KR102369355B1 - 이차전지용 이동형 온도측정기구 및 냉각팬을 포함하는 충방전 장치 - Google Patents

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Abstract

이차전지 조립 공정 이후 화성 공정 및 용량 검사에서 충방전시 발생할 수 있는 이차전지간의 온도 편차를 고려할 수 있도록, 각 이차전지의 온도를 측정하는 데에 적합한 온도측정기구 및 이러한 온도측정기구를 이용한 온도 정보 활용을 통해 이차전기들을 냉각하는 냉각팬을 포함하는 충방전 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 충방전 장치는, 이동형 비접촉 온도측정기구와, 상기 온도측정기구가 측정한 이차전지별 각 이차전지 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절되는 냉각팬을 포함하는 데에 특징이 있다.

Description

이차전지용 이동형 온도측정기구 및 냉각팬을 포함하는 충방전 장치{Charge/discharge apparatus comprising movable temperature measurement device for secondary battery and cooling fan}
본 발명은 이차전지용 충방전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 온도를 측정하기 위한 장치 및 이 장치로 측정한 온도에 따라 이차전지를 냉각시키는 냉각팬을 포함하는 충방전 장치에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치(ESS), 무정전 전원 장치(UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이차전지는 방전 상태로 조립되기 때문에 이차전지를 조립한 다음에 충전을 해서 이차전지를 활성화시켜야 전지로서 기능을 할 수 있게 된다. 따라서, 이차전지 조립 공정 이후에는, 조립된 이차전지에 우수한 충전 및 방전 특성을 부여하기 위한 충방전을 실행하는 화성(formation) 공정과, 충방전 용량이 충분한지를 검사하는 용량 검사가 포함된 평가 공정이 수행된다.
화성 공정 및 용량 검사에서 이차전지의 충방전 작용은 예를 들어 도 1에 도시한 장치를 이용해 수행된다.
도 1을 참조하면, 다수의 이차전지(1)를 트레이(tray, 3)에 배열하고, 각 이차전지(1)에 개별적으로 전원을 인가할 수 있는 핀(미도시)을 접촉시킨 상태에서 한 번에 충방전이 이루어진다.
이차전지(1)의 충방전이 진행될 때에는 이차전지(1)의 온도가 상승한다. 이차전지(1)의 온도가 상승하면 충방전 작용이 원활하게 수행될 수 없다. 따라서, 충방전을 행할 때에는 적절한 냉각수단이 구비되어야 하며, 보통은 트레이(3)를 챔버(미도시)에 넣고 냉각장치로서 냉각팬(5)을 통해 다수의 이차전지(1)에 대해 냉각작용이 수행될 수 있도록 하고 있다.
초기 충방전시 결함이 있는 이차전지는 온도 거동 등에 있어 정상 전지와 차이가 날 수 있다. 따라서, 온도를 측정하면 결함이 있는 이차전지를 가려낼 수 있다. 종래에는 온도 측정을 위해 써모커플(7)을 이용한다.
그런데, 충전시 이차전지(1)의 발열에 의해 이차전지(1)간 온도 편차가 발생할 수 있다. 리튬 이차전지의 경우 최초 충전으로 SEI(Solid Electrolyte Interface)막을 형성하며 보통 0.1 C-rate의 낮은 전류를 인가하여 충전한다. 그러나 공정 시간 단축을 위해 이보다 큰 C-rate로 고율 충전하는 경우에는 발열이 증가해 이차전지(1)간 온도 편차가 증가하는 문제가 있다. 트레이(3)가 놓여지는 챔버의 문 개폐에 따라 외기에 의해 온도 편차가 생기는 경우도 있다. 그러나 현재 냉각팬(5)에 의한 냉각 정도가 이차전지(1)간 온도 편차를 감소시키는 데에 불충분한 경우가 많다. 뿐만 아니라, 현재 온도 조절을 위해 사용하는 냉각팬(5)은 실제 이차전지(1)의 온도와는 무관하게 동일 출력으로 동작하고 있어 온도 편차 감소에 도움이 되지 않는다.
이차전지(1)간 온도 편차는 저항 및 전압 변화를 야기하여 용량 검사 편차 증가의 원인이 된다. 써모커플(7)을 이용해 온도를 측정해 냉각팬(5) 설정 온도와 실제 온도의 차이를 보상할 수 있도록 온도에 따른 보정식을 사용해 충방전 용량을 계산하고 있지만, 기존의 써모커플(7)은 각 이차전지(1)의 온도를 측정하는 것이 아니라 트레이(3) 내 분위기 온도를 측정하는 것이므로, 트레이(3) 내 이차전지(1)간 온도 편차는 전혀 반영할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차전지 조립 공정 이후 화성 공정 및 용량 검사에서 충방전시 발생할 수 있는 이차전지간의 온도 편차를 고려할 수 있도록, 각 이차전지의 온도를 측정하는 데에 적합한 온도측정기구 및 이러한 온도측정기구를 이용한 온도 정보 활용을 통해 이차전지들을 냉각하는 냉각팬을 포함하는 충방전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충방전 장치는, Y축 방향 일변을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 배열된 다수의 이차전지들에 대하여 상기 이차전지들 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하기 위한 온도측정기구; Y축 방향 일변을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 다수의 이차전지들을 배열해 수납하는 트레이; 상기 이차전지들에 개별적으로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브 및 전원 장치; 및 상기 이차전지들을 냉각하기 위해 설치되는 다수의 냉각팬으로서, 상기 온도측정기구가 측정한 상기 이차전지별 각 이차전지 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절되는 냉각팬;을 포함하며, 상기 온도측정기구는 상기 이차전지들 사이의 이격 공간에 삽입되어 대면한 이차전지의 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 비접촉식 온도 센서부; 및 상기 비접촉식 온도 센서부를 Z축 방향으로 승하강시켜, 상기 이차전지들로부터 Z축 방향 상측으로 이격된 위치에서부터 하측으로 상기 이격 공간에 삽입하고 반대 방향으로 인출하는 Z축 이송기구를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 냉각팬은 상기 트레이의 상부에 행과 열 방향으로 설치되어 직하방 이차전지들에 대해 송풍하는 것을 기준으로 하되 수평면에 대한 각도 조절을 통해 풍향이 조절되는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 온도측정기구가 측정한 상기 이차전지별 각 이차전지 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 상기 냉각팬은 온도가 더 높은 부분을 집중적으로 냉각하여 다른 부분과의 온도 편차를 줄이는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 온도측정기구에 의한 온도 측정과 상기 냉각팬의 풍향 및 출력 조절이 실시간으로 연동되어 이루어지는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 온도측정기구는 상기 Z축 이송기구를 탑재하여 Y축 방향을 따라 이송시키는 Y축 이송기구를 더 포함한다. 상기 비접촉식 온도 센서부는 단일 온도 센서를 포함한 것이거나, 상기 이차전지들의 Z축 방향 일변에 대응되는 길이로 Z축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함한 것일 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 온도측정기구는 상기 Y축 이송기구를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시키는 X축 이송기구를 더 포함한다. 여기서, 상기 비접촉식 온도 센서부는 단일 온도 센서를 포함한 것이거나, 상기 이차전지들의 Z축 방향 일변에 대응되는 길이로 Z축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함한 것일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 온도측정기구는 상기 Z축 이송기구를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시키는 X축 이송기구를 더 포함한다. 상기 비접촉식 온도 센서부는 상기 이차전지들의 Y축 방향 일변에 대응되는 길이로 Y축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 것이거나 상기 이차전지들의 Y-Z 평면 상의 면적에 대응되는 면적의 플레이트 부재 및 상기 플레이트 부재에 Y축 및 Z축을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 비접촉식 온도 센서부에 분위기 온도 측정을 위한 온도 센서를 더 포함한다.
다양한 변형예로서, 본 발명의 충방전 장치에서, 상기 비접촉식 온도 센서부와 Z축 이송기구는 상기 이차전지들의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 이 경우에는 X축 이송기구가 필요하지 않게 된다.
다양한 변형예로서, 상기 온도측정기구는 Y축 이송기구 없이, 상기 Z축 이송기구를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시키는 X축 이송기구를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 비접촉식 온도 센서부는 상기 이차전지들의 Y축 방향 일변에 대응되는 길이로 Y축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 것이거나 상기 이차전지들의 Y-Z 평면 상의 면적에 대응되는 면적의 플레이트 부재 및 상기 플레이트 부재에 Y축 및 Z축을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 것일 수 있다.
다양한 변형예로서, 상기 온도측정기구에서 상기 Y축 이송기구는 상기 이차전지들의 Y축 방향 타변과 평행을 이루게 Z축 방향 상측으로 이격된 위치에 그 길이 방향으로 Y축 엘엠 가이드(LM guide)가 부설된 Y축 가이드 보와, 상기 Y축 엘엠 가이드에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 Y축 엘엠 슬라이더가 구비되어 상기 Y축 가이드 보의 길이 방향으로 왕복 이동되는 Y축 슬라이드 블록을 포함하며, 상기 Z축 이송기구는 상기 Y축 슬라이드 블록에 연결된다.
그리고, 상기 Z축 이송기구는 상기 Y축 가이드 보와 직각을 이루게 세워지고 그 길이 방향으로 Z축 엘엠 가이드가 부설된 Z축 가이드 보와, 상기 Z축 엘엠 가이드에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 Z축 엘엠 슬라이더가 구비되어 상기 Z축 가이드 보의 길이 방향으로 왕복 이동되는 Z축 슬라이드 블록을 포함하는 것이거나, 두 개의 링크부재가 회전가능하게 교차 결합되는 X형 링크(link)를 하나 이상 포함하는 링크유닛일 수 있다.
상기 온도측정기구가 상기 Y축 이송기구와 더불어 상기 X축 이송기구를 더 포함하는 실시예에서, 상기 X축 이송기구는 X-Y 평면 상에서 상기 Y축 가이드 보와 직각을 이루고 그 길이 방향으로 X축 엘엠 가이드가 부설된 서로 평행한 한 쌍의 X축 가이드 보와 상기 Y축 가이드 보의 양단에는 상기 X축 엘엠 가이드에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 X축 엘엠 슬라이더를 포함하며, 상기 Y축 가이드 보의 양단에 상기 X축 엘엠 슬라이더가 연결되는 것일 수 있다.
상기 온도측정기구가 Y축 이송기구 없이 상기 X축 이송기구를 더 포함하는 실시예에서, 상기 X축 이송기구는 상기 이차전지들의 Y축 방향 타변과 X-Y 평면 상에서 직교하게 Z축 방향 상측으로 이격된 위치에 그 길이 방향으로 X축 엘엠 가이드가 부설된 서로 평행한 한 쌍의 X축 가이드 보와, 상기 X축 엘엠 가이드에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 X축 엘엠 슬라이더가 구비되어 상기 X축 가이드 보의 길이 방향으로 왕복 이동되는 X축 슬라이드 블록을 포함하며, 상기 Z축 이송기구는 상기 X축 슬라이드 블록에 연결되는 것일 수 있다.
이 때에도 상기 Z축 이송기구는 상기 X축 가이드 보와 직각을 이루게 세워지고 그 길이 방향으로 Z축 엘엠 가이드가 부설된 Z축 가이드 보와, 상기 Z축 엘엠 가이드에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 Z축 엘엠 슬라이더가 구비되어 상기 Z축 가이드 보의 길이 방향으로 왕복 이동되는 Z축 슬라이드 블록을 포함하는 것이거나, 두 개의 링크부재가 회전가능하게 교차 결합되는 X형 링크를 하나 이상 포함하는 링크유닛일 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 이차전지들에 대하여 각 이차전지의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 예를 들어 이차전지 조립 공정 이후 화성 공정 및 용량 검사에서 각 이차전지의 온도를 측정할 수 있다. 이차전지간의 온도 편차를 구할 수 있게 되므로 용량 계산시 이러한 온도 편차를 고려할 수 있게 된다. 트레이 단위가 아닌 이차전지 단위로 온도 측정을 하므로 용량 검사시 온도 보정의 정확성이 향상되는 것이다.
본 발명에 의하면, 비접촉식 온도 센서부를 이용하여 비접촉 방식으로 이차전지에 영향을 주지 않으면서 빠른 온도 측정이 가능하다.
본 발명에 의하면, 기본적으로 Z축 이송기구에 의한 Z축 승하강을 통해 비접촉식 온도 센서부를 이송시키는 이동형 온도측정기구가 제공된다. 여기에 Y축 이송기구 및/또는 X축 이송기구를 더 포함시키면 각 이차전지 온도 측정에 필요한 비접촉식 온도 센서의 수를 경감시킬 수 있다. 이와 같이 이동형으로 구현하여 다수의 이차전지에 대하여 가급적 적은 수의 비접촉식 온도 센서로 온도 측정을 가능하게 한다.
본 발명에 의하면, 단일 센서나 다중 센서를 이용해 이차전지의 여러 개소의 온도를 측정할 수 있으므로, 측정한 온도를 기록하여 데이터베이스(DB)화하면 연구용 자료 획득이 가능하다.
본 발명에 의하면, 비접촉식 온도 센서부를 이용하여 트레이 안의 각 이차전지의 온도를 측정하고, 해당 온도 정보를 바탕으로 충방전 중 지속적으로 변화하는 이차전지 온도에 대응하여 냉각팬의 풍향 및 출력을 조절할 수 있다. 이로써 온도 편차 개선으로 균일한 품질의 충방전을 구현할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 이차전지의 충방전 작용을 수행하는 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구를 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구를 이용해, 하나의 이차전지에 대해 온도를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치의 사용 상태로서 냉각팬 부분을 도시한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구를 이용해, 하나의 이차전지에 대해 온도를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구를 이용해, 하나의 이차전지에 대해 온도를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구를 이용해, 하나의 이차전지에 대해 온도를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 비접촉식 온도 센서에 부가하여 분위기 온도 측정 센서를 더 구비한 온도측정기구의 실시예를 도시한다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치의 변형예로서, 냉각팬의 설치 위치를 변경한 예를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명은 기본적으로 다수의 이차전지들에 대하여 비접촉식 온도 센서를 사용하여 각 이차전지별로 온도를 측정하는 온도측정기구 및 상기 온도측정기구가 측정한 상기 이차전지별 각 이차전지 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절되는 냉각팬을 포함하는 충방전 장치를 제안한다. 비접촉식 온도 센서는 비접촉식 온도 센서부에 구비되며, 상기 비접촉식 온도 센서부는 Z축 이송기구에 의한 Z축 승하강을 통해 이송되기 때문에 본 발명에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구는 이동형 온도측정기구라고 명명할 수 있다.
본 발명에 의하면, 비접촉식 온도 센서부를 이용하여 비접촉 방식으로 이차전지에 영향을 주지 않으면서 빠른 온도 측정이 가능하다. 비접촉식 온도 센서의 예로는 적외선 센서 등이 있다. 비접촉식 온도 센서의 수는 필요에 따라 증감될 수 있다. 즉, 온도 측정을 위한 온도 센서의 수는 1개 또는 그 이상일 수 있다.
다시 말해, 단일 온도 센서 또는 다중 온도 센서일 수 있다. 각 경우에 있어서 보다 효율적인 구동을 위하여 Y축 이송기구 및/또는 X축 이송기구를 더 포함할 수 있다. 즉, Z축 이송기구와 Y축 이송기구를 포함하는 2축 이송기구, Z축 이송기구와 X축 이송기구를 포함하는 2축 이송기구, 또는 Z축 이송기구와 Y축 이송기구와 X축 이송기구를 모두 포함하는 3축 이송기구가 가능하다.
먼저 제1 및 제2 실시예는 단일 온도 센서를 이용한 온도측정기구를 포함하는 충방전 장치이고 이 단일 온도 센서가 다수의 이차전지들에 대해 각 이차전지별로 온도 측정을 하기 적합하도록 X축 이송기구, Y축 이송기구 및 Z축 이송기구를 포함하는 3축 이송기구를 포함한 것이다. 제3 실시예는 단일 온도 센서가 여러 개 구비된 온도측정기구를 포함하는 경우로서 X축 이송기구를 생략할 수 있는 경우이다. 제4 내지 제6 실시예는 다중 온도 센서를 이용한 온도측정기구를 포함하는 충방전 장치이다. 그 중 제5 실시예는 다중 온도 센서의 축 배열에 따라 Y축 이송기구를 생략할 수 있는 경우이고, 제6 실시예는 다중 온도 센서가 여러 개 구비되어 X축 이송기구도 생략할 수 있는 경우이다. 이하에서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치를 도시한다. 본 실시예는 비접촉식 온도 센서가 3축 이동을 할 수 있게 구성한 온도측정기구와, 상기 온도측정기구가 측정한 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절되는 냉각팬을 포함하는 것이다.
먼저, 충방전 장치(300)는 Y축 방향 일변(11)을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 다수의 이차전지(10)들을 배열해 수납하는 트레이(30)를 포함한다. 그리고, 온도측정기구(T1)를 포함한다. 트레이(30)에 수납된 이차전지(10)들에 개별적으로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브(340) 및 전원 장치(350)도 포함한다. 트레이(30) 상부에는 다수의 냉각팬(50)이 포함되어 있다.
트레이(30)는 대략 직육면체 형태의 구조로서 내부에 이차전지(10)들을 배열 수납하는 공간을 가지며, 온도측정기구(T1)의 비접촉식 온도 센서부(200)가 이차전지(10)들 사이의 이격 공간(S) 안에 삽입, 이송 및 인출될 수 있도록, 트레이(30)의 상방은 개구되어 있다. 충방전 프로브(340)는 이차전지(10)들의 전극 리드(20)에 연결되어 전원 장치(350)로부터의 전류를 인가한다. 연결의 편의를 위하여, 예를 들어 트레이(30)에서 이차전지(10)들의 전극 리드(20)가 놓이는 쪽에는 충방전 프로브(340) 삽입 및 착탈이 가능한 슬롯(미도시)이 형성되어 있을 수도 있으나, 본 발명이 이러한 트레이(30)의 구조 및 충방전 프로브(340)의 특정 연결 구조에만 한정되는 것은 아니다.
이차전지(10)들은 트레이(30)에 수납 배열된다. 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 트레이당 실제 이차전지의 개수는 도면과 다를 수 있다.
온도측정기구(T1)는 이하에서 보다 자세히 설명하지만, 비접촉식 온도 센서가 3축 이동을 하면서 온도를 측정하도록 구성하여, 이차전지(10)별로, 그리고 이차전지(10)내에서도 위치별로 온도 측정해 온도 정보를 얻을 수 있다.
냉각팬(50)은 트레이(30) 상부에 다수개 포함된다. 냉각팬(50)은 소정의 행과 열 방향으로 설치될 수 있다. 도면에서는 3 X 3 행렬을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명이 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다. 냉각팬(50)은 온도측정기구(T1)가 측정한 상기 이차전지(10)별 각 이차전지(10) 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절된다.
충방전 장치(300)를 이용하면, 트레이(30) 내의 이차전지(10)에 대해 충방전을 하면서 온도측정기구(T1)를 통해 각 이차전지(10)의 온도를 측정할 수 있다. 우선, 이차전지(10)간의 온도 편차를 구할 수 있게 되므로 용량 계산시 이러한 온도 편차를 고려할 수 있게 된다. 트레이(30) 단위가 아닌 이차전지(10) 단위로 온도 측정을 하므로 용량 검사시 온도 보정의 정확성이 향상되는 것이다. 그리고, 온도 정보에 따라 각 냉각팬(50)의 풍향 및 출력을 조절함으로써, 온도 편차를 줄이면서 이차전지(10)들을 냉각하는 것이 가능해진다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구(T1)를 도시한다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치(300)에 포함되는 온도측정기구(T1)를 이용해, 하나의 이차전지(10)에 대해 온도를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 온도측정기구(T1)는 3축 이송기구(100)와 비접촉식 온도 센서부(200)를 포함한다. 3축 이송기구(100)는 X축 이송기구(110), Y축 이송기구(120) 및 Z축 이송기구(130)를 포함한다. 3축 이송기구(100)는 가볍고, 내구성이 뛰어난 알루미늄 재질 또는 스테인리스로 형성하는 것도 가능하지만, 그 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 비접촉식 온도 센서부(200)는 Z축 이송기구(130)에 연결되어 있다. 비접촉식 온도 센서부(200)는 3축 이송기구(100)에 의해 이차전지(10)들 사이의 이격 공간(S)에 삽입되어, 대면한 이차전지(10)의 온도를 비접촉 방식으로 측정한다.
X축 이송기구(110)는 이차전지(10)들의 Y축 방향 타변(12)과 X-Y 평면 상에서 직교하게, Z축 방향 상측으로, 이격된 위치에 있는 서로 평행한 한 쌍의 X축 가이드 보(111)를 포함한다. 예를 들어 X축 가이드 보(111)는 이차전지(10)의 Y축 방향을 따라 이차전지(10) Y축 방향 일변(11) 길이 이상으로 서로 이격되게 이차전지(10)들 위로 한 쌍이 제공된다. X축 가이드 보(111)에는 그 길이 방향으로 X축 엘엠 가이드(112)가 부설되어 있다. X축 이송기구(110)는 X축 엘엠 가이드(112)에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 X축 엘엠 슬라이더(113)도 포함한다.
Y축 이송기구(120)는 X-Y 평면 상에서 X축 가이드 보(111)와 직각을 이루는, 즉, 이차전지(10)들의 Y축 방향 타변(12)과 평행을 이루게, Z축 방향 상측으로, 이차전지(10)들과 이격된 위치에 Y축 가이드 보(121)를 포함한다. Y축 가이드 보(121)는 한 쌍의 X축 가이드 보(111) 사이에 대략 브릿지 구조로 연결될 수 있다. Y축 가이드 보(121)는 그 길이 방향으로 Y축 엘엠 가이드(122)가 부설되어 있다. Y축 가이드 보(121)의 양단은 X축 엘엠 슬라이더(113)에 연결되어 있다. Y축 이송기구(120)는 Y축 엘엠 가이드(122)에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 Y축 엘엠 슬라이더가 구비되어 상기 Y축 가이드 보(121)의 길이 방향으로 왕복 이동되는 Y축 슬라이드 블록(124)을 포함한다.
Z축 이송기구(130)는 Y축 슬라이드 블록(124)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서, Z축 이송기구(130)는 두 개의 링크부재(131)가 회전가능하게 교차 결합되는 X형 링크(132)를 하나 이상 포함하는 링크유닛이다. 링크유닛은 씨저 암 또는 씨저 리프트라고도 불릴 수 있다. 비접촉식 온도 센서부(200)는 Z축 이송기구(130) 하단에 연결되어 있고, Z축 이송기구(130)는 비접촉식 온도 센서부(200)를 Z축 방향으로 승하강시킨다. 특히 Z축 이송기구(130)는 이차전지(10)들로부터 Z축 방향 상측으로 이격된 위치에서부터 하측으로 비접촉식 온도 센서부(200)를 이격 공간(S)에 삽입하고 삽입 방향과 반대 방향으로 인출한다.
이와 같이, Y축 이송기구(120)는 Z축 이송기구(130)를 탑재하여 Y축 방향을 따라 이송시키고, X축 이송기구(110)는 Y축 이송기구(120)를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시킨다. 비접촉식 온도 센서부(200)는 Z축 이송기구(130)에 연결되어 있고, Z축 이송기구(130)는 비접촉식 온도 센서부(200)를 Z축 방향으로 승하강시킨다. 그러므로, 비접촉식 온도 센서부(200)는 X축, Y축, Z축을 따라 3축 이송이 가능하다.
비접촉식 온도 센서부(200)에는 단일 온도 센서(202)가 장착되어 있다. 비접촉식 온도 센서부(200)를 이용하여 다수의 이차전지(10)들의 온도를 측정하는 방법은 다음과 같이 수행될 수 있다.
비접촉식 온도 센서부(200)는 X축 방향 일측에서부터 온도 측정하도록 한다. 즉, 배열되어 있는 다수의 이차전지(10)들 중에서 제일 바깥쪽에 있는 이차전지에서부터 측정이 시작되도록 한다.
도 4를 참조하면, 이차전지(10)의 Y축 방향 타변(12) 부근의 Y축 방향 일측(YS1)에서부터 Z축 이송기구(130)에 의해 하측으로 삽입되어 이격 공간(S) 안으로 들어간 후, Y축 이송기구(120)에 의해 Y축 방향 타측(YS2)까지 이송되고 나서 Z축 이송기구(130)에 의해 Z축 방향을 따라 하측으로 더 이송되어 상기 Y축 방향 타측(YS2)에서부터 상기 Y축 이송기구에 의해 Y축 방향 일측(YS1)까지 이송되도록 한다. 이러한 과정을 적어도 1회 반복함으로써 이격 공간(S) 안에서 비접촉식 온도 센서부(200)가 대면한 이차전지(10)의 Y축 방향 일변(11) 부근까지 삽입되고 나서 Z축 방향을 따라 상방으로 인출되도록 하며, 이격 공간(S) 안에서 이송되는 동안 대면한 이차전지(10)의 Y-Z 평면 상의 면적에 대해 여러 개소의 온도를 순차적으로 측정하도록 한다. 한편 대면한 이차전지(10)의 Y-Z 평면 상의 면적에 대해 여러 개소의 온도를 순차적으로 측정하는 데에는 도 4에 도시하고 설명한 바와 같은 Y-Z 평면 내에서의 지그재그 방식 이외에 도 5에 도시한 바와 같이 상하좌우 방향을 따라서 어떠한 순서에 의하더라도 상관이 없다.
이와 같이 하여 제일 바깥쪽에 있는 이차전지의 온도 측정이 종료되면, Y축 이송기구(120)가 X축 이송기구(110)에 의해 X축 방향을 따라 다음 이차전지(10) 온도 측정을 위해 이송된다. Y축 이송기구(120)의 이송에 의해 Z축 이송기구(130)와 비접촉식 온도 센서부(200)도 함께 이송된다. 이송된 새 위치에서 앞의 도 4 내지 도 5와 같은 온도 측정 방식으로, 대면한 이차전지(10)의 Y-Z 평면 상의 면적에 대해 여러 개소의 온도를 순차적으로 측정한다. 이와 같은 방식으로 비접촉식 온도 센서부(200)는 X축 방향 일측에서부터 타측까지 모든 이차전지(10)에 대해 온도 측정하며, Z축 이송기구(130)가 Y축 이송기구(120) 및 X축 이송기구(110)에 의해 이송되면서 이차전지(10)들의 온도 측정이 이차전지(10)별로 순차적으로 이루어진다. 즉, 단일 온도 센서(202)를 포함하는 비접촉식 온도 센서부(200)가 이차전지(10)들 사이로 내려가 상하 좌우로 이동하며 온도 측정 후 다시 올라와 이동해 다음 이차전지(10) 온도 측정을 반복하게 되는 구성인 것이다.
본 실시예에서 3축 이송기구(100)는 상술한 바대로 일 예를 들어 설명하였지만 X축, Y축, Z축 방향 각각으로의 왕복 병진 운동이 가능하게 하는 다른 구성도 얼마든지 3축 이송기구(100)를 구현하는 데에 활용이 가능하다. 그리고 3축 이송기구(100)에서 각 축 방향의 왕복 병진 운동을 수행하는 데에 있어 엘엠가이드에 포함된 리니어 모터 같은 구동부와 이러한 구동부의 움직임을 제어하는 제어부는 여기서 상세히 설명하지 않더라도 당연히 포함이 되어 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다. 또한 엘엠가이드 방식에 의하는 대신, 수치제어되는 궤도와 서보 모터를 이용하고 이에 연동되기 위한 수단으로서 벨트, 베어링, 볼너트, 볼스크류, 기타 다양한 공지 수단을 통해 3축 이송기구(100)를 구현하는 것은 당업자가 잘 알 수 있을 것이다. 다시 말해, 비접촉식 온도 센서부(200)의 방향 이동에 필요한 구동력은 리니어모터와 같은 구동수단을 이용하여 제공할 수 있으며, 서보모터, 스텝핑 모터 등 여타 다른 통상의 모터 및 벨트를 이용하여 구동력을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 제어부의 제어신호에 의하여 이들 모터를 구동시킴으로써 3축 이송기구(100)를 적절하게 이동하여 예정된 온도 측정 작업을 진행하게 할 수 있다. 그리고, 3축 이송이 가능한 범위 내의 구조라면, 3축 이송기구(100)를 구성하는 각 이송기구의 위치 연결 관계, 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 비접촉식 온도 센서부를 이송하여 이차전지들 사이로 들어가 온도 측정을 하게 하고 나오게 하는 방식을 반복적으로 수행하여 여러 이차전지의 온도를 모두 측정하게 하는 온도측정기구를 이용해 이차전지별로, 그리고 하나의 이차전지에서도 위치별로 온도 정보를 획득하도록 한다는 데에 특징이 있는 것이다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 온도측정기구(T1)를 통해 트레이(30) 내 이차전지(10) 단위로 온도 측정을 하며, 비접촉식 온도 센서부(200)는 이차전지(10) 사이로 내려가 온도 측정 후 다음 이차전지(10) 온도 측정을 반복하도록 구동할 수 있다.
3축 이송장치(100)를 통해 비접촉식 온도 센서부(200)를 이동하므로, 단일 온도 센서(202)를 가지고도 트레이(30) 내 모든 이차전지(10) 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 트레이(30) 단위가 아닌 이차전지(10) 단위로 용량 보정을 할 수 있게 되어 용량 검사 정확성을 확보할 수 있다. 이차전지(10) 온도를 위치 및 시간에 따라 측정 가능하며 측정된 온도 정보를 누적 저장시 DB로서 활용 가능하다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치의 사용 상태로서 냉각팬 부분을 도시한다.
도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 냉각팬(50)은 온도측정기구(T1)가 측정한 이차전지(10)별 각 이차전지(10) 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절된다. 기본적으로 냉각팬(50)은 직하방 이차전지(10)들에 대해 송풍하는 것을 기준으로 하고, 수평면(HP)에 대한 각도(α) 조절을 통해 풍향이 조절되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 도 6에서와 같이 제1열에 위치하는 냉각팬(50)들을 "50a", 제2열에 위치하는 냉각팬(50)들을 하는 "50b", 제3열에 위치하는 냉각팬(50)들을 "50c"라고 칭하기로 하는 경우, 온도측정기구(T1)를 통한 온도 측정 결과, 이차전지(10)들의 좌측(예컨대 음극 리드가 위치한 쪽)의 온도가 더 높다고 측정이 되었으면, 냉각팬(50)은 온도가 더 높은 부분을 집중적으로 냉각하여 다른 부분과의 온도 편차를 줄이는 방식으로 동작하게 할 수 있다.
구체적으로, 냉각팬(50a)의 풍향을 조절하여 이차전지(10)들의 좌측으로 풍량이 증가되게 할 수 있다. 수평면(HP)에 대해 양의 각도(α) 기울기를 주어 냉각팬(50a)의 바람을 이차전지(10)들의 좌측으로 보낼 수 있고, 이에 따라 이차전지(10)들의 좌측 부분을 보다 더 집중적으로 냉각할 수 있게 되므로 이차전지(10)들의 좌우측 온도 편차를 감소시킬 수 있다. 이차전지(10)들의 좌측 온도가 우측에 비해 아주 많이 큰 경우에는 냉각팬(50a)뿐 아니라 냉각팬(50b)까지도 풍향을 조절하여 이차전지(10)들의 좌측으로 풍량이 증가되게 하여 더욱 빠르게 냉각할 수 있을 것이다.
이와 더불어서, 혹은 별개로, 이차전지(10)들의 우측을 냉각하고 있는 냉각팬(50c)의 출력을 감소시키면 해당 부분의 풍량을 감소시켜 이차전지(10)들의 우측을 덜 냉각시킬 수 있을 것이다. 반대로 이차전지(10)들의 좌측을 냉각하고 있는 냉각팬(50a)의 출력을 증가시키면 해당 부분의 풍량을 증가시켜 이차전지(10)들의 좌측을 더 냉각시킬 수 있을 것이다.
이와 같이 충방전 장치(300)는 냉각팬(50)의 풍향과 출력을 각기 제어하고 조절해 이차전지(10) 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
특히, 이러한 냉각팬(50)의 동작에 따라 이차전지(10)의 온도는 변화하기 마련이다. 따라서, 온도측정기구(T1)에 의한 온도 측정과 냉각팬의 풍향 및 출력 조절이 실시간으로 연동되어 이루어지도록 온도측정기구(T1)와 냉각팬(50) 사이에 제어부를 마련하는 것이 바람직하다. 이 제어부는 온도측정기구(T1)의 제어부와 통합되어 마련될 수 있다.
온도측정기구는 다양하게 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 충방전 장치는 온도측정기구의 종류를 달리 구성하여 다양하게 실시될 수 있다. 앞에서 설명한 온도측정기구(T1)뿐 아니라 다음에 설명하는 다양한 온도측정기구들이 본 발명에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다. 온도측정기구(T2)는 Z축 이송기구(140)에 있어서만 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 제1 실시예와 다르며, Z축 방향으로의 왕복 병진 운동이 가능한 다른 구성을 대표적으로 설명하는 예가 될 수 있다. 제1 실시예에서의 온도측정기구(T1)와 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 반복적인 설명은 생략한다.
도 7에서, Z축 이송기구(140)는 Y축 가이드 보(121)와 직각을 이루게 세워지고 그 길이 방향으로 Z축 엘엠 가이드(142)가 부설된 Z축 가이드 보(141)와, Z축 엘엠 가이드(142)에 맞물려 그 길이 방향으로 슬라이딩되는 Z축 엘엠 슬라이더가 구비되어 상기 Z축 가이드 보(141)의 길이 방향으로 왕복 이동되는 Z축 슬라이드 블록(143)을 포함한다. 이렇게 하여 본 실시예에서는 X축, Y축, Z축 방향으로의 왕복 병진 운동이 모두 엘엠 가이드와 엘엠 슬라이더를 포함하는 구성의 온도측정기구(T2)를 포함하는 충방전 장치로 구현이 된다.
한편, 앞의 제1 및 제2 실시예에서 비접촉식 온도 센서부(200)와 Z축 이송기구(130 또는 140)는 온도측정기구(T1 또는 T2)에 1개씩만 구비된다. 이들의 변형예로서 비접촉식 온도 센서부(200)와 Z축 이송기구(130 또는 140)가 이차전지(10)들의 개수에 대응되는 개수로 구비되는 온도측정기구도 가능하다. 이 때에는 모든 이차전지(10)의 온도를 측정하기 위하여 Z축 이송기구(130)를 X축 방향으로 이송시킬 필요가 없다. 따라서, 제1 및 제2 실시예와 같은 X축 이송기구(110)는 필요하지 않을 수 있다. X축 이송기구(110)를 포함하지 않고 그 대신에 Y축 이송기구(120)를 지지하는 구조를 포함하는 경우가 가능하다. 예를 들어 도 8과 같은 온도측정기구를 포함하도록 충방전 장치가 제공될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 8에 도시한 온도측정기구(T3)는 단일 온도 센서(202)를 포함하는 비접촉식 온도 센서부(200)와 Z축 이송기구(130)가 이차전지(10)들의 개수에 대응되는 개수로 구비되는 것이다.
본 실시예에서는, 단일 온도 센서(202)를 포함하는 비접촉식 온도 센서부(200)가 이차전지(10)들 사이마다 내려가 각 비접촉식 온도 센서부(200)가 각 Z축 이송기구(130) 및 Y축 이송기구(120)에 의해 상하 좌우로 이동하며 온도 측정 후 다시 올라오는 순으로 모든 이차전지(10)에 대한 온도 측정이 가능하며, Z축 이송기구(130)를 X축 방향으로 이송시킬 필요가 없다. 단일 온도 센서(202)를 이차전지(10)들 개수만큼 복수로 이용하므로 측정 시간을 단축할 수 있다.
Y축 이송기구(120)를 지지하기 위하여 제1 실시예에서의 X축 이송기구(110)의 X축 가이드 보(111) 자리에 X축 프레임(110')을 구비한 점을 제외하고는 제1 실시예에서의 온도측정기구(T1)와 동일하다. X축 프레임(110')은 X축 가이드 보(111)처럼 바(bar) 또는 봉 형상으로 도시하였으나, Z축 방향을 따라 직립한 벽체 모양의 직립 부재일 수도 있고, 바 또는 봉 형상이지만 Z축 방향으로 지지하기 위한 지지대를 더 구비한 구조일 수도 있다. 한편, 제3 실시예에 포함된 온도측정기구(T3)의 변형예로서 Z축 이송기구(130) 대신에 제2 실시예와 같은 Z축 이송기구(140)를 구비한 것도 가능하다.
도 9는 3축 이송기구를 포함하는 점은 제1 실시예에서와 동일하지만 비접촉식 온도 센서부(210)에 있어서 차이가 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 9를 참조하면, 제4 실시예의 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구(T4)에서, 비접촉식 온도 센서부(210)는 이차전지(10)들의 Z축 방향 일변(13)에 대응되는 길이(d1)의 스트립 부재(211) 및 스트립 부재(211)에 Z축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서(212)를 포함한다. X축 이송기구(110), Y축 이송기구(120) 및 Z축 이송기구(130)를 포함하는 3축 이송기구를 포함하는 점은 제1 실시예에서와 동일하고, 온도 측정 방식도 제1 실시예와 유사하며, 복수의 센서를 이용하므로 측정 시간을 단축할 수 있다.
비접촉식 온도 센서부(210)는 X축 방향 일측에서부터 온도 측정하며 Z축 이송기구(130)가 X축 이송기구(110)에 의해 이송되면서 이차전지(10)들의 온도 측정이 이차전지(10)별로 순차적으로 이루어진다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 충방전 장치에 포함되는 온도측정기구(T4)를 이용해, 하나의 이차전지에 대해 온도를 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 비접촉식 온도 센서부(210)는 이차전지(10)들 사이로 내려가 이격 공간(S)에 Y축 방향 일측(YS1)에 삽입되어, Y축 이송기구(120)에 의해 Y축 방향 타측(YS2)까지 이송되고 나서 이격 공간(S) 바깥으로 인출되며, 이격 공간(S) 안에서 이송되는 동안 대면한 이차전지(10)의 Y-Z 평면 상의 면적에 대해 여러 개소의 온도를 순차적으로 측정한다.
한편, 제4 실시예의 변형예로서 Z축 이송기구(130) 대신에 제2 실시예와 같은 Z축 이송기구(140)를 구비한 것도 가능하다. 그리고, 제3 실시예처럼, 제4 실시예의 변형예로서 Z축 이송기구(130)와 비접촉식 온도 센서부(210)가 이차전지(10)들의 개수에 대응되는 개수로 구비되는 온도측정기구도 가능하다.
도 11은 제4 실시예와 유사하지만 비접촉식 온도 센서부(220)에 있어서 차이가 있는 온도측정기구를 도시한다.
도 11에 도시한 제5 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구(T5)에서, 비접촉식 온도 센서부(220)는 이차전지(10)들의 Y축 방향 일변(11)에 대응되는 길이(d2)의 스트립 부재(221) 및 스트립 부재(221)에 Y축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서(222)를 포함한다. 즉, 일렬로 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 점은 제4 실시예와 같지만, 그 배열 방향이 제4 실시예와는 직교 상태인 경우에 해당한다.
Z축 이송기구(130)에 의해, 비접촉식 온도 센서부(220)는 도 12와 같이, 이차전지(10)들 사이로 내려가 이격 공간(S)에 삽입되어 대면한 이차전지(10)의 Y축 방향 일변(11) 부근까지 삽입되고 나서 인출되며, 이격 공간(S) 안에서 이송되는 동안 대면한 이차전지(10)의 Y-Z 평면 상의 면적에 대해 여러 개소의 온도를 순차적으로 측정한다.
비접촉식 온도 센서부(220)는 X축 방향 일측에서부터 온도 측정하며 Z축 이송기구(130)가 X축 이송기구(110)에 의해 이송되면서 이차전지(10)들의 온도 측정이 이차전지(10)별로 순차적으로 이루어진다.
본 실시예에서, 모든 이차전지의 온도를 측정하기 위하여 Z축 이송기구(130)를 Y축 방향으로 이송시킬 필요가 없으므로, X축 이송기구(110)에 의해 X축 방향을 따라 이송되면서 Z축 이송기구(130)를 탑재하는 다른 부재가 앞의 실시예들에서 설명한 Y축 이송기구(120) 대신에 구비될 수도 있다. 다른 예로, Y축 이송기구(120) 없이 Z축 이송기구(130)가 X축 이송기구(110)의 X축 엘엠 슬라이더(113)에 직접 연결되고 탑재되어 X축 이송기구(110)를 따라 X축 방향으로 이송될 수 있도록 구현한 실시예도 가능하다. 즉, Y축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서(222)를 포함하는 경우라면, X축 이송기구(110)와 Z축 이송기구(130)를 포함하는 2축 이송기구로 구현할 수도 있다는 것이다.
여기서도, 제5 실시예의 변형예로서 Z축 이송기구(130) 대신에 제2 실시예와 같은 Z축 이송기구(140)를 구비한 것도 가능하다. 그리고, 제3 실시예처럼, 제5 실시예의 변형예로서 Z축 이송기구(130)와 비접촉식 온도 센서부(220)가 이차전지(10)들의 개수에 대응되는 개수로 구비되는 온도측정기구도 가능하다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 충방전 장치에 포함될 수 있는 온도측정기구를 도시한다. 제6 실시예는 3축 이송기구를 포함하는 점은 제1 실시예와 동일하지만 비접촉식 온도 센서부(230)에 있어서 차이가 있다.
도 13을 참조하면, 제6 실시예의 온도측정기구(T6)에서 비접촉식 온도 센서부(230)는 이차전지(10)들의 Y-Z 평면 상의 면적에 대응되는 면적의 플레이트 부재(231) 및 상기 플레이트 부재(231)에 Y축 및 Z축을 따라 배열된 다중 온도 센서(232)를 포함하여, 도 13과 같이, 비접촉식 온도 센서부(230)가 이차전지(10)들 사이로 내려가 이격 공간(S)에 삽입되어 대면한 이차전지(10)의 Y-Z 평면 상의 면적에 대해 여러 개소의 온도를 동시에 측정하게 된 후 인출된다. 복수의 센서를 이용하므로 측정 시간을 더 단축할 수 있다.
비접촉식 온도 센서부(230)는 X축 방향 일측에서부터 온도 측정하며 Z축 이송기구(130)가 X축 이송기구(110)에 의해 이송되면서 도 14와 같은 온도 측정이 이차전지(10)들마다 이루어지고 Z축 이송에 의한 삽입, 반대 방향으로의 이송에 의한 인출, X축 이송에 의한 이동 순으로 반복되어 이차전지(10)별로 순차적으로 온도 측정이 이루어진다.
본 실시예에서, 모든 이차전지의 온도를 측정하기 위하여 Z축 이송기구(130)를 Y축 방향으로 이송시킬 필요가 없으므로, X축 이송기구(110)에 의해 X축 방향을 따라 이송되면서 Z축 이송기구(140)를 탑재하는 다른 부재가 앞의 실시예들에서 설명한 Y축 이송기구(120) 대신에 구비될 수도 있다. 다른 예로, Y축 이송기구(120) 없이 Z축 이송기구(130)가 X축 이송기구(110)의 X축 엘엠 슬라이더(113)에 직접 연결되고 탑재되어 X축 이송기구(110)를 따라 X축 방향으로 이송될 수 있도록 구현한 실시예도 가능하다. 즉, Y축 및 Z축을 따라 배열된 다중 온도 센서(232)를 포함하는 경우라면, 제5 실시예에서와 마찬가지로, X축 이송기구(110)와 Z축 이송기구(130)를 포함하는 2축 이송기구로 구현할 수도 있다는 것이다.
여기서도, 제6 실시예의 변형예로서 Z축 이송기구(130) 대신에 제2 실시예와 같은 Z축 이송기구(140)를 구비한 것도 가능하다. 그리고, 제3 실시예처럼, 제6 실시예의 변형예로서 Z축 이송기구(130)와 비접촉식 온도 센서부(230)가 이차전지(10)들의 개수에 대응되는 개수로 구비되는 온도측정기구도 가능하다. 이 경우, 비접촉식 온도 센서부(230)의 X축 이송 및 Y축 이송이 불필요하고 오로지 Z축 이송만 가능하면 된다. 따라서, 앞의 실시예에서와 같은 X축 이송기구(110)나 Y축 이송기구(120)가 필요없이, Z축 이송기구(130)를 지지하는 정도의 구조만 필요할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 각 이차전지(10)의 온도를 정확히 측정하기 위해 이웃하는 이차전지에 의한 영향을 배제할 수 있는 구성도 포함한다. 트레이(30) 내부, 한 공간에 모여 있는 이차전지(10)의 개별 온도를 보다 정확히 측정하기 위한 구성이다. 도 15를 참조하면, 비접촉식 온도 센서부(200')에는 비접촉식 단일 온도 센서(202)에 부가하여 분위기 온도 측정 센서(204)를 더 구비한다. 분위기 온도 측정 센서(202)의 예로는 써미스터나 열전대가 있다. 분위기 온도 측정 센서(202)는 주변 온도를 측정하는 것이다. 이를 이용해 주변 온도 보상 알고리즘을 적용하면 주변 발열에 의한 센서 온도 변화에도 측정 정확성을 향상시킬 수 있다. 주변 온도 보상 알고리즘은 알려져 있는 수식과 컴퓨터 계산 프로그램의 알고리즘을 이용할 수 있다. 도 9, 도 11 및 도 13을 참조하여 설명한 바와 같은 다중 온도 센서(212, 222, 232)에도 분위기 온도 측정 센서(204)가 더 구비될 수 있다.
본 발명에서 이용하는 각종 센서의 수 및 타입은 비용과 공간에 따라 변경가능하다. 최대한 비용을 저감하는 수준에서 센서 타입을 선택해 구현하는 것이 바람직하다.
한편, 앞의 실시예들에서는 도 2를 중심으로, 냉각팬(50)의 설치 위치가 트레이(30) 상부인 것을 주로 설명하였으나, 냉각팬(50)의 설치 위치가 그에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 16과 같은 변형예가 가능하다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치의 변형예로서, 냉각팬의 설치 위치를 변경한 예를 도시한다. 도 16을 참조하면, 충방전 장치(300')는 도 2의 충방전 장치(300)와 냉각팬(50)의 설치 위치에 있어서만 차이가 있다.
냉각팬(50)은 트레이(30) 측부에 위치한다. 여러 이차전지(10)에 대한 냉각이 가능하도록, 냉각팬(50)은 트레이 (30) 측부에 이차전지(10) 전극 리드(20)를 향한 면에 행과 열 방향으로 설치될 수 있다. 이 경우에도 냉각팬(50)은 풍향 및 출력이 개별 조절된다. 조절 방식은 앞서 설명한 바와 동일하다.
일반적으로, 이차전지(10)에서는 다른 부분보다 전극 리드(20)에서의 발열이 심하므로, 이처럼 냉각팬(50)을 트레이(30) 측부에 위치시키면 전극 리드(20)에 대한 효율적인 냉각이 가능해진다. 또한, 트레이(30) 측부에 위치함으로써 온도측정기구(T1)의 움직임과 간섭이 없다.
이와 같이 냉각팬(50)의 설치 위치에 관해서는 트레이(30)의 상부 또는 측부가 가능하다. 효율적인 냉각을 위해서라면 냉각팬(50)은 트레이(30)의 하부에 설치될 수도 있으며, 상부와 하부에 마주보는 쌍으로, 그리고 양 측부에 마주보는 쌍으로 설치될 수도 있음은 물론이다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 기본적으로 Z축 이송기구에 의한 Z축 승하강을 통해 비접촉식 온도 센서부를 이송시키는 이동형 온도측정기구를 포함하는 충방전 장치가 제공된다. 여기에 Y축 이송기구 및/또는 X축 이송기구를 더 포함시키면 각 이차전지 온도 측정에 필요한 비접촉식 온도 센서의 수를 경감시킬 수 있다. 이와 같이 이동형으로 구현하여 다수의 이차전지에 대하여 가급적 적은 수의 비접촉식 온도 센서로 온도 측정을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 특히 이차전지들을 트레이에 수납하고, 비접촉식 온도 센서를 3축 이송기구에 의해 이송시켜 각 이차전지별로 온도 측정을 할 수 있게 된다. 단일 센서나 다중 센서를 이용해 이차전지의 여러 개소의 온도를 측정할 수 있으므로, 측정한 온도를 기록하여 DB화하면 연구용 자료 획득이 가능하다.
또한, 비접촉식 온도 센서부를 이용하여 트레이 안의 각 이차전지의 온도를 측정하고, 해당 온도 정보를 바탕으로 충방전 중 지속적으로 변화하는 이차전지 온도에 대응하여 냉각팬의 풍향 및 출력을 조절할 수 있다. 이로써 온도 편차 개선으로 균일한 품질의 충방전을 구현할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 이동형 비접촉 온도측정기구 활용을 제안하는 것이 첫번째 특징이다. 그리고 온도 정보에 대응하여 개별적으로 풍향 및 출력 조절이 가능한 다수의 냉각팬을 구비하는 것이 두번째 특징이다.
본 발명에 따르면, 이동형 비접촉식 온도 센서를 사용하여 트레이 안의 각 이차전지의 온도를 측정하고, 해당 온도 정보를 바탕으로 충방전 중 지속적으로 변화하는 이차전지 온도에 대응하여 냉각팬 풍향 및 출력을 조절한다. 이에 따라 트레이 안에 수납되는 여러 개의 이차전지간 온도 편차를 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 하나의 이차전지 내에서도 양극 리드와 음극 리드 위치에 따라 온도 편차가 생길 수 있다. 본 발명에 따르면 그러한 온도 편차도 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 온도 편차 개선을 통하여 본 발명에 따른 충방전 장치는 여러 이차전지에 대하여 균일한 품질의 충방전을 구현할 수 있게 되는 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.
10 : 이차전지 20 : 전극 리드
30 : 트레이 50 : 냉각팬
T1, T2, T3, T4, T5, T6 : 온도측정기구
100 : 3축 이송기구 110 : X축 이송기구
110' : X축 프레임 111 : X축 가이드 보
112 : X축 엘엠 가이드 113 : X축 엘엠 슬라이더
120 : Y축 이송기구 121 : Y축 가이드 보
122 : Y축 엘엠 가이드 124 : Y축 슬라이드 블록
130, 140 : Z축 이송기구 131 : 링크부재
132 : X형 링크 141 : Z축 가이드 보
142 : Z축 엘엠 가이드 143 : 슬라이드 블록
200, 200', 210, 220 : 비접촉식 온도 센서부
202 : 단일 온도 센서 204 : 분위기 온도 측정 센서
211, 221 : 스트립 부재 212, 222, 232 : 다중 온도 센서
231 : 플레이트 부재 S : 이격 공간
300, 300' : 충방전 장치 340 : 충방전 프로브
350 : 전원 장치

Claims (11)

  1. Y축 방향 일변을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 배열된 다수의 이차전지들에 대하여 상기 이차전지들 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하기 위한 온도측정기구;
    Y축 방향 일변을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 다수의 이차전지들을 배열해 수납하는 트레이;
    상기 이차전지들에 개별적으로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브 및 전원 장치; 및
    상기 이차전지들을 냉각하기 위해 설치되는 다수의 냉각팬으로서, 상기 온도측정기구가 측정한 상기 이차전지별 각 이차전지 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 풍향 및 출력이 개별 조절되는 냉각팬;을 포함하며
    상기 온도측정기구는
    상기 이차전지들 사이의 이격 공간에 삽입되어 대면한 이차전지의 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 비접촉식 온도 센서부; 및
    상기 비접촉식 온도 센서부를 Z축 방향으로 승하강시켜, 상기 이차전지들로부터 Z축 방향 상측으로 이격된 위치에서부터 하측으로 상기 이격 공간에 삽입하고 반대 방향으로 인출하는 Z축 이송기구를 포함하고,
    상기 비접촉식 온도 센서부가 상기 이차전지들 사이의 이격 공간 안에 삽입, 이송 및 인출될 수 있도록 상기 트레이의 상방이 개구되어 있는 것인, 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각팬은 상기 트레이의 상부에 행과 열 방향으로 설치되어 직하방 이차전지들에 대해 송풍하는 것을 기준으로 하되 수평면에 대한 각도 조절을 통해 풍향이 조절되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도측정기구가 측정한 상기 이차전지별 각 이차전지 내의 위치에 따른 온도 정보에 따라 상기 냉각팬은 온도가 더 높은 부분을 집중적으로 냉각하여 다른 부분과의 온도 편차를 줄이는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도측정기구에 의한 온도 측정과 상기 냉각팬의 풍향 및 출력 조절이 실시간으로 연동되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 온도측정기구는 상기 Z축 이송기구를 탑재하여 Y축 방향을 따라 이송시키는 Y축 이송기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비접촉식 온도 센서부는 단일 온도 센서를 포함한 것이거나, 상기 이차전지들의 Z축 방향 일변에 대응되는 길이로 Z축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함한 것임을 특징으로 하는 충방전 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 온도측정기구는 상기 Y축 이송기구를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시키는 X축 이송기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비접촉식 온도 센서부는 단일 온도 센서를 포함한 것이거나, 상기 이차전지들의 Z축 방향 일변에 대응되는 길이로 Z축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함한 것임을 특징으로 하는 충방전 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 온도측정기구는 상기 Z축 이송기구를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시키는 X축 이송기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 비접촉식 온도 센서부는 상기 이차전지들의 Y축 방향 일변에 대응되는 길이로 Y축 방향을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 것이거나 상기 이차전지들의 Y-Z 평면 상의 면적에 대응되는 면적의 플레이트 부재 및 상기 플레이트 부재에 Y축 및 Z축을 따라 배열된 다중 온도 센서를 포함하는 것임을 특징으로 하는 충방전 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비접촉식 온도 센서부에 분위기 온도 측정을 위한 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
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