KR20220119823A - 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법 - Google Patents

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KR20220119823A
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박재성
권봉근
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법에 관한 것으로, 전지 셀 지그에서 전지 셀을 수납할 때, 전지 셀에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법{MONITORING SYSTEM FOR FASTENING CELL JIG AND METHOD OF PRESSURING BATTERY CELL USING THE SAME}
본 발명은 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 의한 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 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는 전극 조립체를 전지케이스에 수납하고 전해액을 준비하는 단계를 거친 후, 전지 활성화 단계를 거쳐 제조된다. 이때, 전지 활성화 단계는 이차전지를 전지 셀 지그에 장착한 후, 활성화에 필요한 조건으로 이차전지를 충방전하는 과정을 포함하게 된다. 이와 같은 전지 셀 지그는 전지 활성화 단계에서 이차전지를 충전하거나 방전하는데 주로 사용되는데, 이뿐만 아니라 이차전지의 성능 평가 용도 등으로 사용되기도 한다.
도 1은 종래의 이차전지 성능 평가를 위한 전지 셀 지그의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 이차전지 셀 지그(10)는 전지 셀(11)을 기준으로 상하 부분에 각각 위치하는 상부 플레이트(12)와 하부 플레이트(13)를 포함하여 구성되며, 상기 상부 및 하부 플레이트(12, 13)는 전지 셀(11)을 가압 및 고정한다.
이러한 전지 셀 지그(10)는 전지 셀(11)을 고정하기 위해서 상부 및 하부 플레이트(12, 13)를 관통하는 별도의 볼트(14)와 너트(15)를 이용한 볼트 체결을 수행한다. 구체적으로, 전지 셀 지그(10)의 상부 및 하부 플레이트(12, 13)는 볼트(14)가 관통되는 복수개의 홀이 형성되고, 상기 복수개의 홀에 볼트(14)와 너트(15)를 각각 체결하여 볼트 체결을 수행하였다.
한편, 복수 개의 홀에 체결되는 볼트(14)와 너트(15)는 각 영역별로 체결해야 했으며, 각 영역의 볼트 체결이 균일한 힘으로 체결되지 않을 수 있다. 특히, 균일한 힘을 가하는 토크 렌치(torque wrench)를 사용하여 볼트 체결을 수행한다고 하더라도, 볼트 체결을 수행하는 사람에 따라 전지 셀(11)에 인가되는 압력이 위치에 따라 차이가 발생하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0100748호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 셀 지그에서 전지 셀을 수납할 때, 전지 셀에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에 관한 것이다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템은 서로 대면하도록 배치되는 상부 및 하부 플레이트; 상부 및 하부 플레이트 사이에 전지 셀을 개재한 상태에서, 상부 및 하부 플레이트를 서로 체결하는 볼트 체결부; 및 볼트 체결부의 상부 및 하부 플레이트 체결시 체결 압력을 모니터링하는 n개(n은 2 이상의 정수)의 압력 모니터링 장치를 포함한다. 이때, 각각의 압력 모니터링 장치는, 상부 및 하부 플레이트 사이에 배치되되, 전지 셀이 배치되지 않은 영역에 배치되는 컨택트 핀(contact pin); 컨택트 핀을 지지하되, 상기 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면과 접촉하도록 높이를 조절하는 높이 조절부; 컨택트 핀과 연결되어, 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉시 신호를 출력하는 신호 출력부; 및 높이 조절 부재에 안착되되, 상부 및 하부 플레이트의 체결시 압력을 측정하는 압력 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적인 예에서, 상기 압력 측정부는, 컨택트 핀과 동일한 레벨에 위치하는 구조일 수 있다.
다른 하나의 예에서, 압력 모니터링 장치는, 각각의 압력 측정부에 연결되어, 압력 측정부에 가해진 압력을 출력하는 압력 출력부를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 높이 조절부는, 상부 및 하부 플레이트의 측면에 위치하는 수직 지지대; 수직 지지대의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 설치되되, 컨택트 핀과 압력 측정부의 하부면을 지지하도록 상부 및 하부 플레이트 사이로 돌출되는 구조를 갖는 수평 지지대; 및 수직 지지대에 설치되되, 수평 지지대 설치 영역의 반대측에 설치되어, 상기 수평 지지대의 이동을 제어하는 구동 부재를 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 신호 출력부는, 컨택트 핀과 전기적으로 연결되는 전기적 단자를 갖고, 상기 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉시 전기적 신호를 출력할 수 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 플레이트는, 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소재일 수 있다.
나아가, 상기 압력 모니터링 장치는, 상부 및 하부 플레이트의 양측에 배치되되, 상부 및 하부 플레이트의 중심점을 기준으로 양측에 서로 대칭하도록 배열되는 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 볼트 체결부는, 4 내지 14개를 포함하며, 상기 압력 모니터링 장치는, 2 내지 12 개를 포함할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템은 상부 및 하부 플레이트의 양측에 배치되며, n 개의 압력 모니터링 장치가 안착되는 제1 및 제2 사이드 바를 더 포함한다.
나아가, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템은 전지 셀의 제1 및 제2 전극 리드와 전기적으로 연결되는 충방전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 셀 지그용 체결 모니터링 시스템을 이용한 전지 셀의 가압 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 가압 방법은 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 상부 및 하부 플레이트 사이에 전지 셀을 개재한 상태에서 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉하도록 높이를 제어하는 단계; 및 신호 출력부의 접촉 신호가 출력된 상태에서 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계에서, n 개의 압력 모니터링 장치의 압력 측정부로 압력을 측정하는 과정을 포함할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계에서, 각 볼트 체결부의 체결 정도를 제어하여 각 영역별 압력 측정부의 압력을 동등 수준으로 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법에 따르면, 셀 지그의 볼트 체결시 체결 압력을 모니터링 할 수 있는 압력 모니터링 장치를 이용하여 전지 셀에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있다. 이에 따라, 전지 셀의 안정적인 충방전이 가능하고, 이차전지의 정확한 성능 평가가 가능한 이점이 있다.
도 1은 종래의 이차전지 성능 평가를 위한 전지 셀 지그의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 압력 모니터링 장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링 장치를 셀 지그에 적용하는 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템을 이용한 전지 셀의 가압시 압력 모니터링 장치의 작동 기작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링 장치를 셀 지그에 적용하는 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링 장치를 셀 지그에 적용하는 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 전지 셀의 가압 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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 해석 되어야만 한다.
본 발명은 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지의 성능을 평가하기 위한 전지 셀 지그는 전지 셀을 사이에 두고 양면에서 가압하는 상부 및 하부 플레이트를 포함하여 구성된다. 이러한 전지 셀 지그는 전지 셀을 고정하기 위하여 상부 및 하부 플레이트를 관통하는 별도의 볼트와 너트를 이용한 볼트 체결을 수행한다. 구체적으로, 상기 전지 셀 지그의 상부 및 하부 플레이트는 볼트가 관통되는 복수개의 홀이 형성되고, 상기 복수개의 홀에 볼트와 너트를 각각 체결하여 볼트 체결을 수행하였다. 그러나, 복수 개의 홀에 체결되는 볼트와 너트는 각 영역별로 체결해야 했으며, 각 영역의 볼트 체결이 균일한 힘으로 체결되지 않을 수 있었다. 특히, 균일한 힘을 가하는 토크 렌치(torque wrench)를 사용하여 볼트 체결을 수행한다고 하더라도, 볼트 체결을 수행하는 사람에 따라 전지 셀에 인가되는 압력이 위치에 따라 차이가 발생하는 문제가 있었다.
이에, 본 발명에서는 전지 셀 지그에 전지 셀을 수납할 때, 전지 셀에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템은 셀 지그의 볼트 체결시 체결 압력을 모니터링 할 수 있는 압력 모니터링 장치를 이용하여 전지 셀에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있다. 이에 따라, 전지 셀의 안정적인 충방전이 가능하고 스웰링 현상에 대한 이차전지의 정확한 성능 평가가 가능한 이점이 있다.
한편, 본 발명에서 전지 셀 지그에 수납되는 "전지 셀"은 이차전지로서, 파우치형 또는 각형 타입의 단위 셀일 수 있으며, 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장된 구조의 파우치형 타입의 전지 셀 일 수 있다. 아울러, 상기 전극 리드는 시트의 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 연장된 구조일 수 있다.
이하, 도면을 통해 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템 및 이를 이용한 전지 셀의 가압 방법을 상세하게 설명한다.
<제1 실시형태>
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 모식도이며, 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 압력 모니터링 장치의 모식도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)은 서로 대면하도록 배치되는 상부 및 하부 플레이트(120, 130); 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 전지 셀(110)을 개재한 상태에서, 상부 및 하부 플레이트(120, 130)를 서로 체결하는 볼트 체결부(미도시); 및 볼트 체결부의 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 체결시 체결 압력을 모니터링하는 n개(n은 2 이상의 정수)의 압력 모니터링 장치(140)를 포함하여 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)은 평가 대상이 되는 전지 셀(110)을 셀 지그인 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 수납할 때, 전지 셀(110)을 일정한 면압으로 가압 및 고정하기 위한 것이다.
여기서, 전지 셀(110)은 이차전지로서, 파우치형 또는 각형 이차전지일 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 전지 셀(110)은 파우치형 이차전지인 것으로 한정하여 설명한다.
각각의 압력 모니터링 장치(140)는 상부 및 하부 플레이트(120, 130)를 볼트 체결부(미도시)로 체결시 체결 압력을 모니터링하기 위한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 압력 모니터링 장치(140)는 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 배치되되, 전지 셀(110)이 배치되지 않은 영역에 배치되는 컨택트 핀(contact pin)(141), 컨택트 핀(141)을 지지하되, 상기 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면과 접촉하도록 높이를 조절하는 높이 조절부(142), 컨택트 핀(141)과 연결되어, 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉시 신호를 출력하는 신호 출력부(143) 및 높이 조절부(142)에 안착되되, 상부 및 하부 플레이트(120, 130)의 체결시 압력을 측정하는 압력 측정부(144)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 압력 측정부(144)는 컨택트 핀(141)과 동일한 레벨에 위치하는 구조일 수 있다. 여기서, 동일한 레벨이라 함은 동일한 높이를 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 압력 측정부(144)는 컨택트 핀(141)과 동일한 높이를 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 압력 측정부(144)의 말단과 컨택트 핀(141)의 말단이 동일한 높이에 위치할 수 있다. 이는, 상기 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 체결시, 볼트 체결부의 체결 시점을 설정하기 위한 것으로, 보다 구체적으로는 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 체결시, 발생하는 압력 측정 시점을 설정하기 위한 것이다. 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
상기 컨택트 핀(141)은 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 배치되는 것으로, 통상적으로 사용되는 스프링 핀 형태의 전기 단자 테스트용 컨택트 핀(141) 일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 컨택트 핀(141)은 전기 전도성이 양호한 도전성 금속으로 제조되거나, 표면이 도전성 물질로 도금된 핀일 수 있다. 아울러, 상기 컨택트 핀(141)은 코팅 스프링이 컨택트 핀(141)에 길이 방향으로 끼워져 설치될 수 있으며, 상기 컨택트 핀(141)은 코일 스프링에 의해서 완충 작용을 할 수 있도록 상/하부 유닛으로 분리하여 장착될 수 있다. 나아가, 상기 코일 스프링은 도전성 금속으로 제조될 수 있으며, 또는 표면이 도전성 물질로 도금된 형태일 수 있다.
상기 신호 출력부(143)는 컨택트 핀(141)과 전기적으로 연결되는 구조일 수 있으며, 또는 컨택트 핀(141)과 전기적으로 연결되는 전기적 단자를 갖을 수 있다. 구체적인 예에서, 신호 출력부(143)의 일측은 컨택트 핀(141)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 신호 출력부(143)의 타측은 상부 플레이트(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉하게 되면, 상기 신호 출력부(143)는 상기 컨택트 핀(141) 및 상부 플레이트(120)와 전기적으로 연통됨으로써, 상기 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉시 상기 신호 출력부(143)는 접촉 신호를 출력할 수 있다. 상기 신호 출력부(143)는 접촉 신호를 출력할 수 있다면, 어떠한 형태든 무관하다. 예를 들어, 상기 신호 출력부(143)는 상기 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉시 빛을 내는 전구 또는 LED 일 수 있다.
한편, 상기 컨택트 핀(141)은 앞서 설명한 높이 조절부(142)에 배치되며, 상기 높이 조절부(142)는 컨택트 핀(141)이 상기 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉할 때까지 높이를 조절할 수 있다. 상기 높이 조절부(142)는 수직 지지대(1421), 수평 지지대(1422) 및 구동 부재(1423)를 포함하여 구성된다.
구체적인 예에서, 상기 수직 지지대(1421)는 상부 및 하부 플레이트(120, 130)의 측면에 밀착되도록 위치한다. 그리고, 상기 수평 지지대(1422)는 수직 지지대(1421)의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 설치되되, 컨택트 핀(141)과 압력 측정부(144)의 하부면을 지지하도록 돌출되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 수평 지지대(1422)는 자유단 측의 두께 대비 수직 지지대(1421) 측의 두께가 더 두꺼운 구조일 수 있다. 이는, 수평 지지대(1422)가 수직 지지대(1421)에 체결되는 면적을 늘려, 상부 및 하부 플레이트(120, 120)의 체결에 의한 전지 셀 가압시, 수평 지지대(1422)가 변형 것을 방지하기 위함이다. 나아가, 상기 구동 부재(1423)는 수직 지지대(1421)에 설치되되, 수평 지지대(1422) 설치 영역의 반대측에 설치되어, 상기 수평 지지대(1422)의 이동을 제어할 수 있다. 한편, 수직 지지대(1421)와 수평 지지대(1422)가 접촉되는 영역은 일정 간격으로 톱니가 형성된 구조일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수직 지지대(1421)에서 수평 지지대(1422)가 이동하는 영역은 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 톱니가 형성된 구조일 수 있으며, 상기 수평 지지대(1422)는 상기 수직 지지대(1421)의 톱니와 맞물리는 기어일 수 있다. 예를 들면, 상기 수직 지지대(1421)와 수평 지지대(1422)는 웜과 웜기어 형태일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉하게 되면, 신호 출력부(143)는 접촉 신호를 출력하게 된다. 그리고, 상기 신호 출력부(143)의 접촉 신호 출력시 볼트 체결부(미도시)로 상부 및 하부 플레이트(120, 130)를 체결할 수 있다. 이때, 상기 압력 측정부(144)는 상부 및 하부 플레이트(120, 130)를 체결시 압력을 측정할 수 있다. 상기 압력 측정부(144)에서 측정되는 압력은 평가 대상이 되는 전지 셀(110)에 인가되는 압력일 수 있다.
하나의 예에서, 압력 모니터링 장치(140)는, 각각의 압력 측정부(144)에 연결되어, 압력 측정부(144)에 가해진 압력을 출력하는 압력 출력부(150)를 더 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 압력 출력부(150)는 해당 압력 측정부(144)에 연결되어, 상기 압력 측정부(144)가 위치하는 영역에 가해지는 압력을 개별적으로 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 압력 측정부(144)는 로드셀일 수 있으며, 압력 출력부(150)는 로드셀로부터 입력되는 신호를 토대로 피측정물인 전지 셀에 가해지는 압력의 변화를 수치적으로 산출 및 표시할 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링 장치를 셀 지그에 적용하는 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)에서, 압력 모니터링 장치(140)는 상부 및 하부 플레이트(130)의 양측에 배치될 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 압력 모니터링 장치(140)는 상부 및 하부 플레이트(120, 130)의 중심점을 기준으로 양측에 서로 대칭하도록 배치될 수 있다. 도면에서, 압력 모니터링 장치(140)가 상부 및 하부 플레이트(130)의 양측에 각각 하나씩 포함되도록 배치되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)에서, 상기 볼트 체결부(160)는, 4 내지 14개를 포함할 수 있으며, 압력 모니터링 장치(140)는 2 내지 12 개를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)에서, 볼트 체결부(160)는 6 내지 10개를 포함할 수 있으며, 압력 모니터링 장치(140)는 4 내지 8 개를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)에서, 볼트 체결부(160)는 6 내지 8개를 포함할 수 있으며, 압력 모니터링 장치(140)는 4 내지 6 개를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)에서, 볼트 체결부(160)는 8개를 포함할 수 있으며, 압력 모니터링 장치(140)는 6 개를 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 압력 모니터링 장치(140)는 서로 이웃하는 볼트 체결부(160) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 볼트 체결부(160)는 통상적인 볼트(161)와 너트(162)를 의미할 수 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 플레이트(120, 130)는 알루미늄 및 알루미늄 합금 소재로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질일 수 있으며, 예를 들어, 상기 상부 및 하부 플레이트(120, 130)는 알루미늄 재질로 이루질 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)은 충방전부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 충방전부는 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 안착되는 전지 셀(110)의 제1 및 제2 전극 리드와 전기적으로 연결되는 것으로, 전지 셀(110)로 충전 전원을 공급하거나, 전지 셀(110)로부터 방전 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 전지 셀(110)로 충전 전원을 공급한다는 것은 반드시 전지 셀(110)을 완충시키기 위한 정도의 충분한 전원을 공급한다는 의미로 한정되는 것은 아니다. 전지 셀(110)로부터 방전 전원을 공급받는다는 의미도 마찬가지로 사용될 수 있으므로 반복된 설명은 생략하도록 한다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)에 수납되는 전지 셀(110)은 상기 충방전부에 의해서 전지 셀(110)을 충방전함으로써, 실제 전지 모듈 내에서의 전지 셀을 모사할 수 있다. 그리고, 상기 전지 셀을 충방전하는 동안, 해당 전지 셀의 온도, 전류 및 전압 중 하나 이상을 측정하는 과정을 수행할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 전지 셀을 충방전하는 과정과 전지 셀의 온도, 전류 및 전압 중 하나 이상을 측정하는 과정을 교대로 반복하는 경우를 배제하는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템을 이용한 전지 셀의 가압시 압력 모니터링 장치의 작동 기작을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 작동 기작을 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 서로 대면하도록 배치되는 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 전지 셀(110)을 개재한 상태에서, 높이 조절부(1423)를 이용하여 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉하도록 한다. 이때, 상기 컨택트 핀(141)과 압력 측정부(144)는 높이 조절부(1423)의 수평 지지대(1422)에 안착된다. 아울러, 상기 수평 지지대(1422)는 수직 지지대(1421)의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 설치되되, 컨택트 핀(141)과 압력 측정부(144)의 하부면을 지지하도록 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이로 돌출되는 구조일 수 있다. 구체적인 예에서, 높이 조절부(1423)의 구동 부재(1423)를 이용하여, 상기 수평 지지대(1422)의 높이를 제어할 수 있다(도 5a).
한편, 상기 컨택트 핀(141)이 상부 플레이트(120)의 내측면에 접촉하게 되면, 신호 출력부(143)는 접촉 신호를 출력하게 된다. 이는, 볼트 체결부의 체결 시점을 설정하기 위한 것이며, 후술하게 되는 압력 측정부(144)의 압력을 보다 정확하게 측정하기 위한 것이다(도 5b).
그리고, 상기 신호 출력부(143)의 접촉 신호 출력시 볼트 체결부(미도시)로 상부 및 하부 플레이트(120, 130)를 체결할 수 있다. 이때, 상기 압력 측정부(144)는 상부 및 하부 플레이트(120, 130)를 체결시 압력을 측정할 수 있다(도 5c).
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 압력 모니터링 장치(140)는 n 개(n은 2 이상의 정수)를 포함하여, 여러 영역에서 상기 체결 압력을 측정함으로써, 각 영역에서 발생되는 압력 편차를 해소할 수 있으며, 평탄도가 불균일한 전지 셀(110)을 상부 및 하부 플레이트(120, 130) 사이에 체결시 균등한 크기의 압력을 인가할 수 있다. 상기 압력 모니터링 장치(140)는 그 개수가 한정되는 것은 아니나, 2 내지 12 개, 4 내지 8 개, 6 내지 8 개를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(100)은 상술한 구성에 의하여, 전지 셀 지그에서 전지 셀(110)을 수납할 때, 전지 셀(110)에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 전지 셀의 안정적인 충방전이 가능하고, 이차전지의 정확한 성능 평가가 가능한 이점이 있다.
<제2 실시형태>
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링을 나타낸 모식도이며, 도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링 장치를 셀 지그에 적용하는 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(200)은 n 개의 압력 모니터링 장치(240)가 안착되는 사이드 바(270)를 포함하여 구성된다. 구체적인 예에서, 상기 사이드 바(270)는 상부 및 하부 플레이트(220, 230)의 양측에 각각 배치되는 제1 및 제2 사이드 바(271)를 포함한다. 이때, 상기 사이드 바(270)에 안착되는 n 개의 압력 모니터링 장치(240)는 소정의 간격을 두고 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 볼트 체결부(260)의 간격으로 배치될 수 있다. 그리고, 각각의 압력 모니터링 장치(240)는 서로 이웃하는 볼트 체결부(260) 사이에 배치될 수 있다. 특히, n 개의 압력 모니터링 장치(240)가 각각 제1 및 제2 사이드 바(271, 272)에 배치되어, 복수개의 압력 모니터링 장치(240)를 상부 및 하부 플레이트(220, 230) 사이에 배치할 때, 복수개의 압력 모니터링 장치(240)의 설치 및 제거가 용이할 수 있다.
<제3 실시형태>
도 8 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링을 나타낸 모식도이며, 도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템에서 압력 모니터링 장치를 셀 지그에 적용하는 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템(300)은 하부 플레이트(330)의 하부에 배치되는 바 형태의 베이스(380)를 더 포함한다. 한편, 상기 베이스(380)는 전지 셀(310)의 길이 방향과는 직교하는 방향으로 배치될 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 베이스(380)의 양측에 제1 및 제2 모니터링 장치(340)가 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 모니터링 장치(340)는, 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 구조를 갖을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 압력 모니터링 장치(340)는, 상부 및 하부 플레이트(320, 330)의 양측에 서로 대칭하도록 배열될 수 있는데, 상기 제1 및 제2 모니터링 장치(340)가 하나의 베이스(380)에 슬라이딩 이동 가능하도록 배치되어 있어, 상기 모니터링 장치(340)를 위치를 보다 용이하게 설정할 수 있다.
도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 베이스(380)는 가이드 홈이 형이 형성된 구조일 수 있으며, 상기 제1 및 제2 압력 모니터링 장치(340)는 상기 가이드 홈을 따라 용이하게 이동될 수 있다. 이는, 제1 및 제2 압력 모니터링 장치(340)를 동일선상에 배치시킬 수 있으며, 서로 대칭되는 영역에 배열될 수 있다. 나아가, 이러한 구조는 복수개의 압력 모니터링 장치(340)의 설치 및 제거가 용이할 수 있다.
<제4 실시형태>
본 발명은 앞서 설명한 셀 지그용 체결 모니터링 시스템을 이용한 전지 셀의 가압 방법을 제공한다.
도 10은 본 발명에 따른 전지 셀의 가압 방법을 나타낸 순서도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀의 가압 방법은 셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 상부 및 하부 플레이트 사이에 전지 셀을 개재한 상태에서 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉하도록 높이를 제어하는 단계(S10); 및 신호 출력부의 접촉 신호가 출력된 상태에서 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계(S20)를 포함한다.
이때, 상기 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계(S20)에서, n 개의 압력 모니터링 장치의 압력 측정부로 압력을 측정하는 과정을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계(S20)에서, 각 볼트 체결부의 체결 정도를 제어하여 각 영역별 압력 측정부의 압력을 동등 수준으로 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 가압 방법은 둘 이상의 압력 측정 장치를 통해 영역별 압력을 측정하여 그 차이를 확인할 수 있다. 압력 불균형에 따라 각 볼트 체결부의 조임을 조절하면 전지 셀에 대한 균등한 가압이 가능할 수 있다.
또한, 압력 불균형 여부를 확인하고, 그 이후에 압력 측정부에 가해진 압력을 합산하고, 합산된 압력이 기준치 범위를 벗어나는지 여부를 확인할 수 있다. 구체적인 예에서, 각 압력 측정부의 합산 값은 전지 셀에 가해지는 전체 압력을 의미하므로 기준치를 벗어나면 의도한 압력이 정확히 가해지지 않는 것을 의미한다. 따라서, 기준치 범위를 재조정함으로써 전지 셀에 대해 정확한 압력을 가할 수 있다. 한편, 상기 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉하도록 높이를 제어하는 단계(S10); 및 신호 출력부의 접촉 신호가 출력된 상태에서 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계(S20)에서 장치 작동 기작은 앞서 설명하였으므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템을 이용한 전지 셀의 가압 방법은 상술한 구성에 의하여, 전지 셀 지그에서 전지 셀을 수납할 때, 전지 셀에 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 전지 셀의 안정적인 충방전이 가능하고, 이차전지의 정확한 성능 평가가 가능한 이점이 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 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.
10: 전지 셀 지그
11: 전지 셀
12: 제1 플레이트
13: 제2 플레이트
14: 볼트
15: 너트
100, 200, 300: 셀 지그용 체결 모니터링 시스템
110, 210, 310: 전지 셀
120, 220, 320: 상부 플레이트
130, 230, 330: 하부 플레이트
140, 240, 340: 압력 모니터링 장치
141: 컨택트 핀
142: 높이 조절부
1421: 수직지지대
1422: 수평지지대
1423: 구동 부재
143: 신호 출력부
144: 압력 측정부
145: 압력 출력부
150: 압력 출력부
160: 볼트 체결부
270: 사이드 바
271: 제1 사이드 바
272: 제2 사이드 바
380: 베이스

Claims (13)

  1. 서로 대면하도록 배치되는 상부 및 하부 플레이트;
    상부 및 하부 플레이트 사이에 전지 셀을 개재한 상태에서, 상부 및 하부 플레이트를 서로 체결하는 볼트 체결부; 및
    볼트 체결부의 상부 및 하부 플레이트 체결시 체결 압력을 모니터링하는 n개(n은 2 이상의 정수)의 압력 모니터링 장치를 포함하며,
    각각의 압력 모니터링 장치는,
    상부 및 하부 플레이트 사이에 배치되되, 전지 셀이 배치되지 않은 영역에 배치되는 컨택트 핀(contact pin);
    컨택트 핀을 지지하되, 상기 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면과 접촉하도록 높이를 조절하는 높이 조절부;
    컨택트 핀과 연결되어, 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉시 신호를 출력하는 신호 출력부; 및
    높이 조절부에 안착되되, 상부 및 하부 플레이트의 체결시 압력을 측정하는 압력 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    압력 측정부는, 컨택트 핀과 동일한 레벨에 위치하는 구조인 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    압력 모니터링 장치는, 각각의 압력 측정부에 연결되어, 압력 측정부에 가해진 압력을 출력하는 압력 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    높이 조절부는,
    상부 및 하부 플레이트의 측면에 위치하는 수직 지지대;
    수직 지지대의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 설치되되, 컨택트 핀과 압력 측정부의 하부면을 지지하도록 상부 및 하부 플레이트 사이로 돌출되는 구조를 갖는 수평 지지대; 및
    수직 지지대에 설치되되, 수평 지지대 설치 영역의 반대측에 설치되어, 상기 수평 지지대의 이동을 제어하는 구동 부재를 포함하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    신호 출력부는, 컨택트 핀과 전기적으로 연결되는 전기적 연결되며, 상기 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉시 전기적 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상부 및 하부 플레이트는, 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소재인 것을 특징으로 하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    압력 모니터링 장치는, 상부 및 하부 플레이트의 양측에 배치되되, 상부 및 하부 플레이트의 중심점을 기준으로 양측에 서로 대칭하도록 배열되는 구조인 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    볼트 체결부는, 4 내지 14개를 포함하며,
    압력 모니터링 장치는, 2 내지 12 개를 포함하는 구조인 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상부 및 하부 플레이트의 양측에 배치되며, n 개의 압력 모니터링 장치가 안착되는 제1 및 제2 사이드 바를 더 포함하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하부 플레이트의 하부에 배치되는 바 형태의 베이스를 더 포함하며,
    상기 베이스의 양측에 제1 및 제2 압력 모니터링 장치가 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 압력 모니터링 장치는, 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀의 제1 및 제2 전극 리드와 전기적으로 연결되는 충방전부를 더 포함하는 셀 지그용 체결 모니터링 시스템.
  12. 제 1 항에 따른 셀 지그용 체결 모니터링 시스템을 이용한 전지 셀의 가압 방법으로서,
    셀 지그용 체결 모니터링 시스템의 상부 및 하부 플레이트 사이에 전지 셀을 개재한 상태에서 컨택트 핀이 상부 플레이트의 내측면에 접촉하도록 높이를 제어하는 단계; 및
    신호 출력부의 접촉 신호가 출력된 상태에서 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계에서, n 개의 압력 모니터링 장치의 압력 측정부로 압력을 측정하는 과정을 포함하는 전지 셀의 가압 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상부 및 하부 플레이트를 체결하는 단계에서, 각 볼트 체결부의 체결 정도를 제어하여 각 영역별 압력 측정부의 압력을 동등 수준으로 조절하는 과정을 포함하는 전지 셀의 가압 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180100748A (ko) 2017-03-02 2018-09-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지 평가 방법 및 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180100748A (ko) 2017-03-02 2018-09-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지 평가 방법 및 장치

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