KR20220014138A - 이차전지용 충방전 장치 - Google Patents

이차전지용 충방전 장치 Download PDF

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KR20220014138A
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이범군
배준성
김상지
배동훈
이의경
홍석현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

셀 조립 공정 이후 화성 공정 및 용량 검사에서 충방전시 발생할 수 있는 셀간의 온도 편차를 개선할 수 있도록 하는 충방전 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 충방전 장치는, 다수의 셀들을 배열해 수납하는 트레이; 및 셀별로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브 및 전원 장치를 포함하고, 상기 트레이는 상기 셀들의 사이마다 구비된 가열 패드; 및 기 가열 패드에 전기를 전달할 수 있는 전원 입력 단자를 포함하며, 상기 전원 입력 단자는 상기 전원 장치에 연결된 전원 출력 단자와 연결되어 상기 가열 패드 가동을 위한 전원을 입력받는다.

Description

이차전지용 충방전 장치{Charge/discharge apparatus for secondary battery}
본 발명은 이차전지용 충방전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 셀을 트레이에 적재하여 한꺼번에 충방전시킬 수 있는 충방전 장치에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치(ESS), 무정전 전원 장치(UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이차전지의 단위를 이루는 셀은 방전 상태로 조립되기 때문에 셀을 조립한 다음에 충전을 해서 활성화시켜야 전지로서 기능을 할 수 있게 된다. 따라서, 셀 조립 공정 이후에는, 조립된 셀에 우수한 충전 및 방전 특성을 부여하기 위한 충방전을 실행하는 화성(formation) 공정과, 충방전 용량이 충분한지를 검사하는 용량 검사가 포함된 평가 공정이 수행된다.
화성 공정 및 용량 검사에서 셀의 충방전 작용은 예를 들어 도 1에 도시한 충방전 장치를 이용해 수행되고 있다.
도 1을 참조하면, 다수의 셀 (1)을 트레이(tray, 3)에 적재하고, 트레이(3)를 충방전 장치(5)의 박스(7)에 수납한 다음, 각 셀(1)에 개별적으로 전원을 인가할 수 있는 충방전 핀(미도시)을 접촉시킨 상태에서 한꺼번에 충방전이 이루어진다.
충방전 장치(5)의 가동 중 셀(1)의 내부저항 및 셀(1)의 전극 리드와 충방전 핀간 접촉저항에 의해 발열이 발생하므로 셀(1)의 충방전이 진행될 때에는 셀(1)의 온도가 상승한다. 충방전 시간 단축을 위해 고율(high C-rate) 충방전할 경우 발열이 더욱 증가한다. 셀(1)의 온도가 상승하면 충방전 작용이 원활하게 수행될 수 없다.
따라서, 충방전을 행할 때에 셀(1)의 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제하기 위하여 박스(7) 내에 다수의 팬(9)이 가동 중이다. 점선 화살표 10은 팬(9)에 의해 유입된 외기의 흐름을 나타낸다. 하지만 이 방법은 낮은 온도의 외기를 유입하는 것으로, 풍량 및 풍향에 따른 셀간 온도 편차를 야기한다. 특히 가장 바깥쪽에는 이웃하는 발열체(셀)가 부재하고, 외기와 맞닿으면서 낮아진 최외곽 셀(1')의 온도를 상승시키는 데 기여할 수가 없다. 또한, 트레이(3)가 놓여지는 박스(7)의 문 개폐에 따라 외기에 의해 온도 편차가 생기는 경우도 있다. 그러나 현재 팬(9)을 통한 냉각은 셀(1)간 온도 편차를 감소시키는 데에 불충분한 경우가 많다.
셀(1)간 온도 편차는 저항 및 전압 변화를 야기하여 용량 검사 편차 증가의 원인이 된다. 특히 저온 상태로 충방전된 최외곽 셀(1')들은 상대적 열위의 용량, 저항, OCV(개방회로전압) 특성을 보인다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 셀 조립 공정 이후 화성 공정 및 용량 검사에서 충방전시 발생할 수 있는 셀간의 온도 편차를 개선할 수 있도록 하는 충방전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충방전 장치는, 다수의 셀들을 배열해 수납하는 트레이; 및 셀별로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브 및 전원 장치를 포함하고, 상기 트레이는 상기 셀들의 사이마다 구비된 가열 패드; 및 기 가열 패드에 전기를 전달할 수 있는 전원 입력 단자를 포함하며, 상기 전원 입력 단자는 상기 전원 장치에 연결된 전원 출력 단자와 연결되어 상기 가열 패드 가동을 위한 전원을 입력받는다.
본 발명에 있어서, 상기 셀별로 온도를 측정할 수 있는 온도측정기구를 더 포함할 수 있다.
그러면 상기 충방전 장치는 상기 온도측정기구에서 측정된 온도 정보를 바탕으로 저온인 셀의 온도가 다른 셀의 온도와 같아질 때까지 상기 가열 패드 중 상기 저온인 셀 주변에 구비된 가열 패드를 가동할 수 있다.
그리고, 상기 충방전 장치는 상기 온도측정기구에서 측정된 온도 정보에 기초하여, 각 가열 패드의 가동을 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 충방전 장치는 상기 트레이가 내부에 장입되는 박스를 더 포함하고, 상기 전원 입력 단자와 상기 전원 출력 단자는 상기 박스 내로 상기 트레이 투입 시 자동적으로 연결되는 것일 수 있다.
상기 박스 내부 상단에 다수의 팬을 더 포함하고, 상기 팬은 외기를 빨아들여 상기 트레이 쪽으로 급기하는 것이며, 상기 팬에 의해 유입된 외기에 의해 상기 셀의 온도가 낮아지면 상기 가열 패드를 가동할 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 전원 출력 단자는 상기 박스 하단 측면에서 상기 박스 안쪽으로 구비가 되고 상기 전원 입력 단자는 상기 트레이 하부에 구비된다.
다른 실시예에서, 상기 전원 출력 단자는 상기 박스 안쪽 바닥에 돌기 구조로 구비되고 상기 전원 입력 단자는 상기 트레이 하부에 구비되어 상기 박스 안에 상기 트레이가 투입되면 상기 전원 입력 단자가 상기 전원 출력 단자 위로 접촉되면서 서로 연결된다.
또 다른 실시예에서, 상기 충방전 프로브는 상기 셀의 전극 리드를 공압으로 무는 그리퍼이고, 상기 전원 입력 단자는 상기 트레이에 추가한 리드이며, 상기 그리퍼를 상기 전원 출력 단자로 사용한다.
본 발명에 의하면, 트레이 안에서 셀을 가열할 수 있다. 기존 트레이는 단순히 셀을 담고 이동 및 보관의 역할만 수행했으나, 본 발명에서는, 온도측정기구에서 측정된 온도에 따른 가열을 수행하여 셀간 균등한 온도 상태를 달성함으로써 온도 편차에 기인한 특성 편차를 개선한다.
종래에는 저온의 외기를 빨아들여 급기하는 팬만을 이용해 셀을 냉각할 뿐, 풍량 및 풍향, 셀 위치에 따른 발생한 온도 편차를 제어하는 기능이 없었다. 그러나, 본 발명에서는 셀별로 측정된 온도 정보를 기반으로 가열되는 가열 패드를 적용하여 셀간 온도 편차가 억제된다. 특히, 최외곽 셀 등 저온의 셀을 가열함으로써, 셀간 온도 편차를 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 충방전 장치를 이용해 균일한 온도 환경에서 충방전이 진행된 셀들은 트레이 내부의 위치에 따라 저항 및 전압 변화 차이를 보이지 않으므로 편차없이 균일한 용량 특성을 가질 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 셀의 충방전 작용을 수행하는 충방전 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 충방전 장치의 트레이에 셀이 적재된 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8 및 도 9는 비교예에서 채널별 온도 및 채널별 용량 측정 결과를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3은 도 2의 충방전 장치의 트레이에 셀이 적재된 상태를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도 3의 Y 축 방향에서 바라본 모습에 해당한다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 충방전 장치(105)는 셀(110)이 적재되는 트레이(130), 트레이(130)가 내부에 장입되는 박스(170), 충방전 프로브(180) 및 전원 장치(190)를 포함한다. 박스(170)의 전, 후면은 트레이(130) 유출입, 점검 및 공조 등을 목적으로 개방되어 있을 수 있다(도면에서 점선 표시).
충방전하는 동안 셀(110)의 온도가 지나치게 상승하는 것을 억제하기 위하여, 박스(170) 내에는 다수의 팬(120)이 더 구비될 수 있다. 점선 화살표 121은 팬(120)이 작동하는 경우 유입된 외기의 흐름을 나타낸다. 팬(120)이 박스(170) 내부 상단에 구비되는 예를 들었지만 팬(120)은 박스(170) 내부 트레이(130) 측면으로 구비될 수도 있다.
도 3에 상세히 나타낸 바와 같이, 트레이(130)는, Y축 방향 일변(110a)을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 다수의 셀(110)들을 배열해 수납할 수 있다. 셀(110)과 셀(110) 사이에 가열 패드(도 3에서는 미도시, 도 2의 132)가 셀(110)이 적재된 방향과 나란하게 배열되어 있을 수 있다. 가열 패드(132)는 셀(110)들의 사이마다 구비될 수 있다. 셀(110)은 예를 들어 파우치형 이차전지 셀로서 전극 리드(112, 114)가 Y축 양 방향으로 돌출되어 있는 것일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 충방전 프로브(180) 및 전원 장치(190)는 트레이(130)에 수납된 셀(110)들에 개별적으로 전원을 인가할 수 있도록 구비된다. 충방전 프로브(180)는 셀(110)들의 전극 리드(112, 114)에 연결되어 전원 장치(190)로부터의 전류를 인가한다. 연결의 편의를 위하여, 예를 들어 트레이(130)에서 셀(110)들의 전극 리드(112, 114)가 놓이는 쪽에는 충방전 프로브(180) 삽입 및 착탈이 가능한 슬롯(미도시)이 구비되어 있을 수도 있으나, 본 발명이 이러한 트레이(130)의 구조 및 충방전 프로브(180)의 특정 연결 구조에만 한정되는 것은 아니다.
충방전 프로브(180)는 셀(110)들의 개수에 대응되는 개수 이상으로 구비가 되며, 도 3에 도시한 바와 같이 양 방향 파우치형 이차전지 셀을 충방전하기 위해서는 충방전 프로브(180)가 한 쌍으로 구비되어 전극 리드(112, 114)에 각각 연결이 되며, 하나의 셀(110)에서 전극 리드(112)에 연결된 충방전 프로브(180)와 전극 리드(114)에 연결된 다른 충방전 프로브(180)가 하나의 채널을 형성한다.
충방전 장치(105)에는 셀별로 온도를 측정할 수 있는 온도측정기구(160)가 더 구비될 수 있다. 즉, 각 채널마다의 온도를 측정할 수 있는 온도측정기구(160)가 더 구비될 수 있는 것이다. 본 발명이 특정 온도측정기구의 이용에 한정이 되는 것은 아니고, 온도측정기구(160)는 각 채널마다의 셀의 온도를 측정할 수 있는 것이기만 하면 된다.
온도측정기구(160)는 다양한 예가 가능하겠지만, 예컨대 동일 출원인의 대한민국 출원 제10-2018-0067737호에 개시된 바와 같은 온도측정기구일 수 있다. 이러한 온도측정기구는 Y축 방향 일변을 아래로 한 직립 상태로 X축 방향을 따라 서로 이격되게 배열된 다수의 셀들에 대하여 상기 셀들 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하기 위한 온도측정기구로서, 상기 셀들 사이의 이격 공간에 삽입되어 대면한 셀의 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 비접촉식 온도 센서부, 및 상기 비접촉식 온도 센서부를 Z축 방향으로 승하강시켜, 상기 셀들로부터 Z축 방향 상측으로 이격된 위치에서부터 하측으로 상기 이격 공간에 삽입하고 반대 방향으로 인출하는 Z축 이송기구를 기본적으로 포함하는 것이다. 이러한 온도측정기구는 상기 Z축 이송기구를 탑재하여 Y축 방향을 따라 이송시키는 Y축 이송기구를 더 포함할 수 있는 것이다. 또한, 상기 Y축 이송기구를 탑재하여 X축 방향을 따라 이송시키는 X축 이송기구를 더 포함할 수 있는 것이다.
트레이(130)는 대략 직육면체 형태의 구조로서 내부에 셀(110)들을 배열 수납하는 공간을 가지며, 상술한 바와 같은 온도측정기구가 온도측정기구(160)로서 구비가 되는 경우라면 온도측정기구(160)가 셀(110)들 사이의 이격 공간(S) 안에 삽입, 이송 및 인출될 수 있도록, 트레이(130)의 상방은 개구되어 있을 수 있다.
온도측정기구(160)는 복수의 온도 센서를 포함하는 것일 수도 있다. 복수의 온도 센서는 X축 방향을 따라 셀(110)들의 표면 또는 그 근방에 배치되어 해당 위치의 셀(110)의 온도를 측정한다. 온도 센서는 예컨대, 온도의 변화에 따라 전기저항이 변화하는 서미스터 소자로 구현될 수 있다.
본 발명의 충방전 장치(105)를 이용하면, 트레이(130) 내의 셀(110)에 대해 충방전을 하면서 온도측정기구(160)를 통해 각 셀(110)의 온도를 측정할 수 있다. 본 발명의 충방전 장치(105)는 이러한 온도측정기구(160)에서 측정된 온도 정보를 바탕으로 온도가 낮은 셀을 가열할 수 있다.
가열은 가열 패드(132)를 작동시켜 실시한다. 트레이(130)는, 각 채널마다 가열이 가능한 가열 패드(132)가 구비되어 있다. 트레이(130)에는 각 가열 패드(132)에 전기를 전달할 수 있는 전선(미도시) 및 전원 입력 단자(134)가 더 포함되어 있다. 가열 패드(132)는 셀(110)의 넓은 면에 가깝게 구비되어 서로 대향하는 면이 넓어 열 전달이 잘 이루어지도록 한다. 가열 패드(132)와 셀(110)은 접촉 혹은 비접촉일 수 있다. 가열 패드(132)는 전기 공급시 발열되는 기능이 있다.
박스(170)는 트레이(130)의 전원 입력 단자(134)와 연결되는 전원 출력 단자(172)를 포함한다. 전원 입력 단자(134)는 전원 출력 단자(172)와 연결되어 가열 패드(132) 가동을 위한 전원을 입력받는다.
충방전 장치(105)는 충방전을 위해 전원이 공급되는 스테이션이므로 전원 장치(190)에 의한 전원 출력이 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 전원 장치(190)는 셀(110)들에 개별적으로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브(180)와 연결이 되어 있다. 상기 전원 입력 단자(134)와 연결하기 위한 전원 출력 단자(172) 및 전원 출력 단자(172)에 전원 장치(190)를 연결하는 전선(174)만 전원 장치(190)에 더 연결시키면 된다. 이러한 박스(170)는 종래 충방전 장치에 포함되는 박스를 그대로 이용하면서 전원 출력 단자(172) 및 전원 출력 단자(172)에 전원 장치(190)를 연결하는 전선(174)을 더 포함시켜 가열용 전원만 별도 구성하면 되므로 기존 박스를 이용해 전체적인 충방전 장치 변경에 드는 비용을 절약할 수 있다.
전원 입/출력 단자(134, 172)는 박스(170) 내로 트레이(130) 투입 시 자동적으로 연결되도록 할 수 있다. 도시한 바와 같이 전원 출력 단자(172)는 박스(170) 하단 측면에서 박스(170) 안쪽으로 구비가 되어, 박스(170) 안에 트레이(130)가 장입될 때 트레이(130)의 전원 입력 단자(134)가 전원 출력 단자(172)에 연결될 수 있는 위치에 구비될 수 있다.
기존에 트레이에는 전기 에너지를 활용할 수 있는 장치가 없어 셀을 가열할 수 없다. 보통 트레이는 셀을 운반하기 위해 물류 컨베이어벨트를 타고 흐르는 박스이다. 그러므로 트레이에 별도의 보조전원을 탑재하지 않는 이상 전원을 출력할 수 없다. 본 발명의 충방전 장치(105)에 포함되는 트레이(130)는 셀(110)을 가열할 수 있도록 가열 패드(132)의 온도를 증가시키는 데 필요한 전원을 충방전 장치(105)로부터 받아올 수 있게 구성한 데 특징이 있다. 또한, 박스(170) 내로 트레이(130) 투입 시 전원 입/출력 단자(134, 172)가 자동적으로 연결되도록 한 데 특징이 있다.
본 발명에 따른 충방전 장치(105)는 온도측정기구(160)에서 측정된 온도 정보에 기초하여, 각 가열 패드(132)의 가열을 제어하는 컨트롤 유닛(136)을 더 포함할 수 있다. 컨트롤 유닛(136)은 온도측정기구(160)에서 측정된 온도 정보를 입력받아 가열 패드(132)의 적정한 운용이 이루어지도록 제어하는 마이크로프로세서 및/또는 전기회로를 포함할 수 있다. 컨트롤 유닛(136)은 온도측정기구(160)로부터 해당 위치의 셀(110) 온도를 나타내는 신호를 읽어 들이고, 그에 따라 가동을 해야 할 가열 패드(132)를 결정한다. 보상해야 할 온도 차이를 계산하여 발열량을 산출한 후 그에 해당하는 전기량을 적정 시간동안 전달하도록 제어할 수 있다. 즉, 가열 패드(132)에 적정량의 전기를 적정 시간동안 전달을 시키도록 제어할 수가 있다. 또는 전원 입력의 온/오프 동작으로 가열 패드(132)를 제어하는 방식일 수도 있다. 컨트롤 유닛(136)이 가열 패드(132)에 전원 입력 온시킨 후 가열을 하면서 계속 온도측정기구(160)로부터 온도 측정 정보를 입력받으므로 해당 가열 패드(132) 가동에 의해 셀(110) 가열이 충분히 이루어져 주변 셀의 온도와 유사해졌다고 판단되는 경우에는 전원 입력을 오프시키는 식으로 가열 온도를 제어할 수도 있다.
전원 입력 단자(134) 및 컨트롤 유닛(136)은 트레이(130) 하부에 위치할 수 있다. 전원 입력 단자(134) 및 컨트롤 유닛(136)은 통합되어 트레이(130) 하부에 하나의 판형 부재로 마련될 수 있다. 컨트롤 유닛(136)은 전원 장치(190)의 운용 소프트웨어 장치에 통합이 될 수도 있다.
본 발명에서는 셀(110)의 가열이 트레이(130)에서 이루어질 수 있고 셀(110)별로 가열할 수 있음에 특징이 있다. 만약 충방전 장치 구조를 대대적으로 변경하여 충방전 장치 박스 자체에서 가열을 하는 경우를 가정한다면, 트레이에 적재된 셀들을 충방전 장치 박스 안에 옮겨 담아 충방전을 하고, 충방전이 완료된 셀들을 다시 트레이에 옮겨 담아야 할 것이다. 하지만 본 발명에서와 같이 셀(110)들이 적재된 트레이(130)째로 가열하면서 충방전을 하게 되면 이러한 번거로움이 없다.
기존에 트레이는 도 1에서 설명한 바와 같이, 단순히 셀을 담고 이동 및 보관의 역할만 수행했으나, 본 발명에서는, 측정된 온도에 따른 가열을 수행하여 채널 간 균등한 온도 상태를 달성함으로써 온도 편차에 기인한 셀들의 특성 편차를 개선한다. 종래에는 저온의 외기를 빨아들여 급기하는 팬만을 이용해 셀을 냉각할 뿐, 풍량 및 풍향, 채널 위치에 따른 발생한 온도 편차를 제어하는 기능이 없었으나, 본 발명에서는 채널별로 측정된 온도 정보를 기반으로 가열되는 가열 패드(132)를 적용하여 채널간 온도 편차가 억제된다. 그러므로 팬(120)을 작동시키는 경우에 풍량, 풍향, 채널 위치에 따라 온도 편차가 발생하여도 가열 패드(132)를 이용해 온도가 낮은 채널을 가열함으로써 온도 편차를 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저온인 셀은 가열을 하며, 다른 셀의 온도와 같아질 때까지 상기 저온인 셀 주변에 구비된 가열 패드(132)를 가동해 가열을 할 수가 있다. 특히, 최외곽 셀(110')은 바깥쪽으로 이웃하는 발열체(셀)가 부재하고, 외기와 맞닿으면서 그 온도가 다른 셀(110)들보다 낮을 수 있다. 그러한 경우 가장 바깥쪽에 위치하는 가열 패드(132')를 가동시켜 최외곽 셀(110')을 가열할 수가 있다. 그러면 셀간 온도 편차가 종래와 같이 심하게 발생하지 않게 된다.
팬(120)은 외기를 빨아들여 트레이(130) 쪽으로 급기하는 것이며, 팬(120)에 의해 유입된 외기에 의해 셀(110)의 온도가 낮아질 수가 있다. 예를 들어, 팬(120)을 가동함에 따라 낮은 온도의 외기가 유입되면서 외기가 상방으로부터 하방으로 직접 떨어지는 경우 하방에 위치한 해당 채널의 온도가 낮아질 수가 있다. 그러한 경우에는 그 주변의 가열 패드(132")를 작동시켜 해당 채널을 가열할 수도 있다.
이처럼, 가열이 필요한 채널이 어디이든 온도측정기구(160)에서 측정한 온도 정보를 기초로 하여 다른 채널과 동일한 온도가 될 때까지 가열할 수 있게 구성할 수 있으므로 거의 균일하게 모든 채널의 온도를 유지할 수가 있다.
도 2에서 전원 입/출력 단자(134, 172)는 박스(170) 하단 측면에서 연결되는 방식을 도시하고 설명하였다. X축 방향 측면 연결 방식의 전원 입/출력 단자를 예로 들어 도시하고 설명한 것이다. 그 밖에, 전원 입/출력 단자(134, 172)는 다양한 위치 및 연결 방식이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것으로, 돌기형 연결 방식을 나타낸다. 도시 및 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시한 구성요소 중 일부는 제외하고 도 4에 도시하였다.
전원 입력 단자(134)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 트레이(130) 하부에 구비되어 있다. 전원 출력 단자(172)는 박스(170) 안쪽 바닥에 돌기 구조로 구비된다. 박스(170) 안에 트레이(130)가 장입되면, 트레이(130)의 전원 입력 단자(134)가 돌기 구조의 전원 출력 단자(172) 위로 접촉되면서 전원 입력 단자(134)와 전원 출력 단자(172)가 서로 연결되고, 가열 패드(132)에 전원이 입력될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 5 내지 도 7은 박스 측면에서의 그리퍼-리드식 연결 방식을 나타낸다. 도 5는 충방전 장치의 상면도, 도 6은 트레이 부분에서 그리퍼-리드 연결 구성을 보여주기 위한 측면도, 도 7은 그리퍼-리드 연결 구성을 보여주기 위한 상면도이다. 도시 및 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시한 구성요소 중 일부는 제외하고 도 5 내지 도 7에 도시하였다.
기존 충방전 장치 종류에 따라서는, 트레이에 담긴 셀들을 충방전할 때 전극 리드를 공압으로 무는 그리퍼를 이용하는 방식이 있다. 즉, 도 3에서의 충방전 프로브(180)가 그리퍼인 경우이다. 이러한 충방전 장치를 변경하여 사용하는 경우라면, 동일한 방식으로 트레이(130)에 리드를 추가하여 이것을 전원 입력 단자(134)로 사용하고, 충방전 장치(105)의 그리퍼를 전원 출력 단자(172)로 사용할 수 있다. 그리퍼 및 리드의 방향은 지면에 수직(Z축 방향) 및 수평(X축이나 Y축 방향) 무관히 구성이 편리하도록 하며, 도 5에 도시한 바와 같이 트레이(130)의 최외곽보다 내측에 위치하여 트레이(130) 이동 중 충돌에 의한 구부러짐이 방지되도록 한다.
다음으로 비교예를 설명함으로써 본 발명의 효과를 간접적으로 설명한다.
도 8 및 도 9는 비교예에서 채널별 온도 및 채널별 용량 측정 결과를 도시한다.
예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 종래 충방전 장치에서, 25개의 셀을 나란히 적재해 충방전을 실시하면서 채널별 온도 측정을 한 결과가 도 8이다.
도 8을 참조하면, 최외측 채널(1번, 25번 채널에 위치한 셀)의 온도가 가장 낮으며, 내측 셀 중 가장 높은 것의 온도보다 약 3℃ 정도 낮은 것으로 측정이 되었다.
도 9는 충방전시 이러한 온도 편차를 가짐에 따라 채널별 용량이 달라지는 것을 확인한 결과이다.
충방전을 마친 후 용량 평가한 결과, 가장 낮은 온도를 보였던 최외곽 채널의 셀이 용량도 가장 나쁜 것으로 측정이 되었다.
이처럼 종래 충방전 장치에 의하면 충방전시 온도 편차가 발생하고 그에 따른 용량 편차가 발생하는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 온도 편차를 보상할 수 있을 정도로 각 채널별 가열이 가능하므로 채널간 온도 편차 없이 충방전을 실시해 용량 특성이 균일하게 우수한 셀들을 제조할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 실시예들에서는 충방전 장치(105)가 박스(170)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하였는데, 충방전 장치(105)는 박스 없이 공조실 내에 오픈된 구조일 수도 있다. 그러한 경우에도 트레이(130)에 전원 입력 단자(134)를 구비하고 충방전 장치(105)의 전원 장치(190)에 전원 출력 단자(172)를 구비하여 서로간 연결시킴으로써 가열 패드(132) 가동을 위한 전원을 입력받도록 구성할 수 있음은 물론이다.
이상과 같이, 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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
105 : 충방전 장치 110, 110' : 셀
112, 114 : 전극 리드 120 : 팬
130 : 트레이 132, 132', 132” : 가열 패드
134 : 전원 입력 단자 136 : 컨트롤 유닛
160 : 온도측정기구 170 : 박스
172 : 전원 출력 단자 174 : 전선
180 : 충방전 프로브 190 : 전원 장치

Claims (9)

  1. 다수의 셀들을 배열해 수납하는 트레이; 및
    셀별로 전원을 인가할 수 있는 충방전 프로브 및 전원 장치를 포함하고,
    상기 트레이는 상기 셀들의 사이마다 구비된 가열 패드; 및
    상기 가열 패드에 전기를 전달할 수 있는 전원 입력 단자를 포함하며,
    상기 전원 입력 단자는 상기 전원 장치에 연결된 전원 출력 단자와 연결되어 상기 가열 패드 가동을 위한 전원을 입력받는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀별로 온도를 측정할 수 있는 온도측정기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 충방전 장치는 상기 온도측정기구에서 측정된 온도 정보를 바탕으로 저온인 셀의 온도가 다른 셀의 온도와 같아질 때까지 상기 가열 패드 중 상기 저온인 셀 주변에 구비된 가열 패드를 가동하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 충방전 장치는 상기 온도측정기구에서 측정된 온도 정보에 기초하여, 각 가열 패드의 가동을 제어하는 컨트롤 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 충방전 장치는 상기 트레이가 내부에 장입되는 박스를 더 포함하고, 상기 전원 입력 단자와 상기 전원 출력 단자는 상기 박스 내로 상기 트레이 투입 시 자동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 박스 내부 상단에 다수의 팬을 더 포함하고, 상기 팬은 외기를 빨아들여 상기 트레이 쪽으로 급기하는 것이며, 상기 팬에 의해 유입된 외기에 의해 상기 셀의 온도가 낮아지면 상기 가열 패드를 가동하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전원 출력 단자는 상기 박스 하단 측면에서 상기 박스 안쪽으로 구비가 되고 상기 전원 입력 단자는 상기 트레이 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 전원 출력 단자는 상기 박스 안쪽 바닥에 돌기 구조로 구비되고 상기 전원 입력 단자는 상기 트레이 하부에 구비되어 상기 박스 안에 상기 트레이가 투입되면 상기 전원 입력 단자가 상기 전원 출력 단자 위로 접촉되면서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 충방전 프로브는 상기 셀의 전극 리드를 공압으로 무는 그리퍼이고, 상기 전원 입력 단자는 상기 트레이에 추가한 리드이며, 상기 그리퍼를 상기 전원 출력 단자로 사용하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
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