KR101951311B1 - 멀티 컨택 포인트를 갖는 배터리 충방전 검사용 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브는 내부가 상하로 관통되며, 하단면에 내주면이 암나사 형상인 체결구를 구비하는 본체부, 상기 본체부와 내부가 동일선상으로 관통되며, 상기 체결구와 결합되는 수나사를 구비하고, 내부에 스프링의 탄성력에 의한 하방 움직임에 의해 하단부가 외부로 돌출되는 복수개의 접촉부를 수용하는 충방전부 및 상기 본체부와 상기 충방전부의 내부에 삽입 관통되어 하단이 전지의 전극에 접촉되는 전압측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 컨택 포인트를 갖는 배터리 충방전 검사용 프로브{Test probe of battery with multi-contact point}

본 발명은 배터리의 충방전 검사용 프로브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교체 가능한 접촉 단자를 갖는 배터리의 충방전 검사용 프로브에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 노트북 등의 휴대용 전자기기의 보급이 증가되고, 전기자동차 전지에 대한 수요가 증가되면서 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 이차전지에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.

이차전지는 베어셀(bare cell)에 회로나 단자 또는 연결부품을 결합시킨 후 케이스 조립되는 하드팩(hard pack) 공정과 이 하드팩에 충방전을 진행하는 충방전 공정을 통해 제조된다. 여기서, 충방전 공정 시 이차전지의 성능이 결정되고 제품의 양부가 판정되는데, 이와 같은 이차전지의 충방전은 대부분 프로브를 이용하여 이루어진다. 프로브에는 이차전지를 정전압 충전하거나 이차전지의 전압을 측정하기 위한 전압 프로브, 이차전지를 정전류 충전하거나 이차전지의 전류를 측정하기 위한 전류 프로브가 구비되며, 전류 프로브와 전압 프로브의 단자가 각각 전지의 전지셀에 구비된 전극 단자에 압지 된 상태에서 전지에 대한 충방전이 이루어진다.

그런데, 프로브의 단자를 전극 단자에 압지 하는 과정에서 프로브의 단자와 전극 단자 간에 선 접촉이나 점 접촉이 이루어지기 쉽다. 또한, 프로브의 단자를 전지의 전극에 접촉시켜 수많은 전지들을 충방전 하다 보면, 프로브의 접촉 단자 면이 마모되면서 요철이 생겨 점 접촉이 발생하게 된다. 그 결과, 접촉 부위에서 접촉 저항이 증가하여 발열에 의한 에너지 손실이 초래되며 전지 충방전 효율이 저하되는 문제가 생긴다. 특히, 충전 용량이 상대적으로 높은 고용량 전지의 경우에는 그에 상응하는 고용량 전류를 신속하게 충방전해야 되는데, 상대적으로 고용량 전지의 경우 접촉 저항으로 인하여 에너지 손실이 더욱 많이 초래된다.

또한, 프로브에서 프로브핀을 전지의 전극에 접촉시키는 프로브 승강 머신의 수평 오차나 전지를 지지하는 지그의 공차 등에 의해 전지의 전극이 프로브핀과의 접촉면에 대해 균일한 수평 상태로 배치되지 못하여, 프로브핀이 전지의 전극에 접촉되는 접점을 최대한 넓게 가져갈 수 없게 되는 문제점이 유발되기도 한다. 이로 인해 전기적인 저항이 높아지고, 이 또한 전지 충방전 효율의 저하를 유발한다. 따라서, 전지 충방전 시 접촉 저항을 최소화하기 위해서 프로브핀과 전지의 전극 사이의 접촉 접점을 최대한 많이 확보할 수 있는 기술력이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 교체 가능한 접촉 단자를 구비한 배터리 충방전 검사용 프로브를 제공하여 충방전 효율을 개선할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브는, 내부가 상하로 관통되며, 하단면에 내주면이 암나사 형상인 체결구를 구비하는 본체부, 상기 본체부와 내부가 동일선상으로 관통되며, 상기 체결구와 결합되는 수나사를 구비하고, 내부에 스프링의 탄성력에 의한 하방 움직임에 의해 하단부가 외부로 돌출되는 복수개의 접촉부를 수용하는 충방전부, 및 상기 본체부와 상기 충방전부의 내부에 삽입 관통되어 하단이 전지의 전극에 접촉되는 전압측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 충방전부의 중앙에는 상하로 관통되어 상기 전압측정부가 삽입 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 충방전부는, 상하로 관통되어 상기 스프링과 상기 접촉부를 수용하며 상기 관통홀을 중심으로 원형으로 배열되는 복수개의 고정홀이 형성되는 제1교체부, 및 하면이 상기 제1교체부의 상면과 결합하여 상기 스프링과 상기 접촉부의 상방 이동을 제한하는 제2교체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 고정홀은 상기 충방전부의 하면에서 걸림턱을 구비하고, 상기 복수의 접촉부는 하단 부분의 외주면에서 돌출되는 돌출부를 형성하여, 상기 돌출부는 상기 접촉부가 상기 고정홀에 삽입 시 상기 걸림턱에 안착되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 스프링은 상기 접촉부에 끼워져 상기 돌출부에 안착되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 복수개의 접촉부는 하단부가 반구 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 제1교체부는 상면의 테두리에 결합턱이 형성되어 상기 제2교체부가 안착되는 안착부를 형성하고, 상면에 하나 이상의 제1결합홈이 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 제2교체부는 상기 제1결합홈과 대응되는 배열의 제2결합홈을 구비하고, 상기 제1교체부와 상기 제2교체부는 상기 제2결합홈을 관통하여 상기 제1결합홈에 삽입되는 고정부재를 통해 결합이 고정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 충방전부는 내부에 절연체이고 상기 전압측정부의 하방이동을 제한하는 지지부를 수용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배터리의 충방전 공정에서 접촉면이 고르지 못한 전지에서도 접점을 넓게 확보하는 효과를 제공한다. 나아가, 본 발명은 접촉 단자가 교체 가능한 프로브를 통해, 배터리 제조 공정상의 비용을 절감하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브의 단면을 확대 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 충방전부의 하단부가 분해된 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 제1교체부 상단부의 사시도이다.

이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브의 구성을 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브의 단면을 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 일부분을 확대 도시한 배터리 충방전 검사용 프로브의 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 검사용 프로브는 내부가 상하로 관통된 관체(400), 관체(400)에 삽입 관통되는 본체부(200), 본체부(200)에 결합되는 충방전부(100) 및 전압측정부(300)로 구성된다. 본체부(200)는 상단부가 관체(400)에 삽입 관통 되며, 하단부는 관체(400)보다 넓은 단면으로 형성되어 관체(400)의 하부에서 외부로 노출된다. 외부로 노출된 하단부의 하단면에는 내주면이 암나사 형상인 체결구가 구비된다. 해당 체결구에는 충방전부(100)가 구비한 수나사가 삽입됨으로써 본체부(200)와 충방전부(100)가 결합된다. 본체부(200)에 결합된 충방전부(100)는 하단면이 전지의 전극에 접촉되어 전지를 충방전 한다. 충방전용 프로브는 수많은 충방전 테스트를 거치다 보면 전지와의 접촉면에 마모되어 접촉 불량이 발생하는데, 종래의 배터리 충방전용 프로브는 본체부(200)와 충방전부(100)가 일체형으로서, 접촉 불량이 발생하면 프로브 일체를 교체해야 하는 불편함이 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제점으로부터 착안하여, 본체부(200)와 분리 가능한 충방전부(100)를 제공한다. 충방전부(100) 하단부의 접촉면이 마모되는 경우 충방전부(100)를 돌려 본체부(200)의 암나사와 충방전부(100)의 수나사를 분리할 수 있고, 이를 통해 본체부(200)의 교체 없이 충방전부(100)만 교체함으로써 불필요한 부분의 도금을 줄일 수 있다. 이로 인해 프로브의 제조 원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

본체부(200)와 충방전부(100)의 중심부는 동일선상의 내부가 상하로 관통되며 관통된 위치에 전압측정부(300)를 수용한다. 전압측정부(300)는 본체부(200) 및 충방전부(100)와 전기적으로 절연되며, 하단이 충방전부(100)의 외부로 수직 돌출되어 전지와 접촉한다. 전압측정부(300)는 본체부(200)의 내부에서 탄성체에 의해 고정되므로, 전압측정부(300)의 하단이 전지와 접촉하면서 상단 방향으로 힘을 받으면 전압측정부(300)는 탄성체의 움직임에 의해 상단 방향으로 이동하여 돌출된 하단 부분이 충방전부(100)의 내부로 삽입된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 충방전부(100)의 내부에는 전지와의 접촉 부위를 증가시키기 위한 복수개의 접촉부(110)가 수용된다. 접촉부(110)는 각각 스프링(120)을 포함하고, 스프링(120)의 탄성력에 의해 충방전부(100)의 하단면보다 아래의 위치까지 돌출된다. 따라서, 접촉부가(110) 충방전부(100)의 하단면이 전지와 접촉하여 가압 되기 전에, 먼저 전지와 접촉한다. 다시 말해, 접촉부(110)가 전지의 접촉면 형상을 따라 접촉한 뒤에, 충방전부(100)의 하단면이 전지와 접촉하게 된다. 접촉부(110)는 복수개로 구비되며, 각각의 접촉부(110)마다 스프링(120)이 별도로 구비되기 때문에, 각각의 접촉부(110)들은 자신이 접촉하는 전지의 접촉면 부위 상태에 따라 독립적으로 상하방 유동된다. 즉, 복수개의 접촉부(110)들 각각은 전지와 접촉할 때 서로 충방전부 내부로 상방 이동하는 정도가 달라질 수 있다. 이를 통해 접촉부(110)는 작은 굴곡이 있는 전지와 같이 접촉면이 고르지 않은 부분에서도 전지의 접촉 접점을 최대한 많이 확보할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 충방전부(100)에 수용되는 접촉부(110)는 하단이 충방전부(100)의 외부로 돌출된 형태이며 반구 형상을 이룬다. 접촉부(110)의 하단이 반구 형상을 이룸으로써, 전지가 충방전부(100)의 하단면과 어느 각도를 이루더라도 접촉부(110)는 전지와의 접점을 확보할 수 있다. 예를 들어, 전지와 프로브핀이 접촉할 때, 프로브 승강 머신의 수평 오차나 전지를 지지하는 지그의 수평 공차 등이 발생하여도 반구 형상의 접촉부(110)를 통해 접점 확보가 가능하다. 이와 같이 본 발명에서는 충방전부(100) 하단부에서 반구 형상을 이루며 개별적으로 상하방 유동하는 복수개의 접촉부(110)를 통해 충방전부(100)와 전지와의 접점을 많이 확보하여 전지의 충방전 효율을 높일 수 있다. 결과적으로, 접촉하는 전지의 단자 상태와 무관하게 멀티 컨텍 포인트(Multi-contact point)가 생기게 되어 접촉 저항이 감소하게 되며, 그에 따라 충방전 시 발생하는 발열을 줄일 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 충방전부(100) 하단부의 분해 사시도이다. 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 충방전부(100)는 관통홀(144) 및 고정홀(142)이 구비되는 제1교체부(140) 및 수나사를 구비하여 본체부(200)의 체결구와 결합되며 제1교체부(140)와 결합되는 제2교체부(150)로 구성된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 관통홀(144)은 제1교체부(140)의 중심부에서 상하로 관통되어 전압측정부(300)가 삽입 관통된다. 일 실시예에 있어서, 고정홀(142)는 관통홀(144)중심으로 복수개가 원형으로 배열되며, 복수개의 관통홀(144) 각각의 내부에 스프링(120)과 접촉부(110)를 수용한다. 먼저, 제1교체부(140)의 관통홀(144)에 스프링(120)이 끼워진 접촉부(110)가 수용되고, 그러한 제1교체부(140) 위에 제2교체부(150)가 안착 결합되면서 충방전부(100)가 완성된다.

도 4을 참조하면, 제1교체부(140)는 상면의 테두리에 결합턱(153)이 형성되어 제2교체부(150)가 안착되는 안착부를 형성한다. 충방전부(100)는 안착부에 제2교체부(150)가 안착되어 결합되고, 고정부재(160)가 제1교체부(140)와 제2교체부(150)의 결합을 고정할 수 있다. 도 7을 참조하면, 제1교체부(140)에는 상면에 하나 이상의 제1결함홈(146)이 함몰되어 형성되고, 제2교체부(150)에는 제1결합홈(146)과 대응되는 배열의 제2결합홈(152)이 구비된다. 도 4에 도시된 것과 같이 고정부재(160)가 제2교체부(150)의 상단부로부터 삽입 관통되며, 제2교체부(150)를 관통한 고정부재(160)의 하단부가 제1교체부(140)의 제1결합홈(146)에 삽입됨으로써 제1교체부(140)와 제2교체부(150)가 결합 고정될 수 있다. 예를 들어, 고정부재(160)는 수나사형 볼트일 수 있고, 이 경우 제1결합홈(146)은 내주면이 암나사 형상인 나사홀 일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 충방전부(100)가 제1교체부(140)와 제2교체부(150)로 분리되기 때문에 전지와 직접 접촉하는 제1교체부(140)의 접촉면이 마모된 경우 제1교체부(140)를 충방전부(100)에서 교체할 수 있다. 더불어, 제1교체부(140)와 제2교체부(150)를 분리하여 충방전부(100) 내부에 수용된 접촉부(110)를 교체할 수 있고, 이를 통해 접촉부(110)의 교체과정에서 접촉부(110)의 도금에 손상 없이 교체를 용이하게 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 제1교체부(140)의 상단부를 도시한 사시도이다. 도 7을 참조하면, 제1교체부(140)의 고정홀(142)은 충방전부(100)의 하면에서 걸림턱(142a)을 형성한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 접촉부(110)는 반구 형상을 이루는 하단 부분의 외주면에서 돌출되는 돌출부(111)를 형성하여, 돌출부(111)는 접촉부(110)가 고정홀(142)에 삽입 시 걸림턱(142a)에 안착된다. 일 실시예에 따르면, 접촉부(110)의 상단부분에 끼워져 접촉부(110)를 감싸는 각각의 스프링(120)은 접촉부(110)의 돌출부(111)에 안착되어 접촉부(110)에 고정된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 고정홀(142)은 제1교체부(140)의 상면과 하면에서 관통면의 넓이가 다르다. 하면에서의 관통면의 넓이는 걸림턱(142a)을 구비함에 따라 접촉부(110)의 돌출부(111)보다 넓이가 작게 형성되고, 상면에서의 관통면(142b)의 넓이는 스프링(120)의 단면 넓이와 동일하거나 넓게 형성된다. 이 때 접촉부(110)의 반구 형상을 이루는 하단부는 하면에서의 관통면의 넓이보다 작아 충방전부(100)의 외부로 돌출된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충방전 프로브는 충방전부(100) 내부에 절연체이며, 전압측정부(300)를 지지하여 전압측정부(300)의 하방 이동을 제한하는 지지부(130)를 수용한다. 일 실시 예에 있어서, 지지부(130)는 제1교체부(140)와 제2교체부(150)의 결합에 의해 충방전부(100) 내부에서 고정되며, 충방전부(100) 내부에서 고정된 지지부(130)는 본체부(200)와 충방전부(100)에 삽입 관통된 전압측정부(300)를 지탱한다. 예를 들어, 전압측정부(300)가 전지와 접촉하는 압력에 의해 상방으로 이동하면서 충방전부(100) 내부로 삽입되었다가, 압력이 제거되면 전압측정부(300)에 고정된 탄성체의 복원력에 의해 전압측정부(300)는 다시 하방으로 이동한다. 이 때, 지지부(130)가 전압측정부(300)의 하방 이동을 제한하며, 전압측정부(300)와 제1교체부(140)가 서로 절연되도록 한다. 일 실시 예에 있어서, 제1교체부(140)와 제2교체부(150)가 분리되는 경우, 지지부(130)도 제1교체부(140) 및 제2교체부(150)와 분리 가능하며, 전압측정부(300)와도 분리 가능하다. 전압측정부(300)를 지탱하고 있던 지지부(130)가 제2교체부(150)에서 분리되면 본체부(200)에서 전압측정부(300)도 분리 가능하며, 따라서 전압측정부(300)도 마모에 의해 교체가 필요한 경우 교체할 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100: 충방전부 110: 접촉부
111: 돌출부 120: 스프링
130: 지지부 140: 제1교체부
142: 고정홀 144: 관통홀
142a: 걸림턱 142b: 관통면
146: 제1결합홈 150: 제2교체부
152: 제2결합홈 160: 고정부재
200: 본체부 300: 전압측정부
400: 관체

Claims (8)

1. 배터리 충방전 검사용 프로브에 있어서,
   내부가 상하로 관통되며, 하단면에 내주면이 암나사 형상인 체결구를 구비하는 본체부;
   상기 체결구와 결합되는 수나사를 구비하고, 내부에 스프링의 탄성력에 의한 하방 움직임에 의해 하단부가 외부로 돌출되는 복수개의 접촉부를 수용하는 충방전부; 및
   상기 본체부와 상기 충방전부의 내부에 삽입 관통되어 하단이 전지의 전극에 접촉되는 전압측정부를 포함하고,
   상기 충방전부의 중앙에는 상하로 관통되어 상기 전압측정부가 삽입 관통되는 관통홀이 형성되며,
   상기 충방전부는,
   상하로 관통되어 상기 스프링과 상기 접촉부를 수용하며 상기 관통홀 주변에 배열되는 복수개의 고정홀이 형성되는 제1교체부; 및
   하면이 상기 제1교체부의 상면과 결합하여 상기 스프링과 상기 접촉부의 상방 이동을 제한하고, 상기 체결구와 결합되는 수나사를 구비하는 제2교체부를 포함하고,
   상기 제1교체부 및 제2교체부는 서로 분리 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 고정홀은 상기 충방전부의 하면에서 걸림턱을 구비하고,
   상기 복수의 접촉부는 하단 부분의 외주면에서 돌출되는 돌출부를 형성하여, 상기 돌출부는 상기 접촉부가 상기 고정홀에 삽입 시 상기 걸림턱에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스프링은 상기 접촉부에 끼워져 상기 돌출부에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 접촉부는 하단부가 반구 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1교체부는 상면의 테두리에 결합턱이 형성되어 상기 제2교체부가 안착되는 안착부를 형성하고, 상면에 하나 이상의 제1결합홈이 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2교체부는 상기 제1결합홈과 대응되는 배열의 제2결합홈을 구비하고,
   상기 제1교체부와 상기 제2교체부는 상기 제2결합홈을 관통하여 상기 제1결합홈에 삽입되는 고정부재를 통해 결합이 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.
8. 제1항에 있어서,
   상기 충방전부는 내부에 절연체이고 상기 전압측정부의 하방 이동을 제한하는 지지부를 수용하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 검사용 프로브.

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