KR102386470B1 - 파우치형 배터리의 충방전 장치 - Google Patents

파우치형 배터리의 충방전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 배터리의 충방전 장치에 관한 것으로, 특히 복수개의 파우치형 배터리에 대한 충방전을 동시에 수행할 수 있도록 구성함으로써, 복수개의 파우치형 배터리의 충방전을 위해 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치에 관한 것이다.
본 발명인 파우치형 배터리의 충방전 장치를 이루는 구성수단은, 파우치형 배터리의 충방전 장치에 있어서, 복수개의 파우치형 배터리를 장착하는 트레이, 상기 트레이에 장착된 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드와 전기적으로 연결하여 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 동작을 수행하는 단위 충방전 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 단위 충방전 유닛은, 상기 복수개의 파우치형 배터리에 일대일 대응하여 배치되되, 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하는 복수개의 충방전용 그립퍼, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼가 동시에 상기 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑 또는 언클램핑하도록 가동하는 그립퍼 가동 블록, 상기 그립퍼 가동 블록을 수직 방향으로 지지한 상태로 구동력에 따라 이송되는 이송 블록, 상기 이송 블록을 수평 왕복 이동시키는 구동 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 배터리의 충방전 장치{charging and discharging device of pouch type battery}
본 발명은 파우치형 배터리의 충방전 장치에 관한 것으로, 특히 복수개의 파우치형 배터리에 대한 충방전을 동시에 수행할 수 있도록 구성함으로써, 복수개의 파우치형 배터리의 충방전을 위해 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치에 관한 것이다.
최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 고성능, 고안전성의 배터리에 대한 수요가 점차 증대되고 있으며, 특히 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 급속도로 확산되면서 이에 따른 배터리의 소형화, 박형화의 요구가 날로 증대되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근 가장 많은 관심을 갖고 있는 것이 에너지밀도가 높은 리튬 이차 배터리이다.
리튬 이차 배터리는 수명이 길고 용량이 크다는 장점을 가지고 있어, 최근 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있는데, 상기한 리튬 이차 배터리는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 배터리와 리튬 이온 배터리 및 고분자 고체 배터리를 사용하는 리튬 폴리머 배터리 등이 있다. 또한, 리튬 이차 배터리는 전극 조립체를 밀봉하는 외장재의 종류에 따라 각형 캔이 사용되는 각형 배터리, 원통형 캔이 사용되는 원통형 배터리 및 파우치가 사용되는 파우치형 배터리로 구분된다.
이중, 파우치형 배터리는 단위 중량 및 체적 당 에너지밀도가 보다 높고 배터리의 박형화 및 경량화가 가능할뿐 아니라 외장재로서의 재료비가 적게 드는 등 유리한 점이 많아 최근 그 개발이 활발하게 진행 중에 있다.
이러한 파우치형 배터리의 제조방법은 우선, 양극판 및 음극판을 제조하고, 이들 사이에 세퍼레이터를 개재한 후 적층하여 전극 조립체를 제작한다. 상기와 같이 제작된 전극 조립체의 리드에 탭을 용접하여 파우치 내부에 내장하게 된다. 이렇게 파우치에 전극 조립체를 내장한 후에는 파우치의 내부로 전해액을 주입시켜 전극 조립체에 전해액이 함침되도록 한다. 상기와 같이 전해액이 주입되면, 파우치의 가장자리를 열융착에 의해 접합시켜 파우치를 밀봉하게 된다.
상기와 같이 조립이 완료된 파우치형 배터리는 파우치 내부에 충진된 전해액이 고르게 퍼지도록 하기 위하여 파우치를 가압하여 활성화시키는 가압 활성화 공정(프리-포메이션(pre-formation)공정), 배터리를 안정화시키기 위한 에이징(Aging) 공정 및 배터리를 활성화하기 위한 충방전 공정(포메이션(formation) 공정)을 수행받게 된다.
상기 파우치형 배터리 충방전 공정은 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼를 구비한 파우치형 배터리의 충방전 장치에 의해 수행된다.
종래의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치가 도 1에 도시되어 있다.
상기의 종래 파우치형 배터리의 충방전 장치는 한개의 지지대(1)에 다수개의 전류인가편(2)들이 장착되어지고 지지대(1)의 중앙이나 일측부에는 한개의 전압측정편(3)이 장착된 구성으로 되어 있다.
즉, 상기 전류인가편(2)들은 파우치형 배터리의 전극 리드와 접촉하면서 전류를 통전시키는 역할을 하게 되고 전압측정편(3)은 파우치형 배터리의 전극 리드와 접촉하여 충전 또는 방전시의 전압을 측정하는 역할을 하게 된다.
그러나, 상기의 종래 전류인가편(2)은 지지대(1)에 장착되는 전압측정편(3) 의 폭(S) 만큼을 피해서 장착이 되었기 때문에 넓은 면적으로 설치되지 못하였었다.
상기와 같이 전류인가편(2)의 폭이 적게 설치될 경우 전극편과의 접촉면적이 적어지게 되어 접촉저항이 증가하면서 열이 많이 발생하는 문제점이 나타났었고 나아가서 충,방전효율이 저하되는 문제점을 발생시켰었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-1065392호(이하, "선행기술문헌"이라 함)는 전지의 전극편을 서포트와 지지대에 부착된 전류인가편 및 전압측정편 사이로 밀착시켜 전지에 충,방전을 시키는 전지 충,방전용 지그에 있어서, 상기 지지대에 전압측정편 없이 전류인가편을 부착시키고 서포트에는 전압측정편을 별도로 부착시켜 전압을 측정할 수 있도록 한 다음 부착수단에 의해 전압측정편을 서포트에 부착시켜서 된 것으로 전류 인가편의 넓어진 폭에 의해 접촉면적이 넓어지게 되므로 접촉저항을 줄일 수 있어 충,방전시 발생되는 열의 양을 줄일 수 있는 동시에 충,방전효율을 향상시킬 수 있는 전지 충,방전용 지그를 개시하고 있다.
그러나 상기 선행기술문헌은 단지 접촉 저항을 줄여서 충,방전 효율을 향상시킬 수 있는 충,방전용 지그 구조에 대해서만 기재하고 있을 뿐, 복수의 전지에 대한 충,방전 공정을 수행할 수 있는 충방전용 지그 또는 충방전 장치에 대해서는 전혀 개시하지 못하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1065392호(공고일자 : 2011년 09월 20일, 발명의 명칭 : 전지 충, 방전용 지그)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 복수개의 파우치형 배터리에 대한 충방전을 동시에 수행할 수 있도록 구성함으로써, 복수개의 파우치형 배터리의 충방전을 위해 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 파우치형 배터리의 충방전 장치를 이루는 구성수단은, 파우치형 배터리의 충방전 장치에 있어서, 복수개의 파우치형 배터리를 장착하는 트레이, 상기 트레이에 장착된 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드와 전기적으로 연결하여 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 동작을 수행하는 단위 충방전 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 단위 충방전 유닛은, 상기 복수개의 파우치형 배터리에 일대일 대응하여 배치되되, 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하는 복수개의 충방전용 그립퍼, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼가 동시에 상기 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑 또는 언클램핑하도록 가동하는 그립퍼 가동 블록, 상기 그립퍼 가동 블록을 수직 방향으로 지지한 상태로 구동력에 따라 이송되는 이송 블록, 상기 이송 블록을 수평 왕복 이동시키는 구동 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동 모듈의 구동에 따라, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼는 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 압지할 수 있는 압지 포지션으로 이동되고, 이 상태에서 상기 그립퍼 가동 블록이 상기 복수개의 충방전용 그립퍼의 클램핑 또는 언클램핑 동작을 동시에 가동하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 그립퍼 가동 블록은 전진 또는 후진 동력을 발생하는 가동 실린더, 상기 가동 실린더에 의해 전진 또는 후진하는 푸셔 및 상기 푸셔의 전단에 돌출 형성되되, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼에 일대일 대응하여 형성되고 상기 푸셔의 전진 또는 후진에 따라 대응하는 충방전용 그립퍼가 클램핑 또는 언클램핑하는 동작을 수행하도록 하는 복수개의 클램핑 유도체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 충방전 유닛은 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 과정에서 발생할 수 있는 이상 여부를 감지하는 복수의 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파우치형 배터리의 충방전 장치는 복수개의 단위 충방전 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 복수개의 단위 충방전 유닛은 수직 방향으로 다단으로 배치되는 방식 및 수평 방향으로 쌍을 이뤄 배치되는 방식 중, 적어도 하나의 방식으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 파우치형 배터리의 충방전 장치에 의하면, 복수개의 파우치형 배터리에 대한 충방전을 동시에 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 복수개의 파우치형 배터리의 충방전을 위해 소요되는 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 장점이 발생된다.
도 1은 종래의 전지 충방전용 지그의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치를 구성하는 그립퍼 가동 블록의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치를 구성하는 충방전용 그립퍼의 클램핑/언클램핑 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치를 구성하는 충방전용 그립퍼의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치를 구성하는 충방전용 그립퍼의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 파우치형 배터리의 충방전 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지는 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 동작 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 동작이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치의 부분 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치의 평면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치(100)는 복수개의 파우치형 배터리를 장착하는 트레이(95) 및 상기 트레이(95)에 장착된 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드와 전기적으로 연결하여 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 동작을 수행하는 단위 충방전 유닛("U")을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 단위 충방전 유닛("U")은 상기 복수개의 파우치형 배터리에 일대일 대응하여 배치되되, 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하는 복수개의 충방전용 그립퍼(50), 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)가 동시에 상기 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑 또는 언클램핑하도록 가동하는 그립퍼 가동 블록(60), 상기 그립퍼 가동 블록(60)을 수직 방향으로 지지한 상태로 구동력에 따라 이송되는 이송 블록(70) 및 상기 이송 블록(70)을 수평 왕복 이동시키는 구동 모듈(80)을 포함하여 구성된다.
복수개의 파우치형 배터리는 상기 파우치형 배터리의 충방전용 그리퍼(50)에 일대일 대응되도록 상기 트레이(95)에 장착 고정된다. 상기 트레이(95)는 상기 복수개의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50) 전방에 구비되는 트레이 안착대(90)에 안착된다. 상기 트레이 안착대(90)는 상기 트레이(95)의 하측 네 모서리를 가이드하여 안착할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 단위 충방전 유닛("U")은 파우치형 배터리에 대한 충방전 공정을 수행하는 장치로서, 상기 트레이(95)에 장착된 파우치형 배터리의 전극 리드와 전기적으로 연결하여 파우치형 배터리를 충방전하는 동작을 수행한다.
상기 단위 충방전 유닛("U")을 구성하는 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)는 상기 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하는 전류 전극단자 및 전압 전극단자로 구성되는 집게형 전극단자 조립체(도 6 내지 도 8에서 도면 부호 40으로 표기됨)를 구비하여 파우치형 배터리의 충방전시 파우치형 배터리의 전극 리드를 압지하는 동작을 수행한다.
상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)는 상기 트레이(95)에 장착 고정되는 복수개의 파우치형 배터리에 일대일 대응하여 배치되되, 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 탄성적으로 압지하는 동작을 수행한다. 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)는 수평 방향으로 상호 동일 간격으로 이격 배치된다. 각각의 충방전용 그립퍼(50)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하겠다.
상기 그립퍼 가동 블록(60)은 상기 복수개의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)를 고정 지지하되, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)가 동시에 상기 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑 또는 언클램핑하도록 가동한다. 구체적으로, 상기 그립퍼 가동 블록(60)은 외관을 형성하는 케이스를 통해 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)를 고정 지지하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스 내부의 가동 구성품을 통해 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50) 각각에 외력을 가하여 상기 집게형 전극단자 조립체(40) 사이에 삽입된 상태로 배치되는 파우치형 배터리의 전극 리드가 상기 집게형 전극단자 조립체(40)에 의하여 탄성적으로 압지될 수 있도록 한다.
상기 이송 블록(70)은 상기 그립퍼 가동 블록(60)을 수직 방향으로 지지하고, 상기 구동 모듈(80)의 구동에 따라 수평 왕복 이동, 구체적으로 전진 또는 후진된다. 상기 이송 블록(70)의 전진 또는 후진은 상기 구동 모듈(80)에 의하여 수행된다. 즉, 상기 구동 모듈(80)은 상기 이송 블록(70)을 전진 또는 후진되도록 구동할 수 있고, 결과적으로, 상기 이송 블록(70)에 지지 결합되는 상기 그립퍼 가동 블록(60) 및 이에 지지되는 복수개의 충방전용 그립퍼(50) 역시 전진 또는 후진될 수 있다.
상기 구동 모듈(80)의 구동에 따라, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)는 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 압지할 수 있는 압지 포지션으로 이동되고, 이 상태에서 상기 그립퍼 가동 블록(60)이 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)의 클램핑 또는 언클램핑 동작을 동시에 가동한다.
상기 압지 포지션은 상기 그립퍼 가동 블록(60)의 클램핑 가동에 의해 각각의 충방전용 그립퍼(50)가 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑할 수 있는 위치를 의미한다. 따라서, 상기 압지 포지션에서 상기 그립퍼 가동 블록(60)이 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)를 동시에 클램핑 가동하면, 각각의 충방전용 그립퍼(50)는 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑하여 압지할 수 있다. 물론, 상기 압지 포지션에서 상기 그립퍼 가동 블록(60)이 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)를 동시에 언클램핑 가동하면, 각각의 충방전용 그립퍼(50)는 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 언클램핑할 수 있다.
상기 그립퍼 가동 블록(60)은 클램핑 가동 또는 언클램핑 가동을 통해서 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)가 동시에 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑 또는 언클램핑할 수 있도록 한다. 이를 위한, 상기 그립퍼 가동 블록(60)은 도 5에 도시된 바와 같이, 전진 또는 후진 동력을 발생하는 가동 실린더(65), 상기 가동 실린더(65)에 의해 전진 또는 후진하는 푸셔(pusher)(67) 및 상기 푸셔(67)의 전단에 돌출 형성되되, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)에 일대일 대응하여 형성되고 상기 푸셔(67)의 전진 또는 후진에 따라 대응하는 충방전용 그립퍼(50)가 클램핑 또는 언클램핑하는 동작을 수행하도록 하는 복수개의 클램핑 유도체(69)를 포함하여 구성된다.
상기 가동 실린더(65)는 상기 푸셔(67)의 전진 동작 또는 후진 동작을 위한 동력을 발생한다. 결국, 상기 가동 실린더(65)의 구동에 따라 상기 푸셔(67)는 전진 또는 후진하는 동작을 수행한다. 상기 푸셔(67)의 전진 또는 후진에 따라 상기 복수개의 클램핑 유도체(69) 역시 동시에 전진 또는 후진한다.
평상시, 즉 상기 가동 실린더(65)가 전진 동력을 발생하지 않는 경우에, 상기 복수개의 클램핑 유도체(69)는 대응하는 충방전용 그립퍼(50)의 후미, 구체적으로 제1 가압부와 제2 가압부(도 6 내지 도 8에서 도면부호 12와 14로 표기됨)에 인접한 상태를 유지하고 있다. 이 상태에서, 상기 가동 실린더(65)가 전진 동력을 발생하면, 상기 푸셔(67)가 전진하고, 이 푸셔(67)의 전단에 돌출 형성되는 상기 복수개의 클램핑 유도체(69) 역시 전진한다. 상기 복수개의 클램핑 유도체(69) 각각의 전진 동작에 의해, 대응하는 충방전용 그립퍼(50)가 클램핑하는 동작을 수행하고, 이를 통해 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 압지할 수 있다. 이후, 복수개의 클램핑 유도체(69)가 상기 가동 실린더(65)에 의해 후진하면, 대응하는 충방전용 그립퍼(50)가 언클램핑하는 동작을 수행하고, 이를 통해 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드에 대한 압지를 해제할 수 있다.
상기 단위 충방전 유닛("U")을 통해 상기 트레이(95)에 안정적으로 장착된 파우치형 배터리를 충방전하기 위한 과정 및 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
복수개의 파우치형 배터리가 상호 동일 간격으로 이격 배치된 상태로 안정적으로 장착되어 있는 상기 트레이(95)를 상기 트레이 안착대(90)에 안착시킨다. 상기 복수개의 파우치형 배터리는 전극 리드가 측방향, 구체적으로 상기 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)를 향하는 방향으로 배치되도록 상기 트레이(95)에 장착된다.
다음, 상기 복수개의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)가 상기 구동 모듈(80)에 의해 전진하도록 구동되어, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드가 일대일로 대응하는 상기 충방전용 그립퍼(50)의 집게형 전극단자 조립체(40) 사이에 배치된 상태가 되도록 한다.
이를 위하여, 상기 구동 모듈(80)은 상기 이송 블록(70)이 상기 트레이(95) 방향으로 전진되도록 구동한다. 그러면, 상기 이송 블록(70)의 전진에 따라 상기 그립퍼 가동 블록(60) 역시 전진하고, 결과적으로 상기 그립퍼 가동 블록(60)에 지지되어 있는 복수개의 충방전용 그립퍼(50)는 상기 트레이(95)에 장착되어 있는 상기 복수의 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑할 수 있는 위치, 즉 압지 포지션까지 전진한다. 이때, 각각의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)를 구성하는 집게형 전극단자 조립체 사이에는 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드가 배치된다.
이후, 상기 가동 실린더(65), 푸셔(67) 및 클램핑 유도체(69)로 구성되는 그립퍼 가동 블록(60)이 상기 복수개의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)에 동시적으로 클램핑을 위한 외력을 가하여 각각의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)가 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하여 클램핑할 수 있도록 한다. 상기 복수개의 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)의 클램핑을 위한 외력은 상술한 바와 같이, 상기 가동 실린더(65)가 상기 푸셔(67)를 매개로 하여 복수개의 클램핑 유도체(69)를 전진시키는 구동을 통하여 수행될 수 있다. 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)에 의하여 대응하는 복수의 파우치형 배터리의 전극 리드가 탄성적으로 압지되어 클램핑되면, 소정의 절차에 따라 복수개의 파우치형 배터리에 대한 충방전을 수행한다.
상기 충방전을 수행하는 과정에서, 충방전 과정에서 발생할 수 있는 이상 여부를 감지할 필요성이 있다. 따라서, 상기 단위 충방전 유닛("U")은 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 과정에서 발생할 수 있는 이상 여부를 감지하는 복수의 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 충방전 과정에서 비정상적으로 발생할 수 있는 열을 감지하기 위한 온도 센서(61) 및 비정상적인 화재를 감지할 수 있는 연기 감지 센서(미도시) 등이 단위 충방전 유닛("U")에 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 충방전 과정에서 접촉 불량, 저항 증가로 인하여 상기 충방전용 그립퍼(50)에서 발생하는 열을 감지하기 위하여 상기 온도 센서(61)를 구비하는 것이 바람직하고, 더 나아가 과열로 인하여 화재가 발생한 경우 신속한 대응을 위하여 연기 감지 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 온도 센서(61)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 충방전용 그립퍼(50)에서 발생하는 열을 효과적으로 감지하기 위하여, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)에 인접하여 상기 그립퍼 가동 블록(60) 상에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 트레이 안착대(90)에 안착된 상기 트레이(95)는 정렬 위치에 벗어난 상태로 안착될 수도 있고, 이 상태에서 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)를 전진시키면, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드가 대응하는 충방전용 그립퍼(50)를 구성하는 집게형 전극단자 조립체(40) 사이에 정확하게 삽입되지 못하고 오정렬된 상태가 될 수 있다.
이와 같은 오정렬 발생을 방지하기 위하여, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼(50)를 전진시키는 과정에서 상기 트레이(95)의 양측면을 접촉 가이드할 수 있는 한 쌍의 트레이 가이드(63)가 상기 단위 충방전 유닛("U")의 양측, 구체적으로 상기 그립퍼 가동 블록(60)의 양측에 고정 배치된다.
이상에서 설명한 단위 충방전 유닛("U")은 상기 파우치형 배터리의 일측 방향에 대해서만 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑하여 충방전 공정을 수행할 수 있도록 한다. 따라서, 이와 같이 하나의 단위 충방전 유닛("U")만을 이용하여 파우치형 배터리에 대한 충방전 공정을 수행하는 경우에는, 양의 전극 리드와 음의 전극 리드가 모두 일측에 형성된 파우치형 배터리에 대한 충방전 공정을 수행하는 경우에 해당된다.
그런데, 파우치형 배터리는 양측에 각각 전극 리드가 형성되는 경우도 있다. 즉, 양의 전극 리드가 파우치형 배터리의 일측에 형성되고 음의 전극 리드가 파우치형 배터리의 타측에 형성되는 형태의 파우치형 배터리가 적용될 수도 있다. 또한, 동시에 충방전을 수행할 파우치형 배터리의 개수를 증가시키기 위하여 다단의 트레이(95)를 적용하는 경우가 발생할 수 있다. 이를 위하여, 상술한 단위 충방전 유닛("U")을 복수개로 구성하여 수평 방향 및 수직 방향 중, 적어도 하나의 방향으로 배치할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 상기 파우치형 배터리의 충방전 장치(100)는 복수개의 단위 충방전 유닛("U")을 포함하여 구성되되, 상기 복수개의 단위 충방전 유닛("U")은 수직 방향으로 다단으로 배치되는 방식 및 수평 방향으로 쌍을 이뤄 배치되는 방식 중, 적어도 하나의 방식으로 배치된다. 즉, 상기 복수개의 단위 충방전 유닛("U")은 수직 방향으로만 다단으로 배치될 수도 있고, 수평 방향으로만 쌍을 이뤄 배치될 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 방향으로의 다단 배치 방식과 수평 방향으로 쌍을 이뤄 배치하는 방식을 조합할 수도 있다.
구체적으로, 양측에 전극 리드가 각각 형성되는 파우치형 배터리를 상기 트레이(95)에 장착된 상태에서 충방전을 수행하기 위해서, 본 발명에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치는 수평 방향으로 쌍을 이뤄 마주보도록 배치되는 복수개의 단위 충방전 유닛("U")으로 구성되어야 한다. 이 경우, 상기 트레이(95) 양측에 각각 배치되는 단위 충방전 유닛("U") 모두가 상기 트레이(95)를 향하여 전진되도록 구동한 후, 양측의 단위 충방전 유닛("U")을 구성하는 각각의 복수의 충방전용 그립퍼(50)가 파우치형 배터리의 양측에 형성되는 전극 리드 각각을 클램핑한 상태에서 충방전 공정이 수행될 수 있도록 한다. 이 경우의 각각의 단위 충방전 유닛("U") 역시 상술한 단위 충방전 유닛("U")과 동일한 동작을 수행한다.
한편, 도 2 및 도 3은 수평 방향으로 배치되는 한 쌍의 단위 충방전 유닛("U")이 다단, 구체적으로 2층으로 구성되는 것을 예시하고 있다. 이 경우에는 상기 트레이(95) 역시 다단, 구체적으로 2층으로 적층 배치된다. 이와 같은 구성을 가지는 파우치형 배터리의 충방전 장치(100)는 양측에 전극 리드를 형성하는 복수의 파우치형 배터리를 다단, 구체적으로 2층으로 배치시킨 상태에서 충방전 공정을 수행할 수 있다. 결과적으로, 보다 많은 파우치형 배터리들에 대하여 동시에 충방전 공정을 수행할 수 있다.
상기 파우치형 배터리의 충방전 장치(100)는 도 2 및 도 3에 예시한 바와 같이, 상기 한 쌍의 충방전 유닛("U")을 2층으로 배치하여 구성할 수도 있지만, 필요에 따라 3층 이상의 다단으로도 배치하여 구성할 수도 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 같이, 한 쌍의 단위 충방전 유닛("U")이 2층으로 배치하여 구성되는 경우에, 상기 트레이 가이드(63)는 상하로 배치된 단위 충방전 유닛 사이에 각각 고정 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 배터리의 충방전 장치(100)에 구비되는 충방전용 그립퍼(50)는 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 충방전용 그립퍼(50)는 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하는 전류 전극단자(30) 및 전압 전극단자(20)로 구성되는 집게형 전극단자 조립체(40)를 구비하여 파우치형 배터리의 충방전시 파우치형 배터리의 전극 리드를 압지하는 동작을 수행할 수 있는 구조를 가진다.
상기 충방전용 그립퍼(50)는 제1 장착 블록(11)과 제2 장착 블록(13)이 결합되어 형성되는 단자 장착 블록(10)과, 상기 단자 장착 블록(10)에 결합되는 집게형 전극단자 조립체(40), 구체적으로 상기 제1 장착 블록(11) 및 제2 장착 블록(13)에 각각 결합되는 한 쌍의 전압 전극단자(20)와, 상기 제1 장착 블록(11) 및 제2 장착 블록(13)에 각각 결합되되, 상기 전압 전극단자(20)의 내측에 배치되는 한 쌍의 전류 전극단자(30)를 포함하여 구성된다.
상기 단자 장착 블록(10)은 제1 장착 블록(11)과 제2 장착 블록(13)이 탄성력을 가진 상태로 집게형 구조로 결합되어 형성된다. 상기 충방전용 그립퍼(50)는 기존과 달리 집게형 구조를 채택 적용한다. 이를 위하여, 상기 단자 장착 블록(10)은 제1 장착 블록(11)과 제2 장착 블록(13)이 집게형 구조로 결합되어 형성된다.
구체적으로, 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)은 결합핀(15)을 통해 상호 회동 가능하게 결합되어 집게형 구조의 단자 장착 블록(10)을 구성한다. 그리고, 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)은 집게형 구조의 단자 장착 블록(10)을 제공하기 위하여 상호 탄성력을 가진 상태로 결합된다.
상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)이 상호 탄성력을 가진 상태로 집게형 구조로 결합되기 위하여, 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 사이에는 탄성 부재(16)가 개재된다. 상기 탄성 부재(16)는 클램핑 외력이 가해지지 않는 상태에서, 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)의 전단이 상호 벌어진 상태 또는 상호 인접한 상태가 되도록 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 사이에 개재된다.
즉, 상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)은 클램핑 외력이 가해지지 않는 상태에서(도 6의 (a) 상태), 자신들 각각의 전단에 돌출 결합되는 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))가 상호 벌어진 상태 또는 상호 인접한 상태가 되도록, 상기 탄성부재(16)와 결합핀(15)에 의하여 결합된다.
상기 클램핑 외력이 가해지지 않는 상태에서, 상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)이 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))를 상호 인접한 상태가 되도록 결합한다면, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 압지하는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지력은 상기 탄성 부재(16)에 의하여 결정된다. 이와 같은 경우, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 압지하는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지력을 조정 또는 제어할 수 없다는 단점을 야기할 수 있고, 또한 사용 횟수 및 시간의 증가에 따라 발생되는 상기 탄성 부재(16)의 탄성력 감소에 의하여 상기 파우치형 배터리의 전극 리드에 대한 압지력이 약해지고, 이로 인하여 파우치형 배터리의 전극 리드에 대한 접촉 불량이 발생될 수도 있다.
이와 같은 문제점으로 인하여, 본 발명에 따른 상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13)은 클램핑 외력이 가해지지 않는 상태에서, 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))가 상호 벌어진 상태가 되도록 결합되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 압지하는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지력은 상기 탄성체에 의하지 않고 가해지는 클램핑 외력에 의하여 결정된다. 따라서, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 압지하는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지력은 가해지는 외력에 의하여 조정 또는 제어될 수 있다. 결과적으로, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 두께가 가변되거나 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지 탄성력이 가변되더라도, 클램핑 외력에 의하여, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 압지하는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지력을 적정하게 조정 또는 가변 제어할 수 있다.
상기 클램핑 외력은 외력이 가해지지 않는 상태(도 6의 (a) 상태)에서 상호 벌어진 상태에 있는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))를 상호 인접한 상태(도 6의 (b) 상태)가 되도록 하여 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 탄성 압지하도록 한다. 상기 클램핑 외력은 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))를 상호 인접한 상태가 되도록 할 수 있다면, 다양한 구성 및 방법을 통해 발생 및 가할 수 있다.
본 발명에서는 도 5, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단 사이로 삽입될 수 있도록 배치되는 상기 클램핑 유도체(69)에 의하여 클램핑 외력을 가할 수 있다. 상기 클램핑 유도체(69)가 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단 사이로 삽입되면, 상기 결합핀(15)에 의하여 각각의 중앙 부분에서 상호 회동 가능하게 결합되는 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단이 상호 벌어지게 되고, 이에 반해 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 전단은 상호 인접하게 된다. 결과적으로, 상기 클램핑 유도체(69)의 클램핑 외력에 의하여, 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))가 상호 인접한 상태가 되어, 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 탄성적으로 압지할 수 있다.
상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단 사이에 삽입되는 부분에 해당하는 상기 클램핑 유도체(69)의 전두부는 라운드 형상 또는 뾰족한 형상, 구체적으로 전단부에서 후미 방향으로 가면서 두께가 두꺼워지는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단 사이에 삽입되는 상기 클램핑 유도체(69)의 전두부의 깊이를 조정 또는 가변 제어함으로써, 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 상호 인접 정도 또는 거리를 조정할 수 있고, 결과적으로 상기 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 압지하는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)(한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30))의 압지력을 적정하게 조정 또는 가변 제어할 수 있다.
상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단에는 상기 클램핑 유도체(69)의 삽입 및 가압에 따라 변형되지 않도록 각각 제1 가압부(12)와 제2 가압부(14)가 구비된다. 즉, 상기 제1 장착 블록(11)의 후단에는 상기 클램핑 유도체(69)의 삽입에 따라 가압되되, 삽입 가압에 따라 변형되지 않는 제1 가압부(12)가 구비되고, 상기 제2 장착 블록(13)의 후단에는 상기 클램핑 유도체(69)의 삽입에 따라 가압되되, 삽입 가압에 따라 변형되지 않는 제2 가압부(14)가 구비된다.
상기 제1 가압부(12) 및 제2 가압부(14)는 상기 제1 장착 블록(11)과 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 후단 사이로 삽입되는 상기 클램핑 유도체(69)가 더 원활하게 삽입될 수 있도록 하기 위하여 제자리에서 회전될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 제1 가압부(12) 및 제2 가압부(14)는 상기 클램핑 유도체(69)의 진입에 따라 제자리에서 회전할 수 있는 롤러로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13)은 각각 후단에 전류/전압 케이블(17)이 연결되어 있다. 상기 전류/전압 케이블(17)은 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 전단에 결합되는 집게형 전극단자 조립체(40)를 구성하는 한 쌍의 전압 전극단자(20) 및 한 쌍의 전류 전극단자(30)와 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 전류/전압 케이블(17)은 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 내측을 통해, 각각의 전압 전극단자(20) 및 각각의 전류 전극단자(30)와 전기적으로 도통되도록 연결된다.
상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 전단에는 집게형 전극단자 조립체(40)를 구성하는 전압 전극단자(20)가 돌출 결합되되, 한 쌍의 전압 전극단자(20)는 서로 내측을 향하여 대향 배치된다. 즉, 상기 한 쌍의 전압 전극단자(20)는 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 전단으로부터 돌출 결합되어 상호 대향 배치된다.
여기서, 상기 내측은 한 쌍의 전압 전극단자(20)가 서로 대향하는 방향의 공간을 의미하고, 상기 내측으로 상기 파우치형 배터리의 전극 리드가 삽입되어 상기 한 쌍의 전압 전극단자(20) 및 한 쌍의 전류 전극단자(30)에 의하여 양측면이 탄성적으로 압지된다.
또한, 상기 단자 장착 블록(10)을 구성하는 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 전단에는 상기 집게형 전극단자 조립체(40)를 구성하는 전류 전극단자(30)가 돌출 결합되되, 한 쌍의 전류 전극단자(30)는 서로 내측을 향하여 대향 배치되고, 상기 전압 전극단자(20)에 이격된 상태로 내측으로 배치된다. 즉, 상기 한 쌍의 전류 전극단자(30)는 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13) 각각의 전단으로부터 돌출 결합되어 상호 대향 배치되되, 상기 전압 전극단자(20)에 이격된 상태로 상기 전압 전극단자(20) 내측에 배치된다.
여기서, 상기 내측은 한 쌍의 전류 전극단자(30)가 서로 대향하는 방향의 공간을 의미하고, 상기 내측으로 상기 파우치형 배터리의 전극 리드가 삽입되어 상기 한 쌍의 전압 전극단자(20) 및 한 쌍의 전류 전극단자(30)에 의하여 양측면이 탄성적으로 압지된다.
상기 한 쌍의 전류 전극단자(30) 각각은 인접하는 전압 전극단자(20)와 단락되지 않도록 상기 전압 전극단자(20)와 반드시 이격된 상태로 배치된다. 또한, 상기 한 쌍의 전류 전극단자(30) 각각은 상기 파우치형 배터리의 전극 리드와의 접촉 면적을 증가시키기 위하여 인접하는 전압 전극단자(20)의 내측에 배치된다.
이상에서 설명한 상기 충방전용 그립퍼(50)에 의하면, 충방전용 그립퍼(50)를 집게형으로 구성하기 때문에, 파우치형 배터리의 전극 리드와의 접촉 불량을 최소화할 수 있고, 상기 전류 전극단자(30) 및 전압 전극단자(20)가 파우치형 배터리의 전극 리드 양측면에 모두 접촉되도록 구성하기 때문에, 접촉 신뢰성을 향상시키고 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록 하며, 이로 인하여 궁극적으로 충방전 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 상기 충방전용 그립퍼(50)는 파우치형 배터리의 전극 리드에 강한 탄성력으로 밀착될 수 있도록 하고, 이로 인하여 파우치형 배터리의 전극 리드 표면에 형성되는 산화피막에 접촉시에 또는 파우치형 배터리의 불균일한 전극 리드에 접촉시에 발생되는 접촉오류를 방지할 수 있도록 하는 구조를 채택 적용한다.
이를 위하여, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 상기 한 쌍의 전압 전극단자(20) 각각, 즉 상기 각각의 전압 전극단자(20)는 상기 단자 장착 블록(10)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성되는 전압 단자 바디(21), 상기 전압 단자 바디(21)와 일체로 연장 형성되되, 전압 단자 절개부(24)를 통해 상호 분리 형성되는 복수개의 전압 단자 탄성편(23), 상기 각각의 전압 단자 탄성편(23)과 일체로 형성되되, 내측 방향으로 절곡되어 형성되는 전압 단자 절곡편(25)을 포함하여 구성된다.
상기 전압 단자 바디(21)는 상기 단자 장착 블록(10)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성된다. 즉, 상기 제1 장착 블록(11)의 전단으로부터 돌출 결합되는 전압 전극단자(20)의 전압 단자 바디(21)는 상기 제1 장착 블록(11)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성되고, 상기 제2 장착 블록(13)의 전단으로부터 돌출 결합되는 전압 전극단자(20)의 전압 단자 바디(21)는 상기 제2 장착 블록(13)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성된다. 상기 각각의 전압 단자 바디(21)는 상기 단자 장착 블록(10)에 삽입된 상태로 고정 장착되고, 상술한 전류/전압 케이블(17)에 전기적으로 연결되도록 장착된다.
상기 복수개의 전압 단자 탄성편(23)은 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13)에 각각 결합되는 상기 전압 단자 바디(21)와 일체로 연장 형성되되, 전압 단자 절개부(24)를 통해 상호 분리 형성된다. 상기 복수개의 전압 단자 탄성편(23)은 상기 전압 단자 절개부(24)를 통해 상호 분리된 상태로 이격 배치되기 때문에, 상기 전압 단자 바디(21)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 된다. 결과적으로 상기 전압 단자 바디(21)와 상기 복수개의 전압 단자 탄성편(23)의 결합 구조는 갈퀴 형상의 구조를 가진다.
상기 전압 단자 절곡편(25)은 상호 분리 형성되는 상기 각각의 전압 단자 탄성편(23)과 일체로 형성되되, 내측 방향으로 절곡되어 형성된다. 상기 전압 단자 절곡편(25)은 상호 분리 형성되는 상기 각각의 전압 단자 탄성편(23)과 일체로 형성되기 때문에, 역시 복수개로 형성되고 상호 분리 형성된다. 따라서, 상기 복수개의 전압 단자 절곡편(25) 역시 상기 전압 단자 탄성편(23)을 매개로 하여 상기 전압 단자 바디(21)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 된다. 결과적으로, 상기 전압 단자 바디(21), 상기 복수개의 전압 단자 탄성편(23) 및 상기 전압 단자 절곡편(25)의 결합 구조는 더 완성된 갈퀴 형상의 구조를 가진다.
상기 전압 단자 절곡편(25)이 상기 각각의 전압 단자 탄성편(23) 단부에서 내측 방향으로 절곡되어 형성되기 때문에, 상기 전압 단자 탄성편(23)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 되고, 더 나아가 상기 전압 단자 탄성편(23)을 매개로 하여 상기 전압 단자 바디(21)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 된다.
상기 전압 단자 절곡편(25)이 상기 각각의 전압 단자 탄성편(23)의 단부에서 내측 방향으로 절곡되어 형성되기 때문에, 한 쌍의 전압 단자 절곡편(25), 즉 상기 제1 장착 블록(11)에 결합되는 전압 전극단자(20)를 구성하는 전압 단자 절곡편(25)과 상기 제2 장착 블록(13)에 결합되는 전압 전극단자(20)를 구성하는 전압 단자 절곡편(25)은 내측 방향으로 상호 대향 배치된다.
상기 전압 단자 절곡편(25)의 단부는 톱니 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 파우치형 배터리의 전극 리드 표면에는 산화 피막이 형성될 수 있기 때문에, 상기 산화 피막을 뚫고 지나갈 수 있도록 상기 전압 단자 절곡편(25)의 단부가 톱니 형상을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 접촉 오류를 발생하지 않고 저항을 최소화한 상태에서 충방전을 수행할 수 있다.
한편, 상기 전압 단자 절곡편(25)은 상기 전압 단자 탄성편(23)의 단부에서 내측 방향으로 절곡되어 일체로 형성될 수 있다면, 상기 전압 단자 탄성편(23)에 대한 절곡 각도가 한정될 필요는 없다. 다만, 상기 전압 단자 절곡편(25)의 탄성력 유지를 고려함과 동시에, 파우치형 배터리의 전극 리드에 탄성 압지되는 과정에서 내측에 이격 배치되는 상기 전류 전극 단자(30), 구체적으로 전류 단자 절곡편(35)과 단락되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전압 단자 탄성편(23)에 대한 상기 전압 단자 절곡편(25)의 절곡 각도(θ)는 90˚ 이상 110˚ 이하의 범위(90˚ ≤ θ ≤ 110˚)인 것이 바람직하고, 95˚ 이상 100˚ 이하의 범위(95˚ ≤ θ ≤ 100˚)인 것이 가장 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 상기 한 쌍의 전류 전극단자(30) 각각, 즉 상기 각각의 전류 전극단자(30)는. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 단자 장착 블록(10)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성되는 전류 단자 바디(31), 상기 전류 단자 바디(31)와 일체로 연장 형성되되, 전류 단자 절개부(34)를 통해 상호 분리 형성되는 복수개의 전류 단자 탄성편(33), 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33)과 일체로 형성되되, 내측 방향으로 절곡되어 형성되는 전류 단자 절곡편(35)을 포함하여 구성된다.
상기 전류 전극단자(30)는 상술한 바와 같이, 상기 전압 전극단자(20)에 반드시 이격된 상태로 상기 전압 전극단자(20) 내측에 배치되기 때문에, 상기 전류 전극단자(30)를 구성하는 상기 전류 단자 바디(31), 복수개의 전류 단자 탄성편(33) 및 전류 단자 절곡편(35)은 각각 대응하는 상기 전압 전극단자(20)를 구성하는 상기 전압 단자 바디(21), 복수개의 전압 단자 탄성편(23) 및 전압 단자 절곡편(25)에 이격된 상태로 내측에 배치된다.
상기 전류 단자 바디(31)는 상기 단자 장착 블록(10)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성된다. 즉, 상기 제1 장착 블록(11)의 전단으로부터 돌출 결합되는 전류 전극단자(30)의 전류 단자 바디(31)는 상기 제1 장착 블록(11)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성되고, 상기 제2 장착 블록(13)의 전단으로부터 돌출 결합되는 전류 전극단자(30)의 전류 단자 바디(31)는 상기 제2 장착 블록(13)에 고정 장착된 상태로 돌출 형성된다. 상기 각각의 전류 단자 바디(31)는 상기 단자 장착 블록(10)에 삽입된 상태로 고정 장착되고, 상술한 전류/전압 케이블(17)에 전기적으로 연결되도록 장착된다.
상기 복수개의 전류 단자 탄성편(33)은 상기 제1 장착 블록(11) 및 상기 제2 장착 블록(13)에 각각 결합되는 상기 전류 단자 바디(31)와 일체로 연장 형성되되, 전류 단자 절개부(34)를 통해 상호 분리 형성된다. 상기 복수개의 전류 단자 탄성편(33)은 상기 전류 단자 절개부(34)를 통해 상호 분리된 상태로 이격 배치되기 때문에, 상기 전류 단자 바디(31)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 된다. 결과적으로 상기 전류 단자 바디(31)와 상기 복수개의 전류 단자 탄성편(33)의 결합 구조는 갈퀴 형상의 구조를 가진다.
상기 전류 단자 절곡편(35)은 상호 분리 형성되는 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33)과 일체로 형성되되, 내측 방향으로 절곡되어 형성된다. 상기 전류 단자 절곡편(35)은 상호 분리 형성되는 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33)과 일체로 형성되기 때문에, 역시 복수개로 형성되고 상호 분리 형성된다. 따라서, 상기 복수개의 전류 단자 절곡편(35) 역시 상기 전류 단자 탄성편(33)을 매개로 하여 상기 전류 단자 바디(31)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 된다. 결과적으로, 상기 전류 단자 바디(31), 상기 복수개의 전류 단자 탄성편(33) 및 상기 전류 단자 절곡편(35)의 결합 구조는 더 완성된 갈퀴 형상의 구조를 가진다.
상기 전류 단자 절곡편(35)은 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33) 단부에서 내측 방향으로 절곡되어 형성되기 때문에, 상기 전류 단자 탄성편(33)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 되고, 더 나아가 상기 전류 단자 탄성편(33)을 매개로 하여 상기 전류 단자 바디(31)에 탄성적으로 일체 결합된 상태가 된다.
상기 전류 단자 절곡편(35)은 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33)의 단부에서 내측 방향으로 절곡되어 형성되기 때문에, 한 쌍의 전류 단자 절곡편(35), 즉 상기 제1 장착 블록(11)에 결합되는 전류 전극단자(30)를 구성하는 전류 단자 절곡편(35)과 상기 제2 장착 블록(13)에 결합되는 전류 전극단자(30)를 구성하는 전류 단자 절곡편(35)은 내측 방향으로 상호 대향 배치된다.
상기 전류 단자 절곡편(35)의 단부는 톱니 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 파우치형 배터리의 전극 리드 표면에는 산화 피막이 형성될 수 있기 때문에, 상기 산화 피막을 뚫고 지나갈 수 있도록 상기 전류 단자 절곡편(35)의 단부가 톱니 형상을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 접촉 오류를 발생하지 않고 저항을 최소화한 상태에서 충방전을 수행할 수 있다.
한편, 상기 전류 단자 절곡편(35)은 상기 전류 단자 탄성편(33)의 단부에서 내측 방향으로 절곡되어 일체로 형성될 수 있다면, 상기 전류 단자 탄성편(33)에 대한 절곡 각도가 한정될 필요는 없다. 다만, 상기 전류 단자 절곡편(35)의 탄성력 유지를 고려함과 동시에, 파우치형 배터리의 전극 리드에 탄성 압지되는 과정에서 인접하여 이격 배치되는 상기 전압 전극 단자(20), 구체적으로 전압 단자 절곡편(25)과 단락되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전류 단자 탄성편(33)에 대한 상기 전류 단자 절곡편(35)의 절곡 각도(θ)는 상기 전압 단자 탄성편(23)에 대한 상기 전압 단자 절곡편(25)의 절곡 각도(θ)와 동일한 것이 바람직하다. 즉 상기 전류 단자 탄성편(33)에 대한 상기 전류 단자 절곡편(35)의 절곡 각도(θ)는 90˚ 이상 110˚ 이하의 범위(90˚ ≤ θ ≤ 110˚)인 것이 바람직하고, 95˚ 이상 100˚ 이하의 범위(95˚ ≤ θ ≤ 100˚)인 것이 가장 바람직하다.
한편, 상기 전류 단자 절곡편(35)은 상기 전압 단자 절곡편(25)에 비하여 내측 방향으로 덜 돌출 연장되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 전압 단자 절곡편(25)은 상기 전류 단자 절곡편(35)보다 내측 방향으로 더 돌출 연장 형성된다. 따라서, 한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30)가 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 탄성적으로 압지하는 과정에서, 우선적으로 바깥쪽에 배치되는 상기 전압 단자 절곡편(25)이 바깥쪽으로 휘어지면서 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하고, 이후 상기 전압 단자 절곡편(25)이 바깥쪽으로 휘어지는 과정에서 상기 전류 단자 절곡편(35)이 파우치형 배터리의 전극 리드에 접촉하면서 바깥쪽으로 휘어지면서 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지할 수 있다.
한편, 본 발명은 전류 전극단자(30)의 전류 단자 탄성편(33) 상에 전류 단자 평면 접촉편(37)을 구비함으로써, 파우치형 배터리의 전극 리드와의 접촉 면적을 더욱더 증가시킬 수 있고, 이로 인하여 접촉 저항을 줄일 수 있고 충방전시 발생되는 열의 양을 줄일 수 있으며, 결과적으로 충방전 효율을 더욱더 향상시킬 수 있도록 하는 파우치형 배터리의 충방전용 그립퍼(50)의 구조를 채택 적용한다.
이를 위하여, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33) 상에는 상기 파우치형 배터리의 전극 리드와의 접촉 면적을 증가시키기 위한 전류 단자 평면 접촉편(37)이 구비된다.
본 발명에 따른 상기 전류 전극단자(30) 및 전압 전극단자(20)는 상술한 바와 같이, 파우치형 배터리의 전극 리드 양측면에 모두 접촉되도록 구성하기 때문에, 접촉 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 기존에 비하여 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 그런데, 본 발명은 파우치형 배터리의 전극 리드와의 접촉 면적을 더욱더 증가시켜서 충방전 효율을 더욱더 향상시키기 위하여, 상기 각각의 전류 단자 탄성편(33) 상에 상기 전류 단자 평면 접촉편(37)을 구비하는 구성을 추가적으로 채택 적용한다.
상기 전류 단자 평면 접촉편(37)은 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하기 위하여 상기 전류 단자 바디(31) 상에 형성되는 것이 아니라, 상기 전류 단자 탄성편(33) 상에 형성된다. 상기 전류 단자 평면 접촉편(37)을 상기 전류 전극단자(30), 구체적으로 상기 전류 단자 탄성편(33) 상에 형성하기 위하여, 상기 전류 전극단자(30)가 상기 전압 전극단자(20) 내측에 배치되는 구조를 채택 적용하게 되는 것이다.
상기 전류 단자 평면 접촉편(37)의 내측면(상호 대향하는 한 쌍의 전류 단자 탄성편(33) 상에 각각 형성되는 한 쌍의 전류 단자 평면 접촉면(37)이 상호 대항하는 면)에는 복수의 돌기가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 파우치형 배터리의 전극 리드 표면에는 산화 피막이 형성될 수 있기 때문에, 상기 산화 피막을 뚫고 지나갈 수 있도록 상기 전류 단자 평면 접촉편(37)의 내측면에 복수의 돌기가 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 접촉 오류를 발생하지 않고 저항을 최소화한 상태에서 충방전을 수행할 수 있다.
한편, 상기 전류 단자 평면 접촉편(37)은 상기 전류 단자 절곡편(35)에 비하여 내측 방향으로 덜 돌출 연장되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 전류 단자 절곡편(35)이 상기 전류 단자 평면 접촉편(37)보다 내측 방향으로 더 돌출 연장 형성된다. 따라서, 한 쌍의 전압 전극단자(20)와 한 쌍의 전류 전극단자(30)가 파우치형 배터리의 전극 리드의 양측면을 탄성적으로 압지하는 과정에서, 우선적으로 바깥쪽에 배치되는 상기 전압 단자 절곡편(25)이 바깥쪽으로 휘어지면서 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하고, 이후 상기 전압 단자 절곡편(25)이 바깥쪽으로 휘어지는 과정에서 상기 전류 단자 절곡편(35)이 파우치형 배터리의 전극 리드에 접촉하고 바깥쪽으로 휘어지면서 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지할 수 있으며, 이후, 상기 전류 단자 절곡편(35)이 바깥쪽으로 휘어지는 과정에서 상기 전류 단자 평면 접촉편(37)이 파우치형 배터리의 전극 리드에 접촉하여 탄성적으로 압지할 수 있다.
한편, 상기 전압 전극단자(20)와 상기 전류 전극단자(30)의 접촉 가능성을 최소화하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전압 단자 바디(21)와 상기 전류 단자 바디(31) 사이에 스페이서(45)를 개재하여 배치하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서(45)는 절연재로 형성되고 탄성력을 가지는 것이 바람직하다. 결과적으로, 상기 스페이서(45)를 개재함으로써, 상기 전압 전극단자(20)와 상기 전류 전극단자(30)의 접촉 가능성을 낮출 수 있고, 탄성력에 의해 전압 전극단자(20)와 상기 전류 전극단자(30)의 파손을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 단자 장착 블록 11 : 제1 장착 블록
12 : 제1 가압부 13 : 제2 장착 블록
14 : 제2 가압부 15 : 결합핀
16 : 탄성 부재 17 : 전류/전압 케이블
20 : 전압 전극단자 21 : 전압 단자 바디
23 : 전압 단자 탄성편 24 : 전압 단자 절개부
25 : 전압 단자 절곡편 30 : 전류 전극단자
31 : 전류 단자 바디 33 : 전류 단자 탄성편
34 : 전류 단자 절개부 35 : 전류 단자 절곡편
37 : 전류 단자 평면 접촉편 39 : 전류 단자 보강편
40 : 집게형 전극단자 조립체 45 : 스페이서
50 : 충방전용 그립퍼 60 : 그립퍼 가동 블록
61 : 온도 센서 63 : 트레이 가이드
65 : 가동 실린더 67 : 푸셔(pusher)
69 : 클램핑 유도체 70 : 이송 블록
80 : 구동 모듈 90 : 트레이 안착대
95 : 트레이 "U" : 단위 충방전 유닛
100 : 파우치형 배터리의 충방전 장치

Claims (5)

  1. 파우치형 배터리의 충방전 장치에 있어서,
    복수개의 파우치형 배터리를 장착하는 트레이;
    상기 트레이에 장착된 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드와 전기적으로 연결하여 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 동작을 수행하는 단위 충방전 유닛을 포함하여 구성되되,
    상기 단위 충방전 유닛은,
    상기 복수개의 파우치형 배터리에 일대일 대응하여 배치되되, 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 탄성적으로 압지하는 복수개의 충방전용 그립퍼, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼가 동시에 상기 복수개의 파우치형 배터리의 전극 리드를 클램핑 또는 언클램핑하도록 가동하는 그립퍼 가동 블록, 상기 그립퍼 가동 블록을 수직 방향으로 지지한 상태로 구동력에 따라 이송되는 이송 블록, 상기 이송 블록을 수평 왕복 이동시키는 구동 모듈을 포함하여 구성되고,
    상기 복수개의 충방전용 그립퍼를 전진시키는 과정에서 상기 트레이의 양측면을 접촉 가이드할 수 있는 한 쌍의 트레이 가이드가 상기 그립퍼 가동 블록의 양측에 고정 배치되는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 모듈의 구동에 따라, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼는 대응하는 파우치형 배터리의 전극 리드를 압지할 수 있는 압지 포지션으로 이동되고, 이 상태에서 상기 그립퍼 가동 블록이 상기 복수개의 충방전용 그립퍼의 클램핑 또는 언클램핑 동작을 동시에 가동하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 그립퍼 가동 블록은 전진 또는 후진 동력을 발생하는 가동 실린더, 상기 가동 실린더에 의해 전진 또는 후진하는 푸셔 및 상기 푸셔의 전단에 돌출 형성되되, 상기 복수개의 충방전용 그립퍼에 일대일 대응하여 형성되고 상기 푸셔의 전진 또는 후진에 따라 대응하는 충방전용 그립퍼가 클램핑 또는 언클램핑하는 동작을 수행하도록 하는 복수개의 클램핑 유도체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 충방전 유닛은 상기 복수개의 파우치형 배터리를 충방전하는 과정에서 발생할 수 있는 이상 여부를 감지하는 복수의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치형 배터리의 충방전 장치는 복수개의 단위 충방전 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 복수개의 단위 충방전 유닛은 수직 방향으로 다단으로 배치되는 방식 및 수평 방향으로 쌍을 이뤄 배치되는 방식 중, 적어도 하나의 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리의 충방전 장치.
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