KR20240035010A - 전지 셀 가압 및 충방전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지 셀이 투입되는 내부 프레임, 상기 전지 셀을 가압하는 플레이트, 상기 플레이트 상에서 상기 플레이트가 연장되는 방향으로 이동 가능하고, 상기 전지 셀을 그립하는 가압 블록 및 상기 내부 프레임 외곽에 배치되고, 배선에 의해 상기 가압 블록과 전기적으로 연결되는 내부 탭이 배치되는 외부 프레임을 포함하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전지 셀 가압 및 충방전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지 셀의 사이즈가 변경되어도 내부 프레임의 변경 없이 전지 셀의 가압 및 충방전이 가능한 전지 셀 가압 및 충방전 시스템에 관한 것이다.
최근 화석 연료 고갈에 의한 에너지원 가격이 상승하고, 환경 오염이 심각해짐에 따라, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에, 원자력, 풍력, 조력, 태양광 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 진행되고 있으며, 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장 장치에 대한 관심도 증가하고 있다.
특히, 전기자동차나 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)와 같은 중대형 어플리케이션에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께를 갖는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 갖는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 전고체 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높아지고 있다.
이러한 이차전지는 전지케이스 내부에 양극, 음극, 이들 사이에 배치되는 분리막 및 전해질로 이루어진 전극 조립체가 내장되어 있고, 양극 및 음극 탭들이 두 개의 전극 탭들에 용접되어 전지케이스의 외부로 노출되도록 실링되어 있는 구조로 되어 있다. 이러한 전극 탭들은 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되고, 이차전지는 전극 탭들을 통해 외부 장치에 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 전력을 공급받을 수 있다.
한편, 이차전지는 전극 조립체를 전지케이스에 수납하고 전해액을 주입하는 단계를 거친 후, 전지를 활성화시키는 활성화 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 이때, 활성화 단계는 충방전 장치에 이차전지를 프레임에 장착한 후, 가압한 상태에서 활성화에 필요한 조건으로 이차전지를 충방전하는 과정을 포함할 수 있다.
이 때, 전극 조립체의 크기가 변하는 경우, 변경된 크기에 맞는 프레임을 다시 사용해야한다. 이에 따라, 이차전지를 제조하는 시간 및 비용이 낭비되는 문제가 발생하고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 전극 조립체의 크기가 변해도 동일한 프레임을 이용하여 가압 및 충방전을 진행할 수 있는 전지 셀 가압 및 충방전 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 충방전 전용 충방전기를 사용하지 않고, 용량 검사용 충방전기를 사용할 수 있는 전지 셀 가압 및 충방전 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 구현예에 따른 전지 셀 가압 및 충방전 시스템은 전지 셀이 투입되는 내부 프레임, 상기 전지 셀을 가압하는 플레이트, 상기 플레이트 상에서 상기 플레이트가 연장되는 방향으로 이동 가능하고, 상기 전지 셀을 그립하는 가압 블록 및 상기 내부 프레임 외곽에 배치되고, 배선에 의해 상기 가압 블록과 전기적으로 연결되는 내부 탭이 배치되는 외부 프레임을 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 가압 블록은 상기 전지 셀과 접촉하는 부분에는 배치되는 회로 기판을 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 내부 프레임 내에 배치되고, 상기 전지 셀에 가해지는 압력을 측정 가능한 로드 셀을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 플레이트를 가압하는 가압 샤프트를 더 포함하고, 상기 가압 샤프트는 회전에 의해 상기 플레이트를 가압할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 회전은 스크류 회전일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 가압 블록은 상기 전지 셀의 탭을 그립할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 전지 셀은 양 단부에 탭이 있는 양방향 탭 전지 셀일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 전지 셀은 일 단부에만 탭이 있는 단방향 탭 전지 셀일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 가압 블록은 하나의 상기 플레이트에 두 개 이상 배치될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 외부 프레임을 이송시키는 이송 장치 및 이송된 상기 외부 프레임이 투입되는 충방전 장치를 더 포함하고, 상기 충방전 장치에는 상기 내부 탭과 전기적으로 연결되는 외부 탭이 배치되며, 상기 충방전 장치에서 인가되는 전류는 상기 외부 탭, 상기 내부 탭, 및 상기 가압 블록을 통해 상기 전지 셀에 전달할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 외부 탭은 상기 내부 탭을 그립하여 전기적으로 연결하는 탭 그리퍼일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 배선은 스프링 형태로 상기 내부 탭과 상기 가압 블록을 연결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템은 플레이트 상에서 이동 가능한 가압 블록이 전지 셀의 사이즈에 상관없이 전지 셀의 탭을 그립함으로써, 내부 프레임의 변경 없이 다양한 사이즈의 전지 셀들에 대해서 가압을 진행할 수 있다.
스프링 형태로 배치되는 배선은 길이가 늘어날 수 있다. 이에 따라, 내부 탭은 내부 프레임 내에서 위치가 고정된 상태에서 길이가 늘어나는 배선에 의해 가압 블록과 연결될 수 있다. 가압 블록이 이동할 경우, 내부 탭의 위치는 변동하지 않고 배선의 길이만 늘어나거나 줄어들 수 있다. 외부 탭은 외부 프레임 내에서 내부 탭과 상응하는 위치에 고정적으로 배치되어 있을 수 있다.
따라서, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템은 전지 셀의 크기에 상관없이 동일한 내부 프레임, 외부 프레임 및 충방전 장치를 사용할 수 있다. 이에 따라, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템은 전지 셀의 크기가 변할 때마다 프레임을 교체해야 했던 종래의 가압 및 충방전 시스템에 비해 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전지 셀 가압 및 충방전 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 가압 트레이의 일 구현예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 가압 트레이 내부에 투입된 전지 셀이 가압된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 가압 트레이에 포함되는 가압 블록의 일 구현예를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 셀 전지 가압 및 충방전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 가압 트레이에 포함되는 가압 블록의 일 구현예를 나타내는 도면들이다.
도 2는 도 1의 가압 트레이의 일 구현예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 가압 트레이 내부에 투입된 전지 셀이 가압된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 가압 트레이에 포함되는 가압 블록의 일 구현예를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 셀 전지 가압 및 충방전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 가압 트레이에 포함되는 가압 블록의 일 구현예를 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 구현예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 구현예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전지 셀 가압 및 충방전 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템(1000)은 가압 트레이(1), 이송 장치(2) 및 충방전 장치(3)를 포함할 수 있다. 가압 트레이(1)는 전지 셀을 가압할 수 있다. 이를 위해, 가압 트레이(1)에는 전지 셀이 투입될 수 있다. 충방전 장치(3)는 가압 트레이(1)에 투입된 전지 셀을 충전 및 방전시킬 수 있다. 전지 셀을 충전 및 방전시키는 과정은 전지 셀을 활성화시키는 활성화 공정으로 정의될 수 있다. 활성화 공정이 진행되는 과정에서 전극판의 두께 변화 또는 가스 발생으로 인해 전지 셀이 팽창할 수 있다. 전지 셀 가압 및 충방전 시스템(1000)은 전지 셀이 팽창하는 것을 방지하기 위해 가압 트레이(1)가 전지 셀을 가압하면서 충방전 장치(3)가 전지 셀을 충전할 수 있다.
전지 셀이 투입된 가압 트레이(1)는 이송 장치(2)에 의해 충방전 장치(3)로 이송될 수 있다. 이송 장치(2)는 가압 트레이(1)를 충방전 장치(3)로 이송시킬 수 있는 범위 내에서 다양하게 사용될 수 있다. 이송 장치(2)는 컨베이어 벨트, 크레인 등을 포함할 수 있다. 크레인으로는 스태커 크레인이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가압 스테이지에서 가압 트레이(1)에 전지 셀이 투입될 수 있다. 가압 트레이(1)는 투입된 전지 셀을 가압한 상태에서 컨베이어 벨트를 통해 충방전 장치(3)로 이동할 수 있다. 이후, 스태커 크레인이 가압 트레이(1)를 충방전 장치(3) 내로 투입할 수 있다.
이송 장치(2)에 의해 가압 트레이(1)는 충방전 장치(3) 내로 투입되어, 충방전 장치(3)와 전기적으로 연결될 수 있다. 충방전 장치(3)는 가압 트레이(1)에 전류를 인가할 수 있다.
도 2는 도 1의 가압 트레이의 일 구현예를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 가압 트레이 내부에 투입된 전지 셀이 가압된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 가압 트레이(1)는 내부 프레임(10), 외부 프레임(20), 전지 셀(30), 플레이트, 가압 샤프트(120), 가압 조절 부재(130), 로드 셀(140), 가압 블록(150), 내부 탭(160) 및 배선(170)을 포함할 수 있다. 상기 플레이트는 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트(110)를 포함할 수 있다.
내부 프레임(10)은 전지 셀(30)이 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 내부 프레임(10)은 전지 셀(30)을 수용하여 고정시키기 위해 강성을 갖는 물질들로 구성될 수 있다. 내부 프레임(10)에는 전지 셀(30)이 투입될 수 있다. 전지 셀(30)은 내부 프레임(10)에 투입된 후, 가압 및 충방전을 통해 활성화될 수 있다. 전지 셀(30)은 적어도 하나 이상이 투입될 수 있다.
메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트(110)는 전지 셀(30)을 가압할 수 있다. 이를 위해 메인 플레이트(100)는 판상 구조를 가질 수 있다. 메인 플레이트(100)는 제1 방향(DR1)으로 연장될 수 있다. 메인 플레이트(100)는 제1 방향(DR1)에 수직한 제2 방향(DR2)으로 가압을 진행할 수 있다. 이를 위해 메인 플레이트(100)는 높은 열과 압력에도 변형이 없고 기계적 강성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메인 플레이트(100)는 금속 재질로 구성될 수 있다. 물론, 메인 플레이트(100)는 금속 재질 이외에도 기계적 강성이 우수한 것이라면, 예컨대, 알루미늄, 스테인리스스틸, 강화 플라스틱, 강화 세라믹 또는 강화 유리 등으로 제작될 수 있다. 메인 플레이트(100)가 제2 방향(DR2)으로 가압을 진행할 경우, 서브 플레이트들(110)은 제2 방향(DR2)으로 순차적으로 밀릴 수 있다.
메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 사이에는 간지가 고정되어 있을 수 있다. 간지는 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 상부에 핀으로 고정될 수 있고, 전지 셀이 가압되기 전에 전지 셀을 고정시키는 역할을 수행할 수 있다. 간지는 전지 셀의 길이보다 작은 길이를 가질 수 있다. 간지는 전지 셀의 몸통을 가릴 정도의 길이로 배치되는 것이 바람직하다. 전지 셀의 탭이 간지에 의해 가려질 경우, 가압 블록(150)이 전지 셀의 탭과 전기적으로 연결될 수 없다. 간지는 난연 코팅 종이 또는 필름으로 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 내부 프레임(10)에는 복수의 전지 셀들(30) 및 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)이 배치될 수 있고, 복수의 전지 셀들(30) 각각에 인접하게 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)이 위치할 수 있다. 각각의 전지 셀들(30)은 인접하게 위치하는 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트(110)에 의해 가압될 수 있다.
가압 샤프트(120) 및 가압 조절 부재(130)는 메인 플레이트(100)를 가압할 수 있다. 가압 조절 부재(130)는 기어를 회전시켜 가압 샤프트(120)를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 가압 샤프트(120)는 스크류 회전을 통해 메인 플레이트(100)를 가압할 수 있다. 메인 플레이트(100)에 가해지는 압력은 서브 플레이트들(100)에 전달될 수 있고, 이를 통해 복수의 전지 셀들(30)이 함께 가압될 수 있다. 가압 샤프트(120)에는 나사선이 존재하고, 서브 플레이트들(110)은 베어링 등에 의해 나사선과 접촉할 수 있다. 이를 통해, 가압 샤프트(120)의 스크류 회전에 의해 서브 플레이트들(110)이 제2 방향(DR2)으로 이동할 수 있다. 도시하진 않았지만, 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)을 거치하기 위한 거치용 샤프트가 추가될 수 있다.
로드 셀(140)은 전지 셀(30)에 가해지는 압력을 측정할 수 있다. 로드 셀(140)은 내부 프레임(10) 내에서 가압 샤프트(120)가 압력을 가하는 방향에 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가압 샤프트(120)에 의해 압력이 가해지면 로드 셀(140)은 서브 플레이트(110)와 접촉할 수 있고, 서브 플레이트(110)에 의해 로드 셀(140)에도 압력이 가해질 수 있다. 로드 셀(140)은 기 설정된 압력 이상의 압력이 가해지는 경우에 가압을 중단하도록 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 로드 셀(140)은 3000kgf을 넘어서는 압력이 가해지는 경우에 가압을 중단하도록 신호를 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 가압 트레이(1)는 전지 셀(30)에 과한 압력이 가해짐으로써 전지 셀(30)에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 로드 셀(140)은 가압 스테이지에서만 전기적으로 연결되어 작동이 가능하고, 충전 및 방전이 진행되는 과정에서는 작동하지 않는다.
가압 블록(150)은 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 상에 배치될 수 있다. 가압 블록(150)은 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 상에서 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)이 연장되는 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 가압 블록(150)은 제1 방향(DR1)으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 전지 셀(30)의 제1 방향(DR1)으로의 길이가 변경되어도, 내부 프레임(10)을 변경할 필요 없이 가압 블록(150)만을 이동시켜 다른 길이의 전지 셀(30)을 그립할 수 있다. 가압 블록(150)은 배선(170)과 전기적으로 연결될 수 있다.
가압 블록(150)은 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 상에 두 개 이상 존재할 수 있다. 가압 블록들(150)은 전지 셀(30)의 탭과 접촉할수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 전지 셀(30)은 양 단부에 탭이 위치하는 양방향 탭 전지 셀로 정의될 수 있다. 가압 블록들(150)은 전지 셀(30)의 양 단부에 위치하는 탭들과 각각 접촉할 수 있다. 이 때, 가압 블록들(150)은 전지 셀(30)과 접촉하는 부분에 배치되는 회로 기판(circuit board)을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판은 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 일 수 있다. 상기 회로 기판을 통해, 가압 블록(150)은 전지 셀(30)과 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 탭(160)은 외부 프레임(20)의 내측에 배치될 수 있다. 내부 탭(160)은 배선(170)에 의해 가압 블록들(150)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 외부에서 내부 탭(160)에 전달되는 신호가 배선(170)을 통해 가압 블록들(150)로 전달될 수 있다. 배선(170)은 길이 변동이 용이하도록 스프링 형태로 배치되어 있을 수 있다. 이에 따라, 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)이 제2 방향(DR2)으로 이동하여도 배선(170)이 단선되지 않을 수 있다. 배선(170)의 길이가 일정하게 정해져 있는 경우, 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)이 이동함에 따라, 가압 블록들(150)과 배선(170)의 연결이 끊어질 수 있다. 이후, 메인 플레이트(100)에 전달된 신호는 가압 블록(150)을 통해 전지 셀(30)에 전달될 수 있다. 즉, 내부 탭(160), 배선(170), 가압 블록들(150), 및 전지 셀(30)은 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 가압 트레이에 포함되는 가압 블록의 일 구현예를 나타내는 도면이다.
도 4a는 제2 방향(DR2)에서 바라본 서브 플레이트(110)를 도시한 도면이고, 도 4b는 제2 방향(DR2)의 반대 방향에서 바라본 서브 플레이트(110)를 도시한 도면이다. 도 4a를 참조하면, 서브 플레이트(110)의 양 단부에는 홀들(H)이 형성될 수 있다. 전술한 가압 샤프트(120)는 홀들(H)을 관통하며 배치될 수 있다. 가압 블록(150)은 서브 플레이트(110) 상에 배치될 수 있다. 가압 블록(150)은 서브 플레이트(110) 상에서 제1 방향(DR1) 및 제1 방향(DR1)에 반대되는 방향으로 이동할 수 있다. 이를 통해, 전지 셀의 제1 방향(DR1)으로의 길이가 변경되어도 가압 블록(150)이 이동하여 전지 셀의 탭과 접촉할 수 있다.
도 4c는 서브 플레이트(110)를 측면에서 바라본 측면도이다. 가압 블록(150)은 제1 서브 가압 블록(151), 제2 서브 가압 블록(152) 및 연결 부재(153)를 포함할 수 있다. 제1 서브 가압 블록(151) 및 제2 서브 가압 블록(152)은 연결 부재(153)에 의해 연결될 수 있다. 이와 같이, 가압 블록(153)은 복수의 부재들이 연결된 상태에서 서브 플레이트(110) 상에 배치될 수 있고, 제1 방향(DR1) 및 제1 방향(DR1)에 반대되는 방향으로 이동할 수 있다.
제1 서브 가압 블록(151)은 용수철을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전지 셀의 탭을 가압할 때, 제1 서브 가압 블록(151)은 압축될 수 있다. 제2 서브 가압 블록(152)에는 회로 기판이 배치될 수 있다. 이때, 제2 서브 가압 블록(152)은 도 2 및 도 3에서 설명한 배선(170)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 가압 블록(150)은 제2 서브 가압 블록(152)을 통해 전지 셀의 탭과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 제1 서브 가압 블록(151)에 회로 기판이 배치되고, 제2 서브 가압 블록(152)이 용수철을 포함할 수도 있다.
도 4a 내지 도 4c에서는 서브 플레이트(110)를 기준으로 설명이 진행되었지만, 메인 플레이트(100)도 도 4a 내지 도 4c의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 셀 전지 가압 및 충방전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 이송 장치(2)에 의해 충방전 장치(3) 내부로 투입된 가압 트레이(1)는 충방전 장치(3)와 전기적으로 연결될 수 있다.
충방전 장치(3)는 내부에 배치되는 외부 탭(180)을 포함할 수 있고, 외부 탭(180)은 그리퍼(gripper) 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 외부 탭(180)은 탭 그리퍼로 정의될 수 있다. 외부 탭(180)은 내부 탭(160)을 그립함으로써 내부 탭(160)과 접촉하고, 내부 탭(160)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 외부 탭(180) 및 내부 탭(160)은 내부에 도전성 물질을 포함하고, 서로 접촉함으로써 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 외부 탭(180) 및 내부 탭(160)은 각각 단부에 회로 기판(circuit board)을 포함할 수 있고, 각각의 단부가 접촉함으로써 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, 충방전 장치(3)는 외부 탭(180)을 통해 내부 탭(160)으로 전류를 제공할 수 있다. 상기 전류는 전지 셀(30)까지 전달되어 전지 셀(30)을 충방전하는 역할을 수행할 수 있다.
스프링 형태로 배치되는 배선(170)은 길이가 늘어날 수 있다. 이에 따라, 내부 탭(160)은 내부 프레임(10) 내에서 위치가 고정된 상태에서 배선(170)에 의해 가압 블록들(150)과 연결될 수 있다. 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110)이 제2 방향(DR1)으로 이동할 경우, 내부 탭(160)의 위치는 변동하지 않고 배선(170)의 길이만 늘어나거나 줄어들 수 있다. 외부 탭(180)은 외부 프레임(20) 내에서 내부 탭(160)과 상응하는 위치에 고정적으로 배치되어 있을 수 있다. 즉, 내부 탭(160)과 외부 탭(180)의 위치는 각각 고정되어 있다.
또한, 전지 셀(30)의 제1 방향(DR1)으로의 길이가 변경되어도 가압 블록(150)이 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 상에서 제1 방향(DR1)으로 이동하여 전지 셀(30)의 탭을 그립할 수 있기 때문에, 내부 프레임(10)의 교체 또한 필요 없다. 따라서, 일 구현예에 따른 전지 셀 가압 및 충방전 시스템(1000)은 전지 셀(30)의 크기에 상관없이 동일한 내부 프레임(10), 외부 프레임(20) 및 충방전 장치(3)를 사용할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 전지 셀 가압 및 충방전 시스템(1000)은 전지 셀(30)의 크기가 변할 때마다 프레임을 교체해야 했던 종래의 가압 및 충방전 시스템에 비해 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 가압 트레이를 나타내는 도면이다. 도 6은 전지 셀(30)의 제1 방향(DR1)의 길이가 줄어든 것을 제외하면, 도 1과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 전지 셀(30)의 길이가 변경되는 경우에 가압 블록(150)이 전지 셀(30)의 길이에 맞춰 메인 플레이트(100) 및 서브 플레이트들(110) 상에서 이동할 수 있다. 가압 블록(150)은 이동 후 전지 셀(30)의 탭을 그립할 수 있다. 가압 블록(150)은 전지 셀(30)의 탭을 그립함으로써 전지 셀(30)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가압 블록(150)이 전지 셀(30)의 탭을 그립하는 부분에는 회로 기판(circuit board)이 배치될 수 있다. 상기 회로 기판은 인쇄 회로 기판(printed circuit board)일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 가압 트레이를 나타내는 도면이다. 도 7은 전지 셀(30)이 단방향 탭 전지 셀로 변경된 것을 제외하면, 도 1과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 전지 셀(30)은 양방향 탭 전지 셀이 아닌 단방향 탭 전지 셀이 사용될 수 있다. 단방향 탭 전지 셀은 전지 셀의 일 측에만 탭이 위치하는 전지 셀로 정의될 수 있다. 이 경우, 전지 셀(30)은 일 단부에만 탭이 위치할 수 있다. 메인 플레이트(100) 상에서 이동 가능한 가압 블록(150)은 각각 다른 전지 셀(30)과 접촉할 수 있다.
예를 들어, 하나의 서브 플레이트(110)의 제1 방향(DR1)의 단부에 위치하는 가압 블록(150)은 서브 플레이트(110)에 인접하게 위치하는 전지 셀들(30) 중 제1 방향(DR1)에 위치하는 전지 셀(30)과 접촉하고, 제1 방향(DR1)과 반대되는 방향에 위치하는 가압 블록(150)은 서브 플레이트(110)에 인접하게 위치하는 전지 셀들 중 제1 방향(DR1)과 반대되는 방향에 위치하는 전지 셀(30)과 접촉할 수 있다. 이때, 단방향 탭 전지 셀은 일 측에만 탭이 두개 위치할 수 있기 때문에, 가압 블록(150)의 구조가 전술한 바와 다소 상이할 수 있다. 이에 대해서는 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명하기로 한다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 가압 트레이에 포함되는 가압 블록의 일 구현예를 나타내는 도면들이다. 도 8a 내지 도 8c는 절연 부재(155)가 추가된 것을 제외하면 도 4a 내지 도 4c와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 절연 부재(155)가 제1 서브 가압 블록(151) 및 제2 서브 가압 블록(152) 사이에 배치될 수 있다. 절연 부재(155)는 제1 서브 가압 블록(151) 및 제2 서브 가압 블록(152) 중 어느 하나에만 배치될 수도 있다. 예를 들어, 제1 서브 가압 블록(151)에 회로 기판이 배치될 경우, 절연 부재(155)는 제1 서브 가압 블록(151) 측에만 배치될 수 있다. 반대로, 제2 서브 가압 블록(152)에 회로 기판이 배치될 경우, 절연 부재(155)는 제2 서브 가압 블록(152) 측에만 배치될 수 있다.
절연 부재(155)는 회로 기판이 배치되는 서브 가압 블록의 상부 및 하부에 배치되는 회로 기판들을 절연시키는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 회로 기판이 배치되는 서브 가압 블록의 상부는 전지 셀의 두개의 탭들 중 하나의 탭과 접촉하고, 하부는 전지 셀의 두개의 탭들 중 나머지 하나의 탭과 접촉할 수 있다.
이 때, 도 7에 도시된 배선(170)은 복수개이고, 서브 가압 블록의 상부 및 하부에 각각 연결될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 가압 트레이
2: 이송 장치
3: 충방전 장치 10: 내부 프레임
20: 외부 프레임 30: 전지 셀
100: 메인 플레이트 110: 서브 플레이트
120: 가압 샤프트 130: 가압 조절 부재
140: 로드 셀 150: 가압 블록
160: 내부 탭 170: 배선
180: 외부 탭 151: 제1 서브 가압 블록
152: 제2 서브 가압 블록 153: 연결 부재
155: 절연 부재
3: 충방전 장치 10: 내부 프레임
20: 외부 프레임 30: 전지 셀
100: 메인 플레이트 110: 서브 플레이트
120: 가압 샤프트 130: 가압 조절 부재
140: 로드 셀 150: 가압 블록
160: 내부 탭 170: 배선
180: 외부 탭 151: 제1 서브 가압 블록
152: 제2 서브 가압 블록 153: 연결 부재
155: 절연 부재
Claims (12)
- 전지 셀이 투입되는 내부 프레임;
상기 전지 셀을 가압하는 플레이트;
상기 플레이트 상에서 상기 플레이트가 연장되는 방향으로 이동 가능하고, 상기 전지 셀을 그립하는 가압 블록; 및
상기 내부 프레임 외곽에 배치되고, 배선에 의해 상기 가압 블록과 전기적으로 연결되는 내부 탭이 배치되는 외부 프레임을 포함하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 가압 블록은 상기 전지 셀과 접촉하는 부분에는 배치되는 회로 기판(circuit board)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 내부 프레임 내에 배치되고, 상기 전지 셀에 가해지는 압력을 측정 가능한 로드 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 플레이트를 가압하는 가압 샤프트를 더 포함하고,
상기 가압 샤프트는 회전에 의해 상기 플레이트를 가압하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 회전은 스크류 회전인 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 가압 블록은 상기 전지 셀의 탭을 그립하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 전지 셀은 양 단부에 탭이 있는 양방향 탭 전지 셀인 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 전지 셀은 일 단부에만 탭이 있는 단방향 탭 전지 셀인 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 가압 블록은 하나의 상기 플레이트에 두 개 이상 배치되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 외부 프레임을 이송시키는 이송 장치; 및
이송된 상기 외부 프레임이 투입되는 충방전 장치를 더 포함하고,
상기 충방전 장치에는 상기 내부 탭과 전기적으로 연결되는 외부 탭이 배치되며,
상기 충방전 장치에서 인가되는 전류는 상기 외부 탭, 상기 내부 탭, 및 상기 가압 블록을 통해 상기 전지 셀에 전달되는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 외부 탭은 상기 내부 탭을 그립하여 전기적으로 연결하는 탭 그리퍼인 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 배선은 스프링 형태로 상기 내부 탭과 상기 가압 블록을 연결하는 것을 특징으로 하는, 전지 셀 가압 및 충방전 시스템.
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