KR100337887B1 - 전지의 충방전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 전지 파우치가 삽입될 수 있는 전지 삽입구가 다수개 형성되며 저면에 상기 전지 파우치의 전극이 통과될 수 있는 구멍이 형성된 전지 삽입부 및, 상기 전지 삽입부의 가장 자리를 둘러싸는 테두리를 구비하는 트레이와; 상기 전지 삽입부의 저면 구멍을 통해서 돌출된 전극을 물 수 있도록 마주하는 판 스프링을 지지부에 지지시켜서 구성된 전극 접촉용 클립;을 구비하는 전지 충방전 시스템이 제공된다.

Description

전지의 충방전 시스템{Charge and discharge system of battery}
본 발명은 전지의 충방전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리머 2차 전지의 충방전에 사용되는 트레이와 전극 접촉용 클립을 구비한 전지의 충방전 시스템에 관한 것이다.
통상적으로 폴리머 2차 전지는 전극 조립체를 알루미늄으로 제작된 파우치내에 밀봉시킨 이후에 소정의 충방전 공정을 수행하게 된다. 전지의 파우치는 전극 조립체를 수용할 수 있는 전지 수용부와 개스를 수용할 수 있는 개스 수용부를 가지도록 형성되며, 상기 전지 수용부와 개스 수용부는 통로를 통해서 상호 연결되어 있다. 2 차 전지는 충방전 공정을 통해서 전극 조립체로부터 발생하는 개스를 개스 수용부로 배출하며, 이후에 개스 통로를 밀폐시킨 상태에서 개스 수용부를 절단하게 된다.
도 1에는 통상적인 전지 충방전 시스템에 구비된 전지 삽입용 트레이의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 트레이(11)는 4 개층의 계단형으로 구성되어 있으며 각 층마다 전지 파우치의 삽입구가 형성되어 있다. 트레이(11)에는 제 1 층 삽입구(12), 제 2 층 전지 삽입구(13), 제 3 층 전지 삽입구(14) 및, 제 4 층 전지 삽입구(15)가 형성되어 있으며, 이들은 상호 계단식으로 형성된다. 도면에서 D1, D2, D3 및, D4 등으로 표시된 간격은 개별의 전지 파우치가 들어가는 삽입구의 폭을 표시한 것이다. 각각의 간격에는 돌출 가이드(16)가 형성되어 있으며, 이러한 돌출 가이드(16)에 의해서 전지 파우치가 안내된다.
전지 파우치(17)는 도면에 도시된 바와 같이, 개스 수용부(18), 전지 수용부(19) 및, 커버(21)가 일체로 형성되며, 상기 개스 수용부(18)와 전지 수용부(19) 사이에는 도시되지 아니한 개스 유동 통로가 형성되어 있다. 개스 수용부(18)와 전지 수용부(19)의 사이에는 홈(22)이 형성되어 있으며, 상기 홈(22)은 상기 트레이의 돌출 가이드(16)에 대응됨으로써 전지 파우치(17)가 전지 삽입구(12,13,14,15)에 삽입될때 안내하는 역할을 한다. 도면 번호 20 으로 표시된 것은 전지 수용부(19)의 내측에 수용된 전극 조립체(미도시)의 전극 탭에 연결된 전극이다. 전지를 충방전시킬 수 있도록 전원을 인가하는 전극 핀(미도시)은 상기 전극(20)에 접촉됨으로써 전지를 충방전시킬 수 있게 된다.
위와 같은 폴리머 2 차 전지의 충방전 시스템에 있어서, 트레이(11)는 각 층별로 8 개씩 모두 32 개의 전지를 수용 가능했다. 그러나 상기 트레이(11)는 전지를 다층의 계단식으로 수용했기 때문에, 전체적으로 불필요한 공간이 많이 발생하는 문제점이 있었다. 또한 트레이(11)에 전지를 삽입한 상태에서 전극(20)에 전압을 인가하기 위하여 전극 핀(미도시)을 접촉시킬 경우, 전극(20)과 전극 핀의 접촉이 정확히 이루어지지 않고, 그에 따라서 공정 수행에 곤란이 많았다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 전지의 충방전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 트레이 및, 전극 접촉용 클립을 구비한 전지의 충방전 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 전지 충방전 시스템에 구비된 전지 삽입용 트레이의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지 충방전 시스템에 구비된 트레이의 일례를 개략적으로 도시한 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지 충방전 시스템에 구비된 트레이의 다른 예를 개략적으로 도시한 일부 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 포켓에 대한 개략적인 확대 사시도이다.
도 5에 도시된 것은 본 발명에 따른 전지의 충방전 시스템에 구비될 수 있는 전극 접촉용 클립에 대한 정면도 및 측면도들이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
11. 트레이 12.13.14.15. 전지 삽입구
16. 돌출 가이드 17. 전지 파우치
18. 개스 수용부 19. 전지 수용부
20. 전극 21. 커버
25. 트레이 26. 테두리
27. 삽입부 상부 평면 28. 돌출 가이드
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전지 파우치가 삽입될 수 있는 전지 삽입구가 다수개 형성되며 저면에 상기 전지 파우치의 전극이 통과될 수 있는 구멍이 형성된 전지 삽입부 및, 상기 전지 삽입부의 가장 자리를 둘러싸는 테두리를 구비하는 트레이와; 상기 전지 삽입부의 저면 구멍을 통해서 돌출된 전극을 물 수 있도록 마주하는 판 스프링을 지지부에 지지시켜서 구성된 전극 접촉용 클립;을 구비하는 전지 충방전 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 트레이의 삽입부 상부 평면은 상기 테두리의 상부 평면보다 낮고, 상기 트레이의 삽입부 저부 평면은 상기 테두리의 저부 평면보다 높게 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 전지 삽입구의 내측면에는 상기 전지 파우치에 홈에 대응할 수 있는 돌출 가이드가 삽입구의 길이 방향으로 연장된다.
또한 본 발명에 따르면, 전지 파우치가 삽입될 수 있도록 상부로 개방된 전지 삽입구가 형성된 포켓과; 상기 포켓이 삽입될 수 있는 포켓 삽입구가 다수개 형성된 전지 삽입부 및, 상기 전지 삽입부의 가장 자리를 둘러싸는 테두리를 구비하는 트레이와; 상기 포켓의 상부로부터 돌출된 상기 전지 파우치의 전극을 물 수 있도록 마주하는 판 스프링을 지지부에 지지시켜서 구성된 전극 접촉용 클립;을 구비하는 전지 충방전 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 포켓의 저면에는 저면으로 개방된 저면 삽입구가 형성되며, 상기 트레이의 포켓 삽입구에는 상기 포켓의 저면 삽입구에 대응되어 삽입될 수 있는 돌출부가 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 포켓의 상부에는 상기 전지 파우치의 전극이 지지될 수 있도록 만곡된 표면의 전극 지지부가 형성되어 있으며, 상기 포켓의 전지 삽입구 내측에는 상기 전지 파우치의 홈에 대응될 수 있도록 상부로부터 하부로 연장된 돌출 가이드가 형성된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 것은 본 발명에 따른 전지 충방전 시스템에 구비되는 트레이의 일 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 트레이(25)는 전지의 삽입부(33)를 구비하며, 상기 삽입부(33)에는 전지 파우치(17)를 도립의 상태로 삽입할 수 있는 다수의 삽입구(30)가 형성되어 있다. 전지 삽입부(33)는 트레이(23)의 테두리(26)에 의해서 둘러싸여져 있으며, 테두리의 상부 평면(29)은 삽입구(30)들이 형성된 삽입부(33)의 상부 평면(27)들보다 높게 형성되어 있다. 삽입구(30)의 저면에는 다수의 구멍(미도시)들이 형성되어 있으며, 이러한 구멍은 전지 파우치(17)의 전극(20)들이 통과할 수 있지만, 전지 파우치(17) 전체가 통과할 수는 없도록 형성되어 있다. 따라서, 전지 파우치(17)를 삽입구(30)에 삽입하면 전지 파우치(17)는 구멍이 형성된 삽입구 저면에 의해 지지되고, 전극(20)만이 구멍을 통과하여 돌출한 상태가 될 수 있다. 테두리(29)의 저부 평면(31)은 점선으로 표시된 삽입부(33)의 저부 평면(32)보다 낮게 위치함으로써, 삽입부(33)의 저면은 공간에 떠있는 상태가 된다. 따라서, 삽입구(30)의 저면 구멍을 통해서 돌출한 전극(20)은 트레이(25)가 놓여있는 바닥에 닿지 않고 공중에 떠있는 상태로 유지될 수 있다.
삽입구(30)는 전지의 단면 크기에 대응되도록 형성된다. 삽입구(30)에는 돌출 가이드(28)가 상부 평면(27)으로부터 저면까지 연장되어 형성되어 있으며, 이러한 돌출 가이드(28)는 전지 파우치(17)의 홈(22)에 대응하는 것이다. 즉, 전지 파우치(17)의 홈(22)이 돌출 가이드(28)를 따라서 하방으로 안내함으로써, 전지 파우치(17)는 삽입구(30)내에서 정확한 위치에 배치될 수 있으며, 파우치(17)의 폭 방향으로 요동하지 않는다. 또한 전극(20)이 도시되지 아니한 삽입구(30)의 저면 구멍을 통해서 정확하게 돌출할 수 있도록 한다. 더욱이, 전지의 기종 변경에 따른 크기 변화에 무관하게, 전지 파우치(17)의 중심이 정위치에 도달할 수 있도록 한다. 즉, 전지의 폭이 변화하더라도 돌출 가이드(28)가 홈(22)에 대응됨으로써 정위치를 유지할 수 있는 것이다.
도 2에 도시된 전지 충방전 시스템의 트레이에서는 삽입구(30)를 가로 방향으로 16 개, 세로 방향으로 8 개씩 형성함으로써 최대 128 개까지 형성할 수 있다. 따라서 그에 대응하는 수의 전지를 수용할 수 있는데, 이는 단순히 트레이의 삽입구 수를 증가시킨것이 아니고, 이용할 수 있는 공간을 최대한 활용했다는 점에서 주목되어야 한다. 또한 전지를 거꾸로 삽입할 수 있기 때문에, 전지 파우치(17)의 길이에 따라서 상이한 트레이를 제작할 필요가 없다. 즉, 길이가 상이한 전지 파우치를 충방전시킨다 할지라도, 전극(20)이 삽입부(33)의 저면 구멍을 통해서 충분히 돌출되기 때문에, 전지의 충방전 공정을 원활하게 수행할 수 있는 것이다.
도 3에 도시된 것은 본 발명에 따른 전지 충방전 시스템에 구비되는 트레이의 다른 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 트레이(50)는 다수의 포켓 삽입구(39)가 형성된 삽입부(36)와 상기 삽입부(36)를 둘러싸고 있는 테두리(35)를 구비하며, 전지 파우치(17)를 수용한 상태에서 상기 포켓 삽입구(39)에 삽입될 수 있는 포켓(41)을 구비한다. 삽입부(36)의 상부 평면(37)은 테두리(35)의 상부 평면보다 낮게 형성된다. 포켓 삽입구(39)의 저면에는 돌출부(40)가 형성될 수 있는데, 상기 돌출부(40)는 포켓(41)의 저면에 형성된 구멍에 삽입됨으로써, 포켓(41)은 상기 포켓 삽입구(39)내에서 안정적으로 유지될 수 있다.
전지 파우치(17)는 포켓(41)에 형성된 삽입구(42)에 하나씩 삽입된다. 도 4에 도시된 실시예에서 전지 파우치(17)는 전극(20)이 상방향으로 향하도록 배치된다. 전지 파우치(17)의 길이에 따라서 포켓(41)의 전지 삽입구(42) 깊이가 상이하게 제작될 수 있으므로, 트레이(50)는 다양한 크기의 전지 파우치를 수용할 수 있다.
도 4에 도시된 것은 포켓(41)에 대한 개략적인 사시도이다.
도면을 참조하면, 포켓(41)에는 상부가 개방된 전지 삽입구(42)와 저면이 개방된 저면 삽입구(46)가 형성된다. 상기 저면 삽입구(46)는 위에서 설명한 바와 같이, 포켓 삽입구(39)의 내측으로부터 돌출한 돌출부(40)가 삽입되는 곳이다. 또한전지 삽입구(42)의 내측에는 돌출 가이드(45)가 상부로부터 하부로 연장되는데, 이것은 전지 파우치(17)의 홈(22)에 대응하는 부분이다. 전지 파우치(17)를 상기 전지 삽입부(42)내에 삽입하면 상기 홈(22)은 돌출 가이드(45)를 따라서 안내됨으로써, 전지 파우치(17)가 전지 삽입구(42)내에 안정적으로 수용될 수 있으며, 폭 방향으로 요동하지 않게 된다.
한편, 전극 지지부(43)는 전지 파우치(17)의 전극(20)이 그 부분에 대하여 지지되는 부분이다. 전극 지지부(43)는 도면에 도시된 바와 같이 곡면의 표면을 가지고 있으며, 전극(20)을 전극 지지부(43)의 표면에 대하여 롤링함으로써 지지된다. 즉, 롤러와 같은 도구를 이용하여 얇은 금속 재료인 전극(20)을 전극 지지부(43)에 대하여 가압하면, 전극(20)은 전극 지지부(43)의 표면과 일치되게끔 그에 대하여 지지된다.
도 3에 도시된 전지 충방전 시스템의 트레이(30)에서는 삽입구(30)를 가로 방향으로 16 개, 세로 방향으로 8 개씩 형성함으로써 최대 128 개까지 형성할 수 있다. 따라서 최대 128 개의 전지 파우치(17)를 수용한 포켓(41)이 상기 삽입구(30)내에 삽입될 수 있다. 도 3의 실시예에서는 전극(20)이 상방향으로 향하게 되어 있으므로, 전지 충방전 공정에서 전원 접속 과정이 한층 수월해질 수 있다. 즉, 접촉형 핀 전극을 상기 전극 지지부(43)에 지지된 전극(20)에 대하여 가압함으로써 전기적인 접속이 안정적으로 유지될 수 있다.
도 2 에 도시된 트레이와, 도 3 에 도시된 트레이 및, 포켓은 나일론 재질의 사출 성형품으로써 제작될 수 있다. 또한 위에 설명된 삽입구의 갯수와는 달리 다양한 갯수의 삽입구를 더 구비할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c 에 도시된 것은 본 발명에 따른 전지의 충방전 시스템에 구비될 수 있는 전극 접촉용 클립에 대한 정면도 및 측면도들이다.
도 5a 를 참조하면, 전극 접촉용 클립(60)은 지지부(56)상에 한쌍의 판 스프링(55)들이 상호 대향한 상태로 구성된 것이다. 도 4a 도시된 상태는 도시되지 아니한 외력에 의해서 판 스프링(55)들이 서로로부터 이격된 상태를 나타낸다. 외력을 제거하면, 도 4b 에 도시된 바와 같이 판 스프링(55)의 단부가 서로에 대하여 근접하게 되어, 그 사이에 전지 파우치(17)의 전극(55)을 물게 되어 있다. 도 4c에 도시된 것은 도 4a 의 측면도이며, 각 판 스프링(55)의 폭은 각 전극(20)의 폭과 일치하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직스럽다. 판 스프링(55)의 폭을 넓게 형성함으로써 전지의 기종 변경에 무관하게 전극을 고정시킬 수 있다. 판 스프링(55)을 벌리는 것은 다양한 방식으로 구현될 수 있는데, 예를 들면, 바아(bar)를 판 스프링(55)의 사이에 삽입하여 상승시킴으로써 판 스프링(55)을 벌릴 수 있다.
위와 같은 구성을 가지는 전극 접촉용 클립(60)은 도 2 및 도 3 에 도시되고 설명된 트레이와 함께 사용될 수 있다. 즉, 전지 트레이(25)에 전지 파우치(17)들이 도립의 상태에서 삽입되면 전극 접촉용 클립(60)이 트레이(25)의 하부에서 접근하여 전극(20)을 물 수 있게 된다. 또한 다른 전지 트레이(30)의 경우에는 트레이의 상부에서 접근하여 전극(20)을 물 수 있다. 이때, 전지 트레이(30)의 포켓(41)에 삽입된 전지의 전극(20)은 전극 지지부(43)에 대하여 가압된 상태로 아닌 것이 바람직스럽다.
본 발명에 따른 전지 충방전 시스템은 다수의 전지 파우치를 제한된 공간내에 최대한 수용하여 전지 충방전 작업을 수행할 수 있다는 장점이 있다. 또한 전극과 전극 접촉부 상호간의 전기적 접촉이 안정적으로 유지되므로 전지의 생산성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 도면에 도시된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 전지 파우치가 삽입될 수 있는 전지 삽입구가 다수개 형성되며 저면에 상기 전지 파우치의 전극이 통과될 수 있는 구멍이 형성된 전지 삽입부 및, 상기 전지 삽입부의 가장 자리를 둘러싸는 테두리를 구비하는 트레이와;
    상기 전지 삽입부의 저면 구멍을 통해서 돌출된 전극을 물 수 있도록 마주하는 판 스프링을 지지부에 지지시켜서 구성된 전극 접촉용 클립;을 구비하는 전지 충방전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 트레이의 삽입부 상부 평면은 상기 테두리의 상부평면보다 낮고, 상기 트레이의 삽입부 저부 평면은 상기 테두리의 저부 평면보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 충방전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 삽입구의 내측면에는 상기 전지 파우치에 홈에 대응할 수 있는 돌출 가이드가 삽입구의 길이 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 전지 충방전 시스템.
  4. 전지 파우치가 삽입될 수 있도록 상부로 개방된 전지 삽입구가 형성된 포켓과;
    상기 포켓이 삽입될 수 있는 포켓 삽입구가 다수개 형성된 전지 삽입부 및, 상기 전지 삽입부의 가장 자리를 둘러싸는 테두리를 구비하는 트레이와;
    상기 포켓의 상부로부터 돌출된 상기 전지 파우치의 전극을 물 수 있도록 마주하는 판 스프링을 지지부에 지지시켜서 구성된 전극 접촉용 클립;을 구비하는 전지 충방전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 포켓의 저면에는 저면으로 개방된 저면 삽입구가 형성되며, 상기 트레이의 포켓 삽입구에는 상기 포켓의 저면 삽입구에 대응되어 삽입될 수 있는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 충방전 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 포켓의 상부에는 상기 전지 파우치의 전극이 지지될수 있도록 만곡된 표면의 전극 지지부가 형성되어 있으며, 상기 포켓의 전지 삽입구 내측에는 상기 전지 파우치의 홈에 대응될 수 있도록 상부로부터 하부로 연장된 돌출 가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 충방전 시스템.
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