KR20120053152A - 저저항 충?방전용 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지의 충?방전용 지그에 있어서, 상기 이차전지의 전극단자를 조이는 상기 충?방전용 지그의 단자접속부의 면적이 상기 전극단자의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그, 및 이를 포함하는 충?방전 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 셀의 충?방전시에 발생하는 지그와 전극단자 간의 접촉저항을 최소화할 수 있어, 실험간 편차없는 정확한 실험값을 얻을 수 있고 실제 상황과 비슷한 상황에서 셀을 테스트할 수 있다.

Description

저저항 충?방전용 지그{JIG FOR CHARGING AND DISCHARGING WITH LOW RESISTANCE}
본 발명은 저저항 충?방전용 지그에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 일차전지와는 달리 충전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지밀도 및 작동전압이 높고 수명특성이 우수한 리튬이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. 또한 리튬이차전지는 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 환경오염 및 지구온난화 문제를 해결하기 위한 대체방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 큰 주목을 받고 있으며 일부 상용화 단계에 있다.
특히, 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 리튬이차전지가 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로 많은 관심을 모으고 있으며 사용량도 증가하고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단위셀의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 단위셀들을 전기적으로 연결한 전지모듈의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 단위셀 1개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동 가능한 반면, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(Portable DVD), 소형 PC(Personal Computer), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 다수의 단위셀들을 포함하는 전지모듈의 사용이 요구된다.
또한, 이차전지는 셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되는데, 전지 활성화 단계에서는 전류의 원활한 통전을 위해 소정의 지그에 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충?방전을 수행하게 된다. 상기의 충?방전용 지그는 제조된 이차전지의 성능을 사전에 테스트하기 위한 목적으로도 사용된다. 더불어, 이차전지의 적용 분야가 다양해짐에 따라 다양한 크기와 구조의 셀들이 제조되고 있으며, 그러한 셀들을 활성화하거나 테스트하기 위해서는 그에 적합한 충?방전용 지그들을 사용하여야 한다.
한편, 최근 많은 연구가 행해지고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차등 중대형용 전지모듈 분야에서는 대단위의 충?방전 전류가 필요하고, 이에 따라 셀의 테스트에 필요한 충?방전용 지그와 셀의 전극단자("전극리드" 또는 "금속단자" 라고도 함)간 접촉저항을 줄이는 것이 중요하다.
그러나, 현재의 충?방전용 지그에서는 사용자 내지 실험자가 셀을 지그로 조이는 힘의 차이 및 전극단자와 지그의 상대적인 위치에 따라 셀을 활성화 또는 테스트할 때마다 저항이 다르게 나오는 문제가 있다.
즉, 도 1에서 보듯이, 종래의 일반적인 충?방전용 지그(10)에서는 셀(50)의 전극단자(40)를 조이는 지그의 상, 하부 단자접속부(31, 33) 면적이 상기 전극단자(40)보다 크게 제조되어 있는데, 이때 전극단자(40)를 지그의 가압부(20)를 통해 조이는 힘의 차이 내지 전극단자(40)와 상부 단자접속부(31)및, 하부 단자접속부(33)의 상대적인 위치에 따라 실제로는 지그의 단자접속부(31, 33)와 접촉하지 못하고 들뜨게 되는 전극단자(40) 부분이 존재하게 된다. 그 결과 접촉면적이 감소하여 저항이 증가하므로 셀의 정확한 테스트가 이루어지지 못하고, 실험자마다 또는 실험할 때마다 저항값이 다르게 측정되어 정확한 실험값을 얻지 못하는 문제가 있었다.
한편, 이차전지의 충?방전용 지그와 관련하여, 한국 실용신안등록 제225,054호, 일본 특허출원공개 제2000-223162호, 일본 특허출원공개 제1998-079263호, 일본 특허출원공개 제2006-252831호 등에는 충?방전용 지그와 그것을 포함하는 충?방전 장치가 개시되어 있지만, 전술한 바와 같이 실제 셀의 활성화 및 테스트 과정에서 발생하고 있는 접촉저항 증가라는 사실적 문제를 해결하기 위한 노력은 찾아볼 수 없었다.
이에, 충?방전용 지그를 이용한 이차전지의 활성화 및 테스트에 있어서, 전극단자와 지그간의 접촉면적을 최대한 확보하여 접촉저항을 최소화함으로써, 실험자, 실험자의 사소한 실수 및 실험횟수에 상관없이 정확한 실험값을 얻을 수 있는 충?방전용 지그에 대한 개발이 절실한 시점이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 출원의 발명자들은 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 지그의 단자접속부 면적을 셀의 전극단자 면적보다 작게 형성할 경우 단자접속부와 전극단자가 거의 100%에 가깝게 접촉하게 되어 저항을 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 이차전지의 충?방전용 지그에 있어서, 상기 이차전지의 전극단자를 조이는 상기 충?방전용 지그의 단자접속부의 면적이 상기 전극단자의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그를 제공한다.
특히, 상기 단자접속부와 상기 전극단자가 접촉하는 부분의 면적은 상기 단자접속부 면적의 50% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단자접속부는 상부 단자접속부 또는 하부 단자접속부 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 단자접속부는 상부 단자접속부인 것을 특징으로 하며,
이 때, 상기 상부 단자접속부의 면적은 상기 전극단자 면적의 50 ~ 80%인 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 단자접속부는 상부 단자접속부와 하부 단자접속부 모두 상기 전극단자의 면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 충?방전용 지그는 상기 단자접속부와 상기 전극단자가 접촉하는 부분을 포함한 제외한 전기전도성 부분에 절연재질의 하우징이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 충?방전용 지그는 열방출 관통구가 추가적으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 이차전지는 리튬이차전지인 것을 특징으로 하며, 특히, 상기 리튬이차전지는 파우치형 리튬이차전지인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파우치형 리튬이차전지의 전극단자는 양극단자와 음극단자가 동일한 방향으로 돌출된 것(단방향 리튬이차전지) 이거나 서로 다른 방향으로 돌출된 것(쌍방향 리튬이차전지)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 리튬이차전지는 중대형용 전지모듈의 단위셀인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 충?방전용 지그, 및 상기 충?방전용 지그와 전기적으로 연결된 충?방전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충?방전 장치를 제공한다.
상기 충?방전 장치는 이차전지의 활성화를 위한 충?방전 또는 이차전지의 성능 테스트를 위한 충?방전에 이용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이차전지의 충?방전용 지그에 있어서, 이차전지의 전극단자를 조이는 충?방전용 지그의 단자접속부 면적을 전극단자의 면적보다 작게 함으로써, 셀의 충?방전시에 생기는 지그와 전극단자 간의 접촉저항을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 셀의 충?방전시 실험간 편차없는 정확한 실험값을 얻을 수 있고, 실제 상황과 비슷한 상황에서 셀을 테스트할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 충?방전용 지그가 셀의 전극단자를 조이는 상태를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충?방전용 지그가 셀의 전극단자를 조이는 상태를 나타낸 개략도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충?방전용 지그가 셀의 전극단자를 조이는 상태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 이차전지(50)의 충?방전용 지그(10)에 있어서, 상기 이차전지(50)의 전극단자(40)를 조이는 상기 충?방전용 지그의 단자접속부의 면적이 상기 전극단자(40)의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 것이다.
통상적으로, 이차전지(50)의 충?방전용 지그(10)는 제조된 이차전지(50)를 활성화하거나 출시 전 그 성능을 사전 테스트하기 위해 사용된다.
구체적으로 파우치형 리튬이차전지 등의 전극단자(40)를 지그(10)의 상부 단자접속부(31) 및 하부 단자접속부(33) 사이에 개재한 후, 가압부(20)를 이용해 상부 단자접속부(31)를 하향 이동시켜 상기 전극단자(40)를 상기 상, 하부 단자접속부(31, 33)와 완전 밀착시킨다. 그 다음 상기 지그(10)에 전기적으로 연결된 충?방전기(미도시)의 작동에 의해 충?방전이 행해진다.
즉, 충?방전용 지그(10)를 통한 이차전지(50)의 활성화 및 테스트에 있어서는, 전극단자(40)와 상, 하부 단자접속부(31, 33) 간의 완전 밀착이 전제되어야 한다.
그러나, 도 1에서 보듯이 일반적인 충?방전용 지그(10)에서는 상부 단자접속부(31) 또는 하부 단자접속부(33)의 면적이 전극단자(40)보다 크게 제조되어 있어, 실제로는 전극단자(40) 중 상부 또는 하부 단자접속부(31, 33)와 접촉하지 못하고 들뜨게 되는 부분이 존재하게 된다. 그 결과, 접촉면적이 감소하여 저항이 증가하므로 셀(50)의 정확한 테스트가 이루어지지 못하고, 실험자마다 또는 실험할 때마다 저항값이 다르게 측정되는 현실상의 문제가 있었다.
이에, 본 발명에서는 지그의 상부 또는 하부 단자접속부의 전극단자와 접촉되는 부분의 면적(이하, "단자접속부 면적"이라 함)을 셀의 전극단자(40) 면적보다 작게 구성하여 지그(10)와 전극단자(40)의 접촉이 최대한 밀착될 수 있도록 함으로써 접촉 저항을 최소화하도록 한다.
도 2에서는 상부 단자접속부(31) 면적을 셀의 전극단자(40) 면적보다 작게 구성한 지그의 일 실시예를 나타내었다.
본 발명은 상기 상부 단자접속부(31)의 면적은, 셀의 전극단자(40)의 면적보다 작게 구성되어 단자접속부와 전극단자가 최대한 밀착될 수 있도록 하면 만족될 수 있으며, 바람직하게는, 상부 단자접속부(31)의 면적이 상기 전극단자(40) 면적의 80% 미만이 되도록 형성하고, 더욱 바람직하게는 전극단자(40) 면적의 50 내지 80%가 되도록 형성할 수 있다.
상부 단자접속부(31)의 면적이 전극단자 면적의 50% 미만으로 너무 작을 경우 절대적인 접촉면적이 너무 협소하여 원활한 전류의 흐름에 방해가 될 수 있고, 80%를 초과하여 너무 클 경우 사실상 전극단자(40)의 면적과 비슷하게 되어 종래처럼 단자접속부와 전극단자(40)가 충분하게 밀착되지 못할 우려가 있다.
상기 단자접속부는 상부 단자접속부(31) 또는 하부 단자접속부(33) 중 적어도 하나 이상의 단자접속부 면적을 상기 전극단자(40)의 면적보다 작게 형성할 수 있으며, 바람직하게는, 도 3에서 보듯이 상부 단자접속부(31) 및 하부 단자접속부(33)의 면적 모두를 전극단자(40)의 면적보다 작은 면적으로 형성함으로써 전극단자와 지그의 단자접속부간의 완전 밀착 가능성을 높일 수 있다.
이 때, 상기 하부 단자접속부(33)의 면적은 상기 전극단자(40) 면적의 90% 이하가 되도록 구성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 50% 내지 90%가 되도록 구성할 수 있다.
하부 단자접속부(33)는 상부 단자접속부(31)와 같이 가압부에 의해 이동이나 움직임이 많지 않고 대부분 고정되어 있는 경우가 많기 때문에 상부 단자접속부보다는 전극단자와 접촉 상태가 불량해지는 경우가 상대적으로 적다. 이 때문에 하부 단자접속부(33)의 면적을 상부 단자접속부(31)의 면적보다 크게 형성하더라도 본 발명에서 요구하는 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 상부 단자접속부(31) 또는 하부 단자접속부(33)의 면적은 전극단자(40)보다 작은 면적으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기한 바와 같은 바람직한 범위 내의 면적으로 형성된다면 본 발명이 요구하는 바람직한 효과를 얻을 수 있으며, 상부 단자접속부와 하부 단자접속부가 반드시 동일한 사이즈의 면적으로 구성될 것을 요하지 않는다.
한편, 단자접속부(31, 33)의 면적을 전극단자(40)의 면적보다 작게 형성하는 방법은 특별히 제한되지 아니한다. 도 4에서 보듯이 기존의 단자접속부 상면(31) 또는 하면(33)을 볼록한 형태로 단차지게 변형하는 방법도 가능하다.
한편, 충방전용 지그(10)를 이용한 테스트의 경우 실제 사용상황을 가정하여 상당한 대전류(특히, 중대형용 셀의 경우)를 통전시키게 되므로, 상기 단자접속부(31, 33)와 상기 전극단자(40)가 접촉하는 부분을 포함한 제외하고 전기 전도성을 띄는 부분에는 절연재질의 하우징(Housing)을 형성하는 것이 실험자의 안전상 바람직하다. 하우징 형성에 따라 절연성을 확보할 수 있는 것이면 족하며, 하우징의 형성방법 및 재료는 특별히 제한되지 아니한다.
한편, 이차전지(50)의 활성화 또는 실제 사용상황을 가정한 테스트를 할 경우 셀(50)의 충방전에 의해 많은 열이 발생하며, 특히 지그의 본체에 접하는 셀(50) 부위에서 발생한 열은 외부로 용이하게 방출되지 못하고 해당 부위에 축적되는 경향이 있다. 열 축적은 셀(50)의 열화를 초래하며 경우에 따라서는 안전성 측면에서 심각한 문제점을 유발할 수 있다.
따라서, 지그(10)를 통한 셀(50)의 충방전시 발생하는 열이 외부로 효과적으로 방출되도록 상기 충방전용 지그(10)에 열방출 관통구를 추가적으로 형성함이 바람직하다.
본 발명에 따른 충방전용 지그(10)는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬이차전지 등 이차전지(50)에 사용되는 것이다. 특히, 두께 대비 큰 폭을 가진 판상형 전지로서 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 리튬이차전지의 활성화 및 테스트에 적합하다.
여기서, 상기 파우치형 리튬이차전지의 전극단자(40)는 단방향은 물론 쌍방향으로 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충방전용 지그(10)는 리튬이차전지 중 중대형용 전지모듈의 단위셀(50)에 특히 바람직하게 사용될 수 있다. 중대형용 전지모듈의 단위셀(50)로 사용되려면 고출력 및 대용량이 필수적으로 요구되며, 이에 따라 제조된 셀(50)의 활성화 및 성능 테스트의 정확성 또한 소형전지의 경우보다 더욱 중요하다.
상기 중대형용 전지모듈은 둘 또는 그 이상의 라튬이차전지(50)들을 전기적으로 연결한 전지모듈이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 노트북 컴퓨터, e-바이크(Bike) 등의 전원에 사용되는 전지모듈일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 충방전용 지그(10), 및 상기 지그(10)와 전기적으로 연결된 충방전기(미도시)를 포함하는 것으로 구성된, 이차전지의 충방전 장치(미도시)를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지의 충방전 장치는 상기 충방전용 지그(10)의 특징으로 인해, 다양한 이차전지(50)들의 활성화 내지 성능 테스트를 위한 충방전에 사용될 수 있다. 상기 이차전지용 충방전 장치를 구성하는 또 하나의 구성요소인 상기 충방전기는 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략하도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 충방전용 지그
20 : 가압부
31 : 상부 단자접속부
33 : 하부 단자접속부
40 : 전극단자
50 : 이차전지(셀)

Claims (14)

  1. 이차전지의 충?방전용 지그에 있어서,
    상기 이차전지의 전극단자를 조이는 상기 충?방전용 지그의 단자접속부의 면적이 상기 이차전지의 전극단자의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자접속부와 상기 전극단자가 접촉하는 부분의 면적은 상기 단자접속부 면적의 50% 이상인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단자접속부는 상부 단자접속부 또는 하부 단자접속부 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단자접속부는 상부 단자접속부인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 단자접속부의 면적은 상기 전극단자 면적의 50 ~ 80%인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단자접속부는 상부 단자접속부와 하부 단자접속부 모두 상기 전극단자의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단자접속부와 상기 전극단자가 접촉하는 부분을 이외의 전기전도성을 갖는 부분에 절연재질의 하우징이 형성된 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충?방전용 지그에 열방출 관통구가 추가적으로 형성된 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이차전지는 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리튬이차전지는 파우치형 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파우치형 리튬이차전지의 전극단자는 음극단자와 양극단자가 동일한 방향으로 돌출된 것이거나 서로 상반된 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 리튬이차전지는 중대형용 전지모듈의 단위셀인 것을 특징으로 하는 충?방전용 지그.
  13. 제1항에 따른 충?방전용 지그, 및 상기 충?방전용 지그와 전기적으로 연결된 충?방전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충?방전 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 충?방전 장치는 이차전지의 활성화를 위한 충?방전 또는 이차전지의 성능 테스트를 위한 충?방전에 이용되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충?방전 장치.
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