KR101808151B1 - 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력수단에 의해 리튬이온 전지 모듈 및 전지 셀의 식별정보를 입력받아 저장수단에 저장하는 식별정보 취득단계와, 전기적 특성 측정수단에 의해 전지 셀의 전기적 특성을 측정하여 저장수단에 저장하는 전기적 특성 측정단계와, 가공수단에 의해 리튬이온 전지 모듈에서 전지 셀을 연결하는 연결부재를 절단하고 케이스를 제거하여 리튬이온 전지 모듈을 전지 셀 단위로 해체하는 분리단계와, 분리단계에서 제거되지 않은 연결 부재를 가공수단에 의해 절삭하여 전지 셀을 재활용이 가능한 상태로 가공하는 가공단계와, 전기적 특성 측정수단에 의해 리페어 후의 전지 셀의 전기적 특성을 재측정하여 저장수단에 저장하는 전기적 특성 재측정단계와, 판정수단이 저장수단으로부터 리페어 전후의 전지 셀의 전기적 특성을 읽어들여 전기적 특성의 변화량을 판정기준과 비교하여 리페어 성공 여부를 판정하는 판정단계를 포함하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다.

Description

리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치 및 방법{Apparatus and Method of repairing a battery module}
본 발명은 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치 및 리페어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬이온 전지의 모듈을 안전하게 해체하고 리페어하여 재사용할 수 있도록 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 리튬이온(lithium ion) 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서 휴대폰, 노트북 컴퓨터와 같은 소형의 모바일 기기나, 전기 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply, UPS) 등과 같은 중대형 기기의 에너지원으로 사용된다. 이중에서 소형의 모바일 기기는 소량의 전지 셀(cell)들이 사용된다.
반면에 중대형 기기는 고출력, 대용량이 요구되므로, 다수의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결된 리튬이온 전지 모듈(module)을 사용하게 된다.
이러한 전지 셀을 다수 연결하여 모듈화하는 리튬이온 전지 모듈의 제조 공정을 살펴보면, 다수의 전지 셀에는 양극단자 및 음극단자가 몸체로부터 외부로 노출 및 돌출되는 구조로 되어 있다. 이때 양, 음극단자에 먼저 볼트(bolt) 형태의 체결단자를 용접하고 연결부재를 통하여 너트(nut)나 리벳(rivet)으로 체결하거나 양, 음극단자에 연결부재를 바로 레이저(laser)로 용접하여 전지 모듈을 구성하게 된다.
그런데, 리튬이온 전지 모듈에서 전지 셀들이 연결부재에 의해 연결될 때 결합력을 높이기 위해 과도하게 너트를 죄는 과정이나 리벳으로 결합하는 과정, 레이저로 용접하는 과정에서 결함이 발생할 경우 제조 중의 리튬이온 전지 모듈 내의 다수의 전지 셀이 버려지게 된다.
또한 리튬이온 전지 모듈에서 전지 셀이 쓰이고 난 후 리사이클(recycle)할 경우에도 리튬이온 전지 모듈을 그대로 사용하는 것이 아니라 모듈 및 전지 셀의 특성을 검사한 후 리사이클에 적합한 전지 셀들만을 선별하여 재활용하게 된다.
따라서 리튬이온 전지 모듈의 제조나 리사이클 과정에서 결함이 발생하지 않도록 해체하고 재활용 상태로 리페어(Repair)할 필요가 있다.
그러나 지금까지의 리튬이온 전지 모듈을 리페어하는 기술은 확립되어 있지 않다.
본 발명은 리튬이온 전지 모듈을 안전하고 정교하게 리페어함으로써 전지 셀을 재조립하거나 재활용할 수 있는 리페어 장치 및 리페어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치는 다수의 전지 셀이 케이스에 수납되고 연결부재에 의하여 전기적으로 연결되는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치에 있어서, 상기 전지 셀의 전기적 특성을 측정하는 전기적 측정수단과, 상기 리튬이온 전지 모듈의 연결부재 또는 케이스를 절삭, 분해 또는 가공하는 가공수단 및 상기 전지 셀의 전기적 특성의 변화량을 판정기준과 비교하여 리페어 성공 여부를 판정하는 판정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치는 리페어 과정에서 상기 전지 셀의 식별정보를 입력하는 입력수단, 리페어 과정에서 측정된 상기 전지 셀의 전기적 특성을 저장하는 저장수단, 및 상기 전지 셀의 기구적 치수를 측정하는 기구적 치수 측정수단중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 리튬이온 전지 모듈은 전지 셀 사이를 전기적으로 연결하는 연결부재가 알루미늄, 동 또는 알루미늄과 동의 합금 재질로 형성되고, 상기 연결부재는 레이져 용접 방식에 의하여 전지 셀과 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법은 입력수단에 의해 리튬이온 전지 모듈 및 전지 셀의 식별정보를 입력받아 저장수단에 저장하는 식별정보 취득단계와, 전기적 특성 측정수단에 의해 상기 전지 셀의 전기적 특성을 측정하여 상기 저장수단에 저장하는 전기적 특성 측정단계와, 가공수단에 의해 상기 리튬 이온 전지 모듈에서 상기 전지 셀을 연결하는 연결부재를 절단하고 상기 케이스를 제거하여 상기 리튬 이전 전지 모듈을 상기 전지 셀 단위로 해체하는 분리단계와, 상기 분리 단계에서 제거되지 않은 상기 연결 부재를 상기 가공수단에 의해 절삭하여 상기 전지 셀을 재활용이 가능한 상태로 가공하는 가공단계와, 상기 전기적 특성 측정수단에 의해 리페어 후의 상기 전지 셀의 전기적 특성을 재측정하여 상기 저장수단에 저장하는 전기적 특성 재측정단계 및 판정수단이 상기 저장수단으로부터 리페어 전후의 상기 전지 셀의 상기 전기적 특성을 읽어들여 상기 전기적 특성의 변화량을 판정기준과 비교하여 리페어 성공 여부를 판정하는 판정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 분리단계와 상기 가공단계는 일괄 작업으로 진행될 수 있다. 또한, 상기 전기적 특성은 내부저항과 개방전압 및 용량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리튬이온 전지의 리페어 방법은 양극 단자와 음극 단자의 기구적 치수를 포함하는 상기 전지 셀의 기구적 치수를 측정하는 기구적 치수 측정단계 및 상기 기구적 치수가 판정 기준에 적합한 지 여부를 판정하는 가공 성공여부 판정단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 판정 단계는 상기 전기적 특성의 변화량이 상기 판정 기준의 범위내에 있는 경우에 상기 리페어가 성공한 것으로 판정하도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전기적 특성 측정 단계와 상기 전기적 특성 재측정 단계는 상기 전지 셀의 식별정보와 측정된 전기적 특성을 함께 상기 저장수단에 저장하도록 이루어질 수 있다.
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본 발명의 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치 및 리페어 방법에 의하면 제조 공정 중 결함으로 인해 사용할 수 없거나 사용 후 회수한 전지 모듈 중 재사용할 수 있는 전지 셀을 재조립이 가능한 전지 셀 상태로 리페어하여 리튬이온 전지의 폐기량을 줄일 수 있고, 제조공정 상이나 리사이클 상의 낭비를 줄여 리튬이온 전지의 가격을 저감하는 경제적인 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라 재활용을 통해 환경오염을 줄이는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치 및 리페어 방법에 의하면 안전하고 정교한 리페어 장치 및 리페어 방법을 제공함으로써, 리페어 과정에서 발생할 수 있는 화재나 폭발의 위험성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법을 보여주는 공정 흐름도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 리튬이온 전지 모듈의 리페어 과정을 보여주는 리튬이온 전지 모듈 및 전지 셀의 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리페어 장치는 결함이 발생한 리튬이온 전지 모듈(10), 리튬이온 전지 모듈(10) 및 전지 셀(110)의 전기적 특성을 측정하는 전기적 특성 측정수단(4), 기구적 치수를 측정하는 기구적 치수 측정수단(5), 전지 모듈의 연결부재 또는 케이스를 절삭, 분해, 가공 등을 통하여 재활용이 가능한 상태로 리페어하는 가공수단(6), 상기 전지 셀의 리페어 전후의 특성 변화량에 따라 리페어 성공 여부를 판정하는 판정수단(7)을 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 리튬이온 전지란, Li 이온을 이용하고, 방전뿐만 아니라 충전이 가능한 전지를 말하며, Li 이온의 삽입,탈리가 가능한 양극 활물질 및 음극 활물질과, Li 이온을 함유하는 전해질로 구성되며 파우치, 캔 등에 수용된 리튬 2차 전지를 포함하는 것으로 한다. 리튬이온 전지 모듈(10)을 구성하는 전지 셀(110)은 리튬이온 전지로 형성된다.
본 발명에 적용되는 리튬이온 전지 모듈(10)은 리튬이온 전지로 이루어지는 다수의 전지 셀(110)이 알루미늄이나 동 또는 알루미늄과 동의 재질로 형성된 연결부재에 의해 연결되어 패키지화한 전지 셀(110)의 집합체를 의미하며, 제조 공정 중 결함이나 불량으로 인해 사용할 수 없거나 사용 후 회수한 리튬이온 전지 모듈(10) 중 재사용할 수 있는 전지 셀(110)을 재조립이 가능한 전지 셀(110)로 리페어하는 전지 모듈을 의미한다.
상기 전기적 특성 측정수단(4)는 모듈 상태에서 전지 셀(110)의 양극단자와 음극단자 사이의 개방전압과 내부저항 등의 전기적 특성을 측정하는 수단이다. 내부저항은 양극단자와 음극단자 사이의 저항을 저항측정기와 같은 장치로 측정할 수 있다. 이때 양극단자와 음극단자 사이의 내부저항을 소정의 주파수로 주기적으로 변화하는 교류성분을 이용하여 교류 내부저항(AC-IR)을 측정하는 것이 측정시간과 비용 측면에서 더 바람직하다. 또한 개방전압은 양극단자와 음극단자 사이의 개방전압을 전압측정기와 같은 장치로 구성하여 측정할 수 있다. 이때 하나의 전기적 특성 측정수단(4)을 이용하여 다수의 셀(110)을 효율적으로 측정할 수 있도록 먹스(multiplexer, MUX)와 같은 스위칭 유닛(switching unit)을 전기적 특성 측정수단(4)과 전지 셀(110) 사이에 추가하여 시분할 방식으로 구성하는 것이 더 바람직하다.
또한 전기적 특성 측정수단(4)은 교류저항측정기, 전압측정기가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 이 둘을 하나의 장치로 통합하여 구성할 수 있다.
그리고 상기 기구적 치수 측정수단(5)는 리튬이온 전지 모듈(10) 및 전지 셀(110)의 형상에 관련한 치수를 측정한다. 기구적 치수 측정수단(5)은 특히 연결부재가 용접되거나 결합되는 양, 음극단자의 기구적 치수를 측정하는 수단이다. 예를 들어 마이크로미터(micrometer),버니어 캘리퍼스(vernier calipers), 높이 측정기(Height gauge), 투영기, Gauge 등의 계측기가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 가공수단(6)은 모듈에 연결된 연결부재를 쉽게 분해, 분리하기 어려울 경우
연결부재를 절단하여 전기적으로 연결된 상태를 분리하는 수단이다. 가공수단(6)은 모듈을 고정하는 고정수단과 X, Y, Z 방향으로 이동하는 테이블과 테이블의 이동에 따라 리튬이온 전지 모듈(10)의 연결부재를 절단하는 수단을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
가공수단(6)은 예를 들어 밀링 머신(milling machine),연삭기(grinder) 등 공작기계가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
판정수단(7)은 전지 셀(110)의 리페어(분리 ~ 가공단계) 전의 특성과 리페어 후의 특성의 차이나 변화량이 미리 설정한 판정 기준에 부합하는지에 따라 리페어 성공여부를 판정하는 판정수단이다. 따라서 판정수단(7)은 이른바 CPU(Central Processing Unit) 등으로 이루어지는 연산부와 메모리를 포함하여 구성하는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 전지 셀(110) 및 리튬이온 전지 모듈(10)은, 제조 과정에서 기구적 치수, 전기적 특성 등의 전지 정보가 측정된다. 그리고 측정된 데이터는 전지 셀(110) 및 리튬이온 전지 모듈(10)의 식별정보에 대응시켜 제조와 관련한 정보와 함께 네트워크(network, 1)를 통해 정보 DB(2)에 축적한다.
또한 전지 셀(110) 및 리튬이온 전지 모듈(10)에 식별정보를 쉽게 인식할 수 있도록 바코드(barcode, 미도시)와 같은 태그(tag)를 부착하여 관리한다.
따라서 전지 셀(110)이나 리튬이온 전지 모듈(10)의 식별정보에 대응하여 특성 데이터 등 리페어 과정에서 생성되는 정보를 입력하고 저장하는 입력수단(3)과 저장수단(8)을 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한 입력수단(3), 측정수단(4,5), 가공수단(6), 판정수단(7), 저장수단(8) 등의 데이터 중 하나 이상을 표시하는 표시수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.
여기서 입력수단(3)은 전지 셀(110)이나 리튬이온 전지 모듈(10)의 식별정보 및 특성 데이터 등 리페어 과정에서 생성되는 정보를 입력하는 수단이다. 키보드(keyboard)나 마우스(mouse),터치스크린(touch screen)등 입력 장치가 될 수 있고 레이저 광을 이용하여 리튬이온 전지 모듈(10)이나 전지 셀(110)에 부착된 태그를 스캔(scan)함으로써 식별정보를 읽어내는 바코드 스캐너를 포함하여 구성할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한 저장수단(8)은 상기 식별정보와 특성 데이터 등 리페어 과정에서 생성되는 정보를 기록하는 수단이다. 리페어 현장의 저장매체를 이용할 수도 있고 네트워크(1)를 이용하여 제조실행시스템(MES Manufacturing Execution System)의 정보 DB(2)를 이용할 수도 있다.
판정수단(7)과 저장수단(8)은 수작업으로도 가능하나 통합하여 PC, 노트PC, 태블릿 등 IT기기로 구성하는 것이 바람직하다.
전술한 리페어 장치를 통해 이러한 결함들을 리페어하는 방법을 설명하기 위한 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선 식별정보 취득단계(S10)로서, 불량이나 결함을 리페어하기 위해 먼저 결함이 발생한 리튬이온 전지 모듈(10)을 준비한다.
이때 리튬이온 전지 모듈(10) 또는 전지 셀(110)이 가지고 있는 식별정보를 입력수단(3)을 이용하여 식별정보를 취득하고 저장수단(8)에 저장한다.
이어서, 전기적 특성 측정단계(S20)로서, 전기적 특성 측정수단(4)을 이용하여 전지 셀(110) 각각의 전기적 특성을 측정하고 저장수단(8)으로 전송하여 식별정보와 대응하여 저장한다.
그 다음, 분리단계(S30)로서, 리튬이온 전지 모듈(10)의 전기적 연결 상태를 가공수단(6)을 이용하여 해체한다. 예를 들어 밀링머신이나 레이저 컷팅기(laser cutter), 톱날 절단기와 같은 공작기계로서 전기적 연결수단인 연결부재 등을 절단, 절삭하거나 레이저로 용융시켜 절단한다.
또한 리튬이온 전지 모듈(10)의 케이스(case)를 제거하여 리튬이온 전지 모듈(10)을 전지 셀(110)의 단위로 해체, 분리한다. 이때 케이스 제거 과정과 연결부재 절단 과정은 순서를 뒤바꿔서 행할 수도 있다.
이어서, 가공단계(S40)로서, 상기 분리된 전지 셀(110)에는 남아있는 잔여 연결부재를 상기 가공수단(6)을 이용하여 전지 셀(110)을 재활용하기 위한 기구적 형상, 치수에 적합하도록 제거, 가공한다.
여기서 가공단계(S40)후에 기구적 치수 측정수단(5)에 의하여 측정된 데이터가 재활용하기에 적합한지를 판정하는 가공 성공여부 판정단계를 더 포함하는 할 수도 있다.
이어서, 전기적 특성을 재측정하는 전기적 특성 재측정단계(S50)로서, 전기적 특성 측정수단(4)을 이용하여 전기적 특성을 재측정한다. 이는 분리단계(S30)와 가공단계(S40), 즉 리페어 과정에서 물리적 힘을 이용하여 리튬이온 전지 모듈(10)이 전지 셀(110)의 단위로 분리, 가공되었으므로 이 과정에서 전지 셀(110)에 무리한 기계적 충격이나 전기적 충격이 가해졌는지를 파악하기 위함이다.
그 다음, 판정단계(S60)로서, 전지 셀(110)마다 리페어 전후의 특성 데이터를 저장수단(8)으로부터 읽어 들여 미리 정해진 판정기준과 비교하여 리페어 성공여부를 판정한다. 이때 전지 셀(110)의 특성값의 변화량이 판정 기준보다 클 경우는 리페어 시 전지 셀(110)에 충격이나 변형 등으로 인해 특성이 변화되었음을 의미하므로 폐기하고, 판정 기준보다 상기 변화량이 적을 경우는 전지 셀(110)에 영향을 주지 않고 해체되었음을 의미하므로 성공 여부를 포함한 리페어 데이터를 저장하고 리페어 작업을 완료한다.
이와 같은 공정 순으로 진행되는 본 발명의 일 실시예에 따른 리페어 장치 및 방법에 대해 도 1 내지 도 6를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
리튬이온 전지 모듈(10)은 다수의 전지 셀(110)을 포함한다. 다수의 전지 셀(110)을 소정 위치에 배치하고 연결부재(130)를 이용하여 전기적으로 연결하고 케이스(120)에 수용함으로써 하나로 패키지(Package)화되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 전형적인 전지 셀(110)은 양극과 음극의 전극 조립체(electrode assembly 미도시)와, 전극 조립체가 수용되는 공간을 가지는 캔(can 113)과, 캔에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체(cap assembly 114)를 포함하여 구성된다. 상기 전극 조립체에는 양극단자(111) 및 음극단자(112)가 연결되며, 이는 상기 캡 조립체(114)를 통하여 외부로 노출 및 돌출되는 구조로 되어 있다.
이러한 전지 셀(110)은 캔의 형태에 따라 여러 가지 형상으로 제조될 수 있으며, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치(pouch)형 등이 있다.
이때 전지 셀(110)의 양, 음극단자(111,112)는 추후 버스바(bus bar)와 같은 연결부재(130)를 이용하여 서로 용이하게 연결하도록 되어 있다. 이때 양, 음극단자(111,112)에 먼저 볼트(bolt) 형태의 체결단자(미도시)를 용접하고 연결부재(130)를 통하여 너트(nut 미도시)로 체결하거나 체결단자를 이용하지 않고 양, 음극단자(111,112)에 바로 연결부재(130)를 레이저(laser) 용접하여 리튬이온 전지 모듈(10)을 구성할 수도 있다.
한편 전지 셀(110)을 다수 연결하여 모듈화하는 제조 과정에서 불량이나 결함이 발생할 수 있다. 예를 들어 결합력을 높이기 위해 과도하게 너트를 죄는 과정이나 용접하는 과정, 리벳하는 과정에서 특정 셀에서 불량이나 결함이 발생할 수 있다.
이외에도, 다양한 형태로 리튬이온 전지 모듈(10)의 결함이 발생할 수 있다.
상기 리튬이온 전지 모듈(10)은 알루미늄이나 동 또는 알루미늄과 동의 소재로 형성된 다수의 연결부재(130)를 포함한다. 이때 연결부재(130)를 전지 셀(110) 사이를 전기적으로 연결하기 위하여 용접할 때 연결부재(130)가 잘못 용접되었을 경우를 예를 들어 리페어하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저 식별정보 취득단계(S10)로서, 리튬이온 전지 모듈(10)을 리페어하기 위해 결함이 발생한 리튬이온 전지 모듈(10)을 준비한다. 여기서는 도 3에 도시된 바와 같이 각형의 전지 셀(110)들이 연결부재(130)를 통하여 레이저로 용접된 리튬이온 전지 모듈(10)을 예를 들어 설명하기로 한다.
리튬이온 전지 모듈(10)에는 도시되어 있지 않지만 식별정보가 바코드나 기타 태그형태로 부착되어 있다.
리튬이온 전지 모듈(10)을 리페어하기 전에 상기 입력수단(3)으로 식별정보를 읽어 들여 저장수단(8)에 기록한다. 이때 제조실행시스템 등 네트워크(1)와 연결되었을 경우에는 정보 DB(2)를 저장수단(8)으로 할 수 있음은 물론이다. 식별정보가 취득되고 제조실행시스템과 연결된 경우에는 리튬이온 전지 모듈(10)의 제조와 관련된 모든 정보를 조회할 수도 있다. 예를 들어 해당 리튬이온 전지 모듈(10)이 포함하고 있는 다수의 전지 셀(110)에 관한 정보, 전지 셀(110) 제조시의 전기적, 기구적 데이터도 등을 확인할 수 있다.
그 다음 전기적 특성 측정단계(S20)로서, 상기 리튬이온 전지 모듈(10)을 구성하고 있는 전지 셀(110)의 현재 상태를 측정하기 위하여 전기적 특성 측정수단(4)을 이용하여 전기적 특성을 측정한다. 이때 전기적 특성은 리튬이온 전지 모듈(10) 상태에서 측정되는 것으로 전지 셀(110)의 양극단자(111)와 음극단자(112) 사이의 교류 내부저항 및 개방전압, 용량 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
상기 내부저항, 개방전압, 용량은 전지 셀(110)의 현재 상태를 판단하는 특성값이다.
측정된 전기적 특성값은 상기 식별정보와 대응하여 저장수단(8)에 기록한다.
그 다음, 분리단계(S30)로서, 전지 모듈(10)의 연결부재(130)에 의한 전기적 연결 상태를 가공수단(6)을 이용하여 전지 셀(110) 단위로 해체, 분리한다. 여기서는 연결부재(130)가 레이저 용접 방식으로 양, 음극단자(111,112)와 용접되어 있는 상태(130a)로서 용이하게 해체되지 않는 경우를 예를 들어 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 밀링머신이나 레이저 컷팅기, 절단기와 같은 공작기계로서 연결부재(130)를 점선과 같은 경로를 따라 정단 또는 절삭하거나 레이저로 용융시켜 절단한다. 도 3에 표시된 경로는 일실시예일 뿐이며 연결부재(130)를 효율적으로 절삭하도록 하는 것이 바람직하다.
분리단계(S30)를 밀링 머신을 예를 들어 설명하면 가공수단(6)의 테이블(61)에 모듈(10)을 바이스(vice, 미도시)와 같은 고정수단을 이용하여 고정시킨다. 상기 테이블(61)이 X, Y, Z 방향으로 이동하면서 모터의 회전에 의해 밀링컷터(milling cutter 62)가 회전하여 리튬이온 전지 모듈(10)의 연결부재(130)가 절단된다.
즉 리튬이온 전지 모듈(10)이 고정된 테이블(61)이 전후,좌우, 상하로 이동하면서 상기 밀링컷터(62)가 버스바(130)에 접촉하여 회전하면서 절단 작업을 한다. 가공 시 칩(chip) 등을 적게 하기 위하여 레이저 컷팅기와 같은 절단 수단으로 연결부재(130)를 용융시켜 절단할 수도 있다.
여기서는 밀링 머신을 예를 들어 설명하지만 레이저 컷팅기, 절단기, 선반, 연삭기, CNC 머시닝센터(computer numerical control machining center) 등의 공작기계 이용하여 해체, 분리작업을 수행할 수 있으므로 가공수단(6)은 밀링머신에 한정하지 않는다.
도 4에 도시된 바와 같이 연결부재(130)를 절단함으로써 전지 셀(110)과 전지 셀(l10) 사이의 전기적 연결은 해체된다.
이어서 리튬이온 전지 모듈(10)의 케이스(120)를 제거하여 전지 셀(110) 단위로 해체/분리한다. 이때 케이스(120)가 금속소재나 플라스틱 소재로 구성되고 볼트, 너트 결합 또는 후크(hook)결합으로 되었을 경우 전동공구나 드라이버(driver)와 같은 공구를 이용하여 쉽게 해체, 분리가 가능하다.
이렇게 함으로써 다수의 전지 셀(110)을 포함한 리튬이온 전지 모듈(10)을 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 전지 셀(110) 단위로 분리된다.
이어서, 가공단계(S40)로서, 전지 셀(110)을 재활용하기 위해 기구적 형상, 치수에 적합하도록 상기 가공수단(6)을 이용하여 분리단계(S30)단계에서 제거되지 않은 부분을 가공한다. 즉 상기 가공수단(6)을 이용하여 절단하고 남은 연결부재(130b)를 절삭하여 제거하여 양, 음극단자(111,112)가 모듈화 이전의 상태로 되도록 가공한다. 도 5에서는 음극단자(112)측은 분리단계(S30)까지만 완성된 상태, 양극단자(111)측은 절단하고 남은 연결부재(130b)를 절삭하여 제거하여 양극단자(111)가 재활용할 수 있는 치수가 되도록 가공단계(S40)까지 완료된 상태를 도시한다.
이어서, 전지 셀(110)을 기구적 치수 측정수단(5)을 이용하여 전지 셀(110)의 재활용에 관련한 치수를 측정한다.
기구적 치수 측정수단(5)는 특히 연결부재(130)가 용접되거나 결합되는 양, 음극단자(111,112)의 기구적 치수를 측정한다.
측정된 데이터는 상기 전지 셀(110)의 식별정보에 대응하여 저장수단(8)에 저장된다.
CNC 머시닝 센터와 같은 공작기계로 분리단계(S30)와 가공단계(S40)를 일괄작업으로 할 수도 있다.
또한 도 6에서처럼 용접비드(bead, 130a)만을 절삭하여 분리단계(S30)와 가공단계(S40)를 효율적으로 일괄 작업을 할 수 도 있다. 도시되어 있는 것처럼 절삭부분(130c,130d,130e,130f)을 다양한 형태로 절삭하여 잔여 연결부재(130b)를 가공단계(S40)를 거치지 않고 제거하거나 가공량을 축소하는 것이 가능하다.
또한 전지 셀(110)의 기구적 데이터가 정해진 판정기준에 적합하게 가공되었는지 등을 판정하는 가공 성공여부 판정단계를 더 포함할 수 있다.
만일 불합격일 경우 가공수단(6)과 측정수단(4,5)을이용하여 가공과 측정, 판정 프로세스를 반복하여 수행할 수 있다.
그 다음, 전기적 특성 재측정단계(S50)로서, 전기적 특성 측정수단(4)을 이용하여 전지 셀(110)의 전기적 특성을 재측정한다. 식별정보에 대응하여 전기적 특성을 저장수단(8)에 기록한다.
그 다음, 판정단계(S60)로서, 리페어 성공여부를 판정하고 작업을 종료한다.
이를 위해, 상기 판정수단(7)은 전지 셀(110)의 리페어 전의 특성 데이터가 리페어 과정을 통하여 변화하는지 여부에 따라 전지 셀(110)의 리페어 성공 여부를 판단하게 된다. 이 때, 리페어 성공 여부를 판단하는 것은 일실시예로써, 리페어 전후의 전기적 특성의 변화량을 판정 파라미터(parameter)로 해서 전지 셀(110)의 충격이나 결함을 파악할 수 있다. 예를 들어 전지 셀(110)의 리페어 전후의 내부저항값, 개방전압값, 용량값이 동일하거나 정해진 범위 내에서 변동한 경우 리페어 성공한 것으로 판단되게 설정될 수 있다.
반면에, 예를 들어 수백 마이크로 옴(ohm)의 내부저항이 수 밀리 옴으로 크게 변화했을 경우 해당 전지 셀(110)의 내부 변화나 변형 등으로 판단할 수 있다.
즉, 전지 셀(110)의 내부저항값이 리페어 후에 정해진 범위 밖으로 이탈한 경우에는 리페어 과정에서 전지 셀(110)에 충격이나 변형으로 인해 내부저항값이 변화된 것으로 판단하게 되며, 리페어 작업을 종료한다. 이렇게 특성값의 변화량을 통해 배터리의 변화 상태를 파악할 수 있다.
이때, 전지 셀(110)의 특성값으로서 내부저항값, 개방전압, 용량, 내부저항 변화율, 개방전압 변화율, 용량 변화율 등 중에서 적어도 하나 이상을 선택될 수 있으나, 판정 파라미터가 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1 : 네트워크
2 : 정보 DB 3 : 입력수단
4 : 전기적 특성 측정수단
5 : 기구적 치수 측정수단
6 : 가공수단 7 : 판정수단
8 : 저장수단
10 : 리튬이온 전지 모듈 110: 전지 셀
111: 양극단자 112: 음극단자
113: 캔 114: 캡 조립체
120:모듈 케이스
130: 연결부재
130a: 용접 비드
130b: 잔여 연결부재
130c~130f: 절삭부분

Claims (9)

  1. 다수의 전지 셀이 케이스에 수납되고 연결부재에 의하여 전기적으로 연결되는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치에 있어서,
    상기 전지 셀의 전기적 특성을 측정하는 전기적 측정수단과;
    상기 리튬이온 전지 모듈의 연결부재 또는 케이스를 절삭, 분해 또는 가공하여 상기 전지 셀을 상기 리튬이온 전지 모듈로부터 분리하는 가공 수단과;
    상기 리튬이온 전지 모듈로부터 분리된 상기 전지 셀의 양극 단자와 음극 단자의 기구적 치수를 포함하는 상기 전지 셀의 기구적 치수를 측정하는 기구적 치수 측정수단 및;
    상기 전지 셀의 상기 기구적 치수 및 전기적 특성의 변화량을 판정기준과 비교하여 리페어 성공 여부를 판정하는 판정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    리페어 과정에서 상기 전지 셀의 식별정보를 입력하는 입력수단 및 리페어 과정에서 측정된 상기 전지 셀의 전기적 특성을 저장하는 저장수단중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전지 셀 사이를 전기적으로 연결하는 연결부재는 알루미늄, 동 또는 알루미늄과 동의 합금 재질로 형성되고, 상기 연결부재는 레이져 용접 방식에 의하여 전지 셀과 결합되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 장치.
  4. 입력수단에 의해 리튬이온 전지 모듈 및 전지 셀의 식별정보를 입력받아 저장수단에 저장하는 식별정보 취득단계;
    전기적 특성 측정수단에 의해 상기 전지 셀의 전기적 특성을 측정하여 상기 저장수단에 저장하는 전기적 특성 측정단계;
    가공수단에 의해 상기 리튬이온 전지 모듈에서 상기 전지 셀을 연결하는 연결부재를 절단하고 케이스를 제거하여 상기 리튬이온 전지 모듈을 상기 전지 셀 단위로 해체하는 분리단계;
    상기 분리 단계에서 제거되지 않은 상기 연결 부재를 상기 가공수단에 의해 절삭하여 상기 전지 셀을 재활용이 가능한 상태로 가공하는 가공단계;
    상기 리튬이온 전지 모듈로부터 분리된 상기 전지 셀의 양극 단자와 음극 단자의 기구적 치수를 포함하는 상기 전지 셀의 기구적 치수를 측정하는 기구적 치수 측정단계;
    상기 기구적 치수가 판정 기준에 적합한 지 여부를 판정하는 가공 성공여부 판정단계;
    상기 전기적 특성 측정수단에 의해 리페어 후의 상기 전지 셀의 전기적 특성을 재측정하여 상기 저장수단에 저장하는 전기적 특성 재측정단계 및
    판정수단이 상기 저장수단으로부터 리페어 전후의 상기 전지 셀의 상기 전기적 특성을 읽어들여 상기 전기적 특성의 변화량을 판정기준과 비교하여 리페어 성공 여부를 판정하는 판정단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분리단계와 상기 가공단계는 일괄 작업으로 진행되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 내부저항과 개방전압 및 용량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 판정 단계는 상기 전기적 특성의 변화량이 상기 판정 기준의 범위내에 있는 경우에 상기 리페어가 성공한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기적 특성 측정 단계와 상기 전기적 특성 재측정 단계는 상기 전지 셀의 식별정보와 측정된 전기적 특성을 함께 상기 저장수단에 저장하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 모듈의 리페어 방법.
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