KR20230063025A

KR20230063025A - 전지 셀의 활성화 시스템

Info

Publication number: KR20230063025A
Application number: KR1020210147833A
Authority: KR
Inventors: 김주희
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2023-05-09

Abstract

본 발명은 전지 셀의 활성화 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전지 셀의 활성화 시스템은, 전지 셀의 굽힘도를 측정하는 변위 측정부를 포함하고, 상기 변위 측정부는, 중앙에 통공이 형성된 사각 링 형상의 평행판; 전지 셀 표면까지의 거리를 측정하는 센서; 상기 평행판이 수직 또는 수평 이동하도록 하는 평행판 구동부; 상기 센서가 수직 또는 수평 이동하도록 하는 센서 구동부; 및 상기 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 활성화 시스템은, 변위 측정부를 포함하여, 제조되는 전지 셀 전수에 대해 신뢰성 있는 굽힘도 평가가 가능하고, 측정값을 데이터베이스화하여 굽힘도 수준에 따라 제조 공정 조건의 분석이 가능한 효과가 있다.

Description

전지 셀의 활성화 시스템{ACTIVATION SYSTEM FOR BATTERY CELL}

본 발명은 전지 셀의 활성화 시스템에 관한 것으로, 센서를 통해 전지 셀의 굽힘도를 측정할 수 있는 전지 셀의 활성화 시스템에 관한 것이다.

이차전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다. 최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

이러한 이차전지는, 전지 셀의 팩케이징(packaging) 과정 이후, 활성화 공정을 거치게 된다. 여기서, "전지 셀 활성화 공정"은 최근에 널리 사용되는 리튬이온전지 및 리튬폴리머전지 등과 같은 리튬 이차전지의 제조 후 소정의 충방전을 실시하고, 에이징하는 과정, 즉, 화성 공정을 의미한다. 활성화 공정은 조립이 완료된 최초의 전지셀이 전기 에너지를 저장할 수 있도록 수 회 정도의 충방전 및 에이징 공정을 반복하여 이차전지의 특성을 부여한다.

한편, 이차전지는 활성화 공정의 충방전 과정을 거치면서 전지 셀이 휘어지거나, 구부러질 수 있는데, 종래에는 전지 셀의 제조가 최종 완료되면, 샘플 검사를 통해 전지 셀의 굽힘(Bending) 수준을 파악하고 있으며, 전수 조사를 할 수 없어, 굽힘의 정도가 기준치를 초과하는 불량 전지 셀이 출하될 가능성이 있었다.

또한, 종래의 샘플 검사에서는, 작업자가 육안으로 굽힘이 가장 심한 부분이라 생각되는 지점을 선정해, 선정된 해당 지점에서, 굽힘에 의해 오목 들어간 부분의 깊이를 측정하였다. 그런데, 이 같은 육안 검사는 작업자의 주관에 의존하므로, 신뢰성에 문제가 있었다.

이에 전지 셀의 굽힘 정도를 정확하게 측정할 수 있으면서, 전수 조사가 가능한 전지 셀의 활성화 시스템에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2020-0090101

본 발명은 전지 셀의 굽힘 정도를 정확하게 측정할 수 있는 변위 측정부가 마련된 전지 셀의 활성화 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 전지 셀의 활성화 시스템에 변위 측정부를 마련하여, 전지 셀 전수에 대해 굽힘 정도를 측정하고, 측정값들의 데이터를 기반으로, 굽힘도 불량의 기준값을 마련하며, 굽힘도에 영향을 줄 수 있는 공정 인자를 분석할 수 있는 전지 셀의 활성화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 전지 셀의 활성화 시스템은, 다수의 전지 셀을 충방전 및 에이징하는 전지 셀의 활성화 시스템으로서,

전지 셀의 굽힘도를 측정하는 변위 측정부를 포함하고,

상기 변위 측정부는,

중앙에 통공이 형성된 사각 링 형상의 평행판;

전지 셀 표면까지의 거리를 측정하는 센서;

상기 평행판이 수직 또는 수평 이동하도록 하는 평행판 구동부;

상기 센서가 수직 또는 수평 이동하도록 하는 센서 구동부; 및

상기 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 변위 측정부는, 상기 센서로부터 측정된 거리 데이터를 송출받아, 이를 저장 및 처리하는 데이터처리부를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 데이터처리부는, 공통 인자를 가지는 전지 셀 군별로, 데이터를 분류하여 처리한다.

본 발명의 일 실시예에서, 데이터처리부는, 상기 센서에 의해 측정된 거리의 최대값이, 기준값을 초과하는 경우에 굽힘도 불량으로 판정하는 판정부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 센서는, 상기 통공의 내부 영역에 있는 전지 셀 부위에 대해 거리를 측정한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 평행판은, 그 장축 방향이 전지 셀의 전폭 방향과 동일한 방향으로 배향되도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 평행판에 형성된 통공은, 소정의 폭을 가지되, 평행판의 장축 방향을 따라 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 평행판이 전지 셀이 접촉하는 높이와, 상기 통공의 위치 정보를 기반으로, 센서의 거리 측정 개시 지점을 선정하고, 상기 센서 구동부에, 상기 센서를 상기 선정된 거리 측정 개시 지점으로 이동하도록 작동을 제어한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 활성화 시스템은, 다수의 전지 셀을 충방전하여 활성화하는 충방전 챔버; 및 충방전된 전지 셀을 숙성시키는 에이징 부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 변위 측정부는, 상기 챔버 및 상기 에이징 부의 하류에 위치한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 챔버와 상기 에이징 부의 사이에 위치한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 활성화 시스템은, 상기 충방전 챔버 또는 상기 에이징 부의 어느 하나로부터 상기 변위 측정부까지 전지 셀을 이송하는 이송부를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 충방전 챔버는, 다수의 전지 셀을 수용하는 트레이; 트레이에 수납된 다수의 전지 셀에 전기적으로 접속하여, 전지 셀들을 충방전시키는 충방전부; 및 트레이에 수납된 다수의 전지 셀을 냉각하는 냉각부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 냉각부는, 하나 이상의 에어 공급부를 포함하되, 상기 에어 공급부들은 트레이의 상부 에 균등 분할되어 배치된 구조이다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 에어 공급부는, 송풍팬이고, 상기 트레이는, 다수의 전지 셀들이 수직 배열하도록 수납하는 구조이며, 상기 냉각부는 트레이의 상부에 위치하는 송풍 팬을 통해, 하방 기류의 에어를 송풍한다.

본 발명의 활성화 시스템은, 변위 측정부의 센서가 정해진 주행 경로를 따라 이동하면서, 다수의 지점에서 전지 셀까지의 거리를 측정하므로, 굽힘도 평가의 척도가 되는, 전지 셀까지의 거리의 최대값을 정확하게 알 수 있어, 검사의 신뢰성이 향상된다.

또한, 본 발명의 활성화 시스템은, 센서가 측정한 거리 정보를 데이터베이스화하여, 이를 기반으로 전지 셀의 굽힘도 수준과, 공정 조건과의 상관성을 분석할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 시스템을 구성하는 변위 측정부의 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 변위 측정부의 센서와 평행판의 조합에 의해 굽힘도를 측정하는 개념을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 변위 측정부의 센서와 평행판의 조합에 의해 굽힘도를 측정하는 일 실시예를 나타내는 상부도이다.
도 4는, 평행판의 수직 이동을 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 변위 측정부의 센서와 평행판의 조합에 의해 굽힘도를 측정하는 일 실시예를 나타내는 상부도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위 측정부의 모식도이다.

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 해석되어야만 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 제조 라인에서 제조되는 전수의 전지 셀에 대해 굽힘도를 측정해, 측정된 굽힘도를 데이터 베이스화하여, 공정 조건 별로 굽힘도의 수준을 파악하고, 굽힘이 심한 불량 전지를 선별하는 전지 셀의 활성화 시스템에 관한 것이다.

종래의 활성화 시스템은, 제조가 완료된 전지 셀의 샘플링을 통해 굽힘도 수준을 파악하고, 굽힘도의 측정 시 작업자가 육안에 의존하여 진행하기 때문에, 작업자의 주관적 판단에 의존하는 결과 정확도가 떨어지는 문제가 있고, 샘플링 조사에 따른 불량 전지 셀의 출하 가능성을 배제할 수 없었다.

이에 본 발명에서는, 전지 셀의 제조 라인에서 전수의 전지 셀에 대해 굽힘도를 측정하고, 측정된 데이터를 기반으로, 굽힘도가 심각한 전지 셀을 선별하는 활성화 시스템을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 전지 셀의 활성화 시스템에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 활성화 시스템은, 다수의 전지 셀을 충방전 및 에이징하는 전지 셀의 활성화 시스템으로서,

전지 셀의 굽힘도를 측정하는 변위 측정부를 포함하고, 상기 변위 측정부는,

중앙에 통공이 형성된 사각 링 형상의 평행판;

전지 셀 표면까지의 거리를 측정하는 센서;

본 발명의 활성화 시스템은, 전수의 전지 셀에 대해, 굽힘도를 측정하는 변위 측정부를 포함함에 따라, 굽힘도 수준이 기준을 넘어서는 전지 셀이 출하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 변위 측정부는, 평행판과 센서를 이용하여, 전지 셀까지의 거리를 측정하고, 측정된 거리의 최대값을 통해 굽힘도를 평가한다. 휘어진 전지 셀의 볼록한 부분을 아래를 향하게 하여 편평한 바닥에 놓으면, 중앙의 볼록한 부위는 바닥에 닿게 되고, 양쪽 단부는 각각 바닥으로부터 살짝 들려 있게 된다. 도 2를 참조하면, 휘어져 있는 전지 셀(10)은 완만한 반구 형상을 띄게 되고, 반구의 깊이(h)는, 평행판의 일측 단부로부터 중앙을 향해 점차 증가하게 된다.

평행판(110)은, 굽힘이 있는 전지 셀의 굽힘에 의해 안쪽으로 들어간 부분의 깊이를 측정하기 위한 것으로, 평행판(110)을 전지 셀(10)에 접촉시킨 상태에서, 센서(120)가 전지 셀(10)까지의 거리 및 평행판(110)까지의 거리를 측정함으로써, 전지 셀의 굽힘에 의해 들어간 부분의 깊이를 측정할 수 있는 것이다.

또한, 센서가 평행판(110)의 일측 단부 지점으로부터 정해진 주행 경로를 따라 평행판의 타측 단부를 향해 이동하면서, 다수의 측정 지점에서, 전지 셀 및 평행판까지의 거리를 측정하고, 측정된 값들 중 가장 큰 값을 가지는 측정 위치는, 굽힘에 의한 최대 변위가 있는 지점이 되는 것이다.

상기 평행판은 중앙에 평행판의 형상과 동일한 형상의 통공이 형성되어 있으며, 센서는 상기 통공을 통해 전지 셀까지의 거리를 측정하게 된다. 즉, 상기 센서는, 상기 통공의 내부 영역에 있는 전지 셀 부위에 대해 거리를 측정하도록 구성된다.

상기 평행판은, 그 장축 방향이, 전지 셀의 전폭 방향과 동일한 방향으로 배향되도록 구성된다. 그리고, 상기 평행판에 형성된 통공은, 소정의 폭을 가지되, 평행판의 장축 방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 평행판과 상기 센서는 각각, 수평 및 수직 이동하도록 구성되고, 이를 위해 본 발명의 변위 측정부는, 평행판을 구동하는 평행판 구동부와 센서를 구동하는 센서 구동부를 포함한다.

평행판 구동부와 센서 구동부에 의한 평행판 및 센서의 작동에 대해 간략히 설명한다. 평행판은 전지 셀을 기준으로 상부에 위치하고 있으며, 전지 셀의 굽힘도 측정이 필요한 경우에, 평행판 구동부는, 평행판을 전지 셀의 방향으로 하강시킨다. 이때 평행판의 이동 거리는, 평행판이 전지 셀에 접촉할 수 있는 정도의 거리이고, 이를 넘어서면 평행판이 전지 셀을 강제적으로 가압할 수 있으므로 바람직하지 않다.

이후, 센서 구동부는, 센서를 평행판이 위치하는 높이 또는 그 보다 약간 높은 높이의 위치로 하강시킨다. 이때 센서 구동부는 센서가 평행판에 형성된 통공의 내부 영역 내에 위치하도록 센서를 하강시킨다. 센서가 평행판의 통공 내부 영역 내로 하강하게 되면, 센서 구동부는 센서를 평행판 또는 통공의 장축 방향을 따라 수평 이동시킨다. 이때 센서는 센서 구동부에 의해 수평 이동하면서, 통공을 통해 전지 셀까지의 거리를 측정한다. 또한 센서는 평행판까지의 거리도 측정한다.

센서에 의한 거리 측정이 종료되면, 센서 구동부는, 센서를 원래의 위치로 이동시키고, 평행판 구동부 역시 평행판을 원래의 위치로 이동시킨다.

그리고, 본 발명의 변위 측정부는, 상기 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다. 하나의 구체적 예에서, 상기 제어부는, 상기 평행판이 전지 셀이 접촉하는 높이와, 상기 통공의 위치 정보를 기반으로, 센서의 거리 측정 개시 지점을 선정하고, 상기 센서 구동부에, 상기 센서를 상기 선정된 거리 측정 개시 지점으로 이동하도록 작동을 제어할 수 있다.

본 발명의 변위 측정부는, 상기 센서가 측정한 거리를 저장 및 처리하는 데이터 처리부를 포함한다. 데이터처리부는 센서로부터 측정된 거리 데이터를 송출받아, 이를 저장하고 데이터베이스화한다.

구체적으로, 상기 데이터처리부는, 공통 인자를 가지는 전지 셀 군별로, 데이터를 분류하여 처리한다. 여기서 공통 인자란, 전지 셀의 활성화 조건(충방전 조건, 온도, 습도), 전지 셀의 소재 특성 등의 공정 인자일 수 있다. 전지 셀의 굽힘도는, 이러한 공정 인자에 따라 다양하게 나타나므로, 하나의 기준으로 평가하기 곤란한바, 유사한 공정 인자를 가지는 전지 셀들을 그룹화하고, 그룹화된 전지 셀 군별로, 데이터를 저장 및 관리하면, 해당 전지 셀 군에 최적화된 굽힘 불량 기준을 마련할 수 있고, 공정 조건을 분석하기 유용하다.

따라서, 본 발명의 활성화 시스템은, 센서가 측정한 거리 정보를 데이터베이스화하고, 이를 기반으로 전지 셀의 굽힘도 수준과, 공정 조건과의 상관성을 분석할 수 있는 효과가 있다.

상기 데이터처리부는, 상기 센서에 의해 측정된 거리의 최대값이, 기준값을 초과하는 경우에 굽힘도 불량으로 판정하는 판정부를 포함할 수도 있다.

하나의 구체적 예에서, 본 발명의 활성화 시스템은, 다수의 전지 셀을 충방전하여 활성화하는 충방전 챔버; 및 충방전된 전지 셀을 숙성시키는 에이징 부를 포함한다.

상기 충방전 챔버는, 전지 셀을 정해진 충방전 조건에 따라 충전 및 방전하기 위한 장치로, 다수의 전지 셀을 수용하는 트레이; 트레이에 수납된 다수의 전지 셀에 전기적으로 접속하여, 전지 셀들을 충방전시키는 충방전부; 및 트레이에 수납된 다수의 전지 셀을 냉각하는 냉각부를 포함한다.

상기 에이징 부는, 전해액 주액 직후의 전지 셀 또는 충전 또는 충방전된 전지 셀을 에이징 또는 안정화하거나, 전지 셀의 OCV(개방회로전압) 모니터링을 위한 것으로, 전지 셀을 수용할 수 있는 수납 공간을 구비하고 있고, 일정 조건을 유지하는 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 변위 측정부는, 상기 챔버 및 상기 에이징 부의 하류에 위치하여, 제조 공정이 완료된 전지 셀에 대해 굽힘도를 측정할 수 있다.

또한 이와 달리, 상기 변위 측정부는 챔버와 에이징 부의 사이에 위치할 수도 있으며, 이 경우, 활성화 공정 중의 전지 셀에 대해 굽힘도를 측정해 조기에 불량 전지 셀을 제거할 수도 있다.

하나의 구체적 예에서, 본 발명의 활성화 시스템은, 상기 충방전 챔버 또는 상기 에이징 부의 어느 하나로부터 상기 변위 측정부까지 전지 셀을 이송하는 이송부를 더 포함한다. 상기 이송부는 전지 셀을 이송할 수 있는 수단이면 그 종류에 제한이 없으며, 구체적으로는 컨베이어 벨트일 수 있다.

상기 충방전 챔버를 구성하는 냉각부는, 충방전 중 발생하는 열기의 배출을 위한 것으로, 상기 냉각부는 하나 이상의 에어 공급부를 포함하되, 상기 에어 공급부들은 트레이의 상부에 균등 분할되어 배치된 구조일 수 있다.

이때 에어 공급부는, 송풍팬이고, 상기 냉각부는 트레이의 상부에 있는 송풍 팬을 통해, 하방 기류의 에어를 송풍하는 것일 수 있다.

이하, 도면 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[제 1 실시 형태]

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 시스템을 구성하는 변위 측정부의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 변위 측정부(100)는, 중앙에 통공(111)이 형성된 사각 링 형상의 평행판(110); 전지 셀(10) 표면까지의 거리를 측정하는 센서(120); 상기 평행판(110)이 수직 또는 수평 이동하도록 하는 평행판 구동부(130); 상기 센서(120)가 수직 또는 수평 이동하도록 하는 센서 구동부(140); 및 상기 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어하는 제어부(150)를 포함한다.

본 발명의 변위 측정부(100)는 전지 셀(10)의 굽힘도를 측정하기 위해서, 바닥면이 평평한 평행판(110)을 전지 셀(10)에 접촉한 상태로 올려 놓고, 평행판(110)으로부터 전지 셀 상부면까지의 거리(깊이)를 측정한다. 만약에 전지 셀이 구부러짐이 없이 완전히 평평하다면, 전지 셀의 상부면이, 평행판의 저면과 거의 맞붙어, 평행판으로부터 전지 셀까지의 거리는 0에 가까울 것이다. 그러나, 전지 셀에 굽힘이 있다면, 굽힘의 정도만큼 전지 셀은 평행판으로부터 멀어지게 될 것이다.

도 2는 본 발명의 센서와 평행판의 조합에 의해 굽힘도를 측정하는 개념을 나타내는 모식도이고, 도 3은 도 2의 상부도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 평행판(110)이 전지 셀(10)에 접촉된 상태에서, 센서(120)가 정해진 주행 경로를 따라 이동하면서, 평행판(110)으로부터 전지 셀까지의 거리(h)를 측정한다. 도 2와 같이 전지 셀이 휘거나, 굽은 경우, 센서에 의해 측정된 거리는, 센서의 주행 경로를 따라 증가하다가 감소하는 경향을 나타낸다.

이렇게 측정된 전지 셀까지 거리의 최대값은, 전지 셀의 굽힘 정도를 평가하는 하나의 척도가 될 수 있다. 즉 전지 셀의 굽힘 정도가 클 수록, 센서에 의해 측정된 전지 셀까지의 거리의 최대값은 크게 된다.

사람의 육안으로는, 평행판으로부터 전지 셀까지의 거리가 가장 큰 지점을 정확하게 알 수가 없다. 그러나, 본 발명의 변위 측정부는, 센서가 정해진 주행 경로를 따라 이동하면서, 복수의 지점에서 전지 셀까지의 거리를 측정하고, 측정값들의 비교/대조를 통해, 평행판으로부터 전지 셀까지 거리의 최대값을 정확하게 알 수 있게 된다.

한편 상기 평행판(110)은 중앙에 통공(111)이 형성된, 사각의 링 형태를 가질 수 있다. 평행판(110)의 중앙에 통공(111)이 형성된 것은, 센서(120)가 통공(111)의 빈 공간을 통해 전지 셀(10)까지의 거리를 측정하도록 하기 위한 것이다. 즉, 센서(120)는 상기 통공(111) 내부 영역에 위치하는 전지 셀 부위에 대해, 전지 셀까지의 거리를 측정하게 된다.

도 3을 참조하면, 상기 평행판(110)은, 그 장축 방향(도 3에서 x축 방향)이 전지 셀(10)의 전폭 방향과 동일한 방향으로 배향되도록 위치한다. 그리고, 평행판(110)에 형성된 통공(111)은, 소정의 폭을 가지되, 평행판의 장축 방향(x축 방향)을 따라 형성되어 있다. 센서(120)가 통공(111)의 내부 영역을 통해 전지 셀까지의 거리를 측정하므로, 통공의 폭은 센서가 거리를 측정할 수 있을 정도이면, 족하다. 또한 센서가 통공의 길이 방향을 따라 복수의 지점에서 거리 측정을 하므로, 통공의 길이는 전지 셀의 전폭 방향의 길이를 커버할 수 있을 정도의 길이이면 족하다.

상기 센서(120)는 전지 셀까지의 거리를 측정할 수 있는 것이라면, 그 종류에 있어서 특별한 제한은 없다. 구체적으로 초음파 방식에 의한 거리 센서일 수도 있고, 광을 조사하고, 반사된 광을 수광해, 수광한 광의 시간차에 의해 거리를 산출하는 광센서일 수도 있다.

전술한 바와 같이, 센서(120)는 전지 셀(10)까지의 거리를 측정하는데, 센서로부터 전지 셀까지의 거리(L1)와, 센서로부터 평행판까지의 거리(L2)를 각각 측정해, 이들 측정값의 차이로부터 평행판과 전지 셀까지의 거리(L1-L2=h)를 산출할 수 있게 된다.

상기 평행판 구동부(130)는, 평행판(110)이 수직 또는 수평 이동하도록 하는 부재이다. 도 4는 평행판(110)의 수직 이동을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 전지 셀의 굽힘도를 측정하기 위해서는, 우선 평행판(110)이 전지 셀(10)과 접촉하기 위해, 전지 셀을 향해 하방으로(화살표 방향) 수직 이동한다. 센서에 의한 거리 측정이 완료되면, 평행판은 상방으로 수직 이동하여, 원래의 위치로 돌아가게 된다.

한편 평행판은, 필요에 따라서는 수평 방향으로도 이동할 수도 있다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 측정부에 있어서, 상기 평행판(110)은 평행판 구동부에 의해 전지 셀(1)의 길이 방향(y축 방향)을 따라 수평 이동하며, 센서(120)가 이에 연동하여 화살표의 이동선을 따라, 전지 셀까지의 거리를 측정할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이때 센서(120)는 센서 구동부에 의해 이동할 수 있다.

상기 센서 구동부(140)는, 센서가 수직 또는 수평 이동하도록 하는 부재이다. 전술한 바와 같이, 평행판이, 전지 셀을 향해 하방으로 수직 이동함에 따라, 센서도 평행판과 동시에, 또는 평행판의 이동 동작 후에 전지 셀을 향해 하방으로 수직 이동한다. 이 때 센서는, 평행판으로부터 전지 셀까지의 거리를 측정해야 하므로, 평행판 보다는 높은 위치 또는 평행판과 동일한 높이로 이동하도록 구성된다.

상기 제어부(150)는, 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어한다.

하나의 구체적 예에서, 상기 제어부는, 상기 평행판이 전지 셀에 접촉하는 높이와, 통공의 위치 정보를 기반으로 센서가 거리 측정을 개시하게 되는 지점을 선정한다. 센서는 통공의 내부를 통해 전지 셀까지의 거리를 측정하므로, 센서의 위치는 통공의 위치와 연동하게 된다. 또한, 센서는 평행판으로부터 전지 셀까지의 거리를 측정해야 하므로, 센서의 높이가 평행판보다 낮은 위치이면 곤란하고, 평행판의 높이 보다 높거나, 적어도 평행판과 동일 높이에 위치해야 한다. 이에 제어부는 통공의 위치와 평행판의 높이를 기반으로, 센서가 거리 측정을 개시하는 지점을 선정하게 되는 것이다.

제어부는, 센서의 거리 측정 개시 지점을 선정한 후, 센서 구동부에 작동 명령을 내려, 센서가 선정된 거리 측정 개시 지점으로 이동하도록 한다. 이후 센서는 거리 측정 개시 지점에서, 거리 측정을 개시하게 되고, 정해진 주행 경로를 따라 이동하면서, 순차적 또는 연속적으로 전지 셀까지의 거리를 측정하게 되는 것이다.

센서에 의한 거리 측정이 종료되면, 제어부는 평행판 구동부 및 센서 구동부 각각에 작동 명령을 송출하고, 평행판 구동부 및 센서 구동부는 각각, 평행판 및 센서를 원래의 위치로 돌아가도록 구동한다.

이에 따라 변위 측정부에 의한, 전지 셀의 굽힘도 측정이 완료된다.

상기 충방전 챔버는, 전지 셀들을 충전 또는 방전하기 위한 것으로, 다수의 전지 셀을 수용하는 트레이; 트레이에 수납된 다수의 전지 셀에 전기적으로 접속하여, 전지 셀들을 충방전시키는 충방전부; 및 트레이에 수납된 다수의 전지 셀을 냉각하는 냉각부를 포함할 수 있다.

상기 트레이는, 상부가 개구된 대략 사각 박스 형상의 부재로서, 내부에 다수 개의 전지 셀이 매트릭스 모양으로 배열 장착된다. 이때, 상기 트레이의 높이는 대략 전지 셀의 높이에 대응되도록 형성된다. 아울러, 상기 트레이는 수납되는 전지 셀의 제1 및 제2 전극리드가 돌출될 수 있도록 양 측면이 천공된 구조이다. 구체적인 예에서, 상기 트레이의 양측면이 천공되어 있어, 상기 트레이에 수납되는 전지 셀의 제1 및 제2 전극리드는 외부와 연결 가능하게 된다. 예를 들어, 상기 트레이에 수납되는 전지 셀의 제1 및 제2 전극리드는 후술하게 되는 충방전부와 전기적으로 연결된다.

상기 충방전부는 트레이의 양측면에 위치하며, 트레이에 수납된 다수의 전지 셀의 제1 및 제2 전극리드들과 전기적으로 접속된다. 구체적인 예에서, 상기 충방전부는 상기 트레이에 수납된 다수의 전지 셀들에 전원을 공급하도록 결합하여 상기 전지 셀을 설정된 충방전 시간, 전압, 횟수 등으로 충방전할 수 있다. 나아가, 상기 전지 셀의 충방전 과정 동안 충방전 상태를 모니터링하고 작업을 완료한 후 원위치로 이동하는 등의 각종 작업을 수행하고 제어할 수 있는 제어부를 포함한다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 충방전 챔버는, 충방전에 의해 전지 셀의 온도가 상승하면, 열기를 식히는 냉각부를 포함한다.

상기 냉각부는, 하나 이상의 에어 공급부를 포함하되, 상기 에어 공급부들은 트레이의 상부에 균등 분할되어 배치된 구조일 수 있다.

하나의 구체적 예에서, 상기 에어 공급부는, 송풍 팬이고, 트레이의 상부에 위치하여, 송풍 팬을 통해 하방 기류의 에어를 전지 셀에 송풍하는 것일 수 있다.

상기 에이징 부는, 전지 셀을 숙성시키기 위한 것으로, 다수의 전지 셀을 수용할 수 있는 공간과, 일정한 온도 또는 습도를 유지할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 에이징 부는, 전해액 주입 직후의 전지 셀을 전해액이 전극에 함침될 수 있도록 일정 시간 동안 전지 셀을 방치하거나, 초기 충전한 전지 셀을 안정화하기 위해 일정한 시간 동안 방치하기 위한 공간을 제공한다.

하나의 구체적 예에서, 상기 변위 측정부는, 상기 챔버 및 상기 에이징 부의 하류에 위치할 수 있다.

[제 2 실시 형태]

도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 변위 측정부의 모식도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 변위 측정부(100)는, 중앙에 통공(111)이 형성된 사각 링 형상의 평행판(110); 전지 셀(10) 표면까지의 거리를 측정하는 센서(120); 상기 평행판(110)이 수직 또는 수평 이동하도록 하는 평행판 구동부(130); 상기 센서(120)가 정해진 주행 경로를 따라 이동하도록 하는 센서 구동부(140); 및 상기 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어하는 제어부(150); 및 상기 센서로부터 측정된 거리 데이터를 송출받아, 이를 저장 및 처리하는 데이터처리부(160)를 포함한다.

데이터처리부는, 전수의 전지 셀에 대해 변위 측정부에 의한 거리 측정 후, 대량의 데이터를 저장하고, 저장된 데이터로부터 굽힘도 불량의 기준값을 선정하며, 공정 조건과의 상관성 분석을 수행할 수 있다.

구체적으로, 데이터처리부는, 공통 인자를 가지는 전지 셀 군별로, 데이터를 분류하여 데이터를 처리할 수 있다. 여기서 공통 인자란, 동일한 로뜨(Lot) 단위일 수 있고, 동일한 충방전 조건, 에이징 조건 등 제조 공정을 의미하는 것일 수 있다. 동일 로뜨 단위나 공정 조건이 동일한 전지 셀들은, 굽힘도가 동일하게 관리되어야 하므로, 공통 인자를 가지는 전지 셀 군별로, 데이터를 분류해 처리함으로써, 동일 전지 셀 군에 따라 적합한 굽힘도의 기준값이 도출될 수 있는 것이다.

상기 데이터처리부는, 센서에 의해 측정된 거리의 최대값이, 기준값을 초과하는 경우에, 굽힘도 불량으로 판정하는 판정부를 포함할 수 있다.

하나의 구체적 예에서, 데이터처리부는, 전수의 거리 측정값 데이터를 기반으로, 통계적 방식에 의해 불량의 기준이 되는 기준값을 선정할 수 있다. 통상 공통 인자를 가지는 전지 셀 군들은, 굽힘도 평가의 척도가 되는, 전지 셀까지의 거리의 최대값 데이터가, 정규 분포 곡선 형태를 나타낼 수 있는데, 정규 분포 곡선에서, 편차가 큰 것은 불량일 확률이 높다. 따라서 편차차 소정의 범위를 초과하면, 이를 굽힘도 불량으로 선별할 수 있는 것이다.

본 발명의 변위 측정부는, 이렇게 데이터처리부에 의해 전수 측정된 데이터를 기반으로, 굽힘도 불량의 기준값을 도출할 수 있으므로, 신뢰도가 높고, 변위 측정부가 판정부를 포함함에 따라, 굽힘이 심한 불량 전지를 자동으로 선별할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 전지 셀
100: 변위 측정부
110: 평행판
120: 센서
130: 평행판 구동부
140: 센서 구동부
150: 제어부
160: 데이터처리부

Claims

다수의 전지 셀을 충방전 및 에이징하는 전지 셀의 활성화 시스템으로서,
전지 셀의 굽힘도를 측정하는 변위 측정부를 포함하고,
상기 변위 측정부는,
중앙에 통공이 형성된 사각 링 형상의 평행판;
전지 셀 표면까지의 거리를 측정하는 센서;
상기 평행판이 수직 또는 수평 이동하도록 하는 평행판 구동부;
상기 센서가 수직 또는 수평 이동하도록 하는 센서 구동부; 및
상기 평행판 구동부와 센서 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 변위 측정부는,
상기 센서로부터 측정된 거리 데이터를 송출받아, 이를 저장 및 처리하는 데이터처리부를 더 포함하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 데이터처리부는,
공통 인자를 가지는 전지 셀 군별로, 데이터를 분류하여 처리하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 2 항에 있어서, 데이터처리부는,
상기 센서에 의해 측정된 거리의 최대값이, 기준값을 초과하는 경우에 굽힘도 불량으로 판정하는 판정부를 포함하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 센서는,
상기 통공의 내부 영역에 있는 전지 셀 부위에 대해 거리를 측정하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 평행판은,
그 장축 방향이 전지 셀의 전폭 방향과 동일한 방향으로 배향되도록 구성된 전지 셀의 활성화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 평행판에 형성된 통공은,
소정의 폭을 가지되, 평행판의 장축 방향을 따라 형성된 전지 셀의 활성화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 평행판이 전지 셀이 접촉하는 높이와, 상기 통공의 위치 정보를 기반으로, 센서의 거리 측정 개시 지점을 선정하고,
상기 센서 구동부에, 상기 센서를 상기 선정된 거리 측정 개시 지점으로 이동하도록 작동을 제어하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 1 항에 있어서,
다수의 전지 셀을 충방전하여 활성화하는 충방전 챔버; 및
충방전된 전지 셀을 숙성시키는 에이징 부를 더 포함하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 변위 측정부는,
상기 챔버 및 상기 에이징 부의 하류에 위치하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 변위 측정부는,
상기 챔버와 상기 에이징 부의 사이에 위치하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 충방전 챔버 또는 상기 에이징 부의 어느 하나로부터 상기 변위 측정부까지 전지 셀을 이송하는 이송부를 더 포함하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 충방전 챔버는,
다수의 전지 셀을 수용하는 트레이;
트레이에 수납된 다수의 전지 셀에 전기적으로 접속하여, 전지 셀들을 충방전시키는 충방전부; 및
트레이에 수납된 다수의 전지 셀을 냉각하는 냉각부를 포함하는 전지 셀의 활성화 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 냉각부는,
하나 이상의 에어 공급부를 포함하되, 상기 에어 공급부들은 트레이의 상부 에 균등 분할되어 배치된 구조인 전지 셀의 활성화 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 냉각부는,
트레이의 상부에 위치하는 송풍 팬을 통해, 하방 기류의 에어를 송풍하는 전지 셀의 활성화 시스템.