KR101935557B1 - 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치 - Google Patents

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김민규
김민중
김진생
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Abstract

본 발명은 자동차용 배터리에 적용되는 배터리 셀에 절연테이프 자동 부착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 배터리 셀에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면에 절연테이프를 수평으로 롤링하여 부착하는 하부면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 장변면에 각각 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 장변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 단변면에 각각 절연테이프를 수평으로 이동 롤링하여 부착하는 단변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 양 단변면에 부착하는 모서리부 롤링부로 구성되어, 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부 등이 순차적으로 작업을 수행하도록 함으로써, 기존에 배터리 셀의 4면만 절연테이프를 부착하던 것을 배터리 5면 전체(단자가 있는 부부만 제외)를 절연테이프로 테이핑하게 하여 절연 기능을 향상 시키고, 절연테이프 부착 공정의 간소화와 생산성을 높임으로 인하여 공정의 효율성을 증대시킬 수 있는 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치{Insulating Tape Automatic Adhesion Apparatus for Battery Cell}
본 발명은 자동차용 배터리에 적용되는 배터리 셀에 절연테이프 자동 부착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 배터리 셀에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면에 절연테이프를 수평으로 롤링하여 부착하는 하부면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 장변면에 각각 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 장변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 단변면에 각각 절연테이프를 수평으로 이동 롤링하여 부착하는 단변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 양 단변면에 부착하는 모서리부 롤링부로 구성되어, 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부 등이 순차적으로 작업을 수행하도록 함으로써, 기존에 배터리 셀의 4면만 절연테이프를 부착하던 것을 배터리 5면 전체(단자가 있는 부부만 제외)를 절연테이프로 테이핑하게 하여 절연 기능을 향상 시키고, 절연테이프 부착 공정의 간소화와 생산성을 높임으로 인하여 공정의 효율성을 증대시킬 수 있는 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차용 배터리 셀 제조라인에서 배터리에 설치되는 전극 용접 작업을 마친 후, 배터리 셀 케이스를 조립하기 전에 상기 배터리 셀 외부에 절연테이프를 부착시키는 공정을 수행한다. 전기자동차용 배터리는 대용량이 되어야 하므로 여러 개의 배터리 셀을 모아 모듈 형태로 구성된다. 이와 같이 모듈 형태로 구성하기 위해서는 배터리 셀간의 절연이 필요하고 배터리 셀간의 절연을 하기 위해 배터리 셀의 외부에 절연테이프를 부착하는 것이 필수적이다.
종래 배터리 셀에 절연테이프를 부착하는 방법으로서는 상기 배터리 셀을 한 면씩 따로 롤러를 사용하여 부착하게 되어 있어서 공정상에 있어서 작업 효율성을 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 방법보다 개선된 방법으로 상기 절연테이프의 공급부에서 정확히 절단하여 상기 절연테이프를 배터리 셀 하부에 부착 후 양면을 동일하게 롤링하여 부착하는 방식을 사용하고 있는데, 롤링 시 양면을 균일한 압력으로 롤링을 하지 않을 경우 기포가 발생하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치에 관한 기술은 공개특허공보 제 10-2015-0050115호, 등록특허 제 10-1501069호 등에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 연구 개발된 것으로서, 자동차용 배터리에 적용되는 배터리 셀에 절연테이프 자동 부착장치에 서, 상기 배터리 셀에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면에 절연테이프를 수평으로 롤링하여 부착하는 하부면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 장변면에 각각 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 장변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 단변면에 각각 절연테이프를 수평으로 이동 롤링하여 부착하는 단변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 양 단변면에 부착하는 모서리부 롤링부로 구성되어, 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부 등이 순차적으로 작업을 수행하도록 함으로써, 기존에 배터리 셀의 4면만 절연테이프를 부착하던 것을 배터리 5면 전체(단자가 있는 부부만 제외)를 절연테이프로 테이핑하게 하여 절연 기능을 향상 시키고, 절연테이프 부착 공정의 간소화와 생산성을 높임으로 인하여 공정의 효율성을 증대시킬 수 있는 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치는, 배터리 셀에 절연테이프를 자동으로 부착하는 장치에 있어서, 상기 배터리 셀에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면에 절연테이프를 수평으로 롤링하여 부착하는 하부면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 장변면에 각각 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 장변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 단변면에 각각 절연테이프를 수평으로 이동 롤링하여 부착하는 단변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 양 단변면에 부착하는 모서리부 롤링부와, 상기 양 단변면에 부착된 상기 모서리부 절연테이프에 열을 가하여 마무리하는 모서리부 가열부를 포함하여 구성되어, 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부가 순차적으로 작업을 수행하도록 하고, 턴테이블을 구비하여 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부와, 상기 모서리부 가열부가 순차적으로 작업을 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명은 상기 하부면 롤링부의 전면에 절연테이프가 부착되지 않은 배터리 셀 투입부와 절연테이프 공급부를 구비하고, 상기 모서리부 가열부의 후면에는 절연테이프가 부착된 배터리 셀을 배출하는 배터리 셀 배출부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치는 배터리 셀에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면에 절연테이프를 수평으로 롤링하여 부착하는 하부면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 장변면에 각각 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 장변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 양 단변면에 각각 절연테이프를 수평으로 이동 롤링하여 부착하는 단변면 롤링부와, 상기 배터리 셀의 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 모서리부 롤링부로 구성되어, 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부 등이 순차적으로 작업을 수행하도록 함으로써, 절연테이프 부착 공정의 간소화와 생산성을 높임으로 인하여 공정의 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다,
또한, 본 발명은 기존에 배터리 셀의 4면만 절연테이프를 부착하던 것을 배터리 5면 전체(단자가 있는 부부만 제외)를 절연테이프로 테이핑하게 하여 절연 기능을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 양 단변면에 부착된 상기 모서리부 절연테이프에 열을 가하여 마무리하는 모서리부 가열 공정을 추가함으로써, 시간이 경과함에 따라 자연적으로 부착된 부분이 이탈되는 현상을 방지하고, 모서리 중첩부의 점착력을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치의 공정 흐름도
도 2는 본 발명에 따른 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치의 전체 평면도
도 3은 본 발명에서 장변면 롤링부가 배터리 셀의 장변면에 절연테이프를 부착하는 초기 단계를 도시한 도면
도 4는 본 발명에서 장변면 롤링부가 배터리 셀의 장변면에 절연테이프를 부착하는 중간 단계를 도시한 도면 및 그 확대도면
도 5는 본 발명에서 장변면 롤링부가 배터리 셀의 장변면에 절연테이프를 부착 완료한 상태의 도면
본 발명에 따른 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치는 자동차용 배터리에 적용되는 배터리 셀에 절연테이프 자동 부착장치에 관한 것으로서, 첨부된 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치에 대하여 도 1 및 도2 를 참고로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치에서 배터리 셀(B)에 절연테이프(T)를 부착하는 공정은, 먼저 배터리 셀 투입부(70)로부터 투입된 배터리 셀(B)에 대하여 상기 배터리 셀(B)에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면(이하 ‘하부면’이라 함)에 절연테이프 공급부로 공급된 절연테이프(T)를 배치하여 하부면 롤링부(10)에서 상기 배터리 셀(B)의 하부면에 수평으로 롤링하여 상기 배터리 셀(B)의 하부면에 절연테이프(T)를 부착한다[도 1의 (a) 참조].
상기 절연테이프(T)는 낱장으로 공급되고, 그 가로 길이는 [(상기 배터리 셀(B)의 장변면의 가로 길이)+ (모서리면의 길이)* 2]이고, 세로 길이는 [(상기 배터리 셀(B)의 장변면의 세로 길이)*2 + (상기 배터리 셀(B)의 하부면의 폭)]이다.
다음으로, 상기 배터리 셀(B)의 하부면에 절연테이프(T)가 부착된 배터리 셀(B)을 장변면 롤링부(20)의 위치로 이동시킨다. 상기 장변면 롤링부(20)는 그 하부면에 절연테이프가 부착된 배터리 셀(B)의 양 장변면에 장변면 롤러(24)를 수직으로 하강하여 양 장변면에 각각 절연테이프를 부착한다[도 1의 (b) 참조]. 이 때 상기 절연테이프(T)는 상기 배터리 셀(B)의 하부면의 중앙에 배치되게 함으로써, 양 장변면의 하단부까지 절연테이프(T)가 부착하게 된다.
다음으로, 상기 배터리 셀(B)의 하부면 및 양 장변면에 절연테이프(T)가 부착된 배터리 셀(B)을 단변면 롤링부(30)의 위치로 이동시킨다. 상기 단변면 롤링부(30)는 상기 배터리 셀(B)의 양 단변면에 한 쌍의 단변면 롤러(미도시)를 각각 수평으로 이동하여 양 단변면에 각각 절연테이프를 부착한다[도 1의 (c) 참조]. 상기 단변면 롤러는 상기 배터리 셀(B)의 단변면의 높이와 동일한 높이를 로 되어 있어 상기 단변면 롤러가 수평으로 이동 할 때 상기 절연테이프(T)가 단변면의 높이 전체가 부착된다. 또한, 상기 단변면 롤러는 상기 배터리 셀(B)의 단변면을 양측에서 롤링하여 단변면에 절연테이프를 부착한다. 이 때 상기 절연테이프(T)는 상기 배터리 셀(B)의 하부면에서 길이방향으로 연장된 부분의 양측이 절단되게 함으로써, 양 단변면에 각각 절연테이프를 부착할 수 있게 된다.
즉, 절연테이프 공급부로 공급되는 절연테이프(T)는 가로 길이가 [(상기 배터리 셀(B)의 장변면의 가로 길이)+ (모서리면의 길이)* 2]이고, 세로 길이가 [(상기 배터리 셀(B)의 장변면의 세로 길이)*2 + (상기 배터리 셀(B)의 하부면의 폭)]이고, 상기 배터리 셀(B)의 하부면에서 길이방향으로 연장된 부분의 양측이 절단된 낱장의 형태의 절연테이프(T)이다.
다음으로, 상기 배터리 셀(B)의 하부면, 양 장변면 및 양 단변면에 절연테이프(T)가 부착된 배터리 셀(B)을 모서리부 롤링부(40)의 위치로 이동시킨다. 상기 모서리부 롤링부(40)는 하부면, 양 장변면 및 양 단변면에 절연테이프(T)가 부착된 배터리 셀(B)에서 상기 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프(T)를 한 쌍의 모서리부 롤러(미도시)를 상기 배터리 셀(B)의 양 단변면에 맞닿게 위치시켜 수직으로 하강하여 양 단변면에 부착한다[도 1의 (d) 참조]..
다음으로, 시간이 경과함에 따라 자연적으로 부착된 부분이 이탈되는 현상을 방지하기 위하여 상기 절연테이프(T)의 일면에 도포된 점착제를 녹여 모서리 중첩부의 점착력을 높이기 위하여 모서리부 가열부(50)를 더 구비하여 상기 모서리부 양측면에 부착된 절연테이프(T)에 열을 가하여 마무리하는 모서리부 가열 공정을 추가할 수 있다[도 1의 (e) 참조]. 상기 모서리 가열 공정은 모서리부 양측면에 일정 알력으로 가열 온도를 100도~200도로 하고 3~4초 정도 가열하는 공정이다.
또한, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 턴테이블(60)을 구비하여 상기 하부면 롤링부(10)와, 상기 장변면 롤링부(20)와, 상기 단변면 롤링부(30)와, 상기 모서리부 롤링부(40)와, 상기 모서리부 가열부(50)가 순차적으로 작업을 수행하도록 한다.
상기 턴테이블(60)은 45도의 각도로 이동되어 각 작업 공정이 이루어지도록 되어 있고, 상기 턴테이블(60)에 의하여 이동되는 각 작업공정 유닛은 상기 하부면 롤링부(10)와, 상기 장변면 롤링부(20)와, 상기 단변면 롤링부(30)와, 상기 모서리부 롤링부(40)와, 상기 모서리부 가열부(50)로 구성되고, 상기 각 작업공정 유닛에는 작업할 배터리 셀(B)가 안착될 수 있는 배터리 셀 클램프가 구성되어 있다. 각 작업공정 유닛은 상기 턴테이블(60) 하부에서 실린더(미도시)가 상승하여 상기 배터리 셀 클램프를 올려주게 되고 그 상태에서 각각의 공정을 진행한다. 그 후 공정이 마치고 나면 상기 실린더(미도시)는 하강하게 되고 상기 턴테이블(60)은 45도의 각도로 턴을 하여 다음 공정 유닛 위치로 이동하게 된다.
그 외 상기 하부면 롤링부(10)의 전면에 절연테이프가 부착되지 않은 배터리 셀 투입부(70)와 절연테이프 공급부(80)를 구비하고, 상기 모서리부 가열부의 후면에는 절연테이프가 부착된 배터리 셀을 배출하는 배터리 셀 배출부가 구비되어 있어, 상기 배터리 셀(B)의 투입 및 절연테이프(T)의 공급 등이 자동화되고, 각 작업 공정이 자동화 될 뿐만 아니라 각 공정의 수행이 완료된 배터리 셀(B)의 배출도 자동화되어 있다.
본 발명에서 장변면 롤링부(20)가 배터리 셀(B)의 장변면에 절연테이프(T)를 부착하는 과정에 대하여 도 3 내지 도 5를 참고로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에서 장변면 롤링부(20)가 배터리 셀(B)의 장변면에 절연테이프(T)를 부착하는 초기 단계를 도시한 도면이고, 도 4는 장변면 롤링부(20)가 배터리 셀(B)의 양 장변면에 절연테이프(T)를 부착하는 중간 단계를 도시한 도면이며, 도 5는 장변면 롤링부(20)가 배터리 셀(B)의 양 장변면에 절연테이프(T)를 부착 완료한 상태의 도면이다.
상기 장변면 롤링부(20)의 초기 상태는 배터리 셀 클램프(21)가 상기 하부면에 절연테이프(T)가 부착된 배터리 셀(B)을 고정시키고, 상기 배터리 셀(B)의 장변면에 상기 절연테이프(T)를 부착하는 장변면 롤러(24)가 상승된 상태이다, 상기 장변면 롤러(24)는 승강 실린더(23)에 의하여 일측에 형성된 가이드축(23)을 따라 승강하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 장변면 롤링부(20)가 상기 배터리 셀(B)의 양 장변면에 상기 절연테이프(T)를 부착하기 위하여 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 상기 배터리 셀(B)의 폭까지 좌우로 이동하면서 상기 승강실린더(23)에 의하여 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 하강하여 상기 배터리 셀(B)의 양 장변면의 상부에서 상기 절연테이프(T)를 부착하기 시작한다. 이때 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24) 각각의 중심에 자동 조심 볼 베어링을 삽입하여 상기 배터리 셀(B)의 양 장변면의 외면의 굴곡에 상관없이 좌우 측이 개별 구동하여 롤링 작업을 수행하게 한다. 또한, 이때 배터리 셀 클램프(21)에 의하여 고정된 배터리 셀(B)에서 상기 절연테이프(T)의 일면에 형성된 접착제가 부착 공정 전에 상기 배터리 셀(B)의 외면에 임의로 부착되지 않기 위하여 상기 절연테이프(T)를 상기 이격시키는 이격 롤러(25)가 구비된다. 상기 이격 롤러(25)는 아세탈(Acetal) 소재로 되어 상기 절연테이프(T)의 접착제가 잘 부착되지 않게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 상기 배터리 셀(B)의 양측 장변면의 하단부까지 하강되면 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 상기 배터리 셀(B)의 양 장변면에 상기 절연테이프(T)의 부착이 완료하게 된다. 이때 상기 배터리 셀 클램프(21)는 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 상기 배터리 셀(B)의 양 장변면의 하단부까지 하강할 수 있도록 간격을 벌려 상기 배터리 셀(B)을 고정을 해제한다.
상기 배터리 셀(B)의 양 장변면에 상기 절연테이프(T)의 부착이 완료하게 되면, 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 상기 배터리 셀(B)의 좌우로 이동하면서 간격을 벌리고 상기 승강실린더(23)에 의하여 상기 한 쌍의 장변면 롤러(24)가 상승하여 다음에 작업할 하부면에 절연테이프(T)가 부착된 배터리 셀(B)의 투입을 대기한다.
상기에서는 자동차용 배터리 셀에 절연테이프를 부착하는 장치에 관하여 설명하였지만 본 발명은 다른 용도에서 상기와 같은 구조를 가진 배터리 셀에 절연테이프를 부착하는 장치에 관한 발명에도 해당된다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 아래의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
T: 절연테이프 B: 배터리 셀
10: 하부면 롤링부 20: 장변면 롤링부
21: 배터리 셀 클램프 22: 승강 실린더
23: 가이드축 24: 장변면 롤러
25: 이격 롤러 30: 단변면 롤링부
40: 모서리부 롤링부 50: 모서리부 가열부
60: 턴테이블 70: 배터리 셀 투입부
80: 절연테이프 공급부 90: 배터리 셀 배출부

Claims (4)

  1. 배터리 셀에 절연테이프를 자동으로 부착하는 장치에 있어서,
    상기 배터리 셀에서 단자가 형성된 반대 방향면인 하부면에 절연테이프를 수평으로 롤링하여 부착하는 하부면 롤링부와,
    상기 배터리 셀의 양 장변면에 각각 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 부착하는 장변면 롤링부와,
    상기 배터리 셀의 양 단변면에 각각 절연테이프를 수평으로 이동 롤링하여 부착하는 단변면 롤링부와,
    상기 배터리 셀의 하부면에서 연장되어 돌출된 모서리부 절연테이프를 수직으로 하강 롤링하여 양 단변면에 부착하는 모서리부 롤링부와,
    상기 양 단변면에 부착된 상기 모서리부 절연테이프에 열을 가하여 마무리하는 모서리부 가열부를 포함하여 구성되어,
    상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부가 순차적으로 작업을 수행하도록 하고,
    턴테이블을 구비하여 상기 하부면 롤링부와, 상기 장변면 롤링부와, 상기 단변면 롤링부와, 상기 모서리부 롤링부와, 상기 모서리부 가열부가 순차적으로 작업을 수행하도록 한 것
    을 특징으로 하는 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부면 롤링부의 전면에는 절연테이프가 부착되지 않은 배터리 셀 투입부와 절연테이프 공급부를 구비하고,
    상기 모서리부 가열부의 후면에는 절연테이프가 부착된 배터리 셀을 배출하는 배터리 셀 배출부가 더 구비된 것
    을 특징으로 하는 배터리 셀 절연테이프 자동 부착장치.
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