KR102006377B1 - 이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법 - Google Patents

이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 랙(rack)과 랙 사이를 이동할 수 있는 이동 수단이 마련된 본체와, 상기 본체에 마련되며, 상기 랙에 탑재된 트레이(tray)를 본체 내부로 이송하거나, 또는 본체 내부의 트레이를 상기 랙에 탑재하도록 마련된 스태커 크레인(stacker crane)부와, 상기 본체 내부에 위치된 트레이 내의 전지 셀(cell)을 충전 또는 방전시키도록 전지 셀의 양극 단자 및 음극 단자에 전기적으로 접속되도록 마련된 양극 프로브 및 음극 프로브를 포함하는 충방전부, 및 상기 스태커 크레인부 및 상기 충방전부를 각각 제어하기 위한 제어부를 포함하는 이동식 충방전기가 제공된다.

Description

이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법{Movable charging-recharging device, charging-recharging facility comprising the same and operation method thereof}
본 발명은 이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법에 관한 것이다.
고성능의 모바일 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 이차전지 성능 개선에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다.
전지 모듈은 전지셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되는데, 전지 활성화 단계에서는 소정의 지그에 전지셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전을 수행하게 된다. 또한, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지 등과 같은 리튬 2차 전지의 경우, 제조 후 소정의 충방전을 실시하는 과정을 거쳐야만 전지로서의 성능이 완성되므로 충방전 장치가 2차 전지의 생산 라인에 필수적 설비가 되었다.
충방전기는 2차 전지의 생산 공정 중 조립이 완료된 최초의 전지가 전기 에너지를 저장할 수 있도록 소정 횟수의 충전 및 방전 공정을 반복하여 2차 전지의 특성을 부여하는 기능을 수행한다. 2차 전지의 수요 급증에 따른 생산량의 증가가 이루어지면서, 2차 전지의 생산 단계에서 충방전 기능을 수행하는 충방전기의 효율적인 제어가 필요하게 되었다.
이러한 충방전기에서 작업이 완료된 전지 셀은 전지 셀이 적재된 트레이를 운반하는 스태커 크레인(Stacker Crane)에 의하여 다음 공정으로 이동하게 되는데, 종래 충방전 설비는 에이징 공정, 충방전 공정 등 각각의 공정으로 트레이가 직접 운반되는 설비 구조를 가짐에 따라, 작업 동선이 길어지고, 이동 거리 및 작업 횟수가 증가하게 되는 문제를 가지므로, 이에 대한 효율적인 제어가 필요하다.
본 발명은 전지 셀 트레이를 이동하는 방식에서 충방전 설비가 이동하는 방식을 적용함으로써 공간 활용도 및 물류를 개선할 수 있는 이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 랙(rack)과 랙 사이를 이동할 수 있는 이동 수단이 마련된 본체와, 상기 본체에 마련되며, 상기 랙에 탑재된 트레이(tray)를 본체 내부로 이송하거나, 또는 본체 내부의 트레이를 상기 랙에 탑재하도록 마련된 스태커 크레인(stacker crane)부와, 상기 본체 내부에 위치된 트레이 내의 전지 셀(cell)을 충전 또는 방전시키도록 전지 셀의 양극 단자 및 음극 단자에 전기적으로 접속되도록 마련된 양극 프로브 및 음극 프로브를 포함하는 충방전부, 및 상기 스태커 크레인부 및 상기 충방전부를 각각 제어하기 위한 제어부를 포함하는 이동식 충방전기가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 이동식 충방전기와, 소정 간격으로 이격되고, 내부에 트레이가 탑재된 복수 개의 랙, 및 이동식 충방전기와 통신 가능하게 연결되고, 이동식 충방전기를 제어하기 위한 중앙 제어부를 포함하는 충방전 설비가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 이동식 충방전기를 랙 측으로 이동시키는 이동 단계 및 랙에 탑재된 트레이를 이동식 충방전기 내부에 탑재시킨 후 충방전을 수행하는 충방전 단계를 포함하는 충방전 설비의 운용 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이동식 충방전기 및 이동식 OCV 측정기를 랙과 랙 사이 공간으로 각각 이동시키는 이동 단계와, 랙에 탑재된 트레이를 이동식 충방전기 내부에 탑재시킨 후 충방전을 수행하는 충방전 단계 및 랙에 탑재된 트레이를 이동식 OCV 측정기 내부에 탑재시킨 후 OCV 측정을 수행하는 측정 단계를 포함하는 충방전 설비의 운용 방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
이동식 충방전기와 이동식 OCV(Open Circuit Voltage) 측정기를 충방전 설비에 도입함으로써, 설비 공간을 축소시킬 수 있고, 물류를 개선할 수 있다.
또한, 컨베이어 벨트를 통한 이동은 디가스(Degas) 공정과 특성 측정 공정 및 고온 에이징(aiging) 공정시에만 필요하므로, 이동 거리 및 작업 동선을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동식 충방전기를 나타내는 구성도이다.
도 2는 트레이 및 전지 셀을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 충방전 설비를 나타내는 개념도이다.
도 4는 종래 충방전 설비에서의 전체 공정을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명과 관련된 충방전 설비에서의 전체 공정을 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 충방전 설비를 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 충방전기, 이를 포함하는 충방전 설비 및 이의 운용방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동식 충방전기를 나타내는 구성도이고, 도 2는 트레이 및 전지 셀을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 충방전 설비를 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 충방전 설비는 이동식 충방전기(100)와 소정 간격으로 이격되고, 내부에 트레이(20)가 탑재된 복수 개의 랙(10)(rack) 및 이동식 충방전기(100)와 통신 가능하게 연결되고, 이동식 충방전기(100)를 제어하기 위한 중앙 제어부(도시되지 않음)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동식 충방전기(100)는 본체(110)와 스태커크레인(stacker crane)부(130)와 충방전부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
구체적으로, 도 1 및 도 3를 참조하면, 이동식 충방전기(100)는 랙(10)과 랙(10) 사이를 이동할 수 있는 이동 수단(120)이 마련된 본체(110)와, 상기 본체(110)에 마련되며, 상기 랙(10)에 탑재된 트레이(20)(tray)를 본체(110) 내부로 이송하거나, 또는 본체(110) 내부의 트레이를 상기 랙(10)에 탑재하도록 마련된 스태커 크레인(stacker crane)부(130)와, 상기 본체 내부에 위치된 트레이 내의 전지 셀(cell)(31, 32)을 충전 또는 방전시키도록 전지 셀의 양극 단자(31a, 32a) 및 음극 단자(31b, 32b)에 전기적으로 접속되도록 마련된 양극 프로브(141) 및 음극 프로브(142)를 포함하는 충방전부(140), 및 상기 스태커 크레인부(130)와 상기 충방전부(140)를 각각 제어하기 위한 제어부(150)를 포함한다.
상기 본체(110)는 내부에 하나 이상의 트레이(20)를 수납할 수 있는 공간부를 갖는다. 또한, 상기 이동 수단은(120)은 상기 본체(110)를 이동시킬 수 있는 수단으로서, 공지의 다양한 수단이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 이동 수단(120)은 하나 이상의 바퀴, 상기 바퀴에 장착된 회전축 및 상기 회전축을 회전시키기 위한 구동부(예를 들어, 모터)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 본체(110)는 모터의 회전에 의해, 원하는 장소로 이동 가능하게 마련된다. 특히, 상기 본체(110)는 왕복 이동 가능하게 마련된다.
또한, 상기 스태커 크레인(stacker crane)부(130)는 상기 본체(110) 내부의 공간부로 랙(10)에 적재된 트레이(20)를 넣거나, 본체(110) 내부에 배치된 트레이(20)를 랙(10)으로 빼어내는 하역 장치로서, 공지의 다양한 스태커 크레인이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 하나 이상의 암(arm)과 상기 암을 이동시키기 위한 구동부(예를 들어, 모터 또는 실린더 등)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 스태커 크레인부(130)는 본체(110)에 장착되며, 본체(110)와 함께 이동된다.
또한, 충방전부(140)는 복수 개의 전지 셀(31 또는 32)을 동시에 충전할 수 있도록, 복수 개의 양극 프로브(141) 및 복수 개의 음극 프로브(142)를 포함한다. 상기 충방전부(140)는 상기 본체(110) 내부의 공간부 측에 마련되며, 본체(110)와 함께 이동된다. 상기 충방전부(140)는 복수 개의 양극 및 음극 프로브(141, 142)를 갖는 복수 개의 충전 지그(zig)를 포함할 수 있다. 또한, 충방전부에서 양극 및 음극 프로브(141, 142)는, 양방향 전지 셀(31) 및 단방향 전지 셀(32)에 모두 대응할 수 있도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 충방전부(140)는 양방향 전기 셀(31) 및 단방향 전지 셀(32)을 모두 충전할 수 있도록, 복수 개의 양극 및 음극 프로브(141, 142)가 각각 배열된 한 쌍의 충전 지그를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동식 충방전기(100)는 전지 셀에 대한 충방전부(140)의 위치 조정을 위하여 충방전부(140)를 수직 및 수평 이동시키기 위한 조정부(160)를 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 조정부(160)는 각각의 프로브(141, 142)와 전극 셀(31, 32)의 단자들이 접촉할 수 있도록 충방전부(140)의 위치를 정확히 조절할 수 있다. 상기 조정부(160)는 실린더와 같은 구동부를 포함하며, 상기 충방전부(140)를 수직 및 수평 이동시킬 수 있도록 마련된다. 상기 조정부(160)는 전술한 충전 지그와 연결될 수 있다.
또한, 이동식 충방전기(100)는 충전 상태 정보 및/또는 방전 상태 정보를 서버로 전송하기 위한 통신부(170)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 통신은 공지의 방식을 통해 유선 또는 무선으로 이루어질 수 있다. 또한, 이동식 충방전기(100)는 통신부(170)를 통해 충방전 설비의 중앙 제어부와 통신할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 충방전 설비에서, 인접하는 2개의 랙(10) 사이의 간격은 서로 다르게 결정될 수 있으며, 이는 작업 동선(충방전 공정, OCV 측정 공정, 에이징 공정 및 컨베이어 이송 공정 등)을 고려한 것이다.
특히, 충방전 설비에서, 랙(10)의 트레이에 배치된 전지 셀들은 에이징(aiging) 공정 중이다. 즉, 랙(10)에 탑재되어 에이징 공정 중인 전지 셀 측에, 이동식 충방전기(100)가 랙(10) 측으로 이동 및 접근하여, 에이징 공정 중의 트레이(20)를 본체(110) 내부로 넣고, 충방전 테스트 공정을 진행한 후, 충방전 테스트가 완료되면, 본체(110) 내부의 트레이(20)를 랙(10)에 다시 탑재함으로써, 컨베이어를 통해 트레이를 이송시키지 않고도 동일한 장소에서 2가지 이상의 공정이 동시에 진행될 수 있다.
또한, 작업 편의성 향상을 위하여, 이동식 충방전기(100)는 랙(10)의 제1 면 및 제1 면과 반대방향의 제2 면 측에서 각각 트레이(20)를 이송 및 탑재할 수 있도록 마련될 수 있다.
도 4는 종래 충방전 설비에서의 전체 공정을 나타내는 구성도이며, 도 5는 본 발명과 관련된 충방전 설비에서의 전체 공정을 나타내는 구성도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 충방전 설비를 나타내는 개념도이다.
상기 충방전 설비는 랙(10)과 랙(10) 사이를 이동할 수 있는 이동 수단이 마련된 OCV 측정기(200)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 OCV 측정기(200)는 이동식 충방전기(100)와 마찬가지로 이동 가능하게 마련되며, 충방전부(140) 대신에 OCV 측정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 충방전 설비의 운용 방법은 이동식 충방전기(100)를 랙(10) 측으로 이동시키는 이동 단계 및 랙(10)에 탑재된 트레이(20)를 이동식 충방전기(100) 내부에 탑재시킨 후 충방전을 수행하는 충방전 단계를 포함한다.
충방전 단계에서, 랙에 탑재된 트레이 내부의 전지 셀들은 에이징 공정 중이다. 전술한 바와 같이, 랙(10)에 탑재되어 에이징 공정 중인 전지 셀 측에, 이동식 충방전기(100)가 랙(10) 측으로 이동 및 접근하여, 에이징 공정 중의 트레이(20)를 본체(110) 내부로 넣고, 충방전 테스트 공정을 진행한 후, 충방전 테스트가 완료되면, 본체(110) 내부의 트레이(20)를 랙(10)에 다시 탑재함으로써, 컨베이어를 통해 트레이를 이송시키지 않고도 동일한 장소에서 2가지 이상의 공정이 동시에 진행될 수 있다.
아울러, 랙(10)에 탑재되어 에이징 공정 중인 전지 셀 측에, 이동식 OCV 측정기(200)가 랙(10) 측으로 이동 및 접근하여, 에이징 공정 중의 트레이(20)를 측정기 내부로 넣고, OCV 측정 공정을 진행한 후, 충방전 측정이 완료되면, 측정기 내부의 트레이(20)를 랙(10)에 다시 탑재함으로써, 컨베이어 벨트(1)를 통해 트레이를 이송시키지 않고도 동일한 장소에서 3가지 이상의 공정이 동시에 진행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 충방전 설비의 운용 방법은, 이동식 충방전기(100) 및 이동식 OCV 측정기(200)를 랙(10)과 랙(10) 사이 공간으로 각각 이동시키는 이동 단계와, 랙(10)에 탑재된 트레이를 이동식 충방전기(100) 내부에 탑재시킨 후 충방전을 수행하는 충방전 단계 및 랙에 탑재된 트레이를 이동식 OCV 측정기(200) 내부에 탑재시킨 후 OCV 측정을 수행하는 측정 단계를 포함한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 충방전 설비에서의 전체 공정(41 내지 44)을 수행하기 위한 작업 동선 및 물류는, 종래 충방전 설비에서의 전체 공정(31 내지 37)을 수행하기 위한 작업 동선 및 물류 비해 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 랙
20: 트레이
31, 32: 전지 셀(cell)
100: 이동식 충방전기
200: 이동식 OCV 측정기

Claims (12)

  1. 랙(rack)과 랙 사이를 이동할 수 있는 이동 수단이 마련된 본체;
    상기 본체에 마련되며, 상기 랙에 탑재된 트레이(tray)를 본체 내부로 이송하거나, 또는 본체 내부의 트레이를 상기 랙에 탑재하도록 마련된 스태커 크레인(stacker crane)부;
    상기 본체 내부에 위치된 트레이 내의 전지 셀(cell)을 충전 또는 방전시키도록 전지 셀의 양극 단자 및 음극 단자에 전기적으로 접속되도록 마련된 양극 프로브 및 음극 프로브를 포함하는 충방전부; 및
    상기 스태커 크레인부 및 상기 충방전부를 각각 제어하기 위한 제어부를 포함하는 이동식 충방전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀에 대한 충방전부의 위치 조정을 위하여 충방전부를 수직 및 수평 이동시키기 위한 조정부를 추가로 포함하는 이동식 충방전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    충전 또는 방전 상태 정보를 서버로 전송하기 위한 통신부를 추가로 포함하는 이동식 충방전기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    충방전부에서 양극 및 음극 프로브는, 양방향 전지 셀 및 단방향 전지 셀에 모두 대응할 수 있도록 마련된 이동식 충방전기.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 이동식 충방전기;
    소정 간격으로 이격되고, 내부에 트레이가 탑재된 복수 개의 랙; 및
    이동식 충방전기와 통신 가능하게 연결되고, 이동식 충방전기를 제어하기 위한 중앙 제어부를 포함하는 충방전 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    인접하는 2개의 랙 사이의 간격은 서로 다르게 결정된 충방전 설비.
  7. 제 5 항에 있어서,
    랙의 트레이에 배치된 전지 셀들은 에이징(aiging) 공정 중인 충방전 설비.
  8. 제 5 항에 있어서,
    이동식 충방전기는 랙의 제1 면 및 제1 면과 반대방향의 제2 면 측에서 각각 트레이를 이송 및 탑재할 수 있도록 마련된 충방전 설비.
  9. 제 5 항에 있어서,
    랙과 랙 사이를 이동할 수 있는 이동 수단이 마련된 OCV 측정기를 추가로 포함하는 충방전 설비.
  10. 제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 이동식 충방전기를 랙 측으로 이동시키는 이동 단계; 및
    랙에 탑재된 트레이를 이동식 충방전기 내부에 탑재시킨 후 충방전을 수행하는 충방전 단계를 포함하는 충방전 설비의 운용 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    충방전 단계에서, 랙에 탑재된 트레이 내부의 전지 셀들은 에이징 공정 중인 충방전 설비의 운용 방법.
  12. 삭제
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