KR20220046823A - 전지 셀의 충방전 가압 시스템 - Google Patents

전지 셀의 충방전 가압 시스템 Download PDF

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KR20220046823A KR1020200129942A KR20200129942A KR20220046823A KR 20220046823 A KR20220046823 A KR 20220046823A KR 1020200129942 A KR1020200129942 A KR 1020200129942A KR 20200129942 A KR20200129942 A KR 20200129942A KR 20220046823 A KR20220046823 A KR 20220046823A
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김세호
하종수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은, 전지 셀의 충방전 과정에서 상기 전지 셀에 일정한 압력을 인가할 수 있으며, 상기 전지 셀에 일정한 압력을 인가함으로써, 전지 셀의 성능을 최적으로 구현할 수 있는 압력 범위를 분석할 수 있다.

Description

전지 셀의 충방전 가압 시스템{PRESSING SYSTEM FOR CHARGING AND DISCHARGING BATTERY CELL}
본 발명은 전지 셀의 충방전 가압 시스템에 관한 것으로, 전지 셀의 충방전 과정에서 상기 전지 셀에 일정한 압력을 인가할 수 있는 전지 셀의 충방전 가압 시스템에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에, 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용할 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀고, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는 전지케이스 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극 조립체가 내장되어 있고, 양극 및 음극 탭들이 두 개의 전극 탭에 용접되어 전지케이스의 외부로 노출되도록 실링되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 전극 탭은 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되고, 이차전지는 전극 탭을 통해 외부 장치에 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 전력을 공급받게 된다.
한편, 이차전지는 전극 조립체를 전지케이스에 수납하고 전해액을 주입하는 단계를 거친 후, 전지 활성화 단계를 거쳐 제조된다. 이때, 전지 활성화 단계는 이차전지 충방전 장치에 이차전지를 장착한 후, 활성화에 필요한 조건으로 이차전지를 충방전하는 과정을 포함하게 된다. 이와 같은 이차전지의 충방전 장치는 전지 활성화 단계에서 이차전지를 충전하거나 방전하는데 주로 사용되는데, 이뿐만 아니라 이차전지의 성능 평가 용도 등으로 사용되기도 한다.
이와 같이 이차 전지 충방전 장치를 이용하여 이차 전지의 성능을 평가하는 방법의 일 예로는 이차 전지의 전압을 측정하는 방법이 있다. 이러한 방법은 이차 전지에 전원을 공급하거나 이차 전지로부터 전원을 공급받는 과 정에서 이차 전지의 전압을 측정하여 이차 전지의 성능, 특히 전기적 특성과 관련된 이차 전지의 성능을 평가한다.
도 1은 종래의 이차전지 성능 평가를 위한 셀 지그의 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 셀 지그(10)는 상하 부분에 각각 위치하는 제1 플레이트(12)와 제2 플레이트(13)를 통해 전지 셀(11)을 가압 및 고정한다. 그러나, 이러한 셀 지그(10)는 전지 셀(11)의 충방전 과정에서 스웰링이 발생하였을 때, 전지 셀에 인가되는 압력을 탐색하고, 그 압력에서의 전지 셀의 성능을 분석하는 것이 불가능하였다.
한편, 충방전 특성이 균일한 전지 셀을 제조하기 위해서는 전지 셀의 성능을 최적으로 구현할 수 있는 압력 범위를 분석하고, 상기 압력에서 전지 셀의 성능 등을 분석할 필요가 있다.
한국 등록번호 제1983849호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전지 셀의 충방전 과정에서 상기 전지 셀에 일정한 압력을 인가할 수 있는 전지 셀의 충방전 가압 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 전지 셀의 충방전 가압 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 고정된 이격 거리를 갖는 제1 및 제3 플레이트; 제1 및 제3 플레이트 사이에서 이동 가능하도록 배치되는 제2 플레이트; 제1 및 제2 플레이트 사이에 전지 셀이 개재되되, 제2 플레이트가 전지 셀 측으로 가압하도록, 제2 및 제3 플레이트 사이에 배치되는 에어백(air bag); 에어백과 유체 연결되어, 에어백에 가스를 공급하는 제1 유로; 제1 유로로부터 분기되어, 에어백으로부터 가스를 배출하는 제2 유로; 전지 셀과 전기적으로 연결되는 충방전부; 제1 플레이트의 하부에 위치하여, 전지 셀의 충방전시 변화되는 압력을 측정하는 센서부; 및 센서부에서 측정된 전지 셀의 압력에 따라 제1 유로 또는 제2 유로를 선택하여 에어백에 가스를 공급하거나, 에어백으로부터 가스를 배출하는 유로 선택부를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 전지 셀의 충방전 가압 시스템은, 센서부에서 측정된 전지 셀의 압력 데이터를 전달 받아 유로 선택부의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부를 더 포함한다.
하나의 예에서, 상기 데이터 처리부는, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 범위 보다 낮은 경우, 상기 센서부에서 측정하는 전지 셀의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제1 유로를 개방하고, 제2 유로를 폐쇄하여 에어백 내부로 가스를 공급하도록 유로 선택부에 신호를 전달할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 데이터 처리부는, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 보다 높은 경우, 센서부에서 측정하는 전지 셀의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제1 유로를 폐쇄하고, 제2 유로를 개방하여 에어백 내부의 가스를 배출하도록 유로 선택부에 신호를 전달한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 데이터 처리부는, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 범위에 포함되는 경우, 제1 유로 및 제2 유로를 폐쇄하도록 유로 선택부에 신호를 전달한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 세의 충방전 가압 시스템에서 상기 제1 유로는, 에어백에 가스를 공급하는 가스 주입기가 유체 연결된 구조이다. 아울러, 상기 제2 유로는, 에어백으로부터 가스를 배출하는 가스 배출기가 유체 연결된 구조이다.
하나의 예에서, 상기 유로 선택부는, 삼방 밸브(3-way valve)이다.
아울러, 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 개재되는 전지 셀은 파우치형 전지 셀일 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 제1 및 제3 플레이트에 결합되어, 상호 간의 이격 거리를 고정하는 하나 이상의 고정 축을 포함한다. 이때, 상기 고정 축의 양 말단에 결합되되, 각각 제1 및 제3 플레이트와 소정거리 이격되는 하부 및 상부 플레이트가 결합된 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 제1 및 제3 플레이트가 서로 이격 거리를 갖도록 고정시키는 제1 및 제2 고정부재를 포함한다. 아울러, 상기 제1 고정부재는 제1 플레이트와 하부 플레이트 사이의 고정 축에 결합되고, 상기 제2 고정부재는 제2 플레이트와 상부 플레이트 사이의 고정 축에 결합되는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 전지 셀의 충방전 과정에서 상기 전지 셀에 일정한 압력을 인가함으로써, 전지 셀의 성능을 최적으로 구현할 수 있는 압력 범위를 분석할 수 있다.
도 1은 종래의 전지셀 지그를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템을 나타내는 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전지 셀의 충방전 가압 시스템에 관한 것이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 고정된 이격 거리를 갖는 제1 및 제3 플레이트; 제1 및 제3 플레이트 사이에서 이동 가능하도록 배치되는 제2 플레이트; 제1 및 제2 플레이트 사이에 전지 셀이 개재되되, 제2 플레이트가 전지 셀 측으로 가압하도록, 제2 및 제3 플레이트 사이에 배치되는 에어백(air bag); 에어백과 유체 연결되어, 에어백에 가스를 공급하는 제1 유로; 제1 유로로부터 분기되어, 에어백으로부터 가스를 배출하는 제2 유로; 전지 셀과 전기적으로 연결되는 충방전부; 제1 플레이트의 하부에 위치하여, 전지 셀의 충방전시 변화되는 압력을 측정하는 센서부; 및 센서부에서 측정된 전지 셀의 압력에 따라 제1 유로 또는 제2 유로를 선택하여 에어백에 가스를 공급하거나, 에어백으로부터 가스를 배출한는 유로 선택부를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 제1 내지 제3 플레이트는 강성을 갖는 플레이트로 형성되는 것으로, 상기 제1 내지 제3 플레이트는 서로 접촉하지 않도록 각각 이격 배치된다.
구체적인 예에서, 상기 제1 플레이트, 제2 플레이트 및 제3 플레이트는 하방향에서 상방향으로 순차적으로 각각 배치되고, 상기 각 플레이트는 둘레를 따라서 다수개의 고정 축에 의해서 관통되어 연결된다. 한편, 상기 제1 및 제3 플레이트는 고정 축에 고정되며, 상기 제2 플레이트는 고정축을 따라서 이동되도록 연결될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 하부 및 상부 플레이트를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 하부 및 상부 플레이트는 고정 축의 양 말단에 각각 결합된다. 상기 하부 플레이트는 제1 플레이트와 소정 간격 이격되도록 결합된 구조이며, 상부 플레이트는 제3 플레이트와 소정 간격 이격되도록 결합된 구조이다. 즉, 상기 고정 축에 결합된 하부 및 상부 플레이트는 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템의 프레임을 구성할 수 있다.
특히, 상기 제1 및 제3 플레이트는 하부 및 상부 플레이트 사이의 고정 축에서 각각의 제1 및 제2 고정 부재에 의해서 고정될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 고정 부재는 통상적인 고정 브라켓일 수 있다. 한편, 상기 제1 내지 제3 플레이트, 하부 및 상부 플레이트는 절연성 소재일 수 있으며, 통상적인 알루미늄 플레이트일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에는 전지 셀이 개재되며, 상기 제2 및 제3 플레이트 사이에는 에어백이 배치된다. 상기 충방전부와 전기적으로 연결된 전지 셀은 충방전 과정에서, 전지 셀의 스웰링에 의해서 부피가 변화된다. 이때, 상기 전지 셀에 연속적으로 압력이 가해지도록 제2 플레이트는 전지 셀 측으로 가압한다. 한편, 상기 에어백의 부피를 조절하여, 상기 제2 플레이트가 전지 셀에 용이하게 압력을 인가할 수 있도록 한다.
여기서, 제2 플레이트는 전지 셀의 두께 변화 및 에어백의 부피 변화에 의해서 상부 또는 하부 방향으로 이동 가능하다.
한편, 상기 에어백은 내부에 가스가 주입되었을 때, 부풀어 오르거나 또는 팽창될 수 있는 재질일 수 있다. 예를 들어, 상기 에어백은 합성 수지일 수 있으며, 비닐수지 등의 합성 수지일 수 있다. 또는, 상기 에어백은 가변형의 탄성체일 수 있으며, 폴리우레탄 또는 스타이렌-뷰타다이엔-스타이렌 등의 탄성 고분자일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 에어백은 제1 유로가 유체 연결되는 구조이다. 아울러, 상기 제1 유로는 에어백 내부에 가스를 공급하는 가스 주입기가 연결될 수 있다. 상기 가스 주입기는 압축기(air compressor) 일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
하나의 예에서, 상기 제1 유로에는 제2 유로가 분기되는 구조를 갖는다. 구체적인 예에서, 제2 유로를 통해서 에어백 내부의 가스를 배출할 수 있다. 한편, 상기 제2 유로는 에어백 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 배출기가 연결될 수 있다. 상기 가스 배출기는 통상적으로 가스를 배출 또는 흡입하는 진공펌프일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 전지 셀의 충방전 과정에서 센서부를 이용하여 전지 셀의 변화되는 압력을 측정하고, 상기 측정된 전지 셀의 압력에 따라 에어백에 가스를 공급하거나, 또는 에어백으로부터 가스를 배출할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서부는 통상적인 로드셀일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 유로 선택부의 선택에 따라서 제1 유로 및 제2 유로를 각각 독립적으로 개폐 여부를 결정할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템은 데이터 처리부를 더 포함한다. 구체적으로, 상기 데이터 처리부는 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터를 전달 받는다. 그리고, 전달 받은 압력 데이터와 기준 데이터를 비교하여, 측정한 압력 데이터가 기준 데이터의 범위에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 데이터 처리부는 센서부에서 측정한 압력 데이터가 기준 데이터의 범위에 포함되거나 포함되지 않는다면, 유로 선택부의 작동을 수행할 수 있도록 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 처리부는 유로 선택부에 신호를 전달하여, 제1 유로 또는 제2 유로의 개폐여부를 결정할 수 있으며, 또는 제1 및 제2 유로를 모두 폐쇄하도록 결정할 수 있다.
하나의 예에서, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 범위 보다 낮은 경우, 데이터 처리부는, 에어백 내부로 가스를 공급하도록 유로 선택부의 작동을 결정한다. 구체적인 예에서, 센서부에서 측정하는 전지 셀의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제1 유로를 개방하고, 제2 유로를 폐쇄하여 에어백 내부로 가스를 공급하도록 유로 선택부에 신호를 전달한다. 이때, 제1 유로에 유체 연결된 가스 공급기로 에어백 내부에 가스를 공급할 수 있다. 이에 따라, 전지 셀은 충전 및 방전 과정에서 일정한 압력을 유지할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 보다 높은 경우, 데이터 처리부는 에어백 내부의 가스를 배출하도록 유로 선택부의 작동을 결정한다. 구체적인 예에서, 상기 데이터 처리부는 센서부에서 측정하는 전지 셀의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제2 유로를 개방하고, 제1 유로를 폐쇄하여 에어백 내부의 가스를 배출할 수 있도록 유로 선택부에 신호를 전달한다. 이때, 제2 유로에 유체 연결된 가스 배출기로 에어백 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있다. 이에 따라, 전지 셀은 충전 및 방전 과정에서 일정한 압력을 유지할 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 범위에 포함되는 경우, 상기 데이터 처리부는, 제1 유로 및 제2 유로를 폐쇄하도록 유로 선택부에 신호를 전달한다. 그리고, 상기 유로 선택부는 제1 및 제2 유로를 폐쇄할 수 있다. 이에 따라, 전지 셀은 충전 및 방전 과정에서 일정한 압력을 유지할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명의 전지 셀의 충방전 가압 시스템에 따르면, 상기 유로 선택부는 삼방 밸브(3-way valve)로 구성된다. 상기 삼방 밸브는 제1 유로를 개방하여 에어백에 가스를 인가할 수 있다. 이때, 상기 삼방 밸브는 제2 유로를 폐쇄시킨다. 아울러, 상기 삼방 밸브는 제2 유로를 개방하여 에어백 내부의 가스를 배출시킬 수 있다. 이때, 상기 삼방 밸브는 제1 유로를 폐쇄시킬 수 있다.
하나의 예에서, 전지 셀의 충방전 가압 시스템의 제2 및 제3 플레이트 사이에 안착되는 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀일 수 있다. 구체적인 실시예에서, 상기 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀로, 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있다. 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 연장될 수 있다. 다만, 상기 전지 셀은 충방전이 가능한 이차 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 충방전부는 전지 셀로 충전 전원을 공급하거나, 전지 셀로부터 방전 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 전지 셀로 충전 전원을 공급한다는 것은 반드시 전지 셀을 완충시키기 위한 정도의 충분한 전원을 공급한다는 의미로 한정되는 것은 아니다. 전지 셀로부터 방전 전원을 공급받는다는 의미도 마찬가지로 사용될 수 있으므로 반복된 설명은 생략하도록 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
(제1 실시형태)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(100)은 고정된 이격 거리를 갖는 제1 및 제3 플레이트(120, 140); 제1 및 제3 플레이트(120, 140) 사이에서 이동 가능하도록 배치되는 제2 플레이트(130); 제1 및 제2 플레이트(120, 130) 사이에 전지 셀(111)이 개재되되, 제2 플레이트(130)가 전지 셀(111) 측으로 가압하도록, 제2 및 제3 플레이트(130, 140) 사이에 배치되는 에어백(150); 에어백(150)과 유체 연결되어, 에어백(150)에 가스를 공급하는 제1 유로(161); 제1 유로(161)로부터 분기되어, 에어백(150)으로부터 가스를 배출하는 제2 유로(162); 전지 셀(111)과 전기적으로 연결되는 충방전부(미도시); 제1 플레이트(120)의 하부에 위치하여, 전지 셀(111)의 충방전시 변화되는 압력을 측정하는 센서부(170); 및 센서부(170)에서 측정된 전지 셀(111)의 압력에 따라 제1 유로(161) 또는 제2 유로(162)를 선택하여 에어백에 가스를 공급하거나, 에어백으로부터 가스를 배출한는 유로 선택부(160)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 내지 제3 플레이트(120, 130, 140)는 강성을 갖는 플레이트로 형성된다. 상기 제1 내지 제3 플레이트(120, 130, 140)는 서로 접촉하지 않도록 각각 이격 배치된다. 구체적으로, 상기 제1 플레이트(120), 제2 플레이트(130) 및 제3 플레이트(140)는 하방향에서 상방향으로 순차적으로 각각 배치되고, 상기 각 플레이트(120, 130, 140)는 둘레를 따라서 다수개의 고정 축(190)에 의해서 관통되어 연결된다. 한편, 상기 제1 및 제3 플레이트(120, 140)는 고정 축(190)에 고정되며, 상기 제2 플레이트(130)는 고정축(190)을 따라서 이동되도록 연결된다.
아울러, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(100)은 하부 및 상부 플레이트(115, 145)를 포함한다. 구체적으로, 상기 하부 및 상부 플레이트(115, 145)는 고정 축(190)의 양 말단에 각각 결합되는 것으로, 상기 하부 플레이트(115)는 제1 플레이트(120)와 소정 간격 이격되도록 결합된 구조이며, 상부 플레이트(145)는 제3 플레이트(140)와 소정 간격 이격되도록 결합된 구조이다. 즉, 상기 고정 축(190)에 결합된 하부 및 상부 플레이트(115, 145)는 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(100)의 프레임을 구성한다.
한편, 상기 제1 및 제3 플레이트(120, 140)는 하부 및 상부 플레이트(115, 145) 사이의 고정 축(190)에서 각각의 제1 및 제2 고정 부재(191, 192)에 의해서 고정된다. 상기 제1 및 제2 고정 부재(191, 192)는 통상적인 고정 브라켓이다.
상기 제1 및 제2 플레이트(120, 130) 사이에는 전지 셀(111)이 개재되며, 상기 제2 및 제3 플레이트(130, 140) 사이에는 에어백(150)이 배치된다. 상기 충방전부(미도시)와 전기적으로 연결된 전지 셀(111)은 충방전 과정에서, 전지 셀(111)의 스웰링에 의해서 부피가 변화된다. 이때, 상기 전지 셀(111)에 연속적으로 압력이 가해지도록 제2 플레이트(130)는 전지 셀(111) 측으로 가압한다. 한편, 상기 에어백(150)의 부피를 조절하여, 상기 제2 플레이트(130)가 전지 셀(111)에 용이하게 압력을 인가할 수 있도록 한다.
여기서, 제2 플레이트(130)는 전지 셀(111)의 두께 변화 및 에어백(150)의 부피 변화에 의해서 상부 또는 하부 방향으로 이동 가능하다
상기 에어백(150)은 제1 유로(161)가 유체 연결되는 구조이다. 아울러, 상기 제1 유로(161)는 에어백(150) 내부에 가스를 공급하는 가스 주입기(미도시)가 연결된다. 상기 가스 주입기는 압축기(air compressor) 일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
아울러, 상기 제1 유로(161)에는 제2 유로(162)가 분기되는 구조를 갖는다. 구체적으로, 제2 유로(162)를 통해서 에어백(150) 내부의 가스를 배출할 수 있다. 한편, 상기 제2 유로(162)는 에어백(150) 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 배출기(미도시)가 연결된다. 상기 가스 배출기는 통상적으로 가스를 배출 또는 흡입하는 진공펌프일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(100)은 전지 셀(111)의 충방전 과정에서 센서부(170)를 이용하여 전지 셀(111)의 변화되는 압력을 측정하고, 상기 측정된 전지 셀(111)의 압력에 따라 에어백(150)에 가스를 공급하거나, 또는 에어백(150)으로부터 가스를 배출한다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 유로 선택부(160)의 선택에 따라서 제1 유로(161) 및 제2 유로(162)를 각각 독립적으로 개폐 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 전지 셀의 충방전 가압 시스템에 따르면, 상기 유로 선택부(160)는 삼방 밸브(3-way valve)로 구성된다. 상기 삼방 밸브는 제1 유로(161)를 개방하여 에어백(150)에 가스를 인가할 수 있다. 이때, 상기 삼방 밸브는 제2 유로(162)를 폐쇄시킨다. 아울러, 상기 삼방 밸브는 제2 유로(162)를 개방하여 에어백(150) 내부의 가스를 배출시킬 수 있다. 이때, 상기 삼방 밸브는 제1 유로(161)를 폐쇄시킨다.
한편, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(100)은 데이터 처리부(180)를 더 포함한다. 구체적으로, 상기 데이터 처리부(180)는 센서부(170)에서 측정한 전지 셀(111)의 압력 데이터를 전달 받는다. 그리고, 전달 받은 압력 데이터와 기준 데이터를 비교하겨, 측정한 압력 데이터가 기준 데이터의 범위에 포함되는지 여부를 판단한다.
이때, 상기 데이터 처리부(180)는 센서부(170)에서 측정한 압력 데이터가 기준 데이터의 범위에 포함되거나 포함되지 않는다면, 유로 선택부(160)의 작동을 수행할 수 있도록 신호를 전달한다. 구체적으로, 상기 데이터 처리부(180)는 유로 선택부(160)에 신호를 전달하여, 제1 유로(161) 또는 제2 유로(162)의 개폐여부를 결정할 수 있으며, 또는 제1 및 제2 유로(161, 162)를 모두 폐쇄하도록 결정할 수 있다.
(제2 실시형태)
본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(200)에서 데이터 처리부(280)는, 센서부(270)에서 측정한 전지 셀(211)의 압력 데이터가 기준치 범위 보다 낮은 경우, 에어백(250) 내부로 가스를 공급하도록 유로 선택부(260)의 작동을 결정한다.
구체적으로, 센서부(270)에서 측정하는 전지 셀(211)의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제1 유로(261)를 개방하고, 제2 유로(262)를 폐쇄하여 에어백(250) 내부로 가스를 공급하도록 유로 선택부(260)에 신호를 전달한다. 이때, 제1 유로(261)에 유체 연결된 가스 공급기로 에어백(250) 내부에 가스를 공급하여, 상기 에어백(250)은 부피가 팽창된다. 그리고, 상기 에어백(250) 하부에 위치한 제2 플레이트(230)은 전지 셀(211)이 위치한 하부 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 전지 셀(211)은 충전 및 방전 과정에서 일정한 압력을 유지할 수 있다.
(제3 실시형태)
본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(300)에서 데이터 처리부(380)는, 센서부(370)에서 측정한 전지 셀(311)의 압력 데이터가 기준치 보다 높은 경우, 에어백(350) 내부의 가스를 배출하도록 유로 선택부(360)의 작동을 결정한다.
구체적으로, 센서부(370)에서 측정하는 전지 셀(311)의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제2 유로(362)를 개방하고, 제1 유로(361)를 폐쇄하여 에어백(350) 내부의 가스를 배출할 수 있도록 유로 선택부(360)에 신호를 전달한다. 이때, 제2 유로(362)에 유체 연결된 가스 배출기로 에어백(350) 내부의 가스를 외부로 배출되어, 상기 에어백(350)은 부피가 수축된다. 그리고, 상기 에어백(350) 하부에 위치한 제2 플레이트(330)은 전지 셀(311)이 위치한 반대 방향인 상부 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 전지 셀(311)은 충전 및 방전 과정에서 일정한 압력을 유지할 수 있다.
(제4 실시형태)
본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 가압 시스템(400)에서 데이터 처리부(480)는, 센서부(470)에서 측정한 전지 셀(411)의 압력 데이터가 기준치 범위에 포함되는 경우, 제1 유로(461) 및 제2 유로(462)를 폐쇄하도록 유로 선택부(460)에 신호를 전달한다.
그리고, 상기 유로 선택부(460)는 제1 및 제2 유로(461, 462)를 폐쇄한다. 이에 따라, 전지 셀(411)은 충전 및 방전 과정에서 일정한 압력을 유지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 셀 지그
100, 200, 300, 400: 전지 셀의 충방전 가압 시스템
11, 111, 211, 311, 411: 전지 셀
115: 하부 플레이트
12, 120: 제1 플레이트
13, 130: 제2 플레이트
140: 제3 플레이트
145: 상부 플레이트
150, 250, 350, 450: 에어백
160, 260, 360, 460: 유로 선택부
161, 261, 361, 461: 제1 유로
162, 262, 362, 462: 제2 유로
170, 270, 370, 470: 센서부
180, 280, 380, 480: 데이터 처리부
190: 고정 축
191: 제1 고정 부재
192: 제2 고정부재

Claims (10)

  1. 고정된 이격 거리를 갖는 제1 및 제3 플레이트;
    제1 및 제3 플레이트 사이에서 이동 가능하도록 배치되는 제2 플레이트;
    제1 및 제2 플레이트 사이에 전지 셀이 개재되되, 제2 플레이트가 전지 셀 측으로 가압하도록, 제2 및 제3 플레이트 사이에 배치되는 에어백(air bag);
    에어백과 유체 연결되어, 에어백에 가스를 공급하는 제1 유로;
    제1 유로로부터 분기되어, 에어백으로부터 가스를 배출하는 제2 유로;
    전지 셀과 전기적으로 연결되는 충방전부;
    제1 플레이트의 하부에 위치하여, 전지 셀의 충방전시 변화되는 압력을 측정하는 센서부; 및
    센서부에서 측정된 전지 셀의 압력에 따라 제1 유로 또는 제2 유로를 선택하여 에어백에 가스를 공급하거나, 에어백으로부터 가스를 배출하는 유로 선택부를 포함하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀의 충방전 가압 시스템은, 센서부에서 측정된 전지 셀의 압력 데이터를 전달 받아 유로 선택부의 작동 여부를 결정하는 데이터 처리부를 더 포함하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    데이터 처리부는, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 범위 보다 낮은 경우,
    센서부에서 측정하는 전지 셀의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제1 유로를 개방하고, 제2 유로를 폐쇄하여 에어백 내부로 가스를 공급하도록 유로 선택부에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    데이터 처리부는, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 보다 높은 경우,
    센서부에서 측정하는 전지 셀의 압력이 기준치 범위로 도달할 때까지 제1 유로를 폐쇄하고, 제2 유로를 개방하여 에어백 내부의 가스를 배출하도록 유로 선택부에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    데이터 처리부는, 센서부에서 측정한 전지 셀의 압력 데이터가 기준치 범위에 포함되는 경우,
    제1 유로 및 제2 유로를 폐쇄하도록 유로 선택부에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 유로는, 에어백에 가스를 공급하는 가스 주입기가 유체 연결되고,
    제2 유로는, 에어백으로부터 가스를 배출하는 가스 배출기가 유체 연결된 구조인 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    유로 선택부는, 삼방 밸브(3-way valve)인 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 플레이트 사이에 개재되는 전지 셀은 파우치형 전지 셀인 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서
    제1 및 제3 플레이트에 결합되어, 상호 간의 이격 거리를 고정하는 하나 이상의 고정 축을 포함하며,
    고정 축의 양 말단에 결합되되, 각각 제1 및 제3 플레이트와 소정거리 이격되는 하부 및 상부 플레이트가 결합된 구조인 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제1 및 제3 플레이트가 서로 이격 거리를 갖도록 고정시키는 제1 및 제2 고정 부재를 포함하며,
    상기 제1 고정부재는 제1 플레이트와 하부 플레이트 사이의 고정 축에 결합되고, 상기 제2 고정부재는 제2 플레이트와 상부 플레이트 사이의 고정 축에 결합되는 구조인 전지 셀의 충방전 가압 시스템.
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