KR20210157306A - 실링용 히팅장치 - Google Patents

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이강민
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이강민
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Abstract

본 발명은 실링용 히팅장치에 관한 것으로, 피실링물을 실링하기 위해 일정 온도로 가열함에 있어서, 피실링물을 가열하는 구성품 전체에 열이 빠르게 순환 및 전달되도록 함으로써, 열이 고루게 분포되고 온도편차가 발생되지 아니하도록 할 수 있으며, 열 저장기능을 갖춰 열손실을 최소화 할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 실링용 히팅장치는, 피실링물의 실링부위를 히팅시키는 히팅부, 상기 히팅부에 히팅을 위한 열원을 공급하는 열원공급부, 상기 히팅부 전체가 균일한 온도로 가열되도록 상기 열원을 상기 히팅부에 전달시키는 열전달부를 포함한다.

Description

실링용 히팅장치{APPARATUS FOR HEATING CEILING}
본 발명은 실링용 히팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피실링물을 실링하기 위해 일정 온도로 가열함에 있어서, 피실링물을 가열하는 구성품의 온도편차를 최소화 할 수 있는 실링용 히팅장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기에서는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 단위전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 이차전지 등이 중대형 전지팩의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 그 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비가 저렴한 파우치형 이차전지가 특히 많은 관심을 모으고 있다.
통상적으로 사용되는 리튬 이온 폴리머 전지의 파우치형 이차전지케이스는 도시된 바와 같이 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 열접착층인 폴리올레핀계 수지층(Polyolepin Layer), 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층인 알미늄층(AL/Aluminum Layer), 기재 및 보호층으로 작용하는 나일론층(Nylon Layer:11)이 적층된 다층막구조로 구성되어 있다.
폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다.
파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 파우치형 이차전지는 제조과정에서 음극, 분리막 및 양극을 포함하는 전지 조립체를 파우치형 포장재 안에 넣고, 전해액을 주입한 후 가장자리를 실링한다. 그런 다음, 몇 회의 충방전 사이클을 통해 전지를 활성화시킨다.
이때, 파우치형 이차전지에서 실링은 매우 중요하다.
그 이유는 실링의 품질 저하는 전해액(화학약품) 누유, 화재 발생등 안전과 직결된 문제가 발생되기 때문이다
종래에 사용 되고 있는 실링 블록은 카트리지 히터를 삽입 한 방식으로 전도열을 이용 하여 파우치 실링을 하고 있다 이때 온도 제어는 컨트롤러를 이용 하여 카트리지 히터에 전원 공급을 통제 하여 제어 하게 된다 전원 공급이 일정하더라도 카트리지 히터 내부의 권선비에 따라서 (동일 제품도 권선비에 차이가 발생) 온도 불균일이 발생 되게 된다
최근에는 파우치형 이차 전지 파우치의 크기가 대형화 됨에 따라 실링블럭의 크기가 더욱 커져 카트리지 히터의 권선비로만 온도 균일성 기술을 확보 할 수 없어 실링 품질의 안정성과 신뢰성이 급격히 저하 되고 있다.
실링블럭내 온도도 편차가 10도 이상 차이 발생 되어 품질의 신뢰성을 보장 하기 어렵다. (온도편차 3도 이내가 적정)
현재의 카트리지 방식에서 온도 균일성을 확보 하기 위해 권선비를 맞추려고 노력 하지만, 가공 특성 및 온도 특성상 한라인 적용 되는 수십개의 히터를 동일 하게 제작하는건 불가능 하기 때문에 더욱이 신뢰성이 염려 되고 있다.
또한 고속화 실링에서 카트리지 히터의 열이 지속적으로 손실 되면 블록내 열 회복력이 매우 중요 한데, 현재는 소재의 열전도율 이상으로 회복 하기는 어려운 상태이다
종래의 대형화된 파우치 500mm 이상 제품에서 카트리지 히터의 온도 불균일은 안정성에 크게 문제 되고 히터의 열원 외 보완 방안이 없어 열 손실 및 전도율의 해결책이 없는 상태이다
공개특허공보 제10-2019-0042801호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피실링물을 실링하기 위해 일정 온도로 가열함에 있어서, 피실링물을 가열하는 구성품 전체에 열이 빠르게 순환 및 전달되도록 함으로써, 열이 고루게 분포되고 온도편차가 발생되지 아니하도록 할 수 있으며, 열 저장기능을 갖춰 열손실을 최소화 할 수 있는 실링용 히팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 실링용 히팅장치는, 파우치형 이차전지의 실링부위를 히팅시키는 히팅부, 상기 히팅부에 히팅을 위한 열원을 공급하는 열원공급부, 상기 히팅부 전체가 균일한 온도로 가열되도록 상기 열원을 상기 히팅부에 전달시키며, 히트파이프로 형성되는 열전달부를 포함하고, 상기 히팅부는 'ㄴ'자 단면 형상으로 형성되는 제1 히팅블럭, 제1 히팅블럭의 상측 단차진 부분에 배치되는 제2 히팅블럭을 포함한다.
그리고, 상기 히팅부에는 상기 열원공급부가 수용되는 제1 수용홈 및 상기 열전달부가 수용되는 제2 수용홈이 길이방향을 따라 형성된다.
본 발명에 따른 실링용 히팅장치는, 피실링물을 실링하기 위해 일정 온도로 가열함에 있어서, 피실링물을 가열하는 구성품 전체에 열이 빠르게 순환 및 전달되도록 함으로써, 열이 고루게 분포되고 온도편차가 발생되지 아니하도록 할 수 있으며, 열 저장기능을 갖춰 열손실이 최소화 되고, 손실된 열을 빠른 속도로 회복함으로, 실링의 성능 및 품질을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 열순환 및 열전달 작용을 통해 피실링물을 가열하는 구성품의 전체부위를 전체를 희망하는 온도로 균일하게 히팅시킬 수 있기 때문에, 실링부위 전체를 실링하기에 적합한 물성으로 녹일 수 있는 효과가 있다. 이로 인해 실링부위가 종래에 비해 작은 가압력과 온도 및 짧은 시간 안에 완벽하게 실링하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실링용 히팅장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 실링용 히팅장치를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 실링용 히팅장치에 적용된 열전달부를 도시한 반단면 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명에 따른 실링용 히팅장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실링용 히팅장치를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 실링용 히팅장치에 적용된 열전달부를 도시한 반단면 사시도이다.
본 발명에 따른 실링용 히팅장치(1)는 피실링물의 실링부위를 실링하기에 용이한 상태로 물성 변화시킬 수 있는 제품이다.
피실링물은 다양한 것들로 적용될 수 있으며, 도면에는 파우치형 이차전지로 적용된 예를 도시하였다.
본 발명에 따른 실리용 히팅장치(1)를 설명하기에 앞서, 파우치형 이차전지는 제1 파우치와 제2 파우치로 이루어져 전극 조립체와 전해액을 수용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 실리용 히팅장치(1)는 이차전지의 실링부위인 탭과 파우치, 제1 파우치와 제2 파우치 등을 실링장치로 실링하기 전에 가열하여 녹인다.
이를 위해 본 발명에 따른 실리용 히팅장치(1)는 히팅부(10), 열원공급부(20), 열전달부(30)를 포함할 수 있다.
히팅부(10)는 대략 'ㄴ'자 단면 형상으로 형성되는 제1 히팅블럭(11), 제1 히팅블럭(11)의 상측 단차진 부분에 배치되는 제2 히팅블럭(12)을 포함할 수 있다.
제1 히팅블럭(11)과 제2 히팅블럭(12)은 열전도도가 우수한 재질로 형성될 수 있다.
히팅부(10)는 후술되는 열원공급부(20)에 의해 발열된다. 그리고, 제1 히팅블럭(11)과 제2 히팅블럭(12) 중 어느 하나가 이차전지 파우치의 실링부위에 접촉된 상태에서 열을 전달하여 열융착시키게 된다.
제1 히팅블럭(11)의 길이방향을 따라서는 열원공급부(20)가 수용되는 제1 수용홈(10a)이 형성된다.
그리고, 제1 히팅블럭(11)과 제2 히팅블럭(12)의 길이방향을 따라서는 후술되는 열전달부(30)가 수용되는 제2 수용홈(10b)이 형성된다.
도면에 도시되지는 않았으나, 제2 히팅블럭(12)에도 열원공급부(20)가 수용되는 제1 수용홈(10a)이 형성될 수도 있다.
이때, 본 발명에서 제1 수용홈(10a)과 제2 수용홈(10b) 및 이에 각각 수용되는 열원공급부(20) 및 열전달부(30)의 적용개수는 한정되지 않는다.
즉, 제1 수용홈(10a)과 제2 수용홈(10b) 및 이에 각각 수용되는 열원공급부(20) 및 열전달부(30)는 한 개씩 적용되거나 또는, 히팅부(10)을 신속하게 가열하면서 열전도율을 높일 수 있도록 제1 수용홈(10a), 제2 수용홈(10b) 열원공급부(20) 및 열전달부(30)는 각각 2개 이상으로 적용될 수 있다.
그리고, 도면에는 제1 히팅블럭(11)에 제1 수용홈(10a)이 한 개로 형성되고, 제1 히팅블럭(11)과 제2 히팅블럭(12)에 제2 수용홈(10b)이 두개씩 적용된 예를 도시하였다.
열원공급부(20)는 히팅부(10)가 실링부위를 히팅시키도록 히팅부(10)에 열원을 공급한다.
열원공급부(20)는 제1 수용홈(10a)에 수용되며 외관을 이루는 환봉, 환봉의 내부에 수용되며 코일형태로 형성되는 니크롬선을 포함하는 카트리지 히터로 형성될 수 있다.
니크롬선은 외부 전원을 공급받아 발열될 수 있다.
열원공급부(20)가 발열되면 히팅부(10)에 열이 전도되고, 히팅부(10)는 발열되어 실링부위를 히팅시킨다.
히팅부(10)는 파우치형 이차전지에 따라 그 길이가 다양하게 제작될 수 있다. 그리고, 열원공급부(20)는 히팅부(10)와 동일한 길이 또는, 히팅부(10)보다 긴 길이를 갖는 제품이 적용된다.
이때, 현실적으로 열원공급부(20)가 히팅부(10)에 열원을 공급한다고 해도 히팅부(10) 전체가 균일한 온도로 발열되지 못한다.
즉, 열원공급부(20)의 중앙부분보다 양 사이드 부분이 낮은 온도로 발열되며, 이로 인해 히팅부(10)도 중앙부분보다 양 사이드 부분이 낮은 온도로 발열된다.
그리고, 히팅부(10)의 중앙과 양 사이드의 온도편차는 약 10 ℃ 내지 20 ℃이다.
이와 같이 발열된 히팅부(10)로 실링부위를 히팅하면, 실링부위 중 히팅부(10)의 중앙부분에 접촉되는 부분과 양 사이드에 접촉되는 부분에 전달되는 열의 온도가 상이해지며, 결국 실링부위 전체가 균일한 형태로 히팅되지 아니하는 문제점이 있다.
열전달부(30)는 이러한 문제점을 보안하도록 적용되는 구성이다.
즉, 열전달부(30)는 히팅부(10) 전체가 균일한 온도로 가열되도록 열원을 히팅부(10)의 길이방향을 따라 전달시킨다.
이를 위해 열전달부(30)는 히트파이프로 형성될 수 있으며, 이를 도 에 도시하였다.
열전달부(30)는 히팅부(10)와 동일한 길이 또는, 히팅부(10)보다 긴 길이를 갖는 제품이 적용된다.
열전달부(30)인 히트파이프는 열전도율이 백금보다 약 500배이상 높고, 구리보다 약 1,300배 이상 높으며, 일반 온수관보다 약 2,000배 이상 높다.
열전달부(30)는 내부가 진공처리되어 있고, 내부에 일정량의 액체(작동유체)가 충진되어 있다.
열원공급부(20)가 히팅부(10)를 히팅시키면 일측 끝(오른쪽)에 열이 가해져, 작동유체가 증발하게 되고, 압력차로 인해 반대쪽(왼쪽)으로 이동하게 된다.
오른쪽은 차갑기 때문에 증발된 작동유체가 품고 있던 열을 빼앗기게 되고, 기체는 다시 액체로 변하게 된다. 즉, 열전달부(30) 내에서 액체-기체 상태를 반복하며 반복적으로 순환하게 된다.
그리고, 액체로 변한 작동유체는 열전달부(30) 내부 표면의 윅(Wick, 심지)를 따라 원래 있던 위치로 복귀하게 된다. 즉, 액체-기체 간의 상변화가 일어나면서 열전달이 활발하게 이루어지는 것이다.
따라서, 열전달부(30)는 제2 수용홈(10b)에서 수용된 상태에서 히팅부(10)로부터 전달되는 열원공급부(20)의 열원에 의해 오른쪽이 가열되며, 이로 인해 내장되어 있는 작동유체가 증발(흡열)과 응축(방열)을 반복하면서 별도 동력이나 부대 장치 없이도 열전달이 순간적(M당 약 3초)으로 이루어지고, 열전도율이 약 98.5%로 열 수송이 이루어져 히팅부(10) 전체를 거의 동일한 온도로 히팅시킬 수 있다.
이와 같은, 열전달부(30)를 히팅부(10)에 적용하면 히팅부(10)의 중앙부분과 그 양 사이드부분의 온도편차를 ±3℃ 이내로 줄여 실링부위 전체를 거의 동일한 온도로 가열할 수 있고, 결국, 실링부위 전체가 균일한 형태로 실링되도록 할 수 있다.
이때, 히팅부(10)의 중앙부분과 양 사이드부분의 온도편차는 히팅부(10)의 크기, 재질, 두께, 열전달부(30)의 크기, 길이, 기타 요건 등에 의해 상이해질 수 있음을 밝힌다.
나아가, 본 발명에 따른 실리용 히팅장치(1)는 열전달부(30)를 통해 히팅부(10)의 전체부위를 희망하는 온도로 균일하게 히팅시킬 수 있기 때문에, 실링부위 전체를 실링하기에 적합한 물성으로 녹일 수 있으며, 이로 인해 실링장치가 종래에 비해 작은 가압력과 온도 및 짧은 시간 안에 실링부위를 완벽하게 실링하도록 할 수 있다.
따라서, 실링부위의 밀봉력을 상승시킬 수 있고, 종래 실링장치로만 실링하던 방식에 비해 실링부위에 크랙이 발생되지 아니하도록 할 수 있으며, 실링부위가 실링장치의 고온에 의해 형상과 물성이 과도하게 변형되거나 녹지 아니하도록 할 수 있으며, 실링부위 전체가 균일한 형태로 완벽하게 밀봉되도록 할 수 있다.
그리고, 열전달부는 열 저장기능도 갖춰 열손실을 최소화시킬 수 있기 때문에 실링의 성능 및 품질을 향상시킨다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 실링용 히팅장치 10 : 히팅부
10a : 제1 수용홈 10b : 제2 수용홈
11 : 제1 히팅블럭 12 : 제2 히팅블럭
20 : 열원공급부 30 : 열전달부

Claims (1)

  1. 파우치형 이차전지의 실링부위를 히팅시키는 히팅부,
    상기 히팅부에 히팅을 위한 열원을 공급하는 열원공급부,
    상기 히팅부 전체가 균일한 온도로 가열되도록 상기 열원을 상기 히팅부에 전달시키며, 히트파이프로 형성되는 열전달부를 포함하고,
    상기 히팅부는 'ㄴ'자 단면 형상으로 형성되는 제1 히팅블럭, 제1 히팅블럭의 상측 단차진 부분에 배치되는 제2 히팅블럭을 포함하고,
    상기 히팅부에는 상기 열원공급부가 수용되는 제1 수용홈 및 상기 열전달부가 수용되는 제2 수용홈이 길이방향을 따라 형성된 실링용 히팅장치.
KR1020210040384A 2020-06-19 2021-03-29 실링용 히팅장치 KR20210157306A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190042801A (ko) 2017-10-17 2019-04-25 주식회사 엘지화학 균열을 방지하기 위한 파우치형 이차전지용 실링 블록, 이를 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190042801A (ko) 2017-10-17 2019-04-25 주식회사 엘지화학 균열을 방지하기 위한 파우치형 이차전지용 실링 블록, 이를 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법

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