KR20190124040A - 이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법 - Google Patents

이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그는 전지셀의 양면에 배치되어 상기 전지셀을 지지하는 지지부재, 상기 지지부재와 상기 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치되고, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 측정하는 압전 소자, 및 상기 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라, 상기 압전 소자의 부피를 조절하는 조절부를 포함하며, 상기 전지셀의 부피 변화에 따라 상기 압전 소자의 부피가 변하고, 상기 압전 소자의 부피 변화에 의하여 상기 지지부재로부터 상기 전지셀에 가해지는 압력이 정압이 되도록 한다.

Description

이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법{SECONDARY BATTERY STATIC PRESSURE JIG AND SECONDARY CELL INTERNAL PRESSURE CONTROL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 압전 소자를 이용한 이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있으며, 휴대형 기기에 이용되는 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
이차 전지는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있이 있으며, 이러한 이차 전지는 셀을 조립하는 공정과 셀을 활성화하는 공정 등을 거쳐서 제조될 수 있다. 전지 활성화 공정은 조립된 전지를 충전, 에이징 및 방전하는 과정을 통해 전지 구조를 안정화시키고 사용 가능한 상태가 되도록 하는 역할을 한다. 구체적으로는, 전지 활성화 공정에서는 전류의 원활한 통전을 위해 소정의 가압 지그(Zig)에 셀을 탑재하고, 전지 활성화에 필요한 조건으로 충, 방전 등의 처리를 수행하게 된다. 상기 가압 지그는, 제조된 이차 전지의 성능을 사전에 테스트하기 위한 목적으로 사용되며, 뿐만 아니라, 전지셀 두께의 증가를 방지하여 전지셀 성능에 악영향을 미치는 것을 줄일 수 있도록 한다.
하지만, 공정 단계에서 가압 지그를 사용할 때, 전지셀 내부 팽창 등에 따른 전지셀 두께 변화를 고려하지 않고, 일정한 힘으로 누르는 경우에는, 전지셀 내부 팽창에 따라 지나치게 강한 압력을 가하게 되어 문제가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 충방전이 되는 전지에 가해지는 압력이 정압이 되도록 유지시켜야 할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 이차 전지의 충방전 실험 시 이용되는 지그에, 압력을 측정하는 압전 소자를 포함하여 압력을 측정하도록 하고, 측정되는 압력에 따라 압전 소자의 부피가 조절되도록 하여, 압전 소자의 부피 변화를 이용하여 이차 전지 내부의 압력을 정압으로 유지하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 이차 전지 정압 지그는, 전지셀의 양면에 배치되어 상기 전지셀을 지지하는 지지부재, 상기 지지부재와 상기 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치되고, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 측정하는 압전 소자, 및 상기 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라, 상기 압전 소자의 부피를 조절하는 조절부를 포함하며, 상기 전지셀의 부피 변화에 따라 상기 압전 소자의 부피가 변하고, 상기 압전 소자의 부피 변화에 의하여 상기 지지부재로부터 상기 전지셀에 가해지는 압력이 정압이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 조절부는, 상기 압전 소자에서 측정된 압력 값을 제1 전압 신호로 변환하는 변환부, 상기 제1 전압 신호를 이용하여, 상기 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 전압 신호를 산출하는 산출부, 및 상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 산출부는, 상기 제1 전압 신호에 대응되는 제1 압력 값과, 상기 전지셀의 초기 압력인 제2 압력 값의 차이를 도출하고, 상기 제1 압력 값과 상기 제2 압력 값의 차이만큼의 압력 값에 대응되는 상기 제2 전압 신호를 산출할 수 있다.
상기 구동부는, 상기 제2 전압 신호를 상기 압전 소자에 전달하여, 상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시켜 상기 압전 소자의 부피를 변화시킴으로써, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
상기 지지부재는, 상기 전지셀의 상단면과 접촉되는 제1 지지부, 및 상기 전지셀의 하단면과 접촉되는 제2 지지부를 포함할 수 있다.
상기 지지부재를 관통하여, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부를 상호 결합시키는 결합부를 더 포함할 수 있다.
상기 압전 소자는 원통형일 수 있다.
상기 압전 소자는 복수개일 수 있다.
상기 조절부는 제1 신호선을 통해 상기 압전 소자에서 측정된 압력이 변환된 제1 전압 신호를 전달받고, 상기 압전 소자는 제2 신호선을 통해 상기 조절부에서 산출된 제2 전압 신호를 전달받을 수 있다.
상기 전지셀에 포함된 음극은 리튬 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른, 이차 전지내부 압력 조절 방법은, 전지셀을 지지하도록 상기 전지셀을 지지부재에 배치시키는 단계, 상기 지지부재와 상기 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치된 압전 소자가, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 측정하는 단계, 및 상기 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라 상기 압전 소자의 부피를 조절하는 단계를 포함한다.
상기 압전 소자의 부피를 조절하는 단계는, 상기 압전 소자에서 측정된 압력 값을 제1 전압 신호로 변환하는 단계, 상기 제1 전압 신호를 이용하여, 상기 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 전압 신호를 산출하는 단계, 및 상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압 신호를 산출하는 단계는, 상기 제1 전압 신호를 제1 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 제1 디지털 신호를 환산하여 상기 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 제2 디지털 신호를 제2 아날로그 신호로 변환하는 단계, 및 상기 제2 아날로그 신호를 증폭하여 상기 제2 전압 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압 신호를 산출하는 단계는, 상기 제1 전압 신호에 대응되는 제1 압력 값과, 상기 전지셀의 초기 압력인 제2 압력 값의 차이를 도출하고, 상기 제1 압력 값과 상기 제2 압력 값의 차이만큼의 압력 값에 대응되는 상기 제2 전압 신호를 산출할 수 있다.
상기 압전 소자를 구동시키는 단계는, 상기 제2 전압 신호를 상기 압전 소자에 전달하여, 상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시켜 상기 압전 소자의 부피를 변화시킴으로써, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법에 따르면, 이차 전지의 충방전 실험 시 이용되는 지그에, 압력을 측정하는 압전 소자를 포함시켜, 이차 전지 내부의 압력을 측정하고, 측정되는 압력에 따라 압전 소자의 부피가 변하도록 하여, 이차 전지 내부의 압력을 정압으로 유지하도록 할 수 있다.
도 1은 전지의 충전 시, 가압 여부에 따른 리튬 전지의 두께 변화를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그에 있어서, 조절부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그에 있어서, 조절부의 흐름을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 이용한 이차 전지 내부 압력조절 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이차 전지 중에서도 특히, 리튬 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 높은 전력용량과 긴 수명으로 인하여 다양한 분야에서 많이 이용되고 있다.
다만, 리튬 이차 전지에서 순수한 리튬 금속을 음극으로 사용할 경우, 그 충전 메커니즘이 일반 그라파이트(graphite) 음극과는 달라, 음극의 두께 팽창이 셀의 팽창으로 연결되어 심각한 문제로 작용하게 된다. 그라파이트 음극에서는 양극에서 이동한 리튬이 층상 구조인 그라파이트에 삽입(intercalation)되지만, 리튬 금속 음극에서는 그대로 적층되어 두께가 증가하게 된다. 예를 들어, 양극 로딩 4.0mAh/cm2 정도를 사용할 경우 20um의 두께 증가가 있다. 즉, 위 양극을 사용하여, 양면 기준으로 20um 리튬 음극에 10um Cu 집전체를 사용할 경우, 50um(20um/10um/20um)의 음극이 바이셀(bicell) 당 90um까지 늘어나게 된다. 이와 같은, 리튬 음극의 성장 특징을 고려하였을 때, 리튬 전지의 충전 시, 전지셀에 지그를 이용하여 가압을 해주지 않으면 셀의 두께 변화는 더욱 커지게 되는 문제가 있다.
도 1은 전지의 충전 시, 가압 여부에 따른 리튬 전지의 두께 변화를 나타내는 도면이다.
도 1(a)는 가압을 하지 않는 경우이고, 도 1(b)는 지그를 이용하여 가압을 해주는 경우를 나타낸다. 도 1(a), 도 1(b)를 통하여 리튬 전지 충전 시, 가압 여부에 따라 전지 두께의 변화가 크다는 것을 알 수 있으며, 이로부터 전지의 충전, 방전 시 전지를 가압해야 하는 필요성을 확인할 수 있다. 다만, 리튬 팽창 등으로 인한 리튬의 두께 상태를 고려하지 않고, 일정한 힘으로 누르는, 기존에 이용되고 있는 가압 지그의 경우, 리튬의 두께 변화에 따라 지나치게 강한 압력을 가하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은 음극이 리튬 금속으로 이루어진 것 일 수 있으며, 상기에서 설명된 문제를 해결하기 위하여, 이하에서는 충방전이 되는 전지에 가해지는 압력이 정압이 되도록 하는 정압 지그에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 음극이 리튬 금속으로 이루어진 실시예에서 이하에서 설명하는 정압 지그의 필요성이 좀 더 중요한 의미가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법이 반드시 리튬 금속으로 이루어진 음극을 포함하는 전지셀에만 적용되는 것은 아니고, 흑연으로 이루어진 음극 등에도 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그(10)는 전지셀(100)에 배치되어 전지셀(100)을 지지하는 지지부재(200), 압력을 측정하는 압전 소자(300), 압전 소자(300)의 부피를 조절하는 조절부(400)를 포함한다.
지지부재(200)는 전지셀(100)의 양면에 접촉되도록 배치되어, 전지셀(100)을 지지시키는 역할을 한다. 지지부재(200)는 전지셀(100)의 상단면과 접촉되는 제1 지지부(210), 및 전지셀(100)의 하단면과 접촉되는 제2 지지부(220)를 포함할 수 있다.
압전 소자(300)는 전지셀(100)에 가해지는 압력을 측정하는 역할을 한다. 구체적으로는, 지지부재(200)에 의해 전지셀(100)에 가해지는 압력을 측정하는 것이다. 압전 소자(piezoelectric element)란, 특정 재료로 양극판에 특정 분극 특성을 가진 물질이 채워져 있는 소자로서, 상기의 특정 물질에 압력이 가해지면 내부 물질의 분극 변화로 인하여 양극판에서 전압을 내는 소자를 의미한다. 이와 같이 압력에 의해 전압을 내는 현상을 압전 효과(piezoelectric effect)라고 하며, 이렇게 발생된 전기적 신호를 이용하여 압력을 측정할 수가 있다.
즉, 압전 소자(300)는 가해지는 압력을 측정하여 이를 전압 신호로 발현시키고, 이렇게 발현된 전압 신호를 사용자에게 전달함으로써, 사용자가 측정된 압력 값을 확인할 수 있게 한다.
본 실시예에 따른 압전 소자(300)는 압력을 측정하는 역할 뿐만 아니라, 자체의 부피 변화를 통하여 가압함으로써, 압력을 조절하는 역할도 할 수 있다. 즉, 압전 소자(300)를 사용하여 압력을 측정하면서 동시에 압력을 조절할 수 있다. 위에서 설명한 압력 변화(기계적 변화)로부터 전기적 신호를 발생시키는 압전 효과(piezoelectric effect)와는 반대로, 전압 신호(전기적 신호)를 가하여 물질을 변형(기계적 변화)시키는 현상을 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)라고 하며, 본 발명에서는 역압전 효과를 이용하여 압전 소자(300)의 부피를 조절할 수 있는 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 압전 소자(300)에 전압선을 추가하여, 역으로 압전 소자(300)에 전압을 전달함으로써, 압전 소자(300)의 형태, 부피가 변하게 되는 효과를 이용하는 것이다. 압전 소자(300)를 이용하여, 압력을 측정, 조절하는 구체적인 흐름과 관련하여서는 이하의 도 4, 도 5에서 설명하도록 한다.
조절부(400)는 압전 소자(300)에서 측정되는 압력에 따라, 압전 소자(300)의 부피를 조절하는 역할을 한다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 압전 소자(300)는 압전 효과와 역압전 효과, 이 두 가지 현상을 모두 이용하는 것이다. 즉, 본 발명에서의 압전 소자(300)는 부피가 변하는 것으로서, 전지의 충전, 방전 시 발생되는 전지셀(100)의 부피 변화에 따라, 압전 소자(300)에서 측정되는 압력 값이 상이해지게 되고, 측정된 압력 값에 따라 압전 소자(300)의 부피가 변하게 된다. 본 발명은 압전 소자(300)의 부피 변화를 통하여, 지지부재(200)로부터 전지셀(100)에 가해지는 압력이 정압이 되도록 하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 정압이란 전지셀에 가해지는 압력이 일정하게 유지되는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전지셀(100) 보다 넓은 면적을 가지는 형태로서, 전지셀(100)을 지지시키는 지지부재(200), 전지셀(100)과 지지부재(200) 사이에 배치되는 것으로서, 전지셀(100)과 지지부재(200)가 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치되는 압전 소자(300)를 포함할 수 있다. 압전 소자(300)는 원통형의 압전 소자(300)일 수 있으며, 복수개가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서와 같이, 전지셀(100)에 9개의 압전 소자(300)를 배치시킬 수 있다. 압전 소자(300)가 이와 같이 전지셀(100)의 각 부분에 균등하게 복수개가 배치되는 경우, 전지셀(100) 전체 면적에 가해지는 전반적인 압력을 측정할 수 있게 되어, 전지셀(100)에 가해지고 있는 압력 측정 값의 정확도가 높아지게 된다. 압전 소자(300)의 개수가 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 4개에서 9개 정도의 압전 소자(300)를 배치할 수 있다. 본 발명에서의 압전 소자(300)의 형태가 원통형 압전 소자에만 한정되는 것은 아니며, 판상형의 압전 소자일 수 있음은 물론이다. 즉, 전지의 충방전시 전지셀(100)의 부피 변화에 의해 가해지는 압력에 따라 압전 소자(300)가 전압 신호를 방출하고, 전압 신호를 전달받은 조절부(400)에서는 일정 압력 값에 도달하기 위하여 필요한 전압을 압전 소자(300)에 전달해 주며, 이에 따라 부피를 조절할 수 있는 압전 소자(300)이면 가능하다.
앞에서 설명한 지지부재(200)는 전지셀(100)의 상단면, 하단면에 배치됨으로써 전지셀(100)을 지지하는 역할을 함과 동시에, 전지셀(100)의 압력을 측정하는 경우, 전지셀(100)이 이동되지 않도록 고정시키는 역할도 할 수 있다. 실시예에 따라서는, 전지셀(100)을 지지하는, 제1 지지부(210)와 제2 지지부(220)를 고정시키기 위하여, 도 3에서와 같이, 지지부재(200)의 각 모서리에는 지지부재(200)를 관통하여 도 2에서의 제1 지지부(210)와 제2 지지부(220)를 상호 결합시키는 결합부(500)가 더 포함될 수 있다. 결합부(500)는 볼트를 이용한 고정 방식일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 압전 소자(300)의 부피 변화에 따라 자동으로 전지셀(100)에 가해지는 압력 변화에 맞추어 이동 가능하도록 결합되는 방식이면 가능하다. 실시예에 따라서는, 결합부(500)에는 인장 스프링이 삽입될 수 있으며, 이 경우, 전지셀(100)의 부피가 감소하는 경우 원래의 두께로 돌아가려는 복원력을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그에 있어서, 조절부의 구성을 도시한 도면이다.
조절부(400)는 압전 소자(300)의 부피를 조절하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 변환부(410), 산출부(420), 구동부(430)를 포함할 수 있다. 변환부(410)는 압전 소자(300)에서 측정된 압력 값을 제1 전압 신호로 변환하는 역할을 하며, 산출부(420)는 변환부(410)에서 변환된 제1 전압 신호를 이용하여 전지셀(100)을 초기 압력 상태로 변화시키기 위해 필요한 제2 전압 신호를 산출하는 역할을 한다. 구체적으로는, 산출부(420)에서는, 변환부(410)에서 변환된 제1 전압 신호에 대응되는 압력 값인 제1 압력 값과, 전지셀(100)의 초기 압력 값인 제2 압력 값의 차이를 도출하고, 제1 압력 값과 제2 압력 값의 차이만큼의 압력 값에 대응되는 제2 전압 신호를 산출하는 것이다. 여기서의 초기 압력 값이란, O V일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자가 초기에 설정하는 압력 값을 의미한다.
구동부(430)는 산출부(420)에서 산출된 제2 전압 신호에 따라 압전 소자(300)를 구동시키는 역할을 한다. 즉, 산출부(420)에서 산출된 제2 전압 신호를 압전 소자(300)에 전달하여, 전달된 제2 전압 신호에 따라 압전 소자(300)를 구동시켜, 압전 소자(300)의 부피를 변화시킴으로써, 최종적으로는 전지셀(100)에 가해지는 압력을 조절할 수 있도록 하는 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그에 있어서, 조절부의 흐름을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 조절부(400)에서의 신호 전달 과정을 도식화하여 설명하기 위한 것으로서, 도시된 바와 같이, 먼저, 압력이 가해지면, 압전 소자(300)에서는 압력을 측정하고 측정된 압력을 전압 신호로 발현시킨다. 발현된 전압 신호는 도 5에서의 제1 신호 변환부(ADC: Analog to Digital Converter)를 통하여 처리하기 쉬운 디지털 신호로 변환되며, 환산부(PID Feedback Circuit)에서는, 변환된 신호를 전달받아 변환된 신호와 초기 압력 값과의 차이를 환산하여, 초기 압력 상태로 돌아가기 위한 값을 계산한다. 제2 신호 변환부(DAC: Digital to Analog Converter)에서는, 환산부(PID Feedback Circuit)에서 산출된 값을 다시 압전 소자(300)로 전달하기 위한 신호인 아날로그 신호로 변환하며, 신호 증폭부(amplifier)에서는 압전 소자(300)를 구동하는 전압으로 아날로그 신호를 증폭시킨다. 즉, 조절부(400)는 제1 신호선을 통해, 압전 소자(300)에서 측정된 압력이 변환된 제1 전압 신호를 전달받고, 압전 소자(300)는 제2 신호선을 통해, 조절부(400)에서 산출된 제2 전압 신호를 전달받게 되는 것이다.
최종적으로는, 구동부(430)가, 증폭된 전압으로 압전 소자(300)를 구동시킴으로써, 압전 소자(300)의 부피를 증가 또는 감소시켜 이차 전지 내부를 정압으로 유지시키는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 이용한 이차 전지 내부 압력조절 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 내부 압력 조절 방법은, 전지셀을 지지하도록 전지셀을 지지부재에 배치시키는 단계(S100), 지지부재와 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치된 압전 소자가, 전지셀에 가해지는 압력을 측정하는 단계(S200), 및 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라 압전 소자의 부피를 조절하는 단계(S300)를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
압전 소자의 부피를 조절하는 단계(S300)는, 압전 소자에서 측정된 압력 값을 제1 전압 신호로 변환하는 단계(S310), 제1 전압 신호를 이용하여, 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 전압 신호를 산출하는 단계(S320), 및 제2 전압 신호에 따라 압전 소자를 구동시키는 단계(S330)를 포함할 수 있다.
구체적으로는, 제2 전압 신호를 산출하는 단계(S320)에서는, 제1 전압 신호에 대응되는 제1 압력 값과, 전지셀의 초기 압력인 제2 압력 값의 차이를 도출하고, 제1 압력 값과 제2 압력 값의 차이만큼의 압력 값에 대응되는 제2 전압 신호를 산출할 수 있다. 또한, 압전 소자를 구동시키는 단계(S330)는, 제2 전압 신호를 압전 소자에 전달하여, 제2 전압 신호에 따라 압전 소자를 구동시켜 압전 소자의 부피를 변화시킴으로써, 전지셀에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
각각의 단계들과 관련된 상세한 내용들은, 앞서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 정압 지그(10)와 관련하여 설명되었으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 이차 전지 정압 지그
100: 전지셀
200: 지지부재
210: 제1 지지부
220: 제2 지지부
300: 압전 소자
400: 조절부
410: 변환부
420: 산출부
430: 구동부
500: 결합부

Claims (15)

  1. 전지셀의 양면에 배치되어 상기 전지셀을 지지하는 지지부재;
    상기 지지부재와 상기 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치되고, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 측정하는 압전 소자; 및
    상기 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라, 상기 압전 소자의 부피를 조절하는 조절부를 포함하며,
    상기 전지셀의 부피 변화에 따라 상기 압전 소자의 부피가 변하고, 상기 압전 소자의 부피 변화에 의하여 상기 지지부재로부터 상기 전지셀에 가해지는 압력이 정압이 되도록 하는 이차 전지 정압 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 압전 소자에서 측정된 압력 값을 제1 전압 신호로 변환하는 변환부;
    상기 제1 전압 신호를 이용하여, 상기 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 전압 신호를 산출하는 산출부; 및
    상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시키는 구동부를 포함하는 이차 전지 정압 지그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 제1 전압 신호에 대응되는 제1 압력 값과, 상기 전지셀의 초기 압력인 제2 압력 값의 차이를 도출하고, 상기 제1 압력 값과 상기 제2 압력 값의 차이만큼의 압력 값에 대응되는 상기 제2 전압 신호를 산출하는 이차 전지 정압 지그.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제2 전압 신호를 상기 압전 소자에 전달하여, 상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시켜 상기 압전 소자의 부피를 변화시킴으로써, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 조절하는 이차 전지 정압 지그.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 전지셀의 상단면과 접촉되는 제1 지지부; 및
    상기 전지셀의 하단면과 접촉되는 제2 지지부를 포함하는 이차 전지 정압 지그.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지부재를 관통하여, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부를 상호 결합시키는 결합부를 더 포함하는 이차 전지 정압 지그.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는 원통형인 이차 전지 정압 지그.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는 복수개인 이차 전지 정압 지그.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조절부는 제1 신호선을 통해 상기 압전 소자에서 측정된 압력이 변환된 제1 전압 신호를 전달받고,
    상기 압전 소자는 제2 신호선을 통해 상기 조절부에서 산출된 제2 전압 신호를 전달받는 이차 전지 정압 지그.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀에 포함된 음극은 리튬 금속으로 이루어진 정압 지그.
  11. 전지셀을 지지하도록 상기 전지셀을 지지부재에 배치시키는 단계;
    상기 지지부재와 상기 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치된 압전 소자가, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 측정하는 단계; 및
    상기 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라 상기 압전 소자의 부피를 조절하는 단계를 포함하는 이차 전지 내부 압력 조절 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 압전 소자의 부피를 조절하는 단계는,
    상기 압전 소자에서 측정된 압력 값을 제1 전압 신호로 변환하는 단계;
    상기 제1 전압 신호를 이용하여, 상기 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 전압 신호를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시키는 단계를 포함하는 이차 전지 내부 압력 조절 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전압 신호를 산출하는 단계는,
    상기 제1 전압 신호를 제1 디지털 신호로 변환하는 단계,
    상기 제1 디지털 신호를 환산하여 상기 전지셀을 초기 압력 상태로 변화시키기 위한 제2 디지털 신호로 변환하는 단계,
    상기 제2 디지털 신호를 제2 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 제2 아날로그 신호를 증폭하여 상기 제2 전압 신호로 변환하는 단계를 포함하는 이차 전지 내부 압력 조절 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전압 신호를 산출하는 단계는,
    상기 제1 전압 신호에 대응되는 제1 압력 값과, 상기 전지셀의 초기 압력인 제2 압력 값의 차이를 도출하고, 상기 제1 압력 값과 상기 제2 압력 값의 차이만큼의 압력 값에 대응되는 상기 제2 전압 신호를 산출하는 이차 전지 내부 압력 조절 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 압전 소자를 구동시키는 단계는,
    상기 제2 전압 신호를 상기 압전 소자에 전달하여, 상기 제2 전압 신호에 따라 상기 압전 소자를 구동시켜 상기 압전 소자의 부피를 변화시킴으로써, 상기 전지셀에 가해지는 압력을 조절하는 이차 전지 내부 압력 조절 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220015551A (ko) * 2020-07-31 2022-02-08 주식회사 엘지에너지솔루션 필름형 압력 센서를 포함하는 전지 셀 지그 및 이를 이용한 전지 셀의 스웰링 측정 방법
CN112582694B (zh) * 2020-12-10 2022-04-19 华霆（合肥）动力技术有限公司 电芯压力控制方法、装置、***和电子设备
US20220328860A1 (en) * 2021-04-09 2022-10-13 Sakuu Corporation Ceramic lithium battery with piezoelectric compensation layers
CN115308452B (zh) * 2022-10-10 2023-02-28 杭州三海电子有限公司 一种半导体器件老炼测试夹具

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160105540A (ko) * 2014-10-17 2016-09-06 니혼샤신 인사츠 가부시키가이샤 압력 검출 장치, 압력 검출 장치의 제어 방법, 및 프로그램
KR20170084789A (ko) * 2016-01-13 2017-07-21 주식회사 엘지화학 전지셀용 안전부재 및 이를 포함하는 전지팩
US20180040926A1 (en) * 2016-08-05 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Indirect battery pressure measurement

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0694561A (ja) 1992-09-11 1994-04-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電型圧力センサ
JP4903165B2 (ja) 2005-02-24 2012-03-28 キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト 電気絶縁皮膜によって保持された圧電式力センサ用部品又は圧電式圧力センサ用部品
KR100889244B1 (ko) 2005-04-20 2009-03-17 주식회사 엘지화학 압전 센서가 내장된 이차전지 모듈
KR100878702B1 (ko) 2005-11-30 2009-01-14 주식회사 엘지화학 이차전지용 안전장치 및 그것을 포함하는 전지팩
DE102009028986A1 (de) * 2009-08-28 2011-03-03 SB LiMotive Company Ltd., Suwon Verfahren und Einrichtung zum Aufbringen eines Druckes auf eine Batterie
US9472797B2 (en) * 2011-05-25 2016-10-18 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
WO2014171559A1 (ko) * 2013-04-15 2014-10-23 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR101741193B1 (ko) 2014-11-28 2017-05-29 주식회사 엘지화학 배터리 팩
CN204315599U (zh) * 2014-12-17 2015-05-06 无锡德鑫太阳能电力有限公司 一种太阳能电池背板
JP6690553B2 (ja) * 2015-01-16 2020-04-28 株式会社村田製作所 蓄電モジュール、蓄電システム、電子機器、電動車両および電力システム
KR101853166B1 (ko) 2015-04-15 2018-04-30 주식회사 엘지화학 이차전지, 이에 포함되는 이차전지용 부품 및 그 제조 방법
JP6582667B2 (ja) 2015-07-22 2019-10-02 日本電気株式会社 電池パック、電池装置、および電池制御方法
DE102017206729B4 (de) * 2016-04-29 2022-11-24 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
KR102000632B1 (ko) 2016-06-09 2019-10-01 주식회사 엘지화학 2차 전지 전극의 두께 변화 측정 장치 및 그를 장착한 2차 전지
CN205822433U (zh) * 2016-07-27 2016-12-21 杨璐宁 一种多功能排水井盖

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160105540A (ko) * 2014-10-17 2016-09-06 니혼샤신 인사츠 가부시키가이샤 압력 검출 장치, 압력 검출 장치의 제어 방법, 및 프로그램
KR20170084789A (ko) * 2016-01-13 2017-07-21 주식회사 엘지화학 전지셀용 안전부재 및 이를 포함하는 전지팩
US20180040926A1 (en) * 2016-08-05 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Indirect battery pressure measurement

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