KR102050033B1 - 충방전 단자모듈과 이를 갖춘 전지셀 고온 가압장치 - Google Patents

충방전 단자모듈과 이를 갖춘 전지셀 고온 가압장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지셀 고온 가압장치의 충방전 단자모듈에 관한 것으로서, 가압수단에 의해 작동되어 전지셀을 가압하는 가압플레이트에 설치되는 장착블록; 장착블록의 한쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 지지부; 한쪽 선단에 굴곡부를 갖추고서 장착블록의 반대쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 가압부; 전지셀을 충방전시키기 위해 지지부 또는 가압부에 설치되는 한 쌍의 단자로 구성되어,
전지셀이 가압플레이트에 의해 가압된 상태에서,
한 쌍을 이루며 서로 마주보도록 배치된 상기 장착블록의 지지부와, 이에 인접한 장착블록의 가압부가 전지셀의 단자에 탄발적으로 맞대어진 상태로 전지셀이 충방전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단자가 전지셀의 단자에 맞대어지는 과정에 단자의 굴곡부가 탄성적으로 휘어지면서 단자와의 접촉상태를 지속적으로 유지함에 따라 접촉(접지)불량에 따른 오작동을 근본적으로 해소할 수 있다.

Description

충방전 단자모듈과 이를 갖춘 전지셀 고온 가압장치{High temperature pressing device for battery cell of photovoltaic module}
본 발명은 충방전 단자모듈과 이를 갖춘 전지셀 고온 가압장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 매우 단순한 구조를 이루고 있어 컴팩트화가 가능하고, 제작이 용이하며, 접지에 대한 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 충방전 단자모듈과 전지셀 고온 가압장치에 관한 것이다.
전지는 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여 전기에너지를 얻도록 한 것으로서, 이러한 화학적인 전지는 1차 전지와 2차 전지로 나누어진다.
망간전지, 알칼리전지 및 수은전지 등과 같이 한번 사용하고 버리는 전지를 1차 전지라 하며, 충전지나 납축전지처럼 전기를 다 쓰고 난 뒤 다시 충전시켜 사용할 수 있는 전지를 2차 전지라 하는데, 최근 핸드폰, PDA, 스마트폰 및 노트북컴퓨터 등 휴대용 전자기기의 보급이 증가되면서, 1회 충전으로 오래 사용할 수 있으며 수명이 긴 2차 전지에 대한 기술개발이 요구되고 있다.
이러한 2차 전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-수소(Ni-MH), 납축전지(SLA), 리튬-이온(lithium-Ion) 및 리튬-폴리머(lithium-polymer) 등이 있다.
이러한 2차 전지는 충방전 효율이나 전류용량 등을 고려하여 내부에 여러 개의 셀 즉, 단위전지들을 연결한 전지팩 형식으로 이루어져 있는데, 현재는 높은 에너지 밀도, 경량, 고전압, 무공해, 고출력, 고속충전, 우수한 수명 등의 장점을 지닌 리튬전지가 각광을 받고 있으며, 리튬전지는 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 및 리튬금속폴리머전지 등으로 분류되고 있다.
이러한 리튬전지의 제조공정에 대해 설명하면, 베어셀(bare cell)에 회로나 단자 또는 연결부품을 결합시킨 후 케이스 조립되는 하드팩(hard pack) 공정과 이 하드 팩에 충방전(formation)을 진행하는 충방전 공정으로 이루어진다.
여기서, 상기 하드팩 공정시 제품의 용도 및 요구되는 특성에 맞게 전지의 형태 및 모양이 결정되며, 충방전 공정시 전지의 성능이 결정되고 제품의 양부가 판정된다.
2차 전지의 충방전 과정은 그립퍼 어셈블리의 전류 전극탭 및 전압 전극탭과 지지대 사이에 배치된 전극탭을 압지하여 충방전이 이루어지는데, 이러한 과정에서 한정된 공간에서 다수의 전지셀을 충방전할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
그런데 종래 기술의 경우 전지를 충방전하기 위해서 전류를 인가하는 그립퍼의 두 개의 클립이 전지의 전극을 물어주는 힘이 부족하여 전지 충방전 작업시 전극 부분이 유동되거나 하는 등의 경우가 생겨서 전지 충방전 작업시 불안정하고 충방전 효율도 저하되는 문제가 있다.
또한, 구조가 매우 복잡해 유지보수 측면에서 매우 불리하고, 제작에 어려움은 물론 컴팩트화가 쉽지 않았으며, 이에 따라 작업생산성이 많이 떨어지는 근본적인 문제가 있었다.
1. 국내등록특허 제10-1076411호(2011.10.18 등록) 2. 국내등록특허 제10-1032701호(2011.04.26 등록) 3. 국내등록특허 제10-1032380호(2011.04.25 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 전지셀이 가압플레이트에 의해 가압된 상태에서 충방전 단자모듈이 전지셀의 단자에 탄발적으로 맞대어진 상태로 전지셀이 충방전되도록 하는 충방전 단자모듈을 제공하려는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 매우 단순한 구조를 이루고 있어 컴팩트화가 가능하고, 제작이 용이하며, 부품이 손상된 경우 해당부품만 교체하면 되므로 유지보수 측면에서 매우 유리할 뿐만 아니라 접지에 대한 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 충방전 단자모듈과 이를 갖춘 전지셀 고온 가압장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
가압수단에 의해 작동되어 전지셀을 가압하는 가압플레이트에 설치되는 장착블록; 장착블록의 한쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 지지부; 한쪽 선단에 굴곡부를 갖추고서 장착블록의 반대쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 가압부; 전지셀을 충방전시키기 위해 지지부 또는 가압부에 설치되는 한 쌍의 단자로 구성되어,
전지셀이 가압플레이트에 의해 가압된 상태에서,
한 쌍을 이루며 서로 마주보도록 배치된 상기 장착블록의 지지부와, 이에 인접한 장착블록의 가압부가 전지셀의 단자에 탄발적으로 맞대어진 상태로 전지셀이 충방전되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지지부는 절연재질이고,
상기 단자는 바디부와, 바디부로부터 연장되며 말단이 굴곡진 탄성부로 구성된 전류단자 및 전압단자로 이루어져 가압부의 구성요소로 적용되며,
상기 가압부는,
절연재질의 하우징과, 하우징에 전압단자, 절연막, 전류단자가 순차적으로 적층되어 일체화된 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단자는 전류단자와 전압단자로 이루어지되, 둘 중 어느 하나는 지지부에 설치되어 지지부와 일체화된 구조를 이루고, 나머지 어느 하나는 가압부에 설치되어 가압부와 일체화된 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서,
상기 가압부에 설치되는 단자는 절개부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전지셀이 가압플레이트에 의해 가압된 상태에서 단자가 전지셀의 단자에 맞대어지는 과정에 단자의 굴곡부가 탄성적으로 휘어지면서 단자와의 접촉상태를 지속적으로 유지함에 따라 접촉(접지)불량에 따른 오작동을 근본적으로 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 매우 단순한 구조를 이루고 있어 컴팩트화가 가능하고, 제작이 용이하며, 부품이 손상된 경우 해당부품만 교체하면 되므로 유지보수 측면에서 매우 유리할 뿐만 아니라 접지에 대한 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 단자에 다수의 절개부를 마련하게 되면 단자가 휘어있거나 마주보게 배치되어 있지 않더라도 이에 상응하게 굴곡부가 탄성적으로 휘면서 맞대어질 수 있기 때문에 전지셀의 단자와에 접촉을 극대화할 수 있어 접촉(접지)불량을 크게 낮출 수 있으며, 특히 굴곡부 각각이 적은 힘에도 탄성 변형될 수 있어 접촉성능을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전지셀 고온 가압장치의 충방전 단자모듈의 평면도.
도 2는 도 1의 A - A' 단면도.
도 3은 도 1의 B - B' 단면도.
도 4는 도 3의 확대도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 충방전 단자모듈의 제1실시 예를 도시한 정면사시도와 배면사시도 및 분해사시도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 충방전 단자모듈를 이용해 전지셀의 단자를 가압하는 과정을 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 충방전 단자모듈의 제2실시 예를 도시한 정면사시도와 배면사시도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전지셀 고온 가압장치의 충방전 단자모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A - A' 단면도이며, 도 3은 도 1의 B - B' 단면도이이며, 도 4는 도 3의 확대도이며, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 충방전 단자모듈의 제1실시 예를 도시한 정면사시도와 배면사시도 및 분해사시도이다.
일 예로, 상기 전지셀 고온 가압장치는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 전지셀(Bt)이 탑재되는 지그본체(A)와; 각각의 전지셀(Bt) 계면에 개재되는 가압플레이트(B)와; 가압플레이트(B) 사이에 배치되어 전지셀(Bt)을 떠받치는 속지(C)와; 가압플레이트(B)를 이동시켜 전지셀(Bt)이 가압되도록 하는 가압수단(D)으로 구성되며, 이는 해당분야에서 널리 공지된 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한 상기 가압플레이트(B)는 열선(미도시)을 구비할 수 있다.
일 예로서, 제1실시 예에 따른 단자모듈(1)은, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가압플레이트(B)의 양측 하단부에 각각 설치되고, 가압플레이트(B)에 의해 이동되며, 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와 탄발적으로 맞대어져서 전지셀(Bt)이 충방전될 수 있도록 하는 기능을 한다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 단자모듈(1)은 장착블록(10)과 지지부(20) 및 가압부(30) 그리고 한 쌍의 단자(40)로 구성된다.
상기 장착블록(10)은 직육면체형상의 부재로서, 한쪽 면과 반대쪽 면에는 각각 지지부삽입홈(11)과 가압부삽입홈(12)이 구비된다.
일 예로서, 상기 지지부삽입홈(11)에는 지지부(20)가 삽탈가능하게 끼워져 수직하게 입설되며 고정수단(나사볼트)을 매개로 고정되고, 가압부삽입홈(12)에는 가압부(30)가 삽탈가능하게 끼워져 수직하게 입설되며 고정수단(나사볼트)을 매개로 고정된다.
상기 지지부(20)는 일정한 폭과 두께를 갖는 절연재질의 플레이트(판)로서, 장착블록(10)의 지지부삽입홈(11)에 끼워져 고정수단(나사볼트)을 매개로 고정되며, 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1) 일면에 맞대어져 단자(Bt-1)를 지지하는 역할을 한다.
상기 가압부(30)는 일정한 폭과 두께를 갖는 절연재질의 플레이트(판)로서, 장착블록(10)의 가압부삽입홈(12)에 끼워져 고정수단(나사볼트)을 매개로 고정되며, 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1) 타면을 지지부(20)를 향해 가압하는 역할을 한다.
또한, 상기 가압부(30)에는 단자(40)의 굴곡부(41b,42b)가 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1) 가압시 탄성적으로 휘는 굴곡부(41b,42b)를 내측에 수용할 수 있도록 일정한 크기로 절개된 수용부(31)가 형성된다.
상기 한 쌍의 단자(40)는 지지부(20) 또는 가압부(30)에 설치되어 전지셀(Bt)을 충방전시키기 위한 용도로 이용된다.
상기 한 쌍의 단자(40)는 전도체로, 본 실시 예의 경우 전압단자(41)와 전류단자(42)로 구성되어 가압부(30)의 구성요소로 적용된다.
상기 전압단자(41)는 바디부(41a)와, 바디부(41a)로부터 연장되며 말단부에 탄성을 갖는 굴곡부(41b)로 구성된다.
상기 전류단자(42)는 바디부(42a)와, 바디부(42a)로부터 연장되며 말단부에 탄성을 갖는 굴곡부(42b)로 구성된다.
상기 전압단자(41)와 전류단자(42)는 가압부(30)에 순차적으로 적층되어 고정수단(나사볼트)을 매개로 고정되며, 전압단자(41)와 전류단자(42) 사이에는 절연을 위한 절연막(43)이 형성된다.
또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 전압단자(41)의 굴곡부(41b)는 전류단자(42)의 굴곡부(42b)보다 상대적으로 더 길게 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)를 향해 돌출되게 형성되며, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 단자(40)의 굴곡부(41b,42b)가 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와의 접촉시 전압단자(41)의 굴곡부(41b)가 선(先)접촉된 다음 전류단자(42)의 굴곡부(42b)가 후(後)접촉하게 된다.
그리고 상기 전압단자(41)에는 전압선(미도시)이, 전류단자(42)에는 전류선(미도시)이 각각 설치된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 제1실시 예에 따른 전지셀 고온 가압장치의 충방전 단자모듈의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 충방전 단자모듈를 이용해 전지셀의 단자를 가압하는 과정을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 지그본체(A)에 일정간격으로 배열된 가압플레이트(B) 사이에 전지셀(Bt)을 삽입하고, 삽입된 전지셀(Bt)이 가압플레이트(B) 사이에 개입된 속지(C)에 의해 지지되도록 한다.
상기와 같이 전지셀(Bt)을 삽입한 상태에서 가압수단(D)에 의해 가압플레이트(B)가 전지셀(Bt)을 가압하도록 한 다음, 가압플레이트(B)에 설치된 열선(미도시)을 동작시켜 전지셀(Bt)이 가압된 상태에서 고온을 인가하며, 이때 가압플레이트(B)와 함께 이동된 충방전 단자모듈(1)은 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와 탄발적으로 맞대어진다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 가압플레이트(B)가 전지셀(Bt)을 가압하기 위해 이동하게 되면, 가압플레이트(B)에 설치된 충방전 단자모듈(1) 역시 함께 이동되어 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와 탄발적으로 맞대어진다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 전지셀(Bt)이 가압플레이트(B)에 의해 가압되고 있는 상태에서 한 쌍을 이루며 서로 마주보도록 배치된 장착블록(10')의 지지부(20')와 이에 인접한 장착블록(10)의 가압부(30)에 설치된 단자(40)가 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)에 탄발적으로 맞대어지고, 이와 같이 맞대어진 상태에서 전지셀(Bt)의 충방전이 이루어지게 된다.
특히, 상기 단자(40)가 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)에 맞대어지는 과정에 단자(40)의 굴곡부(41b,42b)가 휘어지면서 단자(Bt-1)와의 접촉상태를 지속적으로 유지함에 따라 접촉불량에 따른 오작동을 근본적으로 해소할 수 있다.
그리고 일정 시간이 흐른 후, 가압플레이트(B)의 열선(미도시)의 동작을 중지한 후 일정시간 동안 대기한 다음, 다시 가압수단(D)에 의해 가압플레이트(B)의 가압상태를 해제하여 전지셀(Bt)을 취출한다.
본 실시 예에 의하면, 상기 단자(40)가 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)에 맞대어지는 과정에 단자(40)의 굴곡부(41b,42b)가 탄성적으로 휘어지면서 단자(Bt-1)와의 접촉(접지)상태를 지속적으로 유지함에 따라 접촉(접지)불량에 따른 오작동을 근본적으로 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 매우 단순한 구조를 이루고 있어 제작이 용이하고, 부품이 손상된 경우 해당부품만 교체하면 되므로 유지보수 측면에서 매우 유리하다.
또한, 상기 단자(40)와 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1) 간의 접지시 단자(40)의 굴곡부(41b,42b)가 탄성적으로 휘어지면서 수용함에 따라 파손을 방지할 수 있으며, 이에 따라 제품수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.
한편, 단자(40)를 단순히 판으로 제작하게 되면, 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와 균일하게 접촉이 이루어지지 않을 경우 접촉불량이 생길 수 있다.
즉, 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)가 휘어 있거나, 단자(40)의 설치상태가 올바르지 않아 단자(40)와 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)가 서로 마주보게 배치되어 있지 않을 경우 접촉불량을 유발할 수 있다.
이에 본 실시 예에서는 단자(40)에 다수의 절개부(42c)를 마련하게 굴곡부(42b)가 단자(Bt-1)에 최대한 접촉될 수 있도록 하였다.
상기와 같이 단자(40)에 다수의 절개부(42c)를 마련하게 되면 단자(Bt-1)가 휘어있거나 마주보게 배치되어 있지 않더라도 이에 상응하게 굴곡부(42b)가 탄성적으로 휘면서 맞대어질 수 있기 때문에 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와에 접촉을 극대화할 수 있어 접촉불량을 크게 낮출 수 있으며, 특히 굴곡부(42b) 각각이 적은 힘에도 탄성 변형될 수 있어 접촉성능을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 충방전 단자모듈의 제2실시 예를 도시한 정면사시도와 배면사시도이다.
제2실시 예에 따른 충방전 단자모듈(1')은 앞선 제1실시 예에 따른 충방전 단자모듈(1)과 전반적으로 동일하며, 다만 지지부(20)에 가압부(30')와 일체형 구조를 이루던 전압단자(41')가 설치된다는 점만 상이하다.
또한, 상기 전압단자(41')의 형태가 앞선 제1실시 예의 전압단자(41)와 일부 상이하다.
상기 전압단자(41')는 일정한 폭과 두께는 갖는 플레이트(판)로서, 전지셀(Bt)의 단자(Bt-1)와 맞대어지는 면에 요철이 형성되어 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 아니하였지만, 변형 예로서, 절연재질의 지지부(20)에 도전체인 한 쌍의 단자(40) 즉, 굴곡부(41b,42b)가 생략된 플레이트타입의 전압단자(41)와 전류단자(42)가 나란하게 설치되고, 절연재질의 가압부(30)에는 탄성을 갖는 굴곡부가 마련될 수 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
A: 지그본체 B: 가압플레이트 C: 속지
D: 가압수단 1, 1': 충방전 단자모듈 10, 10': 장착블록
11: 지지부삽입홈 12: 가압부삽입홈 20, 20': 지지부
30, 30': 가압부 40, 40': 단자 41, 41': 전압단자
42, 42': 전류단자 43: 절연막 Bt: 전지셀
Bt-1: 단자

Claims (5)

  1. 가압수단에 의해 작동되어 전지셀을 가압하는 가압플레이트에 설치되는 장착블록; 장착블록의 한쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 지지부; 한쪽 선단에 굴곡부를 갖추고서 장착블록의 반대쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 가압부; 전지셀을 충방전시키기 위해 지지부 또는 가압부에 설치되는 한 쌍의 단자로 구성되어,
    전지셀이 가압플레이트에 의해 가압된 상태에서,
    한 쌍을 이루며 서로 마주보도록 배치된 상기 장착블록의 지지부와, 이에 인접한 장착블록의 가압부가 전지셀의 단자에 탄발적으로 맞대어진 상태로 전지셀이 충방전되는 것을 특징으로 하는 충방전 단자모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부와 가압부는 절연재질이고,
    상기 단자는 바디부와, 바디부로부터 연장되며 말단이 굴곡진 탄성을 갖는 굴곡부로 구성된 전류단자 및 전압단자로 이루어지며,
    상기 가압부에는 전압단자와 절연막 및 전류단자가 순차적으로 적층되어 일체화된 구조를 이루되, 전압단자의 굴곡부는 전류단자의 굴곡부보다 상대적으로 더 길게 전지셀의 단자를 향해 돌출되게 형성되며,
    상기 가압부는 탄성적으로 휘는 굴곡부를 수용할 수 있도록 일정한 크기로 절개된 수용부를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 단자모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단자는 전류단자와 전압단자로 이루어지되, 둘 중 어느 하나는 지지부에 설치되어 지지부와 일체화된 구조를 이루고, 나머지 어느 하나는 가압부에 설치되어 가압부와 일체화된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 충방전 단자모듈.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가압부에 설치되는 단자는 절개부를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 단자모듈.
  5. 다수의 가압플레이트를 갖추고서 가압플레이트 사이에 끼워지는 전지셀을 가압한 상태에서 전지셀을 충방전하는 전지셀 고온 가압장치에 있어서,
    상기 가압플레이트에는 충방전 단자모듈이 설치되고;
    상기 충방전 단자모듈은,
    상기 가압플레이트에 설치되는 장착블록; 장착블록의 한쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 지지부; 한쪽 선단에 굴곡부를 갖추고서 장착블록의 반대쪽 면에 착탈가능하게 설치되는 가압부; 전지셀을 충방전시키기 위해 지지부 또는 가압부에 설치되는 한 쌍의 단자로 구성되어,
    전지셀이 가압플레이트에 의해 가압된 상태에서,
    한 쌍을 이루며 서로 마주보도록 배치된 상기 장착블록의 지지부와, 이에 인접한 장착블록의 가압부가 전지셀의 단자에 탄발적으로 맞대어진 상태로 전지셀이 충방전되는 것을 특징으로 하는 전지셀 고온 가압장치.
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