KR20230071750A - 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체 및 이를 포함하는 충방전 장치 - Google Patents
이차전지 충방전용 그리퍼 조립체 및 이를 포함하는 충방전 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이차전지 충방전시, 내부 결함으로 인하여 발생하는 스웰링 및 온도 상승으로 인한 발화 위험을 방지하기 위한 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체는,
이차전지의 전극 리드와 대응하는 위치에 배치되는 그리퍼 바디부; 상기 그리퍼 바디부의 상기 전극 리드 측에 형성되며, 상기 전극 리드의 표면에 압지되어 접촉되는 접촉 부재; 상기 그리퍼 바디부에 형성되며, 상기 이차전지로부터 전달되는 열에 따라 형상이 변경되어 상기 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 안전 블록부; 및 상기 이차전지와 상기 안전 블록부를 연결하는 열전도부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체는,
이차전지의 전극 리드와 대응하는 위치에 배치되는 그리퍼 바디부; 상기 그리퍼 바디부의 상기 전극 리드 측에 형성되며, 상기 전극 리드의 표면에 압지되어 접촉되는 접촉 부재; 상기 그리퍼 바디부에 형성되며, 상기 이차전지로부터 전달되는 열에 따라 형상이 변경되어 상기 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 안전 블록부; 및 상기 이차전지와 상기 안전 블록부를 연결하는 열전도부;를 포함한다.
Description
본 발명은 이차전지 충방전시, 내부 결함으로 인하여 발생하는 스웰링 및 온도 상승으로 인한 발화 위험을 방지하기 위한 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체 및 이를 포함하는 충방전 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
그러나, 이차전지의 에너지 밀도가 높아지게 되고 고용량화 됨에 따라, 반복적인 충방전 과정에서 발열량이 증가하게 되고, 이는 과다한 온도 상승과, 그로 인한 소자의 오작동을 유발하고 작동 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 전지의 수명을 크게 단축시키는 원인이 된다.
따라서, 전지에 대한 최적의 작동 상태 및 안전성을 확보하기 위하여 제품에 대하여 많은 시험들이 행해지며, 그러한 시험 중에는 테스트 시편의 전압, 전류 등의 전기적 작동 상태와 온도와 압력 등의 물리적 작동 상태를 충방전 장치를 사용하여 측정하는 과정이 포함된다.
그러나, 이차전지 충방전시, 이차전지의 내부 결함으로 인하여 스웰링(swelling) 현상이 발생하고, 또한, 이차전지 내부의 온도가 상승할 수 있다. 이를 방치하면서 충방전 공정을 진행하는 경우, 온도 상승으로 인해 이차전지가 발화할 위험이 있다.
본 발명은 이차전지 충방전시, 내부 결함으로 인하여 발생하는 스웰링 및 온도 상승으로 인한 발화 위험을 방지하기 위한 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체와 충방전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체는, 이차전지의 전극 리드를 압지하도록 구성된 그리퍼 바디부; 상기 그리퍼 바디부의 일측에 결합되고, 상기 전극 리드의 표면에 압지되어 접촉되는 접촉 부재; 상기 그리퍼 바디부에 형성되며, 상기 이차전지로부터 전달되는 열에 따라 형상이 변형되어 상기 그리퍼 바디부에 의한 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 안전 블록부; 및 상기 이차전지와 상기 안전 블록부를 연결하는 열전도부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 그리퍼 바디부는, 상기 전극 리드의 일면에 접촉하는 제1 그리퍼 바디와, 상기 전극 리드의 다른 일면에 접촉하는 제2 그리퍼 바디와, 상기 제1 그리퍼 바디 및 제2 그리퍼 바디를 연결하는 연결 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 안전 블록부는, 상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 안전 블록부는 가열에 의해 변형 전 모양으로 복원되는 형상 기억 합금을 포함할 수 있으며, 상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에는 상기 형상 기억 합금이 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 형상 기억 합금은, 70℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 원래의 형태로 복원될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 안전 블록부는 열팽창 계수가 알루미늄의 열팽창 계수(0.02 mm/mh℃) 보다 큰 열팽창 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에는 상기 열팽창 금속이 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 안전 블록부는 서로 다른 열팽창률을 가진 두 금속으로 이루어진 바이메탈을 포함할 수 있으며, 상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에는 상기 바이메탈이 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 바이메탈은, 70℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 상기 전극 리드의 두께 보다 크게 휘는 두 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 접촉 부재는, 금속재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 있어서, 상기 열전도부는, 알루미늄 또는 알루미늄 보다 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 열전도선일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 장치는, 앞서 설명한 그리퍼 조립체; 및 전류원으로부터 공급되는 출력 전원을 전지 충전에 적합한 전원으로 변환하는 전원변환부를 포함하며, 상기 전원변환부는, 상기 그리퍼 조립체의 접촉 부재를 통해 이차전지에 전류를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 장치는, 나란하게 다수로 설치되고, 서로 간에 간결 조절이 가능하도록 결합되며, 각각의 사이에 형성되는 갭(Gap)에 이차전지가 개재되도록 구성된 가압 플레이트; 지지를 위해 설치되는 지지부재; 상기 지지부재에 대향하도록 설치되는 가동부재; 상기 가압 플레이트가 상기 간격 조절의 방향으로 이동하도록 가이드하는 가이드 부재; 및 상기 가동부재를 전후로 이동시킴으로써 상기 가압 플레이트 사이의 상기 이차전지를 양면에서 가압 및 가압 해제하도록 하는 가압 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 장치에 있어서, 상기 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체는, 상기 가압 플레이트마다 다수로 설치되고, 상기 가압 플레이트에 고정됨으로써, 상기 가압 플레이트와 함께 이동하도록 구성될 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 이차전지 충방전시, 이차전지의 내부 결함으로 인하여 발생하는 스웰링 및 온도 상승으로 인한 이차전지의 발화 위험을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 적용되는 이차전지가 도시된 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체가 도시된 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이다.
도 5는 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이다.
도 8은 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이다.
도 11은 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체가 도시된 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이다.
도 5는 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이다.
도 8은 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이다.
도 11은 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체를 설명한다.
본 발명에서 x축은 이차전지 가로 방향에 해당되며, y축은 이차전지의 세로 방향에 해당되며, z축은 가압 플레이트의 간격 조절의 방향, 이차전지의 두께 방향에 해당된다.
먼저, 도 1을 참조하여 이차전지에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 충방전 장치에 적용되는 이차전지가 도시된 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차전지(B)는 전지 케이스(10) 및 전지 케이스(10)의 수용부(13)에 수용되는 전극 조립체(20) 및 전해액을 포함한다. 이때, 전극 조립체(20)는 전극(23)에 전기적으로 연결되는 전극 리드(30)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(20)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(23)과 분리막(24)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
전극(23)은 양극(21) 및 음극(22)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(20)는 양극(21)/분리막(24)/음극(22)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 전극 리드(30)는 양극(21)과 연결되는 양극 리드 및 음극(22)과 연결되는 음극 리드를 포함할 수 있다. 도 1에서, 전극 리드(30)는 전극 조립체(20)의 일방향으로 형성된 것으로 예시되어 있지만, 전극 조립체(20)의 양방향으로도 형성될 수 있다.
양극(21)은 양극 집전체와, 양극 집전체에 적층된 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있다. 양극 활물질은 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극(22)은 음극 집전체와, 음극 집전체에 적층된 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu)재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 흑연계 물질을 포함하는 화합물 또는 혼합물일 수 있다.
분리막(24)은 절연 재질로 이루어져 양극(21)과 음극(22) 사이를 전기적으로 절연한다. 분리막(24)은 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
다음, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체를 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체가 도시된 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체는, 그리퍼 바디부(110), 접촉 부재(120), 안전 블록부(130), 열전도부(140)를 포함한다.
그리퍼 바디부(110)는, 이차전지의 전극 리드(30)를 압지하여, 접촉 부재(120)를 통해, 전지에 충전 에너지를 공급한다. 그리퍼 바디부(110)는 이차전지(B)의 전극 리드(30)와 대응하는 위치에 배치되어, 접촉 부재(120)를 매개로 전극 리드(30)를 압지할 수 있다. 도 2에서 전극 리드(30)는 전극 조립체(20)의 양방향으로 형성된 것을 예시하지만, 도 1과 같이 전극 리드(30)는 전극 조립체(20)의 일방향으로도 형성될 수 있다.
그리퍼 바디부(110)는, 상기 전극 리드의 일면에 접촉하는 제1 그리퍼 바디(111)와, 상기 전극 리드의 다른 일면에 접촉하는 제2 그리퍼 바디(112)로 구성되며, 제1 그리퍼와 제2 그리퍼의 사이에 형성된 갭(Gap)에 전극 리드가 개재되어, 제1 그리퍼와 제2 그리퍼의 사이에 형성된 갭의 간격이 가까워지면서, 전극 리드를 압지하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 그리퍼 바디부(110)는 전극 리드(30)의 상부에 배치되는 제1 그리퍼 바디(111)와, 전극 리드(30)의 하부에 배치되는 제2 그리퍼 바디(112)와, 제1 그리퍼 바디(111) 및 제2 그리퍼 바디(112)를 연결하는 연결 부재(113)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 그리퍼 바디(111)와 제2 그리퍼 바디(112)는 연결 부재(113)에 의해 연결 결합되어 전체적으로 집게 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 연결 부재(113)는 힌지일 수 있다.
접촉 부재(120)는 그리퍼 바디부(110)의 일측에 결합되고, 그리퍼 바디부(110)에 의해 전극 리드(30)의 표면에 압지되어 접촉된다. 접촉 부재(120)는 금속 재질로 이루어질 수 있고, 제1 그리퍼 바디(111)와 제2 그리퍼 바디(112) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다. 도면에서는 제1 그리퍼 바디(111)에 접촉 부재(120)가 형성된 것을 예시한다.
접촉 부재(120)에는 전극 리드(30)의 표면을 압지하도록 뾰족한 복수개의 조오(jaw)가 형성될 수 있으며, 이에 따라 전극 리드(30)에 대한 압지력을 증대시켜서 전도성을 높일 수 있다. 또한, 접촉 부재(120)의 표면에는 금도금 처리되어 전도성을 더욱 높일 수 있다.
안전 블록부(130)는 그리퍼 바디부(110)에 형성되며, 이차전지(B)로부터 전달되는 열에 따라 형상이 변경되어 전극 리드(30)의 압지 상태를 해제할 수 있다. 안전 블록부(130)는 제1 그리퍼 바디(111)와 제2 그리퍼 바디(112) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있으며, 도면에서는 제2 그리퍼 바디(112)에 안전 블록부(130)가 형성된 것을 예시한다.
안전 블록부(130)는 열에 의해 형상이 변경되는 물질(또는 조립체)로 이루어지며, 예를 들어, 형상 기억 합금, 열팽창율이 큰 금속, 바이메탈 등이 될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 내지 도 11을 참조하여 후술한다.
열전도부(140)는 충방전 진행 중에, 이차전지(B) 내부에서 발생한 열을 안전 블록부(130)로 전달한다. 열전도부(140)는 이차전지(B) 내부 또는 파우치에 포함된 알루미늄과 안전 블록부(130)를 연결하는 열전도선으로 구성될 수 있다. 열전도선은 알루미늄 또는 알루미늄 보다 열전도율이 높은 물질(예를 들어, 금, 은, 구리 등)로 이루어질 수 있다. 열전도선이 알루미늄 보다 열전도율이 낮을 경우, 이차전지(B) 내부의 열을 안전 블록부(130)로 전달되는 시간이 지연되어 발화 방지에 적합하지 않을 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체에 의하면, 이차전지 충방전시, 이차전지의 내부 결함으로 인하여 발생하는 스웰링 및 온도 상승으로 인한 이차전지의 발화 위험을 방지할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 11을 참조하여 안전 블록부(130)의 다양한 실시예들에 대해 설명한다.
먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이며, 도 5는 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 블록부는 형상 기억 합금(131)을 포함한다. 제2 그리퍼 바디(112)에는 형상 기억 합금(131)이 수용되는 수용홈(112a)이 형성된다.
형상 기억 합금(形狀記憶合金, Shape-memory alloy)이란 다른 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전의 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금을 말하며, 형상 기억 효과를 나타내는 합금으로서는 티타늄·니켈 합금이 대표적이다.
형상 기억 합금(131)은 원래의 형태는 부피가 큰 바아(bar) 형태이며, 변형된 형태는 부피가 작은 바아 형태로 수용홈(112a)에 배치된다. 형상 기억 합금(131)은 기준 온도에서 원래의 형태로 부피 증가가 발생할 수 있다. 이때, 기준 온도는 비정상 작동 상태에 대한 안정성 확보를 위해 70℃ 내지 120℃인 것이 바람직하다.
이차전지 충방전시, 정상 작동 상태인 경우, 온도가 상승하지 않거나 상승하더라도 발화점 미만의 범위에서 상승하므로 발화의 위험이 없으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 그리퍼 바디부(110)와 접촉 부재(120)는 전극 리드(30)에의 압지 상태를 유지하게 된다.
이차전지 충방전시, 내부 결함 등의 원인으로 비정상 작동 상태인 경우, 온도가 발화점 이상의 범위로 상승하게 되면, 열전도부(140)를 통해 이차전지로부터 형상 기억 합금(131)으로 전달된 열에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 형상 기억 합금(131)은 부피가 팽창하면서 원래의 형태로 복원되면서 제1 그리퍼 바디(111)를 밀어 올리게 된다. 이에 따라, 그리퍼 바디부(110)와 접촉 부재(120)는 전극 리드(30)에의 압지 상태를 해제하게 된다. 그 결과, 전극 리드(30)를 통한 전원 공급이 끊겨서 이차전지의 발화 위험을 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이며, 도 8은 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 블록부는 열팽창 금속(132)을 포함한다. 제2 그리퍼 바디(112)에는 열팽창 금속(132)이 수용되는 수용홈(112a)이 형성된다.
본 명세서에서, 열팽창 금속(132)은 열팽창 계수가 알루미늄의 열팽창 계수(0.02 mm/mh℃) 보다 큰 금속을 의미한다. 이는 이차전지(B) 내부 또는 파우치에 포함된 알루미늄의 변형 등에 의한 발화 위험을 미연에 방지하기 위한 것으로, 알루미늄의 변형 보다 빠르게 열팽창하여 이차전지로의 전원 공급을 차단하여 발화 위험을 방지하기 위함이다.
이차전지 충방전시, 정상 작동 상태인 경우, 온도가 상승하지 않거나 상승하더라도 발화점 미만의 범위에서 상승하므로 발화의 위험이 없으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 그리퍼 바디부(110)와 접촉 부재(120)는 전극 리드(30)에의 압지 상태를 유지하게 된다.
이차전지 충방전시, 내부 결함 등의 원인으로 비정상 작동 상태인 경우, 온도가 발화점 이상의 범위로 상승하게 되면, 열전도부(140)를 통해 이차전지로부터 열팽창 금속(132)으로 전달된 열에 의해, 도 8에 도시된 바와 같이, 열팽창 금속(132)은 부피가 팽창하면서 제1 그리퍼 바디(111)를 밀어 올리게 된다. 이에 따라, 그리퍼 바디부(110)와 접촉 부재(120)는 전극 리드(30)에의 압지 상태를 해제하게 된다. 그 결과, 전극 리드(30)를 통한 전원 공급이 끊겨서 이차전지의 발화 위험을 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 설명한다. 도 9은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 측단면도이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디가 도시된 평면도이며, 도 11은 전지 내부의 온도 상승시, 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부를 포함하는 제2 그리퍼 바디의 안전 블록부가 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 상태가 도시된 측단면도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 블록부는 바이메탈(133)을 포함한다. 제2 그리퍼 바디(112)에는 바이메탈(133)이 수용되는 수용홈(112a)이 형성된다.
바이메탈(133)은 서로 다른 열팽창률을 가진 두 금속을 붙여서 만든 것으로, 금속마다 고유의 열팽창계수가 다름을 사용하여 온도의 변화에 따라 팽창하는 양이 달라서 한쪽으로 휘게되는 성질을 갖는 물질이다.
바이메탈(133)을 이루는 두 금속(133a, 133b) 중 상부 금속은 열팽창율이 작은 제1 금속(133a), 하부 금속은 제1 금속 보다 열팽창율이 큰 제2 금속(133b)으로 구성되는 것이 바람직하다. 열 팽창시, 제1 금속(133a)은 상대적으로 작게 팽창하고 제2 금속(133b)은 상대적으로 크게 팽창하여, 바이메탈(133)은 제1 그리퍼 바디(111) 방향으로 휘게 된다.
전극 리드(30)의 두께(수 um)를 감안하여, 바이메탈(133)은 발화 위험 범위(70℃ 내지 120℃)에서 전극 리드(30)의 두께 보다 크게 휘도록 두 금속(133a, 133b)을 선택하여 설계하는 것이 바람직하다.
이차전지 충방전시, 정상 작동 상태인 경우, 온도가 상승하지 않거나 상승하더라도 발화점 미만의 범위에서 상승하므로 발화의 위험이 없으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 그리퍼 바디부(110)와 접촉 부재(120)는 전극 리드(30)에의 압지 상태를 유지하게 된다.
이차전지 충방전시, 내부 결함 등의 원인으로 비정상 작동 상태인 경우, 온도가 발화점 이상의 범위로 상승하게 되면, 열전도부(140)를 통해 이차전지로부터 바이메탈(133)으로 전달된 열에 의해, 도 11에 도시된 바와 같이, 바이메탈(133)은 제1 그리퍼 바디(111) 방향으로 휘면서 밀어 올리게 된다. 이에 따라, 그리퍼 바디부(110)와 접촉 부재(120)는 전극 리드(30)에의 압지 상태를 해제하게 된다. 그 결과, 전극 리드(30)를 통한 전원 공급이 끊겨서 이차전지의 발화 위험을 방지할 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충방전 장치(1000)는, 전술한 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체(1100) 및 전류원으로부터 공급되는 출력 전원을 전지 충전에 적합한 전원으로 변환하는 전원변환부(1200)를 포함한다.
이차전지 충방전용 그리퍼 조립체(1100)는, 앞에서 이미 설명한 바와 같으며, 본 발명에 따른 충방전 장치(1000)는, 상술한 그리퍼 조립체(1100)를 포함함에 따라, 이차전지 충방전시, 내부 결함 등의 원인으로 온도가 비정상적 범위로 상승하게 되면, 안전 블록부의 형상이 변형되면서 그리퍼 바디부에 의한 전극 리드의 압지 상태가 해제되어 전류의 흐름을 차단시킨다. 따라서 이차전지의 발화 위험을 방지하는 효과가 있다.
전원변환부(1200)는, 이차전지에 충전될 에너지를 공급하는 출력 전원(P)을 전지 충전에 적합한 전원으로 변환하는 역할을 한다. 하나의 구체적 예에서 상기 전원변환부는, 다수의 이차전지 각각의 전류 채널에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 상기 전원변환부(1200)는, DC/DC 컨버터와, 양방향 리니어 정전류원(linear current source)를 포함할 수 있다. 상기 DC/DC 컨버터와, 양방향 리니어 정전류원(linear current source)은 각각의 전류 채널에 하나씩 설치되어 직렬 또는 병렬 연결된 다수의 전지들 각각을 충방전하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시에에 따른 충방전 장치(1000)는, 나란하게 다수로 설치되고, 서로 간에 간결 조절이 가능하도록 결합되며, 각각의 사이에 형성되는 갭(Gap)에 이차전지(1)가 개재되도록 구성된 가압 플레이트(1300); 지지를 위해 설치되는 지지부재(1400); 상기 지지부재(1400)에 대향하도록 설치되는 가동부재(1500); 상기 가압 플레이트(1300)가 상기 간격 조절의 방향으로 이동하도록 가이드하는 가이드 부재(1600); 및 상기 가동부재(1500)를 전후로 이동시킴으로써 상기 가압 플레이트(1300) 사이의 상기 이차전지(1)를 양면에서 가압 및 가압 해제하도록 하는 가압 구동부(1700)를 더 포함할 수 있다.
상기 가압 플레이트(1300)는, 이차전지(1)를 가압하기 위한 것으로, 다수의 이차전지(1)를 동시에 가압할 수 있도록, 지지부재(1400)와 가동부재(1500)의 사이에 나란하게 다수로 수직되게 설치되고, 가동부재(1500)의 전후 이동에 의해 서로 간에 간격 조절이 가능하도록 결합되며, 각각의 사이에 형성되는 갭에 이차전지(1)가 삽입된다.
상기 가압 플레이트(1300)는, 이차전지의 활성화 또는 테스트를 위한 충방전 과정에서, 이차전지에 압력을 가하기 위해, 후술하는 가이드 부재(1600)에 의해 간격 조절의 방향(z축 방향)으로 이동 가능하도록 구성될 수 있으며, 가압 플레이트(1300)는, 가이드 부재(1600)가 슬라이딩 가능하게 관통하도록 결합되는 슬라이딩 결합부(미도시)가 마련될 수 있다.
상기 지지부재(1400)는, 지지를 위해 설치되는데, 일례로 지면에 설치되는 프레임(1800)에 수직되게 설치될 수 있고, 다른 예로서 탄성지지부재에 의해 탄성 지지되도록 설치될 수 있다.
상기 가동부재(1500)는, 지지부재(1400)에 대향하도록 설치되고, 가압구동부(1700)에 의해 전후로 이동하여 가압 플레이트(1300)를 가압 및 가압 해제하도록 한다.
상기 가이드 부재(1600)는 다수의 가압 플레이트(1300)들이 간격 조절의 방향으로 이동하도록 가이드하는데, 이를 위해 가압 플레이트(1300)의 배열 방향(z축 방향)으로 놓여지도록, 일측 말단부가 상기 지지부재(1400)에, 타측 말단부가 상기 가동부재(1500)에 고정되는 축(axis)부재로 이루어질 수 있고, 다수개가 나란하게 마련될 수 있다.
상기 가압 구동부(1700)는, 상기 가동부재(1500)를 전후로 이동시킴으로써, 가압 플레이트(1300) 사이에 위치한 이차전지(1)를 양면에서 가압 및 가압 해제하도록 하는데, 이를 위해 실린더(미도시)의 왕복 운동을 이용하거나 모터의 회전력을 직선 운동으로 전환하도록 구성되는 것을 비롯하여 다양하게 구성될 수 있다.
이차전지 충방전용 그리퍼 조립체(1100)는, 상기 가압 플레이트(1300)마다 다수로 설치되고, 상기 가압 플레이트(1300)에 고정됨으로써, 상기 가압 플레이트(1300)와 함께 이동하도록 구성될 수 있다.
이러한 실시예에 따른 충방전 장치는, 다수의 이차전지 각각을 가압한 상태에서, 각각의 이차전지에 충전 전류 또는 방전 전류를 인가할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110 : 그리퍼 바디부
120 : 접촉 부재
130 : 안전 블록부 140 : 열전도부
131 : 형상 기억 합금
132 : 열팽창 금속
133 : 바이메탈
1000: 충방전 장치1100: 그리퍼 조립체
1200: 전원변환부
1300: 가압 플레이트
1400: 지지부재
1500: 가동부재
1600: 가이드 부재
1700: 가압 구동부
130 : 안전 블록부 140 : 열전도부
131 : 형상 기억 합금
132 : 열팽창 금속
133 : 바이메탈
1000: 충방전 장치1100: 그리퍼 조립체
1200: 전원변환부
1300: 가압 플레이트
1400: 지지부재
1500: 가동부재
1600: 가이드 부재
1700: 가압 구동부
Claims (13)
- 이차전지의 전극 리드를 압지하도록 구성된 그리퍼 바디부;
상기 그리퍼 바디부의 일측에 결합되고, 상기 전극 리드의 표면에 압지되어 접촉되는 접촉 부재;
상기 그리퍼 바디부에 형성되며, 상기 이차전지로부터 전달되는 열에 따라 형상이 변형되어 상기 그리퍼 바디부에 의한 전극 리드의 압지 상태를 해제하는 안전 블록부; 및
상기 이차전지와 상기 안전 블록부를 연결하는 열전도부;
를 포함하는 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 그리퍼 바디부는,
상기 전극 리드의 일면에 접촉하는 제1 그리퍼 바디와,
상기 전극 리드의 다른 일면에 접촉하는 제2 그리퍼 바디와,
상기 제1 그리퍼 바디 및 제2 그리퍼 바디를 연결하는 연결 부재
를 포함하는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 2에 있어서, 상기 안전 블록부는,
상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에 형성되는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 2에 있어서,
상기 안전 블록부는 가열에 의해 변형 전 모양으로 복원되는 형상 기억 합금을 포함하며,
상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에는 상기 형상 기억 합금이 수용되는 수용홈이 형성되는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 4에 있어서, 상기 형상 기억 합금은,
70℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 원래의 형태로 복원되는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 2에 있어서,
상기 안전 블록부는 열팽창 계수가 알루미늄의 열팽창 계수(0.02 mm/mh℃) 보다 큰 열팽창 금속을 포함하며,
상기 제1,2 그리퍼 바디 중 적어도 어느 하나에는 상기 열팽창 금속이 수용되는 수용홈이 형성되는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 2에 있어서,
상기 안전 블록부는 서로 다른 열팽창률을 가진 두 금속으로 이루어진 바이메탈을 포함하며,
상기 제2 그리퍼 바디에는 상기 바이메탈이 수용되는 수용홈이 형성되는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 7에 있어서, 상기 바이메탈은,
70℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 상기 전극 리드의 두께 보다 크게 휘는 두 금속으로 이루어진, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 접촉 부재는, 금속재로 형성되는, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 9에 있어서, 상기 열전도부는,
알루미늄 또는 알루미늄 보다 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 열전도선인, 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체.
- 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 따른 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체; 및
전류원으로부터 공급되는 출력 전원을 전지 충전에 적합한 전원으로 변환하는 전원변환부를 포함하며,
상기 전원변환부는, 상기 그리퍼 조립체의 접촉 부재를 통해 이차전지에 전류를 인가하는 이차전지의 충방전 장치.
- 청구항 11에 있어서,
나란하게 다수로 설치되고, 서로 간에 간결 조절이 가능하도록 결합되며, 각각의 사이에 형성되는 갭(Gap)에 이차전지가 개재되도록 구성된 가압 플레이트;
지지를 위해 설치되는 지지부재;
상기 지지부재에 대향하도록 설치되는 가동부재;
상기 가압 플레이트가 상기 간격 조절의 방향으로 이동하도록 가이드하는 가이드 부재; 및
상기 가동부재를 전후로 이동시킴으로써 상기 가압 플레이트 사이의 상기 이차전지를 양면에서 가압 및 가압 해제하도록 하는 가압 구동부를 더 포함하는 이차전지의 충방전 장치.
- 청구항 12에 있어서,
상기 이차전지 충방전용 그리퍼 조립체는, 상기 가압 플레이트마다 다수로 설치되고, 상기 가압 플레이트에 고정됨으로써, 상기 가압 플레이트와 함께 이동하도록 구성된 이차전지의 충방전 장치.
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Patent Citations (1)
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