JP2023537521A - バッテリーセルの外観損傷の防止のためのセル据付ジグ、セル整列装置及びセル据付方法 - Google Patents
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Abstract
本発明によるセル据付ジグは、ベース部と、前記ベース部の一側から垂直方向へ延びて形成された第1支持部と、前記第1支持部と所定の間隔で離れた前記ベース部の他側から垂直方向へ延び、前記第1支持部と対面するように設けられた第2支持部と、を含み、前記第2支持部が前記第1支持部よりも高く延びるように設けられ得る。
Description
本発明は、バッテリーモジュール製造工程に使用される装置に関し、より詳しくは、バッテリーセルの据付及び整列のためのセル据付ジグ及びそれを含むセル整列装置とセル据付方法に関する。
本出願は、2021年3月16日出願の韓国特許出願第10-2021-0034218号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
本出願は、2021年3月16日出願の韓国特許出願第10-2021-0034218号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
通常、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池であって、最近は高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力の二次電池が開発されている。携帯電話やノートブックPC及びカムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器などは、一つまたは数個の二次電池セルがエネルギー源として使用され、電気自動車などのように、高出力、大容量の電力が必要な中・大型器機や装置は、数十~数百個の二次電池セルを直列及び/または並列に接続してバッテリーモジュールを構成し、前記バッテリーモジュールをさらに直列及び/または並列に接続して構成したバッテリーパックをエネルギー源として使用する。
前記二次電池セルは、ケースの形状によって、角形、円筒型、パウチ型電池に分けられる。ここで、角形やパウチ型二次電池は、バッテリーモジュールを構成するに際し、積層してモジュールケースに集約的に収納可能であるため、バッテリーモジュールのエネルギー密度を高めるのに有利である。これによって、角形やパウチ型二次電池が適用されたバッテリーモジュールは、セル積層体を製作し、前記セル積層体をモジュールケースに収納する工程を経るようになる。
なお、前記セル積層体を製作するための事前準備段階として、図1(a)のように、二次電池セルを立ててセル据付ジグ1に垂直に挿入する工程である。ところが、この工程で二次電池セルの厚さのばらつき、セル据付ジグの位置変動またはセル移載機の位置ずれなどによって図1(b)のように二次電池セルとセル据付ジグ1との干渉が発生して二次電池セルの外観が損傷することがしばしば発生する。この際、二次電池セルの外観損傷がひどい場合、電解液の漏液や絶縁が割れることもあり、対策が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、改善されたセル据付ジグとセル据付方法を提供することで、セル挿入工程時、バッテリーセルの外観損傷を根本的に防止することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
本発明によれば、ベース部と、前記ベース部の一側から垂直方向へ延びて形成された第1支持部と、前記第1支持部と所定の間隔で離れた前記ベース部の他側から垂直方向へ延び、前記第1支持部と対面するように設けられた第2支持部と、を含み、前記第2支持部が前記第1支持部よりも高く延びて形成されたセル据付ジグが提供され得る。
前記第1支持部と前記第2支持部との間隔は、据え付けるバッテリーセルの厚さに対応するように設けられ得る。
前記第1支持部及び前記第2支持部は、その上端部の厚さが下端部の厚さよりも薄く形成され、前記上端部と前記下端部との間に、厚さが次第に減少するガイド部が形成され得る。
前記第2支持部は、前記ベース部と一体に形成された第1パーツと、前記第1パーツの上部に脱着可能に設けられた少なくとも一つの第2パーツと、を含み得る。
本発明の他の様態によれば、上述したセル据付ジグを含むセル整列装置であって、第1方向へ互いに所定の間隔で離隔して配置される一対の前記セル据付ジグと、一対の前記セル据付ジグを一体に連結するジグ連結部材と、を含むセル支持体と、各前記セル据付ジグに連結され、前記第1方向に交差する第2方向へ延びたジグ移送ユニットと、を含み、前記セル支持体が前記ジグ移送ユニットに一つ以上備えられたセル整列装置が提供され得る。
前記ベース部は、前記ジグ連結部材の端部と結合可能に設けられたジョイント部と、前記ジグ移送ユニットに沿って摺動するように設けられた摺動部と、を含み得る。
前記ジョイント部は、前記ジグ連結部材の端部が挿入可能であり、第1方向へ形成された締結ホールを備え、前記ジグ連結部材は、その端部が前記締結ホールに介在され、締結部材によって前記ジョイント部に固定され得る。
前記ジグ連結部材は、棒状であり、かつ一つ以上が備えられ、その両端が一対の前記セル据付ジグに固定結合し得る。
本発明のさらに他の様態によれば、前記セル整列装置にバッテリーセルを据え付ける方法であって、前記セル支持体の上部領域へバッテリーセルを持ってくるセル投入準備段階と、前記バッテリーセルの下端が前記第1支持部よりも高く、かつ前記第2支持部よりも低い位置まで前記バッテリーセルを一次で下降させる一次セル下降段階と、前記第2支持部の内側面まで前記バッテリーセルを水平移動させるセル水平移動段階と、前記第1支持部と前記第2支持部との間に据え付けるように前記バッテリーセルを下降させる二次セル下降段階と、を含むバッテリーセルの据付方法が提供され得る。
前記バッテリーセルの据付け方法は、前記セル整列装置の各セル支持体に前記バッテリーセルを据え付けた後、各セル支持体を密着させるセル密着段階をさらに含み得る。
本発明によれば、バッテリーセルのセル据付ジグへの挿入時に発生し得るバッテリーセルの外観損傷を根本的に防止することができる。
また、バッテリーセルが水平移動してセル据付ジグの第2支持部の内側面まで到達した後、第1支持部と第2支持部との間の空間へ垂直移動してセル据付ジグの中に据え付けられるように構成することにより、セル移載機の初期ロード位置の誤差またはセル据付ジグの位置ずれが多少あってもバッテリーセルの挿入工程を容易かつ安定的に行うことが可能である。
以外にも、本発明は、他の多様な効果を有し、このような本発明の他の効果は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるだろう。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示され得る。したがって、各構成要素の大きさや割合は、実際の大きさや割合を完全に反映することではない。
図2は、本発明の一実施例によるセル整列装置の概略的な斜視図であり、図3は、本発明の一実施例によるセル据付ジグの概略的な斜視図であり、図4は、本発明の一実施例によってバッテリーセルを据え付けたセル整列装置の正面図である。
図2~図4を参照すると、本発明の一実施例によるセル整列装置10は、一つ以上のセル支持体100と、前記セル支持体100を移動させるためのジグ移送ユニット200と、を含む。
前記セル支持体100は、一対のセル据付ジグ110及びジグ連結部材120で構成され得る。
前記一対のセル据付ジグ110は、広い面を地面に対して垂直に立てたバッテリーセル20を支持するための構成であり、前記ジグ連結部材120は、前記一対のセル据付ジグ110同士の相対位置がずれることなく前記一対のセル据付ジグ110が一体で動けるように固定するための構成であるといえる。
ここで、前記バッテリーセル20は、外装ケースが六角形であるバッテリーセル20またはパウチ型のバッテリーセル20を意味し得る。
先ず、セル据付ジグ110を見ると、前記セル据付ジグ110は、図3に示したように、ベース部111と、第1垂直板部及び第2垂直板部とを含み得る。
前記ベース部111は、上部のジョイント部111a及び下部の摺動部111bに分けられる。前記ジョイント部111aは、ジグ連結部材120が結合する部分であって、第1方向(Y軸方向)に形成された締結ホールHを備え、前記締結ホールHにジグ連結部材120の端部を挿入してジグ連結部材120を固定するように構成され得る。
前記ジグ連結部材120の固定を堅固にするために、ボルトのような締結部材Bが加えられ得る。例えば、ジグ連結部材120の端部にボルトをスクリュー結合させ得るスクリュー溝を形成し、前記ジョイント部111aの締結ホールHに介在させた後、ボルトを図3のような締結ホールHの外部から前記スクリュー溝に締結する方式でジグ連結部材120をジョイント部111aにボルト締めを行うと、より堅固に固定可能である。
摺動部111bは、セル据付ジグ110を第2方向(X軸方向)に沿って移動させるためにジグ移送ユニット200に連結される部分である。本実施例の場合、摺動部111bは、レール構造のジグ移送ユニット200から離脱せず摺動するように、前記ジグ移送ユニット200を部分的に囲むブロック形態で構成され得る。図示していないが、摺動部111bがスムーズに移動できるように前記摺動部111bの内側にベアリングを加えてもよい。
また、本実施例は、ジョイント部111aと摺動部111bを一体型として構成したが、ジョイント部111aを摺動部111bから分離可能に構成してもよい。
第1支持部112及び第2支持部113は、これらの間のセル据付空間Oにバッテリーセル20を垂直に挿入して立てるように構成される。
このために、前記第1支持部112は、ベース部111の上端の一側から垂直方向へ延びて形成され、前記第2支持部113は、前記第1支持部112と所定の間隔で離れたベース部111の上端の他側から垂直方向へ延びて前記第1支持部112と対面して設けられる。
望ましくは、前記第1支持部112と前記第2支持部113との間隔を、据え付けるバッテリーセル20の厚さに対応するように形成し、バッテリーセル20を据え付けたとき、バッテリーセル20が片方へ偏らないようにすることが望ましい。
前記第2支持部113は、前記第1支持部112よりも高く形成される。即ち、第2支持部113は、第1支持部112に対して非対称的に高く形成され得る。
このように第2支持部113を第1支持部112よりも高く形成することで、セル挿入時のバッテリーセル20の外観損傷を防止することができる。これについての説明は後述する。
前記第1支持部112及び前記第2支持部113は、上端部113aの厚さが下端部113bの厚さよりも薄く形成され得る。上端部113aの厚さを下端部113bの厚さよりも薄くすると、バッテリーセル20をセル据付空間Oに進入させ得る上部空間をさらに確保し得る。したがって、バッテリーセル20を下降させるとき、セル移載機(図示せず)とセル据付ジグ110との間の位置上に若干の誤差があってもバッテリーセル20を容易に下降させることができる。
前記第2支持部113は、前記上端部113aと前記下端部113bとの間に、厚さが次第に減少するガイド部113cをさらに備え得る。前記第1支持部112も第2支持部と同様にガイド部を備え得る。
前記上端部113aと前記下端部113bとの間に段差のみがあり、ガイド部113cがなければ、バッテリーセル20を下降させるとき、バッテリーセル20の下端が段差に干渉される問題がある。本実施例は、このような問題が発生しないように前記上端部113aと前記下端部113bとの間にガイド部113cが加えられている。これによって、バッテリーセル20を下降させるに際し、バッテリーセル20がガイド部113cの傾斜面に沿って下降し、セル据付空間Oに安全に挿入配置される。
バッテリーセル20を安定的に支持するために、本実施例の場合、図4のように、二つのセル据付ジグ110が使用され得る。前記二つのセル据付ジグ110は、第1方向(Y軸方向)へ所定の間隔で離隔して配置され、ジグ連結部材120によって一体に連結され得る。
前記ジグ連結部材120は、機械的剛性が優秀な金属または非金属素材から形成された棒として設けられ得る。前記棒状のジグ連結部材120は、上述したようにその両端が前記一対のセル据付ジグ110に固定結合するように構成され得る。
例えば、図2及び図4に示したように、左側セル据付ジグ110と右側セル据付ジグ110は、二つの棒状のジグ連結部材120によって連結される。したがって、左側セル据付ジグ110と右側セル据付ジグ110は、常に同軸線上に配置され、第2方向(X軸方向)へ一体で動く。
例えば、前記ジグ連結部材120がなければ、バッテリーセル20を挿入する前、毎度左側セル据付ジグ110と右側セル据付ジグ110の位置を調節しなければならない煩雑さがあるが、本実施例のように前記ジグ連結部材120を適用すると、前記のような煩雑さをなくすことができる。また、バッテリーセル20を据え付けた状態でセル据付ジグ110を移動させるとき、左/右側のセル据付ジグ110が一体で移動しなければ、バッテリーセル20にねじり荷重が作用し得る。しかし、本実施例は、左/右側のセル据付ジグ110が一体で移動可能に構成されることによって、前記のような問題が発生するおそれがない。
ジグ移送ユニット200は、各セル支持体100を第2方向に沿って移動させるための構成であって、第2方向へ延びた一対のレール形態で設けられ得る。
図2のように、各セル据付ジグ110の摺動部111bが前記ジグ移送ユニット200に連結されることで、各セル支持体100が第2方向(X軸方向)に沿って摺動し得る。図示していないが、例えば、サーボモーターの動力を伝達できるように、サーボモーターと前記セル支持体100との間に機械的連結の組合せを追加して各セル支持体100の動きを制御することも可能である。
図5~図7は、本発明の一実施例によるセル据付方法によるセル挿入工程を示した図である。
続いて、前記図5~図7を参照して本発明の一実施例によるセル据付方法を説明する。
本発明の一実施例によるセル据付方法は、セル投入準備段階と、一次セル下降段階と、セル水平移動段階と、二次セル下降段階と、を含み得る。
セル投入準備段階は、セル移載機を用いてバッテリーセル20をセル支持体100の上部領域へ持ってくる段階である。ここで、セル移載機は、バッテリーセル20の両面をクランプでき、X-Y-Z軸の駆動が可能なロボットアームまたはグリッパーを意味し得る。そして、セル支持体100の上部領域とは、セル据付ジグ110よりも高い位置を意味する。
その後、一次セル下降段階は、図5に示したように、バッテリーセル20の下端がセル据付ジグ110の第1支持部112よりも高く、かつ第2支持部113よりも低い位置まで前記バッテリーセル20を(-Z軸方向へ)下降させる段階である。
望ましくは、前記一次セル下降段階では、セル据付ジグ110の前方、即ち、第1支持部112の外側上部から、バッテリーセル20の下端が第1支持部112の上端に接触しないようにして第2支持部113の上端部よりも低い高さまでバッテリーセル20を下降させる。
その後、セル水平移動段階は、図6に示したように、第2支持部113の内側面113Sまで前記バッテリーセル20を(+X軸方向へ)水平移動させる段階である。
前記セル水平移動段階を経ると、二次下降時、バッテリーセル20の下端が第1支持部112の上端及び第2支持部113の上端と衝突する可能性のない位置にバッテリーセル20が位置するようになる。
その後、二次セル下降段階は、図7に示したように、バッテリーセル20を二次で(-Z軸方向へ)下降させて前記第1支持部112と前記第2支持部113との間に据え付ける段階である。
前記二次セル下降段階を行うと、バッテリーセル20が、ベース部111と第1支持部112と第2支持部とで囲まれたセル据付空間Oに部分的に締まりばめ状態で垂直に配置され得る。
このように、本実施例によるセル据付ジグ110の構成とセル据付方法によれば、バッテリーセル20の二次下降前にバッテリーセル20とセル据付ジグ110との衝突回避のためのバッテリーセル20の位置調整が可能である。したがって、セル移載機の初期ローディング位置とセル据付ジグ110の位置との間に誤差があっても最終的にはバッテリーセル20を損傷することなくセル据付ジグ110に据え付けることができる。
また、本実施例によるバッテリーセル20の据付方法は、セル密着段階をさらに含み得る。
前記セル密着段階は、セル整列装置10の各セル支持体100毎にバッテリーセル20を据え付けた後、各前記セル支持体100を密着させてバッテリーセル20をまとめる段階である。
図8は、本発明の一実施例によってバッテリーセル20を据え付けたセル整列装置10の斜視図であり、図9は、図8でセル支持体100を移動させてバッテリーセル20をまとめた状態を示した図である。
例えば、図8に示したように、5個のセル支持体100がジグ移送ユニット200に所定の間隔で離隔して配置され、二つの方向(X軸方向)に沿って最後に位置したセル支持体100から逆順に各セル支持体100毎に一つずつのバッテリーセル20が据え付けられ得る。この際、バッテリーセル20は、各セル支持体100のセル据付ジグ110に上述した過程を反復的に行って据え付けられ得る。
セルの挿入のために離れて配置されているセル支持体100は、図9のように、ジグ移送ユニット200に沿って移動して第2方向へ互いに密着し得る。これによって、分散していたバッテリーセル20が互いにまとめられて一つのグループのスタックを形成し得る。
図10は、本発明の他の実施例によるセル据付ジグを示した図である。
続いて、図10を参照して、本発明の他の実施例によるセル据付ジグについて説明する。
以前の図面と同じ部材番号は同じ部材を示し、同じ部材についての重複する説明は省略し、実施例との差異点を中心に説明する。
本発明の他の実施例によるセル据付ジグ110の第2支持部113は、ベース部111と一体に形成された第1パーツ114と、前記第1パーツ114の上部に脱着可能に設けられた少なくとも一つの第2パーツ115と、を含み得る。
図10に示したように、前記セル据付ジグ110は、第1パーツ114に第2パーツ115が取り付けられることで第2支持部113が第1支持部112よりも高く構成され得る。
図示していないが、前記第2パーツ115は、高さがさまざまな形態で設けられ得る。例えば、図10の第2パーツ115と高さが異なるいくつかの第2パーツ115を製作しておき、前記第2パーツ115のいずれか一つを前記第1パーツ114に取り付ける方式で第2支持部113の高さを増減させ得る。勿論、第1支持部112の場合にも第2支持部113と同様の方式で構成して高さを増減させることが可能である。
即ち、本発明の他の実施例の場合、バッテリーセル20のサイズ毎に適合した高さの第2パーツ115を選択して、これを第1パーツ114に取り付けることで第2支持部113の高さを調整可能であることが特徴であるといえる。したがって、本実施例のセル据付ジグは、幅(または立てたときの高さ)が異なるが、厚さが同じ規格のバッテリーセル20であれば、各バッテリーセルに適合した高さの第2パーツ115を第1パーツ114に嵌めて第2支持部113の高さを調整することで、前記各バッテリーセルを支持するのに互換的に使われ得る。
以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
110 セル据付ジグ
111 ベース部
112 第1支持部
113 第2支持部
111 ベース部
112 第1支持部
113 第2支持部
Claims (10)
- ベース部と、
前記ベース部の一側から垂直方向へ延びて形成された第1支持部と、
前記第1支持部と所定の間隔で離れた前記ベース部の他側から垂直方向へ延び、前記第1支持部と対面するように設けられた第2支持部と、
を含み、
前記第2支持部が前記第1支持部よりも高く延びて形成されたことを特徴とする、セル据付ジグ。 - 前記第1支持部と前記第2支持部との間隔は、据え付けるバッテリーセルの厚さに対応するように設けられることを特徴とする、請求項1に記載のセル据付ジグ。
- 前記第1支持部及び前記第2支持部は、その上端部の厚さが下端部の厚さよりも薄く形成され、
前記上端部と前記下端部との間に、厚さが次第に減少するガイド部が形成されたことを特徴とする、請求項1または2に記載のセル据付ジグ。 - 前記第2支持部は、前記ベース部と一体に形成された第1パーツと、
前記第1パーツの上部に脱着可能に設けられた少なくとも一つの第2パーツと、
を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載のセル据付ジグ。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載のセル据付ジグを含むセル整列装置であって、
第1方向へ互いに所定の間隔で離隔して配置される一対の前記セル据付ジグと、一対の前記セル据付ジグを一体に連結するジグ連結部材と、を含むセル支持体と、
前記セル据付ジグのそれぞれに連結され、前記第1方向に交差する第2方向へ延びたジグ移送ユニットと、
を含み、
前記セル支持体が前記ジグ移送ユニットに一つ以上備えられたことを特徴とする、セル整列装置。 - 前記ベース部は、
前記ジグ連結部材の端部と結合可能に設けられたジョイント部と、
前記ジグ移送ユニットに沿って摺動するように設けられた摺動部と、
を含むことを特徴とする、請求項5に記載のセル整列装置。 - 前記ジョイント部は、前記ジグ連結部材の端部が挿入可能であり、前記第1方向へ形成された締結ホールを備え、
前記ジグ連結部材は、その端部が前記締結ホールに介在され、締結部材によって前記ジョイント部に固定されたことを特徴とする、請求項6に記載のセル整列装置。 - 前記ジグ連結部材は、棒状であり、かつ一つ以上が備えられ、その両端が一対の前記セル据付ジグに固定結合したことを特徴とする、請求項5に記載のセル整列装置。
- 請求項5に記載のセル整列装置にバッテリーセルを据え付ける方法であって、
前記セル支持体の上部領域へバッテリーセルを持ってくるセル投入準備段階と、
前記バッテリーセルの下端が前記第1支持部よりも高く、かつ前記第2支持部よりも低い位置まで前記バッテリーセルを一次で下降させる一次セル下降段階と、
前記第2支持部の内側面まで前記バッテリーセルを水平移動させるセル水平移動段階と、
前記第1支持部と前記第2支持部との間に据え付けられるように前記バッテリーセルを下降させる二次セル下降段階と、
を含むことを特徴とする、バッテリーセルの据付方法。 - 前記セル整列装置の各前記セル支持体に前記バッテリーセルを据え付けた後、各前記セル支持体を密着させるセル密着段階をさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載のバッテリーセルの据付方法。
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