KR20160087286A - 이차전지의 충방전 또는 테스트용 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프로브는, 이차전지의 상면 또는 하면에 소정의 크기와 높이로 돌출된 전극 단자에 접촉되어, 이차전지의 충전, 방전 또는 테스트에 사용되는 이차전지 충방전 또는 테스트용 프로브로서, 충전용 전원, 방전용 부하 또는 측정용 단자에 전기적으로 연결되고, 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정되며, 단면 직경이 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 프로브 본체; 및 프로브 본체의 외주면을 감싸는 중공의 통 형상으로 이루어지고, 고정 지그에 상하로 진퇴 가능하게 탄성적으로 고정되며, 통 형상의 중공부의 단면 내경이 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 가이드 부재;를 구비한다. 본 발명에 따르면, 가이드 부재에 의해 이차전지의 전극 단자를 안정적으로 감싸는 구조를 가지므로, 프로브에 이차전지를 용이하게 정렬시켜 장착할 수 있고, 충방전 또는 테스트 중에 전극 단자가 프로브로부터 이탈하는 등의 사고를 방지할 수 있으며, 이차전지의 형태나 사이즈와 무관하게 본 발명에 따른 프로브를 공용으로 사용할 수 있다.

Description

이차전지의 충방전 또는 테스트용 프로브{Probe Used in Charging and Discharging or Test of Secondary Battery}

본 발명은 이차전지의 충방전 또는 테스트시 이차전지의 전극 단자와 접촉하는 프로브에 관한 것으로, 특히 이차전지의 상면 또는 하면에 돌출된 형태의 전극 단자를 가지고 있는 이차전지의 충방전 또는 테스트용 프로브에 관한 것이다.

이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 반복적인 충방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 휴대용 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력원으로도 사용되고 있다.

이차전지는 케이스 안에 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체와, 전해질과, 각종 첨가제 등의 전지 구성요소들을 넣고 밀봉한 셀의 형태로 제조되는데, 케이스의 형태에 따라 캔형 전지와 파우치형 전지로 나뉜다. 캔형 전지는 금속으로 이루어진 각형 또는 원통형 케이스 안에 상술한 구성요소들이 내장되고, 케이스의 상면 및/또는 하면에 양극과 음극의 전극 단자가 돌출된 형태로 제조된다. 파우치형 전지는 알루미늄을 주재료로 하고 합성수지 피복층이 라미네이트된 시트로 이루어진 파우치 안에 상술한 구성요소들이 내장되고, 케이스인 파우치의 일측면 및/또는 타측면에 납작한 리드 형태의 전극 단자가 노출된 형태로 제조된다. 파우치형 전지는 납작한 전극 단자가 노출된 형태로 사용될 수도 있지만, 보통은 딱딱한 외장 케이스 안에 수납되어 캔형 전지와 유사하게 상면 및/또는 하면에 전극 단자가 돌출된 형태로 완성되어 사용될 수도 있다.

한편, 이차전지는 제조된 후 전지 활성화 단계를 거쳐 출하된다. 여기서, 전지 활성화 단계는 이차전지 충방전 장치에 이차전지를 장착한 후, 활성화에 필요한 조건으로 이차전지를 충방전하는 과정을 포함한다. 또한, 이차전지에 대해서는 그 성능을 테스트하기도 하는데, 이 이차전지의 성능 테스트는, 활성화 단계에서 사용하는 충방전 장치와 동일 또는 유사한 장치에 이차전지를 장착한 후 전극 단자에 전압, 전류, 또는 저항과 같은 전기적 특성을 측정하는 측정 단자를 연결하여 전기적 특성을 측정함으로써 이루어지는 것이 일반적이다.

본 발명은 이러한 이차전지의 충방전 또는 테스트시 이차전지의 상면 또는 하면에 돌출된 형태의 전극 단자에 접촉하는 프로브에 관한 것으로, 도 1에는 종래의 일반적인 프로브와 이를 포함하는 지그에 의해 이차전지의 전극 단자에 프로브를 접촉시킨 상태가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 프로브(10)는, 이차전지(1)의 상하면에 각각 돌출된 전극 단자(2)에 접촉시킨 후 상부 지그(20)를 하강시켜 이차전지(1)를 고정하고 충방전 또는 테스트를 행하도록 이루어져 있다. 그런데, 프로브(10)의 선단(11)을 전극 단자(2)와 일치시키기가 쉽지 않고, 프로브(10)의 선단(11)이 전극 단자(2)와 일치하지 않은 상태에서 상부 지그(30)를 하강시켜 이차전지(1)를 고정하게 되면 접촉 저항이 달라져 원하는 충방전이나 테스트가 불가능하게 되거나, 잘못하면 외부 단락을 유발하여 이차전지(1)의 발화나 폭발로까지 이어지는 안전 문제가 발생할 수도 있다. 나아가 프로브(10)와 이차전지(1)의 전극 단자(2)를 정렬하는 과정에서 인접한 이차전지(1)를 건드리기 되면 인접한 이차전지(1)의 충방전이나 테스트까지 방해할 수도 있다.

한편, 도 1에는 이차전지(1)의 상하면에 각각 프로브(10)를 정렬시켜 고정하는 경우를 도시하였지만, 정렬을 용이하게 하기 위해 하부 지그(30)를 이차전지(1)의 하부가 수납되는 수납홈의 형태로 만들고 이 수납홈 안에 하부 프로브(10b)를 내장하는 구조로 하는 경우가 있다. 이러한 경우는 도 1에 도시된 예보다 정렬이 상대적으로 쉽기는 하지만, 이차전지(1)의 규격에 따라 사이즈가 다른 수납홈을 가진 고정 지그를 여러 개 준비해야 하는 문제가 있다. 또한, 설령 이차전지(1)의 사이즈에 맞춘 수납홈을 가진 고정 지그를 사용하더라도, 수납홈이 이차전지(1)의 사이즈보다는 약간 크게 되도록 설계해야 하므로 상부 프로브(10a)가 이차전지(1)의 상면에 형성된 전극 단자(2)에 반드시 일치하지 않고 프로브(10)의 선단(11)이 전극 단자(2)와 정렬되지 않는 문제는 여전히 존재한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 특허문헌 1에서는, 도 2에 도시된 바와 같은 프로브(10')를 개시하고 있다. 도 2에 도시된 프로브(10')는 프로브의 선단(13,14) 주위에 이차전지(1)의 외부 형상에 대응하도록 형성되어 상기 이차전지(1)의 테스트시 이차전지(1)의 상부 일부를 수용하는 수용부(16)를 포함하는 전지 유도부재(18)를 마련하여, 상부 지그의 하강시에 자연스럽게 이차전지(1)의 상부가 수용부(16)에 수용되도록 하고 있다.

그러나, 도 2에 도시된 프로브(10') 역시, 이차전지(1)의 규격에 따라 사이즈가 다른 수용부(16)를 가진 프로브(10')를 여러 개 준비해야 하는 문제가 있고, 설령 이차전지(1)의 사이즈에 맞춘 수용부(16)을 가진 프로브(10')를 사용하더라도, 수용부(16)가 이차전지(1)의 사이즈보다는 약간 크게 되도록 설계해야 하므로 프로브(10')의 선단(13,14)이 전극 단자(2)와 정확히 정렬되지 않는 문제는 여전히 존재한다.

특허문헌 1: 등록특허 제10-0898068호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차전지의 사이즈에 구애받지 않고, 이차전지의 돌출된 전극 단자와 용이하게 정렬되고 안정적으로 접촉 가능한 이차전지 충방전 또는 테스트용 프로브를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 프로브는, 이차전지의 상면 또는 하면에 소정의 크기와 높이로 돌출된 전극 단자에 접촉되어, 상기 이차전지의 충전, 방전 또는 테스트에 사용되는 이차전지 충방전 또는 테스트용 프로브로서, 충전용 전원, 방전용 부하 또는 측정용 단자에 전기적으로 연결되고, 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정되며, 단면 직경이 상기 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 프로브 본체; 및 상기 프로브 본체의 외주면을 감싸는 중공의 통 형상으로 이루어지고, 상기 고정 지그에 상하로 진퇴 가능하게 탄성적으로 고정되며, 상기 통 형상의 중공부의 단면 내경이 상기 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 가이드 부재;를 구비한다.

여기서, 상기 가이드 부재의 선단은 상기 가이드 부재의 길이방향에 수직이며 외주방향으로 연장되는 플랜지부로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 프로브 본체는, 상기 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된 제1 프로브 본체; 및 상기 제1 프로브 본체와 동심상으로 상기 제1 프로브 본체를 감싸며 상기 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된 제2 프로브 본체;를 구비하고, 상기 제2 프로브 본체의 단면 직경이 상기 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일하게 할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 프로브 본체는 상기 이차전지를 정전압 충전하거나 상기 이차전지의 전압을 측정하기 위한 전압 프로브이고, 상기 제2 프로브 본체는 상기 이차전지를 정전류 충전하거나 상기 이차전지의 전류를 측정하기 위한 전류 프로브일 수 있다.

본 발명에 의하면, 가이드 부재에 의해 이차전지의 전극 단자를 감싸면서 프로브 본체와 전극 단자를 정렬하여 장착할 수 있으므로, 프로브에 이차전지를 용이하게 장착할 수 있고 오정렬을 방지할 수 있다.

또한, 가이드 부재에 의해 이차전지의 전극 단자를 안정적으로 감싸므로, 충방전 또는 테스트 중에 전극 단자가 프로브로부터 이탈하는 등의 사고도 발생하기 어렵게 된다.

나아가, 가이드 부재가 전극 단자를 감싸는 구조이기 때문에, 전극 단자의 크기가 비슷하면, 이차전지의 형태(원통형, 각형 등)나 사이즈와 무관하게 본 실시예에 따른 프로브를 공용으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 프로브와 이를 포함하는 지그에 의해 이차전지의 전극 단자에 프로브를 접촉시킨 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 특허문헌 1에 개시된 이차전지 테스트용 프로브의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 또는 테스트용 프로브와 이차전지의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 프로브의 개략 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 프로브를 사용하여 이차전지의 충방전 또는 테스트를 위해 이차전지를 고정하는 과정을 개략적으로 도시한 일부 단면도들이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

한편, 첨부 도면들과 이하의 설명에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하, 가로, 세로, 높이와 같은 방향을 나타내는 용어들은, 도면에 도시되고 관측되는 방향을 설명하기 위해 사용되었을 뿐, 도시되고 관측되는 방향이 달라지면 이 같은 용어들 역시 달라질 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 각 구성요소들의 크기와 치수는 설명을 위해 과장되었을 수 있고, 실제 제품의 척도와 반드시 일치하지 않을 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 또는 테스트용 프로브(이하, 프로브라 약칭한다)와 이차전지의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 프로브의 개략 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 프로브(100)는, 상부 지그(20) 또는 하부 지그(30)에 고정되고, 이차전지(1)의 상면(1a) 또는 하면(1b)에 소정의 크기와 높이로 돌출된 전극 단자(2)에 접촉되어, 이차전지(1)의 충전, 방전 또는 테스트에 사용되는 것으로서, 크게 프로브 본체(110)와 가이드 부재(120)를 구비한다.

프로브 본체(110)는, 충방전용 전원이나 부하(도시 생략) 또는 측정용 단자(도시 생략)에 전기적으로 연결되고, 상부 지그(20) 또는 하부 지그(30)에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된다. 또한, 프로브 본체(110)의 단면 직경은 이차전지(1)의 전극 단자(2)의 크기와 거의 동일하게 형성된다(도 5 참조).

여기서, 프로브 본체(110)는 단면 형상이 대략 원형이고, 이차전지(1) 및 전극 단자(2)의 단면 형상은 직사각형으로 도시되었지만, 구체적인 단면 형상은 타원이나 다각형 등으로 얼마든지 변경 가능하다. 프로브 본체(110), 이차전지(1) 및 전극 단자(2)의 단면 형상의 여하에도 불구하고, 프로브 본체(110)의 단면 직경과 전극 단자(2)의 크기라 함은, 단면 형상이 원형인 경우는 그 직경, 타원이나 다각형인 경우에는 장축경 또는 가장 긴 대각선 길이를 의미한다.

상기 프로브 본체(110)는 이차전지(1)를 정전압 충전하거나 이차전지(1)의 전압을 측정하기 위한 전압 프로브인 제1 프로브 본체(110a)와, 이차전지(1)를 정전류 충전하거나 이차전지(1)의 전류를 측정하기 위한 전류 프로브인 제2 프로브 본체(110b)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 이차전지(1)의 전극 단자(2)의 크기와 거의 동일하게 형성된 '프로브 본체(110)의 단면 직경'은 실질적으로, 제2 프로브 본체(110b)의 단면 직경을 의미하여, 제2 프로브 본체(110b)의 단면 직경이 이차전지(1)의 전극 단자(2)의 크기와 거의 동일하게 형성된다.

구체적으로, 제1 프로브 본체(110a)는 상부 지그(20) 또는 하부 지그(30)에 제1 스프링(111a)을 개재하여 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된다. 또한, 제2 프로브 본체(110b)는, 제1 프로브 본체(110a)와 동심상으로 제1 프로브 본체(110a)를 감싸며 상부 지그(20) 또는 하부 지그(30)에 제2 스프링(111b)을 개재하여 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된다. 따라서, 제1 및 제2 프로브 본체(110a,110b)는 각각 독립적으로 또는 연동하여 상부 지그(20) 또는 하부 지그(30)에 대해 상하방향으로 출몰(진퇴)가능하다. 한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제1 및 제2 프로브 본체(110a,110b)는 충방전 장치 또는 테스트 장치의 해당 단자와 전기적으로 연결되어 있다.

또한, 전압 프로브인 제1 프로브 본체(110a)의 선단은 뾰족하게 형성할 수 있고, 전류 프로브인 제2 프로브 본체(110b)의 선단은 평면 형상으로 형성하여, 고속 충전시와 같은 경우에 충전 전류량을 많이 흘려줄 수가 있다.

가이드 부재(120)는, 프로브 본체(110), 즉 제2 프로브 본체(110b)의 외주면을 감싸는 중공의 통 형상으로 이루어지고, 상부 지그(20) 또는 하부 지그(30)에 제3 스프링(122)을 개재하여 상하로 진퇴 가능하게 탄성적으로 고정된다. 이때, 상기 통 형상의 중공부의 단면 내경은 이차전지(1)의 전극 단자(2)의 크기와 거의 동일하게 형성된다.

여기서, 가이드 부재(120)는 단면 형상이 대략 원형인 원통 형상으로 도시되었지만, 구체적인 단면 형상은 전술한 프로브 본체(110)나 이차전지(1) 및 전극 단자(2)와 마찬가지로, 타원이나 다각형 등으로 얼마든지 변경 가능하다. 가이드 부재(120)의 단면 형상의 여하에도 불구하고, 가이드 부재(120)의 내경과 전극 단자(2)의 크기라 함은, 단면 형상이 원형인 경우는 그 직경, 타원이나 다각형인 경우에는 장축경 또는 가장 긴 대각선 길이를 의미한다.

또한, 가이드 부재(120)의 선단은 가이드 부재의 길이방향에 수직이며 외주방향으로 연장되는 플랜지부(121)로 형성될 수 있다. 이는 프로브(100)를 이차전지(1)의 전극 단자(2)에 접촉시킨 상태에서 프로브(100)와 전극 단자(2)의 접촉을 보다 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.

이어서, 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 프로브(100)를, 이차전지(1)의 전극 단자(2)와 정렬하여 접촉시키고 고정하는 과정을 설명한다.

먼저, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상부 지그(20)를 위쪽으로 상승시킨 상태에서, 이차전지(1)를 상부 프로브(100a)와 하부 프로브(100b) 사이에 화살표 방향으로 삽입한다.

그러면, 이차전지(1)의 전극 단자(2)가 가이드 부재(120)의 플랜지부(121)를 지나 중공부에 들어가고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제3 스프링(122)의 탄성력에 의해 가이드 부재(120)의 플랜지부(121)가 하강하면서 이차전지(1)의 상면(1a)에 접촉함으로써 상부 프로브(100a)와 하부 프로브(100b) 사이에 이차전지(1)의 전극 단자(2)가 정확히 정렬되어 장착되게 된다.

이어서, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 상부 지그(20)를 하강시켜 프로브 본체(110)를 전극 단자(2)에 적절한 가압력으로 접촉시킴으로써 프로브(100)와 전극 단자(2)의 접촉과 고정이 완료되고, 이차전지(1)의 충방전 또는 테스트가 가능하게 된다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 가이드 부재(120)에 의해 이차전지(1)의 전극 단자(2)를 감싸면서 프로브 본체(110)와 전극 단자(2)를 정렬하여 장착할 수 있으므로, 프로브(100)에 이차전지(1)를 용이하게 장착할 수 있고 오정렬을 방지할 수 있다. 또한, 가이드 부재(120)에 의해 이차전지(1)의 전극 단자(2)를 안정적으로 감싸므로, 충방전 또는 테스트 중에 전극 단자(2)가 프로브(100)로부터 이탈하는 등의 사고도 발생하기 어렵게 된다.

나아가, 가이드 부재(120)가 전극 단자(2)를 감싸는 구조이기 때문에, 전극 단자(2)의 크기가 비슷하면, 이차전지의 형태(원통형, 각형 등)나 사이즈와 무관하게 본 실시예에 따른 프로브(100)를 공용으로 사용할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 이차전지(1)의 상면(1a)과 하면(1b)에 전극 단자(2)가 동일하게 돌출되는 구조의 이차전지(1)를 사용하고, 그에 따라 상부 프로브와 하부 프로브 모두에 동일한 구조의 본 실시예에 따른 프로브(100)를 사용하였지만, 상면(1a)에만 전극 단자(2)가 돌출하고, 하면 전체를 다른 극의 전극 단자로 사용하는 구조의 이차전지의 경우에는, 하부 프로브의 구조를 달리할 수도 있다.

나아가, 본 실시예에서는 상부 지그(20)와 하부 지그(30)의 구조가 동일한 고정 지그를 사용하였지만, 하부 지그를 이차전지(1)의 하부 일부가 수납되는 수납홈의 형태로 만들고 이 수납홈 안에 하부 프로브를 내장하는 구조로 할 수도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니한다. 따라서, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1...이차전지 2...전극 단자
20...상부 지그 30...하부 지그
100...프로브 100a...상부 프로브
100b...하부 프로브 110...프로브 본체
110a...제1 프로브 본체 110b...제2 프로브 본체
111a...제1 스프링 111b...제2 스프링
120...가이드 부재 121...플랜지부
122...제3 스프링

Claims (5)

1. 이차전지의 상면 또는 하면에 소정의 크기와 높이로 돌출된 전극 단자에 접촉되어, 상기 이차전지의 충전, 방전 또는 테스트에 사용되는 이차전지 충방전 또는 테스트용 프로브로서,
   충전용 전원, 방전용 부하 또는 측정용 단자에 전기적으로 연결되고, 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정되며, 단면 직경이 상기 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 프로브 본체; 및
   상기 프로브 본체의 외주면을 감싸는 중공의 통 형상으로 이루어지고, 상기 고정 지그에 상하로 진퇴 가능하게 탄성적으로 고정되며, 상기 통 형상의 중공부의 단면 내경이 상기 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 가이드 부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 부재의 선단이 상기 가이드 부재의 길이방향에 수직이며 외주방향으로 연장되는 플랜지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 프로브 본체가,
   상기 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된 제1 프로브 본체; 및
   상기 제1 프로브 본체와 동심상으로 상기 제1 프로브 본체를 감싸며 상기 고정 지그에 상하로 출몰 가능하게 탄성적으로 고정된 제2 프로브 본체;를 구비하고,
   상기 제2 프로브 본체의 단면 직경이 상기 이차전지의 전극 단자의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 프로브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 프로브 본체는 상기 이차전지를 정전압 충전하거나 상기 이차전지의 전압을 측정하기 위한 전압 프로브이고,
   상기 제2 프로브 본체는 상기 이차전지를 정전류 충전하거나 상기 이차전지의 전류를 측정하기 위한 전류 프로브인 것을 특징으로 하는 프로브.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 프로브 본체의 선단이 뾰족하고, 상기 제2 프로브 본체의 선단이 평면 형상인 것을 특징으로 하는 프로브.

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