KR102280334B1 - 이차전지 충방전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차전지 충방전 장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 이차전지 충방전 장치는, 이차전지 셀이 삽입 가능한 셀 삽입 공간이 형성되게 상호 간 소정 간격 이격 배치되고, 상기 이격 거리가 좁아지게 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하는 복수 개의 압착 플레이트들; 시트 형태로서, 상기 압착 플레이트들의 상단에 부착되는 부착부들과, 상기 부착부들 사이 영역이 접힘으로써 상기 셀 삽입 공간 속에 개재되는 폴딩부를 갖도록 형성되는 간지; 및 상기 간지의 부착부들을 사이에 두고 상기 압착 플레이트의 상단에 끼움 및 끼움 해제 방식으로 탈부착 가능하게 마련되는 간지 고정유닛을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 충방전 장치{Apparatus for charging and discharging secondary battery}
본 발명은, 이차전지 충방전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지 셀을 지지하는 간지 교체 작업을 간단하고 빠르게 수행할 수 있는 이차전지 충방전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 그 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 그 중 파우치형 이차전지는 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있어 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 파우치형 이차전지에는 전극 조립체가 적층된 형태로 수납되는데, 상기 전극 조립체에는 전극 탭 및 전극 리드가 연결되어 있고, 상기 전극 리드는 파우치 외장재로부터 돌출되어 있다. 이러한 전극 리드는 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되어 외부장치로부터 전력을 공급받게 된다.
파우치형 이차전지는 셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되며, 전지 활성화 단계에서는 충방전 장치에 이차전지 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전 및 방전을 수행하게 된다. 이와 같이, 전지의 활성화를 위해 충방전 장치를 이용해 소정의 충방전을 실시하는 과정을 포메이션(formation) 공정이라고 한다.
이러한 이차전지의 포메이션 공정을 수행하기 위해서는 이차전지가 충방전 장치에 제대로 장착되어야 한다. 즉, 이차전지의 전극 리드가 충방전 장치의 도전부에 접하도록 배치되어 양자가 전기적으로 연결되어야 하고, 충방전이 진행되는 동안에 이러한 전기적 연결 상태가 유지되어야 한다.
이를 위해 이차전지의 충방전 장치는 이차전지 셀을 고정하기 위한 복수 개의 압착 플레이트를 구비하는 것이 일반적이다. 상기 압착 플레이트 2장 사이에 각각 파우치형 이차전지를 끼우고 양측에서 압력을 가하면서, 이차전지의 리드를 통해 전류를 인가하여 충전을 한다.
이와 같이, 압착 플레이트로 이차전지 셀을 눌러줌으로써 충방전 과정에서 가스 발생에 따른 이차전지 셀의 두께 증가를 억제할 수 있다. 이때 발생한 가스는 가스 포켓부에 포집하여 활성화 공정 후 제거한다. 여기서 상기 가스 포켓부는 파우치 외장재의 일부분으로서 활성화 공정에서 가압되는 셀 바디 부분에서 전극 리드에 교차하는 방향으로 연장 형성되어 있는 부분으로 추후 파우치 외장재에서 커팅(cutting)처리될 수 있다.
한편, 종래 기술에 따른 이차전지 충방전 장치를 사용하여 포메이션 공정을 진행할 때, 도 1에 도시한 바와 같이, 간지(4)를 사용하여 이차전지 셀(2)을 일정 높이로 떠받힌 상태에서 압착 플레이트(3)로 이차전지 셀(2)의 바디를 가압한다.
상기 간지(4)는 여러 겹으로 접혀 압착 플레이트(3)들 사이 공간에 개재될 수 있으며, 나머지 부분들은 압착 플레이트(3)의 상단에 고정될 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이, 압착 플레이트(3)의 상단에 간지(4)의 일부분을 걸쳐 놓고 다시 그 위에 고정대(5)를 놓은 다음, 이들에 볼트(6)를 체결하여 간지(4)를 압착 플레이트(3)의 상단에 고정한다.
그런데 이와 같은 종래 기술에 따른 이차전지 충방전 장치는 상기 간지(4)를 교체해야 할 때, 모든 압착 플레이트(3)들에서 볼트(6)들을 다 뺀 후 간지(4)를 교체 후 다시 볼트(6)를 재체결해야 하므로 간지(4) 교체 작업에 장시간이 소요되고 있다. 또한, 압착 플레이트 또는 그와 연관된 부품을 교환하는 경우에도 간지 교체 후 볼트를 재체결해야 하므로 마찬가지로 소요되는 시간이 매우 길다. 따라서 간지를 압착 플레이트에 안정적으로 고정시킬 수 있으면서도 필요 시에는 신속하고 간편하게 분리시킬 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1714951호 (2017.03.09) 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 충방전 시 이차전지 셀을 지지하는 간지 및 이와 연관된 부품의 교환 작업을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 이차전지 충방전 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치는, 이차전지 셀이 삽입 가능한 셀 삽입 공간이 형성되게 상호 간 소정 간격 이격 배치되고, 상기 이격 거리가 좁아지게 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하는 복수 개의 압착 플레이트들; 시트 형태로서, 상기 압착 플레이트들의 상단에 부착되는 부착부들과, 상기 부착부들 사이 영역이 접힘으로써 상기 셀 삽입 공간 속에 개재되는 폴딩부를 갖도록 형성되는 간지; 및 상기 간지의 부착부들을 사이에 두고 상기 압착 플레이트의 상단에 끼움 및 끼움 해제 방식으로 탈부착 가능하게 마련되는 간지 고정유닛을 포함할 수 있다.
상기 간지 고정유닛은, 상기 압착 플레이트의 상단에 대면하게 마련되는 간지 고정대와, 상기 간지 고정대의 하부에 직교하게 결합되는 간지 고정핀들을 포함하고, 상기 간지 고정핀들은 상기 간지의 부착부를 통과하여 상기 압착 플레이트의 상단에 함몰 형성되는 끼움홈들에 억지 끼움 결합될 수 있다.
상기 간지 고정대에 대향하게 상기 압착 플레이트의 상단에 설치되는 와셔대를 더 포함하고, 상기 간지 부착부는 상기 간지 고정대와 상기 와셔대 사이에 압착될 수 있다.
상기 간지 고정대는 서로 분리 가능한 복수 개의 단위 간지 고정대들을 포함할 수 있다.
상기 간지 고정대의 상부에 직교하게 결합되고, 상기 셀 삽입 공간을 향하는 방향으로 경사면 또는 곡면 형상을 구비하도록 형성된 셀 진입 가이드들을 더 포함할 수 있다.
상기 셀 진입 가이드들은 상기 간지 고정대의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 미리 지정된 위치마다 하나씩 배치될 수 있다.
상기 셀 진입 가이드들 각각은, 슬라이드 이동 가능하게 상기 간지 고정대에 연결되는 가이드 결합부; 및 상기 가이드 결합부와 일체로 형성되고 상기 경사면 또는 곡면 형상을 취하는 가이드 형상부를 포함할 수 있다.
상기 가이드 결합부는 상기 간지 고정대의 상면을 따라 구름 이동하며 상기 간지 고정대의 상면에 미리 지정된 위치마다 함몰 형성되어 있는 위치세팅용 홈들 중 어느 하나에 끼워지는 볼 플런저를 구비하고 위치 이동 및 고정이 이루어질 수 있다.
상기 간지 고정대는, 상부 몸체의 폭이 하부 몸체의 폭보다 더 크게 형성되는 가이드 이동구간과, 상부 몸체와 하부 몸체의 폭이 동일하게 형성되는 가이드 분리구간을 구비하고, 상기 가이드 결합부는 상기 가이드 분리구간에 수직으로 끼워지고 상기 가이드 이동구간에서 분리되지 않게 상기 가이드 이동구간의 상부 몸체를 감싸며, 상기 상부 몸체의 하단에 상하 방향으로 걸림 결합되게 마련될 수 있다.
상기 간지 고정대는 서로 분리 가능한 복수 개의 단위 간지 고정대를 포함하며, 상기 단위 간지 고정대들의 상기 가이드 분리구간들은 서로 연결되게 배치될 수 있다.
각각의 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 압착 플레이트와 일체로 이동하여, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분을 가압하며 접촉하는 그립퍼 유닛들을 더 포함할 수 있다.
각각의 상기 그립퍼 유닛들에 이웃하게 장착되어 상기 전극 리드와 이웃한 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 가압하게 마련되는 푸쉬바 유닛들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 활성화 공정 시 이차전지 셀을 지지하는 간지 및 이와 연관된 부품의 교환 작업을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 이차전지 충방전 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이차전지 셀들을 충방전 장치에 탑재시 이차전지 셀들이 셀 진입 가이드에 의해 가이드 됨으로써 이차전지 셀들을 정 위치에 효율적으로 로딩시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 셀 진입 가이드가 간지 고정대에 좌,우로 이동 가능하게 결합 됨으로써 셀 진입 가이드의 위치 조정 및 간지 고정대의 설치 및 분리가 매우 간편해질 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 볼트를 이용한 간지 고정 방식을 채용한 이차전지 충방전 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 측면도와 상면도이다.
도 3 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 4은 도 3의 상면도이다.
도 5는 도 3의 일부분에 대한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 압착 플레이트와 간지 고정대의 결합 사시도이다.
도 7은 도 6의 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 간지 조립 과정을 나타내기 위한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 진입 가이드의 사시도이다.
도 11은 도 10의 셀 진입 가이드와 간지 고정대의 결합 사시도이다.
도 12는 도 11의 주요 부분 확대도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 다른 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛의 결합 사시도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 가압 전/후 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛 부분의 상면 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 이차전지 충방전 장치는, 조립이 완료된 후 활성화되지 않은 상태의 이차전지 셀을 충방전하여 활성화시키기 위한 장치를 의미한다. 상기 이차전지 충방전 장치는 주로 이차전지 셀의 활성화에 사용될 뿐만아니라 이차전지 셀의 성능 테스트, 예컨대 셀의 단락 여부를 검사하는데 사용될 수도 있다.
도 3 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략적인 구성을 도시한 사시도, 도 4은 도 3의 상면도, 그리고 도 5는 도 3의 일부분에 대한 측면도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전 장치(1)는 복수 개의 압착 플레이트(10)들, 간지(20), 간지 고정유닛(30), 셀 진입 가이드(40)들, 그립퍼 유닛(50)들, 그리고 푸쉬바 유닛(60)들을 포함하여 구성될 수 있다.
충방전 과정에서 이차전지 셀(2)은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 상기 압착 플레이트(10)들은 충방전 과정에서 이러한 이차전지 셀(2)들을 가압하여 스웰링을 막아주는 역할을 한다.
압착 플레이트(10)들은 각각 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나 넓어지게 각각 (±X축 방향으로)이동하도록 구성된다. 상기 이격 공간은 적어도 하나의 이차전지 셀(2)이 삽입될 수 있을 정도이다. 이하에서 상기 이격 공간을 셀 삽입 공간(S)이라 정의하기로 한다.
도면의 편의상 도시하지 않았으나, 압착 플레이트(10)들은 그 하부 영역에 X축 방향으로 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 물론, 이차전지 셀(2)을 가압하는 방향으로 압착 플레이트(10)들을 이동시킬 수 있는 구동 메카니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
압착 플레이트(10)들은 높은 열과 압력에도 변형이 없도록 기계적 강성이 높은 금속 재질로 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 금속 재질의 압착 플레이트(10)로 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 압착 플레이트(10)는 스테인리스 스틸을 비롯해 강화 플라스틱, 강화 세라믹 또는 강화 유리 등으로 제작될 수도 있다.
이러한 압착 플레이트(10)들 사이 사이에, 도 3 및 도 4와 같이, 비활성화 상태로 가스 포켓부(2d)를 구비한 이차전지 셀(2)들이 픽업 장비로 운반되어 각각 하나씩 끼워 넣어져 배치될 수 있다.
이때, 도 5와 같이, 이차전지 셀(2)을 일정 높이로 떠받히며 가압시 압착 플레이트(10)로부터 이차전지 셀 바디(2a) 면을 보호하기 위해 간지(20)를 사용한다.
상기 간지(20)는 시트 형태로서, 압착 플레이트(10)들의 상단에 부착되는 부착부(21)들과, 상기 부착부(21)들 사이 영역이 접힘으로써 상기 셀 삽입 공간(S) 속에 개재되는 폴딩부(22)를 갖도록 구성될 수 있다.
이를테면, 간지(20)는 도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 사각 면 시트를 반으로 접어, 그 접힌 부분을 상기 셀 삽입 공간(S) 속에 개재하고 양쪽 가장자리를 2개의 압착 플레이트(10)의 상단에 각각 부착할 수 있게 구성된다. 상기 양쪽 가장자리가 부착부(21)들에 해당하고, 부착부(21)들 사이 부분이 폴딩부(22)에 해당한다.
본 실시예의 경우, 압착 플레이트(10) 2개당 하나의 간지(20)가 사용되었으나, 대안적 예로서 하나의 커다란 사각 면 시트를 여러 번 접어 2개 이상의 폴딩부(22)들과 3개 이상의 부착부(21)들을 구비한 하나의 간지(20)를 만들어 이를 3개 이상의 압착 플레이트(10)에 적용할 수도 있다.
간지 고정유닛(30)은 상기 간지(20)의 부착부(21)들을 압착 플레이트(10)의 상단에 고정하는 역할을 한다. 자세히 후술하겠지만 본 실시예의 경우 간지 고정유닛(30)이, 종전처럼 볼트 해체 및 재체결 방식을 사용하지 않고, 간지(20)의 부착부(21)를 사이에 두고 압착 플레이트(10)의 상단에 끼움 및 끼움 해제 방식으로 탈부착될 수 있어 간지(20) 및 이와 연관된 부품들의 교환 작업에 소요되는 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
상기 간지 고정유닛(30), 도 6 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 압착 플레이트(10)의 상단에 대면하게 마련되는 간지 고정대(31)와, 상기 간지 고정대(31)의 하부에 직교하게 결합되는 간지 고정핀(33)들을 포함할 수 있다.
간지 고정대(31)는 간지(20)의 부착부(21) 전체를 커버할 수 있도록 압착 플레이트(10)의 상단 라인 따라 간지(20)의 부착부(21) 위에 배치될 수 있다. 또한, 상기 간지 고정대(31)는 서로 분리 가능한 단위 간지 고정대(31)들로 구성되어 각각 압착 플레이트(10)의 상단에 개별적으로 탈부착되게 마련될 수 있다.
간지 고정핀(33)들은 상기 간지(20)의 부착부(21)를 수직으로 관통하여 상기 압착 플레이트(10)의 상단에 함몰 형성되어 있는 끼움홈(12)들에 일대일 대응하게 억지 끼움 결합될 수 있다.
또한, 압착 플레이트(10)의 상단에 와셔대(13)를 덧댐으로써 간지 고정대(31) 장착시 압착 플레이트(10)의 상단 표면 손상 방지 및 결합력 강화를 도모할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 압착 플레이트(10)의 상단에 간지(20)의 부착부(21)를 놓고 간지 고정핀(33)들을 끼움홈(12)들에 일치시킨 상태에서 간지 고정대(31)를 압착 플레이트(10)의 상단에 눌러줌으로써 간지(20)를 간단하고 신속하게 압착 플레이트(10)에 조립할 수 있다. 간지(20)의 분해 과정은 상기 조립 과정의 역순이므로 간단하고 신속하게 수행될 수 있음은 물론이다.
후술할 셀 진입 가이드(40)는 간지 고정대(31)의 상부에 직교하게 결합될 수 있다. 이러한 셀 진입 가이드(40) 부분을 파지하고 간지 고정대(31)를 들어올리거나 내릴 수 있어 압착 플레이트(10)의 상단에 간지 고정대(31)를 장착하거나 탈착하기 수월해질 수 있다.
따라서 간지(20)를 교체하고자 할 때, 셀 진입 가이드(40)를 파지하고 간지 고정대(31) 자체를 들어올린 후 기존 간지(20)를 빼내고 새로운 간지(20)를 셀 삽입 공간(S)에 개재시킨 다음, 간지 고정대(31)를 압착 플레이트(10)의 상단에 다시 장착하면 된다. 그러므로 간지(20) 교체 작업에 소요되는 시간이 현저히 단축될 수 있다.
한편, 셀 진입 가이드(40)는 간지 고정대(31)를 탈부착시킬 때 손잡이 역할을 용도 이외에도 이차전지 셀(2)들을 각각 압착 플레이트(10)들 사이사이에 로딩시킬 때, 각각의 이차전지 셀(2)들이 대응하는 셀 삽입 공간(S) 속으로 정확히 유도될 수 있게 안내하는 역할을 한다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 셀 진입 가이드(40)는 슬라이드 이동 가능하게 간지 고정대(31)에 연결되는 가이드 결합부(41)와 일체로 형성되고 상기 경사면 또는 곡면 형상을 취하는 가이드 형상부(43)를 포함한다. 이러한 셀 진입 가이드(40)는 간지 고정대(31)의 길이 방향을 따라 미리 지정된 위치마다 하나씩 배치될 수 있다.
상기 셀 진입 가이드(40)에 의하면, 이차전지 셀(2)의 로딩시 약간의 오차가 있더라도 이차전지 셀(2)이 가이드 형상부(43)의 경사면 또는 곡면을 타고 내려올 수 있어 셀 로딩 위치상의 오차가 보상될 수 있다.
따라서 이차전지 셀(2) 로딩 공정이 수월해질 수 있으며, 또한 이차전지 셀(2) 로딩 과정에서 간지 고정대(31) 또는 압착 플레이트(10)의 상단에 부딪히거나 벗어나서 생길 수 있는 셀 손상을 방지할 수 있다. 이러한 셀 진입 가이드(40)는 내열성과 강도가 우수한 나일론계 플라스틱 재질(PA66) 또는 섬유 강화 플라스틱 재질(GF66)로 제작될 수 있다.
본 실시예는 총 4개의 셀 진입 가이드(40)를 2개의 단위 간지 고정대(31) 상에 2개씩 설치하였는데, 이는 로딩되는 이차전지 셀(2)의 길이를 고려하여 안분한 것으로, 본 실시예보다 길이가 짧은 이차전지 셀(2)을 셀 삽입 공간(S)들 속에 로딩시킬 때는 셀 진입 가이드(40)들 간의 간격을 더 좁게 조정할 필요가 있다.
이를 위해, 셀 진입 가이드(40)들은 가이드 결합부(41)가 간지 고정대(31)를 따라 좌우로 슬라이드 이동 가능하게 마련된다.
구체적으로, 도 10 내지 도 12을 참조하면, 가이드 결합부(41)는 하부 측에 끼움공(41a)과 걸림턱(41b)을 구비하고 간지 고정대(31) 위에 끼워 맞추어져 거치될 수 있게 구성된다. 상기 끼움공(41a)은 가이드 결합부(41)의 길이 방향을 따라 하부 중앙 영역이 절개되어 간지 고정대(31)와 상하 방향으로 형상 맞춤되는 빈 공간으로 윗쪽 공간이 아랫쪽 공간보다 폭이 크게 형성되어 있다.
이러한 가이드 결합부(41)와 결합하게 되는 간지 고정대(31)는 가이드 이동구간(31a)과 가이드 분리구간(31b)을 포함하며, 상기 가이드 이동구간(31a)은 상부 몸체(B1)의 폭이 상기 끼움공(41a)의 윗쪽 공간에 대응되고 하부 몸체(B2)의 폭은 상기 상부 몸체(B1)의 폭보다 좁고 상기 끼움공(41a)의 아랫쪽 공간에 대응하게 형성되어 있으며, 상기 가이드 분리구간(31b)은 몸체가 상기 끼움공(41a)의 아랫쪽 공간에 대응하게 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 간지 고정대(31)는 서로 분리 가능한 2 개의 단위 간지 고정대(31)를 포함한다. 상기 2개의 단위 간지 고정대(31)들은, 도 12에 도시한 바와 같이, 가이드 분리구간(31b)들이 서로 연결되어 있는데, 셀 진입 가이드(40)는 이러한 2개의 단위 간지 고정대(31)들의 가이드 분리구간(31b)의 위에서 아래로 끼워 넣어질 수 있으며 이렇게 끼워 넣어진 다음 좌우로 이동하여 가이드 이동구간(31a)에 위치될 수 있다.
그리고 가이드 이동구간(31a)에 위치한 셀 진입 가이드(40)는 가이드 결합부(41)가 가이드 이동구간(31a)의 상부 몸체(B1)를 감싸는 형태를 취하며 걸림턱(41b)이 상부 몸체(B1)의 하단에 걸림 결합되어 있어 가이드 이동구간(31a)에서 분리되지 않게 된다.
또한, 가이드 결합부(41)는 상기 간지 고정대(31)의 상면을 따라 구름 이동하며 상기 간지 고정대(31)의 상면에 미리 지정된 위치마다 함몰 형성되어 있는 위치세팅용 홈(32)들 중 어느 하나에 끼워지는 볼 플런저(42)를 구비할 수 있다.
볼 플런저(42)는 볼 플런저(42)의 볼 부분이 상기 끼움공(41a) 속에 위치하게 가이드 결합부(41)의 상면을 수직으로 통과하게 결합될 수 있다. 이러한 볼 플런저(42)는 가이드 형상부(43)를 기준으로 그 양옆에 하나씩의 마련될 수 있다.
상기 볼 플런저(42)의 볼 부분은 간지 고정대(31)의 상면, 예컨대 가이드 이동구간(31a)의 상면에 등 간격으로 구비되어 있는 위치세팅용 홈(32)들 중 어느 하나에 끼워져 수용될 수 있다.
이와 같은 볼 플런저(42) 구성에 의하면, 셀 진입 가이드(40)의 좌우 슬라이드 이동시 마찰력이 줄어들어 이동이 매끄러워 질 수 있고, 간지 고정대(31)의 상면에 위치세팅용 홈(32)들을 둠으로써 셀 진입 가이드(40)들 간의 간격 조정 작업이 수월해 질 수 있으며 옮겨진 위치에서 셀 진입 가이드(40)들의 고정성이 확보될 수 있다.
한편, 그립퍼 유닛(50)들은 파우치형 이차전지들의 전극 리드(2c)들과 접촉하여 이차전지 셀(2)에 전류를 인가하거나 전압을 검출하는 역할을 하는 구성요소이다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 유닛(50)들은, 압착 플레이트(10)와 일체로 이동할 수 있게 각각의 압착 플레이트(10)들에 거치되게 마련된다.
본 실시예의 경우, 다시 도 3 내지 도 5 그리고 도 13을 같이 참조하면, 그립퍼 유닛(50)들은 압착 플레이트(10)들의 상단 양쪽 가장자리에 하나씩 2개가 거치되는데 이는 그립퍼 유닛(50)으로 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c)를 X축 방향으로 압접하기 위한 것으로 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c) 위치에 따라 그 위치가 조정될 수도 있다.
즉 그립퍼 유닛(50)들은, 압착 플레이트(10)들이 이차전지 셀(2)들의 바디(2a)를 가압할 때, 상기 전극 리드(2c) 부분을 가압하며 접촉할 수 있게 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c)에 대응하는 위치에 놓일 수 있다.
이러한 그립퍼 유닛(50)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 압착 플레이트(10)의 상부에 거치되는 그립퍼 헤드부(51)와, 상기 그립퍼 헤드부(51)에 연결되고 셀 삽입 공간(S)까지 아래로 연장되는 그립퍼 가압부(54)를 포함할 수 있다.
그립퍼 가압부(54)는 압착 플레이트(10)의 앞면과 뒷면 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치되어 충방전 과정에서 전극 리드(2c) 부분을 가압한다. 상기 그립퍼 가압부(54)에는 이차전지 셀(2)에 전류를 인가하기 위한 전류 단자(55)와 전압을 검출하기 위한 전압 단자(56)가 장착될 수 있다.
푸쉬바 유닛(60)들은 충방전 과정에서 이차전지 셀(2)들의 테라스(2b) 부위를 가압하여 해당 부위의 부품 현상을 억제하는 역할을 하는 구성요소이다. 여기서 상기 이차전지 셀(2)의 테라스(2b) 부위란 열융착된 파우치 외장재의 테두리 부분으로서 전극 리드(2c)가 빠져나오는 부분을 지칭한다. 이러한 전극 리드(2c)와 셀 테라스(2b) 부분의 위치상 푸쉬바 유닛(60)들은 그립퍼 유닛(50)들에 바로 이웃하게 압착 플레이트(10)에 장착된다.
다시 도 3과 도 13을 참조하면, 푸쉬바 유닛(60)은 그립퍼 헤드부(51)에 볼트 체결되고 압착 플레이트(10)의 상부에 거치되는 푸쉬바 헤드부(61)와, 상기 푸쉬바 헤드부(61)에서 셀 삽입 공간(S)으로 연장되고 그립퍼 가압부(54)와 나란하게 배치되는 푸쉬바 가압부(62)를 포함할 수 있다.
상기 푸쉬바 가압부(62)는 셀 테라스(2b) 부분에 대응할 수 있는 폭(T)과 길이를 갖는 막대 형상으로 구현될 수 있으며, 셀 테라스(2b)에 직접 접촉하는 부분임을 감안하여 에폭시(epoxy) 재질로 제작될 수 있다. 물론 푸쉬바 가압부(62)는 절연성, 내열성, 기계적 강성 등을 갖는 것이라면 어떠한 재질을 채용해서 제작해도 좋다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(2)의 가압 전/후 그립퍼 유닛(50)과 푸쉬바 유닛(60) 부분의 상면 확대도이다.
이들 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c) 및 셀 테라스(2b) 부분을 가압하기 위한 가압 프로세스를 간략히 정리하면 다음과 같다.
먼저, 활성화 공정을 수행할 이차전지 셀(2)들을 압착 플레이트(10)들 사이 사이에 로딩시킨다. 로딩된 이차전지 셀(2)은, 도 14에 도시한 바와 같이, 전극 리드(2c) 부분이 그립퍼 가압부(54)의 앞쪽(X축 방향)에 위치하게 되고, 셀 테라스(2b) 부분은 푸쉬바 가압부(62)의 앞쪽에 위치하게 된다.
이 상태에서 구동모터를 작동시키면, 도 15와 같이, 압착 플레이트(10)들이 이차전지 셀(2)의 바디(2a) 부분을 가압한다. 이때, 전극 리드(2c) 부분은 그립퍼 가압부(54)에 의해 압착될 수 있고 셀 테라스(2b) 부분은 푸쉬바 가압부(62)에 의해 압착될 수 있다.
이에 따르면, 충방전 과정에서 셀 테라스(2b) 부분이 상기 푸쉬바 가압부(62)에 의해 가압될 수 있어 이차전지 셀(2) 내부 가스 발생으로 인한 셀 테라스(2b) 부분 부품 현상이 저지될 수 있다. 따라서 종래 충방전 과정에서 셀 테라스(2b) 부분이 부풀어 올라 절연층이 깨어짐으로 야기되는 절연전압 불량이 현저히 줄어드는 효과가 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10 : 압착 플레이트 12 : 끼움홈
13 : 와셔대 20 : 간지
21 : 부착부 22 : 폴딩부
30 : 간지 고정유닛 31 : 간지 고정대
31a : 가이드 이동구간 31b : 가이드 분리구간
32 : 위치 세팅용 홈 33 : 간지 고정핀
40 : 셀 진입 가이드 41 : 가이드 결합부
41a : 끼움공 41b : 걸림턱
42 : 볼 플런저 43 : 가이드 형상부
50 : 그립퍼 유닛 51 : 그립퍼 헤드부
52 : 그립퍼 가압부 60 : 푸쉬바 유닛
61 : 푸쉬바 헤드부 62 : 푸쉬바 가압부
S : 셀 삽입 공간

Claims (12)

  1. 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치에 있어서,
    이차전지 셀이 삽입 가능한 셀 삽입 공간이 형성되게 상호 간 소정 간격 이격 배치되고, 서로 간 이격 거리가 좁아지게 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하는 복수 개의 압착 플레이트들;
    시트 형태로서, 상기 압착 플레이트들의 상단에 부착되는 부착부들과, 상기 부착부들 사이 영역이 접힘으로써 상기 셀 삽입 공간 속에 개재되는 폴딩부를 갖도록 형성되는 간지; 및
    상기 간지의 부착부들을 사이에 두고 상기 압착 플레이트의 상단에 끼움 및 끼움 해제 방식으로 탈부착 가능하게 마련되는 간지 고정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간지 고정유닛은,
    상기 압착 플레이트의 상단에 대면하게 마련되는 간지 고정대와, 상기 간지 고정대의 하부에 직교하게 결합되는 간지 고정핀들을 포함하고,
    상기 간지 고정핀들은 상기 간지의 부착부를 통과하여 상기 압착 플레이트의 상단에 함몰 형성되는 끼움홈들에 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 간지 고정대에 대향하게 상기 압착 플레이트의 상단에 설치되는 와셔대를 더 포함하고, 상기 간지의 부착부는 상기 간지 고정대와 상기 와셔대 사이에 압착되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 간지 고정대는 서로 분리 가능한 복수 개의 단위 간지 고정대들을 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 간지 고정대의 상부에 직교하게 결합되고, 상기 셀 삽입 공간을 향하는 방향으로 경사면 또는 곡면 형상을 구비하도록 형성된 셀 진입 가이드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 셀 진입 가이드들은 상기 간지 고정대의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 미리 지정된 위치마다 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 셀 진입 가이드들은, 각각
    슬라이드 이동 가능하게 상기 간지 고정대에 연결되는 가이드 결합부; 및
    상기 가이드 결합부와 일체로 형성되고 상기 경사면 또는 곡면 형상을 취하는 가이드 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 결합부는 상기 간지 고정대의 상면을 따라 구름 이동하며 상기 간지 고정대의 상면에 미리 지정된 위치마다 함몰 형성되어 있는 위치세팅용 홈들 중 어느 하나에 끼워지는 볼 플런저를 구비하고 위치 이동 및 고정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 간지 고정대는, 상부 몸체의 폭이 하부 몸체의 폭보다 더 크게 형성되는 가이드 이동구간과, 상부 몸체와 하부 몸체의 폭이 동일하게 형성되는 가이드 분리구간을 구비하고,
    상기 가이드 결합부는 상기 가이드 분리구간에 수직으로 끼워지고 상기 가이드 이동구간에서 분리되지 않게 상기 가이드 이동구간의 상부 몸체를 감싸며, 상기 상부 몸체의 하단에 상하 방향으로 걸림 결합되게 마련되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 간지 고정대는 서로 분리 가능한 복수 개의 단위 간지 고정대를 포함하며, 상기 단위 간지 고정대들의 상기 가이드 분리구간들은 서로 연결되게 배치되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 압착 플레이트와 일체로 이동하여, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분을 가압하며 접촉하는 그립퍼 유닛들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 상기 그립퍼 유닛들에 이웃하게 장착되어 상기 전극 리드와 이웃한 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 가압하게 마련되는 푸쉬바 유닛들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
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