KR20050054178A - 이차 전지 충방전기 보정 및 실측 시스템 - Google Patents

이차 전지 충방전기 보정 및 실측 시스템 Download PDF

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Abstract

충방전 회로부와 트레이부로 구성되고, 트레이부에는 충방전기에 접속되기 위해 실제 트레이와 같은 접속구조를 가지는 더미 트레이, 더미 트레이의 각 채널에 접속되는 더미 전지, 더미 트레이의 각 채널을 통해 충방전기의 각 채널과 접속될 수 있는 보정 및 실측 장치가 구비되어 이루어지는 이차 전지 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템이 개시된다.
본 발명에 따르면, 배선 해체, 연결 없이 충방전 회로부 보정 및 실측을 실시할 수 있으므로 충방전기의 보정 및 실측 작업을 실시하는 시간과 노력을 절약할 수 있고, 보정 및 실측 작업 중에 충방전기를 사용하지 못함에 따른 장비 효율 저하와 생산성 저하를 줄여줄 수 있다.

Description

이차 전지 충방전기 보정 및 실측 시스템 {System for regulating and measuring charing-discharging device for secondary battery}
본 발명은 이차 전지의 화성 공정 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템에 관한 것이다.
전기 및 전자 기술의 발달로 작고 가벼우면서도 다양한 기능을 갖는 휴대형 전자제품들의 사용이 급속하게 증가하고 있다. 휴대형 전자제품의 동작을 위한 전원공급 장치로서 배터리(Battery)가 일반적으로 사용되는데, 충전하여 다시 쓸 수 있는 2차 전지가 주로 사용되고 있다.
니켈-카드뮴 전지 및 납 축전지와 같은 종래의 2차 전지는 생산 후 곧바로 사용이 가능하기 때문에 충방전기는 성능 평가용으로만 필요하였다. 그러나, 최근에 널리 사용되는 리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지 등과 같은 리튬 2차 전지의 경우, 제조 후 소정의 충방전을 실시하는 과정, 즉, 화성 공정을 거쳐야만 전지로서의 성능이 완성되므로 충방전기가 2차 전지의 생산 라인에 필수적 설비가 되었다.
충방전기는 2차 전지의 생산 공정 중 조립이 완료된 최초의 전지가 전기에너지를 저장할 수 있도록 수 회 정도의 충전 및 방전 공정을 반복하여 2차 전지의 특성을 부여하는 기능을 수행한다. 2차 전지의 수요 급증에 따른 공급의 증가가 이루어지면서, 2차 전지의 생산 단계에서 충방전 기능을 수행하는 충방전기도 많이 필요하게 되었으며, 통상의 충방전기는 다수 개의 2차 전지를 동시에 충방전할 수 있는 기능을 구현할 수 있는 구조로 제작된다.
다수 개의 전지를 한꺼번에 충방전시키기 위해서 충방전기에서는 전지를 일정 갯수 단위로 장착하는 트레이가 사용되고, 충방전기 회로부에는 그 수에 대응되는 다수의 채널이 형성되어 사용된다. 충방전기에서 다수의 채널을 사용하므로 모든 채널에서 동일한 충방전 성능을 가지는 것이 요구된다. 그러나, 실제로 각 채널을 구성하는 요소들은 생산 단계부터 어느 정도 성능 편차를 가진다. 또한, 시간에 따라 각 소자 등의 요소들이 열화하는 정도가 달라질 수 있다. 각 채널의 충방전 성능이 달라지면 채널별로 생산되는 전지의 특성에 편차가 발생하게 된다. 그러므로, 충방전 회로부가 공정에 적합한 상태를 유지하고 있는 지 수시로 점검하고, 발생된 편차를 보정할 필요가 있다.
도1 및 도2는 충방전기에서 보정 및 실측이 이루어지는 상태에서의 장치 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이 충방전 회로부(10)에 대한 보정 및 실측을 위해서는 별도의 보정장치(20) 및 실측장치(30)가 사용된다. 보정 및 실측을 위해 먼저, 보정시에는 전지 트레이(40)의 배선단에 연결되는 충방전 회로부에서 오는 배선(16)을 해체하고, 배선단에 연결되었던 배선(16)을 보정장치(20)에 연결하여 충방전 회로부(10)를 보정한다.
보정된 충방전 회로부(10)와 보정장치(20) 사이의 배선(16)이 다시 해체되고, 배선(16)은 실측장치(30), 전지 트레이(40)의 배선단, 충방전 회로부(10)를 연결시킨다. 전지 트레이(40)에는 실측 대상 전지(42)가 장착되어 실측이 시행된다. 도면 부호 25 및 35는 각각 보정장치 및 실측장치에 부속되는 계측기를 나타내며, 도면 부호 15는 충방전 회로부를 조절하는 콘트롤러용 컴퓨터 시스템을, 도면 부호 12, 14는 컴퓨터와 보정장치 및 실측장치를 각각 연결하는 정보 통신선을 나타낸다.
그런데, 이런 구성에서 도시된 배선(16)은 하나로 표시되지만 배선단이나 실측장치(30), 보정장치(20) 각각은 충방전기의 충방전 회로부(10)와 채널별로 연결되어야 한다. 따라서, 배선(16)을 해체하고 결합시킬 때마다 많은 시간이 소요되고, 실측시 전지(42)를 장착해야 하므로 이 또한 시간 소모 요인이 된다. 결국, 충방전기를 사용하지 못하는 시간이 늘어 화성 공정의 효율이 떨어뜨리고 전지 제조의 전 공정을 통해서도 애로를 형성하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 이차 전지 충방전기의 보정 및 실측시의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래와 같은 배선 해체, 연결 없이 충방전 회로부 보정 및 실측을 실시할 수 있는 이차 전지 충방전기용 자동 보정 및 실측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 충방전 회로부의 보정과 실측을 한 과정 속에서 함께 할 수 있는 이차 전지 충방전기용 자동 보정 및 실측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하 본 발명의 이차 전지 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템은 크게 충방전 회로부와 트레이부로 나뉘고, 트레이부에는, 충방전기에 접속되기 위해 실제 트레이와 같은 접속구조를 가지는 더미 트레이, 더미 트레이의 각 채널에 접속되는 더미 전지, 더미 트레이의 각 채널을 통해 충방전기의 각 채널과 접속될 수 있는 보정 및 실측 장치가 구비되어 이루어진다.
본 발명에서 보정 및 실측 장치는 릴레이와 같은 선택 수단에 의해 순차적으로 충방전기 각 채널과 접속될 수 있으나 보정 및 실측에 상당 시간이 소요될 경우 동시에 충방전기의 각 채널과 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 보정 장치와 실측 장치는 동시적으로 동작할 수도 있으나, 통상은 보정 동작이 이루어질 때 실측 장치는 동작하지 않고, 실측 장치가 동작할 때 보정 장치는 운용되지 않도록 자동 스위칭 수단을 통해 번갈아가면서 접속이 선택될 수 있다. 이 경우, 먼저 보정 장치가 가동되면서 각 채널별로 계측기를 통해 보정 정보가 획득되고 이 보정 정보가 버퍼를 통해 혹은 즉시적으로 충방전 회로부에 입력되고 충방전 회로부의 내장 프로그램에 의해 보정이 이루어지고, 자동 스위칭에 의해 실측 장치가 가동되고, 각 채널별로 실측이 이루어져 보정이 적절한가를 검증하는 순서로 자동 보정 및 실측이 이루어질 수 있다. 스위칭 동작은 트레이부의 자체 구비 회로, 가령, 보정 및 실측 장치와 함께 구비되는 회로, 신호 발생기 등의 자동 스위칭 수단을 통해 이루어질 수 있으며, 충방전 회로부의 콘트롤러에 의해 발생하는 제어용 통신 신호에 보정 및 실측 장치의 회로가 반응하여 이루어질 수도 있다.
본 발명에서 충방전기의 트레이 장착부에 보정 장치 및 실측 장치와 더미 전지를 부착한 더미 트레이를 장착하여 이루어지는 이상과 같은 예는 순환적 구조를 가질 수 있다. 가령, 자동 스위칭 수단이 수회 동작하여 보정 동작, 실측 동작, 보정 동작, 실측 동작 순서로 수 회 반복하여 자동 보정 및 실측이 이루어질 수 있다.
본 발명에서 더미 전지는 일종의 간단한 저항 회로로 이루어질 수 있다. 이런 저항 회로는 보정 장치와 각 채널이 접속되는 상태에서는 일종의 도체로 생각될 수 있고, 실측 장치와 각 채널이 접속되는 상태에서는 실제 전지를 대신하여 각 채널에 흐르는 전류와 전압의 값을 측정할 수 있게 하므로 전지와 같이 생각될 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 보정 및 실측을 각 채널 연결의 접속과 해체 없이 할 수 있는 충방전기 보정 및 실측 시스템을 나타내는 구성 개념도이다.
도3을 참조하면, 이차 전지 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템은 크게 충방전 회로부(10)와 트레이부(140)로 나뉜다. 트레이부(140)에는 충방전기에 접속되기 위해 실제 트레이를 이용하여 형성한, 실제 트레이와 같은 접속구조를 가지는 더미 트레이(141)가 장착되어 있다. 더미 트레이(141)의 각 접속 채널에는 실제 전지 대신 더미 전지(142)가 접속된다.
상세히 도시되지 않으나, 트레이부(140)에는 더미 트레이(141)가 구비되고, 더미 트레이(141)에는 각 채널이 분배되고, 각 채널별로 더미 전지(142)의 접속 단자가 형성된다. 이때 접속 단자는 접속 리드가 끼워지면서 통과하여 더미 트레이(141) 기판 아래로 더미 전지(142)의 접속 리드 일부가 내려오게 하는 형태가 될 수 있다. 더미 트레이(141)는 실제 트레이의 전지 접속 구조와 동일한 구조, 기능을 갖는 것으로 상정한다.
그리고, 더미 트레이(141)에는 그 아래에 더미 트레이(141)의 저부와 평행하게 보조 기판(143)이 형성된다. 보조 기판(143)은 보정 및 실측 장치(147)를 계측기(145)와 함께 포괄하는 구성을 가진다. 계측기(145) 자체는 하나이나 보정 및 실측 장치(147)와 연결되어 보조 기판(143)이 보정 장치로 운용될 때에는 보정 장치의 계측기로, 실측 장치로 운용될 때에는 실측 장치의 계측기로 이용될 수 있다.
더미 트레이(141)에서 각 채널의 접속 단자를 통과한 더미 전지(142)의 접속 리드 하단은 보조 기판(143)의 각 채널 접속 단자와 연결된다. 이때, 접속 리드가 더미 트레이(141)와 보조 기판(143)의 각 채널을 채널별로 연결하여 보조 기판(143)의 각 접속 단자를 보정 및 실측 장치(147)의 각 채널로 이용하게 할 수 있다. 접속 리드와 보조 기판(143)의 각 채널 단자의 연결은 스위칭 수단 등에 의해 전환될 수 있다. 결국, 보조 기판(143)에 형성된 보정 및 실측 장치(147)는 스위치나 릴레이와 같은 수단에 의해 선택적 혹은 순차적으로 더미 트레이(141)의 각 채널과 접속될 수 있다.
더미 트레이(141)에 접속되는 더미 전지(142)는 간단한 저항 회로로 이루어질 수 있다. 이런 저항 회로는 보정 및 실측 장치(147)의 보정 장치 부분과 각 채널이 접속되는 상태에서는 일종의 도체로 생각될 수 있고, 실측 장치 부분과 각 채널이 접속되는 상태에서는 실제 전지를 대신하여 충전 전력에 해당하는 전력을 저항열로 소모하면서 각 채널에 흐르는 전류와 전압의 값을 측정할 수 있도록 구성한다.
종래의 충방전 회로부와 보정 장치 및 실측 장치의 연결 형태를 이루기 위한 더미 트레이(141)와 보조 기판(143)을 직접 접속시켜 채널을 구성하는 데 이용되는 더미 전지(142)의 접속 리드들 외에 보조 기판(143)의 채널들이 충방전 회로부(10)와 트레이부(140)를 연결하는 채널들의 선로에 별도로 연결되도록 하는 스위칭 수단이 더 구비될 수 있다.
충방전 회로부(10)는 충방전기를 제어하는 콘트롤러 역할을 하는 컴퓨터 시스템(15)을 포함하거나 별도의 컴퓨터 시스템에 연결될 수 있다. 이 경우, 보조 기판(143)이나 충방전 회로부(10)는 통신선(120)을 이용하여 직접 혹은 별도 컴퓨터를 통해 정보를 주고 받을 수 있도록 정보 접속된다. 그 경로상에는 버퍼와 같은 저장 수단이 구비되어 보정 장치나 실측 장치에서 얻은 데이터를 보정 장치와 실측 장치의 접속 전환시에 단기 저장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 버퍼는 보조 기판(143)이나 별도 컴퓨터 혹은 충방전 회로부(10)에도 형성될 수 있다.
이상의 구성을 가진 본 발명의 실시예에서 이루어지는 기능, 작용을 예시적으로 간단히 살펴보면, 우선, 더미 트레이(141)의 각 채널이 보조 기판(143)의 보정 및 실측 장치(147)의 보정 장치 부분과 접속된다. 보정 장치 부분과 접속된 기간 중에 보정 장치 부분을 통해 얻어진 각 채널 별 보정 값은 일시적으로 보조 기판(143)내의 버퍼에 저장된다. 이 보정값은 통신 라인을 통해 충방전 회로부(10)에 전달된다. 이 보정값이 입력되면 충방전 회로부(10)에서는 보정 회로를 이용하여 채널별 인가 전압이나 전류를 변경시키는 보정을 실시하게 된다.
한편, 충방전을 위한 전력이 공급되는 각 채널의 접속은 릴레이나 스위치를 통해 이루어진다.
보정에 의해 충방전 회로부(10)로부터 트레이부(140)로 인가되는 채널 별 전압이나 전류가 바뀐 상태로 실제 충방전과 같은 조건의 공정이 진행된다. 이 과정에서 실제충방전 공정에서는 전지에 충전되는 에너지가 더미 전지(142)의 저항의 열에너지로 소모되는 형태를 가질 수 있다. 그러나, 실측 장치 부분에서는 이런 구별없이 각 채널에서 더미 전지에 인가되는 전압과 전류가 정상치를 이루고 있는 지 측정하게 된다.
본 발명에서 충방전기의 트레이부(140)에 보정 및 실측 장치(147)와 더미 전지(142)를 부착한 더미 트레이(141)를 장착하여 이루어지는 이상과 같은 예에서 보정 및 실측 과정은 순환적 구조를 가질 수 있다. 즉, 피이드 백 구조를 가지면서 보정 및 실측이 2번 혹은 그 이상 연속되게 이루어질 수 있다. 이런 연속 작업은 충방전 회로부(10)에서 트레이로 인가되는 전압 및 전류의 값을 보다 정확히 하는 데 도움이 될 수 있다.
가령, 보정 장치 및 실측 장치와의 접속 시간을 길게 하고 한 번의 순환으로 정확한 충방전 회로부(10) 보정을 실시할 수도 있고, 각 장치와의 접속 시간을 짧게 가져가면서 연속적으로 복수회 순환을 하며 보정을 실시하여 더 정확한 충방전기 보정을 실시할 가능성도 있다.
본 발명에서 보정 및 실측은 보정 및 실측 장치(147)와 접속되는 혹은 이들에 내재되는 계측기(145)를 활용하여 이루어지게 된다. 넓게 볼 때, 계측기(145)는 보정 및 실측 장치(147)의 일부를 이루는, 보정 및 실측 장치(147)에 포함되는 개념일 수 있다.
트레이부(140)에 장착되는 더미 트레이(141)는 채널의 접속에서뿐만 아니라 충방전 공정을 위해 실제 전지가 장착되어 이동되는 트레이와 외형적으로 동일한 구조를 이루는 것이 바람직하다. 이 경우, 실제 충방전 공정에서 트레이를 움직이기 위해 사용하는 자동화 장비를 이용하여 트레이부(140)를 필요한 여러 충방전기의 트레이 접속부로 옮겨가면서 보정 및 실측을 실시할 수 있으므로 편리하다.
본 발명에 따르면, 종래와 같은 배선 해체, 연결 없이 충방전 회로부 보정 및 실측을 실시할 수 있다. 또한, 충방전 회로부의 보정과 실측을 한 과정 속에서 함께 할 수 있다.
그러므로 충방전기의 보정 및 실측 작업을 실시하는 시간과 노력을 절약할 수 있고, 보정 및 실측 작업 중에 충방전기를 사용하지 못함에 따른 장비 효율 저하와 생산성 저하를 줄여줄 수 있다.
도1 및 도2는 충방전기에서 보정 및 실측이 이루어지는 상태에서의 장치 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 보정 및 실측을 각 채널 연결의 접속과 해체 없이 할 수 있는 충방전기 보정 및 실측 시스템을 나타내는 구성 개념도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 충방전 회로부 12,14,120: 통신선
15: 컴퓨터 시스템 16: 배선
20: 보정 장치 25,35,145: 계측기
40: 트레이 42: 전지
140: 트레이부 141: 더미 트레이
142: 더미 전지 143: 보조 기판
147: 보정 및 실측 장치

Claims (5)

  1. 충방전 회로부, 트레이부, 상기 충방전 회로부와 상기 트레이부를 각 채널별로 복수의 채널에서 연결하는 충방전 배선을 구비하여 이루어지는 이차 전지의 충방전기 보정 및 실측 시스템에 있어서,
    상기 트레이부는, 상기 각 채널별로 접속 단자를 갖는 더미 트레이, 상기 접속 단자에서 상기 각 채널별로 접속되는 복수의 더미 전지, 상기 접속 단자를 통하여 상기 복수의 채널과 접속될 수 있는 보정 및 실측 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 채널에서 상기 보정 및 실측 장치의 구동은 보정 과 실측에 대해 선택적으로 이루어지며, 그 선택 동작은 자동 스위칭 수단을 이용하여 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자동 스위칭 수단은 상기 보정 및 실측 장치 내의 신호 발생기와 전환 동작 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 자동 스위칭 수단은 소정 회수 반복적으로 동작하여 보정 장치의 구동과 실측 장치의 구동이 수회에 걸쳐 반복적으로 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 더미 전지는 간단한 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 충방전기 자동 보정 및 실측 시스템.
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