KR101289429B1

KR101289429B1 - 배터리 팩 조립장치

Info

Publication number: KR101289429B1
Application number: KR1020120002086A
Authority: KR
Inventors: 우인영
Original assignee: 주식회사 이랜텍
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-08-07
Also published as: KR20130081103A

Abstract

본 발명은 배터리 팩 조립장치를 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 배터리 셀의 양극 및 음극단자와 보호회로모듈을 전기적으로 연결하기 위한 용접작업이 자동으로 이루어지도록 함은 물론, 용접팁과 보호회로모듈의 위치를 비젼으로 측정하여 용접위치를 추종하는 시스템을 구성한 것이며, 이에따라 배터리 팩 제조시 작업자가 유해한 성분에 노출되는 문제를 없애고, 특히 보호회로모듈의 제한적 공간으로 용접공간이 협소하여 용접 작업이 어렵게 되는 문제 해결로 작업자의 숙련도에 관계없이 균일하게 하면서 배터리 팩에 대한 대량 생산이 가능하도록 한 것이다.

Description

배터리 팩 조립장치{Battery pack assembly unit}

본 발명은 배터리 팩 조립장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩을 이루는 배터리 셀(cell)에 보호회로모듈(PCM;Protection Circuit Module)을 조립할 수 있도록 하는 배터리 팩 조립장치에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대용 통신단말기의 전원으로 사용되는 인너형 배터리 팩은 배터리 셀과 각종 반도체 소자가 포함되는 보호회로모듈이 결합되는 구조로 구성되며, 상기 배터리 셀은 양극시트와 음극시트로 이루어지는 전극적층유닛이 금속 케이싱내에 수용된 형태이고, 상기 케이싱의 외면에는 양극단자와 음극단자가 마련된다.

또한, 상기 보호회로모듈은 배터리의 폭발 및 과충전 위험을 방지하기 위한 것으로 배터리 셀의 외측(상부)에 장착된다.

즉, 상기 배터리 팩은 배터리 셀과 보호회로모듈이 상호 결합되어 하나의 유닛 형태로 포장된 구조이며, 이러한 배터리 팩은 최근 이를 사용하는 휴대용 통신단말기의 소형화 및 경량화 추세에 따라 소형화, 박형화, 경량화가 요구되고 있다.

이때, 상기 보호회로모듈은 상기 배터리 셀의 상부에 결합되는데, 이 경우 상기 보호회로모듈은 상부케이스에 의해 보호되고, 상기 배터리 셀의 하부에는 하부케이스가 양면테이프와 같은 접착부를 통해 결합되도록 하였다.

그러나, 종래 배터리 팩 구조에 있어, 배터리 셀의 양극단자 및 음극단자를 보호회로모듈과 전기적으로 연결시키기 위해서는, 상기 보호회로모듈과 양극단자 및 음극단자를 스폿 용접 또는 레이저 용접으로 연결시켜야 하는데, 이러한 용접 작업이 작업자에 의해 일일이 수동으로 이루어지는 단점이 있었고, 이에따라 작업자의 숙련도에 따라 배터리 팩의 품질에 차이가 나고 대량 생산이 곤란한 문제점이 있음은 물론, 작업자에 의해 수동으로 용접 작업을 할 때 유해한 성분이 인체에 영향을 미치는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 보호회로모듈의 공간제약에 따른 작은 홀 및 전극 팁(TIP) 변형으로 용접 팁이 들어가 용접하기에는 품질 문제 등 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선한 것으로, 배터리 셀의 양극 및 음극단자와 보호회로모듈을 전기적으로 연결하기 위한 용접작업이 자동으로 이루어지도록 함은 물론, 용접팁과 모듈의 위치를 비젼으로 측정하여 용접위치를 추종하는 시스템을 구성함으로써, 배터리 팩 제조시 작업자가 유해한 성분에 노출되는 문제를 없애고, 특히 보호회로모듈의 제한적 공간으로 용접공간이 협소하여 용접 작업이 어렵게 되는 문제 해결로 작업자의 숙련도에 관계없이 균일하게 하면서 배터리 팩에 대한 대량 생산이 가능하도록 하는 배터리 팩 조립장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 배터리 팩 조립장치는, 배터리 셀을 작업위치로 투입하는 셀 투입부재; 보호회로모듈과 이에 결합되는 홀더가 투입되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈에 보호회로모듈과 홀더가 안착시, 상기 보호회로모듈과 홀더를 조립 및 용접위치로 이동시키도록 회전하는 작업테이블; 상기 회전형 작업테이블에 의해 보호회로모듈 및 홀더가 배터리 셀과의 조립과 용접위치로 이동시, 상기 배터리 셀과 보호회로모듈 및 홀더를 가조립시킨 후 배터리 셀의 단자와 보호회로모듈을 전기적 연결이 이루어지도록 용접하는 작동부재; 및, 상기 셀 투입부재와 작업테이블 및 작동부재의 동작을 제어하는 구동프로그램은 물론, 상기 작동부재에 의한 배터리 셀의 단자와 보호회로모듈의 용접부위에 대한 연결상태를 체크하는 비전검사 프로그램이 탑재되는 제어패널; 을 포함하여 구성하는 것이다.

또한, 상기 셀 투입부재는, 배터리 셀이 다수 적층되고 하측에 인출 개구부를 형성하는 셀 트레이; 상기 셀 트레이의 하측 개구부에 위치하여, 상기 하측 개구부를 개폐시키면서 상기 셀 트레이로부터 낙하되는 배터리 셀이 올려지도록 하고, 좌우 이동하는 셀 인출부; 상기 셀 인출부의 좌우 이동시, 상기 셀 인출부에 올려진 배터리 셀을 진공 흡착하는 제 1 셀 진공흡착부; 및, 상기 제 1 셀 진공흡착부에 의한 배터리 셀의 진공 흡착 상태가 해제시, 상기 배터리 셀을 상기 작업테이블의 조립위치로 이송시키는 제 1 이송컨베이어; 를 포함하여 구성하는 것이다.

또한, 상기 배터리 팩 조립장치에는 상기 셀 인출부로 배터리 셀이 인출되어 올려질 때, 상기 배터리 셀의 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출한 후 이를 제어패널로 전송하는 셀 방향 및 전압 검출부; 를 더 포함하는 것이다.

또한, 상기 셀 방향 및 전압 검출부는, 상기 셀 인출부에 배터리 셀이 올려질 때, 상기 배터리 셀의 상하면으로 이동하는 제 1,2 지지로드; 상기 제 1 지지로드에 돌출되고, 상기 배터리 셀의 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출하도록 상기 배터리 셀의 단자에 접촉한 후 그 접촉여부에 따른 신호를 제어패널에 전송하는 단자 검출부; 를 포함하여 구성한 것이다.

또한, 상기 작업테이블의 상면에 상기 안착홈이 일정간격을 두고 다수 형성하되, 상기 안착홈에는 각각 레일을 형성하고, 상기 안착홈의 일단에는 좌우측 대칭 구조의 경사홀을 형성하면서 전후 이동하는 제 1 이동프레임을 결합 구성하며, 상기 제 1 이동프레임의 좌우측 경사홀에는 힌지를 통해 각각 결합되면서 상기 레일을 따라 좌우 이동하는 고정지그를 결합 구성하고, 상기 좌우 한 쌍을 이루는 고정지그는 보호회로모듈이 결합되는 홀더에 배터리 셀을 조립시킬 때, 상기 제 1 이동프레임의 전후 이동시 연동되어 좌우방향으로 이동하면서 상기 배터리 셀을 잡아주도록 구성한 것이다.

또한, 상기 작동부재는, 고정프레임; 상기 고정프레임을 따라 좌우 이동하는 제 2 이동프레임; 상기 제 2 이동프레임에 회전 가능하게 결합되고, 제 1 이송컨베이어를 통해 조립위치로 배터리 셀이 위치할 때, 상기 배터리 셀을 진공 흡착한 후 이를 안착홈에 안착된 홀더에 가조립시키는 제 2 셀 진공흡착부; 상기 제 2 셀 진공흡착부에 의해 홀더에 가조립되는 배터리 셀이 상기 회전형 작업테이블에 의해 용접위치로 이동시, 상기 배터리 셀의 상면을 가압하는 가압부; 및, 상기 가압부에 의해 상면 가압이 이루어지는 배터리 셀의 단자와 상기 보호회로모듈의 단자를 전기적으로 연결시키도록 용접하는 용접부; 를 포함하는 것이다.

또한, 상기 배터리 팩 조립장치에는 상기 용접부에 의해 단자 용접이 이루어진 배터리 셀이 상기 회전형 작업테이블에 의해 배출 위치로 이동시, 상기 고정프레임을 따라 좌우 이동하는 제 3 이동프레임; 상기 제 3 이동프레임에 회전 가능하게 결합되고, 상기 단자 용접이 이루어진 배터리 셀을 진공 흡착하는 제 3 셀 진공 흡착부; 상기 제 3 셀 진공흡착부에 의한 배터리 셀의 진공 흡착 상태가 해제시, 상기 배터리 셀을 배출 이송시키는 제 2 이송컨베이어; 를 더 포함하여 구성하는 것이다.

또한, 상기 용접부는 상기 가압부에 의해 배터리 셀의 상단이 가압될 때, 상기 보호회로모듈의 단자와 상기 배터리 셀의 단자를 용접하여 전기적으로 연결시키는 스폿용접장치인 것이다.

또한, 상기 제어패널의 비전검사 프로그램은 상기 배터리 셀과 보호회로모듈의 단자들에 대한 용접이 정상적으로 이루어지도록, 용접 팁과 보호회로모듈의 위치데이터를 측정한 후 단자들을 용접하는 상기 용접부의 스폿 용접시 그 위치를 카메라의 영상정보를 분석하여 추종하도록 구성되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 배터리 셀의 양극 및 음극단자와 보호회로모듈을 전기적으로 연결하기 위한 용접작업이 자동으로 이루어지도록 함은 물론, 용접팁과 모듈의 위치를 비젼으로 측정하여 용접위치를 추종하는 시스템을 구성한 것으로, 이를 통해 배터리 팩 제조시 작업자가 유해한 성분에 노출되는 문제를 없애고, 특히 특히 보호회로모듈의 제한적 공간으로 용접공간이 협소하여 용접 작업이 어렵게 되는 문제 해결로 작업자의 숙련도에 관계없이 균일하게 하면서 배터리 팩에 대한 대량 생산이 가능하게 하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

도 1,2는 본 발명의 실시예로 배터리 팩 조립장치의 구조를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예로 배터리 팩 조립장치의 구조를 보인 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예로 배터리 팩 조립장치의 구조를 보인 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예로 배터리 팩 조립 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예로 보호회로모듈의 장착 상태를 보인 평면 확대도.
도 7은 본 발명의 실시예로 보호회로모듈의 장착 상태를 보인 평면 측면도.
도 8은 본 발명의 실시예로 배터리 셀 인출 상태를 보인 개략적인 측면 확대도.
도 9는 본 발명의 실시예로 배터리 셀 인출시 단자의 불량 체크 상태를 보인 확대 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예로 인출된 배터리 셀의 이송 상태를 보인 부분 확대사시도.
도 11은 본 발명의 실시예로 인출된 배터리 셀의 이송 상태를 보인 부분 확대 측면도.
도 12는 본 발명의 실시예로 배터리 셀과 보호회로모듈의 결합상태를 보인 부분 확대 사시도.
도 13은 본 발명의 실시예로 배터리 셀과 보호회로모듈의 결합상태를 보인 평면 확대도.
도 14는 본 발명의 실시예로 배터리 셀과 보호회로모듈의 단자 용접 상태를 보인 부분 확대 사시도.
도 15는 본 발명의 실시예로 배터리 셀과 보호회로모듈의 단자 용접 상태를 보인 측면 개략도.
도 16은 본 발명의 실시예로 배터리 셀의 배출 이송 상태를 보인 부분 확대사시도.
도 17은 본 발명의 실시예로 배터리 셀의 배출 이송 상태를 보인 평면 확대도.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

첨부된 도 1 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 조립장치는 셀 투입부재(10), 작업테이블(20), 작동부재(30), 제어패널(40)을 포함하여 구성하거나, 이에 더하여 셀 방향 및 전압 검출부(50)를 더 포함할 수 있는 것이다.

상기 셀 투입부재(10)는 다수의 배터리 셀(1)을 하나씩 순차적으로 인출한 후 이를 작업위치 즉, 보호회로모듈(2)이 탑재된 홀더(3)가 위치하는 장소로 이동시키는 것으로, 셀 트레이(11), 셀 인출부(12), 제 1 셀 진공흡착부(13), 제 1 이송컨베이어(14)를 포함하는 것이다.

상기 셀 트레이(11)는 배터리 셀(1)이 다수 적층되는 구조물로, 하측에 인출 개구부(도면에는 표시하지 않음)를 형성한 것이다.

상기 셀 인출부(12)는 셀 트레이(11)의 하측 개구부에 위치하여 정,역회전하는 모터(M1)에 의해 전후 이동하는 것으로, 상기 하측 개구부를 개폐시키면서 상기 셀 트레이(11)로부터 낙하되는 배터리 셀(1)이 올려지도록 구성된다.

즉, 상기 셀 인출부(12)는 첨부된 도 8에서와 같이 배터리 셀(1)이 인출되지 못하도록 상기 셀 트레이(11)의 하측 개구부에 근접하여 상기 배터리 셀(1)의 낙하를 방지시키는 제 1 프레임(12a)과, 상기 제 1 프레임(12a)으로부터 연장되는 제 2 프레임(12b)으로 이루어진 것으로, 상기 제 1 프레임(12a)은 배터리 셀(1)의 낙하를 제한하는 것이고, 상기 제 2 프레임(12b)은 상기 제 1 프레임(12a)이 셀 트레이(11)의 하측 개구부로부터 이탈시 낙하되는 배터리 셀(1)이 올려지도록 한 것이다.

이에따라, 상기 제 2 프레임(12b)에 올려진 배터리 셀(1)은 상기 셀 인출부(12)가 모터(M1)에 의해 상기 제 1 이송컨베이어(14)측으로 이동이 가능하도록 구성되는 것이다.

여기서, 상기 제 1,2 프레임(12a)(12b)을 포함하는 셀 인출부(12)가 레일을 따라 좌우방향(또는 전후방향)으로 이동하는 것은 도면에 도시하지는 않았지만 통상의 구동부인 유압장치 또는 모터(M1)의 정,역회전 구동에 따라 가능한 것이며, 상기 모터(M1)의 구동은 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 제어되도록 한 것이다.

상기 제 1 셀 진공흡착부(13)는 첨부된 도 10 및 도 11에서와 같이 상기 셀 인출부(12)의 전후 이동시, 상기 셀 인출부(12)의 제 2 프레임(12b)에 올려진 배터리 셀(1)을 진공 흡착한 후 이를 상기 제 1 이송컨베이어(14)에 올려놓도록 하는 것으로, 상기 제 1 셀 진공흡착부(13)는 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 제어되는 통상의 구동부인 모터의 정,역회전 구동에 따라 전후 이동하게 되며, 특히 위치가 지정된 상태에서 도시하지는 않았지만 유압(또는 공압)에 의해 상하 이동하여 상기 제 2 프레임(12a)에 올려진 배터리 셀(1)을 진공 흡착하도록 구성된 것이다.

이를 위해, 상기 제 1 셀 진공흡착부(13)는 진공 흡입을 위한 흡입관체(도면에는 표시하지 않음)의 끝단부에 상기 배터리 셀(1)을 진공흡착하는 흡착패드(13a)가 형성되도록 하였다.

상기 제 1 이송컨베이어(14)는 첨부된 도 10에서와 같이, 상기 제 1 셀 진공흡착부(13)에 의한 배터리 셀(1)의 진공 흡착 상태가 해제시, 상기 배터리 셀(1)을 상기 작업테이블(20)의 조립위치로 이송시키는 것으로, 상기 제 1 이송컨베이어(14)는 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 구동 제어가 이루어지는 통상의 구동모터에 의해 동작하도록 구성된 것이다.

상기 작업테이블(20)은 첨부된 도 1 내지 도 4에서와 같이, 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 구동 제어되는 통상적인 구동모터에 의해 축부를 중심으로 회전하는 것으로, 상기 축부를 중심으로 하여 그 평면에는 안착홈(20a)이 형성되고, 상기 안착홈(20a)에는 우선 홀더(3)가 안착되고, 상기 홀더(3)에 보호회로모듈(2)이 안착될 수 있도록 구성한 것이다.

이때, 상기 작업테이블(20)은 상기 안착홈(20a)에 홀더(3)와 보호회로모듈(2)이 순차적으로 안착될 때마다 회전이 이루어져, 상기 보호회로모듈(2)과 홀더(3)를 조립위치(도 5b) 및 용접위치(도 5c)로 순차 이동시키는 회전동작을 하는 것이다.

여기서, 첨부된 도 6 및 도 7에서와 같이, 상기 안착홈(20a)에는 각각 상기 홀더(3)와 보호회로모듈(2)의 안착에 방해되지 않도록 일측에 레일(21)이 형성되고, 상기 안착홈(20a)의 일단에는 좌우측 대칭 구조의 경사홀(22a)을 형성하면서 통상의 구동부인 모터(M3)에 의해 전후 이동하는 제 1 이동프레임(22)이 결합되며, 상기 제 1 이동프레임(22)의 좌우측 경사홀(22a)에는 힌지(23a)를 통해 각각 결합되면서 상기 레일(21)을 따라 좌우 이동하는 고정지그(23)가 결합 구성되는 것이다.

즉, 상기 좌우 한 쌍을 이루는 고정지그(23)는 보호회로모듈(2)이 결합되는 홀더(3)에 배터리 셀(1)을 가 조립시킬 수 있도록, 상기 제 1 이동프레임(22)의 전후 이동시 연동되어 좌우방향으로 이동하면서 상기 배터리 셀(1)의 양측부를 잡아주도록 구성한 것이다.

이때, 첨부된 도 7에서와 같이, 상기 작업테이블(20)과 상기 제 1 이동프레임(22)에는 스프링(24)의 양단이 고정되도록 하였으며, 이에따라 상기 제 1 이동프레임(22)은 상기 모터(M3)의 구동력에 따라 전진이 이루어지지만, 상기 모터(M3)의 구동력이 제공되지 않을 경우에는 상기 스프링(24)의 복원력에 의해 원래의 위치로 리턴이 보다 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.

즉, 상기 제 1 이동프레임(22)의 하면에는 로드(22a)를 돌출시킨 상태에서, 상기 모터(M3)의 구동시, 상기 모터(M3)에 일체화되는 걸림부(22b)가 상기 로드(22a)를 잡아 당김으로써, 상기 제 1 이동프레임(22)의 전진이 이루어지고, 상기 모터(M3)의 구동력이 해제되면서 상기 걸림부(22b)가 로드(22a)로부터 이탈시, 상기 제 1 이동프레임(22)은 스프링(24)의 복원력으로부터 원래의 위치로 리턴 이동이 이루어지는 것이다.

상기 작동부재(30)는 상기 회전형 작업테이블(20)에 의해 보호회로모듈(2) 및 홀더(3)가 배터리 셀(1)과의 조립을 위한 위치 또는 용접위치로 이동시, 상기 배터리 셀(1)과 보호회로모듈(2) 및 홀더(3)를 가 조립시킨 후 배터리 셀(1)의 단자와 보호회로모듈(2)을 전기적 연결이 이루어지도록 용접하는 작업을 수행하는 것으로, 고정프레임(31), 제 2 이동프레임(32), 제 2 셀 진공흡착부(33), 가압부(34), 용접부(35)를 포함함은 물론, 이에 더하여 제 3 이동프레임(36), 제 3 셀 진공흡착부(37), 제 2 이송컨베이어(38)를 더 포함할 수도 있는 것이다.

상기 제 2 이동프레임(32)은 첨부된 도 12 및 도 13에서와 같이, 상기 고정프레임(31)을 따라 좌우 이동하도록 구성되며, 그 좌우 이동은 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 구동하는 통상의 구동부인 유압장치(미도시) 또는 모터에 의해 가능한 것이다.

상기 제 2 셀 진공흡착부(33)는 상기 제 2 이동프레임(32)에 회전 가능하게 결합되고, 제 1 이송컨베이어(14)를 통해 조립위치로 배터리 셀(1)이 위치할 때, 상기 배터리 셀(1)을 진공 흡착한 후 이를 안착홈(20a)에 안착된 홀더(3)에 가조립시키도록 구성된 것이다.

이때, 상기 제 2 셀 진공흡착부(33)는 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 제어되는 통상의 구동부인 유압장치 또는 모터에 의해 회전하게 되며, 특히 위치가 지정된 상태에서 상기 제 2 이동프레임(32)에서 유압(또는 공압)에 의해 상하 이동하여 제 1 이송컨베이어(14)에 올려진 배터리 셀(1)을 진공 흡착한 후 회전하여, 상기 홀더(3)에 배터리 셀(1)을 수직하게 세워 가조립시키도록 구성한 것이다.

이에따라, 상기 제 2 셀 진공흡착부(33)는 관체의 끝단부에 상기 배터리 셀(1)을 진공흡착하는 흡착패드(33a)가 형성되도록 하였다.

상기 가압부(34)는 첨부된 도 14 및 도 15에서와 같이, 상기 제 2 셀 진공흡착부(33)에 의해 홀더(3)에 가조립되는 배터리 셀(1)이 상기 회전형 작업테이블(20)에 의해 용접위치로 이동시, 상기 배터리 셀(1)의 상면을 가압하도록 상하 이동형 구조물이며, 상기 가압부(34)의 상하 이동은 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 제어되는 통상의 구동부인 유압장치 또는 모터에 의해 이루어지는 것이다.

상기 용접부(35)는 첨부된 도 14 및 도 15에서와 같이, 상기 가압부(34)에 의해 상면 가압이 이루어지는 배터리 셀(1)의 단자와 상기 보호회로모듈(2)의 단자를 전기적으로 연결시키도록 용접하는 것으로, 이러한 용접부(35)는 상기 가압부(34)에 의해 배터리 셀(1)의 상단이 가압될 때, 상기 보호회로모듈(2)의 단자와 상기 배터리 셀(1)의 단자를 용접하여 전기적으로 연결시키는 스폿용접장치인 것이다.

상기 제 3 이동프레임(36)은 첨부된 도 16 및 도 17에서와 같이, 상기 용접부(35)에 의해 단자 용접이 이루어진 배터리 셀(1)이 상기 회전형 작업테이블(20)에 의해 배출 위치로 이동시, 상기 고정프레임(31)을 따라 좌우 이동하도록 구성된다.

즉, 상기 제 3 이동프레임(36)은 상기 제 2 이동프레임(32)과 반대되는 위치에서 상기 고정프레임(31)을 따라 좌우 이동하도록 구성되며, 그 좌우 이동은 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 구동하는 통상의 구동부인 유압장치(미도시) 또는 모터에 의해 가능한 것이다.

상기 제 3 셀 진공흡착부(37)는 상기 제 3 이동프레임(32)에 회전 가능하게 결합되는 것으로, 상기 단자 용접이 이루어진 배터리 셀(1)을 진공 흡착하도록 구성된 것이다.

즉, 상기 제 3 셀 진공흡착부(37)는 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 제어되는 통상의 구동부인 유압장치에 의해 회전하게 되며, 특히 위치가 지정된 상태에서 상기 제 3 이동프레임(36)에서 유압(또는 공압)에 의해 상하 이동하여 수직으로 세워진 배터리 셀(1)을 진공 흡착한 후 회전하여, 용접에 의해 결합이 완료되어 세트 결합 구조물인 배터리 셀(1) 및 보호회로모듈(2)과 홀더(3)를 후술하는 제 2 이송컨베이어(38)에 올리도록 구성한 것이다.

이에따라, 상기 제 3 셀 진공흡착부(37)는 관체의 끝단부에 상기 배터리 셀(1)을 진공흡착하는 흡착패드(37a)가 형성되도록 하였다.

상기 제 2 이송 컨베이어(38)는 상기 제 3 셀 진공흡착부(37)에 의한 배터리 셀(1)의 진공 흡착 상태가 해제시, 상기 배터리 셀(1)을 배출 이송시키는 것으로, 상기 제 2 이송컨베이어(38)는 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제어패널(40)에 설정된 구동프로그램에 따라 구동 제어가 이루어지는 통상의 구동모터에 의해 동작하도록 구성된 것이다.

상기 제어패널(40)은 상기에서 설명되는 셀 투입부재(10)와 작업테이블(20) 및 작동부재(30)에 포함되는 각 구성요소들의 동작을 제어하는 구동프로그램이 탑재되어 있음은 물론, 상기 작동부재(30)에 포함되는 용접부(35)에 의해 이루어지는 배터리 셀(1)의 단자와 보호회로모듈(2)의 용접부위에 대한 연결상태를 체크하는 비전검사 프로그램이 탑재 구성되는 것이다.

여기서, 상기 제어패널(40)의 비전검사 프로그램은 상기 배터리 셀(1)과 보호회로모듈(2)의 단자들에 대한 용접이 정상적으로 이루어지도록, 용접 팁과 보호회로모듈(2)의 위치데이터를 측정한 후 단자들을 용접하는 상기 용접부(35)의 스폿 용접시 그 위치를 카메라(41)의 영상정보를 분석하여 추종할 수 있도록 한 것이다.

상기 셀 방향 및 전압 검출부(50)는 첨부된 도 9에서와 같이, 상기 셀 인출부(12)로 배터리 셀(1)이 인출되어 올려질 때, 상기 배터리 셀(1)의 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출한 후 이를 제어패널(40)로 전송하는 것으로, 상기 셀 인출부(12)에 배터리 셀이 올려질 때 상기 배터리 셀(1)의 상하면으로 이동하는 제 1,2 지지로드(51)(52)는 물론, 상기 제 1 지지로드(51)에 돌출되면서 상기 배터리 셀(1)의 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출하도록 상기 배터리 셀(1)의 단자에 접촉한 후 그 접촉여부에 따른 신호를 제어패널(40)에 전송하는 단자 검출부(53)를 포함하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 조립장치는 첨부된 도 1 내지 도 17에서와 같이, 우선 첨부된 도 5에서와 같이 작업자가 제어패널(40)의 제어동작에 따라 90°씩 회전하는 작업테이블(20)에서, 첨부된 도 5a에서와 같이 상기 작업테이블(20)에 형성되는 안착홈(20a)에 보호회로모듈(2)을 투입한 후 그 위에 홀더(3)를 투입한다.

그러면, 상기 안착홈(20a)에 투입된 보호회로모듈(2)과 홀더(3)는 첨부된 도 5b에서와 같이 셀 투입부재(10)에 포함되는 제 1 이송컨베이어(14)가 위치하는 조립위치로 90°회전 이동을 하게 된다.

이때, 상기 셀 투입부재(10)에 포함되는 셀 트레이(11)에 적층된 배터리 셀(1)은 셀 인출부(12)에 의해 인출이 이루어지고, 상기 셀 인출부(12)를 통해 인출된 배터리 셀(1)은 셀 방향 및 전압 검출부(50)에 포함되는 제 1,2 지지로드(51)(52)는 물론 단자 검출부(53)에 의해 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출받게 된다.

이때, 상기 배터리 셀(1)의 전압 및 셀 방향이 정상적인 것으로 판정되는 경우, 상기 제어패널(40)은 흡착패드(13a)를 가지는 제 1 셀 진공흡착부(13)를 통해 상기 배터리 셀(1)을 진공 흡착한 후 이를 제 1 이송컨베이어(14)의 위로 올리게 된다.

그러면, 상기 제 1 이송컨베이어(14)는 배터리 셀(1)을 조립위치로 이송시키게 되며, 이에따라 상기 조립위치에 설치된 작업부재(30)의 제 2 셀 진공흡착부(32)는 상기 제 1 이송컨베이어(14)에 올려진 배터리 셀(1)을 진공흡착한 후 90°회전동작을 하게 된다.

다음으로, 상기 제 2 셀 진공흡착부(32)는 고정프레임(31)을 따라 이동하는 제 2 이동프레임(32)에 의해 조립위치로 이동이 이루어진 후, 상기 작업테이블(20)에서 조립위치로 90°회전 이동한 안착홈(20a)에 안착된 홀더(3)에 상기 배터리 셀(1)을 수직하게 세우면서, 상기 배터리 셀(1)과 홀더(3)를 가조립시킨다.

다음으로, 상기 가조립이 이루어진 배터리 셀(1)과 보호회로모듈(2)이 안착된 홀더(3)가 안착된 안착홈(20a)은 다시 도 90°회전하여 첨부된 도 5c에서와 같이 용접위치로 이동하게 되는 바,

상기 제어패널(40)은 비전검사 프로그램을 통해 상기 배터리 셀(1)과 보호회로모듈(2)의 단자들에 대한 용접이 정상적으로 이루어지도록, 카메라(41)의 영상정보를 분석하면서 용접 팁과 보호회로모듈(2)의 위치데이터를 측정한 후 상기 단자들에 대한 용접위치를 추종하고, 상기 추종된 위치로 상기 용접부(35)의 스폿용접위치를 설정하게 된다.

이때, 상기 용접위치에서는 상기 작동부재(30)에 포함되는 가압부(34)가 상기 수직하게 세워진 배터리 셀(1)의 상단을 가압하게 되고, 이에따라 상기 작업테이블(20)의 하단측에 배치된 스폿용접장치인 용접부(35)는 설정되는 위치에서 상기 배터리 셀(1)의 단자와 상기 홀더(3)에 수용된 보호회로모듈(2)의 단자를 스폿용접하게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 배터리 셀(1)의 단자와 보호회로모듈(2)의 단자가 정상적으로 용접되었을 때, 상기 용접 구조물이 안착된 안착홈(20a)은 다시 90°회전하여 첨부된 도 5d에서와 같이 배출위치로 이동하게 된다.

그러면, 상기 배출위치에 배치된 제 3 셀 진공흡착부(37)는 상기 고정프레임(31)을 따라 이동하는 제 3 이동프레임(36)에 의해 배출위치로 이동이 이루어진 후, 상기 작업테이블(20)에서 배출위치로 90°회전 이동한 안착홈(20a)에 안착되면서 수직하게 세워진 용접구조물인 배터리 셀(1)과 보호회로모듈(2) 및 홀더(3)을 진공 흡착한 후 이를 제 2 이송컨베이어(38)에 올려놓게 되며, 이에따라 상기 보호회로모듈(2)과 홀더(3)가 상면에 결합되는 배터리 셀(1)은 상기 제 2 이송컨베이어(38)에 의해 수집함으로 수집되도록 배출되거나, 또는 다음 공정(예; 상,하 케이스 결합공정과 스티커 부착공정)으로 그 배출이 이루어지는 것이다.

이상에서 본 발명의 배터리 팩 조립장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

1 ; 배터리 셀 2 ; 보호회로모듈
3 ; 홀더 10; 셀 투입부재
10a; 안착홈 11; 셀 트레이
12; 셀 인출부 13; 제 1 셀 진공흡착부
14; 제 1 이송컨베이어 20; 작업테이블
21; 레일 22; 제 1 이동프레임
23; 고정지그 24; 스프링
30; 작동부재 31; 고정프레임
32; 제 2 이동프레임 33; 제 2 셀 진공흡착부
34; 가압부 35; 용접부
36; 제 3 이동프레임 37; 제 3 셀 진공흡착부
38; 제 2 이송컨베이어 40; 제어패널
41; 카메라 50; 셀 방향 및 전압 검출부
51,52; 제 1,2 지지로드 53; 단자 검출부

Claims

배터리 셀을 작업위치로 투입하는 셀 투입부재;
보호회로모듈과 이에 결합되는 홀더가 투입되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈에 보호회로모듈과 홀더가 안착시, 상기 보호회로모듈과 홀더를 조립 및 용접위치로 이동시키도록 회전하는 작업테이블;
상기 회전형 작업테이블에 의해 보호회로모듈 및 홀더가 배터리 셀과의 조립과 용접위치로 이동시, 상기 배터리 셀과 보호회로모듈 및 홀더를 가조립시킨 후 배터리 셀의 단자와 보호회로모듈을 전기적 연결이 이루어지도록 용접하는 작동부재; 및,
상기 셀 투입부재와 작업테이블 및 작동부재의 동작을 제어하는 구동프로그램은 물론, 상기 작동부재에 의한 배터리 셀의 단자와 보호회로모듈의 용접부위에 대한 연결상태를 체크하는 비전검사 프로그램이 탑재되는 제어패널; 을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 1 항에 있어서, 상기 셀 투입부재는,
배터리 셀이 다수 적층되고 하측에 인출 개구부를 형성하는 셀 트레이;
상기 셀 트레이의 하측 개구부에 위치하여, 상기 하측 개구부를 개폐시키면서 상기 셀 트레이로부터 낙하되는 배터리 셀이 올려지도록 하고, 좌우 이동하는 셀 인출부;
상기 셀 인출부의 좌우 이동시, 상기 셀 인출부에 올려진 배터리 셀을 진공 흡착하는 제 1 셀 진공흡착부; 및,
상기 제 1 셀 진공흡착부에 의한 배터리 셀의 진공 흡착 상태가 해제시, 상기 배터리 셀을 상기 작업테이블의 조립위치로 이송시키는 제 1 이송컨베이어; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 2 항에 있어서,
상기 배터리 팩 조립장치에는 상기 셀 인출부로 배터리 셀이 인출되어 올려질 때, 상기 배터리 셀의 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출한 후 이를 제어패널로 전송하는 셀 방향 및 전압 검출부; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 3 항에 있어서, 상기 셀 방향 및 전압 검출부는,
상기 셀 인출부에 배터리 셀이 올려질 때, 상기 배터리 셀의 상하면으로 이동하는 제 1,2 지지로드;
상기 제 1 지지로드에 돌출되고, 상기 배터리 셀의 전압 및 셀 방향이 정상적인지를 검출하도록 상기 배터리 셀의 단자에 접촉한 후 그 접촉여부에 따른 신호를 제어패널에 전송하는 단자 검출부; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 1 항에 있어서,
상기 작업테이블의 상면에 상기 안착홈이 일정간격을 두고 다수 형성하되,
상기 안착홈에는 각각 레일을 형성하고,
상기 안착홈의 일단에는 좌우측 대칭 구조의 경사홀을 형성하면서 전후 이동하는 제 1 이동프레임을 결합 구성하며,
상기 제 1 이동프레임의 좌우측 경사홀에는 힌지를 통해 각각 결합되면서 상기 레일을 따라 좌우 이동하는 고정지그를 결합 구성하고,
상기 좌우 한 쌍을 이루는 고정지그는 보호회로모듈이 결합되는 홀더에 배터리 셀을 조립시킬 때, 상기 제 1 이동프레임의 전후 이동시 연동되어 좌우방향으로 이동하면서 상기 배터리 셀을 잡아주도록 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 1 항에 있어서, 상기 작동부재는,
고정프레임;
상기 고정프레임을 따라 좌우 이동하는 제 2 이동프레임;
상기 제 2 이동프레임에 회전 가능하게 결합되고, 제 1 이송컨베이어를 통해 조립위치로 배터리 셀이 위치할 때, 상기 배터리 셀을 진공 흡착한 후 이를 안착홈에 안착된 홀더에 가조립시키는 제 2 셀 진공흡착부;
상기 제 2 셀 진공흡착부에 의해 홀더에 가조립되는 배터리 셀이 상기 회전형 작업테이블에 의해 용접위치로 이동시, 상기 배터리 셀의 상면을 가압하는 가압부; 및,
상기 가압부에 의해 상면 가압이 이루어지는 배터리 셀의 단자와 상기 보호회로모듈의 단자를 전기적으로 연결시키도록 용접하는 용접부; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 6 항에 있어서, 상기 배터리 팩 조립장치에는,
상기 용접부에 의해 단자 용접이 이루어진 배터리 셀이 상기 회전형 작업테이블에 의해 배출 위치로 이동시, 상기 고정프레임을 따라 좌우 이동하는 제 3 이동프레임;
상기 제 3 이동프레임에 회전 가능하게 결합되고, 상기 단자 용접이 이루어진 배터리 셀을 진공 흡착하는 제 3 셀 진공 흡착부; 및,
상기 제 3 셀 진공흡착부에 의한 배터리 셀의 진공 흡착 상태가 해제시, 상기 배터리 셀을 배출 이송시키는 제 2 이송컨베이어; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 6 항에 있어서, 상기 용접부는 상기 가압부에 의해 배터리 셀의 상단이 가압될 때, 상기 보호회로모듈의 단자와 상기 배터리 셀의 단자를 용접하여 전기적으로 연결시키는 스폿용접장치인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어패널의 비전검사 프로그램은 상기 배터리 셀과 보호회로모듈의 단자들에 대한 용접이 정상적으로 이루어지도록, 용접 팁과 보호회로모듈의 위치데이터를 측정한 후 단자들을 용접하는 상기 용접부의 스폿 용접시 그 위치를 카메라의 영상정보를 분석하여 추종하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 조립장치.