KR20170074550A - 이차전지의 충방전용 지그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4-리드 타입 이차전지가 탑재된 상태에서 상기 4-리드 타입 이차전지의 길이방향으로 서로 이격되게 배치되고 각각 단방향 이차전지의 전극리드 쌍을 가압 고정할 수 있는 구조를 가진 제1 지그 유닛 및 제2 지그 유닛; 및 상기 4-리드 타입 이차전지의 전극리드 쌍들을 서로 동일한 극성끼리 연결하는 접속 케이블;을 포함하고, 상기 접속 케이블의 정가운데 지점에 전류 소스가 연결되어 상기 4-리드 타입 이차전지의 양쪽으로 동일한 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템을 개시한다.

Description

이차전지의 충방전용 지그 시스템{CHARGING AND DISCHARGING ZIG SYSTEM FOR SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지의 충방전용 지그 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지에 대한 충방전 처리 시 정해진 위치에서 전극리드를 가압 고정하는 기능을 수행하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 셀을 조립하는 공정과 셀을 활성화하는 공정 등을 거쳐서 제조되는데, 셀 활성화 공정에서는 전류의 원활한 통전을 위해 소정의 충방전용 지그(Zig)에 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전 및 방전 처리를 수행하게 된다. 이러한 충방전용 지그는 제조된 이차전지의 성능을 사전에 테스트하기 위한 목적으로도 사용된다.

근래에 들어, 이차전지의 적용 분야가 매우 다양해짐에 따라 다양한 형태와 크기를 가진 셀들이 제조되고 있으며, 그러한 셀들을 활성화하거나 테스트하기 위해서는 그에 적합한 충방전용 지그가 사용되어야 한다. 이에 따라, 다양한 크기의 이차전지 셀에 걸맞게 설계된 전용의 충방전 지그를 준비해야 하는 문제가 발생하고 있다.

또한, 최근 많은 연구가 행해지고 있는 전기자동차나 하이브리드 전기자동차용 중대형 전지모듈 분야에서는 단위전지로서 파우치형 전지와 같은 판상형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있지만, 제조사별 또는 이차전지 모델별로 판상형 전지의 크기, 전극리드(전극탭)의 위치 등이 다르고, 특히 전극리드가 양측에 형성되어 있는 양방향 전지 셀의 경우, 크기의 차이에 따라 충방전 지그의 크기 및 형태가 달라져야 하므로, 전지셀의 활성화 과정에서 소요되는 시간이 증가하고 별도의 충방전용 지그를 제작함에 따른 제조 비용이 크게 증가하는 문제점이 있다.

이차전지 셀의 충방전 지그와 관련된 기술은 예컨대, 한국공개특허공보 제2008-0068305호, 한국공개특허공보 제2014-0134518호에 게재되어 있다.

한국공개특허공보 제2008-0068305호는 판상형 이차전지의 충방전을 위한 것으로서, 전지셀이 탑재된 상태에서 상측 전극단자 부위가 위치하는 제1 부재와 하측 전극단자 부위가 위치하는 제2 부재로 이루어져 있고, 상기 부재들은 전지셀의 길이방향으로 가변될 수 있는 결합 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 충방전용 지그를 제안하고 있다. 이 충방전용 지그에 따르면, 전지셀의 크기 또는 전극단자의 위치에 관계없이 전지셀의 활성화를 위한 충방전을 하거나 전지셀의 성능을 테스트할 수 있고, 충방전 과정에서 발생하는 열에 의한 전지셀의 손상을 최소화 할 수 있다.

한국공개특허공보 제2014-0134518호는 이차전지를 거치하여 지지하는 부분의 사이즈 변경만으로도 여러 가지 이차전지 모델에 호환성 있게 적용이 가능한 것으로서, 전지의 전극탭 위치에 맞도록 버스바를 지그 베이스에 대해 상대 이동 가능하도록 하는 이동 가이더를 포함하는 투웨이 배터리 지그를 제안하고 있다.

하지만, 기존의 충방전용 지그는 양단에 각각 전극리드 쌍들이 형성되어 전체적으로 4개의 전극리드가 구비되는 4-리드 타입 이차전지에 대해서는 충방전 처리를 수행할 수 없는 취약점이 있어 이에 대한 개선이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 4-리드 타입 이차전지에 대한 충방전 처리가 가능한 구조를 가진 이차전지의 충방전용 지그 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극리드가 단방향 또는 양방향으로 마련된 기존의 2-리드 타입 이차전지에 대한 충방전이 가능하면서도 4-리드 타입 이차전지에 대한 충방전을 수행할 수 있는 구조를 가진 이차전지의 충방전용 지그 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 4-리드 타입 이차전지가 탑재된 상태에서 상기 4-리드 타입 이차전지의 길이방향으로 서로 이격되게 배치되고 각각 단방향 이차전지의 전극리드 쌍을 가압 고정할 수 있는 구조를 가진 제1 지그 유닛 및 제2 지그 유닛; 및 상기 4-리드 타입 이차전지의 전극리드 쌍들을 서로 동일한 극성끼리 연결하는 접속 케이블;을 포함하고, 상기 접속 케이블의 정가운데 지점에 전류 소스가 연결되어 상기 4-리드 타입 이차전지의 양쪽으로 동일한 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템을 제공한다.

상기 접속 케이블은 양단이 각각 상기 제1 지그 유닛과 상기 제2 지그 유닛에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 접속 케이블은 상기 제1 지그 유닛과 상기 제2 지그 유닛에 착탈 가능하게 연결되는 코드로 이루어지고, 상기 4-리드 타입 이차전지가 단방향 또는 양방향의 2-리드 타입 이차전지로 대체되는 경우, 상기 접속 케이블은 상기 제1 지그 유닛 및 제2 지그 유닛으로부터 분리될 수 있다.

상기 4-리드 타입 이차전지의 양쪽 전극리드 쌍들이 서로 극성이 엇갈리게 배치되어 있는 경우, 상기 접속 케이블은 'X'자 형태로 교차하게 배선이 될 수 있다.

상기 제1 지그 유닛 및 상기 제2 지그 유닛은 각각에 대응하는 전극리드 쌍에 일괄적으로 밀착 가능한 길이를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제1 지그 유닛 및 상기 제2 지그 유닛 중 적어도 어느 하나는 다른 하나에 대하여 슬라이딩 가능하게 설치되어 간격이 가변되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 기존의 2-리드 타입 이차전지에 비해 출력 향상이 가능한 4-리드 타입 이차전지에 대하여 충방전 처리를 수행할 수 있는 지그 시스템을 구현할 수 있다.

또한, 4-리드 타입 이차전지를 비롯하여 기존의 2-리드 타입 이차전지에 대한 충방전 처리를 모두 지원할 수 있으므로 범용성 있는 지그 시스템을 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충방전용 지그 시스템의 주요 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충방전용 지그 시스템의 구성을 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충방전용 지그 시스템은 충방전 처리를 위해 탑재된 4-리드 타입 이차전지(미도시)의 양단에 각각 대응하도록 배치되는 제1 지그 유닛(100) 및 제2 지그 유닛(110)과, 상기 이차전지에 마련된 전극리드들을 같은 극성끼리 서로 연결하는 접속 케이블(120,121)을 포함한다.

4-리드 타입 이차전지는 양측에 각각 단방향 이차전지가 하나씩 배치되어 있는 것과 실질적으로 동일한 구성을 가지는 배터리에 해당한다. 4-리드 타입 이차전지에 있어서 어느 한쪽편에 위치한 전극리드 쌍에는 기존의 양방향 이차전지 대비 절반에 해당하는 전류가 흐르게 되고 길이방향의 저항 또한 절반으로 감소하게 된다. 즉, 4-리드 타입 이차전지는 기존의 절반 길이를 갖는 단방향 이차전지들을 병렬 연결한 것에 해당하므로 저항 감소효과를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 양방향 이차전지는 양극리드(양극탭)와 음극리드(음극탭)가 각각 셀의 양쪽단에 하나씩 형성되어 있는 2-리드 타입 이차전지를 지칭하고, 단방향 이차전지는 양극리드(양극탭)와 음극리드(음극탭)가 모두 셀의 어느 한쪽단에 형성되어 있는 2-리드 타입 이차전지를 지칭한다.

제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110)은 4-리드 타입 이차전지의 길이방향 양단에 형성되어 있는 전극리드 쌍을 가압하여 고정하는 역할을 한다. 여기서, 제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110)은 각각에 대응하는 전극리드 쌍에 일괄적으로 밀착될 수 있는 길이를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제1 지그 유닛(100)은 4-리드 타입 이차전지의 일단에 형성되어 있는 전극리드 쌍을 일괄적으로 가압 고정하고, 제2 지그 유닛(110)은 4-리드 타입 이차전지의 타단에 형성되어 있는 전극리드 쌍을 일괄적으로 가압 고정한다.

제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110)은 이차전지의 전극리드를 도체판(또는 도체 블록) 형태의 결합부재들 사이에 개재한 상태에서 상단의 결합조절용 볼트를 돌려서 가압하는 구성을 기본적으로 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 작동 방식을 채용한 지그는 예컨대, 본 출원인이 기출원한 특허출원 제2013-0131749호에 개시되어 있다.

접속 케이블(120,121)은 소정의 충방전기(미도시)에 연결되는 것으로서, 탑재된 4-리드 타입 이차전지의 전극리드들을 서로 동일한 극성끼리 연결함으로써 동일한 전류를 흘릴 수 있는 여건을 제공한다. 이에 따라, 4-리드 타입 이차전지의 한쪽단에 위치한 양극리드를 다른쪽단에 위치한 양극리드와 연결하는 접속 케이블(120)과, 4-리드 타입 이차전지의 한쪽단에 위치한 음극리드를 다른쪽단에 위치한 음극리드와 연결하는 접속 케이블(121)이 마련된다.

충방전용 전류를 흘려주는 전류 소스는 접속 케이블(120,121)들의 정가운데 지점에 연결되어 4-리드 타입 이차전지의 양쪽으로 동일한 전류를 공급한다.

접속 케이블(120,121)은 착탈 가능하도록 소정의 커넥터가 결합되어 있는 코드 형태로 구성되어 양단이 각각 제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110)에 연결되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 충방전용 지그 시스템은 접속 케이블(120,121)을 제1 지그 유닛(100) 및 제2 지그 유닛(110)으로부터 분리한 상태에서, 4-리드 타입 이차전지를 단방향 이차전지나 양방향 이차전지로 대체함으로써 2-리드 타입 이차전지에 대한 충방전 처리도 수행할 수 있다. 이 경우에는, 코드 형태의 접속 케이블(120,121)을 지그에서 간편히 뽑아서 제거한 후에 기존의 단방향 이차전지나 양방향 이차전지를 탑재하고 제1 지그 유닛(100) 및/또는 제2 지그 유닛(110)를 활용하여 2-리드 타입 이차전지의 전극리드를 가압 고정하면 된다. 구체적으로, 기존의 단방향 이차전지를 탑재한 경우에는, 제1 지그 유닛(100) 또는 제2 지그 유닛(110)을 이용하여 전지 일단의 전극리드 쌍을 가압 고정하면 된다. 또한, 기존의 양방향 이차전지를 탑재한 경우에는, 제1 지그 유닛(100) 및 제2 지그 유닛(110)을 이용하되 각 지그 유닛의 절반 길이 구간을 활용하여 전지 양단의 전극리드를 가압 고정하면 된다.

4-리드 타입 이차전지의 양쪽에 형성되어 있는 전극리드 쌍이 서로 극성이 엇갈리게 배치되어 있는 경우, 도 2에 나타난 바와 같이 접속 케이블(120,121)은 실질적으로 'X'자 형태로 교차되게 연결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대 제1 지그 유닛(100)은 제2 지그 유닛(110)에 대하여 이차전지의 길이방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 간격이 가변되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면 지그 시스템에 탑재되는 이차전지의 크기에 걸맞게 제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 이를 위해, 제1 지그 유닛(100)은 이차전지의 길이방향으로 연장되게 시스템 내에 형성되어 있는 소정의 가이드 레일이나 가이드 홈에 결합되어 슬라이딩 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충방전용 지그 지그 시스템은 4-리드 타입 이차전지를 탑재하고 제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110)을 이용하여 전지 양단의 전극리드 쌍을 가압 고정한 상태에서, 접속 케이블(120,121)의 정가운데 지점에 대하여 충방전기의 전류를 공급함으로써 충방전 처리를 수행하게 된다. 여기서, 제1 지그 유닛(100)과 제2 지그 유닛(110) 사이의 간격을 자유롭게 조절하는 것이 가능하므로 다양한 크기의 전지에 범용적으로 적용이 가능하다.

또한, 접속 케이블(120,121)을 제거한 상태에서는 단방향 이차전지나 양방향 이차전지를 탑재하고 제1 지그 유닛(100) 및/또는 제2 지그 유닛(110)을 이용하여 전극리드를 가압 고정한 상태에서 제1 지그 유닛(100) 및/또는 제2 지그 유닛(110)에 충방전기를 연결하여 2-리드 타입 이차전지에 대한 충방전 처리를 수행할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 제1 지그 유닛 110: 제2 지그 유닛
120,121: 접속 케이블

Claims (6)

1. 4-리드 타입 이차전지가 탑재된 상태에서 상기 4-리드 타입 이차전지의 길이방향으로 서로 이격되게 배치되고 각각 단방향 이차전지의 전극리드 쌍을 가압 고정할 수 있는 구조를 가진 제1 지그 유닛 및 제2 지그 유닛; 및
   상기 4-리드 타입 이차전지의 전극리드 쌍들을 서로 동일한 극성끼리 연결하는 접속 케이블;을 포함하고,
   상기 접속 케이블의 정가운데 지점에 전류 소스가 연결되어 상기 4-리드 타입 이차전지의 양쪽으로 동일한 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접속 케이블은 양단이 각각 상기 제1 지그 유닛과 상기 제2 지그 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 접속 케이블은 상기 제1 지그 유닛과 상기 제2 지그 유닛에 착탈 가능하게 연결되는 코드로 이루어지고,
   상기 4-리드 타입 이차전지가 단방향 또는 양방향의 2-리드 타입 이차전지로 대체되는 경우, 상기 접속 케이블은 상기 제1 지그 유닛 및 제2 지그 유닛으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 4-리드 타입 이차전지의 양쪽 전극리드 쌍들이 서로 극성이 엇갈리게 배치되어 있는 경우, 상기 접속 케이블은 'X'자 형태로 교차하게 배선되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 지그 유닛 및 상기 제2 지그 유닛은 각각에 대응하는 전극리드 쌍에 일괄적으로 밀착 가능한 길이를 가진 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 지그 유닛 및 상기 제2 지그 유닛 중 적어도 어느 하나는 다른 하나에 대하여 슬라이딩 가능하게 설치되어 간격이 가변되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충방전용 지그 시스템.

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