WO2022164033A1 - 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치 - Google Patents

배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a pressurization activation device, and in particular, a separate short circuit inspection equipment by configuring to sequentially and continuously perform a short circuit inspection, an activation process, and a charging/discharging process for a plurality of battery cells in one pressurization activation device This can reduce the maintenance, effort and cost to perform the short circuit inspection process, the pressurization activation process, and the charging/discharging process for the battery cell, and space, time, and It relates to a pressurization activation device having a short circuit inspection unit of a battery cell capable of reducing unnecessary requirements such as cost.
  • Lithium secondary batteries have the advantage of long life and large capacity, and are widely used in portable electronic devices in recent years. and lithium polymer batteries using batteries.
  • the lithium secondary battery is classified into a prismatic battery in which a prismatic can is used, a cylindrical battery in which a cylindrical can is used, and a pouch-type battery in which a pouch is used according to the type of the exterior material for sealing the electrode assembly.
  • the pouch-type battery has many advantages such as higher energy density per unit weight and volume, thinning and lightening of the battery, and low material cost as an exterior material, so its development is being actively carried out in recent years.
  • a positive electrode plate and a negative electrode plate are manufactured, a separator is interposed therebetween, and then stacked to prepare an electrode assembly.
  • the electrode assembly manufactured as described above is embedded in a pouch case, an electrode lead is electrically connected to the electrode assembly, and the electrode lead is formed to protrude outside the pouch case.
  • the electrolyte is injected into the pouch so that the electrode assembly is impregnated with the electrolyte.
  • the edges of the pouch are joined by thermal fusion to seal the pouch.
  • the pouch-type battery assembled as described above has a pressure activation process (pre-formation process) in which the pouch is activated by pressing so that the electrolyte filled inside the pouch is evenly spread, and aging (pre-formation process) to stabilize the battery. Aging) process and a charging/discharging process (formation process) for activating the battery are performed.
  • a short circuit inspection equipment for a battery cell is provided separately from a pressurization activation device that performs an activation process and a charge/discharge process, and a short circuit of a battery cell is performed through a separate short circuit inspection equipment before performing a pressurization activation process on the battery cell. Inspection was performed.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2020-0042801 discloses a formation device capable of performing a defect inspection and activation process of a pouch-type secondary battery cell in which the packaging process has been completed. is proposing
  • the prior art document only relates to a device capable of performing a short circuit inspection and activation process for a pouch-type secondary battery cell mounted on a single jig, and continuously short circuits in a continuous series process through a separate jig Since it does not correspond to an apparatus capable of performing the inspection and activation process, there is a disadvantage in that process efficiency for a plurality of battery cells to be subjected to a plurality of processes is lowered.
  • the present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and is configured to sequentially and continuously perform a short circuit test, an activation process, and a charging/discharging process for a plurality of battery cells in a single pressurized activation device. By doing so, it is not necessary to build a separate short-circuit inspection equipment, thereby reducing the maintenance, effort and cost for performing the short-circuit inspection process, the pressurization activation process, and the charging/discharging process for the battery cell, and using separate equipment
  • An object of the present invention is to provide a pressurized activation device having a short circuit inspection unit of a battery cell that can reduce unnecessary requirements such as space, time, and cost for construction.
  • a component constituting a pressurization activation device having a short circuit inspection unit of a battery cell according to the present invention proposed to solve the above problems is a loading unit for loading a plurality of battery cells; Transfer from the loading unit a short circuit inspection unit that mounts a plurality of battery cells to be used and performs a short circuit inspection in a state in which the plurality of battery cells are pressurized; a preliminary activation unit for receiving and mounting the plurality of batteries subjected to the short circuit inspection from the short circuit inspection unit, and pressurizing the plurality of battery cells to perform an activation process; a main activation unit receiving and mounting a plurality of batteries subjected to an activation process from the preliminary activation unit, and heating and pressurizing a plurality of battery cells to perform a charging/discharging process; and a control unit for controlling operations of transferring the plurality of battery cells, short-circuit inspection, activation process, and charging/discharging process.
  • the short circuit inspection unit includes a single pressurizing shorting jig for mounting and pressurizing a plurality of battery cells
  • the preliminary activation unit includes a plurality of preliminary jigs for mounting and pressurizing a plurality of battery cells
  • the main activation unit includes a plurality of It characterized in that it comprises a plurality of heating jig for heating and pressurizing the battery cell.
  • the short-circuit inspection unit applies a voltage to each of the plurality of battery cells mounted on the one pressurizing short-circuit jig under the control of the control unit and measures the current, and then returns the current measurement value for each battery cell to the control unit. It is characterized in that it includes a measuring instrument that transmits to the
  • the controller analyzes the current measurement value for each battery cell to determine good or bad, and controls the battery cell determined to be defective so that the charging/discharging process is not performed in the heating jig.
  • a short circuit inspection, an activation process, and a charging/discharging process for a plurality of battery cells are sequentially performed in one pressurization activation device. Because it is configured to be performed continuously, there is no need to build a separate short-circuit inspection equipment, which reduces maintenance, effort, and cost to perform the short-circuit inspection process, pressurization activation process, and charge/discharge process for battery cells. The advantage of reducing unnecessary requirements such as space, time, and cost for constructing separate equipment is generated.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a pressurization activation device having a short circuit inspection unit of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a pressurization short-circuit jig included in a short-circuit inspection unit constituting a pressurization activation device having a short-circuit inspection unit of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A - A' of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B - B' of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a perspective view of a pressing module constituting a pressing short-circuit jig applied to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a pressurization activation device having a short circuit inspection unit of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure activation device 200 having a short circuit inspection unit for battery cells includes a loading unit 110 for loading a plurality of battery cells, and a short circuit for the plurality of battery cells.
  • the short circuit inspection unit 130 for performing the inspection the preliminary activation unit 150 for performing an activation process for a plurality of battery cells, the main activation unit 170 for performing a charging/discharging process for the plurality of battery cells, and the components It is configured to include a control unit 190 for controlling the operation of the.
  • the loading unit 110 , the short circuit inspection unit 130 , the preliminary activation unit 150 , and the main activation unit 170 sequentially and continuously perform corresponding operations on the plurality of battery cells under the control of the control unit 190 . do it with
  • the loading unit 110 performs an operation of loading a plurality of battery cells. Specifically, the loading unit 110 performs an operation of loading battery cells from a tray on which a plurality of battery cells are mounted to the short circuit inspection unit 130 . The loading unit 110 performs an operation of loading the plurality of battery cells into the short circuit inspection unit 130 after various processes such as alignment with respect to the tray, BCR reading, battery cell loading, and BCR reading for battery cells. .
  • the plurality of battery cells are transferred and mounted from the loading unit 110 to the short circuit inspection unit 130 through a transfer means such as a pick and place.
  • the transfer means such as the pick and place transfers and mounts a plurality of battery cells from the loading unit 110 to the pressurizing short circuit jig 100 included in the short circuit inspection unit 130 .
  • the short circuit inspection unit 130 that has received the plurality of battery cells from the loading unit 110 performs a short circuit inspection on the plurality of cells. Specifically, the short circuit inspection unit 130 mounts a plurality of battery cells transferred from the loading unit 110 , and performs a short circuit inspection in a state in which the plurality of battery cells are pressurized.
  • the plurality of battery cells loaded by the loading unit 110 are not directly subjected to the pressurization activation process, but are transferred and mounted to the short circuit inspection unit 130 before that, and then subjected to a short circuit test in a pressurized state. As a result, it is not necessary to separately construct a short circuit inspection device that performs a short circuit inspection on a plurality of battery cells.
  • the short circuit inspection unit 130 will be described later, a plurality of battery cells are mounted through the pressurization shorting jig 100 and a short circuit inspection is performed simultaneously in a state in which the plurality of battery cells are pressurized to determine whether the plurality of battery cells are good or bad. Let this happen all at once. Accordingly, the short-circuit test for the plurality of battery cells may be quickly performed and may be continuously performed on the plurality of battery cells continuously loaded from the loading unit 110 .
  • a transport means such as a pick and place transfers the plurality of battery cells for which the short-circuit inspection has been completed under the control of the controller 190 to the preliminary activation unit. Transfer to (150). Then, the preliminary activation unit 150 pressurizes the plurality of transferred battery cells to perform an activation process. Specifically, the preliminary activation unit 150 receives and mounts the plurality of batteries that have been tested for the short circuit from the short circuit inspection unit 130 , and pressurizes the plurality of battery cells to perform an activation process.
  • the preliminary activation unit 150 will be described later, after the plurality of battery cells are mounted on the preliminary jig 160 configured similarly to the pressurization shorting jig 100 , the plurality of battery cells are mounted under the control of the control unit 190 .
  • the activation process is performed by pressurizing the battery cells. This preliminary activation process follows the previously applied preliminary activation process. As such a pressurization activation process is preceded, the charging/discharging process performed continuously may be performed more efficiently.
  • a transfer means such as a pick and place transfers the plurality of battery cells for which the pressure activation process has been completed under the control of the control unit 190 . It is transferred to the main activation unit 170 . Then, the main activation unit 170 performs a charging/discharging process by heating and pressurizing the plurality of transferred battery cells. Specifically, the main activation unit 170 receives and mounts a plurality of batteries subjected to the activation process from the preliminary activation unit 150 , and heats and pressurizes the plurality of battery cells to perform a charging/discharging process.
  • the main activation unit 170 is configured similarly to the pressurization shorting jig 100 or the preliminary jig 160, as will be described later, but the plurality of the heating jig 180 further includes a heating means capable of heating the battery cell.
  • a charging/discharging process is performed in a state in which the plurality of battery cells are heated and pressurized under the control of the controller 190 .
  • Such a charging/discharging process follows an existing charging/discharging process.
  • the above-described loading operation of the plurality of battery cells by the loading unit 110 , the short circuit inspection operation of the plurality of battery cells by the short circuit inspection unit 130 , and the preliminary activation unit 150 of the plurality of battery cells are performed.
  • a preliminary activation process operation, a charge/discharge process operation for a plurality of battery cells by the main activation unit 170 , and a transfer operation of the plurality of battery cells are performed under the control of the controller 190 . That is, the controller 190 controls the operation of the transfer of the plurality of battery cells, the short-circuit test, the activation process, and the charging/discharging process.
  • the pressurization activation apparatus 200 having the battery cell short circuit inspection unit according to the present invention having the above-described configuration and operation, a short circuit inspection, activation process, and charging/discharging of a plurality of battery cells within one pressurization activation apparatus 200 . Since the process is configured to be performed sequentially and continuously, there is no need to build a separate short circuit inspection equipment, so maintenance and effort to perform the short circuit inspection process, the pressurization activation process, and the charging/discharging process for the battery cell And cost can be reduced, and the advantage of reducing unnecessary requirements such as space, time, and cost for constructing separate equipment is generated.
  • the short circuit inspection performed by the short circuit inspection unit 130, the preliminary activation process performed by the preliminary activation unit 150, and the charging/discharging process performed by the main activation unit 170 are respectively performed on a plurality of batteries in the same jig. It is performed with the cell mounted.
  • the short circuit inspection process, the preliminary activation process, and the charging/discharging process for the plurality of battery cells have different tact times for the corresponding processes, it is preferable to configure the number of corresponding jigs in consideration of the total tact time.
  • the short-circuit inspection unit 130 includes a single pressurizing short-circuit jig 100 for mounting and pressurizing a plurality of battery cells
  • the preliminary activation unit 150 includes a plurality of batteries. and a plurality of preliminary jigs 160 for mounting and pressurizing cells
  • the main activation unit 170 includes a plurality of heating jigs 180 for heating and pressurizing a plurality of battery cells, the plurality of heating jigs It is preferable that the number 180 is greater than that of the plurality of preliminary jigs 160 .
  • the short-circuit inspection unit 130 is composed of only one pressing short-circuit jig 100 . It is preferable to configure only one short circuit test for the plurality of battery cells in consideration of the tact time is very small compared to the preliminary activation process and the charging/discharging process, and considering the efficiency of spatial arrangement of the entire equipment.
  • a schematic configuration of the single pressurizing shorting jig 100 will be described later with reference to FIGS. 2 to 5 , but it basically has a structure in which a plurality of battery cells can be mounted and pressurized. The plurality of battery cells are simultaneously short-circuited while being mounted on the pressurizing short-circuit jig 100 .
  • the preliminary activation unit 150 includes a plurality of preliminary jigs 160 for mounting and pressurizing a plurality of battery cells. Since the pressure activation process performed in the preliminary activation unit 150 has a relatively long process time compared to the short circuit inspection process, it is preferable that the process time is not only one but a plurality.
  • the preliminary jig 160 may be a room temperature jig for mounting a plurality of battery cells so that the activation process can be preliminarily performed, and for performing the activation process at room temperature, or a preheating jig for performing the activation process in a pressurized state. have.
  • the preliminary jig 160 has substantially the same structure as that of the pressure short-circuit jig 100 . Accordingly, the preliminary jig 160 may have a configuration except for the measuring instrument 135 in FIGS. 2 to 5 .
  • Each of the preliminary jigs 160 simultaneously pressurizes the mounted battery cells under the control of the controller 190 to perform an activation process. When the battery cell is pressurized, heat is generated in the battery cell by the pressure, thereby improving the efficiency of the charging/discharging process, which is the next process.
  • the preliminary jig 160 Since the preliminary jig 160 is configured in plurality, the plurality of battery cells for which the short circuit inspection has been completed by the short circuit inspection unit 130 may be transferred and mounted on the preliminary jig in which the pressurization activation process is not performed. More specifically, as the pressure activation process for the plurality of battery cells is completed and the transfer to the main activation unit 170 is completed, an empty spare jig 160 may exist, and the plurality of battery cells subjected to the short circuit test. is transferred to and mounted on the empty spare jig 160 under the control of the controller 190 .
  • the main activation unit 170 includes a plurality of heating jigs 180 for mounting and pressurizing a plurality of battery cells. Since the charging/discharging process performed in the main activation unit 170 is relatively longer than the short circuit inspection process and the preliminary activation process, it is composed of a plurality and is composed of a larger number than the preliminary jig 160 . desirable.
  • the heating jig 180 has a structure similar to that of the pressurizing shorting jig 100 or the preliminary jig 160 , but a heating means capable of heating the battery cell is further provided. Accordingly, the heating jig 180 has the configuration of the jig shown in FIGS. 2 to 5, but preferably has a configuration in which a heating line is formed on the pressing plate 61 to be described later. Each of the heating jigs 180 performs a charging/discharging process while simultaneously heating and pressurizing the plurality of battery cells mounted under the control of the controller 190 .
  • the heating jig 180 is configured in plurality and is composed of a larger number than the preliminary jig 160, the charging/discharging process is not being performed on the plurality of battery cells for which the preliminary activation process has been completed in the preliminary activation unit 150. It can be transferred and mounted on a non-heating jig. More specifically, as the charging/discharging process for the plurality of battery cells is completed and unloaded, the heating jig 180 may be empty, and the plurality of battery cells that have been subjected to the preliminary activation process are controlled by the controller 190 . It is transferred and mounted to the empty heating jig 160 according to the control.
  • the pressure shorting jig 100 is composed of only one, the preliminary jig 160 is composed of a plurality, and the heating jig 180 is composed of a plurality, and the number of the preliminary jig 160 is larger than that of the preliminary jig 160 .
  • the pressurization short circuit jig 100 is composed of only one, and the preliminary jig 160 and The heating jig 180 is preferably configured in plurality.
  • the short circuit inspection unit 130 simultaneously performs a short circuit inspection on a plurality of battery cells mounted on the pressurizing short circuit jig 100 .
  • the short circuit inspection unit 130 is configured to include a measuring instrument 135 , and as shown in FIGS. 3 and 4 , the measuring instrument 135 is preferably disposed below the pressing shorting jig 100 .
  • the short-circuit inspection unit 130 applies a voltage to each of the plurality of battery cells mounted on the one pressurizing short-circuit jig 100 under the control of the control unit 190 and measures the current, and then each and a meter 135 for transmitting a current measurement value for the battery cell to the controller 190 .
  • the measuring instrument 135 attaches to each battery cell through an electrode lead gripper 50 that grips the electrode leads of the battery cells in a state where pressurization is made on the plurality of battery cells mounted on the pressurizing short-circuiting jig 100 . A voltage is applied and a current flowing according to the voltage application is measured. The measuring instrument 135 simultaneously transmits the measured current for each battery cell to the controller 190 .
  • the meter 135 applies a voltage to each battery cell and measures a current, an electrode lead gripper capable of gripping an electrode lead of each battery cell (indicated by reference numeral 50 in FIGS. 2 to 5 ). ) and are electrically connected through cables, etc.
  • the measuring instrument 135 is connected to the controller 190 by wire or wirelessly in order to transmit a current measurement value corresponding to each of the battery cells to the controller 190 .
  • the controller 190 can determine whether each battery cell is good or bad. For example, since the range of the reference current measurement value corresponding to the range of the current measurement value for the normal battery cell may be set in advance, if it is out of the range of the reference current measurement value, the corresponding battery cell is determined to be defective can do.
  • the battery cell determined to be defective is defective due to a short circuit, and if power is applied at the same time, a very high current may flow and an explosion or a dangerous situation may occur.
  • the corresponding defect determination is made so that the overall process can proceed smoothly and a continuous and continuous process can be achieved.
  • the old battery cells are transferred to the preliminary activation unit 150 and the main activation unit 170 together with other normal battery cells without a separate removal or extraction process.
  • the battery cells determined to be defective by the controller 190 are controlled so that the corresponding processes are not performed by the preliminary activation unit 150 and the main activation unit 170 .
  • the main activation unit 170 since the main activation unit 170 performs the charging/discharging process in a state in which the battery cell is heated and pressurized, it may be very dangerous to perform the same charging/discharging process for the battery cell in which a short circuit defect has occurred.
  • the control unit 190 analyzes the current measurement value for each battery cell to determine good or bad, and controls the charging/discharging process not to be performed in the heating jig 180 for the battery cell determined to be defective. desirable. Since the control unit 190 knows the barcode for the battery cell determined to be defective and furthermore, it can know the channel corresponding to the battery cell in which the defect has occurred, the battery cell determined to be defective is the heating jig 180 . It is possible to know which position or channel is mounted in can be controlled
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a pressurization shorting jig included in a short circuit inspection unit constituting a pressurization activation device 200 having a short circuit inspection unit of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line A - A' of FIG. 2 .
  • 4 is a cross-sectional view taken along line B - B' of FIG. 2 .
  • 5 is a perspective view of a pressing module constituting a pressing short-circuit jig applied to the present invention.
  • the pressure short-circuit jig 100 is a body 70 on which a plurality of battery cells 1 are mounted, and at the interface of each battery cell 1
  • the electrode lead gripper 50 is mounted on at least one side and elastically grips the electrode lead 5 of the battery cell 1 through a pressing process.
  • the battery cell 1 is preferably a pouch-type battery cell.
  • the main body 70 forms the exterior of the pressure short-circuit jig 100 according to the present invention, and has a structure capable of accommodating the plurality of battery cells 1 .
  • the main body 70 may basically include a lower frame, an upper frame, and a pair of connecting frames disposed on both sides to connect the lower and upper frames to form a solid shape.
  • the pressurization module 60 may be provided in the main body 70 so as to be disposed between the plurality of battery cells 1 to face the front and rear surfaces of the plurality of battery cells 1 .
  • the electrode leads 5 of the plurality of battery cells 1 are perpendicular to the front-rear direction of the main body 70 (the pressing direction of the pressing jig 60, the left-right direction in FIGS. 2 to 3 ). It may be disposed along the lateral direction of the pressing module 60 . That is, the electrode leads 5 of the plurality of battery cells 1 applied to the present invention are disposed to protrude along a lateral direction (a lateral direction perpendicular to the pressing direction) between the plurality of pressing modules 60 . can be
  • the pressurization module driving means 80 is configured to drive the plurality of pressurization modules 60 to the body ( 70) can be slid along the front-rear direction (pressing direction).
  • the pressing module driving means 80 may include a driving source 81 , a driving plate 83 , a driving shaft 85 , and a jig guide rail 87 .
  • the driving plate 83 may be provided in the main body 70 to face the pressing module 60 disposed at the outermost side at one side of the plurality of pressing modules 60 .
  • the drive shaft 85 is connected to the drive plate 83 , so that the plurality of pressure modules 60 can slide in the front-rear direction (pressing direction) of the main body 70 , the drive source 81 is According to the driving, the driving plate 83 may be slid along the front-rear direction (pressure direction) of the main body 70 .
  • the jig guide rail 87 may be fixedly disposed between a pair of connection frames of the main body 70 along the front-rear direction (pressing direction) of the main body 70 .
  • the jig guide rail 87 may be connected to penetrate through the plurality of pressing modules 60 and the driving plate 83 to guide the sliding of the plurality of pressing modules 60 and the driving plate 83 . have.
  • the pressing module 60 includes a pressing guide 63 as shown in FIG. 5 .
  • the electrode lead gripper 50 is mounted on at least one side of both sides of the pressing plate 61 constituting the pressing module 60 , so that the pressing module 60 is As it is pressed, it is moved by the pressing plate 61, and through this pressing process, the electrode lead 5 of the battery cell 1 is elastically gripped, and the voltage applied by the meter 135 is applied to the battery cell ( 1), and the current and voltage can be measured by the instrument 135.
  • the electrode lead gripper 50 is electrically connected to the measuring instrument 135 as described above.
  • the pressurization module 60 includes a pressurizing plate 61 for pressurizing the battery cell 1 and a battery cell mounted on the pressurizing plate 61 and pressurized by the pressurizing plate 61 ( It is configured to include an electrode lead gripper 50 for elastically clamping the electrode lead 5 of 1).
  • the pressing plate 61 performs an operation of pressing the battery cell 1 subjected to the short circuit inspection process.
  • the heating jig 180 having a structure similar to that of the pressurizing shorting jig must allow the battery cell to be subjected to a charging/discharging process in a heated and pressurized state, It is preferable that a heating pad is attached to one side of both sides of the pressure plate 61 .
  • the pressure module 60 is provided with a pressure guide 63 integrally or detachably coupled to both sides of the pressure plate 61 .
  • the pressure guide 63 is guided by the jig guide rail 87 while the pressure plate 61 is pressed and slid so that it can be moved stably.
  • a pressure guide hole 64 is formed in the pressure guide 63 so that the jig guide rail 87 can be disposed therethrough.
  • the pressurization activation device having a short circuit inspection unit of a battery cell is configured to sequentially and continuously perform a short circuit inspection, an activation process, and a charging/discharging process for a plurality of battery cells in one pressurization activation device. Therefore, it is not necessary to build a separate short circuit inspection equipment, which can reduce the maintenance, effort and cost for performing the short circuit inspection process, the pressurization activation process, and the charge/discharge process for the battery cell, and separate equipment There is an advantage that can reduce unnecessary requirements such as space, time, and cost to build the system.

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Abstract

본 발명은 가압 활성화 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 가압 활성화 장치 내에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사, 활성화 공정, 충방전 공정을 순차적으로 연속적으로 수행할 수 있도록 구성함으로써, 별도의 단락 검사 장비를 구축하지 않아도 되고, 이로 인해 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용을 감소시킬 수 있고, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등의 불필요한 소요를 감소시킬 수 있도록 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치
본 발명은 가압 활성화 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 가압 활성화 장치 내에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사, 활성화 공정, 충방전 공정을 순차적으로 연속적으로 수행할 수 있도록 구성함으로써, 별도의 단락 검사 장비를 구축하지 않아도 되고, 이로 인해 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용을 감소시킬 수 있고, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등의 불필요한 소요를 감소시킬 수 있도록 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치에 관한 것이다.
최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 고성능, 고안전성의 배터리에 대한 수요가 점차 증대되고 있으며, 특히 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 급속도로 확산되면서 이에 따른 배터리의 소형화, 박형화의 요구가 날로 증대되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근 가장 많은 관심을 갖고 있는 것이 에너지밀도가 높은 리튬 이차 배터리이다.
리튬 이차 배터리는 수명이 길고 용량이 크다는 장점을 가지고 있어, 최근 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있는데, 상기한 리튬 이차 배터리는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 배터리와 리튬 이온 배터리 및 고분자 고체 배터리를 사용하는 리튬 폴리머 배터리 등이 있다. 또한, 리튬 이차 배터리는 전극 조립체를 밀봉하는 외장재의 종류에 따라 각형 캔이 사용되는 각형 배터리, 원통형 캔이 사용되는 원통형 배터리 및 파우치가 사용되는 파우치형 배터리로 구분된다.
이중, 파우치형 배터리는 단위 중량 및 체적 당 에너지밀도가 보다 높고 배터리의 박형화 및 경량화가 가능할 뿐 아니라 외장재로서의 재료비가 적게 드는 등 유리한 점이 많아 최근 그 개발이 활발하게 진행 중에 있다.
이러한 파우치형 배터리의 제조방법은 우선, 양극판 및 음극판을 제조하고, 이들 사이에 세퍼레이터를 개재한 후 적층하여 전극 조립체를 제작한다. 상기와 같이 제작된 전극 조립체는 파우치 케이스에 내장되고, 상기 전극 조립체에는 전극 리드가 전기적으로 연결되며, 상기 전극 리드는 상기 파우치 케이스 외측으로 돌출되도록 형성된다. 상기 파우치 케이스에 전극 조립체를 내장한 후에는 파우치의 내부로 전해액을 주입시켜 전극 조립체에 전해액이 함침되도록 한다. 상기와 같이 전해액이 주입되면, 파우치의 가장자리를 열융착에 의해 접합시켜 파우치를 밀봉하게 된다.
상기와 같이 조립이 완료된 파우치형 배터리는 파우치 내부에 충진된 전해액이 고르게 퍼지도록 하기 위하여 파우치를 가압하여 활성화시키는 가압 활성화 공정(프리-포메이션(pre-formation)공정), 배터리를 안정화시키기 위한 에이징(Aging) 공정 및 배터리를 활성화하기 위한 충방전 공정(포메이션(formation) 공정)을 수행받게 된다.
한편, 상기 가압 활성화 공정 및 충방전 공정과 별도로, 배터리 셀의 불량 여부를 판단하기 위하여 상기 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정을 수행할 필요가 있다. 그런데, 종래에는 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하는 가압 활성화 장치와 별도로 배터리 셀의 단락 검사 장비를 구비하여, 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정을 수행하기 전에 별도의 단락 검사 장비를 통해 배터리 셀의 단락 검사를 수행하였다.
이와 같이, 종래에는 가압 활성화 장비와 별도로 구비되는 단락 검사 장비를 통해 배터리 셀에 대한 단락 검사를 수행한 후 다시 가압 활성화 장비를 통해 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하는 과정을 거치기 때문에, 하나의 장비에서 일련의 연속적인 공정으로 수행할 수 없고, 이로 인하여 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용이 불필요하게 소요되는 단점이 있다. 또한, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등이 필요 이상 소요되는 단점을 가진다.
이에 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2020-0042801호(이하, "선행기술문헌"이라 함)는 패키징 공정이 완료된 파우치형 이차전지 셀의 불량 여부 검사와 활성화 공정을 수행할 수 있는 포메이션 장치를 제안하고 있다.
그러나, 상기 선행기술문헌은 하나의 지그에 장착된 파우치형 이차전지 셀에 대해 단락 검사와 활성화 공정을 수행할 수 있는 장치에 관한 것일 뿐, 별도의 지그를 통해 연속적인 일련의 공정으로 지속적으로 단락 검사와 활성화 공정을 수행할 수 있는 장치에 해당하지 않기 때문에, 복수의 공정을 수행받아야 하는 복수의 배터리 셀에 대한 공정 효율이 떨어지는 단점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 하나의 가압 활성화 장치 내에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사, 활성화 공정, 충방전 공정을 순차적으로 연속적으로 수행할 수 있도록 구성함으로써, 별도의 단락 검사 장비를 구축하지 않아도 되고, 이로 인해 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용을 감소시킬 수 있고, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등의 불필요한 소요를 감소시킬 수 있도록 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치를 이루는 구성수단은, 가압 활성화 장치에 있어서, 복수의 배터리 셀을 로딩하는 로딩부;상기 로딩부로부터 이송되는 복수의 배터리 셀을 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가압한 상태에서 단락 검사를 수행하는 단락 검사부; 상기 단락 검사부로부터 상기 단락 검사를 수행받은 복수의 배터리을 이송받아 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가압하여 활성화 공정을 수행하는 예비 활성화부; 상기 예비 활성화부로부터 활성화 공정을 수행받은 복수의 배터리를 이송받아 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압하여 충방전 공정을 수행하는 메인 활성화부; 상기 복수의 배터리 셀의 이송, 단락 검사, 활성화 공정 및 충방전 공정의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단락 검사부는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 하나의 가압 단락 지그를 포함하고, 상기 예비 활성화부는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 복수의 예비 지그를 포함하며, 상기 메인 활성화부는 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압하는 복수의 히팅 지그를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단락 검사부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 하나의 가압 단락 지그에 장착되어 있는 복수의 배터리 셀 각각에 대하여 전압을 인가하고 전류를 측정한 후, 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 상기 제어부로 전송하는 계측기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 분석하여 양부를 판단하고, 불량으로 판단된 배터리 셀에 대해서는 상기 히팅 지그에서 충방전 공정이 수행되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치에 의하면, 하나의 가압 활성화 장치 내에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사, 활성화 공정, 충방전 공정을 순차적으로 연속적으로 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 별도의 단락 검사 장비를 구축하지 않아도 되고, 이로 인해 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용을 감소시킬 수 있고, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등의 불필요한 소요를 감소시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치를 구성하는 단락 검사부에 포함되는 가압 단락 지그의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 A - A' 단면도이고, 도 4는 도 2의 B - B' 단면도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 가압 단락 지그를 구성하는 가압 모듈의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치(200)는 복수의 배터리 셀을 로딩하는 로딩부(110), 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사를 수행하는 단락 검사부(130), 복수의 배터리 셀에 대한 활성화 공정을 수행하는 예비 활성화부(150), 복수의 배터리 셀에 대한 충방전 공정을 수행하는 메인 활성화부(170) 및 상기 구성요소들의 동작을 제어하는 제어부(190)를 포함하여 구성된다.
상기 로딩부(110), 단락 검사부(130), 예비 활성화부(150) 및 메인 활성화부(170)는 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 복수의 배터리 셀에 대한 해당 동작을 순차적으로 및 연속적으로 수행한다.
상기 로딩부(110)는 복수의 배터리 셀을 로딩하는 동작을 수행한다. 구체적으로, 상기 로딩부(110)는 복수의 배터리 셀이 장착되어 있는 트레이로부터 배터리 셀을 상기 단락 검사부(130)로 로딩하는 동작을 수행한다. 상기 로딩부(110)는 트레이에 대한 정렬, BCR 리딩, 배터리 셀 적재, 배터리 셀에 대한 BCR 리딩 등 다양한 과정을 거친 후 상기 복수의 배터리 셀을 상기 단락 검사부(130)로 로딩하는 동작을 수행한다.
상기 복수의 배터리 셀은 픽앤플레이스 등 이송 수단을 통해 상기 로딩부(110)에서 상기 단락 검사부(130)로 이송되어 장착된다. 구체적으로, 상기 픽앤플레이스 등의 이송 수단은 로딩부(110)에서 상기 단락 검사부(130)에 포함되는 가압 단락 지그(100)에 복수의 배터리 셀을 이송 장착한다.
상기 로딩부(110)로부터 복수의 배터리 셀을 이송받은 상기 단락 검사부(130)는 상기 복수의 셀에 대해 단락 검사를 수행한다. 구체적으로, 상기 단락 검사부(130)는 상기 로딩부(110)로부터 이송되는 복수의 배터리 셀을 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가압한 상태에서 단락 검사를 수행한다.
상기 로딩부(110)에서 로딩되는 복수의 배터리 셀은 가압 활성화 공정을 바로 수행받는 것이 아니라, 그 이전에 상기 단락 검사부(130)로 이송 장착된 후 가압된 상태에서 단락 검사를 수행받는다. 결과적으로, 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사를 수행하는 단락 검사 장비를 별도로 구축하지 않아도 된다.
상기 단락 검사부(130)는 후술하겠지만, 가압 단락 지그(100)를 통해 복수의 배터리 셀을 장착하고 상기 복수의 배터리 셀을 가압한 상태에서 동시에 단락 검사를 한번에 수행하여 복수의 배터리 셀에 대한 양부 판단이 한번에 이뤄질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사가 신속하게 진행될 수 있고 상기 로딩부(110)로부터 연속적으로 로딩되는 복수의 배터리 셀에 대해 연속적으로 수행할 수 있다.
상기 단락 검사부(130)에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사가 완료되면, 역시 픽앤플레이스 등의 이송 수단은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 단락 검사가 완료된 복수의 배터리 셀을 상기 예비 활성화부(150)로 이송한다. 그러면, 상기 예비 활성화부(150)는 상기 이송받은 복수의 배터리 셀에 대해 가압하여 활성화 공정을 수행한다. 구체적으로, 상기 예비 활성화부(150)는 상기 단락 검사부(130)로부터 상기 단락 검사를 수행받은 복수의 배터리을 이송받아 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가압하여 활성화 공정을 수행한다.
상기 예비 활성화부(150)는 후술하겠지만 상기 가압 단락 지그(100)와 유사하게 구성되는 예비 지그(160)에 상기 복수의 배터리 셀을 장착한 후, 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 복수의 배터리 셀을 가압하여 활성화 공정을 수행한다. 이와 같은 예비 활성화 공정은 기존에 적용되는 예비 활성화 공정을 따른다. 이와 같은 가압 활성화 공정이 선행됨에 따라, 연속적으로 이어서 수행되는 상기 충방전 공정이 좀 더 효율적으로 진행될 수 있다.
상기 예비 활성화부(150)에서 복수의 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정이 완료되면, 역시 픽앤플레이스 등의 이송 수단은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 가압 활성화 공정이 완료된 복수의 배터리 셀을 상기 메인 활성화부(170)로 이송한다. 그러면, 상기 메인 활성화부(170)는 상기 이송받은 복수의 배터리 셀에 대해 가열 및 가압하여 충방전 공정을 수행한다. 구체적으로, 상기 메인 활성화부(170)는 상기 예비 활성화부(150)로부터 활성화 공정을 수행받은 복수의 배터리를 이송받아 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압하여 충방전 공정을 수행한다.
상기 메인 활성화부(170)는 후술하겠지만 상기 가압 단락 지그(100) 또는 상기 예비 지그(160)와 유사하게 구성되지만 배터리 셀을 가열할 수 있는 히팅 수단이 더 포함되는 히팅 지그(180)에 상기 복수의 배터리 셀을 장착한 후, 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압한 상태에서 충방전 공정을 수행한다. 이와 같은 충방전 공정은 기존에 적용되는 충방전 공정을 따른다.
상술한 로딩부(110)에 의한 복수의 배터리 셀의 로딩 동작, 상기 단락 검사부(130)에 의한 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사 동작, 상기 예비 활성화부(150)에 의한 복수의 배터리 셀에 대한 예비 활성화 공정 동작, 상기 메인 활성화부(170)에 의한 복수의 배터리 셀에 대한 충방전 공정 동작 및 상기 복수의 배터리 셀의 이송 동작 등은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 수행된다. 즉, 상기 제어부(190)는 상기 복수의 배터리 셀의 이송, 단락 검사, 활성화 공정 및 충방전 공정의 동작을 제어한다.
상술한 구성과 동작을 가지는 본 발명인 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치(200)에 의하면, 하나의 가압 활성화 장치(200) 내에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사, 활성화 공정, 충방전 공정을 순차적으로 연속적으로 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 별도의 단락 검사 장비를 구축하지 않아도 되고, 이로 인해 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용을 감소시킬 수 있고, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등의 불필요한 소요를 감소시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.
상기 단락 검사부(130)에서 수행되는 단락 검사, 상기 예비 활성화부(150)에서 수행되는 예비 활성화 공정 및 상기 메인 활성화부(170)에서 수행되는 충방전 공정은 각각 서로 대동소이한 지그에 복수의 배터리 셀을 장착한 상태에서 수행된다. 또한, 상기 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 예비 활성화 공정 및 충방전 공정은 서로 해당 공정에 대한 택트 타임이 상이하기 때문에, 전체 택트 타임을 고려하여 해당 지그의 개수를 구성하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 단락 검사부(130)는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 하나의 가압 단락 지그(100)를 포함하고, 상기 예비 활성화부(150)는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 복수의 예비 지그(160)를 포함하며, 상기 메인 활성화부(170)는 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압하는 복수의 히팅 지그(180)를 포함하되, 상기 복수의 히팅 지그(180)는 상기 복수의 예비 지그(160)보다 더 많은 개수로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 단락 검사부(130)는 하나의 가압 단락 지그(100)만으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사는 상기 예비 활성화 공정 및 충방전 공정에 비해 택트 타임이 매우 작고, 전체 장비의 공간 배치의 효율을 고려하여 하나로만 구성하는 것이 바람직하다.
상기 하나의 가압 단락 지그(100)에 대한 개략적인 구성은 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술하겠지만, 기본적으로 복수의 배터리 셀을 장착하고 가압할 수 있는 구조를 가진다. 상기 복수의 배터리 셀은 상기 가압 단락 지그(100)에 장착된 상태에서 동시에 단락 검사를 수행받는다.
상기 단락 검사부(130)와 달리, 상기 예비 활성화부(150)는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 예비 지그(160)를 복수로 구성한다. 상기 예비 활성화부(150)에서 수행되는 가압 활성화 공정은 상기 단락 검사 공정에 비해 상대적으로 공정 시간이 길기 때문에 하나로만 구성되지 않고 복수로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 예비 지그(160)는 복수의 배터리 셀을 장착하여 예비적으로 활성화 공정이 수행될 수 있도록 하고, 상온에서 활성화 공정이 수행되도록 하는 상온 지그 또는 가압 상태에서 활성화 공정이 수행되도록 하는 예열 지그일 수 있다.
상기 예비 지그(160)는 상기 가압 단락 지그(100)와 거의 동일한 구조로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 예비 지그(160)는 도 2 내지 도 5에서 계측기(135)를 제외한 구성을 가질 수 있다. 상기 예비 지그(160) 각각은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 장착되어 있는 상기 복수의 배터리 셀을 동시에 가압하여 활성화 공정을 수행한다. 상기 배터리 셀을 가압하면, 압력에 의해 배터리 셀에 열이 발생하게 되어, 다음 공정인 충방전 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 예비 지그(160)는 복수로 구성되기 때문에, 상기 단락 검사부(130)에서 단락 검사가 완료된 복수의 배터리 셀은 가압 활성화 공정이 수행되고 있지 않은 예비 지그에 이송 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 복수의 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정이 완료되어 메인 활성화부(170)로 이송이 완료됨에 따라 비어 있는 예비 지그(160)가 존재할 수 있고, 상기 단락 검사를 수행받은 복수의 배터리 셀은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 비어 있는 예비 지그(160)로 이송 장착된다.
역시, 상기 단락 검사부(130)와 달리, 상기 메인 활성화부(170)는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 히팅 지그(180)를 복수로 구성한다. 상기 메인 활성화부(170)에서 수행되는 충방전 공정은 상기 단락 검사 공정뿐만 아니라 상기 예비 활성화 공정에 비해 상대적으로 공정 시간이 길기 때문에 복수로 구성되고 상기 예비 지그(160)보다 더 많은 수로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 히팅 지그(180)는 상기 가압 단락 지그(100) 또는 예비 지그(160)와 유사한 구조로 구성되나, 배터리 셀을 가열할 수 있는 히팅 수단이 더 구비된다. 따라서, 상기 히팅 지그(180)는 도 2 내지 도 5에 도시된 지그 구성을 가지되, 후술하는 가압 플레이트(61)에 히팅 라인이 형성되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.상기 히팅 지그(180) 각각은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 장착되어 있는 상기 복수의 배터리 셀을 동시에 가열 및 가압한 상태에서 충방전 공정을 수행한다.
상기 히팅 지그(180)는 복수로 구성되고 상기 예비 지그(160)보다 더 많은 수로 구성되기 때문에, 상기 예비 활성화부(150)에서 예비 활성화 공정이 완료된 복수의 배터리 셀은 충방전 공정이 수행되고 있지 않은 히팅 지그에 이송 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 복수의 배터리 셀에 대한 충방전 공정이 완료되어 언로딩됨에 따라 비어 있는 히팅 지그(180)가 존재할 수 있고, 상기 예비 활성화 공정을 수행받은 복수의 배터리 셀은 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 비어 있는 히팅 지그(160)로 이송 장착된다.
이와 같이, 상기 가압 단락 지그(100)는 하나로만 구성되고, 상기 예비 지그(160)는 복수로 구성되며, 상기 히팅 지그(180)는 복수로 구성되되, 상기 예비 지그(160)보다 더 많은 수로 구성된다. 구체적으로, 상기 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 예비 활성화 공정 및 충방전 공정에 각각 소요되는 공정 시간을 고려하여 상기 가압 단락 지그(100)는 하나로만 구성되고, 상기 예비 지그(160) 및 상기 히팅 지그(180)는 복수로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 상기 단락 검사부(130)는 상술한 바와 같이, 상기 가압 단락 지그(100)에 장착된 복수의 배터리 셀에 대해 동시에 단락 검사를 수행한다. 이를 위하여 상기 단락 검사부(130)는 계측기(135)를 포함하여 구성되고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 계측기(135)는 가압 단락 지그(100) 하부에 배치되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 단락 검사부(130)는 상기 제어부(190)의 제어에 따라 상기 하나의 가압 단락 지그(100)에 장착되어 있는 복수의 배터리 셀 각각에 대하여 전압을 인가하고 전류를 측정한 후, 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 상기 제어부(190)로 전송하는 계측기(135)를 포함하여 구성된다.
상기 계측기(135)는 상기 가압 단락 지그(100)에 장착되어 있는 복수의 배터리 셀에 대해 가압이 이루어진 상태에서, 배터리 셀의 전극 리드를 압지하는 전극 리드 그립퍼(50)를 통해 각각의 배터리 셀에 전압을 인가하고 전압 인가에 따라 흐르는 전류를 측정한다, 상기 계측기(135)는 동시에 측정한 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 상기 제어부(190)로 전송한다.
상기 계측기(135)는 각각의 배터리 셀에 대해 전압을 인가하고 전류를 측정하기 위하여, 상기 각각의 배터리 셀의 전극 리드를 압지할 수 있는 전극 리드 그립퍼(도 2 내지 도 5에서 도면 부호 50으로 표기됨)와 케이블 등을 통해 통해 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 계측기(135)는 상기 제어부(190)로 상기 각각의 배터리 셀에 대응하는 전류 측정값을 전달하기 위하여, 상기 제어부(190)와 유선 또는 무선으로 연결된다.
상기 제어부(190)는 상기 계측기(135)로부터 상기 각각의 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 전달받으면 각 배터리 셀에 대한 양부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 정상의 배터리 셀에 대한 전류 측정값의 범위에 해당하는 기준 전류 측정값의 범위가 사전에 설정될 수 있기 때문에, 상기 기준 전류 측정값의 범위를 벗어나면 해당 배터리 셀은 불량으로 판단할 수 있다.
상기 불량으로 판단된 배터리 셀은 단락이 발생하여 불량임과 동시에 전원을 인가하면 매우 높은 전류가 흘러서 폭발하거나 위험한 상황이 발생할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 셀은 상기 단락 검사부(130)에서 단락 검사를 하여 제어부(190)에 의하여 불량으로 판단된 경우에도 전체적인 공정의 원활한 진행과 연속적이고 지속적인 공정이 이뤄질 수 있도록, 해당 불량 판정된 배터리 셀은 별도로 제거되거나 빼내는 과정 없이 다른 정상의 배터리 셀과 함께 예비 활성화부(150) 및 메인 활성화부(170)로 이송된다.
이와 같은 이유로, 상기 제어부(190)에 의해 불량으로 판단된 배터리 셀은 상기 예비 활성화부(150) 및 메인 활성화부(170)에서 해당 공정을 수행받지 않도록 제어되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 메인 활성화부(170)는 배터리 셀을 가열 및 가압한 상태에서 충방전 공정을 수행하기 때문에, 단락 불량이 발생한 배터리 셀에 대해서도 동일하게 충방전 공정을 수행하면 매우 위험할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(190)는 상기 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 분석하여 양부를 판단하고, 불량으로 판단된 배터리 셀에 대해서는 상기 히팅 지그(180)에서 충방전 공정이 수행되지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 상기 제어부(190)는 상기 불량으로 판단된 배터리 셀에 대한 바코드를 알고 있고 더 나아가 불량이 발생한 배터리 셀에 대응하는 채널을 알 수 있기 때문에, 상기 불량으로 판단된 배터리 셀이 상기 히팅 지그(180)의 어느 위치에 장착되어 있거나 어느 채널에 장착되어 있는지를 알 수 있고, 결과적으로 상기 메인 활성화부(170)를 제어하여 해당 채널 또는 위치에 있는 불량으로 판단된 배터리 셀에 대해서는 충방전이 수행되지 않도록 제어할 수 있다.
다음은 상기 단락 검사부(130)에 포함되는 가압 단락 지그(100)의 개략적인 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치(200)를 구성하는 단락 검사부에 포함되는 가압 단락 지그의 개략적인 평면도이다. 도 3은 도 2의 A - A' 단면도이다. 도 4는 도 2의 B - B' 단면도이다. 도 5는 본 발명에 적용되는 가압 단락 지그를 구성하는 가압 모듈의 사시도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가압 단락 지그(100)는 다수의 배터리 셀(1)이 탑재 장착되는 본체(70), 각각의 배터리 셀(1) 계면에 개재되는 가압 모듈(60), 상기 가압 모듈(60)을 이동시켜 배터리 셀(1)이 가압되도록 하는 가압 모듈 구동수단(80), 상기 가압 모듈(60)을 구성하는 가압 플레이트(61)의 양측부 중, 적어도 하나의 측부에 장착되어, 가압 과정을 통해 배터리 셀(1)의 전극 리드(5)를 탄성적으로 압지하는 전극 리드 그립퍼(50)를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 배터리 셀(1)은 파우치형 배터리 셀인 것이 바람직하다.
상기 본체(70)는 본 발명에 따른 가압 단락 지그(100)의 외관을 형성하며, 상기 복수의 배터리 셀(1)들을 수용할 수 있는 구조를 가진다. 이러한 상기 본체(70)는 기본적으로 하부 프레임, 상부 프레임, 이 하부 및 상부 프레임을 연결하여 견고한 형태를 구성하기 위하여 양 측에 배치되는 한 쌍의 연결 프레임을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가압 모듈(60)은 복수 개로 구성되어 복수의 배터리 셀(1)들의 전후면을 마주하게 상기 복수의 배터리 셀(1)들 사이에 배치될 수 있도록 상기 본체(70)에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 배터리 셀(1)들의 전극 리드(5)들은 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 지그(60)의 가압 방향, 도 2 내지 도 3에서 좌우 방향)에 수직한 상기 복수 개의 가압 모듈(60)의 측방향을 따라 배치될 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 상기 복수의 배터리 셀(1)의 전극 리드들(5)은 상기 복수의 가압 모듈(60) 사이에서 측방향(가압 방향에 대해 수직한 측방향)을 따라 돌출되게 배치될 수 있다.
상기 가압 모듈 구동 수단(80)은 상기 복수 개의 가압 모듈(60)들이 상기 복수의 배터리 셀(1)의 면 방향에 따른 전후면을 가압할 수 있도록 상기 복수 개의 가압 모듈(60)을 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)을 따라 슬라이딩시킬 수 있다.
이를 위하여, 상기 가압 모듈 구동 수단(80)은 구동원(81), 구동 플레이트(83), 구동 샤프트(85) 및 지그 가이드 레일(87)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구동 플레이트(83)는 상기 복수 개의 가압 모듈(60)의 일측에서 최외곽에 배치되는 가압 모듈(60)을 마주 하게 상기 본체(70)에 구비될 수 있다.
상기 구동 샤프트(85)는 상기 구동 플레이트(83)에 연결되고, 상기 복수 개의 가압 모듈(60)을 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)으로 슬라이딩시킬 수 있도록, 상기 구동원(81)의 구동에 따라 상기 구동 플레이트(83)를 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)을 따라 슬라이딩시킬 수 있다.
상기 지그 가이드 레일(87)은 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)을 따라, 상기 본체(70)의 한 쌍의 연결 프레임 사이에 고정 배치될 수 있다. 상기 지그 가이드 레일(87)은 상기 복수 개의 가압 모듈(60) 및 상기 구동 플레이트(83)에 관통되도록 연결되어, 상기 복수 개의 가압 모듈(60) 및 상기 구동 플레이트(83)의 슬라이딩을 가이드할 수 있다. 후술하겠지만, 상기 지그 가이드 레일(87)에 의해 슬라이딩 가이드되기 위하여, 상기 가압 모듈(60)은 도 5에 도시된 바와 같이, 가압 가이드(63)를 구비한다.
상기 전극 리드 그립퍼(50)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가압 모듈(60)을 구성하는 가압 플레이트(61)의 양측부 중, 적어도 하나의 측부에 장착되어, 상기 가압 모듈(60)이 가압됨에 따라 상기 가압 플레이트(61)에 의해 이동되며, 이 가압 과정을 통해 배터리 셀(1)의 전극 리드(5)를 탄성적으로 압지하여 상기 계측기(135)에서 인가한 전압이 상기 배터리 셀(1)에 인가되도록 하고, 상기 계측기(135)에 의해 전류 및 전압이 측정될 수 있도록 한다. 상기 전극 리드 그립퍼(50)는 상술한 바와 같이 상기 계측기(135)와 전기적으로 연결된다.
상기 가압 모듈(60)은 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1)을 가압하는 가압 플레이트(61) 및 상기 가압 플레이트(61)에 장착되어 가압 플레이트(61)에 의해 가압되는 배터리 셀(1)의 전극 리드(5)를 탄성적으로 클램핑하는 전극 리드 그립퍼(50)를 포함하여 구성된다.
상기 가압 플레이트(61)는 단락 검사 공정을 수행받는 배터리 셀(1)을 가압하는 동작을 수행한다. 본 가압 단락 지그(100)에는 적용되지 않지만, 가압 단락 지그와 유사한 구조를 가지는 상기 히팅 지그(180)는 상기 배터리 셀이 가열 및 가압된 상태에서 충방전 공정을 수행받을 수 있도록 해야 하기 때문에, 상기 가압 플레이트(61)의 양측면 중, 일측면에는 히팅 패드가 부착 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 가압 모듈(60)은 상기 가압 플레이트(61)의 양측에 일체 또는 장탈착 가능하게 결합되는 가압 가이드(63)를 구비한다. 상기 가압 가이드(63)는 상술한 바와 같이, 상기 가압 플레이트(61)가 가압되어 슬라이딩되는 과정에서 상기 지그 가이드 레일(87)에 의해 가이드되어 안정적으로 이동될 수 있도록 한다. 상기 가압 가이드(63)에는 상기 지그 가이드 레일(87)이 관통 배치될 수 있도록 가압 가이드 홀(64)이 형성된다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치에 의하면, 하나의 가압 활성화 장치 내에서 복수의 배터리 셀에 대한 단락 검사, 활성화 공정, 충방전 공정을 순차적으로 연속적으로 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 별도의 단락 검사 장비를 구축하지 않아도 되고, 이로 인해 배터리 셀에 대한 단락 검사 공정, 가압 활성화 공정 및 충방전 공정을 수행하기 위한 유지보수, 노력 및 비용을 감소시킬 수 있고, 별도의 장비를 구축하기 위한 공간, 시간, 비용 등의 불필요한 소요를 감소시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.

Claims (4)

  1. 가압 활성화 장치에 있어서,
    복수의 배터리 셀을 로딩하는 로딩부;
    상기 로딩부로부터 이송되는 복수의 배터리 셀을 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가압한 상태에서 단락 검사를 수행하는 단락 검사부;
    상기 단락 검사부로부터 상기 단락 검사를 수행받은 복수의 배터리을 이송받아 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가압하여 활성화 공정을 수행하는 예비 활성화부;
    상기 예비 활성화부로부터 활성화 공정을 수행받은 복수의 배터리를 이송받아 장착하고, 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압하여 충방전 공정을 수행하는 메인 활성화부;
    상기 복수의 배터리 셀의 이송, 단락 검사, 활성화 공정 및 충방전 공정의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단락 검사부는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 하나의 가압 단락 지그를 포함하고, 상기 예비 활성화부는 복수의 배터리 셀을 장착하여 가압하는 복수의 예비 지그를 포함하며, 상기 메인 활성화부는 복수의 배터리 셀을 가열 및 가압하는 복수의 히팅 지그를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단락 검사부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 하나의 가압 단락 지그에 장착되어 있는 복수의 배터리 셀 각각에 대하여 전압을 인가하고 전류를 측정한 후, 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 상기 제어부로 전송하는 계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각 배터리 셀에 대한 전류 측정값을 분석하여 양부를 판단하고, 불량으로 판단된 배터리 셀에 대해서는 상기 히팅 지그에서 충방전 공정이 수행되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 단락 검사부를 구비하는 가압 활성화 장치.
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