KR101753337B1 - 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기자동차 등에 사용되는 이차전지를 제조하는 공정에서 셀의 내부에 전해액을 주입할 때, 셀의 규격에 따라 파우치의 개봉 정도를 자동으로 설정하여, 다양한 규격을 가지는 셀에 전해액을 효율적으로 주입할 수 있는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에 관한 것이다.
본 발명은 파우치 형태의 셀 내부에 일정량의 전해액을 주입하기 위하여, 셀 로딩을 위한 유니트, 셀 개봉을 위한 유니트, 전해액 주입을 위한 유니트를 연계적으로 조합하여, 셀 로딩에서부터 전해액 주입까지의 전체 과정을 자동화 공정으로 수행할 수 있고, 특히 셀의 규격과 용량에 맞춰 개봉 정도와 개봉 위치를 조절할 수 있는 새로운 타입의 전해액 주입 시스템을 구현함으로써, 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 셀의 전해액 주입공정에 범용적으로 적용할 수 있으며, 전해액 주입공정의 자동화에 따른 공정의 효율성 향상으로 생산성을 높일 수 있는 한편, 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)과 주입한 후(後)의 무게를 측정할 수 있는 전해액 무게 측정 유니트를 전해액 주입 시스템측과 연계적으로 구성함으로써, 각 셀 내에 항상 정량의 전해액을 주입할 수 있는 등 셀 제품의 품질을 확보할 수 있는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 제공한다.
본 발명은 파우치 형태의 셀 내부에 일정량의 전해액을 주입하기 위하여, 셀 로딩을 위한 유니트, 셀 개봉을 위한 유니트, 전해액 주입을 위한 유니트를 연계적으로 조합하여, 셀 로딩에서부터 전해액 주입까지의 전체 과정을 자동화 공정으로 수행할 수 있고, 특히 셀의 규격과 용량에 맞춰 개봉 정도와 개봉 위치를 조절할 수 있는 새로운 타입의 전해액 주입 시스템을 구현함으로써, 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 셀의 전해액 주입공정에 범용적으로 적용할 수 있으며, 전해액 주입공정의 자동화에 따른 공정의 효율성 향상으로 생산성을 높일 수 있는 한편, 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)과 주입한 후(後)의 무게를 측정할 수 있는 전해액 무게 측정 유니트를 전해액 주입 시스템측과 연계적으로 구성함으로써, 각 셀 내에 항상 정량의 전해액을 주입할 수 있는 등 셀 제품의 품질을 확보할 수 있는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 제공한다.
Description
본 발명은 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차 등에 사용되는 이차전지를 제조하는 공정에서 셀의 내부에 전해액을 주입할 때, 셀의 규격에 따라 파우치의 개봉 정도를 자동으로 설정하여, 다양한 규격을 가지는 셀에 전해액을 효율적으로 주입할 수 있는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(Secondary cell)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말하며, 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다.
이러한 이차전지는 현재 휴대용 장치, 도구, 무정전 전원장치 등과 같이 형재 높은 전력을 사용하는 곳에 주로 쓰이고 있으며, 특히 온실가스 배출 억제와 수입원 저감 등을 위해 전기자동차 분야에서 널리 사용되고 있다.
최근 전가자동차의 효용성이 부각되고 전기자동차의 상용화가 근접됨에 따라 기존의 소형 전자제품에만 적용되었던 이차전지의 규격이 상당히 대형화되고 있는 추세이다.
특히, 이차전지가 대형화되고 다양한 규격 및 형태로 출시되는 상황에서 기존의 이차전지 제조장비 및 제조공정으로는 그 대응이 어려운 실정이다.
따라서, 이차전지의 대형화 추세에 맞춰 다양한 규격 및 형태를 가지는 이차전지를 처리할 수 있는 자동화 설비 및 공정이 필요성이 요구된다.
이러한 요구에 맞춰 한국 공개특허 10-2005-0097903호에는 이차전지 제조공정에서 전해액을 자동으로 주입하는 전용장비인『이차전지 전해액 주입장치 및 주입방법』이 개시되어 있다.
상기『이차전지 전해액 주입장치』는 전해액주입공이 개구된 이차전지 케이스가 장착되는 홀더가 상면에 설치되고 상하로 이동되는 하부플레이트와, 하부가 개구되어 내부에 빈 공간을 형성하며 측면에 배기구가 갖추어지고 기둥에 연결되어 상기 하부플레이트의 상부에 위치되고 상기 하부플레이트와 결합하므로서 상기 이차전지 케이스를 수용하게 되는 챔버와, 상기 챔버의 상측에 위치되어 상하로 이동되며 상기 전해액주입공과 연결된 후 전해액이 공급되며 이어서 압축공기로 전해액을 가압하는 상태에서 플런저를 개방시켜 상기 전해액을 전해액주입공을 통하여 이차전지 케이스 내부로 주입하게 되는 인젝션부로 이루어진다.
그리고, 상기『이차전지 전해액 주입방법』은 이차전지 케이스를 밀폐되는 챔버 속에 위치시키는 포지셔닝단계와, 챔버 내부와 이차전지 케이스 내부에 대해 동시에 공기를 배출시켜 이차전지 케이스 내외부 압력을 동일하게 하는 진공형성단계와, 이차전지 케이스에 형성된 전해액주입공을 통하여 압축공기에 의해 가압된 전해액을 주입하며 동시에 챔버 내부에도 이에 상응하는 압력이 형성되도록 공기를 공급하는 전해액주입단계와, 챔버 내부에 형성된 높은 압력을 서서히 감소시킨 후 챔버를 열게 되는 개방단계로 이루어진다.
그러나, 상기『이차전지 전해액 주입장치』에서는 단순히 일정한 크기를 갖는 이차전지 케이스를 작업위치로 이송시킨 후에 전해액을 주입하는 기본적인 방식만 제시하고 있다.
즉, 상기『이차전지 전해액 주입장치』는 사각의 케이스 형태로 되어 있는 이차전지 케이스의 캡에 있는 전해액 주입공을 통해 전해액을 주입하는 방식인 관계로, 다양한 규격 및 형태, 예를 들면 대용량의 주머니 형상으로 이루어진 파우치(Pouch) 형태의 셀(Cell)에는 적용할 수 없는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 파우치 형태의 셀 내부에 일정량의 전해액을 주입하기 위하여, 셀 로딩을 위한 유니트, 셀 개봉을 위한 유니트, 전해액 주입을 위한 유니트를 연계적으로 조합하여, 셀 로딩에서부터 전해액 주입까지의 전체 과정을 자동화 공정으로 수행할 수 있고, 특히 셀의 규격과 용량에 맞춰 개봉 정도와 개봉 위치를 조절할 수 있는 새로운 타입의 전해액 주입 시스템을 구현함으로써, 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 셀의 전해액 주입공정에 범용적으로 적용할 수 있으며, 전해액 주입공정의 자동화에 따른 공정의 효율성 향상으로 생산성을 높일 수 있는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)과 주입한 후(後)의 무게를 측정할 수 있는 전해액 무게 측정 유니트를 전해액 주입 시스템측과 연계적으로 구성함으로써, 각 셀 내에 항상 정량의 전해액을 주입할 수 있는 등 셀 제품의 품질을 확보할 수 있는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치는 셀 픽업을 위한 픽커와 상기 픽커의 업다운 및 회전을 위한 픽커 업다운 액추에이터 및 픽커 회전 액추에이터를 포함하는 픽앤플레이스 유니트와, 상기 픽앤플레이스 유니트의 픽커로부터 공급되는 셀의 세팅을 위한 트레이를 가지면서 회전 가능한 턴 테이블과 상기 턴 테이블의 회전을 위한 턴 테이블 회전 액추에이터를 포함하는 셀 로딩 유니트와, 상기 셀 로딩 유니트의 상부 일측에 위치되어 셀의 개봉부를 벌려주는 수단으로서 흡착 패드를 이용하여 셀 개봉부를 양쪽에서 흡착하여 벌려주는 한쌍의 셀 흡착부 및 각 셀 흡착부의 전후진 동작을 위한 각각의 흡착부 작동용 실린더를 포함하는 셀 개봉 유니트와, 상기 셀 개봉 유니트의 상부에 위치되어 셀의 내부에 전해액을 주입하는 수단으로서 전해액 주입을 위한 노즐과 상기 노즐의 상하 동작을 위한 노즐 작동용 리니어모션을 포함하는 전해액 주입 유니트로 이루어진다.
여기서, 상기 픽앤플레이스 유니트의 픽커는 서로 마주보며 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어지고, 각 픽커는 픽커 작동용 리니어모션에 지지되면서 수평 이동 가능하여 서로 간의 간격이 좁혀지거나 넓혀지도록 할 수 있다.
이때의 픽커는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 셀을 90°간격씩 옮겨주는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 셀 로딩 유니트의 턴 테이블에 있는 트레이는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 셀을 로딩 및 언로딩 위치, 2곳의 전해액 주입 위치, 대기 위치로 각각 옮겨주는 역할을 할 수 있다.
이때의 트레이는 트레이 내부에 설치되어 셀을 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직바 형태의 지그를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 셀 개봉 유니트의 셀 흡착부 및 흡착부 작동용 실린더는 장치 프레임측에 설치되어 있는 2개의 나란한 블럭 가이드 바에 끼워져 위아래로 이동 가능한 슬라이드 블럭에 지지되도록 함으로써, 슬라이드 블럭과 함께 위아래로 이동하면서 셀에 대한 흡착 높이가 조절되도록 할 수 있다.
이러한 셀 개봉 유니트의 셀 흡착부는 1열씩의 흡착 패드를 가지면서 서로 나란한 위아래 2개의 패드 플레이트를 포함하며, 아래쪽에 위치되는 패드 플레이트는 플레이트 가이드 바에 끼워져 위아래로 이동 가능하도록 함으로써, 윗쪽에 위치되는 패드 플레이트와의 간격을 넓히거나 좁혀지도록 할 수 있다.
그리고, 상기 전해액 주입 유니트는 노즐에서 떨어지는 전해액을 받아낼 수 있는 수단으로 노즐의 하부에 위치되는 액받이 및 상기 액받이의 전후진 동작을 위한 액받이 실린더를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치는 셀의 내부에 주입된 전해액의 무게를 측정하는 수단으로 전해액 무게 측정 유니트를 더 포함할 수 있으며, 이러한 전해액 무게 측정 유니트는 전해액 무게 측정 유니트 프레임의 상부에 위치되면서 셀을 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직바 형태의 지그를 가지는 업다운 플레이트 및 상기 업다운 플레이트의 상하 동작을 위한 업다운 플레이트 실린더와, 상기 업다운 플레이트의 하부에 배치되어 셀의 무게를 측정하는 로드셀로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 전해액 무게 측정 유니트는 지그의 양옆에 배치되어 지그 상에 세팅되는 셀의 센터를 정열시켜주는 수단으로, 셀 양단을 밀어주는 정렬 플레이트 및 상기 정렬 플레이트의 전후진 동작을 위한 정렬 실린더로 구성되는 센터링 장치를 포함할 수 있다.
이러한 전해액 무게 측정 유니트는 셀 로딩 유니트측으로 셀이 투입되기 전 위치와 셀 로딩 유니트측에서 셀이 배출되고 난 후 위치에 각각 설치하여, 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)의 무게와 셀의 내부에 전해액이 주입된 후(後)의 무게를 각각 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제공하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 셀 로딩 유니트, 셀 개봉 유니트 및 전해액 주입 유니트 상호 간의 유기적인 연계 작동을 통해 셀 로딩→셀 개봉→전해액 주입→셀 언로딩으로 진행되는 전체 공정을 자동화 개념으로 수행함으로써, 셀 내의 전해액 주입과 관련한 전체적인 공정의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 셀의 파우치 개방부를 흡착하여 벌려주는 역할을 하는 셀 개봉 유니트의 높이를 조절할 수 있고, 또 파우치 개방부의 개봉 정도를 조절할 수 있으므로,다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 각종 셀의 전해액 주입공정에 범용적으로 적용할 수 있다.
셋째, 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)과 주입한 후(後)의 무게를 측정할 수 있는 전해액 무게 측정 유니트를 적용함으로써, 각각의 셀 내에 설정된 정량의 전해액을 주입할 수 있고, 따라서 셀 제품의 품질을 확보할 수 있는 등 기업 이미지 향상 및 고객에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치 및 셀 이송 컨베이어를 나타내는 평면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 정면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 측면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 셀 개봉 유니트 및 전해액 주입 유니트를 나타내는 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 셀 개봉 유니트 및 전해액 주입 유니트를 나타내는 정면도
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 사시도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 정면도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 평면도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치 및 셀 이송 컨베이어 상의 셀 흐름을 보여주는 평면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 정면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 측면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 셀 개봉 유니트 및 전해액 주입 유니트를 나타내는 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 셀 개봉 유니트 및 전해액 주입 유니트를 나타내는 정면도
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 사시도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 정면도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 평면도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치 및 셀 이송 컨베이어 상의 셀 흐름을 보여주는 평면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치 및 셀 이송 컨베이어를 나타내는 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 전해액 주입장치는 파우치 형태로 되어 있는 이차전지 셀의 내부에 전해액을 주입하는 장치로서, 픽앤플레이스 유니트(13), 셀 로딩 유니트(17), 셀 개봉 유니트(21), 전해액 주입 유니트(24), 전해액 무게 측정 유니트(37)를 포함하며, 셀의 진행을 위한 셀 이송 컨베이어(41)가 설치되어 있는 라인의 한쪽 옆에 배치된다.
예를 들면, X축 방향을 따라 배치되어 있는 셀 이송 컨베이어(41)의 인접한 위치에서 Y축 방향을 따라 픽앤플레이스 유니트(13)와 셀 로딩 유니트(17)가 차례로 배치되고, 상기 픽앤플레이스 유니트(13)에 있는 4세트의 픽커 뭉치 중 서로 180°간격을 유지하는 2세트의 픽커 뭉치의 각 하부에서 각각의 전해액 무게 측정 유니트(37)가 셀 이송 컨베이어(41)에 인접한 위치에 배치된다.
이때, 상기 픽앤플레이스 유니트(13)에 있는 나머지 2세트의 픽커 뭉치는 셀 이송 컨베이어(41)의 영역과 셀 로딩 유니트(17)의 영역에 각각 위치된다.
그리고, 상기 셀 로딩 유니트(17)는 4분할 형태로 이루어져 4곳의 공정 영역을 가지게 되고, 이러한 셀 로딩 유니트(17)의 4곳의 공정 영역 중 90°간격을 두고 서로 이웃한 2곳의 공정 영역의 상부에 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24)가 각각 배치된다.
여기서, 상기 셀 이송 컨베이어(41)에는 셀을 세워진 상태로 지지하는 지그, 예를 들면 셀 로딩 유니트(17)와 전해액 무게 측정 유니트(37)에 있는 지그와 동일한 구조로 이루어진 지그가 구비될 수 있게 된다.
따라서, 상기 셀 이송 컨베이어(41)의 가동에 의해 스텝 방식으로 셀이 이송될 수 있게 되고, 상기 픽앤플레이스 유니트(13)의 반시계 방향으로의 스텝 회전 작동에 의해 셀은 1차 전해액 무게 측정 유니트(37)의 영역, 셀 로딩 유니트(17)의 영역, 2차 전해액 무게 측정 유니트(37)의 영역, 셀 이송 컨베이어(41)의 영역으로 옮겨질 수 있게 된다.
그리고, 상기 셀 로딩 유니트(17)의 반시계 방향의 스텝 회전 작동에 의해 셀은 셀 로딩 유니트(17)에 있는 4곳의 공정 영역으로 차례차례 옮겨질 수 있게 되고, 이렇게 옮겨지는 도중에 적어도 1곳의 공정 영역에서 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24)의 작동에 의해 셀의 내부에는 전해액이 주입될 수 있게 된다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치를 나타내는 사시도, 정면도, 평면도 및 측면도이다.
도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 전해액 주입장치는 셀을 픽업하여 90°씩 위치를 옮겨주는 수단으로 픽앤플레이스 유니트(13)를 포함한다.
이러한 픽앤플레이스 유니트(13)는 셀 픽업을 위한 픽커(10), 픽커(10)의 업다운을 위한 픽커 업다운 액추에이터(11), 픽커(10)의 회전을 위한 픽커 회전 액추에이터(12) 등으로 구성되며, 상승 및 하강 작동, 그리고 회전 작동을 통해 셀을 각각의 영역으로 옮겨주는 역할을 하게 된다.
이를 위하여, 픽앤플레이스 유니트 프레임(42)의 상판 저면에는 픽커 회전 액추에이터(12), 예를 들면 스텝 모터가 수직 자세로 설치되는 동시에 상판 위로 관통되는 픽커 회전 액추에이터 축에는 베어링(미도시)에 의해 지지되는 회전판(43)이 결합되고, 상기 회전판(43)의 상면에는 상하부 플레이트 및 이 상하부 플레이트의 각 모서리 부분을 이어주는 4개의 수직바를 조립한 형태의 회전체 구조물(44)이 설치된다.
이에 따라, 상기 픽커 회전 액추에이터(12)의 작동 시 회전판(43)을 포함하는 회전체 구조물(44) 전체가 회전될 수 있게 된다.
그리고, 상기 회전체 구조물(44)의 상하부 플레이트 사이에는 90°간격으로 위치되는 4개의 암(45)을 가지는 승하강 플레이트(46)가 수평 배치되고, 이렇게 배치되는 승하강 플레이트(46)의 4곳 모서리 부분은 부시(47)를 매개로 하여 회전체 구조물(44)에 있는 각 수직바에 관통 지지되어 승하강 안내를 받을 수 있게 된다.
이와 더불어, 상기 회전체 구조물(44)의 상부 플레이트 상면 중심에는 픽커 업다운 액추에이터(11), 예를 들면 스텝 모터가 수직 자세로 설치되고, 이렇게 설치되는 픽커 업다운 액추에이터(11)의 축에는 커플링을 매개로 하여 볼스크류 샤프트(48)의 상단이 연결되는 동시에 이때의 볼스크류 샤프트(48)는 승하강 플레이트(46)의 중심에 장착되어 있는 볼스크류 너트(49)에 결합된다.
이때의 상기 볼스크류 샤프트(48)의 하단은 회전체 구조물(44)의 하판 상면에 있는 베어링 지지체(52)에 결합되는 구조로 지지된다.
이에 따라, 상기 픽커 업다운 액추에이터(11)의 작동 시 볼스크류 샤프트(48)와 볼스크류 너트(49) 간의 볼스크류 전동에 의해 승하강 플레이트(46)는 4곳의 수직바의 안내를 받으면서 상승 또는 하강될 수 있게 된다.
특히, 상기 픽앤플레이스 유니트(13)에는 실질적으로 셀을 픽업하는 수단으로 픽커(10)가 구비된다.
상기 픽커(10)는 픽커 실린더(50)에 결합되면서 수평방향으로 동작하는 2개의 나란한 수직 바 형태로서, 픽커 실린더(50)의 작동에 의해 수평방향으로 벌어지거나 오므라들면서 그 사이로 셀의 파우치를 찝어서 픽업할 수 있게 된다.
이러한 픽커(10)는 일정 간격을 두고 서로 마주보며 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어지게 되며, 이에 따라 양편의 픽커(10)는 셀의 파우치 양단부를 동시에 잡아서 안정적으로 픽업할 수 있게 된다.
그리고, 상기 한쌍의 픽커(10)는 각각 수평 이동가능하여 사로 간의 간격을 넓히거나 좁힐 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 승하강 플레이트(46)에 있는 암(45)의 선단부 저면에는 픽커 작동용 리니어모션(25)이 설치되고, 이렇게 설치되는 픽커 작동용 리니어모션(25)의 2개의 슬라이더에는 픽커(10)를 가지는 픽커 실린더(50)가 브라켓(51)을 이용하여 결합된다.
즉, 한쌍의 픽커(10) 및 픽커 실린더(50)는 픽커 작동용 리니어모션(25)에 있는 2개의 슬라이더에 각각 결합된다.
이에 따라, 상기 픽커 작동용 리니어모션(25)의 작동 시 양편의 픽커(10) 및 픽커 실린더(50)는 각 슬라이더 움직임에 의해 서로 가까워지는 쪽으로 모일 수 있게 됨과 더불어 서로 멀어지는 쪽으로 벌려질 수 있게 되므로서, 규격이 큰 셀이나 규격이 작은 셀 등 다양한 규격의 셀을 픽업할 수 있게 된다.
이와 같은 픽앤플레이스 유니트(13)의 픽커(10)는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 셀을 90°간격씩 옮겨줄 수 있게 된다.
본 발명의 일 예에서는 승하강 플레이트(46)에 있는 4개의 암(45)에 각각 두쌍씩 총 여덞쌍의 픽커(10)가 배속되어 한쌍의 픽커(10)가 1개의 셀을 담당하면서 모두 8개의 셀을 동시에 90°간격씩 옮겨줄 수 있게 된다.
이와 같은 픽앤플레이스 유니트(13)의 작동상태를 살펴보면, 90°간격을 두고 배치되는 4곳의 픽커(10)는 셀 이송 컨베이어(41) 영역의 상부, 2곳의 전해액 무게 측정 유니트(37) 영역의 상부, 셀 로딩 유니트(17) 영역의 상부에 각각 위치된다.
이 상태에서, 상기 픽커 업다운 액추에이터(11)가 정방향으로 작동하면, 볼스크류 전동에 의해 승하강 플레이트(46)가 하강하게 됨과 더불어 4곳의 픽커(10)도 하강하게 된다.
이 상태에서, 픽커 실린더(50)의 작동에 의해 픽커(10)가 좁혀지면서 셀 이송 컨베이어(41) 영역, 2곳의 전해액 무게 측정 유니트(37) 영역, 셀 로딩 유니트(17) 영역에 있는 각 셀을 물게 된다.
계속해서, 상기 픽커 업다운 액추에이터(11)가 역방향으로 작동하면, 볼스크류 전동에 의해 승하강 플레이트(46)가 상승하게 됨과 더불어 4곳의 픽커(10)는 물론 각 픽커(10)에 물려 있는 셀이 상승하게 된다.
이 상태에서, 상기 픽커 회전 액추에이터(12)가 90°회전 작동하게 되면, 회전체 구조물(44) 전체가 90°회전하게 되고, 결국 4곳의 픽커(10) 및 셀 또한 90°회전되면서 회전방향으로 이웃하는 영역의 상부로 위치가 옮겨지게 된다.
예를 들면, 셀 이송 컨베이어(41) 영역에 있던 셀은 1차 전해액 무게 측정 유니트(37) 영역으로, 1차 전해액 무게 측정 유니트(37) 영역에 있던 셀은 셀 로딩 유니트(17) 영역으로, 셀 로딩 유니트(17) 영역에 있던 셀은 2차 전해액 무게 측정 유니트(37) 영역으로, 2차 전해액 무게 측정 유니트(37)에 있던 셀은 셀 이송 컨베이어(41) 영역으로 옮겨지게 된다.
이 상태에서, 상기 픽커 업다운 액추에이터(11)가 재차 정방향으로 작동하면, 볼스크류 전동에 의해 승하강 플레이트(46)가 하강하게 됨과 더불어 4곳의 픽커(10)도 하강하게 된다.
이 상태에서, 픽커 실린더(50)의 작동에 의해 픽커(10)가 넓혀지면서 셀 이송 컨베이어(41) 영역, 2곳의 전해액 무게 측정 유니트(37) 영역, 셀 로딩 유니트(17) 영역에 각각의 셀을 놓아주게 된다.
또한, 상기 전해액 주입장치는 셀을 90°씩 위치를 옮겨주면서 전해액 주입 공정 영역 등으로 이송시켜주는 수단으로 셀 로딩 유니트(17)를 포함한다.
상기 셀 로딩 유니트(17)는 픽앤플레이스 유니트(13)의 픽커(10)로부터 공급받는 셀을 회전시켜주는 턴 테이블(15), 상기 턴 테이블(15)의 회전을 위한 동력을 제공하는 턴 테이블 회전 액추에이터(16) 등으로 구성되며, 턴 테이블(15) 상의 셀을 90°씩 회전시켜서 2곳의 전해액 주입 영역은 물론, 셀 로딩/언로딩 영역과 셀 대기 영역으로 옮겨줄 수 있게 된다.
이를 위하여, 각 유니트들이 지지되어 있는 베이스 플레이트(53)에는 모터(16a)와 기어박스(16b)의 조합으로 이루어진 턴 테이블 회전 액추에이터(16)가 설치되고, 상기 턴 테이블 회전 액추에이터(16)의 출력축, 즉 위를 향해 있는 기어박스 출력축(54)에는 턴 테이블(15)이 저면 중심을 통해 지지되는 구조로 설치된다.
여기서, 상기 턴 테이블(15)은 90°간격으로 배치되는 4곳의 트레이 설치면적을 가지는 십자형태의 플레이트로 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 상기 턴 테이블(15)이 가지는 4곳의 트레이 설치면적에는 사각박스 형태의 트레이(14)가 각각 설치되고, 이렇게 설치되는 트레이(14)의 내부에는 셀을 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직바 형태로 되어 있는 한쌍의 지그(26)가 설치된다.
이때의 지그(26)는 후술하는 전해액 무게 측정 유니트(37)에 있는 지그(26)와 동일한 형태로 이루어질 수 있게 된다.
이러한 상기 턴 테이블(15)에 있는 트레이(14)는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어질 수 있게 되고, 이에 따라 90°씩 회전하는 턴 테이블(15)에 의해 셀은 로딩 및 언로딩 위치, 2곳의 전해액 주입 위치, 대기 위치로 각각 옮겨질 수 있게 된다.
여기서, 상기 턴 테이블(15)의 4곳의 트레이 설치면적에는 2개씩의 트레이(14)가 각각 설치되고, 각 트레이(14)의 내부에는 서로 일정간격을 두고 마주보는 한쌍씩의 지그(26)가 설치되므로서, 하나의 턴테이블(15)의 회전 작동에 의해 총 8개의 셀이 90°씩 동시에 위치가 옮겨질 수 있게 된다.
이와 같은 셀 로딩 유니트(17)의 작동상태를 살펴보면, 상기 턴 테이블(15) 상에서 90°간격으로 위치되는 4곳의 트레이(14)는 픽앤플레이트 유니트(13)의 1곳의 픽커(10)가 위치되는 로딩 및 언로딩 영역, 셀을 개봉하고 전해액을 주입하는 1곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역, 셀을 개봉하고 전해액을 주입하는 또 1곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역, 전해액 주입 후 언로딩 전에 대기하는 영역에 각각 위치될 수 있게 된다.
이 상태에서, 상기 턴 테이블 회전 액추에이터(16)가 반시계 방향으로 90°회전하게 되면, 턴 테이블(15) 또한 90°회전하게 되고, 이에 따라 각 트레이(14)에 세팅되어 있는 셀은 각각의 영역으로 동시에 옮겨지게 되며, 이렇게 옮겨진 위치에서 해당 공정이 이루어질 수 있게 된다.
예를 들면, 로딩 및 언로딩 영역에 있는 셀은 1곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역 바로 아래쪽 위치로, 1곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역에 있는 셀은 또 1곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역 바로 아래쪽 위치로, 또 1곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역에 있는 셀은 대기 영역으로, 대기 영역에 있는 셀은 픽커(10)의 하부에 위치되는 로딩 및 언로딩 영역으로 각각 위치가 옮겨지게 된다.
그리고, 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 영역에 위치되는 셀의 내부에는 전해액이 주입되는 공정이 이루어지게 되고, 로딩 및 언로딩 영역에 위치되는 셀(전해액이 채워진 셀)은 픽커(10)에 의해 픽업됨과 더불어 이곳에 위치되는 트레이(14) 내에 빈 셀이 로딩될 수 있게 된다.
여기서, 전해액 주입 공정의 경우, 2곳의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 중 어느 1곳에서만 수행될 수 있도록 하고, 나머지 1곳은 2곳 중 1곳에 이상이 생겼을 때 점검이나 수리 등의 목적으로 하는 예비용의 용도로 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전해액 주입장치는 셀의 개봉부를 벌려주는 셀 개봉 유니트(21)와 전해액 주입 유니트(24)를 포함하며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 상기 전해액 주입 유니트(24)는 베이스 플레이트(53) 상의 프레임 구조물(55)측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
즉, 상기 프레임 구조물(55)에 사각판 형태의 지지 플레이트(56a,56b)가 설치되고, 이렇게 설치되는 지지 플레이트(56a,56b)에 지지되는 구조로 셀 개봉 유니트(21)와 전해액 주입 유니트(24)가 설치될 수 있게 된다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 셀 개봉 유니트 및 전해액 주입 유니트를 나타내는 사시도와 정면도이다.
도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 셀 개봉 유니트(21)는 셀 로딩 유니트(17)의 상부 일측에 위치되어 전해액 주입 전에 파우치 형태로 되어 있는 셀의 개봉부 양단을 흡착한 후에 잡아 당겨서 벌려주는 수단이다.
이를 위하여, 프레임 구조물(55)에 설치되어 있는 2개의 지지 플레이트(56a,56b)의 각 저면에는 양쪽에서 서로 나란하게 수직 배치되는 2개의 블럭 가이드바(27)가 설치되고, 상기 블럭 가이드 바(27)에는 슬라이드 블럭(28)이 끼워져 상하 위치이동 가능한 구조로 설치되며, 상기 슬라이드 블럭(28)의 저면에는 흡착부 작동용 실린더(20)의 몸체 부분이 고정 설치된다.
그리고, 셀을 흡착하기 위한 흡착 패드(18)를 이용하여 셀 개봉부를 양쪽에서 흡착하여 벌려주는 한쌍의 셀 흡착부(19)가 구비되고, 이러한 셀 흡착부(19)는 흡착부 작동용 실린더(20)의 로드측에 지지되는 구조로 설치된다.
이에 따라, 상기 흡착부 작동용 실린더(20)의 전후진 작동 시 흡착 패드(18)를 포함하는 셀 흡착부(19) 전체는 앞뒤로 움직일 수 있게 되고, 결국 서로 마주보고 있는 한쌍의 셀 흡착부(19)는 그 사이에 위치되는 셀의 개봉부를 한쪽씩 흡착하여 잡아 당겨서 벌려줄 수 있게 된다.
이러한 셀 흡착부(19)는 흡착부 작동용 실린더(20)의 로드에 결합되어 지지되는 대략 "ㄴ"자 형태의 로드 플레이트(57)를 포함하며, 이때의 로드 플레이트(57)는 흡착부 작동용 실린더(20)의 전후진 작동 시에 앞뒤로 움직일 수 있게 된다.
또한, 상기 셀 흡착부(19)는 1열로 배치되는 다수의 흡착 패드(18)를 각각 가지면서 서로 나란한 위아래 2개의 수직형의 패드 플레이트(29a,29b)를 포함하며, 이때의 윗쪽의 패드 플레이트(29a)는 로드 플레이트(57)의 선단부에 고정되는 동시에 아래쪽의 패드 플레이트(29b)는 로드 플레이트(57)측 브라켓(58)의 저면에 고정되면서 아래로 수직 연장되는 2개의 나란한 플레이트 가이드 바(30)에 끼워져 지지될 수 있게 된다.
이에 따라, 위아래 패드 플레이트(29a,29b)의 전면에 위아래로 나란하게 배치되는 2열의 흡착 패드(18)를 이용하여 셀 개봉부를 흡착 및 벌려줄 수 있게 된다.
여기서, 상기 위아래 패드 플레이트(29a,29b)의 측면 홀(59)에는 외부로부터 연장되는 버큠튜브(미도시)가 연결되어 흡착 패드(18)측에 진공압을 제공해줄 수 있게 된다.
이때, 아래쪽에 위치되는 패드 플레이트(29b)는 플레이트 가이드 바(30)에 끼워져 위아래로 위치가 가변될 수 있으며, 이에 따라 윗쪽에 나란하게 위치되어 있는 패드 플레이트(29a)와의 간격을 넓히거나 좁힐 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 패드 플레이트(29b)의 후면부 블럭에는 블럭 후면에서 플레이트 가이드 바(30)가 관통되는 홀까지 절개된 형태의 절개부(60a)가 형성되고, 이렇게 형성되는 절개부(60a)는 블럭 측면에서부터 절개부(60a)를 관통하여 안쪽에 체결되는 세트 스크류(61a)에 의해 조여지거나 느슨해질 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 세트 스크류(61a)를 풀게 되면 절개부(60a)가 느슨해지면서 플레이트 가이드 바(30)에 끼워져 있는 패드 플레이트(29b)의 블럭 부분이 헐거워지게 되고, 이 상태에서 패드 플레이트(29b)를 위아래로 움직여가면서 윗쪽 패드 플레이트(29a)와의 간격을 조절할 수 있게 되며, 이렇게 간격을 조절한 후에 재차 세트 스크류(61a)를 조이게 되면 패드 플레이트(29b)의 위치가 고정될 수 있게 된다.
이와 같이, 위아래 패드 플레이트(29a,29b) 간의 간격을 조절할 수 있으므로, 즉 2열의 흡착 패드(18) 간의 간격을 조절할 수 있으므로, 셀의 규격이 바뀌는 경우에도 이에 능동적으로 대처할 수 있게 된다.
그리고, 상기 셀 흡착부(19) 및 흡착부 작동용 실린더(20)를 지지하는 슬라이드 블럭(28)의 경우에도 2개의 나란한 블럭 가이드 바(27)에 끼워져 위아래로 이동 가능하게 되므로서, 흡착 패드(18)를 가지는 위아래 패드 플레이트(29a,29b) 등을 포함하는 셀 흡착부(19) 전체의 높이를 가변시킬 수 있게 되고, 결국 셀에 대한 흡착 높이를 조절할 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 슬라이드 블럭(28)의 후면부에는 블럭 후면에서 블럭 가이드 바(27)가 관통되는 홀까지 절개된 형태의 절개부(60b)가 형성되고, 이렇게 형성되는 절개부(60b)는 블럭 측면에서부터 절개부(60b)를 관통하여 안쪽에 체결되는 세트 스크류(61b)에 의해 조여지거나 느슨해질 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 세트 스크류(61b)를 풀게 되면 절개부(60b)가 느슨해지면서 블럭 가이드 바(27)에 끼워져 있는 슬라이드 블럭(28)의 관통 부분이 헐거워지게 되고, 이 상태에서 슬라이드 블럭(28)을 위아래로 움직여가면서 셀 흡착부(19)의 전체 높이를 조절할 수 있게 되며, 이렇게 높이를 조절한 후에 재차 세트 스크류(61b)를 조이게 되면 슬라이드 블럭(28)의 위치가 고정될 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 셀 흡착부(19)의 높이를 조절할 수 있으므로, 즉 2열의 흡착 패드(18)의 높이를 조절할 수 있으므로, 셀의 규격이나 용량 등이 바뀌는 경우에도 이에 적극적으로 대처할 수 있게 된다.
여기서, 상기 슬라이드 블럭(28)의 높이 조절 시에 블럭 가이드 바(27)에 형성되어 있는 눈금을 이용하여 높이를 조절할 수 있으며, 이에 따라 서로 마주보며 배치되는 한쌍의 셀 흡착부(19)의 높이를 같은 높이로 정확히 맞출 수 있게 된다.
한편, 상기 전해액 주입 유니트(24)는 셀 개봉 유니트(21)의 상부에 위치되어 셀 내부에 전해액을 주입하는 수단이다.
이를 위하여, 프레임 구조물(55)에 설치되어 있는 지지 플레이트(56a)의 상면에는 리니어모션 포스트(63)가 설치되고, 이렇게 설치되는 리니어모션 포스트(63)의 전면에는 수직 자세의 노즐 작동용 리니어모션(23)이 설치되며, 이때의 노즐 작동용 리니어모션(23)의 슬라이더에는 노즐 베이스(62)가 설치된다.
그리고, 상기 노즐 베이스(62)의 전면에는 2열의 나란한 노즐(22)이 수직으로 배치되고, 이렇게 배치되는 각 노즐(22)은 노즐 홀더(64)에 의해 노즐 베이스(62) 상에 고정 설치된다.
여기서, 상기 노즐(22)의 상단부에 장착되어 있는 솔레노이드(65)에는 외부의 전해액 탱크(미도시) 및 전해액 펌프(미도시)로부터 연장되는 전해액 호스(미도시)가 연결되어 전해액을 공급받을 수 있게 된다.
물론, 이때의 노즐(22)로부터 토출되는 전해액은 컨트롤러(미도시)측 제어를 받아 동작하는 솔레노이드(65)에 의해 설정된 정량이 토출될 수 있게 된다.
이러한 노즐(22)은 노즐 작동용 리니어모션(23)의 상승 및 하강 작동에 의해 전해액 충전 시 하강 위치될 수 있게 되고, 전해액 충전 후 상승 위치될 수 있게 된다.
또한, 상기 전해액 주입 유니트(24)에는 노즐(22)의 전해액 토출 직후 노즐 끝에 남아 있는 전해액이 떨어지는 것을 받아낼 수 있는 사각통 형태의 액받이(31)가 구비되는데, 이러한 액받이(31)는 셀 개봉 유니트(21)에 있는 슬라이더(28)의 상면에 설치되는 액받이 실린더(32)의 로드에 연결되어 지지되는 구조로 설치될 수 있게 되고, 이때의 액받이(31)는 액받이 실린더(32)의 전후진 작동에 의해 노즐(22)의 하단 바로 아래쪽에 위치되거나, 노즐(22)의 하단 위치에서 뒷쪽으로 물러나 위치될 수 있게 된다.
따라서, 이와 같은 셀 개봉 유니트(21)와 전해액 주입 유니트(24)의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 셀 로딩 유니트(17)의 회전에 의해 셀 개봉 유니트(21)의 하부에 셀이 위치되면, 흡착부 작동용 실린더(20)의 전진 작동에 의해 양편의 흡착 패드(18)가 전진하여 셀 개봉부의 양면에 밀착되고, 이와 동시에 진공압이 가해지면서 흡착 패드(18)는 셀 개봉부 양면을 흡착하게 된다.
다음, 흡착부 작동용 실린더(200의 후진 작동에 의해 양편의 흡착 패드(18)가 후진하게 되고, 이와 동시에 셀 개봉부가 벌려지게 된다.
다음, 액받이 실린더(32)의 후진 작동에 의해 액받이(31)도 후진되며, 이때의 액받이 후진 동작은 흡착 패드(18)의 후진 동작과 동시에 이루어질 수 있게 된다.
다음, 전해액 주입 유니트(24)의 노즐 작동용 리니어모션(23)의 하강 작동에 의해 노즐(22)이 하강하게 되고, 계속해서 노즐(22)에서 토출되는 전해액이 셀 내에 채워지게 된다.
다음, 전해액 충전 후, 노즐 작동용 리니어모션(23)의 상승 작동에 의해 노즐(22)이 상승하게 되고, 이와 동시에 셀 개봉 유니트(21)의 흡착 패드(18)에 걸려있던 진공압이 해제되면서 셀측으로부터 흡착 패드(18)가 분리되며, 이와 더불어 액받이 실린더(32)의 전진 작동에 의해 액받이(31)가 노즐(22)의 하부에 위치된다.
다음, 셀 로딩 유니트(17)의 회전에 의해 셀 개봉 유니트(21)의 하부에 있던 셀, 즉 전해액이 채워진 셀이 대기 영역으로 이동하는 것으로 전해액 주입을 위한 한 사이클이 완료된다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 사시도이고, 도 9와 도 10은 본 발며의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치에서 전해액 무게 측정 유니트를 나타내는 정면도와 평면도이다.
도 8a 및 도 8b, 도 9와 도 10에 도시한 바와 같이, 여기서는 셀의 내부에 주입된 전해액의 무게를 측정하는 전해액 무게 측정 유니트(37)를 보여주며, 이러한 전해액 무게 측정 유니트(37)는 전해액 주입 전의 셀 무게와 전해액 주입 후의 셀 무게를 측정하는 방식으로 이루어진다.
이를 위하여, 프레임 구조물 형태로 이루어진 전해액 무게 측정 유니트 프레임(33)이 베이스 프레임(53) 상에 설치되고, 이렇게 설치되는 전해액 무게 측정 유니트 프레임(33)의 상부에는 업다운 플레이트(34)가 수평 자세로 배치되는 동시에 이때의 업다운 플레이트(34)는 상하부 플레이트 및 이 상하부 플레이트의 각 모서리 부분을 이어주는 4개의 수직바를 조립한 형태의 승강체 구조물(66)의 상부 플레이트 위에 얹혀지는 상태로 지지될 수 있게 된다.
그리고, 상기 전해액 무게 측정 유니트 프레임(33)에 있는 상판(67)의 저면에는 업다운 플레이트 실린더(35)가 로드를 아래로 한 수직 자세로 설치되고, 이렇게 설치되는 업다운 플레이트 실린더(35)의 로드는 승강체 구조물(66)의 하부 플레이트 중심에 연결된다.
여기서, 상기 승강체 구조물(66)의 4개의 수직바는 상판(67)에 부시를 매개로 관통 결합되어 승강체 구조물(66)의 상하 이동 시에 이를 안내할 수 있게 된다.
또한, 상기 상판(67)의 상면에는 업다운 플레이트(34)의 바로 아래쪽 위치에 로드셀(36)이 설치되며, 이에 따라 승강체 구조물(66)에 얹혀져 있던 업다운 플레이트(34)는 승강체 구조물(66)의 하강 시 승강체 구조물(66)로부터 인계되어 로드셀(36)의 상면에 있는 측정부(68), 즉 승강체 구조물(66)의 상부 플레이트 중앙 영역에 형성되는 절개 영역 내에 위치되어 업다운 플레이트(34)의 저면을 바라보는 측정부(68) 위에 얹혀지면서 무게 측정이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 업다운 플레이트(34)에는 셀을 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 한쌍의 지그(26)가 구비된다.
이러한 지그(26)는 2개의 나란한 수직바 형태로 이루어져 그 사이로 셀 몸체를 세워서 가두어주는 상태로 잡아줄 수 있으며, 이때의 지그(26)의 하단에는 수직바 사이에 위치되는 지그 블럭(69)이 설치된다.
상기 지그 블럭(69)은 블럭 상면에 셀 하단 두께에 상응하는 정도의 폭으로 절개한 형태의 홈을 가지고 있으며, 이러한 지그 블럭(69)의 홈에는 셀의 하단부가 끼워질 수 있게 된다.
이에 따라, 셀은 지그 블럭(69)의 홈에 하단 부분이 끼워지는 동시에 지그(26)의 수직바 사이에 몸체 부분 양면이 지지되면서 수직 자세를 유지할 수 있게 된다.
본 발명에서는 2개의 나란한 업다운 플레이트(34)가 마련되고, 각 업다운 플레이트(34)에 한쌍씩의 지그(26) 및 지그 블럭(69)이 구비되어 하나의 전해액 무게 측정 유니트(37)에서 2개의 셀에 대한 무게를 동시에 측정할 수 있는 예를 보여준다(물론 로드셀도 2개가 구비된다).
특히, 상기 전해액 무게 측정 유니트(37)는 지그(26)의 양옆에 배치되어 지그(26) 상에 세팅되는 셀의 센터를 정열시켜주는 수단으로 서로 마주보는 위치에 있는 한쌍의 센터링 장치(40)를 포함한다.
이러한 센터링 장치(40)는 전해액 무게 측정 유니트 프레임(33)의 상면 가장자리에 설치되어 있는 실린더 브라켓(70) 상에 설치되면서 정렬 플레이트(38)의 전후진 동작을 위한 동력을 제공하는 정렬 실린더(39), 상기 정렬 실린더(39)의 로드에 설치되어 셀의 양단부를 밀어주는 정렬 플레이트(38)를 포함한다.
이에 따라, 상기 지그(26) 상에 셀이 안착되면 양쪽의 센터링 장치(40)의 정렬 실린더(39)가 작동하게 되고, 계속해서 양쪽의 정렬 플레이트(38)가 셀을 가운데로 밀어서 모아주게 되므로서, 셀은 업다운 플레이트(34) 상의 정위치에 위치될 수 있게 된다.
즉, 로드셀(36)의 측정부(68) 상에 셀의 길이 중간 부분이 위치될 수 있게 되므로서, 셀에 대한 정확한 무게 측정이 이루어질 수 있게 된다.
이와 같은 전해액 무게 측정 유니트(37)는 두세트가 구비되며, 한세트는 전해액 무게 측정 유니트(37)는 셀 로딩 유니트(17)측으로 셀이 투입되기 전(前) 위치되고, 셀 로딩 유니트(17)측에서 셀이 배출되고 난 후(後) 위치에 각각 설치된다.
이때의 전(前) 위치와 후(後) 위치에 각각 설치되는 전해액 무게 측정 유니트(37)는 서로 180°간격을 유지하게 된다.
이에 따라, 상기 전해액 무게 측정 유니트(37)는 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)의 셀 전체 무게를 측정한 후, 셀의 내부에 전해액이 주입된 후(後)의 셀 무게 및 전해액 무게를 측정하는 방식으로 전해액 주입량을 측정함으로써, 보다 정확하게 전해액 주입량을 측정할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치 및 셀 이송 컨베이어 상의 셀 흐름을 보여주는 평면도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 파우치 형태의 셀은 셀 이송 컨베이어(41)를 따라 스텝 방식으로 진행되다가 픽업 위치에 오게 되면, 픽앤플레이스 유니트(13)의 픽커(10)에 의해 픽업된다(①).
이렇게 픽업된 셀은 픽앤플레이스 유니트(13)의 90°회전에 의해 1차 전해액 무게 측정 유니트(37) 상의 지그(26)에 세팅된 후에 이 상태에서 셀 무게 측정이 이루어지게 된다(②).
다음, 1차 전해액 무게 측정 유니트(37)에서 무게 측정을 마친 빈 셀은 픽앤플레이스 유니트(13)의 90°회전에 의해 셀 로딩 유니트(17)의 트레이(14) 상의 지그(26), 즉 셀 로딩 유니트(17)의 로딩/언로딩 영역에 위치되어 있는 트레이(14) 상의 지그(26)에 세팅된다(③).
다음, 상기 트레이(14) 상의 지그(26)에 세팅되어 있는 셀은 두세트의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24) 중 셀 로딩 유니트(17)의 90°회전에 의해 앞선 위치에 있는 한세트의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24)의 하부 영역에 위치되거나(④), 또는 셀 로딩 유니트(17)의 180°회전에 의해 뒷쪽 위치에 있는 다른 한세트의 셀 개봉 유니트(21) 및 전해액 주입 유니트(24)에 위치된다(⑤).
한편, 상기 ④ 위치 또는 ⑤ 위치에 셀이 놓여지게 되면, 셀 개봉 유니트(21)의 흡착 패드(18)가 셀 개봉부를 흡착하여 벌려주게 되고, 이와 동시에 전해액 주입 유니트(24)의 노즐(22)이 하강하여 전해액을 셀 내에 주입하게 되는 공정이 수행된다.
다음, 전해액 주입을 마친 셀은 셀 로딩 유니트(17)의 90°회전에 의해 대기 영역에 위치되고(⑥), 계속해서 셀 로딩 유니트(17)의 90°회전에 의해 로딩/언로딩 영역에 위치된다(⑦).
다음, 상기 셀 로딩 유니트(17)의 로딩/언로딩 영역에 위치된 전해액 충전 셀은 그 위치에서 대기하고 있던 픽앤플레이스 유니트(13)의 픽커(10), 즉 빈 셀을 셀 로딩 유니트(17)의 로딩/언로딩 영역에 로딩시킨 후에 대기하고 있던 픽커(10)의 90°회전에 의해 2차 전해액 무게 측정 유니트(37) 상의 지그(26)에 세팅된 후에 이 상태에서 전해액을 포함하는 셀 무게 측정이 이루어지게 된다(⑧).
다음, 2차 전해액 무게 측정 유니트(37)에서 무게 측정을 마친 전해액을 포함하는 셀은 픽앤플레이스 유니트(13)의 90°회전에 의해 셀 이송 컨베이어(41) 상에 놓여져 위치된다(⑨).
이때, 상기 픽앤플레이스 유니트(13)의 4곳의 픽커(10)는 셀 이송 컨베이어(41) 상의 셀, 1차 전해액 무게 측정 유니트(37) 상의 셀, 셀 로딩 유니트(17)의 로딩/언로딩 영역에 있는 셀, 2차 전해액 무게 측정 유니트(37) 상의 셀을 동시에 픽업하게 되고, 픽앤플레이스 유니트(13)의 90°회전 후, 각 픽커(10)에 픽업된 셀은 1차 전해질 무게 측정 유니트(37) 영역, 셀 로딩 유니트(17)의 로딩/언로딩 영역, 2차 전해질 무게 측정 유니트(37) 영역, 셀 이송 컨베이어(41) 영역으로 동시에 위치가 옮겨질 수 있게 된다.
이렇게 셀 이송 컨베이어(41) 상의 셀이 ①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨로 이어지는 경로를 거쳐 다시 셀 이송 컨베이어(41)로 놓여지는 것으로 전해액 주입을 위한 한 사이클이 완료될 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 파우치 형태의 셀 내부에 일정량의 전해액 주입 시, 픽앤플레이스 유니트, 셀 로딩 유니트, 셀 개봉 유니트, 전해액 주입 유니트, 전해액 무게 측정 유니트 등 각 유니트들을 유기적으로 조합한 자동화 개념의 새로운 전해액 주입장치를 제공함으로써, 셀 로딩에서부터 전해액 주입까지의 전체 과정, 그리고 전해액 무게 측정 과정을 자동화 공정으로 수행할 수 있는 동시에 셀의 규격과 용량에 맞춰 개봉 정도와 개봉 위치를 조절할 수 있으며, 따라서 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 셀의 전해액 주입공정에 범용적으로 적용할 수 있다.
그리고, 각 셀 내에 항상 정량의 전해액을 주입할 수 있으므로, 셀 제품의 품질을 확보할 수 있다.
10 : 픽커 11 : 픽커 업다운 액추에이터
12 : 픽커 회전 액추에이터 13 : 픽앤플레이스 유니트
14 : 트레이 15 : 턴 테이블
16 : 턴 테이블 회전 액추에이터 17 : 셀 로딩 유니트
18 : 흡착 패드 19 : 셀 흡착부
20 : 흡착부 작동용 실린더 21 : 셀 개봉 유니트
22 : 노즐 23 : 노즐 작동용 리니어모션
24 : 전해액 주입 유니트 25 : 픽커 작동용 리니어모션
26 : 지그 27 : 블럭 가이드 바
28 : 슬라이드 블럭 29a,29b : 패드 플레이트
30 : 플레이트 가이드 바 31 : 액받이
32 : 액받이 실린더 33 : 전해액 무게 측정 유니트 프레임
34 : 업다운 플레이트 35 : 업다운 플레이트 실린더
36 : 로드셀 37 : 전해액 무게 측정 유니트
38 : 정렬 플레이트 39 : 정렬 실린더
40 : 센터링 유니트 41 : 셀 이송 컨베이어
42 : 픽앤플레이스 유니트 프레임 43 : 회전판
44 : 회전체 구조물 45 : 암
46 : 승하강 플레이트 47 : 부시
48 : 볼스크류 샤프트 49 : 볼스크류 너트
50 : 픽커 실린더 51 : 브라켓
52 : 베어링 지지체 53 : 베이스 플레이트
54 : 기어박스 출력축 55 : 프레임 구조물
56a,56b : 지지 플레이트 57 : 로드 플레이트
58 : 브라켓 59 : 홀
60a,60b : 절개부 61a,61b : 세트 스크류
62 : 노즐 베이스 63 : 리니어모션 포스트
64 : 노즐 홀더 65 : 솔레노이드
66 : 승강체 구조물 67 : 상판
68 : 측정부 69 : 지지 블럭
70 : 실린더 브라켓
12 : 픽커 회전 액추에이터 13 : 픽앤플레이스 유니트
14 : 트레이 15 : 턴 테이블
16 : 턴 테이블 회전 액추에이터 17 : 셀 로딩 유니트
18 : 흡착 패드 19 : 셀 흡착부
20 : 흡착부 작동용 실린더 21 : 셀 개봉 유니트
22 : 노즐 23 : 노즐 작동용 리니어모션
24 : 전해액 주입 유니트 25 : 픽커 작동용 리니어모션
26 : 지그 27 : 블럭 가이드 바
28 : 슬라이드 블럭 29a,29b : 패드 플레이트
30 : 플레이트 가이드 바 31 : 액받이
32 : 액받이 실린더 33 : 전해액 무게 측정 유니트 프레임
34 : 업다운 플레이트 35 : 업다운 플레이트 실린더
36 : 로드셀 37 : 전해액 무게 측정 유니트
38 : 정렬 플레이트 39 : 정렬 실린더
40 : 센터링 유니트 41 : 셀 이송 컨베이어
42 : 픽앤플레이스 유니트 프레임 43 : 회전판
44 : 회전체 구조물 45 : 암
46 : 승하강 플레이트 47 : 부시
48 : 볼스크류 샤프트 49 : 볼스크류 너트
50 : 픽커 실린더 51 : 브라켓
52 : 베어링 지지체 53 : 베이스 플레이트
54 : 기어박스 출력축 55 : 프레임 구조물
56a,56b : 지지 플레이트 57 : 로드 플레이트
58 : 브라켓 59 : 홀
60a,60b : 절개부 61a,61b : 세트 스크류
62 : 노즐 베이스 63 : 리니어모션 포스트
64 : 노즐 홀더 65 : 솔레노이드
66 : 승강체 구조물 67 : 상판
68 : 측정부 69 : 지지 블럭
70 : 실린더 브라켓
Claims (11)
- 셀 픽업을 위한 픽커(10)와 상기 픽커(10)의 업다운 및 회전을 위한 픽커 업다운 액추에이터(11) 및 픽커 회전 액추에이터(12)를 포함하되, 픽앤플레이스 유니트 프레임(42)의 상판 저면에는 픽커 회전 액추에이터(12)가 설치되는 동시에 픽커 회전 액추에이터(12)의 축에는 회전판(43)이 결합되고, 상기 회전판(43)의 상면에는 회전체 구조물(44)이 설치되어 픽커 회전 액추에이터(12)의 작동 시 회전판(43)을 포함하는 회전체 구조물(44) 전체가 회전될 수 있고, 상기 회전체 구조물(44)의 상하부 플레이트 사이에는 90°간격으로 위치되는 4개의 암(45)을 가지면서 픽커 업다운 액추에이터(11)의 작동 시 볼스크류 샤프트(48) 및 볼스크류 너트(49) 간의 볼스크류 전동에 의해 상승 또는 하강되는 승하강 플레이트(46)가 수평 배치되고, 상기 승하강 플레이트(46)에 있는 4개의 암(45)에 각각 배속되면서 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 셀을 픽업하여 90°씩 회전하면서 셀을 90°간격씩 옮겨주는 픽커(10)를 포함하는 픽앤플레이스 유니트(13);
상기 픽앤플레이스 유니트(13)의 픽커(10)로부터 공급되는 셀의 세팅을 위한 트레이(14)를 가지면서 회전 가능한 턴 테이블(15)과 상기 턴 테이블(15)의 회전을 위한 턴 테이블 회전 액추에이터(16)를 포함하는 셀 로딩 유니트(17);
상기 셀 로딩 유니트(17)의 상부 일측에 위치되어 셀의 개봉부를 벌려주는 수단으로서 흡착 패드(18)를 이용하여 셀 개봉부를 양쪽에서 흡착하여 벌려주는 한쌍의 셀 흡착부(19) 및 각 셀 흡착부(19)의 전후진 동작을 위한 각각의 흡착부 작동용 실린더(20)를 포함하는 셀 개봉 유니트(21);
상기 셀 개봉 유니트(21)의 상부에 위치되어 셀의 내부에 전해액을 주입하는 수단으로서 전해액 주입을 위한 노즐(22)과 상기 노즐(22)의 상하 동작을 위한 노즐 작동용 리니어모션(23)을 포함하는 전해액 주입 유니트(24);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 픽앤플레이스 유니트(13)의 픽커(10)는 서로 마주보며 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어지고, 각 픽커(10)는 픽커 작동용 리니어모션(25)에 지지되면서 수평 이동가능하여 서로 간의 간격을 좁히거나 넓힐 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 셀 로딩 유니트(17)의 턴 테이블(15)에 있는 트레이(14)는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 셀을 로딩 및 언로딩 위치, 2곳의 전해액 주입 위치, 대기 위치로 각각 옮겨줄 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 셀 로딩 유니트(17)의 트레이(14)는 트레이 내부에 설치되어 셀을 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직바 형태의 지그(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 셀 개봉 유니트(21)의 셀 흡착부(19) 및 흡착부 작동용 실린더(20)는 장치 프레임측에 설치되어 있는 2개의 나란한 블럭 가이드 바(27)에 끼워져 위아래로 이동 가능한 슬라이드 블럭(28)에 지지되어 슬라이드 블럭(28)과 함께 위아래로 이동하면서 셀에 대한 흡착 높이를 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 6에 있어서,
상기 셀 개봉 유니트(21)의 셀 흡착부(19)는 1열씩의 흡착 패드(18)를 가지면서 서로 나란한 위아래 2개의 패드 플레이트(29a,29b)를 포함하며, 아래쪽에 위치되는 패드 플레이트(29b)는 플레이트 가이드 바(30)에 끼워져 위아래로 이동 가능하여 윗쪽에 위치되는 패드 플레이트(29a)와의 간격을 넓히거나 좁힐 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전해액 주입 유니트(24)는 노즐에서 떨어지는 전해액을 받아낼 수 있는 수단으로 노즐(22)의 하부에 위치되는 액받이(31) 및 상기 액받이(31)의 전후진 동작을 위한 액받이 실린더(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 1에 있어서,
셀의 내부에 주입된 전해액의 무게를 측정하는 수단으로, 전해액 무게 측정 유니트 프레임(33)의 상부에 위치되면서 셀을 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직바 형태의 지그(26)를 가지는 업다운 플레이트(34) 및 상기 업다운 플레이트(34)의 상하 동작을 위한 업다운 플레이트 실린더(35)와, 상기 업다운 플레이트(34)의 하부에 배치되어 셀의 무게를 측정하는 로드셀(36)로 구성되는 전해액 무게 측정 유니트(37)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 9에 있어서,
상기 전해액 무게 측정 유니트(37)는 지그(26)의 양옆에 배치되어 지그(26) 상에 세팅되는 셀의 센터를 정열시켜주는 수단으로, 셀 양단을 밀어주는 정렬 플레이트(38) 및 상기 정렬 플레이트(38)의 전후진 동작을 위한 정렬 실린더(39)로 구성되는 센터링 장치(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
- 청구항 9에 있어서,
상기 전해액 무게 측정 유니트(37)는 셀 로딩 유니트(17)측으로 셀이 투입되기 전 위치와 셀 로딩 유니트(17)측에서 셀이 배출되고 난 후 위치에 각각 설치되어, 셀의 내부에 전해액을 주입하기 전(前)의 무게와 셀의 내부에 전해액이 주입된 후(後)의 무게를 각각 측정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 전해액 주입장치.
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|---|---|---|---|
| KR20150167228 | 2015-11-27 | ||
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| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |