| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 공개번호 | KR 10-2019-0124040 A (공개일 2019-11-04) |
| 등록번호 | KR 10-2261165 B1 (등록일 2021-06-07) |
| 명칭 | 이차 전지 정압 지그 및 이를 이용한 이차 전지 내부 압력 조절 방법 |
| 출원인 | 주식회사 엘지화학 |
| 발명자 | 하회진, 이정범 |
| 출원일·우선일 | 2018-04-25 (KR 10-2018-0048098) |
| 패밀리 | WO2019208929A1, EP3675272B1, CN111183547A, US11454556B2 |
| 청구항 수 | 15 |
| 법적 상태 | Active (존속기간 만료 예정 2038-04-25) |
가압 지그의 통상적 설계는 일정한 힘으로 누른다. 공보는 이 방식이 리튬 팽창 등으로 셀 두께가 변할 때 지나치게 강한 압력을 가하게 되는 문제가 있다고 지적한다. KR 10-2261165 B1은 제어 대상을 힘에서 압력으로 바꾼다. 아래는 공개 공보 청구항 1을 구성요소로 분해한 대비표다.
청구항 1 구성요소 대비표
| 구성요소 | 청구항 내용 | 대상 설비 대응 | 기구설계 영향 |
|---|---|---|---|
| E1 지지부재 | 전지셀의 양면에 배치되어 전지셀을 지지 | 상·하 가압판(제1 지지부 = 상단면, 제2 지지부 = 하단면) | 판의 굽힘 강성을 한정하지 않는다. 면압 균일도 문제는 청구범위 밖에 남는다 |
| E2 압전 소자 | 지지부재와 전지셀이 접촉되는 면 중 적어도 하나의 면에 배치, 전지셀에 가해지는 압력을 측정 | 로드셀 위치를 대체하는 계측 소자 | 계측 소자가 하중 전달 경로 위에 놓인다. 소자 강성이 직렬 강성에 그대로 포함된다 |
| E3 조절부 | 압전 소자에서 측정되는 압력에 따라 압전 소자의 부피를 조절 | 제어부 | 가력 요소가 별도 실린더가 아니라 계측 소자 자신이다. 센서와 액추에이터가 한 부품으로 합쳐진다 |
| E4 부피 연동 | 전지셀의 부피 변화에 따라 압전 소자의 부피가 변함 | — | 셀 스웰링 스트로크를 소자 변위로 흡수해야 한다. 소자의 허용 변위가 설계 제약이 된다 |
| E5 정압 조건 | 압전 소자의 부피 변화에 의하여 지지부재로부터 전지셀에 가해지는 압력이 정압이 되도록 함 | — | 실질적 한정은 이 항이다. 정힘(定力)이 아니라 정압(定壓)이라는 점이 종래 지그와의 분기점이다 |
기구 관점 분석
E2와 E3이 같은 부품을 가리킨다는 점이 이 청구항의 핵심이다. 압전 소자는 압전 효과로 압력을 측정하고, 역압전 효과로 부피를 바꿔 압력을 조절한다. 공보는 이를 제1 신호선(측정 신호)과 제2 신호선(구동 신호)으로 분리해 기술한다. 센서와 액추에이터를 한 부품에 합치면 부품 수와 조립 공차 누적은 줄지만, 계측점과 가력점이 물리적으로 분리되지 않아 제어 루프 안에서 원인과 결과를 구분하기 어려워진다.
기구설계 관점의 실질적 제약은 스트로크다. 셀 스웰링 변위 전체를 압전 소자의 부피 변화만으로 흡수할 수 있는지는 셀 두께와 팽창률에 달려 있는데, 청구항은 소자의 변위 범위를 한정하지 않는다. 실제 적용에서는 조대 조정은 기존 기구가, 미세 보정은 압전 소자가 담당하는 이원 구성이 되기 쉽다. 그 경우 조대 조정 기구의 백래시와 가압판 강성이 다시 지배 인자로 돌아온다.
종속항 일부는 압전 소자를 원통형으로, 또는 복수개로 한정한다. 복수 배치는 앞서 언급한 가압판 처짐 문제를 다점 가력으로 완화하는 방향과 맞닿아 있으나, 청구항 문언 자체는 배치 간격이나 지지 스팬을 규정하지 않는다.
확인 필요 항목
- 압전 소자의 최대 변위, 허용 하중, 사용 온도 범위는 공보에 수치로 한정돼 있지 않다(비공개).
- 등록 청구항(KR 10-2261165 B1)과 공개 청구항(KR 10-2019-0124040 A)의 문언 차이는 본 검토에서 대조하지 않았다. 위 대비표는 공개 공보 기준이다.
- 해외 패밀리(US11454556B2, EP3675272B1, CN111183547A)의 청구범위는 국가별로 다를 수 있다.
본 글은 공개된 공보 번호를 근거로 한 기술 검토이며, 특정 설비의 침해 여부를 판단하지 않는다.
한줄요약: 정힘 제어를 정압 제어로 바꾼 것이 이 특허의 실질이며, 남는 설계 문제는 압전 소자의 스트로크와 지지부재 강성이다.
출처: Google Patents 공보 KR20190124040A / KR102261165B1.