KR101606961B1 - 이차전지의 충방전용 장치 및 이를 이용하는 이차전지의 활성화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 충방전용 장치에 관한 것으로서, 복수개의 전지셀이 매트릭스 모양으로 배열 장착된 트레이와; 상기 트레이의 상부에 마련되며, 상기 전지셀의 제1 단자에 접촉되는 복수개의 제1 접점핀이 장착된 상부 채널 보드와; 상기 트레이의 하부에 마련되며, 상기 전지셀의 제2 단자에 접촉되는 복수개 의 제2 접점핀이 장착된 하부 채널 보드와; 상기 상부 채널 보드의 상부에 마련되며, 활성화 공정시 상기 전지셀에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬을 포함하며, 상기 상부 채널 보드는 상부에서 하부를 향하는 상기 냉각팬으로부터의 공기 흐름을 방해하지 않도록, 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 상부 공기 안내 공간을 사이에 두고 복수개 이격 배치된 것을 특징으로 한다.
이에, 충방전시 발생하는 열이 효율적으로 배출되어 트레이부 내의 온도 편차가 줄어듦으로써, 용량 측정 신뢰성이 향상될 수 있다.

Description

이차전지의 충방전용 장치 및 이를 이용하는 이차전지의 활성화 방법{DEVICE FOR CHARGE AND DISCHARGE OF SECONDARY BATTERY AND ACTIVATION METHOD OF SECONDARY BATTERY USING THE SAME}

본 발명은 이차전지의 충방전용 장치 및 이를 이용하는 이차전지의 활성화 방법에 관한 것으로서, 충방전시 발생하는 열을 효율적으로 배출시킬 수 있는 이차전지의 충방전용 장치 및 이를 이용하는 이차전지의 활성화 방법에 관한 것이다.

최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

이차전지는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지셀의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지모듈의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들면, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지셀 1개의 출력과 용량으로 소정 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(Portable DVD), 소형 PC(Personal Computer), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지셀들을 포함하는 전지모듈의 사용이 요구된다.

한편, 이차전지는 전지셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 공정을 거쳐 제조된다. 이 때, 전지 활성화 공정은 통상 양극, 음극 접점핀을 보유한 충방전용 장치가 충방전 대상인 전지셀에 필요 전류를 인가함으로써 이루어지게 된다.

종래의 이차전지의 충방전용 장치(101)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 트레이부와, 트레이부의 상부에 위치하는 기구 상단부와, 트레이부의 하부에 위치하는 기구 하단부를 포함한다.

트레이부는 트레이(140)와, 트레이(140) 상에 배열 장착되어 있는 복수개의 전지셀(145)로 구성된다.

기구 상단부는 상부 채널 보드(120)와, 상부 채널 보드(120)에 전지셀(145)에 대응하게 배열 장착되어 전지셀(145)의 양극 단자(미도시)에 접촉하는 양극 접점핀(121)과, 활성화 공정시 전지셀(145)에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각팬(125)으로 구성된다.

기구 하단부는 하부 채널 보드(160)와, 하부 채널 보드(160)에 전지셀(145)에 대응하게 배열 장착되어 전지셀(145)의 음극 단자(미도시)에 접촉하는 음극 접점핀(162)으로 구성된다.

이러한 구성에 의하여, 기구 상단부 및 기구 하단부가 구동부(미도시)에 의해 트레이부를 향해 이동하여 전지셀(145)의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 양극 접점핀(121) 및 음극 접점핀(162)이 접촉되고, 이 상태에서 각 접점핀(121, 162)을 통해 충방전에 필요한 소정의 전류를 공급받음으로써, 전지 용량을 얻을 수 있다.

그러나, 종래의 충방전용 장치(101)는, 충방전시 발생되는 전지셀(145)의 열이 외부로 효율적으로 배출되지 못하여, 트레이(140) 내에 축적되는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단순히 상부 채널 보드(120)에 복수의 공기홀(130)이 관통 형성되어 있고, 이 공기홀(130)을 통해 냉각팬(125)으로부터의 공기가 트레이부측으로 유입되는 구조로 이루어져 있었다. 또한, 상부 채널 보드(120)와 하부 채널 보드(160)가 트레이부의 상부 및 하부를 거의 덮는 구조였다.

따라서, 종래의 충방전용 장치(101)에서는, 트레이부의 냉각을 위한 공기의 흐름이 원활하지 못하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 방전시 초기 온도 대비 대략 15.5℃ 정도 온도가 상승하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 트레이부 내의 온도 편차가 대략 5.8℃ 정도 발생하게 되었다.

이와 같이, 종래에는 트레이부 내의 온도 편차에 의해, 전지 용량이 오측정되는 문제가 있어, 용량 측정 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 충방전시 발생하는 열을 효율적으로 배출시켜, 트레이부 내의 온도 편차를 줄임으로써, 용량 측정 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 충방전용 장치 및 이를 이용하는 이차전지의 활성화 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 이차전지의 충방전용 장치에 따라, 복수개의 전지셀이 매트릭스 모양으로 배열 장착된 트레이와; 상기 트레이의 상부에 마련되며, 상기 전지셀의 제1 단자에 접촉되는 복수개의 제1 접점핀이 장착된 상부 채널 보드와; 상기 트레이의 하부에 마련되며, 상기 전지셀의 제2 단자에 접촉되는 복수개 의 제2 접점핀이 장착된 하부 채널 보드와; 상기 상부 채널 보드의 상부에 마련되며, 활성화 공정시 상기 전지셀에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬을 포함하며, 상기 상부 채널 보드는 상부에서 하부를 향하는 상기 냉각팬으로부터의 공기 흐름을 방해하지 않도록, 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 상부 공기 안내 공간을 사이에 두고 복수개 이격 배치된 것에 의해서 달성된다. 이에, 충방전시 발생하는 열이 효율적으로 배출되어 트레이부 내의 온도 편차가 줄어듦으로써, 용량 측정 신뢰성이 향상될 수 있다.

여기서, 상기 상부 채널 보드의 설치 방향은 상기 냉각팬으로부터의 공기의 흐름과 평행한 것이 바람직하다. 이에, 냉각팬으로부터 상부에서 하부를 향하는 공기가 상부 채널 보드에 의해 막히지 않고 트레이부측으로 보다 원활하게 유동될 수 있으므로, 트레이부에서 발생하는 열이 보다 원활히 배출될 수 있다.

상기 상부 채널 보드의 높이는 20mm 이상 80mm 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 상부 채널 보드의 높이가 20mm 미만인 경우에는 냉각팬으로부터의 공기의 흐름이 방해되고, 80mm를 초과하는 경우에는 충방전용 장치 자체의 크기가 커지는 문제가 있기 때문에, 20mm 이상 80mm 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 하부 채널 보드는 상부에서 하부를 향하는 상기 냉각팬으로부터의 공기 흐름을 방해하지 않도록, 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 하부 공기 안내 공간을 사이에 두고 복수개 이격 배치된 것이 바람직하다. 이에, 활성화 공정시 트레이부에서 발생하는 열이 하부 공기 안내 공간을 통해 하부로 원활히 유동됨으로써, 트레이부에 열이 쌓이는 것이 방지될 수 있다.

여기서, 상기 하부 채널 보드의 설치 방향은 상기 냉각팬으로부터의 공기의 흐름과 평행한 것이 바람직하다. 이에, 냉각팬에서 상부 공기 안내 공간을 거쳐 트레이부를 통과한 공기는 하부 채널 보드에 의해 막히지 않고 하부 공기 안내 공간을 통해 기구 하단부측으로 보다 원활하게 유동될 수 있으므로, 트레이부에서 발생하는 열이 보다 원활히 배출될 수 있다.

상기 하부 채널 보드의 높이는 20mm 이상 80mm 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 하부 채널 보드의 높이가 20mm 미만인 경우에는 냉각팬으로부터의 공기의 흐름이 방해되고, 80mm를 초과하는 경우에는 충방전용 장치 자체의 크기가 커지는 문제가 있기 때문에, 20mm 이상 80mm 이하인 것이 보다 바람직하다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 이차전지의 활성화 방법에 따라, 이차전지의 충방전용 장치를 이용하여, 전지 활성화를 위한 충방전을 행하는 것에 의해 달성된다. 이에, 충방전시 발생하는 열이 효율적으로 배출되어 트레이부 내의 온도 편차가 줄어듦으로써, 용량 측정 신뢰성이 향상될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 충방전시 발생하는 열을 효율적으로 배출시켜 트레이부 내의 온도 편차를 줄임으로써, 용량 측정 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 충방전용 장치 및 이를 이용하는 이차전지의 활성화 방법이 제공된다.

도 1은 종래 이차전지의 충방전용 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 트레이부를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 충방전용 장치를 이용하여 전지셀을 방전시킬 때의 온도 프로파일을 나타낸 그래프.
도 4는 도 1의 트레이의 온도 산포를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 이차전지의 충방전용 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 5의 충방전용 장치를 이용하여 전지셀을 방전시킬 때의 온도 프로파일을 나타낸 그래프.
도 7은 도 5의 트레이의 온도 산포를 나타낸 도면.
도 8은 방전시 온도와 전지셀의 측정 용량 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프.
도 9는 종래와 본 발명의 온도 편차를 비교하기 위한 도면.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 이차전지의 충방전용 장치(1)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 크게 트레이부와, 트레이부의 상부에 위치하는 기구 상단부와, 트레이부의 하부에 위치하는 기구 하단부를 포함한다.

트레이부는 트레이(40)와, 트레이(40) 상에 마련되는 복수개의 전지셀(45)로 구성된다.

여기서, 전지셀(45)은 매트릭스 모양으로 배열 장착되며, 양극 단자인 제1 단자(미도시)는 활성화 공정시 제1 접점핀(21)과 접촉되고, 음극 단자인 제2 단자(미도시)는 활성화 공정시 제2 접점핀(62)과 접촉된다.

기구 상단부는 상부 채널 보드(20)와, 상부 채널 보드(20)에 전지셀(45)과 대응하게 배열 장착되어 전지셀(45)의 제1 단자에 접촉하는 제1 접점핀(21)과, 활성화 공정시 전지셀(45)에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각팬(25)으로 구성된다. 또한, 기구 상단부는 상단 판넬(10)을 더 포함하여, 이 상단 판넬(10)에 양극 접점핀이 장착된 상부 채널 보드(20)와, 냉각팬(25)이 지지된다.

여기서, 상부 채널 보드(20)는 길이 방향(X 방향)을 따라 상부 공기 안내 공간(30)을 사이에 두고 복수개 이격 배치된다. 각 상부 채널 보드(20)의 저면에는 폭 방향(도면에서 지면(紙面)을 관통하는 방향)을 따라 제1 단자와 접촉하는 복수개의 제1 접점핀(21)이 배열되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 주요 특징은 복수의 상부 채널 보드(20)가 상부 공기 안내 공간(30)을 사이에 두고 서로 이격 배치됨으로써, 상부에서 하부를 향하는 냉각팬(25)으로부터의 공기가 상부 공기 안내 공간(30)을 통해 트레이부측으로 원활하게 흐를 수 있는 점에 있다. 즉, 냉각팬(25)으로부터 트레이부의 내부로 유입되는 공기의 유량 및 유속이 증대되기 때문에, 활성화 공정시 트레이부에서 발생하는 열이 상부 공기 안내 공간(30)을 통해 안내된 공기에 의해 원활히 배출된다.

이 때, 상부 채널 보드(20)의 설치 방향은 냉각팬(25)으로부터의 공기의 흐름과 평행하도록 설치되는 것이 좋다. 즉, 종래의 상부 채널 보드(120)는 양극 접점핀(121)과 수직한 방향으로 설치되어 위에서 볼 때 트레이부의 상부를 거의 덮는 구조인 반면, 본 발명의 상부 채널 보드(20)는 제1 접점핀(21)과 수평한 방향으로 설치되어 위에서 볼 때 트레이부의 상부가 상부 공기 안내 공간(30)에 의해 개방된 구조로 이루어진다.
특히, 도 5에서 도시되는 바와 같이 상부 채널 보드(20)과 제1 접점핀(21)이 단차지지 않도록 연결되는 것이 바람직하다.
이 경우, 냉각팬(25)으로부터 상부에서 하부를 향하는 공기는 상부 채널 보드(20) 등에 의해 막히지 않고 트레이부측으로 보다 원활하게 유동될 수 있으므로, 트레이부에서 발생하는 열이 보다 원활히 배출될 수 있다.

뿐만 아니라, 상부 채널 보드(20)의 높이(H1)는 20mm 이상 80mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 상부 채널 보드(20)의 높이(H1)가 20mm 미만인 경우에는 냉각팬(25)으로부터의 공기의 흐름이 방해되고, 80mm를 초과하는 경우에는 충방전용 장치(1) 자체의 크기가 커지는 문제가 있기 때문에, 20mm 이상 80mm 이하인 것이 보다 바람직하다.

기구 하단부는 하부 채널 보드(60)와, 하부 채널 보드(60)에 전지셀(45)에 대응하게 배열 장착되어 전지셀(45)의 제2 단자에 접촉하는 제2 접점핀(62)으로 구성된다. 또한, 기구 하단부는 하단 판넬(50)을 더 포함하여, 이 하단 판넬(50)에 제2 접점핀(62)이 장착된 하부 채널 보드(60)가 지지된다.

여기서, 하부 채널 보드(60)는 길이 방향을 따라 하부 공기 안내 공간(70)을 사이에 두고 복수개 이격 배치된다. 이 때, 각 하부 채널 보드(60)의 상면에는 폭 방향(도면에서 지면(紙面)을 관통하는 방향)을 따라 제2 단자와 접촉하는 복수개의 제2 접점핀(62)이 배열되어 있다.

이와 같이, 복수의 하부 채널 보드(60)가 하부 공기 안내 공간(70)을 사이에 두고 서로 이격 배치됨으로써, 냉각팬(25)에서 상부 공기 안내 공간(30)을 거쳐 트레이부를 통과한 공기는 하부 공기 안내 공간(70)으로 원활하게 흐를 수 있다. 이에, 활성화 공정시 트레이부에서 발생하는 열이 하부 공기 안내 공간(70)을 통해 하부로 원활히 유동됨으로써, 트레이부에 열이 쌓이는 것이 방지될 수 있다.

이 때, 하부 채널 보드(60)의 설치 방향은 냉각팬(25)으로부터의 공기의 흐름과 평행하도록 설치되는 것이 좋다. 즉, 종래의 하부 채널 보드(160)는 음극 접점핀(162)과 수직한 방향으로 설치되어 아래에서 볼 때 트레이부의 하부를 거의 덮는 구조인 반면, 본 발명의 하부 채널 보드(60)는 제2 접점핀(62)과 수평한 방향으로 설치되어 아래에서 볼 때 트레이부의 하부가 하부 공기 안내 공간(70)에 의해 개방된 구조로 이루어진다. 따라서, 냉각팬(25)에서 상부 공기 안내 공간(30)을 거쳐 트레이부를 통과한 공기는 하부 채널 보드(60)에 의해 막히지 않고 하부 공기 안내 공간(70)을 통해 기구 하단부측으로 보다 원활하게 유동될 수 있으므로, 트레이부에서 발생하는 열이 보다 원활히 배출될 수 있다.

뿐만 아니라, 하부 채널 보드(60)의 높이(H2)는 20mm 이상 80mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 하부 채널 보드(60)의 높이(H2)가 20mm 미만인 경우에는 트레이부로부터 기구 하단부로 흐르는 공기의 흐름이 방해되고, 80mm를 초과하는 경우에는 충방전용 장치(1) 자체의 크기가 커지는 문제가 있기 때문에, 20mm 이상 80mm 이하인 것이 보다 바람직하다.

이러한 구성에 의하여, 기구 상단부 및 기구 하단부가 구동부(미도시)에 의해 트레이부를 향해 이동하여 전지셀(45)의 제1 단자 및 제2 단자에 각각 제1 접점핀(21) 및 제2 접점핀(62)이 접촉되고, 이 상태에서 각 접점핀(21, 62)을 통해 충방전에 필요한 소정의 전류를 공급받음으로써, 전지 용량을 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성의 충방전용 장치(1)를 이용하여 활성화 공정을 행하는 경우, 방전시 트레이부의 온도 프로파일 및 온도 산포는 각각 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같다. 즉, 종래의 경우에는 트레이부의 온도가 초기 대비 대략 15.5℃ 상승하고 온도 편차가 대략 5.8℃ 정도 발생한 반면, 본 발명의 경우에는 트레이부의 온도가 초기 대비 대략 7.7℃ 상승하고 온도 편차가 대략 2.4℃ 정도로, 종래 대비 열 배출이 뛰어나 온도 편차가 감소하였음을 알 수 있었다.

한편, 방전시 온도에 따른 전지의 용량은 도 8의 그래프와 같은 상관 관계가 있으며, 트레이부의 온도 편차가 컸던 종래의 경우에는 도 9와 같이 계측 용량과 실제 용량의 산포가 큰 반면, 온도 편차가 줄어든 본 발명의 경우에는 계측 용량과 실제 용량의 산포가 적어진 것을 알 수 있었다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 트레이부의 온도 편차가 줄어듦에 따라, 용량 측정 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 충방전시 발생하는 열이 효율적으로 배출되어 트레이부 내의 온도 편차가 줄어듦으로써, 용량 측정 신뢰성이 향상될 수 있다.

전술한 실시예에서는, 상부 채널 보드 및 하부 채널 보드가 길이 방향을 따라 복수개 이격 배치되고 있으나, 폭 방향을 따라 복수개 이격 배치될 수도 있음은 물론이다.

전술한 실시예에서는, 제1 단자 및 제2 단자가 각각 양극 단자 및 음극 단자이나, 제1 단자 및 제2 단자가 음극 단자 및 양극 단자일 수도 있다.

1 : 충방전용 장치 20 : 상부 채널 보드
21 : 제1 접점핀 25 : 냉각팬
30 : 상부 공기 안내 공간 40 : 트레이
45 : 전지셀 60 : 하부 채널 보드
62 : 제2 접점핀 70 : 하부 공기 안내 공간

Claims (7)

1. 복수개의 전지셀이 매트릭스 모양으로 배열 장착된 트레이와;
   상기 트레이의 상부에 마련되며, 상기 전지셀의 제1 단자에 접촉되는 복수개의 제1 접점핀이 장착된 상부 채널 보드와;
   상기 트레이의 하부에 마련되며, 상기 전지셀의 제2 단자에 접촉되는 복수개 의 제2 접점핀이 장착된 하부 채널 보드와;
   상기 상부 채널 보드의 상부에 마련되며, 활성화 공정시 상기 전지셀에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬을 포함하며,
   상기 상부 채널 보드는 상부에서 하부를 향하는 상기 냉각팬으로부터의 공기 흐름을 방해하지 않도록, 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 상부 공기 안내 공간을 사이에 두고 복수개 이격 배치되고,
   상기 하부 채널 보드는 상부에서 하부를 향하는 상기 냉각팬으로부터의 공기 흐름을 방해하지 않도록, 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 하부 공기 안내 공간을 사이에 두고 복수개 이격 배치되며,
   상기 상부 채널 보드의 설치 방향은 상기 냉각팬으로부터의 공기의 흐름과 평행하며,
   상기 하부 채널 보드의 설치 방향은 상기 냉각팬으로부터의 공기의 흐름과 평행하고,
   상기 상부 채널 보드와 상기 제1 접점핀은 단차지지 않도록 서로 연결되고,
   상기 상부 채널 보드의 높이는 20mm 이상이며,
   상기 하부 채널 보드의 높이는 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1의 이차전지의 충방전용 장치를 이용하여, 전지 활성화를 위한 충방전을 행하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 활성화 방법.

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