KR20220055640A - 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치 - Google Patents

전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치 Download PDF

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KR20220055640A
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Abstract

본 발명은 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치에 관한 것으로, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀 간의 가스 포켓부 간섭을 방지할 수 있으며, 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대 시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치{CHARGING AND DISCHARGING DEVICE INCLUDING SPACERS FOR SUPPORTING GAS POCKET OF BATTERY CELL}
본 발명은 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 그 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 그 중 파우치형 이차전지는 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있어 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 파우치형 이차전지에는 전극 조립체가 적층된 형태로 수납되는데, 상기 전극 조립체에는 전극 탭 및 전극 리드가 연결되어 있고, 상기 전극 리드는 파우치 외장재로부터 돌출되어 있다. 이러한 전극 리드는 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되어 외부장치로부터 전력을 공급받게 된다.
파우치형 이차전지(이하, 전지 셀)는 셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되며, 전지 활성화 단계에서는 충방전 장치에 전지 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전 및 방전을 수행하게 된다. 이와 같이, 전지 셀의 활성화를 위해 충방전 장치를 이용해 소정의 충방전을 실시하는 과정을 포메이션(formation) 공정이라고 한다.
이러한 전지 셀의 포메이션 공정을 수행하기 위해서는 전지 셀이 충방전 장치에 제대로 장착되어야 한다. 즉, 전지 셀의 전극 리드가 충방전 장치의 도전부에 접하도록 배치되어 양자가 전기적으로 연결되어야 하고, 충방전이 진행되는 동안에 이러한 전기적 연결 상태가 유지되어야 한다.
이를 위해 이차전지의 충방전 장치는 전지 셀을 고정하기 위한 복수개의 압착 플레이트를 구비하는 것이 일반적이다. 상기 압착 플레이트 2장 사이에 각각의 전지 셀을 끼우고 양측에서 압력을 가하면서, 전지 셀의 리드를 통해 전류를 인가하여 충전을 한다.
이와 같이, 압착 플레이트로 전지 셀을 눌러줌으로써 충방전 과정에서 가스 발생에 따른 전지 셀의 두께 증가를 억제할 수 있다. 이때 발생한 가스는 가스 포켓부에 포집하여 활성화 공정 후 제거한다. 여기서, 상기 가스 포켓부는 파우치 외장재의 일부분으로서 활성화 공정에서 가압되는 셀 바디 부분에서 전극 리드에 교차하는 방향으로 연장 형성되어 있는 부분으로 추후 파우치 외장재에서 커팅(cutting) 처리될 수 있다.
도 1은 종래의 이차전지 충방전 장치에서 압착 플레이트를 보여주는 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 이차전지 충방전 장치(10)는 전지 셀(11)이 삽입 가능한 셀 삽입 공간이 형성되게 상호 간 소정 간격 이격 배치되고, 서로 이격 거리가 좁아지게 이동하는 압착 플레이트(12)들을 포함하며, 각각의 압착 플레이트(12)에는 곡면 형상으로 이루어진 스페이서(13)가 결합된 구조이다.
상기 압착 플레이트(12)에 결합된 스페이서(13)는 전지 셀(11)을 각각의 압착 플레이트(12) 사이에 로딩 시킬 때, 전지 셀(11)들이 대응하는 셀 삽입 공간속으로 유도될 수 있도록 안내하는 역할을 하며, 전지 셀(11)의 활성화 공정시 이웃하는 전지 셀(11)간의 가스 포켓부 간섭을 방지하기 위하여, 전지 셀(11)의 가스 포켓부를 지지하는 역할을 한다.
도 2(a)는 종래의 이차전지 충방전 장치에 전지 셀의 활성화 공정시 가스 포켓 형상을 보여주는 사진이며, 도 2(b)는 전지 셀의 활성화 공정 후의 가스 포켓 형상을 보여주는 사진이다. 도 2를 참조하면, 전지 셀의 가스 포켓에서 스페이서와 접촉한 영역은 제대로 부풀지 못한 것을 확인할 수 있었다. 즉, 종래의 스페이서는 프레임 자체가 볼록한 형태로 이루어져 있어 가스 포켓부의 공간 활용률이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대시킬 수 있는 스페이서를 포함하는 이차전지 충방전 장치가 필요한 실정이다.
한국 공개특허 제2020-0068415호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀 간의 가스 포켓부 간섭을 방지할 수 있으며, 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대시킬 수 있는 스페이서를 포함하는 충방전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 충방전 장치는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 압착 플레이트; 및 각각의 압착 플레이트의 일단에 결합되어, 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함한다. 이때, 상기 스페이서는, 서로 마주보는 제1 및 제2 면을 포함하며, 상기 제1 및 제2 면은 서로 마주보는 방향으로 오목하게 절곡된 구조를 갖는다.
하나의 예에서, 상기 스페이서는, 가스 포켓의 길이와 대응되거나 또는 가스 포켓의 길이 보다 더 높은 높이(L)를 갖는 구조이다. 구체적인 예에서, 상기 스페이서는, 높이를 기준으로 L1, L5 및 L9 지점으로 구분되며, 상기 L1, L5 및 L9 지점의 두께는 하기 조건 1 및 2를 만족한다:
[조건 1]
L1 > L5
[조건 2]
L9 > L5
상기 조건 1 및 2에서, L1은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 1/10 지점, L5은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 5/10 지점 및 L9은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 9/10 지점을 의미한다.
하나의 예에서, 상기 스페이서에서, L5 지점은 L1 또는 L9 지점 대비 0.2 내지 0.7 범위의 두께를 갖는 구조이다. 보다 구체적으로, 상기 스페이서는, L1 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하고, L9 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하는 구조일 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 스페이서는 프레임 구조이며, 제1 및 제2 면 사이의 중심 영역에 탄성 가압부재를 포함하는 구조이다. 구체적인 예에서, 상기 탄성 가압부재는, 코일 스프링, 판 스프링 또는 고무소재이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 스페이서는, 제1 및 제2 면의 외측에, 보호층을 포함하는 구조이다. 구체적인 예에서, 보호층은, 실리콘, 연질 플라스틱 및 연질 발포체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함한다.
한편, 상기 스페이서는, 압착 플레이트의 일단에 결합되되, 상기 압착 플레이트의 길이를 따라 복수개가 결합되는 구조일 수 있다.
본 발명의 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치에 따르면, 가스 포켓부의 형상과 대응되는 구조의 스페이서를 포함함으로써, 전지 셀의 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이차전지 충방전 장치에서 압착 플레이트를 보여주는 모식도이다.
도 2(a)는 종래의 이차전지 충방전 장치에 전지 셀의 활성화 공정시 가스 포켓 형상을 보여주는 사진이며, 도 2(b)는 전지 셀의 활성화 공정 후의 가스 포켓 형상을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전 장치를 보여주는 모식도이다.
도 4은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에 다수개의 전지 셀을 배치한 상태를 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에서 스페이서를 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에서 스페이서를 보여주는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에서 스페이서를 보여주는 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 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전지 셀의 활성화 공정에서 사용하는 충방전 장치는 전지 셀이 삽입 가능한 셀 삽입 공간이 형성되게 상호 간 소정 간격 이격 배치되고, 서로 이격 거리가 좁아지게 이동하는 압착 플레이트를 포함하며, 각각의 압착 플레이트에는 곡면 형상으로 이루어진 스페이서가 결합된 구조를 갖는다. 한편, 상기 스페이서는 전지 셀을 각각의 압착 플레이트 사이에 로딩 시킬 때, 전지 셀들이 대응하는 셀 삽입 공간속으로 유도될 수 있도록 안내하는 역할을 하며, 서로 이웃하는 전지 셀간의 가스 포켓부 간섭을 방지하기 위하여, 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 역할을 한다. 그러나, 종래의 스페이서는 프레임 자체가 볼록한 형태로 이루어져 있어 상기 스페이서와 접하는 가스 포켓부는 제대로 부풀지 못해서 가스 포켓부의 공간 활용률이 저하되는 문제가 있었다.
이에, 본 발명에서는 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀 간의 가스 포켓부 간섭을 방지할 수 있으며, 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대시킬 수 있는 스페이서를 포함하는 충방전 장치를 제공한다. 구체적으로, 상기 스페이서는 가스 포켓부와 접하는 영역이 전지 셀의 활성화 공정시 가스 포켓부와 대응되는 구조를 갖고 있어, 전지 셀의 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대 시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치를 상세하게 설명한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 충방전 장치는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 압착 플레이트; 및 각각의 압착 플레이트의 일단에 결합되어, 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함한다. 이때, 상기 스페이서는 , 서로 마주보는 제1 및 제2 면을 포함하며, 상기 제1 및 제2 면은 서로 마주보는 방향으로 오목하게 절곡된 구조를 갖는다.
일반적으로, 활성화 과정에서 전지 셀은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 이때, 상기 압착 플레이트는 활성화 과정에서 전지 셀들을 가압하여 스웰링을 막아주는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 충방전 장치에서 n 개의 압착 플레이트는 각각 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나, 넓어지게 각각 이동하도록 구성된다. 즉, 전지 셀은 k 번째 압착 플레이트와 k+1 번째 압착 플레이트(k는 1 이상, n-1 개 이하) 사이에 배치되며, k 번째 압착 플레이트와 k+1 번째 압착 플레이트는 전지 셀의 양면을 가압하는 방향으로 이동하여, 상기 전지 셀을 가압한다.
한편, n 개의 압착 플레이트은 그 하부 영역에 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고, 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 물론, 전지 셀을 가압하는 방향으로 각각의 압착 플레이트를 이동시킬 수 있는 구동 메커니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
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.
본 발명의 도면에서는 도면 도시의 편의상 한 쌍의 전극 리드가 서로 반대방향으로 인출된 형태를 갖는 파우치 타입 전지 셀에 대해서만 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 전지 모듈에 적용되는 전지 셀은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극 리드가 서로 동일한 방향으로 인출되는 경우도 가능한 것이다. 다만, 상기 파우치 타입의 전지 셀은 가스 포켓부를 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 n 개의 압착 플레이트는 높은 열과 압력에도 변형이 없도록 기계적 강성이 높은 금속 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸일 수 있다. 다만, 상기 압착 플레이트가 금속 재질로 한정되는 것은 아니며, 상기 압착 플레이트는 강화 플라스틱, 강화 세라믹 또는 강화 유리등으로 제작될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 충방전 장치에서 압착 플레이트는 n 개를 포함하며, n 은 2-100, 2-50, 2-30, 2-20, 2-15, 2-10 범위일 수 있다.
하나의 예에서, 각각의 압착 플레이트 사이에는 비활성화 상태로 가스 포켓부를 포함하는 전지 셀들이 픽업 장비로 운반되어 각각 하나씩 끼워 넣어져 배치된다. 이때, 도면 상에는 도시되어 있지 않으나, 전지 셀을 일정 높이로 떠받히며 가압시 압착 플레이트로부터 전지 셀의 바디면을 보호하기 위한 간지를 포함한다. 상기 간지는, 시트 형태로, 간지의 일측은 k 번째 압착 플레이트에 결합되고, 간지의 타측은 k+1 번째 압착 플레이트에 결합되고, 상기 k 번째 압착 플레이트와 k+1 번째 압착 플레이트 사이의 전지 셀 삽입 공간 속에 접히도록 구성된다. 즉, 두 개의 압착 플레이트 당 하나의 간지가 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 충방전 장치는 통상의 간지를 사용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
하나의 예에서, 각각의 압착 플레이트들 사이에 수납되는 전지 셀은 상부 영역에 가스 포켓부를 포함하며, 각각의 압착 플레이트에 결합되는 스페이서는 상기 가스 포켓부를 지지한다. 이때, 상기 스페이서는 서로 마주보는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 및 제2 면은 서로 마주보는 방향으로 오목하게 절곡된 구조를 갖고 있어, 활성화된 전지 셀의 가스 포켓부를 용이하게 지지할 수 있다.
구체적인 예에서, k번째 압착 플레이트와 k+1 번째 압착 플레이트 사이에 하나의 전지 셀이 배치된다. 이때, k+1 번째 압착 플레이트에 결합된 스페이서의 제1 면과 k 번째 압착 플레이트에 결합된 스페이서의 제2 면은 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하게 된다. 이때, 상기 스페이서는, 가스 포켓부의 길이와 대응되거나 또는 가스 포켓의 길이 보다 더 높은 높이(L)를 갖는 구조이다. 예컨대, 상기 스페이서의 높이(L)는 가스 포켓의 길이와 대응되는 구조를 갖는다. 즉, 상기 스페이서의 제1 및 제2 면은 활성화 되었을 때의 가스 포켓부의 형상과 대응되는 구조를 갖고 있어, 전지 셀의 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대 시킬 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명의 충방전 장치에서 압착 플레이트에 결합된 스페이서는 가스 포켓부의 길이와 대응되는 높이를 갖는다. 구체적으로, 상기 스페이서는, 높이를 기준으로 L1, L5 및 L9 지점으로 구분될 때, 상기 L1, L5 및 L9 지점의 두께는 하기 조건 1 및 2를 만족할 수 있다:
[조건 1]
L1 > L5
[조건 2]
L9 > L5
상기 조건 1 및 2에서, L1은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 1/10 지점, L5은 스페이서(230)의 전체 높이를 기준으로 5/10 지점 및 L9은 스페이서(230)의 전체 높이를 기준으로 9/10 지점을 의미한다. 즉, 스페이서의 L5 지점은 L1과 L9 보다 두께가 얇은 것을 의미한다. 상기 스페이서에서, L5 지점은 L1 또는 L9 지점 대비 0.2 내지 0.7 범위의 두께를 갖는다. 구체적으로, L5 지점은 L1 또는 L9 지점 대비 0.3 내지 0.6 범위, 0.4 내지 0.5 범위의 두께를 갖는다. 예를 들면, 상기 L5 지점은 L1 의 두께 대비 0.4 범위의 두께일 수 있다. 여기서, 스페이서의 두께는 제1 면과 제2 면 사이의 간격 또는 거리를 의미한다.
구체적인 예에서, 상기 스페이서는 L1 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하고, L9 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하는 구조를 갖는다. 예컨대, 상기 스페이서의 단면은 오목렌즈와 유사한 구조를 갖는다. 이는, 상기 스페이서가 전지 셀이 활성화 되었을 때의 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대 시키기 위함이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 스페이서는 프레임 구조일 수 있다. 이때, 상기 제1 면과 제2 면 사이의 중심 지점에는 탄성 가압부재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성 가압부재는 스페이서의 전체 높이를 기준으로 L5 지점에 설치될 수 있으며, 상기 탄성 가압부재의 일측은 스페이서의 제1 면에 결합되며, 탄성 가압부재의 타측은 스페이서의 제2 면에 결합될 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 탄성 가압부재는 가스 포켓부가 안착되는 방향으로 일정한 압력을 가하는 부재일 수 있다. 상기 탄성 가압부재는, 코일 스프링, 판 스프링 또는 고무소재 부재이며, 예를 들어, 상기 탄성 가압부재는 코일 스프링일 수 있다. 상기 코일 스프링은 압축력에 저항하는 힘을 가진 스프링으로 압축 스프링을 의미한다.
즉, 상기 스페이서 내부에 탄성 가압부재를 포함하여, 전지 셀의 가스 포켓부를 용이하게 지지할 수 있으며, 스페이서의 제1 면과 제2 면 사이의 형태를 유지할 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 스페이서는 보호층을 포함하여 구성된다. 구체적인 예에서, 상기 보호층은 스페이서의 제1 면과 제2 면의 외측에 형성된 구조를 갖는다.
상기 보호층은 스페이서에 접하는 전지 셀의 가스 포켓부의 손상을 방지하기 위한 것으로, 실리콘, 연질 플라스틱 및 연질 발포체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 스페이서의 제1 면과 제2 면에는 실리콘 패드가 코팅된 구조일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 스페이서는 내열성과 강도가 우수한 나일론계 플라스틱 재질 또는 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 아울러, 상기 스페이서는, 압착 플레이트의 일단에 결합되되, 상기 압착 플레이트의 길이를 따라 복수개가 결합되는 구조를 갖는다. 도면 상에는 하나의 압착 플레이트에 4 개의 스페이서를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 로딩되는 전지 셀의 길이를 고려하여 안분한 것으로, 전지 셀의 길이에 따라서 상기 스페이서의 개수 및 간격 등을 조절할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하는 충방전 장치의 다양한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전 장치를 보여주는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 충방전 장치는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 압착 플레이트(120); 및 각각의 압착 플레이트의 일단에 결합되어, 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서(130)를 포함한다. 이때, 상기 스페이서(130)는, 서로 마주보는 제1 및 제2 면(131, 132)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 면(131, 132)은 서로 마주보는 방향으로 오목하게 절곡된 구조를 갖는다.
활성화 과정에서 전지 셀은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 이때, 상기 압착 플레이트(120)는 활성화 과정에서 전지 셀들을 가압하여 스웰링을 막아주는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 충방전 장치(100)에서 n 개의 압착 플레이트(120)는 각각 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나, 넓어지게 각각 이동하도록 구성된다. 즉, 전지 셀은 k 번째 압착 플레이트와 k+1 번째 압착 플레이트(k는 1 이상, n-1 개 이하) 사이에 배치되며, k 번째 압착 플레이트와 k+1 번째 압착 플레이트는 전지 셀의 양면을 가압하는 방향으로 이동하여, 상기 전지 셀을 가압한다.
도면상에 도시하지 않았으나, n 개의 압착 플레이트(120)은 그 하부 영역에 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고, 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 물론, 전지 셀을 가압하는 방향으로 각각의 압착 플레이트(120)를 이동시킬 수 있는 구동 메커니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
상술한 바와 같이, 각각의 압착 플레이트(120) 사이에는 비활성화 상태로 가스 포켓부를 포함하는 전지 셀들이 픽업 장비로 운반되어 각각 하나씩 끼워 넣어져 배치된다. 이때, 도면 상에는 도시되어 있지 않으나, 전지 셀을 일정 높이로 떠받히며 가압시 압착 플레이트(120)로부터 전지 셀의 바디면을 보호하기 위한 간지를 포함한다. 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
각각의 압착 플레이트(120)들 사이에 수납되는 전지 셀은 상부 영역에 가스 포켓부를 포함하며, 각각의 압착 플레이트(120)에 결합되는 스페이서(130)는 상기 가스 포켓부를 지지한다. 이때, 상기 스페이서(130)는 서로 마주보는 제1 및 제2 면(131, 132)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 면(131, 132)은 서로 마주보는 방향으로 오목하게 절곡된 구조를 갖고 있어, 활성화된 전지 셀의 가스 포켓부를 용이하게 지지할 수 있다.
도 4은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에 다수개의 전지 셀을 배치한 상태를 보여주는 모식도이다.
도 4를 참조하면, k번째 압착 플레이트(120)와 k+1 번째 압착 플레이트(120) 사이에 하나의 전지 셀(110)이 배치된다. 이때, k+1 번째 압착 플레이트(120)에 결합된 스페이서(130)의 제1 면과 k 번째 압착 플레이트(120)에 결합된 스페이서(130)의 제2 면은 전지 셀의 가스 포켓부(111)를 지지하게 된다.
특히, 상기 스페이서(130)의 높이는 가스 포켓부(111)의 길이와 대응되는 구조이며, 상기 스페이서(130)의 제1 및 제2 면(131, 132)은 활성화 되었을 때의 가스 포켓부(111)의 형상과 대응되는 구조를 갖고 있어, 전지 셀(110)의 가스 포켓부(111)의 공간 활용률을 증대 시킬 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 충방전 장치(100)는 도면에서 7 개의 압착 플레이트(120)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 구체적으로, 본 발명의 충방전 장치(100)에서 압착 플레이트는 n 개를 포함하며, n 은 2-100, 2-50, 2-30, 2-20, 2-15, 2-10 범위일 수 있다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에서 스페이서를 보여주는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 충방전 장치에서 압착 플레이트에 결합된 스페이서(230)는 가스 포켓부의 길이와 대응되는 높이를 갖는다. 구체적으로, 상기 스페이서(230)는, 높이를 기준으로 L1, L5 및 L9 지점으로 구분될 때, 상기 L1, L5 및 L9 지점의 두께는 하기 조건 1 및 2를 만족한다:
[조건 1]
L1 > L5
[조건 2]
L9 > L5
상기 조건 1 및 2에서, L1은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 1/10 지점, L5은 스페이서(230)의 전체 높이를 기준으로 5/10 지점 및 L9은 스페이서(230)의 전체 높이를 기준으로 9/10 지점을 의미한다. 즉, 스페이서(230)의 L5 지점은 L1과 L9 보다 두께가 얇은 것을 의미한다. 상기 스페이서(230)에서, L5 지점은 L1 또는 L9 지점 대비 0.2 내지 0.7 범위의 두께를 갖는다. 예를 들면, 상기 L5 지점은 L1 의 두께 대비 0.4 범위의 두께를 갖는다. 여기서, 스페이서(230)의 두께는 제1 면(231)과 제2 면(232) 사이의 간격 또는 거리를 의미한다.
한편, 상기 스페이서(230)는 L1 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하고, L9 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하는 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 스페이서(230)의 단면은 오목렌즈와 유사한 구조를 갖는다. 상기 스페이서(230)는 전지 셀이 활성화 되었을 때의 가스 포켓부의 공간 활용률을 증대 시키기 위함이다.
(제3 실시형태)
도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에서 스페이서를 보여주는 모식도이다.
도 6을 참조하면, 상기 스페이서(330)는 프레임 구조이다. 이때, 상기 제1 면과 제2 면(331, 332) 사이의 중심 영역에는 탄성 가압부재(340)를 포함한다. 구체적으로, 상기 탄성 가압부재(340)는 스페이서(330)의 전체 높이를 기준으로 L5 지점에 설치된다. 상기 탄성 가압부재(340)의 일측은 스페이서(330)의 제1 면(331)에 결합되며, 탄성 가압부재(340)의 타측은 스페이서(330)의 제2 면(332)에 결합된다.
구체적으로, 상기 탄성 가압부재(340)는 코일 스프링일 수 있다. 스페이서(330) 내부에 탄성 가압부재(340)를 포함하여, 전지 셀의 가스 포켓부를 용이하게 지지할 수 있으며, 스페이서(330)의 제1 면(331)과 제2 면(332) 사이의 형태를 유지할 수 있다.
(제4 실시형태)
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 충방전 장치에서 스페이서를 보여주는 모식도이다.
도 7을 참조하면, 상기 스페이서(430)는 보호층(450)을 포함하여 구성된다. 상기 보호층(450)은 스페이서(430)의 제1 면(431)과 제2 면(432)의 외측에 형성된 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 보호층(450)은 스페이서(430)에 접하는 전지 셀의 가스 포켓부의 손상을 방지하기 위한 것으로, 스페이서(430)의 제1 면(431)과 제2 면(432)에는 실리콘 패드가 코팅된 구조를 갖는다.
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, 100: 충방전 장치
11, 110: 전지 셀
111: 가스 포켓부
12, 120: 압착 플레이트
13, 130, 230, 330, 430: 스페이서
131, 231, 331, 431: 제1 면
132, 232, 332, 432: 제2 면
340: 탄성 가압부재
450: 보호층

Claims (10)

  1. n 개(n 은 2 이상의 정수)의 압착 플레이트; 및
    각각의 압착 플레이트의 일단에 결합되어, 전지 셀의 가스 포켓부를 지지하는 스페이서를 포함하며,
    상기 스페이서는, 서로 마주보는 제1 및 제2 면을 포함하며, 상기 제1 및 제2 면은 서로 마주보는 방향으로 오목하게 절곡된 구조를 갖는 충방전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스페이서는, 가스 포켓부의 길이와 대응되거나 또는 가스 포켓의 길이 보다 더 높은 높이(L)를 갖는 구조인 충방전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    스페이서는, 높이를 기준으로 L1, L5 및 L9 지점으로 구분되며, 상기 L1, L5 및 L9 지점의 두께는 하기 조건 1 및 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치:
    [조건 1]
    L1 > L5
    [조건 2]
    L9 > L5
    상기 조건 1 및 2에서, L1은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 1/10 지점, L5은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 5/10 지점 및 L9은 스페이서의 전체 높이를 기준으로 9/10 지점을 의미한다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    스페이서에서, L5 지점은 L1 또는 L9 지점 대비 0.2 내지 0.7 범위의 두께를 갖는 구조인 충방전 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    스페이서는, L1 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하고, L9 지점에서 L5 지점으로 갈수록 두께가 순차적으로 감소하는 구조를 갖는 충방전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    스페이서는 프레임 구조이며, 제1 및 제2 면 사이의 중심 지점에 탄성 가압부재를 포함하는 구조인 충방전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    탄성 가압부재는, 코일 스프링, 판 스프링 또는 고무소재인 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    스페이서는, 제1 및 제2 면의 외측에, 보호층을 포함하는 구조인 충방전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    보호층은, 실리콘, 연질 플라스틱 및 연질 발포체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 충방전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    스페이서는, 압착 플레이트의 일단에 결합되되, 상기 압착 플레이트의 길이를 따라 복수개가 결합되는 구조를 갖는 충방전 장치.
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