount and the reaction force of the secondary battery using the reaction force measured by the fixed jig and the reaction force and thickness change measured by the variable jig based on the same charging / discharging cycle time point. Can be derived.
  • the derivation unit may derive a relationship between the change amount of the thickness of the secondary battery and the reaction force on the basis of the point of time when the reaction force measured by the fixing jig becomes maximum.
  • the derivation unit may derive a graph of the reaction force according to the thickness change amount of the secondary battery.
  • the fixed jig may include a fixed upper jig configured to have a fixed position, a fixed lower jig disposed under the fixed upper jig and spaced apart from the fixed upper jig by a predetermined distance to form a retention space of the secondary battery.
  • a fixed base member positioned at a lower portion of the fixed lower jig and spaced apart from the fixed lower jig by a predetermined distance, and interposed between the fixed base member and the fixed lower jig to measure reaction force due to swelling of the secondary battery during charging and discharging of the secondary battery; It may include a fixed measuring member.
  • the variable jig may include a variable upper jig configured to be movable in an up and down direction, a variable lower jig disposed under the variable upper jig and spaced apart from the variable upper jig by a predetermined distance to form a storage space of the secondary battery.
  • a variable base member disposed below the lower jig and spaced apart from the variable lower jig by a predetermined distance, and interposed between the variable base member and the variable lower jig to react the reaction force due to the swelling of the secondary battery during charging and discharging of the secondary battery.
  • It may include a variable measuring member for measuring, and an elastic member coupled to the variable upper jig, the restoring force is formed in the opposite direction to the movement of the variable upper jig.
  • the elastic member may be positioned above the variable upper jig so that a lower end contacts the variable upper jig and an upper end is fixedly coupled to the variable base member.
  • the variable jig may include one or more bolts such that the bolts sequentially pass through the variable base member, the variable lower jig, the variable upper jig, and the elastic member from bottom to top.
  • the elastic member may include a lower plate having a lower surface in contact with an upper surface of the variable upper jig and having the bolt penetrated therethrough, a spring positioned at an upper portion of the lower plate and having the bolt penetrated through the hollow and an upper portion of the spring. It may be provided with a top plate fixed to the bolt.
  • variable upper jig may be configured to allow replacement of the elastic member.
  • the variable jig measures a reaction force and a thickness change amount according to charge / discharge cycles of the secondary battery in each case in which a plurality of elastic members having different spring constants are coupled, and the derivation unit includes the variable jig.
  • the relationship between the thickness change amount and the reaction force of the secondary battery may be derived using the reaction force and the thickness change amount of the plurality of elastic members measured by.
  • the elastic member may be provided in the variable jig, and may be configured to be spaced apart from the upper portion of the variable upper jig by a predetermined distance in the horizontal direction.
  • the present invention it is possible to accurately and efficiently measure the property of deterioration and deformation of the shape according to the use of the secondary battery, that is, as the charge and discharge are repeated.
  • the relationship between the deformation amount and the reaction force (load) of the secondary battery can be effectively grasped.
  • the deformation amount and the reaction force relationship at the end of life (EOL) point of time when the life of the secondary battery reaches the end can be derived.
  • the design of the battery module can be made more effective.
  • the magnitude of the structural rigidity that the battery module must have in order not to allow expansion of the secondary battery can be effectively estimated.
  • the degree of deformation of the secondary battery according to the structural rigidity of the battery module can be easily predicted.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a general pouch type secondary battery.
  • FIG. 2 is a coupling diagram of the pouch type secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of a secondary battery evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of a fixing jig according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an example of a graph showing a result of measuring an amount of change in reaction force as the cycle increases by the fixing jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing the configuration of a variable jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an example of a graph showing reaction force and thickness variation according to charge and discharge measured by the variable jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a relationship between a thickness change amount and a reaction force of a secondary battery is derived by a derivation unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a graph showing a reaction force change according to a cycle of various cases in which elastic members having different spring constants are coupled according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph illustrating thickness variation according to cycles of various cases in which elastic members having different spring constants are coupled according to one embodiment of the present invention.
  • 11 is a graph showing the relationship between the amount of change in thickness and the reaction force obtained by using various cases of different spring constants according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of a secondary battery evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery evaluating apparatus may include a fixing jig 110, a variable jig 120, and a derivation unit 130.
  • the fixing jig 110 may be configured to hold a secondary battery by having a storage space of the secondary battery.
  • the fixing jig 110 may be configured such that the pouch type secondary battery is held in a flatly laid down form.
  • the fixing jig 110 may be configured to limit the expansion of the retained secondary battery. That is, even if gas is generated inside the secondary battery to increase the internal pressure, the fixing jig 110 may be configured not to allow the secondary battery to expand.
  • the fixing jig 110 may limit the expansion in the upper and lower directions of the retained secondary battery. That is, the fixing jig 110 may limit the expansion of the secondary battery having a flat shape in the plane direction (the upper and lower directions of FIG. 2).
  • the fixing jig 110 may measure a change in reaction force according to the charge / discharge cycle of the rechargeable secondary battery. An example of a specific configuration of the fixing jig 110 will be described with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of the fixing jig 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the fixed jig 110 may include a fixed upper jig 111, a fixed lower jig 112, a fixed base member 113, and a fixed measuring member 114.
  • the fixed upper jig 111 may be positioned above the space in which the secondary battery C is held in the fixed jig 110. That is, when the secondary battery C is accommodated in the fixed jig 110, the fixed upper jig 111 may be positioned above the secondary battery C. Furthermore, the fixed upper jig 111 may be configured to face and face the wide upper surface of the secondary battery.
  • the fixed upper jig 111 may be configured to fix a position.
  • the fixed upper jig 111 may be configured such that the vertical position is fixed without moving in the vertical direction. Accordingly, the fixed upper jig 111 may maintain its position even when swelling occurs in the secondary battery according to charging and discharging of the secondary battery C.
  • the fixing jig 110 may limit the expansion of the secondary battery C in the upper direction.
  • the fixed lower jig 112 may be positioned below the fixed upper jig 111.
  • the fixed lower jig 112 may be spaced apart from the fixed upper jig 111 by a predetermined distance to form a storage space of the secondary battery, that is, a space in which the secondary battery may be accommodated.
  • the secondary battery may be accommodated in a holding space between the fixed upper jig 111 and the fixed lower jig 112.
  • the pouch-type secondary battery may be seated between the fixed upper jig 111 and the fixed lower jig 112 in a form of lying flat so that two wide surfaces face in the upper and lower directions.
  • the fixed lower jig 112 may be configured to face the wide bottom surface of the secondary battery.
  • the fixed base member 113 may be positioned below the fixed lower jig 112.
  • the fixed base member 113 may be configured to be spaced apart from the fixed lower jig 112 by a predetermined distance.
  • the fixed base member 113 may be mutually coupled with the fixed upper jig 111 and the fixed lower jig 112.
  • the fixed upper jig 111, the fixed lower jig 112, and the fixed base member 113 are formed by passing through a plurality of fastening members such as bolts L. Can be combined.
  • the fixed base member 113 and the fixed upper jig 111 may be coupled so that the separation distance between each other does not exceed a predetermined level.
  • the top and bottom of the four bolts (L) are respectively projected to the top of the fixed upper jig 111 and the bottom of the fixed base member 113, each of these protrusions (N) ) Can be fastened.
  • the fixed upper jig 111 and the fixed base member 113 may not be further separated from each other based on the portion where the nut N is fastened.
  • the fixed lower jig 112 may be configured to be movable in the vertical direction while the bolt is penetrated.
  • at least one through hole may be formed in the fixed lower jig 112, and the bolt L penetrating the fixed upper jig 111 and the fixed base member 113 may pass through the through hole.
  • the fixed lower jig 112 may be configured to be movable up and down along the bolt in a state where the bolt is penetrated.
  • the fixed measuring member 114 is positioned below the fixed lower jig 112 to prevent the position of the fixed lower jig 112 from moving downward.
  • the fixed measuring member 114 may be interposed in a space between the fixed base member 113 and the fixed lower jig 112. In addition, the fixed measuring member 114 may measure the reaction force due to the swelling of the secondary battery. In the secondary battery, as charging and discharging are performed, gas may be generated therein, thereby increasing the internal pressure, and the fixed measuring member 114 may be applied to the fixed lower jig 112 by such an increase in the internal pressure. The load can be measured as a reaction force.
  • the fixed lower jig 112 may move downward, and may press the fixed measuring member 114 positioned below the secondary battery. Then, the fixed measuring member 114 may measure the reaction force according to the degree of pressure and quantify it. In this case, the fixed measuring member 114 may be configured such that its thickness does not change even when it is pressed. And, due to this, even if the internal pressure of the secondary battery increases, the fixed lower jig 112 may not substantially move downward. Therefore, in this case, the thickness of the secondary battery in the fixing jig 110 may not change.
  • the fixed measuring member 114 may be implemented as a load cell.
  • the load cell may be deformed by compression or the like by the reaction force applied to the fixed lower jig 112, and the applied pressure may be measured by quantifying the degree of deformation.
  • FIG. 5 is an example of a graph showing a result of measuring an amount of change in reaction force as the cycle increases by the fixing jig 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the x-axis is a charge / discharge cycle, and the unit may be 'time'.
  • the y-axis is a reaction force, and the unit may be 'kgf'.
  • the degree of expansion may be further increased.
  • the reaction force (load) measured by the fixed measuring member 114 of the fixed jig 110 may continue to increase.
  • the fixed measuring member 114 of the fixed jig 110 can measure the reaction force due to expansion periodically or aperiodically.
  • the reaction force measured by the fixed measuring member 114 of the fixed jig 110 may be obtained in a graph form, as shown in FIG. 5.
  • the fixed upper jig 111, the fixed lower jig 112, and / or the fixed base member 113 may be configured in the form of a flat plate.
  • the vertical size of the jig can be reduced, and can stably and uniformly contact the secondary battery through a wide and flat surface.
  • the secondary battery evaluation apparatus according to the present invention can perform the evaluation for the pouch-type secondary battery
  • the pouch-type secondary battery may be configured in a flat form of a substantially rectangular shape having two wide surfaces. In this case, in the pouch type secondary battery, two wide surfaces may contact the lower surface of the fixed upper jig 111 and the upper surface of the fixed lower jig 112. In this case, a wider contact area may be formed.
  • the variable jig 120 may be configured to hold a secondary battery by including a storage space of the secondary battery.
  • the variable jig 120 may be configured such that the pouch-type secondary battery is held in a flatly laid down form.
  • variable jig 120 may be configured to allow expansion of the retained secondary battery. Furthermore, the variable jig 120 may be configured to allow upward expansion of the secondary battery. That is, unlike the fixing jig 110, the variable jig 120 may be configured to allow the secondary battery to expand in a plane direction, particularly in an upward direction when gas is generated inside the secondary battery and the internal pressure increases. Can be.
  • the variable jig 120 may measure an amount of reaction force and thickness change according to the charge / discharge cycle of the rechargeable secondary battery. In particular, since the variable jig 120 allows expansion of the secondary battery, the variable jig 120 may measure an amount of change in the thickness of the secondary battery together with reaction force caused by the secondary battery. An example of a specific configuration of the variable jig 120 will be described in more detail with reference to FIG. 6.
  • variable jig 120 is a perspective view schematically showing the configuration of the variable jig 120 according to an embodiment of the present invention.
  • variable jig 120 may include a variable upper jig 121, a variable lower jig 122, a variable base member 123, a variable measuring member 124, and an elastic member 125. Can be.
  • variable upper jig 121 may be positioned above the space in which the secondary battery is held in the variable jig 120. That is, when the secondary battery is accommodated in the variable jig 120, the variable upper jig 121 may be positioned above the secondary battery.
  • variable upper jig 121 may be configured to move the position.
  • the variable upper jig 121 may be configured to be movable in the vertical direction.
  • the variable upper jig 121 may move upward. Therefore, when swelling occurs in the secondary battery due to charging and discharging of the secondary battery and the volume thereof expands, the variable upper jig 121 may move in an upward direction as shown by the arrow E. FIG. . That is, since the variable upper jig 121 may move in position, the variable jig 120 may allow the secondary battery to expand upward.
  • the variable lower jig 122 may be positioned below the variable upper jig 121.
  • the variable lower jig 122 may be spaced apart from the variable upper jig 121 by a predetermined distance to form a storage space of the secondary battery.
  • the secondary battery may be accommodated in a storage space between the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122.
  • the pouch-type secondary battery may be seated between the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122 in a state in which two wide surfaces are laid flat so as to face in the upper and lower directions.
  • variable base member 123 may be located below the variable lower jig 122. In addition, the variable base member 123 may be configured to be spaced apart from the variable lower jig 122 by a predetermined distance.
  • variable base member 123 may be coupled to the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122.
  • the variable upper jig 121, the variable lower jig 122, and the variable base member 123 are mutually formed in a form in which a plurality of fastening members such as bolts L are penetrated. Can be combined.
  • variable lower jig 122 may be configured to be movable in the vertical direction while the bolt L penetrates.
  • six through holes may be formed in the variable lower jig 122, and bolts penetrating through the variable upper jig 121 and the variable base member 123 may pass through the through holes.
  • the through hole may be formed at the corner portion of the variable lower jig rather than the center portion. According to this configuration of the present invention, it is possible to secure a wide mounting space of the secondary battery at the upper part of the variable lower jig, and to reduce the limitation of the mounting space of the secondary battery by the bolt passing through the through hole.
  • variable measuring member 124 may be interposed in a space between the variable base member 123 and the variable lower jig 122.
  • the variable measuring member 124 may measure the reaction force due to the swelling of the secondary battery C. That is, when gas is generated in the secondary battery and the secondary battery is expanded, the variable measuring member 124 may measure the magnitude of the pressing force due to the expansion.
  • variable lower jig 122 may move downward, and may press the variable measuring member 124 positioned below the secondary battery. Then, the variable measuring member 124 can measure and quantify the reaction force according to the pressed degree.
  • the variable measuring member 124 like the fixed measuring member 114, may be implemented as a load cell. In addition, the variable measuring member 124 may be configured such that its thickness does not change. Therefore, even when the secondary battery is expanded, the variable lower jig 122 may not substantially move downward.
  • variable measuring member 124 may measure the amount of change in thickness according to the charge / discharge cycle of the secondary battery. That is, when gas is generated inside the secondary battery and the volume is expanded, the variable measuring member 124 may measure the degree of thickness deformation caused by the expansion of the secondary battery. For example, when the secondary battery is expanded and the variable upper jig 121 moves upward and the variable lower jig 122 moves downward, the variable measuring member 124 is variable with the variable upper jig 121. By measuring the distance between the lower jig 122, it is possible to measure the thickness change of the secondary battery.
  • the elastic member 125 may be coupled to the variable upper jig 121.
  • the elastic member 125 may be formed of a structure or a material having elasticity.
  • the elastic member 125 may be configured in the form of a spring of a metal material.
  • the elastic member 125 may be made of a rubber material.
  • the elastic member 125 may be configured such that a restoring force is formed in the opposite direction with respect to the movement of the variable upper jig 121.
  • a restoring force is formed in the opposite direction with respect to the movement of the variable upper jig 121.
  • the elastic member 125 increases the elastic energy, so as to return to the opposite direction, that is, the lower direction.
  • the restoring force can be formed.
  • the secondary battery when measuring the reaction force and the thickness change amount according to the swelling of the secondary battery by the variable jig 120, it is possible to similarly implement the stiffness or elasticity of the peripheral structure of the secondary battery.
  • the secondary battery may be wrapped by a case or cartridge, which may have a certain level of elasticity.
  • the elastic member 125, the case or the cartridge can be implemented, the expansion characteristics of the secondary battery in the actual battery module, more accurately and easily grasp in consideration of the stiffness of the surrounding structures, etc. Can be.
  • the elastic member 125 may be located above the variable upper jig 121.
  • the elastic member 125 may be positioned above the variable upper jig 121.
  • the lower end of the elastic member 125 may be configured to contact the variable upper jig 121. Therefore, when the variable upper jig 121 moves upward due to expansion of the secondary battery, the lower end of the elastic member 125 may move upward.
  • the upper end of the variable upper jig 121 is configured to be movable, when the upper direction of the variable upper jig 121 moves, the upper end of the elastic member 125 also moves upward, so that the elastic member 125 is appropriately compressed. It's hard to be. Therefore, it is preferable that the upper end of the elastic member 125 is fixed at a fixed position.
  • the upper end of the elastic member 125 may be fixedly coupled to the variable base member 123.
  • the distance between the elastic member 125 and the variable base member 123 may be kept constant. Therefore, even when the secondary battery is expanded and the variable upper jig 121 moves upward and the lower end of the elastic member 125 moves upward, the upper end of the elastic member 125 may be fixed at a predetermined position. Therefore, the elastic member 125 may be compressed by increasing the distance between the upper end and the lower end, thereby increasing elastic energy, and a force to be restored in the opposite direction may be formed.
  • variable jig 120 may include one or more bolts.
  • the variable jig 120 may include a plurality of bolts N in a form extending in the vertical direction.
  • the bolt may be configured to sequentially pass through the variable base member 123, the variable lower jig 122, the variable upper jig 121, and the elastic member 125 from the bottom to the upper direction.
  • variable base member 123 variable lower jig 122, variable upper jig 121, and elasticity
  • bolt elastic.
  • Member 125 may be coupled to each other. Furthermore, since the bolts are configured to penetrate each of these components, the exposure of the components to join them can be minimized and the overall volume can be reduced.
  • the elastic member 125 may include a lower plate, a spring, and an upper plate.
  • variable jig 120 includes six elastic members 125, each of the elastic members 125, all the lower plate (F1), the spring (S) and the upper plate (F2) It may be configured in the form having a).
  • the lower plate F1 may be configured in a flat plate shape and may have a lower surface contacting the upper surface of the variable upper jig 121.
  • the lower plate may be configured to penetrate the bolt.
  • the spring (S) is seated on the upper plate, for example, may be formed of a metal material.
  • the spring is formed in a spiral shape, the bolt may be configured to pass through the hollow.
  • the upper plate F2 may be configured in the form of a flat plate and positioned above the spring.
  • the top plate may be configured to be fixedly coupled with the bolt.
  • the upper plate may have a variable base member 123, a variable lower jig 122, a variable upper jig 121, a lower plate and a bolt penetrating the spring to expose an upper end thereof, and an exposed portion of the bolt.
  • the nut (N) is coupled to the upper plate may be fixed to the bolt.
  • the upper portion of the spring can be stably fixed by the top plate. Also, in this case, when the variable upper jig 121 moves upward due to the expansion of the secondary battery, the pressing force applied to the spring may be evenly transmitted to the lower portion of the spring by the lower plate. Therefore, it is possible to prevent irregular detachment or deformation of the spring due to the pressing force when the secondary battery is expanded.
  • FIG. 7 is an example of a graph showing the reaction force and the thickness change amount according to the charge and discharge measured by the variable jig 120 according to an embodiment of the present invention.
  • the x-axis is a charge / discharge cycle, and the unit may be 'time'.
  • the y-axis is a reaction force or thickness change amount, the unit may be 'kgf' or 'mm'.
  • the reaction force measured by the variable measuring member 124 of the variable jig 120 may continue to increase as the secondary battery charges and discharges.
  • the variable measuring member 124 of the variable jig 120 also measures the reaction force caused by expansion periodically or non-periodically several times, thereby changing the change of reaction force as indicated by A1 in FIG. 7. It can be obtained in the form of a curve.
  • the secondary battery may expand and generate gas therein as charging and discharging are repeated. Therefore, the thickness of the secondary battery may gradually increase as the charge / discharge cycle increases. Therefore, the deformation amount, that is, the thickness change amount of the battery measured by the variable jig 120 may have a curved shape that gradually increases with time as indicated by A2 in FIG. 7.
  • the derivation unit 130 may derive the relationship between the thickness change of the secondary battery and the reaction force by using the reaction force measured by the fixing jig 110 and the reaction force and thickness change measured by the variable jig 120. Can be.
  • the derivation unit 130 may include a reaction force at a predetermined time point of the reaction force measured by the fixing jig 110, a reaction force at a predetermined time point of the reaction force and thickness variation measured by the variable jig 120, and The thickness change amount can be used to derive the relationship between the thickness change amount of the secondary battery and the reaction force.
  • the derivation unit 130 may derive a relationship between the change amount of the thickness of the secondary battery and the reaction force on the basis of the same charging / discharging cycle time point. That is, the derivation unit 130 uses the reaction force measured by the fixed jig 110, the reaction force measured by the variable jig 120, and the thickness change amount measured by the variable jig 120 at the same charging / discharging cycle time point. The relationship between the amount of change and the reaction force can be derived.
  • the derivation unit 130 may obtain the y coordinate value a0 at the time point T1 on the reaction force graph of the secondary battery obtained by the fixing jig 110.
  • This y coordinate value a0 is a reaction force value of the secondary battery at T1.
  • the derivation unit 130 may obtain the y coordinate value a11 at the time point T1 on the reaction force graph A1 obtained by the variable jig 120.
  • the derivation unit 130 may obtain the y coordinate value b11 at the time point T1 on the strain graph B1 of the secondary battery obtained by the variable jig 120.
  • the derivation unit 130 calculates the relationship between the thickness change amount and the reaction force of the secondary battery using the reaction force value and the deformation amount (thickness change amount) value obtained at a predetermined time point through the fixed jig 110 and the variable jig 120. Can be derived.
  • the derivation unit 130 may derive a relationship between the change amount of the thickness of the secondary battery and the reaction force on the basis of the point of time when the reaction force measured by the fixing jig 110 becomes the maximum.
  • the point in time at which the reaction force of the battery becomes maximum may be referred to as T1. Therefore, when the cycle time point T1 at which the reaction force of the battery is maximized by the fixing jig 110 is determined, the reaction force and thickness variation values measured by the variable jig 120 are determined based on the time point T1. Can be extracted.
  • the secondary battery may have a roughly predicted or determined life from the manufacture of the battery. Therefore, the predicted reaction force and thickness change prediction time may be determined based on the predicted or determined life.
  • the time point T1 may be set to 5000 cycles in the graphs of FIGS. 5 and 7 for the secondary battery. Therefore, in this case, the reaction force of the secondary battery due to the fixing jig 110 and the reaction force and thickness variation of the secondary battery due to the variable jig 120 may be extracted at the time when the cycle becomes 5000 cycles.
  • the derivation unit 130 may derive a graph of the reaction force according to the thickness change amount of the secondary battery.
  • the derivation unit 130 may derive a graph on a coordinate plane in which the deformation amount of the secondary battery, that is, the thickness change amount is the x axis, and the reaction force of the secondary battery is the y axis.
  • the derivation unit 130 uses the reaction force value at the predetermined time point obtained by the fixed jig 110, and the reaction force value and deformation amount value at the predetermined time point obtained by the variable jig 120.
  • the strain-reaction graph can be derived.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration in which the relationship between the deformation amount and the reaction force of the secondary battery is derived by the derivation unit 130 according to an embodiment of the present invention.
  • the derivation unit 130 may set a coordinate plane in which the x-axis is the thickness variation of the secondary battery and the y-axis is the reaction force of the secondary battery.
  • the unit of the x-axis may be a unit of length, such as 'mm'
  • the unit of the y-axis may be a unit of force or weight, such as 'kgf'.
  • the derivation unit 130 may be displayed as a point using the reaction force value at the time point T1 obtained by the fixing jig 110.
  • a0 which is a reaction force value at a time T1
  • the x coordinate at this time may be zero. Therefore, the derivation unit 130 can obtain the coordinate point P0 of (0, a0) by the fixing jig 110. That is, the derivation unit 130 may allow the reaction force obtained by the fixing jig 110 to be input as a y-intercept on the deformation amount-reaction coordinate plane.
  • the derivation unit 130 may display at least one point in the coordinate plane by using the deformation amount value and the reaction force value at the time point T1 obtained by the variable jig 120.
  • the derivation unit 130 may display at least one point in the coordinate plane by using the deformation amount value and the reaction force value at the time point T1 obtained by the variable jig 120.
  • the derivation unit 130 may display at least one point in the coordinate plane by using the deformation amount value and the reaction force value at the time point T1 obtained by the variable jig 120.
  • b11 which is a thickness change amount (strain amount) value at a time T1, as x coordinate
  • a11 which is a reaction force value at T1 time
  • the derivation unit 130 can obtain one line by using the two points P0 and P1 obtained by the fixed jig 110 and the variable jig 120. That is, the derivation unit 130 may obtain one graph by connecting the points obtained by the fixed jig 110 and the variable jig 120 with each other.
  • variable jig 120 includes an elastic member 125, which may be configured to be replaceable.
  • variable upper jig 121 is coupled to the elastic member 125, and the variable upper jig 121 may be configured to replace the elastic member 125. .
  • variable jig 120 may be configured to be replaced with another type of elastic member 125.
  • the variable jig 120 may be configured such that the spring constant is replaced with another elastic member 125.
  • the variable upper jig 121 and the elastic member 125 included in the variable jig 120 may be separated and fastened by being coupled to each other by a hook coupling structure.
  • the variable upper jig 121 and the elastic member 125 may be configured to be detachable and fastened by being coupled to each other by a fitting coupling structure.
  • an insertion groove is formed on the upper portion of the variable upper jig 121 in a size and shape corresponding to a lower outer shape of the elastic member 125, and the lower portion of the elastic member 125 may be inserted into the insertion groove.
  • the elastic member 125 may be implemented in the form of a spring formed in a spiral shape of a metal material.
  • a spring elastic body having different spring constants may be coupled to the variable upper jig 121 while being replaced.
  • the elastic member 125 may be positioned above the variable upper jig 121 and may be coupled to the variable upper jig 121. In this case, the elastic member 125 may be replaced more easily.
  • variable jig 120 when the elastic members 125 having different spring constants are coupled to the variable jig 120, the variable jig 120 may be configured such that each of the elastic members 125 is connected to the variable jig 120. For each combined case, reaction force and thickness variation according to charge and discharge cycles of the secondary battery may be measured.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a reaction force change according to a cycle of various cases in which elastic members 125 having different spring constants are coupled according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a spring constant according to an embodiment of the present invention. Is a graph showing the amount of change in thickness according to various cycles in which different elastic members 125 are coupled.
  • the x-axis is a charge / discharge cycle, and the unit may be 'time'.
  • the y-axis is a reaction force, the unit may be 'kgf'.
  • the x-axis is a charge / discharge cycle, and the unit may be 'time'.
  • the y-axis is the thickness change amount, the unit may be 'mm'.
  • a reaction force graph A1 and a thickness change graph B1 are shown in the same form as shown in FIG. 7.
  • the reaction force value of A1 and the thickness change amount of B1 may be a11 and b11, respectively. Therefore, in the thickness variation-reaction coordinate plane in which the x-axis is the deformation amount value and the y-axis is the reaction force value, (b11, a11) coordinate points can be obtained (P1), as described above with reference to FIG. 8.
  • the reaction force graph is A1. It can be obtained in the form of an A2 graph having a reaction force value lower than that of.
  • the deformation graph may be obtained in the form of a B2 graph having a higher thickness variation than the B1.
  • the thickness change amount and the reaction force value at the time T1 can be derived as b12 and a12. Therefore, a coordinate point of one point (b12, a12) of the thickness variation-reaction coordinate plane can be obtained from this (P2).
  • the elastic member 125 having a lower spring constant is included in the variable jig 120 than when the graphs of A2 and B2 are derived, as in the graphs indicated by A3 and B3 in FIGS.
  • a graph can be obtained in which the value becomes smaller and the thickness change amount value becomes larger.
  • the thickness change amount and the reaction force value at the time T1 can be derived as b13 and a13. Therefore, a coordinate point of one point (b13, a13) of the thickness variation-reaction coordinate plane can be obtained from this (P3).
  • the reaction force value becomes smaller As a result, a larger graph can be obtained.
  • the thickness change amount and the reaction force value at the time T1 can be derived as b14 and a14. Therefore, a coordinate point (b14, a14) of the thickness change amount-reaction coordinate plane can be obtained from this (P4).
  • the graphs of A1 to A4 and B1 to B4 can be obtained by varying spring constants corresponding to the rigidity of the module case or cartridge surrounding the secondary battery in the battery module.
  • the graph of FIGS. 9 to 10 may be derived by changing the spring constant of the elastic member to 50 kgf, 100 kgf, 200 kgf, and 10000 kgf.
  • the derivation unit 130 may obtain a strain-reaction graph using these coordinate points. That is, when the reaction force and the thickness change amount according to the charge / discharge cycles are measured for each case in which the plurality of elastic members 125 having different spring constants are coupled by the variable jig 120, the derivation unit 130 may determine this. The relationship between the deformation amount and the reaction force of the secondary battery can be derived.
  • the unit of the x-axis may be a unit of length, such as 'mm'
  • the unit of the y-axis may be a unit of force or weight, such as 'kgf'.
  • the derivation unit 130 is arranged on the y coordinate axis using coordinate points (0, a0) obtained by the fixing jig 110 in the embodiment of FIG. 5 in the deformation amount-reaction coordinate plane.
  • One point P0 can be displayed.
  • the derivation unit 130 coordinates four coordinate points P1, P2, P3, and P4 obtained by varying the spring constant by the variable jig 120 in the embodiments of FIGS. 9 and 10. It can be displayed on.
  • the derivation unit 130 may obtain one line V using the five points P0 to P5 displayed as described above. In particular, the derivation unit 130 may derive one curve V using these five points.
  • the curve V derived as described above is a graph of the relationship between the deformation amount of the secondary battery and the reaction force.
  • the derivation unit 130 can obtain a more accurate curve as the coordinate points in the case where the spring constant is different.
  • the deformation-reaction curve V thus obtained may be used when designing a battery module including a plurality of secondary batteries.
  • the strain-reaction curve can be obtained through the spring constant of the cartridge.
  • the rigidity of the cartridge can be appropriately designed by deriving the force applied to the cartridge according to the deformation amount of the secondary battery.
  • the deformation amount of the secondary battery may be easily predicted or controlled according to the rigidity of the cartridge.
  • the deformation amount-reaction curve of the entire module may be obtained. Then, the force applied to the module case is derived according to the deformation amount of the secondary battery, so that the rigidity of the module case can be designed in an appropriate range accordingly.
  • the deformation amount of the secondary battery can be controlled by the rigidity and structure of the module case.
  • the reaction force according to the charge / discharge cycle is measured by the fixed jig and the reaction force and thickness variation according to the charge / discharge cycle are measured by the variable jig
  • the charge / discharge cycle test conditions such as the test temperature, the crate, and the SOC
  • the range and the like are preferably configured in the same manner.
  • the variable jig includes various kinds of elastic members having different spring constants, it is preferable that each charge / discharge cycle test condition is configured identically.
  • a plurality of elastic members 125 in the variable jig 120 may be provided.
  • six elastic members 125 may be provided on an upper portion of the variable upper jig 121.
  • the plurality of elastic members 125 may be configured to be spaced apart a predetermined distance in the horizontal direction from the upper portion of the variable upper jig 121.
  • the plurality of elastic members 125 may be positioned at corners of the variable upper jig 121 at the upper portion of the variable upper jig 121 and may be spaced apart from each other by a predetermined distance. Can be.
  • the elastic member 125 when the elastic member 125 is positioned at the corner of the variable upper jig 121, it may be easier for the bolt L to avoid the secondary battery c. That is, according to the above embodiment, the bolt L passing through the elastic member may penetrate the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122, but the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122 may be penetrated. The secondary battery is located between the). At this time, when the bolt (L) is located at the corner of the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122, the storage space of the secondary battery in the space between the variable upper jig 121 and the variable lower jig 122. It can be secured widely.
  • the elastic force by the elastic member 125 is spread to a wide range without being concentrated on a specific upper portion of the secondary battery located in the variable upper jig 121 or a lower portion of the reaction force due to expansion of the secondary battery
  • the elastic member 125 can be formed uniformly.
  • variable upper jig 121 and / or the variable lower jig 122 may be configured such that it is not easily bent by an external force such as a rigid body.
  • the variable upper jig 121 and / or the variable lower jig 122 may be configured not to be bent by expansion of the secondary battery or pressure of the elastic member 125. In this case, the force due to the expansion of the secondary battery or the pressing of the elastic member 125 is evenly transmitted to the variable upper jig 121 or the variable lower jig 122, so that more accurate deformation amount and reaction force measurement can be possible.
  • variable jig variable jig
  • variable upper jig variable upper jig
  • 122 variable lower jig
  • 123 variable base member
  • 124 variable measuring member
  • 125 elastic member

Landscapes

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 스웰링과 관련된 변형 특성을 효과적이고 정확하게 파악할 수 있는 이차 전지 평가 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지 평가 장치는, 이차 전지를 보유하고 보유된 이차 전지의 팽창을 제한하도록 구성되며, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력 변화를 측정하는 고정 지그, 이차 전지를 보유하고 보유된 이차 전지의 팽창을 허용하도록 구성되어 상기 이차 전지를 보유하고, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정하는 가변 지그, 및 상기 고정 지그에 의해 측정된 반력 및 상기 가변 지그에 의해 측정된 반력과 두께 변화량을 이용하여, 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출하는 도출 유닛을 포함한다.

Description

이차 전지 평가 장치
본 출원은 2017년 1월 24일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0011228호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 이차 전지를 평가하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차 전지의 사용 내지 퇴화에 따른 스웰링 특성을 효과적이고 정확하게 예측할 수 있는 장치에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 배터리 팩에 대해서는, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 더욱 널리 이용되는 추세에 있다.
파우치형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 파우치 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 파우치 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조될 수 있다.
도 1은 일반적인 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파우치형 이차 전지(C)는, 전극 조립체(20)와 상기 전극 조립체(20)를 수용하는 파우치 외장재(30)를 포함할 수 있다.
여기서, 전극 조립체(20)는, 양극판과 음극판, 그리고 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 기본 구조로 가지며, 파우치 외장재(30)에 형성된 내부 공간에 수용될 수 있다. 이때, 파우치 외장재(30)는 상부 파우치(31)와 하부 파우치(32)로 형성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(31)와 하부 파우치(32)의 외주면에는 실링부가 구비되어 이러한 실링부가 서로 접착됨으로써 전극 조립체(20)가 수용된 내부 공간은 밀폐될 수 있다.
여기서, 양극판과 음극판으로부터는, 각각 하나 이상의 양극 탭(21)과 음극 탭(22)이 연장될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭(21)과 음극 탭(22)은 각각 플레이트 형태의 전극 리드(10), 즉 플레이트 형태의 양극 리드(11) 및 플레이트 형태의 음극 리드(12)와 결합될 수 있다. 그리고, 양극 리드(11)와 음극 리드(12)의 일부는 파우치 외장재(30)의 외부로 노출됨으로써 이차 전지의 외부 구성, 이를테면 다른 이차 전지나 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있도록 전극 단자를 제공할 수 있다.
이차 전지는, 충전과 방전이 반복됨에 따라 퇴화 등으로 인해 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 그리고, 이처럼 내부에서 가스가 발생한 경우, 내압이 증가함으로써, 외장재의 적어도 일부분이 부풀어오르는 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지의 경우, 캔형 이차 전지에 비해, 외장재의 구조적 강성이 약해서 이러한 스웰링 현상은 더욱 심하게 발생할 수 있다.
이처럼, 이차 전지에 스웰링 현상이 발생하면, 전지 내부의 압력이 높아지고 부피가 증가하여, 배터리 모듈의 구조적 안정성에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈에는 다수의 이차 전지가 포함되는 경우가 많다. 특히, 자동차나 에너지 저장 장치(ESS) 등에 사용되는 중대형 배터리 모듈의 경우, 높은 출력 내지 높은 용량을 위해 매우 많은 수의 이차 전지가 포함되어 상호 연결될 수 있다. 이때, 각 이차 전지에서 스웰링으로 인해 약간씩만 부피가 증가한다 하더라도, 배터리 모듈 전체적으로는 각 이차 전지의 부피 변화가 합산되어 변형량은 심각한 수준에 이를 수 있다. 때문에, 각 이차 전지의 스웰링에 따른 부피 팽창 현상은, 배터리 모듈의 구조적 안정성을 전반적으로 저하시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 이차 전지의 스웰링과 관련된 변형 특성을 효과적이고 정확하게 파악할 수 있는 이차 전지 평가 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지 평가 장치는, 이차 전지를 보유하고 보유된 이차 전지의 팽창을 제한하도록 구성되며, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력 변화를 측정하는 고정 지그, 이차 전지를 보유하고 보유된 이차 전지의 팽창을 허용하도록 구성되어 상기 이차 전지를 보유하고, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정하는 가변 지그, 및 상기 고정 지그에 의해 측정된 반력 및 상기 가변 지그에 의해 측정된 반력과 두께 변화량을 이용하여, 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출하는 도출 유닛을 포함한다.
여기서, 상기 도출 유닛은, 동일한 충방전 싸이클 시점을 기준으로, 상기 고정 지그에 의해 측정된 반력 및 상기 가변 지그에 의해 측정된 반력과 두께 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
또한, 상기 도출 유닛은, 상기 고정 지그에 의해 측정된 반력이 최대가 되는 시점을 기준으로, 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
또한, 상기 도출 유닛은, 상기 이차 전지의 두께 변화량에 따른 반력의 그래프를 도출할 수 있다.
또한, 상기 고정 지그는, 위치가 고정되도록 구성된 고정 상부 지그, 상기 고정 상부 지그의 하부에 위치하고 상기 고정 상부 지그와 소정 거리 이격되어 상기 이차 전지의 보유 공간을 형성하는 고정 하부 지그, 상기 고정 하부 지그의 하부에 위치하고 상기 고정 하부 지그와 소정 거리 이격되게 구성된 고정 베이스 부재, 및 상기 고정 베이스 부재와 상기 고정 하부 지그 사이에 개재되어 상기 이차 전지의 충방전 시 상기 이차 전지의 스웰링에 따른 반력을 측정하는 고정 측정 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가변 지그는, 상하 방향으로 이동 가능하게 구성된 가변 상부 지그, 상기 가변 상부 지그의 하부에 위치하고 상기 가변 상부 지그와 소정 거리 이격되어 상기 이차 전지의 보유 공간을 형성하는 가변 하부 지그, 상기 가변 하부 지그의 하부에 위치하고 상기 가변 하부 지그와 소정 거리 이격되게 구성된 가변 베이스 부재, 상기 가변 베이스 부재와 상기 가변 하부 지그 사이에 개재되어 상기 이차 전지의 충방전 시 상기 이차 전지의 스웰링에 따른 반력을 측정하는 가변 측정 부재, 및 상기 가변 상부 지그에 결합되어, 상기 가변 상부 지그의 이동에 대하여 반대 방향으로 복원력이 형성되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
*또한, 상기 탄성 부재는, 상기 가변 상부 지그의 상부에 위치하여, 하단부가 상기 가변 상부 지그에 접촉하고 상단부가 상기 가변 베이스 부재에 결합 고정될 수 있다.
또한, 상기 가변 지그는, 하나 이상의 볼트를 포함하여, 상기 볼트가 하부에서 상부 방향으로 상기 가변 베이스 부재, 상기 가변 하부 지그, 상기 가변 상부 지그 및 상기 탄성 부재를 순차적으로 관통하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 탄성 부재는, 하면이 상기 가변 상부 지그의 상면에 접촉하고 상기 볼트가 관통되게 구성된 하판, 상기 하판의 상부에 위치하여 중공에 상기 볼트가 관통되게 구성된 스프링 및 상기 스프링의 상부에 위치하고 상기 볼트와 결합 고정된 상판을 구비할 수 있다.
또한, 상기 가변 상부 지그는, 상기 탄성 부재의 교체가 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가변 지그는, 스프링 상수가 서로 다른 다수의 탄성 부재가 결합된 각각의 경우에 대하여, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정하고, 상기 도출 유닛은, 상기 가변 지그에 의해 측정된 다수의 탄성 부재에 대한 반력과 두께 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
또한, 상기 탄성 부재는, 상기 가변 지그에 다수 구비되어, 상기 가변 상부 지그의 상부에서 수평 방향으로 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지의 사용에 따라, 즉 충전과 방전이 반복됨에 따라 퇴화가 진행되어 형태가 변형되는 특성을 정확하고 효율적으로 측정할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지의 변형량과 반력(하중) 사이의 관계가 효과적으로 파악될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지의 수명이 다하는 EOL(End Of Life) 시점에서의 변형량과 반력 관계가 도출될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 이와 같이 얻어진 관계를 통해, 배터리 모듈의 설계가 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지의 팽창을 허용하지 않기 위해 배터리 모듈이 가져야 하는 구조적 강성의 크기가 효과적으로 추정될 수 있다. 또는, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 구조적 강성에 따른 이차 전지의 변형 정도가 용이하게 예측될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 일반적인 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 평가 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 지그의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 지그에 의해 싸이클이 증가함에 따른 반력의 변화량을 측정한 결과를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 지그의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 지그에 의해 측정된 충방전에 따른 반력과 두께 변화량을 나타내는 그래프의 일례이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 도출 유닛에 의해 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계가 도출되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 상수가 서로 다른 탄성 부재가 결합된 여러 경우의 싸이클에 따른 반력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 상수가 서로 다른 탄성 부재가 결합된 여러 경우의 싸이클에 따른 두께 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 상수를 달리한 여러 경우를 이용하여 얻어진 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 평가 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지 평가 장치는, 고정 지그(110), 가변 지그(120) 및 도출 유닛(130)을 포함할 수 있다.
상기 고정 지그(110)는, 이차 전지의 보유 공간을 구비하여 이차 전지를 보유하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 고정 지그(110)는, 파우치형 이차 전지가 평평하게 눕혀진 형태로 보유되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 고정 지그(110)는, 보유된 이차 전지의 팽창을 제한하도록 구성될 수 있다. 즉, 이차 전지의 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가하더라도, 상기 고정 지그(110)는, 이차 전지가 팽창하는 것을 허용하지 않도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 고정 지그(110)는, 보유된 이차 전지의 상부 및 하부 방향 팽창을 제한할 수 있다. 즉, 상기 고정 지그(110)는 눕혀진 형태의 이차 전지가 면 방향(도 2의 상부 및 하부 방향)으로 팽창하는 것을 제한할 수 있다.
그리고, 상기 고정 지그(110)는, 보유된 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력 변화를 측정할 수 있다. 이러한 고정 지그(110)의 구체적인 구성의 일례에 대해서는, 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 지그(110)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 고정 지그(110)는, 고정 상부 지그(111), 고정 하부 지그(112), 고정 베이스 부재(113) 및 고정 측정 부재(114)를 포함할 수 있다.
상기 고정 상부 지그(111)는, 고정 지그(110)에서 이차 전지(C)가 보유되는 공간의 상부에 위치할 수 있다. 즉, 이차 전지(C)가 고정 지그(110)에 수용되었을 때, 고정 상부 지그(111)는, 이차 전지(C)의 상부에 위치할 수 있다. 더욱이, 상기 고정 상부 지그(111)는, 이차 전지의 넓은 상부 표면과 대면하여 접촉하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 고정 상부 지그(111)는, 위치가 고정되도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 고정 상부 지그(111)는, 상하 방향으로 움직이지 않고 상하 방향 위치가 고정되도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 고정 상부 지그(111)는, 이차 전지(C)의 충방전에 따라 이차 전지에 스웰링이 발생하더라도, 그 위치가 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 고정 상부 지그(111)의 위치 고정으로 인해, 고정 지그(110)는 이차 전지(C)의 상부 방향 팽창을 제한할 수 있다.
상기 고정 하부 지그(112)는, 고정 상부 지그(111)의 하부에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 고정 하부 지그(112)는, 고정 상부 지그(111)와 소정 거리 이격되어 이차 전지의 보유 공간, 다시 말해 이차 전지가 수납될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 이차 전지는, 이러한 고정 상부 지그(111)와 고정 하부 지그(112) 사이의 보유 공간에 수용될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지는, 2개의 넓은 표면이 상부와 하부 방향으로 향하도록 평평하게 눕혀진 형태로 고정 상부 지그(111)와 고정 하부 지그(112) 사이에 안착될 수 있다. 더욱이, 상기 고정 하부 지그(112)는, 이차 전지의 넓은 하부 표면에 대면 접촉하도록 구성될 수 있다.
상기 고정 베이스 부재(113)는, 고정 하부 지그(112)의 하부에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 고정 베이스 부재(113)는, 고정 하부 지그(112)와 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 고정 베이스 부재(113)는 고정 상부 지그(111) 및 고정 하부 지그(112)와 상호 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정 상부 지그(111), 고정 하부 지그(112) 및 고정 베이스 부재(113)는, 볼트(L)와 같은 다수의 체결 부재가 관통된 형태로 상호 결합될 수 있다.
특히, 상기 고정 베이스 부재(113)와 고정 상부 지그(111)는, 상호 간의 이격 거리가 일정 수준을 넘어서지 않도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 구성에서, 4개의 볼트(L) 상단과 하단은 각각 고정 상부 지그(111)의 상단과 고정 베이스 부재(113)의 하단으로 돌출되되, 이러한 돌출 부분에는 각각 너트(N)가 체결될 수 있다. 이 경우, 고정 상부 지그(111)와 고정 베이스 부재(113)는 너트(N)가 체결된 부분을 기준으로 상호 거리가 더 이상 멀어지지 않을 수 있다.
또한, 상기 고정 하부 지그(112)는, 볼트가 관통된 상태로 상하 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 고정 하부 지그(112)에는 하나 이상의 관통홀이 형성되고, 이러한 관통홀에는 고정 상부 지그(111)와 고정 베이스 부재(113)를 관통한 볼트(L)가 관통될 수 있다. 그리고, 고정 하부 지그(112)는, 이처럼 볼트가 관통된 상태에서 볼트를 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 다만, 이러한 고정 하부 지그(112)의 하부에는 고정 측정 부재(114)가 위치하여 고정 하부 지그(112)의 위치가 하부 방향으로 이동하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 상부에 위치한 이차 전지의 내압이 증가하더라도, 고정 상부 지그(111)와 고정 하부 지그(112)의 위치는 고정되어 있으며, 다만 이러한 이차 전지의 증가된 내압은 고정 하부 지그(112)를 통해 고정 측정 부재(114)로 전달될 수 있다.
상기 고정 측정 부재(114)는, 고정 베이스 부재(113)와 고정 하부 지그(112) 사이 공간에 개재될 수 있다. 그리고, 상기 고정 측정 부재(114)는, 이차 전지의 스웰링에 따른 반력을 측정할 수 있다. 이차 전지는, 충전 및 방전이 수행됨에 따라, 내부에서 가스가 발생하고 이로 인해 내압이 증가할 수 있는데, 상기 고정 측정 부재(114)는, 이러한 내압 증가에 의해 고정 하부 지그(112)에 가해지는 하중을 반력으로서 측정할 수 있다.
예를 들어, 이차 전지의 충방전 사이클이 증가함에 따라 이차 전지가 팽창되면, 고정 하부 지그(112)는 하부 방향으로 이동할 수 있으며, 그 하부에 위치한 고정 측정 부재(114)를 가압할 수 있다. 그러면, 고정 측정 부재(114)는, 가압된 정도에 따라 반력을 측정하고 이를 수치화할 수 있다. 이때, 고정 측정 부재(114)는, 가압되더라도 그 자체의 두께는 변화하지 않도록 구성될 수 있다. 그리고, 이로 인해, 이차 전지의 내압이 증가하더라도, 고정 하부 지그(112)는 실질적으로 하부 방향으로 이동하지 않을 수 있다. 따라서, 이 경우, 고정 지그(110) 내에서 이차 전지의 두께는 변화하지 않을 수 있다.
상기 고정 측정 부재(114)는, 로드셀로 구현될 수 있다. 로드셀은, 고정 하부 지그(112)에 가해지는 반력에 의해 압축 등 변형될 수 있으며, 이러한 변형 정도를 수치화하여 가해진 압력 등을 측정할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 지그(110)에 의해 싸이클이 증가함에 따른 반력의 변화량을 측정한 결과를 나타내는 그래프의 일례이다. 도 5에서 x축은 충방전 싸이클로서, 단위는 '회'일 수 있다. 또한, 도 5에서 y축은 반력으로서, 단위는 'kgf'일 수 있다.
도 5를 참조하면, 이차 전지는, 충방전이 반복하여 진행됨에 따라, 즉 충방전 싸이클이 진행됨에 따라, 팽창의 정도가 더욱 증대될 수 있다. 그러면, 고정 지그(110)의 고정 측정 부재(114)에 의해 측정되는 반력(하중)은 계속해서 증가할 수 있다. 특히, 상기 고정 지그(110)의 고정 측정 부재(114)는, 주기적으로 또는 비주기적으로 팽창에 따른 반력을 수회 측정할 수 있다. 이 경우, 고정 지그(110)의 고정 측정 부재(114)에 의해 측정되는 반력은, 도 5에 도시된 바와 같이, 그래프 형태로 구해질 수 있다.
한편, 고정 상부 지그(111), 고정 하부 지그(112) 및/또는 고정 베이스 부재(113)는, 도면에 도시된 바와 같이, 평평한 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 지그의 상하 방향 크기가 감소할 수 있고, 넓고 평평한 표면을 통해 이차 전지와 안정적으로 균일하게 접촉할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 이차 전지 평가 장치는 파우치형 이차 전지에 대한 평가를 수행할 수 있는데, 파우치형 이차 전지는 2개의 넓은 표면을 가진 대략 직사각형 모양의 편평한 형태로 구성될 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지는 2개의 넓은 표면이 고정 상부 지그(111)의 하면과 고정 하부 지그(112)의 상면에 접촉할 수 있으며, 이 경우, 보다 넓은 접촉 면적이 형성될 수 있다.
상기 가변 지그(120)는, 이차 전지의 보유 공간을 구비하여 이차 전지를 보유하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 가변 지그(120)는, 파우치형 이차 전지가 평평하게 눕혀진 형태로 보유되도록 구성될 수 있다.
특히, 상기 가변 지그(120)는, 보유된 이차 전지의 팽창을 허용하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 가변 지그(120)는, 이차 전지의 상부 방향 팽창을 허용하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 고정 지그(110)와 달리 상기 가변 지그(120)는, 이차 전지의 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가하는 경우, 이차 전지가 면 방향, 특히 상부 방향으로 팽창하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다.
상기 가변 지그(120)는, 보유된 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정할 수 있다. 특히, 상기 가변 지그(120)는, 이차 전지의 팽창을 허용하므로, 이차 전지에 의한 반력과 함께 이차 전지의 두께 변화량을 측정할 수 있다. 이러한 가변 지그(120)의 구체적인 구성의 일례에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 지그(120)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 가변 지그(120)는, 가변 상부 지그(121), 가변 하부 지그(122), 가변 베이스 부재(123), 가변 측정 부재(124) 및 탄성 부재(125)를 포함할 수 있다.
상기 가변 상부 지그(121)는, 가변 지그(120)에서 이차 전지가 보유되는 공간의 상부에 위치할 수 있다. 즉, 이차 전지가 가변 지그(120)에 수용되었을 때, 가변 상부 지그(121)는, 이차 전지의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 가변 상부 지그(121)는, 위치가 움직이도록 구성될 수 있다. 특히, 가변 상부 지그(121)는, 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 화살표 E로 표시된 바와 같이, 가변 상부 지그(121)는, 상부 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 이차 전지의 충방전에 따라 이차 전지에서 스웰링이 발생하여 그 부피가 팽창한 경우, 그 팽창 정도에 따라 상기 가변 상부 지그(121)는, 화살표 E와 같이 상부 방향으로 위치가 이동할 수 있다. 즉, 가변 상부 지그(121)가 위치 이동할 수 있으므로, 가변 지그(120)는 이차 전지의 상부 방향 팽창을 허용할 수 있다.
상기 가변 하부 지그(122)는, 가변 상부 지그(121)의 하부에 위치할 수 있다. 또한, 상기 가변 하부 지그(122)는, 가변 상부 지그(121)와 소정 거리 이격되어 이차 전지의 보유 공간을 형성할 수 있다. 그리고, 이차 전지는, 가변 상부 지그(121)와 가변 하부 지그(122) 사이의 보유 공간에 수용될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지는, 2개의 넓은 표면이 상부와 하부 방향으로 향하도록 평평하게 눕혀진 형태로 가변 상부 지그(121)와 가변 하부 지그(122) 사이에 안착될 수 있다.
상기 가변 베이스 부재(123)는, 가변 하부 지그(122)의 하부에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 가변 베이스 부재(123)는, 가변 하부 지그(122)와 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 가변 베이스 부재(123)는, 가변 상부 지그(121) 및 가변 하부 지그(122)와 상호 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 가변 상부 지그(121), 가변 하부 지그(122) 및 가변 베이스 부재(123)는, 볼트(L)와 같은 다수의 체결 부재가 관통된 형태로 상호 결합될 수 있다.
이와 같은 구성에서, 상기 가변 하부 지그(122)는, 볼트(L)가 관통된 상태로 상하 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가변 하부 지그(122)에는 6개의 관통홀이 형성되고, 각 관통홀에는 가변 상부 지그(121)와 가변 베이스 부재(123)를 관통한 볼트(L)가 관통될 수 있다. 이때, 상부에 위치한 이차 전지가 팽창되면, 가변 상부 지그(121)는 상부 방향으로 이동하게 되고, 가변 하부 지그(122)는 하부 방향으로 이동할 수 있다. 다만, 관통홀은 가변 하부 지그의 중앙 부분이 아닌 모서리 부분에 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가변 하부 지그의 상부에서 이차 전지의 안착 공간을 넓게 확보하고, 관통홀을 관통하는 볼트에 의해 이차 전지의 안착 공간이 제한되는 것을 줄일 수 있다.
상기 가변 측정 부재(124)는, 가변 베이스 부재(123)와 가변 하부 지그(122) 사이 공간에 개재될 수 있다. 그리고, 상기 가변 측정 부재(124)는, 이차 전지(C)의 스웰링에 따른 반력을 측정할 수 있다. 즉, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 이차 전지가 팽창하는 경우, 가변 측정 부재(124)는 팽창에 의한 가압력의 크기를 측정할 수 있다.
예를 들어, 이차 전지의 충방전으로 인해 이차 전지가 팽창되면, 가변 하부 지그(122)는 하부 방향으로 이동하고자 하여, 그 하부에 위치한 가변 측정 부재(124)를 가압할 수 있다. 그러면, 가변 측정 부재(124)는, 가압된 정도에 따라 반력을 측정하여 수치화할 수 있다. 이러한 가변 측정 부재(124)는, 고정 측정 부재(114)와 마찬가지로, 로드셀로 구현될 수 있다. 또한, 가변 측정 부재(124)는, 그 두께가 변하지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 이차 전지가 팽창되더라도 가변 하부 지그(122)는 실질적으로 하부 방향으로 이동하지 못할 수 있다.
또한, 상기 가변 측정 부재(124)는, 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 두께 변화량을 측정할 수 있다. 즉, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 부피가 팽창한 경우, 상기 가변 측정 부재(124)는 이차 전지의 팽창에 따른 두께 변형 정도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 이차 전지가 팽창하여 가변 상부 지그(121)가 상부로 이동하고 가변 하부 지그(122)가 하부로 이동한 경우, 상기 가변 측정 부재(124)는, 가변 상부 지그(121)와 가변 하부 지그(122) 사이의 거리를 측정하여, 이차 전지의 두께 변화량을 측정할 수 있다.
상기 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)에 결합될 수 있다. 그리고, 상기 탄성 부재(125)는, 탄성을 갖는 구조 내지 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 부재(125)는, 금속 재질의 스프링 형태로 구성될 수 있다. 다른 예로, 상기 탄성 부재(125)는, 고무 재질로 구성될 수 있다.
상기 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 이동에 대하여 그 반대 방향으로 복원력이 형성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에서, 가변 상부 지그(121)가 E 방향, 즉 상부 방향으로 이동하면, 탄성 부재(125)는 탄성 에너지가 증가하여, 그에 반대되는 방향, 즉 하부 방향으로 되돌아가고자 하는 복원력이 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가변 지그(120)에 의해 이차 전지의 스웰링에 따른 반력과 두께 변화량을 측정함에 있어서, 이차 전지의 주변 구조물에 대한 강성이나 탄성을 유사하게 구현할 수 있다. 이를테면, 이차 전지는 케이스나 카트리지에 의해 감싸질 수 있는데, 이러한 케이스나 카트리지는 소정 수준의 탄성을 가질 수 있다. 본 발명의 상기 구성에 의하면, 탄성 부재(125)에 의해, 케이스나 카트리지의 구현이 가능하므로, 실제 배터리 모듈에서 이차 전지의 팽창 특성이 주변 구조물들의 강성 등을 고려하여 보다 정확하고 보다 용이하게 파악될 수 있다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 상부에 위치할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 상부에 위치할 수 있다. 이 경우, 탄성 부재(125)의 하단부는 가변 상부 지그(121)에 접촉하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 팽창으로 가변 상부 지그(121)가 상부 방향으로 이동하면, 탄성 부재(125)의 하단부는 상부 방향으로 이동할 수 있다.
이때, 가변 상부 지그(121)의 상단부가 이동 가능하도록 구성되면 가변 상부 지그(121)의 상부 방향 이동시, 탄성 부재(125)의 상단부 역시 상부 방향으로 이동하여, 탄성 부재(125)가 적절하게 압축되기 어렵다. 따라서, 탄성 부재(125)의 상단부는, 일정한 위치에 고정되는 것이 좋다.
특히, 상기 탄성 부재(125)의 상단부는, 가변 베이스 부재(123)에 결합 고정될 수 있다. 이처럼, 탄성 부재(125)의 상단부가 가변 베이스 부재(123)에 결합 고정되면, 탄성 부재(125)와 가변 베이스 부재(123) 사이의 거리는 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 이차 전지가 팽창하여 가변 상부 지그(121)가 상부 방향으로 이동하여 탄성 부재(125)의 하단부가 상부 방향으로 이동한다 하더라도, 탄성 부재(125)의 상단부는 일정한 위치에 고정될 수 있다. 그러므로, 탄성 부재(125)는 상단부와 하단부의 거리가 가까워져 압축됨으로써 탄성 에너지가 증가하게 되고, 반대 방향으로 복원되고자 하는 힘이 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 탄성 부재(125)의 상단부를 가변 지그(120) 이외에 다른 구조물에 고정시키지 않아도 된다. 따라서, 가변 지그(120)의 독립적 구성이 가능해지고, 이로 인해 가변 지그(120)의 이동이 자유로우며, 가변 지그(120)의 부피도 감소할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 가변 지그(120)는, 하나 이상의 볼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가변 지그(120)는, 상하 방향으로 길게 연장된 형태로 볼트(N)를 다수 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 볼트는, 하부에서 상부 방향으로 가변 베이스 부재(123), 가변 하부 지그(122), 가변 상부 지그(121) 및 탄성 부재(125)를 순차적으로 모두 관통하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 구성요소(볼트)로서 가변 지그(120)에 포함되는 여러 구성요소(가변 베이스 부재(123), 가변 하부 지그(122), 가변 상부 지그(121) 및 탄성 부재(125))가 상호 결합되도록 할 수 있다. 더욱이, 볼트는, 이러한 각 구성요소를 관통하는 형태로 구성되므로, 이들을 결합시키기 위한 구성요소의 노출이 최소화되고, 전체적인 부피가 감소할 수 있다.
더욱이, 상기 탄성 부재(125)는, 하판, 스프링 및 상판을 구비할 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성에서, 가변 지그(120)에는 6개의 탄성 부재(125)가 포함되되, 각각의 탄성 부재(125)는 모두, 하판(F1), 스프링(S) 및 상판(F2)을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 하판(F1)은, 평평한 플레이트 형태로 구성되며, 하면이 가변 상부 지그(121)의 상면에 접촉하도록 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 하판은, 볼트가 관통되게 구성될 수 있다.
또한, 스프링(S)은, 하판의 상부에 안착되며, 이를테면 금속 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 스프링은, 나선 형태로 형성되어, 중공에 볼트가 관통되게 구성될 수 있다.
그리고, 상판(F2)은, 평평한 플레이트 형태로 구성되며, 스프링의 상부에 위치하도록 구성될 수 있다. 또한, 상판은 볼트와 결합 고정되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상판은, 가변 베이스 부재(123), 가변 하부 지그(122), 가변 상부 지그(121), 하판 및 스프링을 관통한 볼트가 관통되어 상단이 상부로 노출되고, 볼트의 노출된 부분에는 너트(N)가 결합됨으로써, 상판은 볼트에 결합 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 스프링의 상부가 상판에 의해 안정적으로 위치 고정될 수 있다. 또한, 이 경우, 이차 전지의 팽창으로 가변 상부 지그(121)가 상부 방향으로 이동할 때, 스프링으로 인가되는 가압력이, 하판에 의해 스프링의 하부로 고르게 전달될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 팽창 시 가압력에 의해 스프링의 불규칙한 이탈이나 변형을 방지할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 지그(120)에 의해 측정된 충방전에 따른 반력과 두께 변화량을 나타내는 그래프의 일례이다. 도 7에서 x축은 충방전 싸이클로서, 단위는 '회'일 수 있다. 그리고, y축은 반력 또는 두께 변화량으로서, 단위는 'kgf' 또는 'mm'일 수 있다.
도 7을 참조하면, 가변 지그(120)의 가변 측정 부재(124)에 의해 측정되는 반력 역시, 이차 전지의 충방전이 진행됨에 따라 계속해서 증가할 수 있다. 그리고, 이러한 가변 지그(120)의 가변 측정 부재(124)도, 주기적으로 또는 비주기적으로 팽창에 따른 반력을 수회 측정함으로써, 도 7에서 A1으로 표시된 바와 같이 반력의 변화 추이를 하나의 선, 이를테면 곡선 형태로 얻을 수 있다.
또한, 가변 지그(120)에서, 이차 전지는 충방전이 반복됨에 따라 내부에서 가스가 발생하여 팽창할 수 있다. 따라서, 이차 전지의 두께는 충방전 싸이클이 증가함에 따라 점차 증가할 수 있다. 그러므로, 가변 지그(120)에 의해 측정된 전지의 변형량, 즉 두께 변화량은, 도 7에서 A2로 표시된 바와 같이 시간의 증가에 따라 점차 증가하는 곡선 형태를 보일 수 있다.
상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 측정된 반력과, 가변 지그(120)에 의해 측정된 반력 및 두께 변화량을 이용하여, 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
예를 들어, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 측정된 반력 중 소정 시점에서의 반력과, 가변 지그(120)에 의해 측정된 반력 및 두께 변화량 중 소정 시점에서의 반력 및 두께 변화량을 이용하여, 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 도출 유닛(130)은, 동일한 충방전 싸이클 시점을 기준으로, 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다. 즉, 상기 도출 유닛(130)은, 동일한 충방전 싸이클 시점에서, 고정 지그(110)에 의해 측정된 반력과, 가변 지그(120)에 의해 측정된 반력 및 두께 변화량을 이용하여, 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
예를 들어, 도 5의 그래프에서, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 얻어진 이차 전지의 반력 그래프 상에서 T1 시점에서의 y 좌표값(a0)을 구할 수 있다. 그리고, 이러한 y 좌표값(a0)이 곧 T1에서의 이차 전지의 반력값이라 할 수 있다.
또한, 도 7의 그래프에서, 상기 도출 유닛(130)은, 가변 지그(120)에 의해 얻어진 반력 그래프(A1) 상에서 T1 시점에서의 y 좌표값(a11)을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 도출 유닛(130)은, 가변 지그(120)에 의해 얻어진 이차 전지의 변형량 그래프(B1) 상에서 T1 시점에서의 y 좌표값(b11)을 얻을 수 있다.
상기 도출 유닛(130)은, 이와 같이 고정 지그(110)와 가변 지그(120)를 통해 소정 시점에서 얻어진 반력값과 변형량(두께 변화량)값을 이용하여 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
여기서, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 측정된 반력이 최대가 되는 시점을 기준으로 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
예를 들어, 도 5의 그래프에서, 전지의 반력이 최대가 되는 시점은 T1이라 할 수 있다. 따라서, 이처럼 고정 지그(110)에 의해 전지의 반력이 최대가 되는 싸이클 시점(T1)이 정해지면, 이러한 시점(T1)을 기준으로, 가변 지그(120)에 의해 측정된 반력과 두께 변화량값을 추출할 수 있다.
특히, 이차 전지는, 전지의 제조 시부터 수명이 대략적으로 예측되거나 정해질 수 있다. 따라서, 이와 같이 예측되거나 정해진 수명을 기준으로 반력과 두께 변화량 예측 시점이 정해질 수 있다.
예를 들어, 특정 이차 전지의 사용 수명이 5000 싸이클로 예측된 경우, 해당 이차 전지에 대해서는 상기 도 5 및 도 7의 그래프에서 T1 시점은 5000 싸이클로 설정될 수 있다. 따라서, 이 경우, 5000 싸이클이 되는 시점에서 고정 지그(110)에 의한 이차 전지의 반력 및 가변 지그(120)에 의한 이차 전지의 반력과 두께 변화량이 추출될 수 있다.
상기 도출 유닛(130)은, 이차 전지의 두께 변화량에 따른 반력의 그래프를 도출할 수 있다.
특히, 상기 도출 유닛(130)은, 이차 전지의 변형량, 즉 두께 변화량을 x축으로 하고, 이차 전지의 반력을 y축으로 하는 좌표 평면상에서 그래프를 도출할 수 있다.
이 경우, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 얻어진 소정 시점에서의 반력값, 그리고 가변 지그(120)에 의해 얻어진 소정 시점에서의 반력값과 변형량값을 이용하여 이차 전지의 변형량-반력 그래프를 도출할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 도출 유닛(130)에 의해 이차 전지의 변형량과 반력 사이의 관계가 도출되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 도출 유닛(130)은, x축이 이차 전지의 두께 변화량이고, y축이 이차 전지의 반력인 좌표 평면을 설정할 수 있다. 여기서, x축의 단위는 길이의 단위, 이를테면 'mm'이고, y축의 단위는 힘 또는 무게의 단위, 이를테면 'kgf'일 수 있다.
그리고, 이러한 좌표 평면상에서, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 얻어진 T1 시점에서의 반력값을 이용하여 한 점으로 표시되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 그래프에서, T1 시점에서의 반력값인 a0가 y좌표가 될 수 있다. 그리고, 고정 지그(110)에서는 전지의 두께 변화량이 없다고 할 수 있으므로, 이때의 x좌표는 0이 될 수 있다. 그러므로, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 (0, a0)라는 좌표점 P0을 얻을 수 있다. 즉, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)에 의해 얻어진 반력에 대하여, y절편으로서 변형량-반력 좌표 평면상에 입력되도록 할 수 있다.
또한, 상기 도출 유닛(130)은, 가변 지그(120)에 의해 얻어진 T1 시점에서의 변형량값과 반력값을 이용하여 상기 좌표 평면에서 적어도 한 점을 표시할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 그래프에서, T1 시점에서의 두께 변화량(변형량)값인 b11을 x좌표로 하고, T1 시점에서의 반력값인 a11을 y좌표로 함으로써, (b11, a11) 좌표를 갖는 하나의 점 P1을 얻을 수 있다.
이처럼, 고정 지그(110)와 가변 지그(120)에 의해 얻어진 두 점(P0, P1)을 이용하여, 상기 도출 유닛(130)은, 하나의 선을 얻을 수 있다. 즉, 상기 도출 유닛(130)은, 고정 지그(110)와 가변 지그(120)에 의해 얻어진 점들을 서로 이음으로써 하나의 그래프를 얻을 수 있다.
특히, 가변 지그(120)는, 탄성 부재(125)를 포함하는데, 이러한 탄성 부재(125)는 교체 가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 도 6의 구성에서, 가변 상부 지그(121)는, 탄성 부재(125)와 결합되는데, 가변 상부 지그(121)는, 이러한 탄성 부재(125)를 교체 가능하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 가변 지그(120)는, 다른 종류의 탄성 부재(125)로 교체되도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 가변 지그(120)는, 스프링 상수가 다른 탄성 부재(125)로 교체되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가변 지그(120)에 포함된 가변 상부 지그(121)와 탄성 부재(125)는, 서로 후크 결합 구조로 결합됨으로써 분리 및 체결 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 상기 가변 상부 지그(121)와 탄성 부재(125)는, 서로 끼움 결합 구조로 결합됨으로써 분리 및 체결 가능하게 구성될 수 있다. 이를테면, 상기 가변 상부 지그(121)의 상부에는 탄성 부재(125)의 하부 외형에 대응되는 크기 및 형태로 삽입홈이 형성되고, 이러한 삽입홈에 탄성 부재(125)의 하부가 삽입되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 탄성 부재(125)는, 금속 재질의 나선 형상으로 구성된 스프링 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 스프링 상수가 서로 다른 종류의 스프링 탄성체가 가변 상부 지그(121)에 교체되면서 결합될 수 있다.
특히, 상기 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 상부에 위치하여 가변 상부 지그(121)와 결합할 수 있다. 이 경우, 탄성 부재(125)의 교체가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
이와 같이 탄성 부재(125)가 교체 가능하도록 형성된 구성에서, 가변 지그(120)에 스프링 상수가 서로 다른 탄성 부재(125)가 결합되면, 상기 가변 지그(120)는, 각 탄성 부재(125)가 결합된 각각의 경우에 대하여, 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 상수가 서로 다른 탄성 부재(125)가 결합된 여러 경우의 싸이클에 따른 반력 변화를 나타내는 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 상수가 서로 다른 탄성 부재(125)가 결합된 여러 경우의 싸이클에 따른 두께 변화량을 나타내는 그래프이다. 도 9에서 x축은 충방전 싸이클로서, 단위는 '회'일 수 있다. 그리고, y축은 반력으로서, 단위는 'kgf'일 수 있다. 또한, 도 10에서 x축은 충방전 싸이클로서, 단위는 '회'일 수 있다. 그리고, y축은 두께 변화량으로서, 단위는 'mm'일 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 먼저, 도 7에 도시된 것과 동일한 형태로 반력 그래프 A1 및 두께 변화량 그래프 B1이 도시되어 있다. 그리고, T1 시점에서 이러한 A1의 반력값과 B1의 두께 변화량값은 각각 a11과 b11이라 할 수 있다. 따라서, x축이 변형량값이고 y축이 반력값인 두께 변화량-반력 좌표 평면에서, (b11, a11) 좌표점이 얻어질 수 있으며(P1), 이는 앞서 도 8에서 살펴본 바와 같다.
그런데, 이러한 A1 및 B1의 그래프가 도출된 경우보다 낮은 스프링 상수를 갖는 탄성 부재(125)가 가변 지그(120)에 포함되면, 반력이 낮아지므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 반력 그래프는 A1의 경우보다 낮은 반력값을 갖는 A2 그래프와 같은 형태로 얻어질 수 있다. 그리고, 스프링 상수가 낮아질수록 전지의 두께 변화량은 커지므로, 도 10에 도시된 바와 같이, 변형량 그래프는 B1의 경우보다 높은 두께 변화량값을 갖는 B2 그래프와 같은 형태로 얻어질 수 있다. 이 경우, T1 시점에서의 두께 변화량값 및 반력값이 b12 및 a12로 도출될 수 있다. 따라서, 이로부터 두께 변화량-반력 좌표 평면의 한 점 (b12, a12) 좌표점이 얻어질 수 있다(P2).
이와 마찬가지로, 이러한 A2 및 B2의 그래프가 도출된 경우보다 낮은 스프링 상수를 갖는 탄성 부재(125)가 가변 지그(120)에 포함되면, 도 9 및 도 10에서 A3 및 B3로 표시된 그래프와 같이, 반력값은 더욱 작아지고, 두께 변화량값은 더욱 커지는 그래프가 얻어질 수 있다. 이 경우, T1 시점에서의 두께 변화량값 및 반력값이 b13 및 a13으로 도출될 수 있다. 따라서, 이로부터 두께 변화량-반력 좌표 평면의 한 점 (b13, a13) 좌표점이 얻어질 수 있다(P3).
그리고, 이러한 A3 및 B3의 경우보다 더욱 낮은 스프링 상수를 갖는 탄성 부재(125)가 가변 지그(120)에 포함되면, 도 9 및 도 10에서 A4 및 B4로 표시된 바와 같이, 반력값은 더 작아지고, 두께 변화량값은 더 커지는 그래프가 얻어질 수 있다. 이 경우, T1 시점에서의 두께 변화량값 및 반력값이 b14 및 a14로 도출될 수 있다. 따라서, 이로부터 두께 변화량-반력 좌표 평면의 한 점 (b14, a14) 좌표점이 얻어질 수 있다(P4).
도 9 내지 도 10의 그래프는, 배터리 모듈에서 이차 전지를 감싸고 있는 모듈 케이스나 카트리지의 강성에 상응하는 스프링 상수를 달리함으로써 A1~A4, B1~B4의 그래프를 각각 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 9 내지 도 10의 그래프는, 탄성 부재의 스프링 상수를, 50kgf, 100kgf, 200kgf, 10000kgf으로 변화시켜가면서 도출된 것일 수 있다.
그리고, 이처럼, 스프링 상수를 달리함으로써 다수의 좌표점이 얻어지면, 상기 도출 유닛(130)은, 이러한 좌표점을 이용하여 변형량-반력 그래프를 얻을 수 있다. 즉, 가변 지그(120)에 의해, 스프링 상수가 다른 다수의 탄성 부재(125)가 결합된 각 경우에 대하여 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량이 측정되면, 상기 도출 유닛(130)은, 이를 이용하여, 이차 전지의 변형량과 반력 사이의 관계를 도출할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 상수를 달리한 여러 경우를 이용하여 얻어진 변형량과 반력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, x축의 단위는 길이의 단위, 이를테면 'mm'이고, y축의 단위는 힘 또는 무게의 단위, 이를테면 'kgf'일 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 도출 유닛(130)은, 변형량-반력 좌표 평면에서, 상기 도 5의 실시예에서 고정 지그(110)에 의해 얻어진 좌표점 (0, a0)를 이용하여 y 좌표축 상에 한 점(P0)을 표시할 수 있다. 또한, 상기 도출 유닛(130)은, 상기 도 9 및 도 10의 실시예에서 가변 지그(120)에 의해 스프링 상수를 각각 달리하면서 얻어진 4개의 좌표점(P1, P2, P3, P4)을 좌표 평면상에 표시할 수 있다.
그리고, 상기 도출 유닛(130)은, 이와 같이 표시된 5개의 점(P0~P5)을 이용하여 하나의 선(V)을 얻을 수 있다. 특히, 상기 도출 유닛(130)은, 이러한 5개의 점을 이용하여 하나의 곡선(V)을 도출할 수 있다. 그리고, 이와 같이 도출된 곡선(V)이 곧, 이차 전지의 변형량과 반력 사이의 관계 그래프라 할 수 있다. 더욱이, 이러한 도출 유닛(130)은, 스프링 상수를 달리한 경우의 좌표점이 많을수록 보다 정확한 곡선을 얻을 수 있다.
이와 같이 얻어진 변형량-반력 곡선(V)은, 이차 전지를 다수 포함한 배터리 모듈 설계 시 이용될 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈에 카트리지가 구비되어 하나 이상의 이차 전지를 감싸도록 구성된 경우, 카트리지의 스프링 상수를 통해 변형량-반력 곡선이 얻어질 수 있다. 그리고, 이차 전지의 변형량에 따라 카트리지에 가해지는 힘을 도출함으로써 카트리지의 강성이 적절하게 설계될 수 있다. 또는, 카트리지의 강성에 따라 이차 전지의 변형량이 용이하게 예측되거나 제어될 수도 있다.
다른 예로, 배터리 모듈에 다수의 이차 전지가 포함되고, 그러한 다수의 이차 전지가 하나의 모듈 케이스 내에 수납된 경우, 모듈 전체의 변형량-반력 곡선이 얻어질 수 있다. 그리고, 이차 전지의 변형량에 따라 모듈 케이스에 가해지는 힘이 도출됨으로써, 모듈 케이스의 강성을 그에 맞게 적절한 범위로 설계할 수 있다. 또한, 모듈 케이스의 강성이나 구조로서 이차 전지의 변형량을 제어할 수도 있다.
한편, 고정 지그에 의해 충방전 싸이클에 따른 반력이 측정될 때와 가변 지그에 의해 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량이 측정될 때에는, 충방전 싸이클 시험 조건, 이를테면, 시험 온도, 씨레이트, SOC 범위 등은 동일하게 구성되는 것이 좋다. 또한, 가변 지그에 스프링 상수가 다른 여러 종류의 탄성 부재가 포함된 각 경우에서, 각각의 충방전 싸이클 시험 조건은 동일하게 구성되는 것이 좋다.
바람직하게는, 상기 가변 지그(120)에서 탄성 부재(125)는, 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 상부에 6개 구비될 수 있다.
그리고, 이러한 다수의 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 상부에서 수평 방향으로 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 탄성 부재(125)는, 가변 상부 지그(121)의 상부에서 가변 상부 지그(121)의 모서리 부분에 위치하며, 상호 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.
이처럼, 탄성 부재(125)가 가변 상부 지그(121)의 모서리 부분에 위치하는 경우, 볼트(L)가 이차 전지(c)를 회피하는 것이 용이해질 수 있다. 즉, 상기 실시예에 의하면, 탄성 부재를 통과하는 볼트(L)가, 가변 상부 지그(121) 및 가변 하부 지그(122)도 관통할 수 있는데, 가변 상부 지그(121)와 가변 하부 지그(122) 사이에는 이차 전지가 위치한다. 이때, 볼트(L)가 가변 상부 지그(121)와 가변 하부 지그(122)의 모서리 부분에 위치하면, 가변 상부 지그(121)와 가변 하부 지그(122)의 사이 공간에서 이차 전지의 수납 공간이 넓게 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 탄성 부재(125)에 의한 탄성력이 가변 상부 지그(121)나 그 하부에 위치한 이차 전지의 특정 부분에 집중되지 않고 넓게 퍼지도록 함으로써 이차 전지의 팽창으로 인한 반력이 탄성 부재(125)에 의해 균일하게 형성되도록 할 수 있다.
상기 가변 상부 지그(121) 및/또는 상기 가변 하부 지그(122)는, 강체와 같이 외부의 힘에 의해 쉽게 휘어지지 않도록 구성되는 것이 좋다. 특히, 상기 가변 상부 지그(121) 및/또는 상기 가변 하부 지그(122)는, 이차 전지의 팽창이나 탄성 부재(125)의 가압에 의해 휘어지지 않도록 구성될 수 있다. 이 경우, 이차 전지의 팽창이나 탄성 부재(125)의 가압에 의한 힘이 가변 상부 지그(121)나 가변 하부 지그(122)로 고르게 전달되어, 보다 정확한 변형량 및 반력 측정이 가능해질 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
[부호의 설명]
110: 고정 지그
111: 고정 상부 지그, 112: 고정 하부 지그, 113: 고정 베이스 부재, 114: 고정 측정 부재
120: 가변 지그
121: 가변 상부 지그, 122: 가변 하부 지그, 123: 가변 베이스 부재, 124: 가변 측정 부재, 125: 탄성 부재
130: 도출 유닛

Claims (12)

  1. 이차 전지를 보유하고 보유된 이차 전지의 팽창을 제한하도록 구성되며, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력 변화를 측정하는 고정 지그;
    이차 전지를 보유하고 보유된 이차 전지의 팽창을 허용하도록 구성되어, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정하는 가변 지그; 및
    상기 고정 지그에 의해 측정된 반력 및 상기 가변 지그에 의해 측정된 반력과 두께 변화량을 이용하여, 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출하는 도출 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도출 유닛은, 동일한 충방전 싸이클 시점을 기준으로, 상기 고정 지그에 의해 측정된 반력 및 상기 가변 지그에 의해 측정된 반력과 두께 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도출 유닛은, 상기 고정 지그에 의해 측정된 반력이 최대가 되는 시점을 기준으로, 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도출 유닛은, 상기 이차 전지의 두께 변화량에 따른 반력의 그래프를 도출하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정 지그는,
    위치가 고정되도록 구성된 고정 상부 지그;
    상기 고정 상부 지그의 하부에 위치하고 상기 고정 상부 지그와 소정 거리 이격되어 상기 이차 전지의 보유 공간을 형성하는 고정 하부 지그;
    상기 고정 하부 지그의 하부에 위치하고 상기 고정 하부 지그와 소정 거리 이격되게 구성된 고정 베이스 부재; 및
    상기 고정 베이스 부재와 상기 고정 하부 지그 사이에 개재되어 상기 이차 전지의 충방전 시 상기 이차 전지의 스웰링에 따른 반력을 측정하는 고정 측정 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가변 지그는,
    상하 방향으로 이동 가능하게 구성된 가변 상부 지그;
    상기 가변 상부 지그의 하부에 위치하고 상기 가변 상부 지그와 소정 거리 이격되어 상기 이차 전지의 보유 공간을 형성하는 가변 하부 지그;
    상기 가변 하부 지그의 하부에 위치하고 상기 가변 하부 지그와 소정 거리 이격되게 구성된 가변 베이스 부재;
    상기 가변 베이스 부재와 상기 가변 하부 지그 사이에 개재되어 상기 이차 전지의 충방전 시 상기 이차 전지의 스웰링에 따른 반력을 측정하는 가변 측정 부재; 및
    상기 가변 상부 지그에 결합되어, 상기 가변 상부 지그의 이동에 대하여 반대 방향으로 복원력이 형성되는 탄성 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 상기 가변 상부 지그의 상부에 위치하여, 하단부가 상기 가변 상부 지그에 접촉하고 상단부가 상기 가변 베이스 부재에 결합 고정된 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변 지그는, 하나 이상의 볼트를 포함하여, 상기 볼트가 하부에서 상부 방향으로 상기 가변 베이스 부재, 상기 가변 하부 지그, 상기 가변 상부 지그 및 상기 탄성 부재를 순차적으로 관통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 하면이 상기 가변 상부 지그의 상면에 접촉하고 상기 볼트가 관통되게 구성된 하판, 상기 하판의 상부에 위치하여 중공에 상기 볼트가 관통되게 구성된 스프링 및 상기 스프링의 상부에 위치하고 상기 볼트와 결합 고정된 상판을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 가변 상부 지그는, 상기 탄성 부재의 교체가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가변 지그는, 스프링 상수가 서로 다른 다수의 탄성 부재가 결합된 각각의 경우에 대하여, 상기 이차 전지의 충방전 싸이클에 따른 반력과 두께 변화량을 측정하고,
    상기 도출 유닛은, 상기 가변 지그에 의해 측정된 다수의 탄성 부재에 대한 반력과 두께 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 두께 변화량과 반력 사이의 관계를 도출하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 상기 가변 지그에 다수 구비되어, 상기 가변 상부 지그의 상부에서 수평 방향으로 소정 거리 이격되게 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 평가 장치.
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