包括膜式压力传感器的电池单体夹具和用于测量电池单体的隆起的方法与流程

1.该申请要求基于在2020年7月31日提交的韩国专利申请10-2020-0095681号的优先权利益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
2.本发明涉及一种包括膜式压力传感器的电池单体夹具和一种用于测量电池单体的隆起的方法。


背景技术：

3.近年来，随着由于化石燃料枯竭引起的能源价格上涨以及对环境污染的关注度加大，对环境友好的可替代能源的需求已经成为未来生活不可缺少的因素。这样，对诸如核能、太阳能、风能和潮汐能的发电技术的各种研究不断进行，并且用于更有效地使用这样产生的能量的电力存储装置也备受关注。
4.特别地，随着技术发展和对移动装置的需求，对作为能源的电池的需求正在快速地增加，相应地，已经对能够满足各种需求的电池进行了大量的研究。
5.典型地，就电池的形状而言，对能够应用于诸如移动电话这样的、厚度较小的产品的棱柱形二次电池和袋型二次电池存在高需求。就材料而言，对具有诸如高能量密度、放电电压和输出稳定性的优点的锂二次电池、诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池存在高需求。
6.这种二次电池被形成为如下结构：包括正电极、负电极以及被置放在所述正电极和负电极之间的分隔件的电极组件被内置于电池外壳中，并且正电极接线片和负电极接线片被焊接到两个电极引线，并且被密封以露出至所述电池外壳的外部。所述电极接线片通过与外部装置接触而被电连接到所述外部装置，并且二次电池通过所述电极接线片向所述外部装置供应电力或者从所述外部装置接收电力。
7.当电池由于过充电、过放电、过加热和外部冲击等而在异常状态中操作时，可能在二次电池的内部产生气体。例如，过加热的电池可能产生气体，并且促进电池元件的分解反应，由此引起连续加热、气体产生和隆起现象。这种现象还在由于长期使用引起的二次电池的缓慢劣化过程中出现。这样，为了制造具有均匀充电/放电特性的电池单体，需要测量根据电池单体的体积变化的压力变化。
8.传统上，使用专用装置来测量充电/放电期间的电池单体的压力变化。
9.然而，因为用于测量电池单体的压力的传统设施的重量和体积较大，所以在电池评价时存在空间限制。此外，当评价电池时，如果使用现有的压力传感器，则由于压力传感器的厚度而对于所述电池单体的每一个位置产生压力差，由此引起电池单体的异常劣化。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本发明确信解决了以上问题中的至少一些问题。例如，本发明的方面提供一种包
括膜式压力传感器的电池单体夹具和一种用于使用该电池单体夹具来测量电池单体的隆起的方法。
12.技术方案
13.相信本发明解决了以上问题中的至少一些问题。例如，本发明的方面提供一种包括膜式压力传感器的电池单体夹具。在一个示例中，根据本发明的电池单体夹具包括：第一板和第二板，所述第一板和该第二板之间具有电池单体，并且所述第一板和该第二板挤压所述电池单体的两个表面；螺栓和螺母，所述螺栓和螺母固定所述第一板和第二板，以挤压电池单体；充电和放电单元，所述充电和放电单元被电连接到所述电池单体；和传感器单元，所述传感器单元位于所述电池单体和第一板之间，并且测量当所述电池单体被充电或放电时压力变化。这里，所述传感器单元具有这样的结构：n个膜式压力传感器被布置在基板上(n是等于或大于2的整数)。
14.在一个示例中，根据本发明的电池单体夹具进一步包括：输出单元，所述输出单元被连接到所述传感器单元，并且输出所述电池单体的压力值；和存储单元，所述存储单元存储从所述输出单元输出的输出值。
15.在具体示例中，n个膜式压力传感器可以以柔性印刷电路(fpc)图案彼此连接，并且在n个膜式压力传感器中测量的压力值可以被收集以作为一个输出值，然后该输出值被输出。此时，n个膜式压力传感器可以被布置在基板的前表面上，并且可以沿着第一方向和第二方向均匀地布置。
16.此外，每一个膜式压力传感器可以是压敏电阻(psr)传感器。
17.在另一个示例中，根据本发明的电池单体夹具的传感器单元可以被布置在电池单体的一个侧表面上，并且可以进一步包括挤压板，该挤压板位于所述传感器单元和第一板之间的空间处。此时，卷簧可以被布置在所述挤压板和第一板之间。
18.在另一个示例中，多个电池单体可以被层叠并且被容纳在第一板和第二板之间，并且所述多个电池单体可以串联或并联地彼此电连接。
19.此外，本发明提供一种用于使用上述电池单体夹具来测量电池单体的隆起的方法。在一个示例中，根据本发明的用于测量电池单体的隆起的方法包括如下步骤：通过将电池单体布置在根据权利要求1的电池单体夹具上、以根据充电和放电诱发电池单体的隆起来测量电池单体的隆起，并且使用所述传感器单元的膜式压力传感器来感测电池单体的压力变化。
20.此时，测量电池单体的隆起的步骤可以包括：将n个膜式压力传感器中测量的压力值收集为一个输出值，并且输出该输出值。
21.有利效果
22.根据本发明所述的包括膜式压力传感器的电池单体夹具以及用于测量电池单体的隆起的方法，能够使用n个膜式压力传感器(n是等于或大于2的整数)来容易地测量所述电池单体的压力变化。特别地，本发明所述的电池单体夹具能够减小测量设备的体积，并且能够防止由于所述电池单体的每个位置的压力差所引起的电池单体的异常劣化。
附图说明
23.图1是根据本发明的实施例所述的电池单体夹具的示意图。
24.图2是示出根据本发明的一个实施例所述的电池单体夹具的传感器单元的示意图。
25.图3是根据本发明的另一个实施例所述电池单体夹具的示意图。
26.图4是根据本发明的又一个实施例所述的电池单体夹具的示意图。
具体实施方式
27.由于创造性概念允许各种改变和多个实施例，所以将在附图中示出并且在文本中详细描述特定实施例。然而，这不旨在将本发明限制于所公开的具体形式，并且应该被理解为包括在本发明的精神和范围中所包括的所有改变、等同和替代。
28.在该申请中，应当理解，诸如“包括”或“具有”这样的术语旨在指示存在说明书中所描述的特征、数目、步骤、操作、部件、零件或其组合，并且这些术语并不预先排除存在或添加一个或多个其它的特征或数目、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。而且，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为在另一个部分“上”时，这不仅包括该部分“直接地”在另一个部分“上”的情况，还包括另外的另一个部分介于其间的情况。另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为“在”另一个部分“下”时，这不仅包括该部分“直接地”在另一个部分“下”的情况，还包括另外的另一个部分介于其间的情况。另外，在本技术中“置放
……
上”可以包括置放在底部以及顶部处的情况。
29.本发明涉及一种包括膜式压力传感器的电池单体夹具和一种用于测量电池单体的隆起的方法。
30.如上所述，用于测量传统电池单体的压力变化的压力测量夹具的重量和体积较大，相应地，在电池评价时存在空间限制。此外，当评价电池时，如果使用现有压力传感器，则由于压力传感器自身的厚度，从而对于所述电池单体的每个位置产生压力差，由此引起所述电池单体的异常劣化。
31.这样，本发明的发明人发明了一种电池单体夹具和一种使用该电池单体夹具来测量电池单体的隆起的方法，该电池单体夹具用于减小测量设备的体积，并且防止由于所述电池单体的每个位置的压力差而引起所述电池单体的异常劣化。具体地，本发明的电池单体夹具能够减小测量设备的体积，并且能够防止由于所述电池单体的每个位置的压力差而引起的电池单体的异常劣化。
32.图1是根据本发明所述的电池单体夹具的示意图，并且图2是示出根据本发明所述的电池单体夹具的传感器单元的示意图。
33.参考图1和图2，根据本发明所述的电池单体夹具100包括：第一板120和第二板130，电池单体位于所述第一板120和第二板130之间，并且所述第一板120和第二板130挤压所述电池单体的两个表面；螺栓140和螺母150，所述螺栓140和螺母150固定所述第一板120和第二板130，以挤压所述电池单体110；充电和放电单元160，所述充电和放电单元160被电连接到所述电池单体110；和传感器单元170，所述传感器单元170位于所述电池单体110和所述第一板120之间，并且测量当所述电池单体110被充电或放电时的压力变化。此时，所述传感器单元170可以具有这样的结构：n个膜式压力传感器被布置在基板上。这里，n是等于或大于2的整数。
34.这里，被置于所述第一板120和第二板130之间的所述电池单体110可以是袋型单
元单体。具体地，所述袋型单元单体可以具有如下结构：在具有正电极/分隔件/负电极结构的电极组件被连接到形成在层压片材的外部材料的外侧的电极引线的状态中，所述电极组件被嵌入所述外部材料中。此外，所述电极引线可以被引到所述片材的外侧，并且可以在彼此相同或相反的方向上延伸。
35.此外，所述第一板120和第二板130可以是当评价所述电池单体110的充电/放电特性时使用的普通板，例如铝板。
36.在一个示例中，在所述电池单体110的充电/放电期间，根据本发明所述的电池单体夹具100使用膜式压力传感器172来测量所述电池单体110的压力变化。具体地，所述膜式压力传感器172是压敏电阻(psr)传感器，并且能够感测压力或者力，并且是用于根据施加到所述psr传感器的表面的压力或者力的变化来测量电阻变化值的传感器。特别地，所述psr传感器是薄膜式，并且能够减小用于测量所述电池单体110的压力的设备的体积，并且能够防止由于所述电池单体110的每个位置的压力差所引起的电池单体110的异常劣化。
37.在一个示例中，根据本发明所述的电池单体夹具100的传感器单元170包括基板和膜式压力传感器172。所述基板可以由绝缘柔性材料制成，并且可以具有与所述电池单体110的一个表面的面积相对应的尺寸。另外，所述膜式压力传感器172可以被置放在所述基板171的前表面上。具体地，所述膜式压力传感器172被布置在所述基板171的前表面上，并且沿着第一方向和第二方向均匀地布置。这里，所述第一方向可以指行的方向，并且第二方向可以指列的方向。即，n个膜式压力传感器172可以沿着所述基板171的第一方向和第二方向均匀地布置，使得所述传感器单元170能够均匀地感测所述电池单体110的整个区域。图中示出存在18个膜式压力传感器172，但是所述膜式压力传感器172的数目可以在2到100或者5到50的范围中进行选择。
38.此时，n个膜式压力传感器可以以柔性印刷电路(fpc)图案的方式彼此连接。即，所述传感器单元170可以具有这样的结构：n个膜式压力传感器172被布置在绝缘的柔性基板上，并且所述膜式压力传感器172由电子电路连接。
39.此外，根据本发明，在以fpc图案连接的n个膜式压力传感器172中测量的压力值被收集为一个输出值，并且输出该输出值。即，不是单独地输出在n个膜式压力传感器172中测量的压力值，而是输出在n个膜式压力传感器172中测量的压力值之和。例如，所述输出值可以是s+2s+3s+...+ns。
40.传统fsr压力传感器在用作用于测量所述电池单体110的压力的传感器时存在的限制在于最大可测量压力范围较窄。然而，在本发明的情形中，因为在多个膜式压力传感器172中测量的压力值能够被收集为一个输出值，所以能够扩大可测量压力范围。
41.此外，根据本发明所述的用于测量电池单体的隆起的电池单体夹具100可以进一步包括充电/放电单元160，该充电/放电单元160被电连接到所述电池单体110。所述充电/放电单元160可以向所述电池单体110供应用于充电的电力或者从所述电池单体110接收放电电力。这里，向所述电池单体110供应电力不限于供应足以对所述电池单体110完全充电的电力。这也可以被应用于从所述电池单体110接收放电电力的含义，因此在这里省略其重复描述。
42.此外，根据本发明所述的电池单体夹具100进一步包括：输出单元180，该输出单元180被连接到所述传感器单元170，并且输出所述电池单体110的压力值；和存储单元190，该
存储单元190存储从所述输出单元180输出的输出值。
43.在一个示例中，所述输出单元180可以基于从n个膜式压力传感器172输入的信号而数字地计算并且显示从所述电池单体110施加的压力变化，并且可以实时地输出从所述电池单体110施加的压力变化。此外，所述存储单元190可以从所述输出单元180接收输出值，并且存储所述输出值，并且可以存储有关所述电池单体110的隆起结果的信息，并且基于该信息建立数据库。例如，可以做出有关用于所述充电/放电单元的驱动条件的压力值的信息，并且将该信息存储为表格或者曲线图。当所述充电/放电单元160的各种充电/放电条件被组合时，这种测量数据能够被用作预测所述电池单体110的隆起程度或者输入值的基础。
44.图3是根据本发明的另一个实施例所述的电池单体夹具的示意图。
45.在另一个示例中，根据本发明所述的电池单体夹具200进一步包括挤压板225。在具体示例中，传感器单元270具有这样的结构：其被布置在所述电池单体210的一个侧表面上，并且根据本发明所述的电池单体夹具200可以进一步包括挤压板225，该挤压板225位于所述传感器单元270和所述第一板220之间。
46.所述挤压板225是用于向所述电池单体210施加恒定压力的板，并且可以具有这样的结构：所述挤压板225由螺栓240和螺母250被固定在第一板220和第二板230之间，如所述第一板220和第二板230中那样。此外，为了使得所述挤压板225向所述电池单体210施加恒定压力，至少一个卷簧226可以被布置在所述挤压板225和第一板220之间。所述卷簧226可以是压缩弹簧，或者是抵抗压缩力的弹簧，并且该卷簧226被构造成向所述挤压板225施加恒定压力。
47.类似地，当所述电池单体210被容纳在所述电池单体夹具200中、并且所述电池单体210被重复地充电和放电时，所述电池单体发生隆起。此时，随着所述电池单体210的隆起，所述挤压板225被向上推动，同时，所述传感器单元270测量作为所述电池单体的隆起值的压力。
48.图4是根据本发明的又一个实施例所述的电池单体夹具的示意图。
49.在另一个示例中，根据本发明所述的电池单体夹具300具有这样的结构：多个电池单体310和310'被层叠。在具体示例中，多个电池单体310和310'被层叠，并且被容纳在第一板和第二板320和330之间，并且多个电池单体310和310'可以被串联或并联地彼此电连接。然而，本发明不限于此，并且在一些情形中，能够独立地将电源应用于所述电池单体310和310'中的每一个电池单体。多个电池单体310和310'示出了2个电池单体被层叠的结构，并且所述电池单体的数目可以例如在2到10的范围中选择。
50.类似地，当多个电池单体310和310'被层叠并且同时测量压力时，能够通过与测量仅一个电池单体310的结果进行比较来识别并且分析压力的增加状态。例如，当2个电池单体310和310'被层叠并且测量压力变化时，通过与测量仅一个电池单体310的情形进行比较，能够识别所述压力已经倍增还是所述压力增加被抑制/放大。
51.此外，本发明提供一种用于使用上述电池单体夹具来测量电池单体的隆起的方法。
52.在一个示例中，根据本发明所述的用于测量电池单体的隆起的方法包括：通过将所述电池单体布置在根据本发明所述的电池单体夹具上，从而根据充电和放电来诱发所述
电池单体的隆起，以测量所述电池单体的隆起，并且使用所述传感器单元的膜式压力传感器来感测所述电池单体的压力变化。
53.在具体示例中，所要测量的电池单体被布置在第一板和第二板之间，并且传感器单元被安置在所述电池单体的一个表面上。此外，通过使用螺栓和螺母来固定所述第一板和第二板的分隔距离。此后，通过使用所述充电/放电单元向所述电池单体施加电压，从而重复地执行充电/放电。
54.如果所述电池单体由于重复性的充电/放电而发生隆起，则所述第一板和第二板被隆起的电池单体所挤压。然后，所述传感器单元能够据此测量压力变化。
55.此外，测量所述电池单体的隆起可以包括：将n个膜式压力传感器中测量的压力值收集为一个输出值，并且输出该输出值。在具体示例中，n个膜式压力传感器以fpc图案彼此连接，并且由n个膜式压力传感器测量的压力值能够被收集为一个输出值，由此被输出。即，不单独地输出在n个膜式压力传感器中测量的压力值，而是输出在n个膜式压力传感器中测量的压力值之和。
56.这样，根据本发明所述的测量电池单体的隆起的方法，能够通过使用n个膜式压力传感器(n是等于或大于2的整数)来容易地测量所述电池单体的压力变化。特别地，本发明所述的电池单体夹具能够减小测量设备的体积，并且能够防止由于电池单体的每个位置的压力差所引起的电池单体的异常劣化。
57.虽然已经参考附图描述了本发明的优选示例，但是能够理解，在不偏离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够对本发明做出各种修改和改变。
58.因此，本发明的技术范围不应该限于在说明书的详细描述中描述的内容，而是应该由权利要求限定。
59.附图标记说明
60.100，200，300：电池单体夹具
61.110，210，310，310'：电池单体
62.120，220，320：第一板
63.225：挤压板
64.226：卷簧
65.130，230，330：第二板
66.140，240，340：螺栓
67.150，250，350：螺母
68.160，260，360：充电/放电单元
69.170，270，370：传感器单元
70.171：基板
71.172：膜式压力传感器
72.180，280，380：输出单元
73.190，290，390：存储单元