WO2021040188A1 - 이차전지 충방전 장치 - Google Patents

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WO2021040188A1
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cell
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guide
pressing
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손재형
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery charging and discharging device, and more particularly, to a secondary battery charging and discharging device capable of remarkably reducing a product defect rate due to component development at a terrace portion of a secondary battery cell during an activation process of a secondary battery.
  • secondary batteries can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a pouch type, and the like according to their shape.
  • the pouch-type secondary battery uses a pouch exterior material composed of a metal layer (foil) and a multilayer film of a synthetic resin layer coated on the upper and lower surfaces of the metal layer. Since the weight can be remarkably reduced, the battery can be reduced in weight, and it has the advantage of being able to change into various forms, which is attracting a lot of attention.
  • the pouch-type secondary battery is accommodated in a stacked form of an electrode assembly, and an electrode tab and an electrode lead are connected to the electrode assembly, and the electrode lead protrudes from the pouch exterior material. These electrode leads are electrically connected through contact with the external device to receive power from the external device.
  • the pouch-type secondary battery is manufactured through the process of assembling the cell and activating the battery.
  • the secondary battery cell is mounted in a charging/discharging device, and charging and discharging are performed under conditions necessary for activation.
  • a formation process a process in which charging and discharging is repeatedly performed several times for activation of a battery.
  • a secondary battery charging/discharging apparatus includes pressing plates for pressing the secondary battery and a charging/discharging gripper connected to an electrode lead of the secondary battery cell to apply a current/voltage.
  • the pressing plate suppresses an increase in the thickness of the secondary battery cell due to gas generation during the charging and discharging process by pressing the secondary battery cell.
  • the pouch-type secondary battery cell before the formation process has a larger pouch size than the pouch size of the final product in order to collect gas generated during the charging/discharging process.
  • the excess portion for collecting the gas is commonly referred to in the art as a gas pocket portion.
  • the gas pocket portion is cut after the activation process.
  • the terrace (2b) portion of the secondary battery cell swells up and breaks the inner adhesive layer of the pouch, causing an insulation voltage defect (see Fig. 1).
  • This causes only the body (2a) portion of the secondary battery cell during the charging and discharging process.
  • the terrace portion (heat-sealed portion) of the cell which is pressurized with a thin thickness, is caused by an increase in the pressure inside the pouch in an unpressed state.
  • the product defect rate due to the breakage of the adhesive layer on the terrace portion of the secondary battery cell also has a significant effect on the production yield. Accordingly, there is a need for an improvement method to prevent damage to the terrace portion of the secondary battery cell.
  • the present invention has been invented in consideration of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery charging and discharging apparatus capable of preventing the phenomenon of parts on a terrace portion of a secondary battery cell during a charging and discharging process.
  • the secondary battery cells are disposed facing each other with a cell insertion space disposed therebetween, and moved to narrow the gap with each other.
  • a plurality of pressing plates provided to press the body of the secondary battery cell;
  • a gripper unit mounted on an upper edge of each of the crimping plates and extending into the cell insertion space, so that when the crimping plate presses the body of the secondary battery cell, the gripper unit is provided to come into contact with the electrode lead portion of the secondary battery cell field;
  • a secondary battery charging and discharging apparatus including push bar units each coupled to the gripper unit, extending into the cell insertion space, and having a push bar pressing portion provided to elastically press the terrace portion of the secondary battery cell may be provided.
  • the push bar unit further includes a push bar head mounted on an upper end of the pressing plate, and the push bar pressing unit has a width corresponding to a width of a terrace portion of the secondary battery, and the cell insertion space at one side of the push bar head unit It may be provided in the shape of a plate extending to.
  • the push bar head portion may have a step on one side thereof, and the push bar pressing portion may be connected to one side of the push bar head to enable elastic movement within a depth of the step.
  • the push bar pressing unit has a first part having a mounting hole formed by being drilled in the thickness direction at an upper end, and is restricted from being removed by being caught inside the mounting hole, and a spring having a diameter smaller than that of the first part and passing through the mounting hole A second part surrounded by;
  • the push bar pressing part may be connected to the push bar head part by a fastening member composed of a third part screwed to one side of the push bar head part with a diameter smaller than that of the second part.
  • the push bar unit may further include a silicone pad attached to the surface of the push bar pressing unit.
  • a sheet form wherein at least a portion is interposed in the cell insertion space to support the secondary battery cell; And it may further include a separating plate that is detachably attached to the upper end of the pressing plate with the intercalation interposed therebetween.
  • a cell entry guide may be further included, wherein at least one or more of the guides are erected along the interposer holder and have a guide shape formed in a shape of an inclined surface or a curved surface in a direction of the cell insertion space.
  • the cell entry guide may further include an elastic support part supporting the guide-shaped part in a spring or bellows structure under the guide-shaped part.
  • the cell entry guide may further include a guide mounting portion provided under the elastic support portion and mounted on the intercalation holder so as to be slidably moved along the length direction of the interlayer.
  • the slipper fixing table has position setting grooves that are recessed for each predetermined position on the upper surface along the longitudinal direction, and the guide mounting portion may be coupled with a ball plunger fitted into any one of the position setting grooves.
  • the cell entry guide may include a balance part that acts as a center of gravity at a lower portion of the guide-shaped part and has a curved bottom surface so as to operate Ottogi; And a guide mounting portion having an inner receiving groove formed to surround the balance portion and allow rotation of the balance portion within a predetermined range.
  • the product defect rate due to the phenomenon of parts in the terrace portion of the secondary battery cell may be reduced during the charging/discharging process for activation of the secondary battery cell, thereby improving the production yield.
  • the secondary battery cells when the secondary battery cells are inserted into the space between the pressing plates of the charging/discharging device, the secondary battery cells are guided by the cell entry guide, thereby preventing damage to the cell and improving the efficiency of the inserting process. Can be.
  • FIG. 1 is a view showing a terrace portion of a pouch-type secondary battery cell that has undergone a formation process according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a secondary battery charging and discharging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view of the secondary battery charging and discharging device of FIG. 2 as viewed from the side ( ⁇ Y axis).
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a combination of a gripper unit and a push bar unit of FIG. 2.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a perspective view of the push bar unit of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view of the push bar unit of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a pressurization and contact structure of a secondary battery cell, a gripper unit, and a push bar unit in a charging/discharging device according to an embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 are plan views of main areas of a secondary battery charging and discharging apparatus before/after charging and discharging, respectively.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a combination of a pair of pressing plates, a slip sheet, a slip sheet holder, and a cell entry guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of FIG. 11.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of FIG. 11.
  • FIG. 14 is a perspective view of the cell entry guide of FIG. 11.
  • FIG. 15 is a view for explaining an assembly structure of the cell entry guide and the kanji holder of FIG. 11.
  • FIG. 16 is a perspective view of a cell entry guide according to a modified example in a view corresponding to FIG. 11.
  • FIG. 17 are diagrams for explaining an operation example of the cell entry guide of FIG. 16.
  • the secondary battery charging/discharging device refers to a device for charging and discharging the secondary battery cell 2 in an unactivated state after assembly is completed to activate it.
  • the secondary battery charging/discharging device may be used not only to activate the secondary battery cell 2 but also to test the performance of the secondary battery cell 2, for example, to check whether the cell is short-circuited.
  • the terrace 2b portion of the secondary battery cell 2 referred to in the present specification refers to a portion of the edge portion of the pouch packaging material that is heat-sealed, and in particular, a portion from which the electrode lead 2c comes out.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a charging/discharging device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view as viewed from a side ( ⁇ Y axis) of the secondary battery charging/discharging device of FIG. 2
  • FIG. 4 is It is a combined perspective view of the gripper unit 20 and the push bar unit 30 of.
  • a secondary battery charging and discharging apparatus may include a plurality of pressing plates 10, a gripper unit 20, and a push bar unit 30. .
  • the secondary battery cell 2 may swell due to expansion of the positive electrode plate and the negative electrode plate or generation of gas.
  • the pressing plate 10 serves to prevent swelling by pressing the secondary battery cell 2 during the charging and discharging process.
  • a plurality of pressing plates 10 are arranged to be spaced apart from each other by a predetermined distance, and are provided to move (in the direction of the ⁇ X axis) so that the spaced space is narrowed or widened. That is, the secondary battery cells 2 are put in the spaced space and the gaps between the pressing plates 10 are adjusted to pressurize the secondary battery cells 2.
  • the spaced space will be defined as a cell insertion space (S).
  • the secondary battery cells 2 in an inactive state have a gas pocket portion 2d and can be integrally transported by a pickup device (not shown), and enter each cell insertion space ( S) can be deployed. At this time, the separator 12 is used to support the secondary battery cells 2 at a predetermined height.
  • the interleaving paper 12 is a flexible sheet material, and one part is fixed on the upper part of the pressing plate 10 by an inter-cell insertion space (S), which will be described later, and folded between the fixed parts. Can be intervened.
  • the separator 12 also serves to protect the surface of the body 2a of the cell by preventing the body 2a of the secondary battery cell 2 from directly contacting the pressing plate 10.
  • the pressing plate 10 may be preferably made of a metal material having high mechanical rigidity so that there is no deformation even under high heat and pressure.
  • the scope of the present invention should not be limited to the pressing plate 10 made of a metal material.
  • the pressing plate 10 may be made of stainless steel, reinforced plastic, reinforced ceramic, or reinforced glass.
  • the pressing plates 10 are connected to enable translational movement along a shaft extending in the X-axis direction in the lower region, and gears are connected to one end of the shaft, and a driving motor is connected to these gears. Can be connected.
  • any mechanical combination may be employed as long as it has a drive mechanism capable of moving the pressing plates 10 in a direction in which the secondary battery cell 2 is pressed.
  • the gripper unit 20 has a current terminal 25 and a voltage terminal 26 that come into contact with the electrode lead 2c of the secondary battery cell 2 on one side, and supplies and absorbs power to the secondary battery cell 2 do.
  • the electrode lead 2c of the secondary battery cell 2 has the current terminal 25 and the voltage terminal on one side thereof.
  • the electrical connection state can be stably maintained by being pressed between the two gripper units 20 in contact with 26.
  • the gripper unit 20 is mounted on an upper edge of each of the pressing plates 10 and is provided in a form in which a portion extends into the cell insertion space S to the position where the electrode lead 2c is located.
  • one gripper unit 20 is mounted on both edges of the upper end of the pressing plate 10, which is an example of a design corresponding to the secondary battery cell 2 in which the electrode lead 2c is bidirectional. In the case of the secondary battery cell 2 in which the positive/negative electrode lead 2c is provided in one direction, the number and position of the gripper units 20 may be different.
  • the gripper unit 20 includes a gripper head 21 mounted on an upper end of the pressing plate 10 and a gripper pressing part extending downward from the gripper head 21 ( 24).
  • the gripper pressing part 24 may be implemented as two plates 24a and 24b extending from the upper end of the pressing plate 10 to below both surfaces of the pressing plate 10. It is preferable that the widths of the two plates 24a and 24b correspond to the widths of the electrode leads 2c.
  • a current terminal 25 and a voltage terminal 26 are mounted on one of the two plates 24a and 24b.
  • the current terminal 25 and the voltage terminal 26 may be implemented in the form of a rod made of a metal material, and a cable (not shown) for supplying current may be connected under the current terminal 25 and the voltage terminal 26.
  • These current terminals 25 and voltage terminals 26 are mounted on one side of the gripper pressing unit 24 in parallel with each other, and when the pressing plates 10 pressurize the body 2a of the secondary battery cell 2, the electrode leads (2c) comes into contact.
  • the gripper head portion 21 supports the gripper pressing portion 24 and includes a block member 23 provided to slide along the upper line of the pressing plate 10, and a cap positioned above the gripper pressing portion 24.
  • a member 22 may be included.
  • the block member 23 is mounted on the top of the compression plate 10 and is mounted on the compression plate 10 in a form that partially encloses both sides, and slides to the left and right ( ⁇ Y-axis direction) along the top of the compression plate 10. I can.
  • the cap member 22 may be provided in a shape tapered upward. Such a shape of the cap member may be advantageous in allowing the cell body 2a or the electrode lead 2c to smoothly face the cell insertion space S when entering the secondary battery cells 2 between the crimping plates 10. .
  • the push bar unit 30 is adjacently coupled to the gripper unit 20. This push bar unit 30 presses the terrace 2b of the secondary battery cell 2, which cannot be pressurized by the pressing plate 10 in the secondary battery cell 2, so that the terrace 2b of the cell during the charging and discharging process. It plays a role in preventing parts from developing.
  • the push bar unit 30 is connected to the gripper head 21 and mounted on the upper end of the pressing plate 10, and the push bar unit 30 It may include a push bar pressing portion 34 extending from the bar head portion 31 to the cell insertion space S.
  • the push bar head 31 may have a step on one side thereof, and an upper part 32 and a lower part 33 may be divided based on the step.
  • the upper part 32 may be provided in a shape tapered upward, similar to the cap member 22 of the gripper head 21 described above.
  • the upper part 32 of the push bar head part 31 and the cap member 22 of the gripper head part 21 have bolt through holes 32a and 22a. As shown in Fig. 5, the push bar head portion 31 and the gripper head portion 21 are butt together, the bolts (B) are inserted into the bolt through holes (32a, 22a) and tightened with a nut to provide the push bar unit 30 and the gripper unit. (20) can be combined with each other.
  • the push bar pressing part 34 is coupled to one side of the lower part 33 to enable elastic movement within the stepped range of the push bar head part 31.
  • the push bar pressing part 34 is provided with two mounting holes 35 at the upper end, and is provided with the push bar by a fastening member 37 passing through the mounting hole 35. It may be connected to the lower part 33 of the head part 31.
  • the fastening member 37 may be divided into a first part 37a having the largest diameter, a second part 37b having a large diameter, and a third part 37c having the smallest diameter.
  • the mounting hole 35 may be formed in the thickness direction of the push bar pressing part 34 and may have different diameters on one side and the other side.
  • the first part 37a of the fastening member 37 has a diameter that can be inserted into one side of the mounting hole 35 but cannot escape to the other side.
  • the second part 37b and the third part 37c have diameters passing through one side and the other side of the mounting hole 35.
  • the spring 38 is inserted into the second part 37b and the third part 37c, and the third part 37c is inserted into the push bar head ( Screw it into the lower part (33) of 31).
  • the second part 37b and the third part 37c have different diameters, so that the screw fastening depth is limited. This may be useful to accurately secure a flow space of the push bar pressing unit 34 with respect to the push bar head unit 31.
  • the push bar pressing unit 34 can be operated to be elastically moved within a step range of the push bar head unit 31.
  • the push bar pressing part 34 can be implemented in a plate shape having a width T and a length that can correspond to the cell terrace 2b, and the material is epoxy in consideration that it is a part that directly contacts the cell terrace 2b. (epoxy) can be employed.
  • the scope of the present invention is not limited to the push bar pressing unit 34 made of an epoxy material.
  • the push bar pressing unit 34 may be made of any material as long as it has insulation, heat resistance, mechanical rigidity, and the like.
  • the silicone pad 39 may be attached to the surface of the push bar pressing portion 34.
  • the silicone pad 39 may effectively act to relieve impact and enhance adhesiveness when the cell terrace 2b is pressed.
  • the secondary battery cells 2 to be activated by a cell pickup device are loaded between the designated pressing plates 10, and then the gripper unit 20 according to the length of the secondary battery cells 2 And adjust the position of the push bar unit (30).
  • the gripper unit 20 and the push bar unit 30 are integrally mounted on the top of the pressing plate 10 and move, the push bar unit 30 is placed in a place corresponding to the cell terrace 2b. Is naturally located in a place corresponding to the electrode lead 2c.
  • the driving motor is operated to narrow the separation distance between the pressing plates 10 to pressurize the cell body 2a of the secondary battery cell 2.
  • the electrode leads 2c of the secondary battery cell 2 may be pressed by two gripper pressing portions 24 adjacent to each other.
  • the gripper pressing portion 24 is composed of two plates 24a and 24b extending in parallel on both sides of the pressing plate 10, and current among the two plates 24a and 24b. Where the /voltage terminal 26 is attached is provided to elastically support the current/voltage terminal 26. With this configuration, when the current/voltage terminal 26 of the gripper pressing part 24 and the electrode lead 2c are in contact with each other and the gap between the pressing plates 10 is further narrowed, the current/voltage terminal 26 is in the pressing direction. It is pushed in the opposite direction. At this time, the contact between the current/voltage terminal 26 and the electrode lead 2c may be stably maintained by the elastic restoring force applied thereto.
  • a portion of the cell terrace 2b may be pressed with one side in contact with the pressing plate 10 and the other surface in contact with the push bar pressing portion 34. That is, the push bar pressing part 34 protrudes more in the X-axis direction than the pressing plate 10 so as to compensate for the thickness difference between the cell body 2a and the cell terrace 2b and 2b. ) You can press the part.
  • the cell terrace 2b is a part in which the pouch exterior material made of a laminate sheet material is heat-sealed, excessive pressure may damage the corresponding part.
  • the push bar pressing part 34 of the present invention is elastically connected to the push bar head part 31, the risk of damage to the cell terrace 2b as described above can be eliminated.
  • the push bar pressurization unit 34 presses the cell terrace 2b during the charging and discharging process, so that the cell terrace 2b does not swell even if a large amount of gas is generated inside the secondary battery cell 2. do. Therefore, in the charging/discharging process, which has been pointed out as a conventional problem, the cell terrace 2b swells up, thereby significantly reducing the insulation voltage defect rate caused by the breakage of the insulating layer of the pouch case.
  • the secondary battery charging and discharging apparatus is interposed in the cell insertion space S to support the secondary battery cells 2.
  • the interlayer paper 12 includes attachment portions 12a attached to the upper ends of the pressing plates 10, and a folding portion 12b interposed in the cell insertion space S by folding an area between the attachment portions 12a. ) Can be configured to have.
  • the interlayer paper 12 folds a rectangular sheet in half, interposes the folded portion in the cell insertion space S, and places both edges on the upper ends of the two pressing plates 10. Each is provided to be attached. Both edges correspond to the attachment portions 12a, and a portion between the attachment portions 12a corresponds to the folding portion 12b.
  • one slip sheet 12 per two pressing plates 10 is used, but as an alternative example, one rectangular sheet having a sufficiently large area is folded several times to form two or more folding portions 12b and 3 It is also possible to apply one slip sheet 12 having two or more attachment portions 12a to three or more pressing plates 10.
  • Separator holder 40 may be disposed on the attachment portion 12a of the interlayer paper 12 along the upper line of the pressing plate 10 so as to cover the entire attachment portion 12a of the interlayer paper 12.
  • the kanji fixing table 40 may be provided to be individually detached/attached to the upper end of the pressing plate 10, which is composed of unit kanji fixing racks 40 that can be separated from each other.
  • the separating paper fixing pins 43 vertically penetrate the attachment portion 12a of the separating paper 12 and are forced into the fitting grooves 14 recessed in the upper end of the pressing plate 10 in a one-to-one correspondence. It is combined and the interleaved paper holder 40 may be attached to the top of the pressing plate 10.
  • the washer stand 13 to the upper end of the crimping plate 10, it is possible to prevent damage to the top surface of the crimping plate 10 and strengthen the bonding force when the kanji fixing unit 40 is mounted.
  • the slip sheet 12 is a consumable item and is scheduled to be replaced. According to the above configuration of the present invention, by placing the attachment portion (12a) of the slip sheet 12 on the upper end of the pressing plate (10), and aligning the slip sheet fixing pins 43 to the fitting grooves (14), It is possible to install the kanji 12 on the crimping plate 10 with a simple method of pressing, and when you want to disassemble the kanji 12, you just need to lift the kanji holder 40, so it is necessary to replace and repair the kanji 12. Time can be greatly shortened.
  • the cell entry guide 50 may include at least one guide shape portion 51 formed in an inclined or curved shape toward the insertion space direction, and at least one may be erected along an upper line of each pressing plate 10.
  • the cell entry guide 50 serves to guide the secondary battery cells 2 to accurately enter the cell insertion space S when the secondary battery cells 2 are inserted between the pressing plates 10 Do it.
  • the secondary battery cells 2 are lowered from the top of the charging/discharging device by a pickup device (not shown) and put between the pressing plates 10.
  • a pickup device not shown
  • the cell entry guide 50 guides the secondary battery cells 2 so that the cell insertion process can be facilitated, and the secondary battery cell 2 is damaged by hitting the top of the pressing plate 10 during the cell insertion process. Can be prevented.
  • a total of four cell entry guides 50 are installed on the top of the pressing plate 10, which is a cell body 2a in consideration of the length of the loaded secondary battery cell 2 Two of them were installed on each side symmetrically with respect to the center.
  • the gap between the cell entry guides 50 may be narrowed or the number of the secondary battery cells 2 may be 2 or 3.
  • the cell entry guide 50 includes an elastic support part 51 supporting the guide-shaped part 51 in a spring or bellows structure under the guide-shaped part 51 ( 52), and a guide mounting portion 54 mounted on the intercalator holder 40 so as to be slidably movable along the longitudinal direction of the interlayer paper holder 40.
  • the elastic support 52 may be a spring or bellows structure that is deformed by an external force and can be restored again when the external force disappears. Since the guide-shaped portion 51 is supported by the elastic support portion 52, the guide-shaped portion 51 can be bent in the front and rear directions within a predetermined angle range. In this case, compared to the case where the guide-shaped part 51 is fixed, the range in which the secondary battery cell 2 can be guided to the correct position is increased, so that the efficiency of the cell insertion process may be further improved. In addition, the elastic support 52 may be effective in preventing cell damage by acting to mitigate the impact of a collision between the cell entry guide 50 and the secondary battery cell 2 during the cell insertion process.
  • the guide mounting portion 54 may be provided on the lower portion of the elastic support portion 52 and may be provided to be mounted on the interleaf holder 40 so as to slide left and right along the longitudinal direction of the interleaf holder 40.
  • the guide mounting portion 54 may be implemented in a structure similar to an LM block that can be slid to the left and right along the upper end of the interleaving holder 40 or the pressing plate 10.
  • the guide mounting portion 54 includes a fitting hole 54a and a locking protrusion 54b at a lower side, and is configured to be fitted and mounted on the intercalation holder 40.
  • the icebreaker fixing table 40 includes a guide movement section 41a and a guide installation section 41b.
  • the guide movement section 41a is provided so that the upper body B1 has a larger width than the lower body B2.
  • the guide mounting part 54 has a shape that surrounds the upper body B1 of the guide moving section 41a, and the locking protrusion 54b is engaged with the lower end of the upper body B1, so it is separated from the guide moving section 41a. It doesn't work.
  • the kanji holder 40 may be separated into two.
  • the guide installation section (41b) of the two unit separation zones (40) is the same as the width of the lower body (B2) of the guide movement section (41a), so that the guide mounting section (54) is in the vertical direction through the guide installation section (41b). Can be inserted into. In this way, after inserting the cell entry guide 50 into the guide installation section 41b, it can be slid left and right to be placed in the guide movement section 41a.
  • the guide mounting portion 54 is a rolling movement along the upper surface of the separating pad 40, and in any one of the position setting grooves 42 that are recessed at each predetermined position on the upper surface of the separating pad 40 A ball plunger 55 to be fitted may be further provided.
  • the ball plunger 55 may be vertically coupled to the upper end of the guide mounting portion 54 so that the ball portion is located in the fitting hole 54a.
  • Each of the ball plungers 55 may be provided on both sides of the guide-shaped portion 51 as a reference.
  • FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 11 and is a perspective view of a cell entry guide 50 according to a modified example
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an operation example of the cell entry guide 50 of FIG. 16.
  • the cell entry guide 50A acts as a center of gravity at the lower portion of the guide-shaped portion 51 so as to operate Ottogi, and the balance portion 53 and the balance portion 53 formed with a curved bottom surface are at a predetermined angle. It includes a guide mounting portion 54 provided to be coupled to the balance portion 53 so as to be rotatable within a range.
  • the balance portion 53 may be a shape that can rotate because the bottom surface contacting the floor such as a spherical shape, a cylinder shape, an arc shape, etc., is a curved surface, and is formed of a different material having a greater specific gravity than the guide shape part 51, or the inside thereof is made of a different material. Can be filled.
  • the guide mounting portion 54 is provided with a fitting hole 54a and a locking protrusion 54b at the lower end in the shape of an LM block so as to be slidably moved along the slipper holder 40, as in the above-described embodiment, but the balance There is a difference in further providing an inner receiving groove surrounding the portion 53.
  • the balance part 53 is interposed in the inner receiving groove 54c and may rotate at a predetermined angle therein.
  • the center of gravity is located at the center of the bottom surface of the balance part 53. Therefore, even if the guide-shaped part 51 is inclined due to some external factor, the Ottogi operation is performed by the gravity acting on the center of gravity, so that it can stand upright again.
  • the configuration of the cell entry guide 50A according to the present modified example it is easy to grasp the error in the descending position of the secondary battery cells 2, thereby improving the efficiency of the cell insertion process.
  • the secondary battery cells 2 will immediately enter the space between the pressing plates 10 without interference from the cell entry guide 50A, and at the descending position If there is an error, the cell entry guide 50A is touched, and the cell entry guide 50A is inclined. The operator checks the inclination of the cell entry guide 50A, stops the descending of the secondary battery cells 2, corrects the descending position appropriately, and accurately inserts it into the space between the pressing plates 10, thereby improving the efficiency of the cell insertion process and Cell damage can be prevented during the cell insertion process.

Abstract

본 발명에 따른 이차전지 충방전 장치는 이차전지 셀이 배치되는 셀 삽입 공간을 사이에 두고 각각 대면하게 배치되고 서로 간격이 좁혀지도록 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하게 마련되는 복수 개의 압착 플레이트들; 각각의 상기 압착 플레이트의 상단 가장자리에 장착되고 상기 셀 삽입 공간으로 연장 배치되어, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분에 접촉하게 마련되는 그립퍼 유닛들; 및 각각 상기 그립퍼 유닛과 결합하고, 상기 셀 삽입 공간으로 연장 배치되며 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 탄성 가압하도록 마련된 푸쉬바 가압부를 구비한 푸쉬바 유닛들을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 충방전 장치
본 발명은 이차전지 충방전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이차전지의 활성화 과정에서 이차전지 셀의 테라스 부위의 부품 현상에 따른 제품 불량률을 현저히 줄일 수 있는 이차전지 충방전 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 08월 30일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2019-0107342호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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 이차전지는 셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되며, 전지 활성화 단계에서는 충방전 장치에 이차전지 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전 및 방전을 수행하게 된다. 이 같이, 전지의 활성화를 위해 충방전을 수회 반복 실시하는 공정을 포메이션(formation) 공정이라고 한다.
상기 포메이션 공정에 이용되고 있는 종래 기술에 따른 이차전지 충방전 장치는 이차전지를 압박하기 위한 압착 플레이트들과 이차전지 셀의 전극 리드에 연결되어 전류/전압을 인가하는 충방전 그립퍼를 포함한다.
압착 플레이트는 이차전지 셀을 압박함으로써 충방전 과정에서 가스 발생에 따른 이차전지 셀의 두께 증가를 억제한다. 통상 포메이션 공정 전의 파우치형 이차전지 셀은 충방전 과정시 발생하는 가스를 포집하기 위해 그 파우치 사이즈가 최종 제품의 파우치 사이즈보다 더 크다. 상기 가스 포집을 위한 잉여 부분을 당업계에서 흔히 가스 포켓부라 지칭한다. 상기 가스 포켓부는 활성화 공정 후에 커팅(cutting)된다.
한편, 종래의 이차전지 충방전 장치로 포메이션 공정을 수행할 때 몇가지 문제점이 지적되고 있는데 그 중 다음과 같은 문제점은 제품 수율과 생산 효율성과 연관되어 있어 개선이 시급하다.
첫째, 이차전지 셀의 테라스(2b) 부분이 부풀어 올라 파우치의 내부 접착층이 깨지면서 절연전압 불량을 야기하는 것이다.(도 1 참조) 이는 충방전 과정에서 이차전지 셀의 바디(2a) 부분만 압착 플레이트로 가압되고, 두께가 얇은 셀의 테라스 부분(열 융착 부분)은 가압되지 않은 상태에서 파우치 내부 압력이 증가하는데서 비롯된다. 이차전지 셀의 테라스 부분의 접착층이 깨어지는 것에 따른 제품 불량률도 생산 수율에 적지않은 영향을 미친다. 이에 상기 이차전지 셀의 테라스 부분의 손상을 방지할 개선 방안이 요청되고 있다.
둘째, 생산 라인에서는 이송 장비를 사용해서 수십 개의 이차전지 셀들을 한꺼번에 집어서 위에서 아래로 압착 플레이트들 사이 공간에 넣고 있는데, 이 과정에서 이차전지 셀들의 진입 위치에 약간의 오차가 있을 시 이차전지 셀들이 압착 플레이트의 상단에 간섭되어 원할히 진입하지 못하는 문제가 있어 해당 공정의 효율성 개선 및 셀 손상 방지 방안이 요청되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 충방전 과정에서 이차전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 방지할 수 있는 이차전지 충방전 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따르면, 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치로서, 이차전지 셀이 배치되는 셀 삽입 공간을 사이에 두고 각각 대면하게 배치되고 서로 간격이 좁혀지도록 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하게 마련되는 복수 개의 압착 플레이트들; 각각의 상기 압착 플레이트의 상단 가장자리에 장착되고 상기 셀 삽입 공간으로 연장 배치되어, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분에 접촉하게 마련되는 그립퍼 유닛들; 및 각각 상기 그립퍼 유닛과 결합하고, 상기 셀 삽입 공간으로 연장 배치되며 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 탄성 가압하도록 마련된 푸쉬바 가압부를 구비한 푸쉬바 유닛들을 포함하는 이차전지 충방전 장치가 제공될 수 있다.
상기 푸쉬바 유닛은 상기 압착 플레이트의 상단에 거치되는 푸쉬바 헤드부를 더 포함하고, 상기 푸쉬바 가압부는 상기 이차전지의 테라스 부위 폭에 대응하는 폭을 가지고 상기 푸쉬바 헤드부의 일측에서 상기 셀 삽입 공간으로 연장되는 플레이트 형상으로 마련될 수 있다.
상기 푸쉬바 헤드부는 일 측면에 단차를 구비하고, 상기 푸쉬바 가압부는 상기 단차의 깊이 내에서 탄성 운동 가능하게 상기 푸쉬바 헤드부의 일 측면에 연결될 수 있다.
상기 푸쉬바 가압부는 두께 방향으로 천공되어 형성된 마운팅 홀을 상단부에 구비하고, 상기 마운팅 홀 내부에 걸려 이탈이 제한되는 제1 파트와, 상기 제1 파트보다 작은 직경을 가져 상기 마운팅 홀을 통과하고 스프링으로 둘러싸인 제2 파트와; 상기 제2 파트보다 작은 직경으로 상기 푸쉬바 헤드부의 일측면에 스크류 결합되는 제3 파트로 구성된 체결부재에 의해 상기 푸쉬바 가압부가 상기 푸쉬바 헤드부에 연결될 수 있다.
상기 푸쉬바 유닛은 상기 푸쉬바 가압부의 표면에 부착되는 실리콘 패드를 더 포함할 수 있다.
시트 형태로서 적어도 일 부분이 상기 셀 삽입 공간 속에 개재되어 상기 이차전지 셀을 떠받히는 간지; 및 상기 간지를 사이에 두고 상기 압착 플레이트의 상단에 탈부착되는 간지 고정대를 더 포함할 수 있다.
상기 간지 고정대를 따라 적어도 하나 이상이 기립 배치되고, 상기 셀 삽입 공간 방향을 향하는 경사면 또는 곡면 형상으로 형성된 가이드 형상부를 구비한 셀 진입 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 셀 진입 가이드는, 상기 가이드 형상부의 하부에서 스프링 내지 벨로우즈 구조로 상기 가이드 형상부를 지지하는 탄성지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 셀 진입 가이드는, 상기 탄성 지지부의 하부에 구비되고 상기 간지 고정대의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 상기 간지 고정대에 장착되는 가이드 장착부를 더 포함할 수 있다.
상기 간지 고정대는 길이 방향을 따라 상면에 미리 지정된 위치마다 함몰 형성되어 있는 위치세팅용 홈들을 구비하고, 상기 가이드 장착부는 상기 위치세팅용 홈들 중 어느 하나에 끼워지는 볼 플런저가 결합될 수 있다.
다른 예로서 상기 셀 진입 가이드는, 오뚜기 동작하도록 상기 가이드 형상부의 하부에서 무게 중심으로 작용하고 저면이 곡면으로 형성된 밸런스부; 및 상기 밸런스부를 감싸고 소정 범위 내에서 상기 밸런스부의 회전을 허용하게 형성된 내측 수용홈을 구비한 가이드 장착부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 충방전 장치에 의하면, 이차전지 셀의 활성화를 위한 충방전 과정에서 이차전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상으로 인한 제품 불량률이 줄어들 있어 생산 수율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 이차전지 셀들을 충방전 장치의 압착 플레이트들 사이 공간에 삽입할 때, 이차전지 셀들이 셀 진입 가이드에 의해 가이드 됨으로써 셀 손상 방지 및 삽입하는 공정의 효율성이 개선될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 포메이션 공정을 거친 파우치형 이차전지 셀의 테라스 부분을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전 장치의 개략적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 이차전지 충방전 장치를 측면(±Y축)에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2의 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛의 결합 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 푸쉬바 유닛의 사시도이다.
도 7은 도 6의 푸쉬바 유닛의 개략적인 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치에서 이차전지 셀, 그립퍼 유닛, 푸쉬바 유닛의 가압 및 접촉 구조를 나타내기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 각각 충방전 전/후 이차전지 충방전 장치의 주요 영역의 평면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 압착 플레이트, 간지, 간지 고정대, 셀 진입 가이드의 결합 사시도이다.
도 12는 도 11의 분해 사시도이다.
도 13은 도 11의 개략적인 단면도이다.
도 14는 도 11의 셀 진입 가이드의 사시도이다.
도 15는 도 11의 셀 진입 가이드와 간지 고정대의 조립 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 11에 대응하는 도면으로 변형예에 따른 셀 진입 가이드의 사시도이다.
도 17은 도 16의 셀 진입 가이드의 동작예를 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 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.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 이차전지 충방전 장치는, 조립이 완료된 후 활성화되지 않은 상태의 이차전지 셀(2)을 충방전하여 활성화시키기 위한 장치를 의미한다. 상기 이차전지 충방전 장치는 주로 이차전지 셀(2)의 활성화에 사용될 뿐만아니라 이차전지 셀(2)의 성능 테스트, 예컨대 셀의 단락 여부를 검사하는데 사용될 수도 있다. 그리고 본 명세서에서 언급되는 이차전지 셀(2)의 테라스(2b) 부위란 열융착된 파우치 외장재의 테두리 부분으로서 특히 전극 리드(2c)가 빠져나오는 부분을 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략적인 구성을 도시한 사시도, 도 3은 도 2의 이차전지 충방전 장치를 측면(±Y축)에서 바라본 도면, 도 4는 도 2의 그립퍼 유닛(20)과 푸쉬바 유닛(30)의 결합 사시도이다.
상기 도면들에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전 장치는 복수 개의 압착 플레이트(10), 그립퍼 유닛(20), 푸쉬바 유닛(30)을 포함하여 구성될 수 있다.
충방전 과정에서 이차전지 셀(2)은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 압착 플레이트(10)는 충방전 과정에서 이러한 이차전지 셀(2)을 가압하여 스웰링을 막아주는 역할을 한다.
압착 플레이트(10)는 복수 개가 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나 넓어지게 각각 (±X축 방향으로)이동하도록 마련된다. 즉, 상기 이격 공간 속에 이차전지 셀(2)을 넣고 압착 플레이트(10)들 간의 간격을 조절해서 이차전지 셀(2)을 가압하는 것이다. 이하, 상기 이격 공간을 셀 삽입 공간(S)이라 정의하기로 한다.
비활성 상태의 이차전지 셀(2)들은 가스 포켓부(2d)를 구비하고 픽업 장비(미도시)에 의해 일체로 운반될 수 있으며, 충방전 장치의 상부 방향에서 아래로 진입해서 각 셀 삽입 공간(S)에 배치될 수 있다. 이때, 이차전지 셀(2)들을 일정 높이로 떠받히기 위해 간지(12)를 사용한다.
상기 간지(12)는 플랙서블한 시트 재질로서, 일 부분이 압착 플레이트(10)의 상부에 후술할 간지 고정대(40)에 의해 고정되고 상기 고정된 부분 사이가 접혀서 각각의 셀 삽입 공간(S)에 개재될 수 있다. 이러한 간지(12)는 이차전지 셀(2)의 바디(2a)가 압착 플레이트(10)가 직접 닿지 않도록 하여 셀의 바디(2a) 표면을 보호하는 역할도 하게된다.
압착 플레이트(10)는 높은 열과 압력에도 변형이 없도록 기계적 강성이 높은 금속 재질로 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 금속 재질의 압착 플레이트(10)로 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 압착 플레이트(10)는 스테인리스 스틸을 비롯해 강화 플라스틱, 강화 세라믹 또는 강화 유리 등으로 제작될 수도 있다.
도면의 편의상 도시하지 않았으나, 압착 플레이트(10)들은 그 하부 영역에 X축 방향으로 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 이외에도 이차전지 셀(2)을 가압하는 방향으로 압착 플레이트(10)들을 이동시킬 수 있는 구동 메카니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
그립퍼 유닛(20)은 일측에 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c)와 접촉하게 되는 전류 단자(25)와 전압 단자(26)를 구비하고 이차전지 셀(2)에 전원을 공급 및 흡수한다. 이차전지 셀(2)의 바디(2a)가 2개의 압착 플레이트(10) 사이에서 압박될 때, 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c)는 그 일면이 상기 전류 단자(25)와 전압 단자(26)에 접촉한 상태로 2개의 그립퍼 유닛(20) 사이에 압박됨으로써 전기적 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
상기 그립퍼 유닛(20)은 각 압착 플레이트(10)마다 그 상단 가장자리에 장착되고 일 부분이 전극 리드(2c)가 위치할 곳까지 셀 삽입 공간(S)으로 연장된 형태로 마련된다. 본 실시예의 경우, 그립퍼 유닛(20)이 압착 플레이트(10)의 상단 양쪽 가장자리에 하나씩 장착되어 있는데 이는 전극 리드(2c)가 양방향인 이차전지 셀(2)에 대응한 설계 예이다. 양극/음극 전극 리드(2c)가 단방향에 구비된 이차전지 셀(2)의 경우, 그립퍼 유닛(20)의 개수와 그 위치는 달라질 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 그립퍼 유닛(20)은 압착 플레이트(10)의 상단에 거치되는 그립퍼 헤드부(21)와, 상기 그립퍼 헤드부(21)에서 하부 방향으로 연장되는 그립퍼 가압부(24)를 포함한다.
상기 그립퍼 가압부(24)는 압착 플레이트(10)의 상단에서 압착 플레이트(10)의 양쪽면 아래로 각각 연장되는 2개의 플레이트(24a,24b)로 구현될 수 있다. 상기 2개의 플레이트(24a,24b)의 폭은 전극 리드(2c)의 폭에 대응하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 2개의 플레이트(24a,24b) 중 하나에 전류 단자(25)와 전압 단자(26)가 장착된다. 상기 전류 단자(25)와 전압 단자(26)는 금속재질의 막대 형태로 구현될 수 있으며, 그 하부에는 전류를 공급하기 위한 케이블(미도시)이 연결될 수 있다. 이러한 전류 단자(25)와 전압 단자(26)는 서로 나란하게 그립퍼 가압부(24)의 일면에 장착되고 압착 플레이트(10)들이 이차전지 셀(2)의 바디(2a)를 가압할 때 전극 리드(2c)와 접촉하게 된다.
그립퍼 헤드부(21)는 그립퍼 가압부(24)를 지지하며 압착 플레이트(10)의 상단 라인을 따라 슬라이드 이동하게 마련되는 블럭부재(23)와, 그립퍼 가압부(24)의 상부에 위치하는 캡부재(22)를 포함할 수 있다.
블럭부재(23)는 압착 플레이트(10)의 상단에 거치되고 양측면을 부분적으로 감싸는 형태로 압착 플레이트(10) 위에 장착되어 압착 플레이트(10)의 상단을 따라 좌우(±Y축 방향)로 슬라이드 이동할 수 있다.
캡부재(22)는 상부 방향으로 테이퍼진 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 캡 부재의 형상은 이차전지 셀(2)들을 압착 플레이트(10)들 사이로 진입시킬 때, 셀 바디(2a) 또는 전극 리드(2c)가 원활히 셀 삽입 공간(S)을 향하도록 하는데 유리할 수 있다.
푸쉬바 유닛(30)은 상기 그립퍼 유닛(20)에 이웃하게 결합된다. 이러한 푸쉬바 유닛(30)은 이차전지 셀(2)에서 압착 플레이트(10)로는 가압할 수 없는 이차전지 셀(2)의 테라스(2b) 부위를 가압하여 충방전 과정에서 셀의 테라스(2b) 부위의 부품 현상을 방지하는 역할을 담당한다.
구체적으로, 도 5 내지 도 6을 참조하면, 상기 푸쉬바 유닛(30)은 그립퍼 헤드부(21)에 연결되고 압착 플레이트(10)의 상단에 거치되는 푸쉬바 헤드부(31)와, 상기 푸쉬바 헤드부(31)에서 셀 삽입 공간(S)으로 연장 배치되는 푸쉬바 가압부(34)를 포함할 수 있다.
푸쉬바 헤드부(31)는 일 측면에 단차를 구비하고, 상기 단차를 기준으로 상부 파트(32)와 하부 파트(33)가 구분될 수 있다. 상기 상부 파트(32)는, 전술한 그립퍼 헤드부(21)의 캡부재(22)와 유사하게, 상부 방향으로 테이퍼진 형상으로 마련될 수 있다.
푸쉬바 헤드부(31)의 상부 파트(32)와, 그립퍼 헤드부(21)의 캡부재(22)는 볼트 통과홀(32a,22a)을 구비한다. 도 5와 같이, 푸쉬바 헤드부(31)와 그립퍼 헤드부(21)를 맞대고 볼트 통과홀(32a,22a)에 볼트(B)를 끼워넣고 너트로 조임으로써 푸쉬바 유닛(30)과 그립퍼 유닛(20)을 상호 결합시킬 수 있다.
푸쉬바 가압부(34)는 푸쉬바 헤드부(31)의 단차 범위 내에서 탄성 운동 가능하게 상기 하부 파트(33)의 일 측면에 결합된다.
이를테면, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 푸쉬바 가압부(34)는 상단부에 2개의 마운팅 홀(35)을 구비하고 상기 마운팅 홀(35)을 통과하는 체결부재(37)에 의해 상기 푸쉬바 헤드부(31)의 하부 파트(33)에 연결될 수 있다.
체결부재(37)는 직경이 가장 큰 제1 파트(37a), 그 다음 직경이 큰 제2 파트(37b), 직경이 가장 작은 제3 파트(37c)로 구분될 수 있다. 그리고 마운팅 홀(35)은 푸쉬바 가압부(34)의 두께 방향으로 형성되고, 일측과 타측의 직경이 다르게 마련될 수 있다.
체결부재(37)의 제1 파트(37a)는 마운팅 홀(35)의 일측으로 삽입이 가능한 직경이나, 타측으로 빠져나올 수 없는 직경을 갖는다. 그리고 제2 파트(37b)와 제3 파트(37c)는 상기 마운팅 홀(35)의 일측과 타측을 통과하는 직경을 갖는다. 이러한 체결부재(37)를 상기 마운팅 홀(35)에 끼운 후, 제2 파트(37b)와 제3 파트(37c)에 스프링(38)을 끼우고 제3 파트(37c)를 푸쉬바 헤드부(31)의 하부 파트(33)에 스크류 체결한다. 이때, 제2 파트(37b)와 제3 파트(37c)는 직경이 다르게 되어 있어 스크류 체결되는 깊이가 제한된다. 이는 푸쉬바 헤드부(31)에 대한 푸쉬바 가압부(34)의 유동 공간을 정확히 확보하는데 유용하다 할 수 있다.
이 같은 구성에 의해, 푸쉬바 가압부(34)는 상기 푸쉬바 헤드부(31)의 단차 범위 내에서 탄성 운동 가능하게 동작할 수 있다.
푸쉬바 가압부(34)는 셀 테라스(2b)에 대응할 수 있는 폭(T)과 길이를 갖는 플레이트 형상으로 구현될 수 있으며, 그 재질은 셀 테라스(2b)에 직접 접촉하는 부분임을 감안하여 에폭시(epoxy)가 채용될 수 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 에폭시 재질의 푸쉬바 가압부(34)에 한정되는 것은 아니된다. 예컨대 푸쉬바 가압부(34)는 절연성, 내열성, 기계적 강성 등을 갖는 것이라면 어떠한 재질을 사용해도 무방하다.
추가적으로 실리콘 패드(39)를 푸쉬바 가압부(34)의 표면에 부착해도 좋다. 실리콘 패드(39)는 셀 테라스(2b) 부위 가압시 충격 완화 및 접착성 강화에 효과적으로 작용할 수 있다.
이하에서, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 충방전 장치의 작동 메카니즘을 간략히 부연 설명한다.
먼저, 셀 픽업 장비(미도시)로 활성화 공정을 수행할 이차전지 셀(2)들을 지정된 압착 플레이트(10)들 사이에 로딩시킨 후, 이차전지 셀(2)의 길이에 맞게 그립퍼 유닛(20)과 푸쉬바 유닛(30)의 위치를 조정한다. 이때 그립퍼 유닛(20)과 푸쉬바 유닛(30)은 일체로 압착 플레이트(10)의 상단에 장착되고 이동하므로 푸쉬바 유닛(30)을 셀 테라스(2b)에 대응하는 곳에 두면 그립퍼 유닛(20)은 자연스럽게 전극 리드(2c)에 대응하는 곳에 위치하게 된다.
그 다음 구동모터를 작동시켜 압착 플레이트(10)들 간의 이격 거리를 좁혀서 이차전지 셀(2)의 셀 바디(2a)를 가압한다. 이때, 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c)는 서로 이웃한 2개의 그립퍼 가압부(24)에 의해 압박될 수 있다.
전술한 바 있듯이, 그립퍼 가압부(24)는 압착 플레이트(10)의 양쪽면에 나란하게 각각 연장되는 2개의 플레이트(24a,24b)로 구성되어 있는데, 상기 2개의 플레이트(24a,24b) 중 전류/전압 단자(26)가 부착된 곳은 상기 전류/전압 단자(26)를 탄성적으로 지지할 수 있게 마련되어 있다. 이러한 구성으로 그립퍼 가압부(24)의 전류/전압 단자(26)와 전극 리드(2c)가 접촉한 상태에서 압착 플레이트(10)들의 간격이 더 좁혀지면 전류/전압 단자(26)는 가압 방향의 반대 방향으로 밀려들어 간다. 이때 작용하게 되는 탄성 복원력에 의해 전류/전압 단자(26)와 전극 리드(2c) 간의 접촉이 안정적으로 유지될 수 있다.
셀 테라스(2b) 부분은 그 일면이 압착 플레이트(10)에 접촉되고 그 타면은 푸쉬바 가압부(34)에 접촉된 상태로 압박될 수 있다. 즉, 푸쉬바 가압부(34)는 셀 바디(2a)와 셀 테라스(2b)(2b)의 두께차를 보상할 수 있도록 압착 플레이트(10)보다 X축 방향으로 더 돌출되어 있어 셀 테라스(2b) 부분을 압박할 수 있다.
상기 셀 테라스(2b)는 라미네이트 시트 재질로 이루어져 있는 파우치 외장재가 열 융착된 부분이라 과도한 압박은 해당 부위 손상시킬 우려가 있다. 그러나 본 발명의 푸쉬바 가압부(34)는 푸쉬바 헤드부(31)에 대해 탄성 동작 가능하게 연결되어 있어 상술한 바와 같은 셀 테라스(2b) 부위 손상 우려를 해소할 수 있다.
또한, 상기 푸쉬바 가압부(34)에 의해 충방전 과정에서 셀 테라스(2b) 부분이 가압됨으로써, 이차전지 셀(2) 내부에 다량의 가스가 발생하더라도 셀 테라스(2b) 부분이 부풀어 오르지 않게 된다. 그러므로 종래의 문제점으로 지적되었던 충방전 과정에서 셀 테라스(2b) 부분이 부풀어 올라 파우치 외장재의 절연층이 깨어짐으로 야기되는 절연전압 불량률을 현저히 낮출 수 있다.
한편, 도 2와 함께 도 11 내지 도13을 같이 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전 장치는 상기 셀 삽입 공간(S) 속에 개재되어 이차전지 셀(2)들을 떠받히는 간지(12)와, 상기 간지(12)의 일부분이 상기 압착 플레이트(10)의 상단에 부착되도록 상기 간지(12)의 일부분을 사이에 두고 상기 압착 플레이트(10)의 상단에 부착되는 간지 고정대(40), 그리고 상기 간지(12 고정대에 좌우로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 셀 진입 가이드(50)를 더 포함할 수 있다.
상기 간지(12)는 압착 플레이트(10)들의 상단에 부착되는 부착부(12a)들과, 상기 부착부(12a)들 사이 영역이 접힘으로써 상기 셀 삽입 공간(S) 속에 개재되는 폴딩부(12b)를 갖도록 구성될 수 있다.
이를테면, 간지(12)는 도 12에 도시한 바와 같이, 직사각형 면 시트를 반으로 접어, 그 접힌 부분을 상기 셀 삽입 공간(S) 속에 개재하고 양쪽 가장자리를 2개의 압착 플레이트(10)의 상단에 각각 부착할 수 있게 마련된다. 상기 양쪽 가장자리가 부착부(12a)들에 해당하고, 부착부(12a)들 사이 부분이 폴딩부(12b)에 해당한다.
본 실시예의 경우, 압착 플레이트(10) 2개당 하나의 간지(12)가 사용되었으나, 대안적 예로서 면적이 충분히 큰 하나의 직사각형 면 시트를 여러 번 접어 2개 이상의 폴딩부(12b)들과 3개 이상의 부착부(12a)들을 구비한 하나의 간지(12)를 3개 이상의 압착 플레이트(10)에 적용할 수도 있다.
간지 고정대(40)는 간지(12)의 부착부(12a) 전체를 커버할 수 있도록 압착 플레이트(10)의 상단 라인 따라 간지(12)의 부착부(12a) 위에 배치될 수 있다. 또한, 상기 간지 고정대(40)는 서로 분리 가능한 단위 간지 고정대(40)들로 구성되어 각각 압착 플레이트(10)의 상단에 개별적으로 탈/부착되게 마련될 수 있다.
이를테면, 간지 고정핀(43)들이 상기 간지(12)의 부착부(12a)를 수직으로 관통하고 상기 압착 플레이트(10)의 상단에 함몰 형성되어 있는 끼움홈(14)들에 일대일 대응하게 억지 끼움 결합되어 간지 고정대(40)가 압착 플레이트(10) 상단에 부착될 수 있다. 추가로, 압착 플레이트(10)의 상단에 와셔대(13)를 덧댐으로써 간지 고정대(40) 장착시 압착 플레이트(10)의 상단면의 손상 방지 및 결합력 강화를 도모할 수도 있다.
간지(12)는 소모품이어서 교체가 예정되어 있다. 본 발명의 상기와 같은 구성에 의하면, 압착 플레이트(10)의 상단에 간지(12)의 부착부(12a)를 놓고 간지 고정핀(43)들을 끼움홈(14)들에 맞추고 간지 고정대(40)를 눌러주는 간단한 방식으로 간지(12)를 압착 플레이트(10)에 설치할 수 있으며, 간지(12)를 해체하고자 할 때는 간지 고정대(40)를 들어 올리면 되는 것이므로 간지(12) 교체,보수에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있다.
셀 진입 가이드(50)는 삽입 공간 방향을 향하는 경사면 또는 곡면 형상으로 형성된 가이드 형상부(51)를 구비하고 각 압착 플레이트(10)의 상단 라인을 따라 적어도 하나 이상 기립 배치될 수 있다. 상기 셀 진입 가이드(50)는, 이차전지 셀(2)들을 압착 플레이트(10)들 사이에 넣을 때, 이차전지 셀(2)이 셀 삽입 공간(S) 속으로 정확히 진입할 수 있게 안내하는 역할을 한다.
전술한 바 있듯이, 이차전지 셀(2)들은 픽업 장비(미도시)에 의해 충방전 장치의 상부에서 아래로 내려져 압착 플레이트(10)들 사이에 넣어진다. 이때, 셀 진입 가이드(50) 구성에 의하면, 이차전지 셀(2)들이 정위치를 약간 벗어나서 내려져도 상기 가이드 형상부(51)를 타고 내려오면서 정위치로 가이드될 수 있다. 이 같이, 셀 진입 가이드(50)가 이차전지 셀(2)들을 가이드 함으로써 셀 삽입 공정이 수월해 질 수 있을 뿐아니라 셀 삽입 과정시 압착 플레이트(10) 상단에 부딪혀 이차전지 셀(2)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 11과 같이, 본 실시예는 총 4개의 셀 진입 가이드(50)가 압착 플레이트(10)의 상단에 설치되어 있는데, 이는 로딩되는 이차전지 셀(2)의 길이를 고려하여 셀 바디(2a) 중심부를 기준으로 대칭적으로 양쪽에 2개씩 설치한 것이다. 본 실시예보다 길이가 짧은 이차전지 셀(2)을 로딩시킬 때는 셀 진입 가이드(50)들 간의 간격을 좁히거나 그 개수도 2개 또는 3개여도 무방하다.
특히, 도 14 내지 도 15를 참조하면,본 실시예에 따른 셀 진입 가이드(50)는 가이드 형상부(51)의 하부에서 스프링 내지 벨로우즈 구조로 상기 가이드 형상부(51)를 지지하는 탄성 지지부(52)와, 상기 간지 고정대(40)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 상기 간지 고정대(40)에 장착되는 가이드 장착부(54)를 더 포함한다.
상기 탄성 지지부(52)는 스프링 내지 벨로우즈 구조로서 외력에 의해 변형되었다가 외력이 없어지면 다시 복원될 수 있는 부분이라 할 수 있다. 이러한 탄성 지지부(52)에 의해 가이드 형상부(51)가 지지되므로, 가이드 형상부(51)는 소정 각도 범위 내에서 전,후 방향으로 젖혀짐이 가능하다. 이 경우, 가이드 형상부(51)가 고정적인 경우에 비해 이차전지 셀(2)을 정위치로 가이드할 수 있는 범위가 더 늘어나 셀 삽입 공정 효율이 더 향상될 수 있을 것이다. 더불어 탄성 지지부(52)는 셀 삽입 과정에서 셀 진입 가이드(50)와 이차전지 셀(2) 간의 충돌시의 충격을 완화하는 작용을 함으로써 셀 손상을 방지하는데도 효과적일 수 있다.
상기 가이드 장착부(54)는 탄성 지지부(52)의 하부에 구비되고 간지 고정대(40)의 길이 방향을 따라 좌우로 슬라이드 이동 가능하게 간지 고정대(40)에 장착되게 마련될 수 있다. 예컨대, 가이드 장착부(54)는 간지 고정대(40) 또는 압착 플레이트(10)의 상단을 따라 좌우로 슬라이드 결합될 수 있는 LM 블록과 유사한 구조로 구현될 수 있다.
구체적으로, 도 15를 참조하면, 가이드 장착부(54)는 하부 측에 끼움공(54a)과 걸림턱(54b)을 구비하고 간지 고정대(40) 위에 끼워 맞추어져 거치될 수 있게 구성된다.
상기 간지 고정대(40)는 가이드 이동구간(41a)과 가이드 설치구간(41b)을 포함한다. 상기 가이드 이동구간(41a)은 상부 몸체(B1)가 하부 몸체(B2)보다 큰 폭을 갖도록 마련된다. 가이드 장착부(54)는 가이드 이동구간(41a)의 상부 몸체(B1)를 감싸는 형태를 취하고 걸림턱(54b) 부분이 상부 몸체(B1)의 하단에 걸림 결합되어 있어 가이드 이동구간(41a)에서 분리되지 않는다.
상기 간지 고정대(40)는 2개로 분리될 수 있다. 2개의 단위 간지 고정대(40)의 가이드 설치구간(41b)은 가이드 이동구간(41a)의 하부 몸체(B2)의 폭과 같아서, 가이드 장착부(54)가 상기 가이드 설치구간(41b)을 통해 상하 방향으로 끼워 넣어질 수 있다. 이 같이, 셀 진입 가이드(50)를 가이드 설치구간(41b)에 끼운 후 좌우로 슬라이드 이동시켜서 가이드 이동구간(41a)에 배치시킬 수 있다.
또한, 가이드 장착부(54)는 상기 간지 고정대(40)의 상면을 따라 구름 이동하며 상기 간지 고정대(40)의 상면에 미리 지정된 위치마다 함몰 형성되어 있는 위치세팅용 홈(42)들 중 어느 하나에 끼워지는 볼 플런저(55)를 더 구비할 수 있다.
볼 플런저(55)는 볼 부분이 상기 끼움공(54a) 속에 위치하도록 가이드 장착부(54)의 상단에 수직하게 결합될 수 있다. 상기 볼 플런저(55)는 가이드 형상부(51)를 기준으로 그 양옆에 하나씩의 마련될 수 있다.
상기 볼 플런저(55)와 간지 고정대(40)의 상면에 구비되는 위치세팅용 홈(42)들 구성에 의하면, 셀 진입 가이드(50)의 좌우 슬라이드 이동시 마찰력이 줄어들어 이동이 매끄럽고 셀 진입 가이드(50)들의 간의 간격 조정이 쉬우며, 지정된 위치에서 셀 진입 가이드(50)의 고정성을 확보할 수 있는 등의 이점들이 있다.
도 16은 도 11에 대응하는 도면으로 변형예에 따른 셀 진입 가이드(50)의 사시도이고, 도 17은 도 16의 셀 진입 가이드(50)의 동작예를 설명하기 위한 도면들이다.
이어서 도 16 및 도 17을 참조하여 셀 진입 가이드(50)의 변형예를 설명한다.
동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 셀 진입 가이드(50)와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 변형예에 따른 셀 진입 가이드(50A)는 오뚜기 동작하도록 상기 가이드 형상부(51)의 하부에서 무게 중심으로 작용하고 저면이 곡면으로 형성된 밸런스부(53) 및 상기 밸런스부(53)가 소정 각도 범위 내에서 회전 가능하도록 상기 밸런스부(53)와 결합하게 마련된 가이드 장착부(54)를 포함한다.
상기 밸런스부(53)는 구형, 원통형, 아치형 등 바닥에 맞닿는 저면이 곡면이어서 회전이 가능한 형상일 수 있고, 가이드 형상부(51)보다 비중이 큰 이종소재로 형성되거나, 그 내부가 이종소재로 채워질 수 있다.
상기 가이드 장착부(54)는 LM 블럭 형상으로 하단부에 끼움공(54a)과 걸림턱(54b)을 구비하여 간지 고정대(40)를 따라 슬라이드 이동 가능하게 마련되는 것은 전술한 실시예와 같으나, 상기 밸런스부(53)를 감싸는 내측 수용홈을 더 구비하는 것에 차이가 있다. 상기 밸런스부(53)는 상기 내측 수용홈(54c) 속에 개재되어 그 속에서 소정 각도 회전할 수 있다.
도 17과 같이, 변형예에 따른 셀 진입 가이드(50A)는 무게 중심이 밸런스부(53)의 저면 센터에 위치한다. 그러므로 어떤 외부 요인으로 가이드 형상부(51)가 기울어져도 상기 무게 중심에 작용하는 중력에 의해 오뚜기 동작을 하게 되어 있어, 다시 똑바로 기립할 수 있다.
이러한 본 변형예에 따른 셀 진입 가이드(50A) 구성에 의하면, 이차전지 셀(2)들의 하강 위치 오차 파악이 용이해져 셀 삽입 공정 효율이 개선될 수 있다.
부연하면, 이차전지 셀(2)들의 하강 위치에 오차가 없으면 이차전지 셀(2)들이 셀 진입 가이드(50A)의 간섭 없이 바로 압착 플레이트(10)들 사이 공간으로 진입할 것이고, 상기 하강 위치에 오차가 있다면 셀 진입 가이드(50A)를 건드리게 되어 셀 진입 가이드(50A)가 기울어진다. 작업자가 상기 셀 진입 가이드(50A)의 기울어짐을 확인하고 이차전지 셀(2)들의 하강을 멈춤고 하강 위치를 적절히 수정해서 정확히 압착 플레이트(10)들 사이 공간에 삽입함으로써 셀 삽입 공정의 효율성 개선 및 셀 삽입 과정에서의 셀 손상을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (11)

  1. 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치에 있어서,
    이차전지 셀이 배치되는 셀 삽입 공간을 사이에 두고 각각 대면하게 배치되고 서로 간격이 좁혀지도록 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하게 마련되는 복수 개의 압착 플레이트들;
    각각의 상기 압착 플레이트의 상단 가장자리에 장착되고 상기 셀 삽입 공간으로 연장 배치되어, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분에 접촉하게 마련되는 그립퍼 유닛들; 및
    각각 상기 그립퍼 유닛과 결합하고, 상기 셀 삽입 공간으로 연장 배치되며 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 탄성 가압하도록 마련된 푸쉬바 가압부를 구비한 푸쉬바 유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 푸쉬바 유닛은 상기 압착 플레이트의 상단에 거치되는 푸쉬바 헤드부를 더 포함하고,
    상기 푸쉬바 가압부는 상기 이차전지의 테라스 부위 폭에 대응하는 폭을 가지고 상기 푸쉬바 헤드부의 일측에서 상기 셀 삽입 공간으로 연장되는 플레이트 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 푸쉬바 헤드부는 일 측면에 단차를 구비하고,
    상기 푸쉬바 가압부는 상기 단차의 깊이 내에서 탄성 운동 가능하게 상기 푸쉬바 헤드부의 일 측면에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 푸쉬바 가압부는 두께 방향으로 천공되어 형성된 마운팅 홀을 상단부에 구비하고,
    상기 마운팅 홀 내부에 걸려 이탈이 제한되는 제1 파트와, 상기 제1 파트보다 작은 직경을 가져 상기 마운팅 홀을 통과하고 스프링으로 둘러싸인 제2 파트와; 상기 제2 파트보다 작은 직경으로 상기 푸쉬바 헤드부의 일측면에 스크류 결합되는 제3 파트로 구성된 체결부재에 의해 상기 푸쉬바 가압부가 상기 푸쉬바 헤드부에 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 푸쉬바 유닛은 상기 푸쉬바 가압부의 표면에 부착되는 실리콘 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    시트 형태로서 적어도 일 부분이 상기 셀 삽입 공간 속에 개재되어 상기 이차전지 셀을 떠받히는 간지; 및
    상기 간지를 사이에 두고 상기 압착 플레이트의 상단에 탈부착되는 간지 고정대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 간지 고정대를 따라 적어도 하나 이상이 기립 배치되고, 상기 셀 삽입 공간을 향하는 경사면 또는 곡면 형상으로 형성된 가이드 형상부를 구비한 셀 진입 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 셀 진입 가이드는,
    상기 가이드 형상부의 하부에서 스프링 내지 벨로우즈 구조로 상기 가이드 형상부를 지지하는 탄성 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 셀 진입 가이드는,
    상기 탄성 지지부의 하부에 구비되고 상기 간지 고정대의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 상기 간지 고정대에 장착되는 가이드 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 간지 고정대는 길이 방향을 따라 상면에 미리 지정된 위치마다 함몰 형성되어 있는 위치세팅용 홈들을 구비하고,
    상기 가이드 장착부는 상기 위치세팅용 홈들 중 어느 하나에 끼워지는 볼 플런저가 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 셀 진입 가이드는,
    오뚜기 동작하도록 상기 가이드 형상부의 하부에서 무게 중심으로 작용하고 저면이 곡면으로 형성된 밸런스부; 및
    상기 밸런스부를 감싸고 소정 범위 내에서 상기 밸런스부의 회전을 허용하게 형성된 내측 수용홈을 구비한 가이드 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
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