KR101945904B1 - 배터리 팩의 케이싱 및 코어팩의 검사를 수행하는 배터리 팩 케이싱 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

배터리 팩의 케이싱 및 코어팩의 검사를 수행하는 배터리 팩 케이싱 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 케이싱 장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 구체적으로
본 발명에 따른 배터리 팩 케이싱 장치는 코어팩을 케이싱하는 프레스기; 상기 프레스기에 구비되고, 상기 코어팩과 전기적으로 연결되는 단자부; 및 상기 단자부와 전기적으로 연결되고, 상기 프레스기의 프레스 작업 시 상기 단자부에 연결된 코어팩의 검사를 수행하는 테스트부;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩 케이싱 작업과 조립 전 코어팩의 검사 작업을 동시에 수행함으로써 총 공정 상 소요되는 시간이 단축되는 효과가 있다.

Description

배터리 팩의 케이싱 및 코어팩의 검사를 수행하는 배터리 팩 케이싱 장치 및 그 제어방법{Apparatus for casing of battery pack and inspection of core pack and the control method thereof}
본 발명은 배터리 팩 케이싱 장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 코어 팩의 검사 및 케이싱을 수행하는 장치와 제어하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전을 통하여 재사용이 가능하다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2003-0085707호(2003.11.07)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 과제는 배터리 팩의 제조 시 설비 동작시간을 최소화 하여 생산성을 향상시키는 데 있다.
또한 본 발명의 일 과제는 간헐적으로 발생하는 Wake up 통신에러에 따른 생산성 저하를 개선하는 데 있다.
또한 본 발명의 일 과제는 설비 통합을 통한 작업 영역을 최소화 하고, 작업자의 작업 동선을 단순화 하는데 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 케이싱 장치는 코어팩을 케이싱하는 프레스기; 상기 프레스기에 구비되며, 일단이 상기 코어팩과 전기적으로 연결되는 단자부; 및 상기 단자부의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 프레스기의 프레스 작업 시 상기 단자부에 연결된 코어팩의 검사를 수행하는 테스트부;를 포함한다.
또한 상기 프레스기는 상기 코어팩의 케이싱 작업을 제어하는 프레스기 제어부를 포함할 수 있다.
나아가 상기 프레스기 제어부에 전기적으로 연결되고, 상기 프레스기의 케이싱 작업의 진행을 감지하여 상기 테스트부에 전달하는 작동감지부를 포함할 수 있다.
또한 상기 작동감지부는 상기 프레스 제어부에 전달되는 케이싱 작업 개시 제어신호, 상기 프레스 제어부에 의한 프레스 작동 제어신호 및 상기 프레스기의 기계적 작동 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다.
또한 상기 프레스기의 케이싱 작업과 상기 테스트부의 코어팩 검사 작업은 동시에 수행될 수 있다.
또한 상기 테스트부는 배터리 팩의 검사 종료 후 상기 프레스기 제어부에 검사 종료 신호를 전송할 수 있다.
또한 상기 테스트부는 상기 단자부와 연결되는 통신라인과 상기 테스트부가 전력을 공급받는 전력라인을 독립적으로 구비할 수 있다.
또한 상기 프레스기는, 수직방향으로 구비되는 가이드부; 상기 가이드 부재를 따라 상하 왕복하는 프레스 덮개; 상기 가이드 부재의 하단에 구비되어 상기 가이드 부재를 지지하는 프레스 지지부; 및 상기 지지부재 상에 구비되고, 상기 코어팩이 담긴 상태에서 상기 코어팩을 상기 프레스 덮개 하부로 인입하는 프레스 지그;를 포함할 수 있다.
나아가 상기 단자부는 상기 프레스 지그가 상기 프레스 덮개 하부에 위치한 상태에서 상기 코어팩과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 상기 테스트부는 상기 코어팩의 웨이크업 검사(wake up test)를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩 케이싱 장치를 제어하는 방법에 있어서, 본 발명에 따른 배터리 팩 케이싱 제어방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 먼저, 코어팩이 프레스기 내로 인입된다. 그리고, 상기 코어팩이 테스트부와 전기적으로 연결된다. 이후, 프레스 작업 및 상기 코어팩의 검사 작업이 수행된다. 그리고 나서, 코어팩 검사 작업 종료 후 상기 조립된 배터리 팩이 취출된다.
또한 상기 프레스 작업 및 상기 코어팩의 검사 작업 단계는 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다. 먼저, 프레스기 제어부가 프레스기를 제어하여 프레스 작업을 개시한다. 그리고, 상기 프레스 작업 개시 신호가 상기 테스트부에 전달된다. 이후, 상기 테스트부가 상기 코어팩의 검사 작업을 수행한다. 그리고 나서, 상기 테스트부가 상기 코어팩의 검사 종료 신호를 상기 프레스기 제어부에 전달한다.
또한 상기 프레스 작업 개시 신호가 상기 테스트부에 전달되는 단계는 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다. 먼저, 작동감지부가 상기 프레스 제어부에 전달되는 케이싱 작업 개시 제어신호, 상기 프레스 제어부에 의한 프레스기 작동 제어신호 및 상기 프레스기의 기계적 작동 중 적어도 어느 하나를 감지한다. 그리고, 상기 작동감지부의 감지신호가 상기 테스트부에 전달된다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩 케이싱 작업과 조립 전 코어팩의 검사 작업을 동시에 수행함으로써 총 공정 상 소요되는 시간이 단축되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 웨이크 업 검사의 안정화로 인하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 설비의 단순화로 인하여 작업 라인 당 설비가격이 감축되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 작업이 단순화 되고 작업 시간이 단축됨으로써 작업 효율을 향상시키고 작업자의 피로를 경감시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 모습을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 프레스기의 모습을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 모습을 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 패 케이싱 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 모습을 나타내는 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 프레스기의 모습을 개략적으로 나타내는 측면도이며, 도 3은 다른 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 모습을 나타내는 블록도이다.
배터리 팩(10)은 복수의 베어셀과 보호 회로기판을 전기적으로 연결하여 형성된 코어팩(10a)을 케이싱하여 조립된다. 프레스기(100)는 배터리 팩(10)의 조립전 상태인 코어팩(10a)을 케이싱하기 위한 장치이다. 프레스기(100)는 프레스기 제어부(300)의 제어에 의하여 배터리 팩의 케이싱을 위한 프레스 작업을 수행한다. 도 2를 참조하여 프레스기(100)의 일 실시예를 설명한다. 프레스기(100)는 하단에 프레스 지지부(111)를 구비한다. 프레스 지지부(111)는 기타 구성부들을 지지한다. 프레스 지지부(111)의 상단으로부터 가이드부(112)가 구비된다. 가이드부(112)는 프레스 작업을 위하여 상부 지지부(113)를 가이드한다. 가이드부(112)는 충분한 지지를 위하여 복수개로 구비되는 것이 바람직하다. 상부 지지부(113)는 가이드부(112)를 따라 위 방향(D3) 또는 아래 방향(D2)으로 왕복한다. 코어팩(10a)의 케이싱 작업시에는 아래 방향(D2)으로 하강하고, 모든 작업이 완료된 후에는 조립된 배터리 팩을 취출하기 위하여 위 방향(D1)으로 상승한다. 프레스 덮개(122)는 상부 지지부(113)의 하단에 구비된다. 프레스 덮개(122)는 최초에 상부 케이스(미도시)를 고정시키고 있다가 하강 후 프레스 지그(121) 상에 담겨있는 코어팩(10a)에 상부 케이스를 결합시킨 후 상부 케이스와 분리된다. 프레스 지지부(111)의 상단에는 레일(114)이 구비된다. 레일(114)은 가이드부(112) 외측으로부터 프레스 덮개(122)의 하부에 이르도록 구비된다. 프레스 지그(121)는 레일(114) 상에 구비되며, 상기 레일(114) 상에서 이동이 가능하도록 하단에 휠부(123)를 구비한다. 프레스 지그(121)는 레일(114)을 따라 가이드부(112) 외측으로부터 프레스 덮개(122)의 하부까지 왕복한다. 프레스 지그(121) 상단에는 조립이 완료되지 않은 코어팩(10a)을 담는다.
단자부(500)는 프레스 지그(121)가 프레스 덮개(122)의 하부에 위치하였을 때 코어팩(10a)의 외부단자(11)와 접속되도록 구비된다. 또한 단자부(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 후술할 테스트부(400)와 전기적으로 연결되어 코어팩(10a)과 테스트부(400)가 전기적으로 연결되도록 하는 기능을 한다.
테스트부(400)는 코어팩(10a)과 전기적으로 연결된 상태에서 코어팩(10a)의 웨이크 업 검사(wake up test) 등의 품질을 검사하는 기능을 수행한다. 테스트부(400)는 프레스기(100)의 프레스 작업 도중에, 바람직하게는 프레스 작업 개시 시에 웨이크업 검사 등 상술한 코어팩(10a)의 검사를 시작한다. 일반적으로 케이싱을 위한 프레스 작업에 소요되는 시간에 비하여 웨이크업 검사 등에 소요되는 시간이 더 길다. 따라서 프레스 작업과 웨이크업 검사의 종료 시, 대체적으로는 웨이크업 검사의 종료 시에 테스트부(400)는 상술한 프레스기 제어부(300)에 작업의 종료를 알리는 신호를 전송한다.
한편, 테스트부(400)는 커넥터(500)를 통하여 코어팩(10a)과 연결하여 검사를 진행하기 위한 통신라인(미도시)과 테스트부(400) 자체의 동작을 위하여 전력이 공급되는 전력라인(미도시)을 구비한다. 이 때 USB 방식과 같이 통신라인과 전력라인이 동일한 케이블을 통하여 구비되는 경우에는 외부 노이즈에 의하여 테스트부(400)의 통신장애가 발생할 우려가 있다. 실제로도 USB 케이블을 이용하여 웨이크업 검사를 수행하는 경우에는 불특정 통신에러(Runtime Error)가 발생하는 경우가 있었다. 따라서 본 실시예에서는 RS-232 통신 방식을 이용하여 전력라인과는 독립적으로 통신라인을 구비하였다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 프레스기 제어부(300)에 의하여 프레스기가 케이싱 작업을 위하여 프레스기가 작동되는 것을 감지하는 작동감지부(310)를 구비할 수 있다. 작동감지부(310)는 스위치(200)를 작동시킴으로써 프레스 제어부(300)에 전달되는 케이싱 작업 개시 제어신호나, 프레스 제어부(300)가 프레스기(100)를 작동시키기 위하여 송신하는 프레스 작동 제어신호 등을 감지하여 이를 테스트부(400)에 전달할 수 있다. 테스트부(400)는 작동감지부(310)로부터 전송되는 신호로부터 케이싱 작업의 개시 여부를 판단하게 된다.
한편, 도 3에 도시된 것과 같이 제어신호를 감지하는 것 이외에도 다른 방식의 센서들을 이용하여 작동감지부를 구현할 수 있다. 예를 들어 프레스기(100)의 기계적인 움직임을 레이저 센서를 이용하여 감지하는 등의 방식으로 케이싱을 위한 프레스기(100)의 작동을 감지할 수 있다. 즉, 작동감지부는 다양한 방식으로 구현될 수 있으며 도 3에 도시된 작동감지부(310)의 연결관계나 구성에 의하여 제한되지 않는다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 팩 케이싱 장치를 제어하는 방법을 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 배터리 패 케이싱 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 제어방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 먼저 프레스 지그(121)에 코어팩(10a) 담기 상태에서 프레스 지그(121)를 프레스 덮개(122)의 하단부 방향(D1)으로 인입된다(S10).
프레스 지그(121)가 프레스 덮개(122)의 하단부에 위치하면 단자부(500)와 코어팩(10a)의 외부 단자(11)가 전기적으로 연결된다(S20). 코어팩(10a)은 단자부(500)와의 연결을 통하여 테스트부(400)와 전기적으로 연결되고, 테스트부(400)의 웨이크업 검사를 위한 통신라인을 구비한다.
이어서 코어팩(10a)에 상부 케이스를 조립하기 위하여 상부 지지부(113) 및 프레스 덮개(122)가 하강한다. 이 때 케이싱을 위한 프레스 작업의 개시 신호를 전달받은 테스트부(400)가 코어팩(10a)의 웨이크업 검사를 프레스 작업과 동시에 수행한다(S30).
이후 웨이크업 검사가 종료되면 테스트부(400)는 프레스기 제어부(300)에 코어팩(10a)의 검사 종료 신호를 전송한다(S40). 케이싱이 완료되면 코어팩(10a)은 상부 케이스가 구비되어 배터리 팩으로서 조립된다.
배터리 팩의 케이싱 및 웨이크 업 검사가 완료되면 프레스 덮개(122)가 상승하고 프레스 지그(121)를 프레스기 외측으로 취출하여 작업을 마무리 한다(S50).
이러한 공정을 살펴보면 코어팩의 케이싱 작업 및 코어팩의 웨이크 업 검사가 병렬적으로 진행됨으로써 코어팩의 케이싱 작업 및 코어팩의 웨이크 업 검사를 순차적으로 진행하는 방식에 비하여 작업 리드 시간(lead time)이 단축되는 효과를 얻을 수 있다. 또한 두 가지 공정을 하나의 장치 내에서 수행하게 됨으로써 작업 포인트가 줄어들고 작업 영역이 축소되는 효과가 발생한다.
도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 테스트 결과를 설명한다. 도 5는 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
앞서 설명한 본 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치에 대한 작업 완료시까지의 소요 시간을 측정하고, 이에 대한 비교예로서 별도의 두 장치를 통하여 웨이크업 검사 및 배터리 팩 케이싱 작업을 연속적으로 수행하는 경우 두 작업의 완료시까지의 소요 시간을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 도시하였다.
도 5의 상부 막대 그래프는 비교예에 의한 작업 소요시간을 나타내고 있으며, 하부 막대 그래프는 실시예에 따른 장치의 작업 소요시간을 나타내고 있다. 비교예의 경우 총 작업 시간은 웨이크업 검사용 지그의 이동시간, 웨이크업 검사 소요시간, 케이싱을 위한 프레스기 지그 이동시간 및 프레스기 압착시간으로 구분된다. 측정 결과 웨이크업 검사용 지그의 이동시간은 약 1초, 웨이크업 검사 소요시간은 약 18초, 프레스기 지그 이동시간은 약 2초, 케이싱을 위한 프레스기 압착시간은 약 5초 정도 소요되었으며, 총 26초 정도의 시간이 걸렸다.
반면, 본 실시예에 따른 배터리 팩 케이싱 장치의 경우 총 작업시간은 지그 이동시간과, 웨이크업 검사 및 케이싱 작업을 위한 프레스 작업의 동시 수행에 소요된 시간으로 구분된다. 대체적으로 웨이크업 검사의 소요시간이 케이싱 작업을 위한 프레스 작업의 소요시간에 비하여 오래 걸리게 되므로 이를 웨이크 업 검사에 소요되는 시간으로 대체할 수 있다. 측정 결과 본 실시예의 경우 웨이크업 검사의 소요 시간이 약 16초, 지그의 이동시간이 약 2초이며, 총 18초 정도의 작업 시간이 소요되었다.
즉, 총 작업시간 면에서 본 실시예에 따른 배터리 케이싱 장치는 비교에에 따른 장치에 비하여 10초 정도의 작업 단축 효과가 있었다. 본 실시예의 경우 두가지 작업을 병렬적으로 수행함으로써 연속적으로 작업을 수행하는 비교예에 비하여 작업 소요시간이 단축된 것으로 볼 수 있으며, 테스트부의 통신라인에 영향을 미치는 노이즈를 최소화한 효과 또한 결과에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 배터리 팩 케이싱 장치 및 방법으로 구현될 수 있다.
100: 프레스기 111: 프레스 지지부
112: 가이드부 113: 상부 지지부
121: 프레스 지그 122: 프레스 덮개
200: 스위치 300: 프레스기 제어부
350: 작동감지부 400: 테스트부
500: 커넥터
1000: 배터리 팩 케이싱 장치

Claims (13)

  1. 코어팩을 케이싱하는 것으로, 코어팩의 일면을 향하여 승하강되는 프레스 덮개를 포함하는 프레스기;
    상기 프레스기에 구비되며, 일단이 코어팩의 일면과 다른 면에 형성된 외부 단자와 전기적으로 연결되는 단자부;
    상기 단자부의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 프레스기의 프레스 작업 시 상기 단자부에 연결된 코어팩의 검사를 수행하는 테스트부;를 포함하되,
    상기 프레스기의 케이싱 작업과 상기 테스트부의 코어팩 검사 작업이 동시에 수행되도록,
    상기 프레스 덮개의 하강과 함께 발생된 케이싱 작업의 개시 신호에 따라 테스트부는 코어팩 검사 작업을 개시하며,
    상기 테스트부의 검사 종료 신호에 따라 상기 프레스 덮개가 상승하며 케이싱 작업이 종료되는 배터리 팩 케이싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레스기는 상기 코어팩의 케이싱 작업을 제어하는 프레스기 제어부를 포함하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레스기 제어부에 전기적으로 연결되고, 상기 프레스기의 케이싱 작업의 진행을 감지하여 상기 테스트부에 전달하는 작동감지부를 포함하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 작동감지부는 상기 프레스기 제어부에 전달되는 케이싱 작업 개시 제어신호, 상기 프레스기 제어부에 의한 프레스 작동 제어신호 및 상기 프레스기의 기계적 작동 중 적어도 어느 하나를 감지하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 테스트부는 배터리 팩의 검사 종료 후 상기 프레스기 제어부에 검사 종료 신호를 전송하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 테스트부는 상기 단자부와 연결되는 통신라인과 상기 테스트부가 전력을 공급받는 전력라인을 독립적으로 구비하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프레스기는,
    상기 프레스 덮개의 상하 왕복을 안내하도록 수직방향으로 구비되는 가이드부;
    상기 가이드부의 하단에 구비되어 상기 가이드부를 지지하는 프레스 지지부; 및
    상기 프레스 지지부 상에 구비되고, 상기 코어팩이 담긴 상태에서 상기 코어팩을 상기 프레스 덮개 하부로 인입하는 프레스 지그;를 포함하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단자부는 상기 프레스 지그가 상기 프레스 덮개 하부에 위치한 상태에서 상기 코어팩과 전기적으로 연결되는 배터리 팩 케이싱 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 테스트부는 상기 코어팩의 웨이크업 검사(wake up test)를 수행하는 배터리 팩 케이싱 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 배터리 팩 케이싱 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 코어팩이 상기 프레스기 내로 인입되는 단계;
    상기 코어팩이 테스트부와 전기적으로 연결되는 단계;
    프레스 작업 및 상기 코어팩의 검사 작업이 수행되는 단계; 및
    코어팩 검사 작업 종료 후 조립된 배터리 팩이 취출되는 단계;를 포함하는 배터리 팩 케이싱 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프레스 작업 및 상기 코어팩의 검사 작업이 수행되는 단계는,
    프레스기 제어부가 프레스기를 제어하여 프레스 작업을 개시하는 단계;
    상기 프레스 작업 개시 신호가 상기 테스트부에 전달되는 단계;
    상기 테스트부가 상기 코어팩의 검사 작업을 수행하는 단계;
    상기 테스트부가 상기 코어팩의 검사 종료 신호를 상기 프레스기 제어부에 전달하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 케이싱 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프레스 작업 개시 신호가 상기 테스트부에 전달되는 단계는,
    작동감지부가 상기 프레스기 제어부에 전달되는 케이싱 작업 개시 제어신호, 상기 프레스기 제어부에 의한 프레스기 작동 제어신호 및 상기 프레스기의 기계적 작동 중 적어도 어느 하나를 감지하는 단계; 및
    상기 작동감지부의 감지신호가 상기 테스트부에 전달되는 단계;를 포함하는 배터리 팩 케이싱 제어방법.
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