KR100502322B1 - Charge-discharge device for lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
목적 : 이차전지의 양극단자에 프로브 핀이 양호하게 접촉된 상태로 충방전 작업이 이루어져 접촉저항이 일정하게 유지되고 신뢰성이 보장되는 충방전이 가능하도록 하며 프로브 핀의 수명을 향상시킬 수 있는 리튬이온 이차전지용 충방전장치를 제공하는 것이 목적이다.Purpose: Lithium-ion which enables charge / discharge with constant contact resistance and ensures reliability of charge / discharge with the probe pins in good contact with the positive terminal of the secondary battery. It is an object to provide a charge / discharge device for a secondary battery.
구성 : 트레이(30)의 상면에 다수의 관통홀(40)을 형성한 고정판(38)이 구비되데 상기 고정구(34)에 비해 크기가 작으면서 각각의 고정구(34)에 대응되며 상기 이차전지가 관통홀(40)과 고정구(34)에 연이어 삽입될 수 있는 것이며, 트레이(30)와 고정판(38)은 난연성 재질로 제조된다.Configuration: The fixing plate 38 having a plurality of through holes 40 formed on the upper surface of the tray 30 is smaller than the fixture 34 and corresponding to each fixture 34, the secondary battery is It can be inserted in succession to the through-hole 40 and the fastener 34, the tray 30 and the fixing plate 38 is made of a flame-retardant material.
효과 : 각형 이차전지가 고정판에 의해 정위치에서 충방전작업이 이루어지도록 하여 흔들림을 방지함으로써 각형 이차전지의 양극단자인 리벳 헤드와 프로브 핀의 사이에 접촉저항이 일정한 상태에서 안정된 충방전이 가능하도록 함과 더불어 프로브 핀의 파손을 방지한다. 또한, 트레이와 고정판을 난연성 재질로 제조하여 화재가 트레이의 전체로 확대되는 것을 방지하여 안전성도 확보하게 되는 것이다.Effect: The charging and discharging work is performed in the fixed position by the fixed plate to prevent the shaking, so that the stable charging and discharging is possible in the state where the contact resistance is constant between the rivet head, which is the positive terminal of the square secondary battery, and the probe pin. It also prevents damage to the probe pins. In addition, the tray and the fixing plate is made of a flame retardant material to prevent the fire from spreading to the entire tray to ensure safety.
Description
본 발명은 리튬이온 이차전지용 충방전장치에 관한 것으로서, 특히 리튬이온 이차전지를 충방전하는 과정에서 전지의 양극단자와 프로브 핀의 안정적 접촉을 확보하고 전지 내부의 이상 충방전에 따른 전지의 발화 및 폭발로 인하여 화재가 발생했을 때 안전성을 확보할 수 있는 리튬이온 이차전지용 충방전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a charging and discharging device for a lithium ion secondary battery, and in particular, in the process of charging and discharging a lithium ion secondary battery, to ensure stable contact between the positive electrode terminal and the probe pin of the battery, and to ignite the battery due to abnormal charging and discharging within the battery. The present invention relates to a charge / discharge device for a lithium ion secondary battery that can secure safety when a fire occurs due to an explosion.
이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 대표적인 것으로 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.Rechargeable batteries can be recharged, miniaturized, and large-capacity, and are representative of nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li), and lithium-ion (Li-ion) batteries.
이러한 이차전지는 양극과 세퍼레이터 및 음극을 함께 권취한 전극롤이 전해액과 함께 캔의 내부에 수납되고, 그 캔의 개구를 가스켓이 개재된 캡 어셈블리로 밀봉하는 구조로 이루어진다.The secondary battery has a structure in which an electrode roll wound together with a positive electrode, a separator, and a negative electrode is housed together with an electrolyte, and the opening of the can is sealed with a cap assembly interposed with a gasket.
특히, 각형 이차전지(PS)의 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전극롤(2)을 프레싱하여 각형 캔(4)에 수납하고, 캔(4)의 개구에는 양극 플레이트(6)가 리벳팅된 캡 어셈블리(8)를 배치시킨 후 용접하여 밀봉되며, 전해액은 캡 어셈블리(8)의 음극 플레이트(10)에 형성된 전해액 주입구(12)를 통해 캔(4)의 내부로 주입하고 탭(14)으로 전해액 주입구(12)를 막는 구조로 이루어진다.In particular, in the case of the rectangular secondary battery PS, as shown in FIG. 3, the electrode roll 2 is pressed and stored in the rectangular can 4, and the anode plate 6 is formed in the opening of the can 4. The riveted cap assembly 8 is placed and then welded and sealed, and the electrolyte is injected into the can 4 through the electrolyte inlet 12 formed in the cathode plate 10 of the cap assembly 8 and the tab ( 14) the electrolyte injection hole 12 is blocked.
이렇게 조립 완성된 각형 이차전지(PS)는 도 4에 도시한 바와 같은 트레이(16)의 고정구(18)로 다수개가 세팅되어 동시에 포메이션이 이루어지고, 이 과정에서 발생되는 열은 트레이(16)의 측면에 형성된 방열 통풍구(18)를 통해 외부로 발산되도록 하는 것이다. 그리고, 트레이(16)에 설치되는 도시 생략된 아이디 카드는 각종 정보들을 보유하고 있다. 즉, 트레이 번호, 충전조건, 프로세스 번호, 충전 후 전압·저항체크 및 불량품을 선별하는 역할을 한다.Thus assembled square secondary battery (PS) is set to a plurality of fasteners 18 of the tray 16 as shown in Figure 4 is formed at the same time, the heat generated in this process is the heat of the tray 16 It is to be emitted to the outside through the heat radiation vent 18 formed on the side. The ID card, not shown, provided in the tray 16 holds various types of information. That is, it serves to sort out the tray number, the charging condition, the process number, the voltage / resistance check after charging and the defective product.
한편, 전지의 전압 측정 및 전지로 전원을 인가하기 위해서 도 3에 도시한 바와 같은 프로브 핀(20)을 사용하는데, 프로브 핀(20)은 선단부에 전류핀의 단자(22)와 전압핀의 단자(24)가 설치되고 이 두 단자(22)(24)는 스프링(26)으로 탄지되는 구조이다.On the other hand, the probe pin 20 as shown in Figure 3 is used to measure the voltage of the battery and to apply power to the battery, the probe pin 20 is a terminal 22 of the current pin and the terminal of the voltage pin at the tip 24 is provided and these two terminals 22 and 24 are supported by a spring 26.
여기서, 상기 전류핀 단자(22)의 선단은 상기 캡 어셈블리(8)의 리벳 헤드(28)에 접촉되고 전압핀의 단자(24) 끝단면은 양극 플레이트(6)에 접촉되어 전지의 전압 측정 및 전원을 공급하게 되며, 전압핀의 단자(24)는 전압을 감지하고 이 전압범위내에서 전류핀의 단자(22)를 통하여 전류가 인가되어진다.Here, the tip of the current pin terminal 22 is in contact with the rivet head 28 of the cap assembly 8 and the end surface of the terminal 24 of the voltage pin is in contact with the positive electrode plate 6 to measure the voltage of the battery and Power is supplied, and the terminal 24 of the voltage pin senses a voltage and a current is applied through the terminal 22 of the current pin within this voltage range.
그러나, 트레이(16)의 고정구(18)와 각형 이차전지(PS)의 사이에는 공차설계로 인하여 공간이 형성될 수밖에 없고, 이는 각형 이차전지(PS)가 고정구(18)의 내부에 삽입된 다음 흔들릴 수 있는 원인이 되며 나아가 전지의 양극단자인 리벳 헤드(28)와 프로브 핀(20)의 접촉이 일정하지 않게 되어 충방전시 접촉저항이 변하고 충방전공정의 신뢰성 및 포메이션공정 중의 불량검출 정확도가 떨어진다.However, a space may be formed between the fixture 18 of the tray 16 and the rectangular secondary battery PS due to the tolerance design, and the rectangular secondary battery PS may be inserted into the fixture 18. Furthermore, the contact between the rivet head 28 and the probe pin 20, which are the positive electrode terminals of the battery, becomes uneven, resulting in a change in contact resistance during charging and discharging, and inferior reliability of the charging and discharging process and defect detection during the formation process. .
또한, 프로브 핀(20)이 전지의 리벳 헤드(28)와 국부적으로 접촉하게 됨에 따라 발생되는 응력집중으로 인하여 프로브 핀의 손상을 일으키게 되는 것이다.In addition, the probe pin 20 may cause damage to the probe pin due to the stress concentration generated by the local contact with the rivet head 28 of the battery.
아울러, 전지의 포메이션 중에 전지의 내부에서 과충전 및 쇼트에 의한 이상 온도 상승이 발생하여 전지가 발화되거나 폭발하게 되었을 경우 트레이까지 함께 발화하여 화재가 확대되는 문제점이 있다.In addition, when the battery is ignited or exploded due to an abnormal temperature rise due to overcharging and a short inside the battery during formation, there is a problem in that the fire is expanded along with the tray.
이러한 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명은 각형 이차전지의 양극단자에 프로브 핀이 양호하게 접촉된 상태로 충방전 작업이 이루어져 접촉저항이 일정하게 유지되고 신뢰성이 보장되는 충방전이 가능하도록 하며 프로브 핀의 수명을 향상시킬 수 있고, 또한, 전지의 내부 이상으로 인한 화재 발생시 국부적으로만 발화가 가능한 리튬이온 이차전지용 충방전장치를 제공하는 것이 목적이다.In order to solve these problems, the present invention provides a charge and discharge operation in a state in which the probe pin is in good contact with the positive electrode terminal of the rectangular secondary battery so that the contact resistance is kept constant and the charge and discharge can be ensured with reliability. It is an object of the present invention to provide a charge / discharge device for a lithium ion secondary battery that can improve the lifespan and which can only ignite locally when a fire occurs due to an internal abnormality of the battery.
이를 위하여, 본발명은 트레이의 상면에 다수의 관통홀을 형성한 고정판이 구비되데 고정구에 비해 크기가 작으면서 각각의 고정구에 대응되며 상기 이차전지가 관통홀과 고정구에 연이어 삽입되도록 한다.To this end, the present invention is provided with a fixing plate formed with a plurality of through holes on the upper surface of the tray is smaller in size than the fastener corresponding to each of the fasteners so that the secondary battery is inserted into the through hole and the fastener in succession.
그리고, 이 때 사용되는 트레이는 난연성 재질인 노릴수지, 폴리페닐린옥사이드, 변성폴리에틸렌 옥사이드, 그레파이트화 폴리페닐리더 등의 수지계로 제조 가능한 것이다.In addition, the tray used at this time can be manufactured with resins such as noryl resin, polyphenylene oxide, modified polyethylene oxide, and graphitized polyphenyl reader, which are flame retardant materials.
아울러, 고정판 역시 트레이와 동일한 재질 혹은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드 및 나일론 등의 플라스틱으로 제조 가능하다.In addition, the fixing plate may be made of the same material as the tray or plastic such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and nylon.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예에서는 설명의 명료성을 위하여 각형 리튬이온 이차전지(이하 각형 이차전지)를 예를 들어 설명한다.In this embodiment, for the sake of clarity, a rectangular lithium ion secondary battery (hereinafter, referred to as a square secondary battery) will be described as an example.
각형 이차전지(PS)는 도 3에 도시한 바와 같이 양극과 세퍼레이터 및 음극을 함께 권취한 전극롤(2)을 프레싱하여 각형 캔(4)에 수납하고, 캔(4)의 개구에는 양극 플레이트(6)가 리벳팅된 캡 어셈블리(8)를 배치시킨 후 용접하여 밀봉되며, 전해액은 캡 어셈블리(8)의 음극 플레이트(10)에 형성된 전해액 주입구(12)를 통해 캔(4)의 내부로 주입하고 탭(14)으로 전해액 주입구(12)를 막는 구조로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the rectangular secondary battery PS presses an electrode roll 2 wound together with a positive electrode, a separator, and a negative electrode and is stored in a rectangular can 4, and an opening of the can 4 is provided with a positive electrode plate ( 6) is placed and sealed by welding the riveted cap assembly 8, the electrolyte is injected into the can 4 through the electrolyte inlet 12 formed in the cathode plate 10 of the cap assembly (8) And the electrolyte injection hole 12 is blocked by the tab 14.
통상적인 리튬이온 이차전지는 양극으로 리튬 천이금속산화물이 사용되고 음극으로 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 그 사이에 유기 용매에 리튬염을 녹인 액체 전해질이 주입되어서, 양극과 음극간에 리튬 이온이 이동되고 기전력이 발생되게 함으로써 충·방전이 이루어지도록 한다.A typical lithium ion secondary battery uses a lithium transition metal oxide as a positive electrode and carbon or a carbon composite material as a negative electrode, and a liquid electrolyte in which lithium salt is dissolved in an organic solvent is injected therebetween, thereby transferring lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. The electromotive force is generated to allow charge and discharge to occur.
이러한 각형 이차전지(PS)의 전압 측정 및 전지로 전원을 인가하기 위해서 도면에서와 같은 프로브 핀(20)을 사용하는데, 프로브 핀(20)은 선단부에 전류핀의 단자(22)와 전압핀의 단자(24)가 설치되고 이 두 단자(22)(24)는 스프링(26)으로 탄지되는 구조이다.In order to measure the voltage of the rectangular secondary battery PS and apply power to the battery, a probe pin 20 as shown in the drawing is used, and the probe pin 20 has a terminal pin 22 and a voltage pin of a current pin at a tip end thereof. The terminal 24 is provided, and these two terminals 22 and 24 are supported by a spring 26.
여기서, 상기 전류핀 단자(22)의 선단은 캡 어셈블리의 리벳 헤드(28)에 접촉되고 전압핀의 단자(24) 끝단면은 양극 플레이트(6)에 접촉되어 전지의 전압 측정 및 전원을 공급하게 되며, 전압핀의 단자(24)는 전압을 감지하고 이 전압범위내에서 전류핀의 단자(24)를 통하여 전류가 인가되어진다.Here, the tip of the current pin terminal 22 is in contact with the rivet head 28 of the cap assembly, and the end face of the terminal 24 of the voltage pin is in contact with the positive electrode plate 6 to measure the voltage of the battery and supply power. The terminal 24 of the voltage pin senses a voltage and a current is applied through the terminal 24 of the current pin within this voltage range.
상기 각형 이차전지(PS)가 세팅되어지는 트레이(30)는 도 1에 도시한 바와 같이 대략 직육면체이고, 트레이(30)의 상면에서 내측으로 일정깊이 인입되는 내부홈(32)의 바닥면에는 다수의 고정구(34)가 일정한 배열로 형성되어진다. 특히, 내부홈(32)은 변의 길이가 동일한 정사각형 형태이다.The tray 30 to which the rectangular secondary battery PS is set is a substantially rectangular parallelepiped as shown in FIG. 1, and a plurality of trays 30 are formed on the bottom surface of the inner groove 32 which is deeply inserted into the inner side from the upper surface of the tray 30. Fixtures 34 are formed in a constant arrangement. In particular, the inner groove 32 is a square shape with the same length of the sides.
상기 각형 이차전지(PS)가 고정구(34)에 세팅되어 충방전이 이루어지면 많은 열이 발생하게 되는바, 방열을 목적으로 트레이(30)의 측면에는 다수의 방열 통풍구(36)가 형성되어진다.When the rectangular secondary battery PS is set to the fixture 34 to charge and discharge, a lot of heat is generated, and a plurality of heat dissipation vents 36 are formed on the side of the tray 30 for heat dissipation. .
그리고, 트레이(30)에는 도시 생략된 아이디 카드가 설치되어 트레이 번호, 충전조건, 프로세스 번호, 충전 후 전압·저항체크 및 불량품의 선별 등의 각종 정보를 보유하고, 각형 이차전지(PS)의 포메이션공정에 대한 작업이 용이하게 진행되도록 한다.In addition, an ID card (not shown) is installed in the tray 30 to hold various information such as a tray number, a charging condition, a process number, a voltage / resistance check after charging, and a selection of defective items, and the formation of the rectangular secondary battery PS Make it easy to work on the process.
한편, 상기 내부홈(32)에는 본 발명의 특징에 따른 고정판(38)이 배치되데, 상기 고정구(34)에 대응되는 관통홀(40)을 갖추고 있으며 관통홀(40)의 크기는 도 2에 도시한 바와 같이 고정구(34)의 크기보다 약간 작게 형성되어져 각형 이차전지(PS)의 충방전시에 각형 이차전지(PS)의 흔들림를 최소화시킬 수 있도록 하는 것이다.On the other hand, the inner groove 32 is provided with a fixing plate 38 according to the characteristics of the present invention, having a through hole 40 corresponding to the fixture 34 and the size of the through hole 40 in FIG. As shown, it is formed to be slightly smaller than the size of the fastener 34 to minimize the shaking of the rectangular secondary battery (PS) during charging and discharging of the rectangular secondary battery (PS).
즉, 각형 이차전지(PS)와 고정구 사이에 공차를 X라 하고, 각형 이차전지(PS)와 관통홀 사이의 공차를 Y라 칭하며, 내부홈(32)의 한 변 길이(A)와 고정판(38)의 한 변 길이(B)의 차이를 Z라 칭하면, Z≤X≤Y로 정의한다.That is, the tolerance between the rectangular secondary battery PS and the fixture is referred to as X, and the tolerance between the rectangular secondary battery PS and the through hole is referred to as Y, and the length A of one side of the inner groove 32 and the fixed plate ( When the difference between one side length B of 38) is called Z, it is defined as Z≤X≤Y.
따라서, 관통홀(40)과 고정구(34)를 통해 트레이(30)에 삽입되는 다수의 각형 이차전지(PS)는 충방전시 팽창·수축을 반복하는 과정에서 정위치에 고정된 상태에서 프로브 핀(20)을 통해 전원을 공급받아 안정된 충방전작업이 이루어진다.Therefore, the plurality of rectangular secondary batteries PS inserted into the tray 30 through the through-hole 40 and the fastener 34 are fixed in position in the process of repeating expansion and contraction during charging and discharging. Stable charging and discharging work is performed by receiving power through 20.
이와 같은 트레이(30)는 난연성 재질인 노릴수지, 폴리페닐린옥사이드, 변성폴리에틸렌 옥사이드, 그레파이트화 폴리페닐리더 등의 수지계로 제조되어져 만약 각형 이차전지(PS)의 충방전시 발생할 수 있는 화재나 폭발에 의한 발화를 각형 이차전지(PS)가 삽입되는 1개의 고정구(34)에서 멈추도록 함으로써 안전성을 확보하게 된다.The tray 30 is made of a resin such as noryl resin, polyphenylene oxide, modified polyethylene oxide, and graphitized polyphenyl reader, which is a flame retardant material, and thus may cause fire or charge during discharge of a square secondary battery (PS). Safety is ensured by stopping the ignition caused by the explosion at one fixture 34 into which the rectangular secondary battery PS is inserted.
아울러, 고정판(38) 역시 트레이(30)와 동일한 재질로 제조되거나 혹은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드 및 나일론 등의 플라스틱으로 제조 가능하여 상술한 안전성을 확보할 수 있다.In addition, the fixing plate 38 may also be made of the same material as the tray 30 or may be made of plastic such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, nylon, and the like, thereby securing the above-described safety.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.As described above, the embodiment of the present invention substantially solves the conventional problems.
즉, 트레이에 고정되어 팽창·수축을 반복하며 충방전되는 각형 이차전지가 고정판에 의해 정위치에서 충방전작업이 이루어지도록 하여 흔들림을 방지함으로써 각형 이차전지의 양극단자인 리벳 헤드와 프로브 핀의 사이에 접촉저항이 일정한 상태에서 안정된 충방전이 가능하도록 함과 더불어 프로브 핀의 파손을 방지한다.That is, the square secondary battery, which is fixed to the tray and repeats expansion and contraction and is charged and discharged, is charged between the rivet head, which is the positive terminal of the square secondary battery, and the probe pin by preventing the shaking by allowing the charging and discharging operation to be performed at a fixed position by a fixed plate. It enables stable charging and discharging under constant contact resistance and prevents damage to probe pins.
또한, 만일 하나 화재나 폭발이 되더라도 트레이와 고정판을 난연성 재질로 제조하여 화재가 트레이의 전체로 확대되는 것을 방지하여 안전성도 확보하게 되는 것이다.In addition, even if there is a fire or explosion, the tray and the fixed plate is made of a flame retardant material to prevent the fire from spreading to the entire tray to ensure safety.
도 1은 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 충방전장치를 도시한 분해 사시도,1 is an exploded perspective view illustrating a charge / discharge device for a lithium ion secondary battery according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 고정판과 트레이에 세팅된 각형 이차전지를 도시한 평면도,2 is a plan view illustrating a rectangular secondary battery set in a fixing plate and a tray according to the present invention;
도 3은 일반적인 프로브 핀과 각형 리튬이온 이차전지의 캡 어셈블리를 도시한 부분 확대도,3 is a partially enlarged view illustrating a cap assembly of a general probe pin and a rectangular lithium ion secondary battery;
도 4는 종래 공지된 리튬이온 이차전지용 충방전장치를 도시한 사시도.Figure 4 is a perspective view showing a charging and discharging device for a conventionally known lithium ion secondary battery.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
PS : 이차전지 20 : 프로브 핀PS: secondary battery 20: probe pin
30 : 트레이 32 : 내부홈30: tray 32: internal groove
34 : 고정구 36 : 방열 통풍구34: fixture 36: heat dissipation vent
38 : 고정판 40 : 관통홀38: fixed plate 40: through hole
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