KR200344142Y1 - 극성변환부가 내장된 전지 충방전기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 충방전기내에 극성변환부를 설치함으로써 극성이 서로 다른 원기둥형 건전지 또는 사각형 건전지를 충전하더라도 외부에 별도의 극성전환장치를 구비할 필요가 없어 간단하게 사용 가능하며, 모듈화됨으로써 기기의 업그레이드 및 유지보수가 용이한 극성변환부가 내장된 전지 충방전기에 관한 것이다. 본 고안의 주요구성은 채널보드와 회로기판의 모듈화된 구성된 충방전 채널이 장착된 메인보드와, 상기 메인보드에 접속되는 접속단자를 구비하며 상기 메인보드로부터 대전류 및 신호흐름의 입출력을 위한 입출력포트를 구비한 커넥션보드로 이루어진 전기 충방전기에 있어서, 상기 커넥션 보드의 일측에는 충방전되는 극성이 서로 반대인 건전지가 삽입되면 삽입되는 건전지의 종류에 따라 충방전 극성을 전환시키는 릴레이 및 상기 릴레이를 구동시키는 제어 커넥터로 이루어진 극성변환부가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

극성변환부가 내장된 전지 충방전기 {BATTERY CHARGER AND DISCHARGER COMPRISING POLARITY CHANGING DEVICE WITHIN CHARGER AND DISCHARGER MODULE}

본 고안은 전지의 제조공정 중 충방전 공정에 생산설비로 사용되는 충방전기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 충방전기내에 극성변환부를 설치함으로써 극성이 서로 다른 원기둥형 건전지 또는 사각형 건전지를 삽입하더라도 외부에 별도의 극성전환장치를 구비할 필요가 없어 간단하게 충방전 사용 가능하며, 모듈화됨으로써 기기의 업그레이드 및 유지보수가 용이한 극성변환부가 내장된 전지 충방전기에 관한 것이다.

충방전 채널을 모듈(module)화하여 메인보드에 탈부착 가능하게 하고, 커넥션보드를 이용하여 메인보드의 각종 입출력선을 전면 배치되게 하며, 덕트 구조에 의한 집중냉각방식을 구현할 수 있도록 극성변환부가 내장된 전지 충방전기에 관한 것이다.

일반적으로 전지는 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여 전기에너지를 얻도록 한 것으로서, 화학적인 전지는 1차전지와 2차전지로 나누어진다.

여기서, 1차전지는 작용물질을 전극 가까이에 미리 넣어 두고 이 물질의 화학변화에 의해 생기는 전기에너지를 이용하는 것으로, 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명을 다하여 재생할 수 없게 되는데, 상기 1차전지의 대표적인 예로 건전지를 들 수 있다.

또한, 2차 전지는 전기에너지를 방출하여 작용물질이 변화한 후 전지에 전기에너지를 공급, 즉 충전함으로써 작용물질이 재생될 수 있도록 한 것으로, 상기 2차전지의 대표적인 예로는 축전지를 들 수 있다. 이때, 축전지는 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 화학작용에 의한 직류기전력을 발생하여 전원으로 사용할 수 있는 장치이다. 이러한 축전지로는 납축전지, 알칼리전지 및 리튬전지 등을 그 예로 들 수 있는데, 현재 높은 에너지 밀도·경량·고전압·무공해·고출력·고속충전·우수한 수명 등의 장점을 지닌 리튬전지가 각광을 받고 있으며, 상기 리튬전지는 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 및 리튬금속폴리머전지 등으로 분류되고 있다.

이러한 리튬전지는 충전(charge)시에는 정극활물질 중의 리튬이온이 빠져나와 부극활물질인 카본층으로 이동하여 저장되고 방전(discharge)시에는 카본층에 저장된 리튬이온이 다시 정극활물질 층으로 되돌아가는 원리를 이용하는 것이다.

한편, 전지 제조공정의 일 예로서, 상술한 바와 같은 원리 및 기능을 갖는 리튬전지의 제조공정에 대해 설명하면, 베어 셀(bare cell)에 회로나 단자 또는 연결부품을 결합시킨 후 케이스 조립되는 하드 팩(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, 상기 충방전 공정시 전지의 성능이 결정되고 양부가 판정된다.

이러한 제조공정의 충방전 공정 중에는 전지에 충방전(formation)을 시키기 위한 충방전기가 생산설비로 사용되는데, 전지 1개당 10시간 정도의 충방전이 이루어져야 하므로 상기 충방전기에는 한번에 많은 양의 전지를 충방전시키기 위하여 충방전 채널의 집적도를 크게 하며 설치공간을 최소화할 수 있어야 하는 구조상의 필요성이 요구되고 있다.

그런데, 종래기술에 의한 전지 충방전기는 메인보드 상에 채널보드가 일체화되어 고정 배치되고 그 좌/우측으로 각각 다수의 회로기판이 고정수단에 의해 고정되어 충방전 채널을 이루는 구조로서, 다채널을 구성하고는 있으나 채널의 집적도 및 설치공간의 효율이 떨어지는 구조이며, 채널보드의 일체화 및 회로기판의 고정으로 교체가 용이하지 못함은 물론 조립 및 해체에 따른 작업시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 전지 충방전기는 대전류 및 신호의 흐름을 위한 각종 입출력선들이 메인보드의 좌/우측에 각각 배치되어 운영됨으로써 충방전을 위한 타 생산설비와의 연결체계가 복잡해지고 충방전기 유니트(unit)의 분리가 어려웠으며 작업의 불편함을 초래하는 문제점이 있었다.

게다가, 종래의 전지 충방전기는 자연냉각의 구조로서 충방전 채널의 방열에 따른 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 충방전기가 본원인에 의하여 출원되고 그 내용은 본 명세서에 참조로써 통합되는 실용신안등록 제331886호에 개시되어 있다. 상기 공개 실용신안에 따르면, 충방전 채널을 모듈화하여 메인보드에 탈부착 가능하게 함으로써 충방전 채널을 다채널로 하면서 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 구조가 간단하고, 설치공간을 최소화할 수 있으며, 채널 교체가 용이하고, 커넥션보드를 이용하여 메인보드의 각종 입출력선을 전면 배치되게 함으로써 선처리와 배선 및 충방전기 유니트의 분리가 매우 용이하며, 덕트 구조에 의한 집중냉각방식을 채택함으로써 냉각효율을 향상시켜 장치의 안정화를 추구할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 상기 고안에 따른 충방전기는 원기둥형 건전지과 사각형 건전지의 극성이 서로 반대이기 때문에 이들을 충전하기 위해서는 별도의 충방전 모듈의 극성을 변형시키는 별도의 극성변환장치를 구비해야 하는 문제점이 있다. 즉, 별도의 극성 변환장치가 추가되기 때문에 공간 효율성이 낮고 제조 코스트가 비싸다는 문제점이 있다.

본 고안은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 충방전기내에 극성변환부를 설치함으로써 극성이 서로 다른 원기둥형 건전지 또는 사각형 건전지를 충전하더라도 외부에 별도의 극성전환장치를 구비할 필요가 없어 간단하게 사용 가능하며, 모듈화됨으로써 기기의 업그레이드 및 유지보수가 용이한 극성변환부가 내장된 전지 충방전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 고안의 충방전기 유니트의 사시도,

도 2는 도 1의 사진,

도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 커넥션보드의 전면 및 후면 외관의 일예를 각각 나타낸 사진,

도 5는 본 고안에 따른 충방전기 유니트가 내장된 전지 충방전기의 일 실시예를 나타낸 사시도,

도 6은 도 5의 사진,

도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 충방전기 유니트의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 충방전기 유니트 110: 메인보드

111,112: 연결단자 120: 충방전 채널

121: 채널보드 122: 회로기판

123: 단자핀 130: 커넥션보드

131: 입출력포트 132: 접속단자

140: 냉각수단 141: 에어덕트

142: 냉각팬 150: 소켓보드

160: 극성변환부

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 극성변환부가 내장된 전지 충방전기는 채널보드와 회로기판의 모듈화된 구성된 충방전 채널이 장착된 메인보드와, 상기 메인보드에 접속되는 접속단자를 구비하며 상기 메인보드로부터 대전류 및 신호흐름의 입출력을 위한 입출력포트를 구비한 커넥션보드로 이루어진 전기 충방전기에 있어서, 상기 커넥션 보드의 일측에는 충방전되는 극성이 서로 반대인 건전지가 삽입되면 삽입되는 건전지의 종류에 따라 충방전 극성을 전환시키는 릴레이 및 상기 릴레이를 구동시키는 제어 커넥터로 이루어진 극성변환부가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 충방전기 유니트는 충방전 채널의 방열을 외부로 유도함과 동시에 충방전 채널에 집중냉각효과를 주는 냉각수단을 더 포함한다.

여기서, 상기 냉각수단은 충방전 채널의 상측으로 설치되는 에어덕트와 충방전 채널의 후측에 설치되는 냉각팬으로 구성되고, 상기 커넥션보드의 입출력포트는 보드의 전단에 한 방향으로 배치된다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 충방전기 유니트의 사시도이고, 도 2는 도 1의 사진이고, 도 3 및 도 4는 본 고안에 따른 커넥션보드의 전면 및 후면 외관의 일예를 각각 나타낸 사진이고, 도 5는 본 고안에 따른 충방전기 유니트가 내장된 전지 충방전기의일 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 사진이며, 도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 충방전기 유니트의 사시도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 따른 전지 충방전기는 충방전기 유니트(100)의 구성으로 이루어지는 것으로, 전지를 제조하기 위한 공정 중의 충방전 공정에 사용되는 생산설비로서 하드팩화된 전지에 충방전시키기 위한 생산설비이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 충방전기 유니트(100)는 상/하면에 각각 다수의 연결단자(111,112)를 구비한 메인보드(110)와, 채널보드(121)와 회로기판(122)의 모듈화된 구성으로 메인보드(110)에 탈/부착되는 충방전 채널(120)과, 대전류 및 신호흐름의 입출력을 위한 입출력포트(131) 및 메인보드(110)와의 상호 접속을 위한 접속단자(132)를 구비한 커넥션보드(130)와, 상기 커넥션 보드에 위치되고 원기둥형 건전지나 사각형 건전지에 따라 충방전 극성을 변환시키는 복수개의 릴레이와 상기 릴레이들에 접속되어 외부 제어 신호에 따라 릴레이를 구동시키는 제어 커넥터를 구비한 극성변환부(160), 충방전 채널(120)의 방열을 외부로 유도함과 동시에 충방전 채널(120)에 집중냉각효과를 주는 냉각수단(140)으로 이루어진다.

이때, 상기 메인보드(110)의 상면에 구비된 다수의 연결단자(111)는 모듈화 되어있는 충방전 채널(120)과의 결합 및 분리에 사용됨과 동시에 커넥션보드(130)의 접속단자(132)와 상호 접속을 이루어 충방전 채널(120)과 입출력포트(131)의 신호흐름을 전달하는 기능을 갖으며, 충방전 채널(120)의 구비되는 수와 동일한 형성을 갖게 하거나 또는 그 이상으로 형성되게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 메인보드(110) 상에는 다수의 칩 및 각종 전자부품이 탑재된다.

또한, 메인보드(110)의 하면 가장자리에 구비된 연결단자(112)는 커넥션보드(130)의 접속단자(132)에 결합되어 더욱 안정된 결합력을 제공한다.

상기 충방전 채널(120)의 채널보드(121)는 1조 2채널의 구조로 구성되며, 회로기판(122)에 설치된 단자핀(123)에 의해 메인보드(110)에 탈/부착된다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 커넥션보드(130)는 입출력포트(131)가 보드(130)의 전단에 한 방향으로 배치되는 구조를 이루며, 입출력포트(131) 및 접속단자(132)가 인쇄패턴에 의해 상호 연결되는 구조이다. 또한, 커넥션보드(130)는 메인보드(110)의 하면 연결단자(112)에 대응되는 결합단자(133)가 구비되며 상호 결합되는 구조이다.

한편, 상기 커넥션 보드(130)의 일측에는 별도의 충전모듈에 원기둥형 건전지나 사각형 건전지가 삽입되면 제어 커넥터를 통하여 삽입되는 건전지의 종류별로 구별되는 극성전환 명령신호가 입력받아 릴레이(161)를 전환시킴으로써 충방전 극성을 변환시키고 입출력 포트(131)로 전달시키는 극성변환부(160)가 설치된다.

이와 같이 극성변환부(160)를 충방전기 유니트(100)에 장착하면 기존의 충방전기의 경우에는 극성전환장치를 별도로 사용함으로써 공간 효율성 및 유지보수가 어려운 것에 비하여 공간 효율성이 좋고 이상시 보드 교체가 가능하므로 유지보수가 용이하다는 장점이 있다.

한편, 충방전기 유니트(100)의 상기 냉각수단(140)은 충방전 채널(120)의 상측으로 설치되는 에어덕트(141)와, 충방전 채널(120)의 후측에 설치되는 냉각팬(142)으로 구성된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 고안의 극성변환부가 내장된 전지 충방전기는 극성변환부(160)를 커넥션 보드(130)와 별도의 보드로 설치될 수 있다. 극성변환부를 별도의 보드로 설치하면 이상이 있는 경우에 극성변환부가 장착된 보드만을 교체 하면 커넥션 보드(130)을 교체할 필요가 없는 장점이 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 극성변환부가 내장된 전지 충방전기의 결합관계 및 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

채널보드(121)와 회로기판(122)이 모듈화된 충방전 채널(120)을 설계 상황에 따라 다수개를 구비하여 메인보드(110) 상에 장착시킨다. 예를 들면, 32개의 채널보드로 64채널을 형성하는 충방전 채널을 구비하여 충방전기 유니트를 구성함으로써 집적도가 큰 다채널 구성을 용이하게 한다.

이때, 충방전 채널(120)은 회로기판(122)에 설치된 단자핀(123)과 메인보드(110)의 상면에 배치된 연결단자(111)와의 암수결합에 의한 상호 결합에 의해 메인보드(110) 상에 장착된다. 여기서, 충방전 채널(120)은 모듈화를 추진하고 메인보드(110)에 탈/부착되게 함으로써 수리나 고장시 채널을 용이하게 교체할 수 있고 설계변경을 용이하게 수행할 수 있으며 간결한 구성으로 설치공간을 절약할 수 있는 이점이 있다.

메인보드(110) 상에 충방전 채널(120)이 장착되면, 커넥션보드(130)를 메인보드(110)의 하면에 결합시킨다.

커넥션 보드(130)에는 패턴(pattern)이 형성되고 입출력포트(131)가 단일 방향으로 전면 배치되어 있으며, 입출력포트(131)가 없는 부분에 복수개의 릴레이(161)와 외부 제어 신호에 따라 릴레이(161)를 구동시키는 제어 커넥터로 이루어진 극성변환부(160)가 설치된다. 이와 같은 커넥션 보드(130)는 종래 메인보드만을 사용하여 좌/우측으로 배치되던 수많은 입출력선들의 처리 및 배선을 용이하게 할 수 있고, 극성이 서로 다른 원기둥형 건전지 또는 사각형 건전지를 충전하더라도 외부에 별도의 극성전환장치를 구비할 필요가 없어 공간 효율성을 높이고 제조 코스트를 낮추며 유지보수가 용이한 충방전기가 제공된다.

메인보드(110)에 충방전 채널(120)과 커넥션보드(130)가 결합되면, 충방전 채널의 집중냉각을 위한 냉각수단(140)을 설치한다. 이때, 냉각수단(140)의 에어덕트(141)는 충방전 채널(120)의 상측에 위치하여 메인보드(110) 상에 안착/고정되며 후측에 냉각팬(142)이 연접되는 구성이다. 여기서, 냉각팬(142)은 충방전 채널(120)에 방열 흡수 및 냉각을 위한 공기를 제공하여 충방전 채널(120)의 방열을 외측으로 흡수 배출되게 하며, 에어덕트(141)는 공기흐름의 분산을 방지하여 충방전 채널(120)에 집중냉각이 이루어지게 한다.

상기와 같은 결합이 완료되면, 이 결합구성체를 소켓보드(150) 상에 체결하여 충방전기 유니트(100)를 구성되게 한다. 즉, 도 1과 같은 전지 충방전기가 완성되는 것이다.

한편, 본 고안의 극성변환부가 내장된 전지 충방전기에 대한 결합순서는 상술한 바에 한정되는 것이 아니며, 극성변환부가 상기 커넥션보드와 별개의 보드에 장착되어 사용될 수 있는 것은 자명하다 할 것이다.

도 5 및 도 6은 본 고안에 따른 극성변환부가 내장된 전지 충방전기의 일 실시예를 나타낸 사시도로서, 전지 충방전기(1)는 상술한 바와 같은 구성의 충방전기 유니트(100) 4개를 하우징 내에 조립한다. 예를 들어, 충방전기 유니트 하나당 64채널을 갖는 설계라고 한다면, 총 256채널을 구성하는 전지 충방전기가 되는 것이다. 여기서, 충방전기 유니트(100)는 그 자체가 전지 충방전기이며, 전지 제조공정에 있어 생산효율을 제고하기 위한 구성으로 다양하게 설계변경이 가능하다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 원기둥형 건전지나 사각형 건전지에 따라 충방전 극성을 변환시키는 복수개의 릴레이와 상기 릴레이들에 접속되어 외부 제어 신호에 따라 릴레이를 구동시키는 제어 커넥터를 구비하는 구조를 이해할 수 있다.

이상 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 고안이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 실용신안등록청구범위에 기재된 범위를 벗어나지 않으면서 본 고안을 여러 가지로 변형 또는 설계 변경하여 실시하는 경우에는 본 고안의 범주로 간주한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 따른 극성변환부가 내장된 전지 충방전기에 의하면, 충방전기내에 극성변환부가 설치됨으로써 극성이 서로 다른 원기둥형 건전지 또는 사각형 건전지를 충전하더라도 외부에 별도의 극성전환장치를 구비할 필요가 없어 간단하게 사용 가능하며, 모듈화됨으로써 기기의 업그레이드 및 유지보수도 매우 용이하다는 장점이 있다.

또한, 충방전 채널을 모듈화하여 메인보드에 탈부착 가능하게 함으로써 충방전 채널을 다채널로 하면서 집적도를 향상시킬 수 있고, 커넥션보드를 이용하여 메인보드의 각종 입출력선을 전면 배치되게 함으로써 선처리와 배선 및 충방전기 유니트의 분리가 매우 용이하며, 덕트 구조에 의한 집중냉각방식을 채택함으로써 냉각효율을 향상시켜 장치의 안정화를 추구할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라, 충방전 모듈의 베이스 보드 사이의 공간에 극성변환부를 구비하도록 하여 공간 효율성이 높이고 제조 코스트를 낮출 수있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 채널보드와 회로기판의 모듈화된 구성된 충방전 채널이 장착된 메인보드와, 상기 메인보드에 접속되는 접속단자 및 상기 메인보드로부터 대전류 및 신호흐름의 입출력을 위한 입출력포트를 구비한 커넥션보드로 이루어진 전기 충방전기에 있어서,

   상기 커넥션 보드의 일측에는 충전되는 극성이 서로 반대인 건전지가 삽입되면 삽입되는 건전지의 종류에 따란 충방전 극성을 전환시키는 릴레이 및 상기 릴레이를 구동시키는 제어 커넥터로 이루어진 극성변환부가 설치된 것을 특징으로 하는 극성변환부가 내장된 전지 충방전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 커넥션보드의 입출력포트는 보드의 전단에 한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 극성변환부가 내장된 전지 충방전기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 커넥션보드는 입출력포트 및 접속단자가 인쇄패턴에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 극성변환부가 내장된 전지 충방전기.
4. 채널보드와 회로기판의 모듈화된 구성된 충방전 채널이 장착된 메인보드와, 상기 메인보드에 접속되는 접속단자 및 상기 메인보드로부터 대전류 및 신호흐름의 입출력을 위한 입출력포트를 구비한 커넥션보드로 이루어진 전기 충방전기에 있어서,

   충전되는 극성이 서로 반대인 건전지가 삽입되면 삽입되는 건전지의 종류에 따란 충방전 극성을 전환시키는 릴레이 및 상기 릴레이를 구동시키는 제어 커넥터로 이루어진 극성변환 보드가 더 설치된 것을 특징으로 하는 극성변환부가 내장된 전지 충방전기.