KR102148997B1 - 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비의 폴딩 장치 - Google Patents

이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비의 폴딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치는 상기 테라스의 일부가 안착되는 베이스면을 포함하는 하부 고정턱, 상기 하부 고정턱의 베이스 면과 마주보는 가압면 및 상기 가압면의 반대방향에 형성되고 상기 가압면에 대하여 일정 각도로 기울어진 상부 경사면을 포함하는 상부 이동턱, 및 롤러를 포함하고, 상기 롤러가 상기 상부 경사면을 따라 이동하도록 구성된 이동 롤러부를 포함하고, 상기 상부 이동턱은 상기 가압면과 상기 베이스면 사이에 상기 테라스의 일부가 개재되어 고정되도록 하강 이동하고, 상기 이동 롤러부는 상기 테라스의 나머지 일부가 상기 상부 경사면에 밀착되도록, 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동함으로써 상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 일차적으로 폴딩될 수 있다. 그 밖의 다양한 실시예가 가능하다.

Description

이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비의 폴딩 장치{FOLDING APPARATURE OF FOLDING SYSTEM FOR FOLDING TERRACE OF SECONDARY BATTERY CELL}
본 개시는 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 장치에 관한 것이다.
여기에서 달리 언급하지 않으면 본 섹션에서 기술되는 내용은 본 출원에서의 청구범위의 선행 기술이 아니며, 본 섹션에 기재하였다는 이유로 선행 기술로 인정되어서는 안 된다.
화석연료 사용이 경제적, 환경적인 문제를 야기하면서 신재생에너지에 대한 관심과 수요가 급증했다. 이와 함께, 신재생에너지를 저장해 둘 수 있는 이차전지의 필요성도 커지고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고 수명이 길며 자가 방전율이 낮아 휴대용 전자기기와 에너지 저장장치(ESS) 및 전기자동차의 핵심 부품으로 널리 활용되고 있다. 리튬 이차전지는 크게 각형전지와 폴리머전지 및 원통형 전지로 크게 3가지 형태로 사용되고 있다.
여기에서 폴리머 전지는 전극적층체를 알루미늄 박막(이를 통상 파우치라 함)으로 감싸기 때문에 파우치형 이차전지라고도 불리우며, 그 두께를 박막화하고 경량화할 수 있어, 사용량이 계속 증가추세에 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 전극적층체를 파우치로 감싼 뒤 테두리 부분을 실링해야하고 실링된 폴리머전지의 양측에는 소정 폭의 테라스(terrace)가 형성될 수 있다. 이차전지 배터리 팩에는 파우치형 이차전지가 복수개 실장되도록 구성되기 때문에, 실장 효율성을 위하여 파우치형 이차전지의 양측 테라스를 폴딩하여 실장 크기를 줄이는 방식이 이용된다.
예를 들어, 선행문헌(한국 등록 특허 제10-1974443호, 이차전지 셀의 테라스 자동 폴딩 장치)에 개시된 폴딩 장치는 상하의 폴딩날이 서로 교차하며 동작하여 테라스를 90도 각도로 폴딩하도록 구성되어 있다. 하지만 선행문헌의 폴딩 장치에서와 같이 날카로운 폴딩날이 테라스에 직접적인 힘을 가하게 되면 테라스에 손상이 생겨, 이차전지 셀의 밀봉성을 확보할 수 없게 되고, 결과적으로 이차전지 셀의 생산에 있어 불량율이 높아지는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 이차전지 셀의 테라스를 180도 각도로 한번에 폴딩하게 되면 스프링백 현상 때문에 폴딩한 부분이 다시 펼쳐지는 문제가 발생할 수 있다. 선행문헌에 개시된 폴딩 장치에서도 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 180도를 90도씩 나누어 폴딩하는 방식을 채용하고 있는데, 이를 위해서는 폴딩 장치가 복수개 필요하게 되어, 폴딩 공정의 효율성이 떨어지고, 설비 구축 및 유지에 큰 자원이 필요하다는 새로운 문제가 남아있다.
등록특허 제10-1974443호 이차전지 셀의 테라스 자동 폴딩 장치
본 개시는, 상기한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 폴딩 공정에서 이차전지 셀의 테라스에 대한 손상을 방지할 수 있는 폴딩 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 180도를 일정 각도로 나누어 2회에 걸쳐 폴딩하는 방식을 취하되, 2회의 폴딩 공정이 하나의 폴딩 장치에서 이뤄질 수 있는 폴딩 장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치는 상기 테라스의 일부가 안착되는 베이스면을 포함하는 하부 고정턱, 상기 하부 고정턱의 베이스 면과 마주보는 가압면 및 상기 가압면의 반대방향에 형성되고 상기 가압면에 대하여 일정 각도로 기울어진 상부 경사면을 포함하는 상부 이동턱, 및 롤러를 포함하고, 상기 롤러가 상기 상부 경사면을 따라 이동하도록 구성된 이동 롤러부를 포함하고, 상기 상부 이동턱은 상기 가압면과 상기 베이스면 사이에 상기 테라스의 일부가 개재되어 고정되도록 하강 이동하고, 상기 이동 롤러부는 상기 테라스의 나머지 일부가 상기 상부 경사면에 밀착되도록, 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동함으로써 상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 일차적으로 폴딩될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치에서 상기 하부 고정턱은 상기 일정 각도로 기울어진 하부 경사면을 더 포함하고, 상기 이동 롤러부는 상기 테라스의 나머지 일부가 상기 상부 경사면에 가압되도록 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동하기 전에, 상기 하부 경사면을 따라 전진 이동하도록 더 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치에서, 상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 폴딩된 다음, 상기 이동 롤러부는 후퇴 이동하고, 상기 상부 이동턱은 상승 이동하여, 상기 테라스의 상기 베이스면에 대한 고정을 해제하고, 상기 상부 이동턱은 하강 이동하여, 상기 일정 각도만큼 폴딩된 상기 테라스의 상기 나머지 일부를 상기 베이스면을 향하여 가압함으로써, 상기 테라스가 180도 폴딩되도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치에서, 상기 이동 롤러부는 상기 롤러가 상기 테라스의 나머지 일부를 밀면서 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동할 때, 상기 롤러는 상기 테라스의 나머지 일부와의 마찰력에 의해 회전하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치에서, 상기 이동 롤러부는 적어도 하나 이상의 보조 롤러를 더 포함하고, 상기 적어도 하나 이상의 보조 롤러는 상기 롤러가 상기 테라스의 나머지 일부를 미는 힘의 반대 방향에서 상기 롤러와 접하여 배치될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치에서, 상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 폴딩된 다음, 상기 이동 롤러부는 후퇴 이동하고, 상기 상부 이동턱은 상승 이동하여, 상기 테라스의 상기 베이스면에 대한 고정을 해제하고, 상기 이동 롤러부가 상기 베이스면을 따라 상기 일정 각도만큼 폴딩된 상기 테라스의 상기 나머지 일부를 밀면서 전진 이동함으로써, 상기 테라스가 180도 폴딩되도록 구성될 수 있다.
이상의 간단한 요약 및 효과에 관한 설명은 단순히 예시적인 것으로서 본 개시에서 의도한 기술적 사항을 제한하기 위한 것이 아니다. 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조함으로써, 전술한 예시적인 실시예들과 기술적 특징들에 더하여, 추가적인 실시예와 기술적 특징들이 이해될 수 있을 것이다.
앞서 설명한 본 개시의 특징들과 기타 추가적인 특징들에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 자세하게 설명한다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이며, 본 개시의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시의 기술적 사상은 첨부된 도면을 사용하여 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에 의해 폴딩되기 전의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에서 폴딩된 후의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 장비들의 일 측을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5가 도시하는 폴딩 장치를 A-A'를 따라 절단한 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 이동 롤러부의 사시도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치의 180도 폴딩 공정을 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
앞서 설명한 본 개시의 특징들과 기타 추가적인 특징들에 대해서는 첨부된 도면을 참고하여 이하에서 자세하게 설명한다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이며, 본 개시의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시의 기술적 사상은 첨부된 도면을 사용하여 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에 의해 폴딩되기 전의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에서 폴딩된 후의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 폴딩 전의 이차전지 셀 및 폴딩 후의 이차전지 셀에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 이차전지 셀(100)은 전극 조립체(110) 및 파우치 외장재(120)로 구성되어 있다.
전극 조립체(110)는 소정의 크기의 단위로 절단한 다수의 양극판과 음극판들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체 일 수 있다. 전극 조립체(110)의 양극 리드(111)와 음극 리드(112)는 서로 대향하여 파우치 외장재(120)의 양측에 돌출될 수 있다. 다른 실시예의 이차전지 셀(100)은 전극 조립체(110)의 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 동일한 측면에서 돌출될 수도 있다.
파우치 외장재(120)는 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하고 둘레에서 실링하도록 구성될 수 있다. 파우치 외장재(120)의 둘레는 실링부라고 지칭될 수 있으며, 파우치 외장재(120)에서 양극 리드(111) 및 음극 리드(112)가 배치되지 않은 양쪽 측면의 실링부는 테라스(121)라고 지칭될 수 있다. 폴딩 전의 이차전지 셀(100)의 테라스(121)는 파우치 외장재(120)가 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하고 둘레를 실링한 다음, 소정의 크기만큼 재단되어 제조될 수 있다.
이차전지 셀(100)의 테라스(121)는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에서 폴딩 공정을 거침에 따라, 모서리의 일부가 절단선(122)을 따라 절단될 수 있고, 제1 폴딩선(123)을 따라 180도 폴딩되고, 제2 폴딩선(124)을 따라 90도 폴딩될 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비를 통과한 이차전지 셀(100)을 확인할 수 있다.
이차전지 셀(100)이 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에 의해 폴딩 공정을 거침에 따라 폴딩 전보다 일정 길이(D)만큼 작은 폭을 가질 수 있다. 즉, 이차전지 셀(100)은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비를 통과하면 파우치 외장재(120)의 테라스(121)가 폴딩되어, 이차전지 셀(100)의 크기를 줄여 이차전지 배터리 팩에 실장될 때의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비를 도시한 사시도이다. 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 장비들의 일 측을 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비(300)는 벨트 컨베이어 장치(310), 테라스 사이드 절단 장치(320), 제1 폴딩 장치(330), 제1 히터프레스 장치(340), 제2 폴딩 장치(350), 제2 히터프레스 장치(360), 및 사이징 롤러 장치(370)를 포함할 수 있다.
테라스 사이드 절단 장치(320), 제1 폴딩 장치(330), 제1 히터프레스 장치(340), 제2 폴딩 장치(350), 제2 히터프레스 장치(360), 및 사이징 롤러 장치(370)는 각각 한 쌍의 장치로 구성될 수 있다. 벨트 컨베이어 장치(310)는 각 장치들의 한 쌍의 사이에 위치하고, 이차전지 셀(100)을 테라스 사이드 절단 장치(320)로부터 사이징 롤러 장치(370)까지 순차적으로 이송시킬 수 있다. 각각 한 쌍으로 구성된 테라스 사이드 절단 장치(320), 제1 폴딩 장치(330), 제1 히터프레스 장치(340), 제2 폴딩 장치(350), 제2 히터프레스 장치(360), 및 사이징 롤러 장치(370)는 벨트 컨베이어 장치(310)가 이송한 이차전지 셀(100)의 양 측의 테라스에 대한 폴딩 공정을 수행할 수 있다.
테라스 사이드 절단 장치(320)부터 사이징 롤러 장치(370)까지 폴딩 설비(300)에 포함된 장치들은 실질적으로 동일한 간격에 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 벨트 컨베이어 장치(310)는 상기 간격만큼 이차전지 셀(100)을 이동시킴으로써, 복수의 이차전지 셀(100)에 대한 폴딩 공정이 효율적으로 이뤄지게 할 수 있다. 폴딩 설비(300)에서의 폴딩 공정은 벨트 컨베이어 장치(310)에 의해 이차전지 셀(100)이 테라스 사이드 절단 장치(320)에 이송되면서 시작될 수 있다.
테라스 사이드 절단 장치(320)는 이차전지 셀(100)의 테라스를 지정한 길이로 절단하는 장치일 수 있다. 테라스 사이드 절단 장치(320)는 실린더에 의해 각각 상승 이동 및 하강 이동하도록 구성된 하도와 상도를 이용하여 이차전지 셀(100)의 테라스를 지정된 치수로 절단할 수 있다. 테라스 사이드 절단 장치(320)에 의해 테라스가 절단된 이차전지 셀(100)은 벨트 컨베이어 장치(310)에 의해 제1 폴딩 장치(330)로 이송될 수 있다.
제1 폴딩 장치(330)는 테라스 사이드 절단 장치(320)에 의해 지정된 치수로 절단된 이차전지 셀(100)의 테라스를 일차적으로 180도 각도로 폴딩하도록 구성된 장치이다. 제1 폴딩 장치(330)에서 이차전지 셀(100)은 제1 폴딩선(예: 도 1의 123)을 따라 180도 폴딩될 수 있으며, 이러한 180도 폴딩 공정에 대해서는 구체적으로 후술하기로 한다. 제1 폴딩 장치(330)에 의해 테라스가 180도 폴딩된 이차전지 셀(100)은 벨트 컨베이어 장치(310)에 의해 제1 히터프레스 장치(340)로 이송될 수 있다.
제1 히터프레스 장치(340)는 상기 제1 폴딩 장치(330)에 의해 180도 각도로 폴딩된 이차전지 셀(100)의 테라스가 스프링백 현상에 의해 다시 펼쳐지지 않도록 견고하게 밀착시키기 위해 가열과 동시에 가압하도록 구성될 수 있다. 제1 히터프레스 장치(340)에 의해 가열 및 가압된 테라스의 180도 폴딩된 부분은 상온에서 냉각되고 이로써, 스프링백 현상의 원인이 되는 테라스 내의 내부응력이 제거될 수 있다. 그 이후, 이차전지 셀(100)은 벨트 컨베이어 장치(310)에 의해 제2 폴딩 장치(350)로 이송될 수 있다.
제2 폴딩 장치(350)는 상기 제1 히터프레스 장치(340)의 공정을 거친 이차전지 셀(100)의 테라스를 90도 각도로 폴딩하도록 구성된 장치이다. 제2 폴딩 장치(350)에서 이차전지 셀(100)은 제2 폴딩선(예: 도 1의 124)을 따라 90도 폴딩될 수 있다. 그 이후, 이차전지 셀(100)은 벨트 컨베이어 장치(310)에 의해 제2 히터프레스 장치(360)로 이송될 수 있고, 제2 히터프레스 장치(360)는 상기 제2 폴딩 장치(350)에 의해 90도 각도로 폴딩된 이차전지 셀(100)의 테라스를 가열과 동시에 가압하도록 구성될 수 있다.
사이징 롤러 장치(360)는 제2 폴딩 장치(340)와 제2 히터프레스 장치(350)에 의해 90도 폴딩이 완료된 이차전지 셀(100)의 테라스를 재차 양쪽에 설치된 롤러 사이로 통과시켜 사이즈 및 폴딩 각도를 교정해주는 장치이다. 벨트 컨베이어 장치(370)에 의해 이차전지 셀(100)이 사이징 롤러 장치(360)의 양쪽에 설치된 롤러 사이를 지나가면, 롤러 및 고정 지그를 통하여 이차전지 셀(100)의 테라스가 규정된 사이즈 및 폴딩 각도로 형성되게 된다. 스프링백 현상으로 인해 폴딩 공정을 거친 이차전지 셀(100)의 사이즈와 폴딩 각도가 서로 달라지는 상황을 방지할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치를 도시한 사시도이다. 도 6은 도 5가 도시하는 폴딩 장치를 A-A'를 따라 절단한 단면도를 도시한다. 도 5 및 도 6에서 설명되는 폴딩 장치(500)는 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 180도 폴딩하기 위한 장치로서, 도 3의 제1 폴딩 장치(330)와 실질적으로 동일한 장치일 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(500)는 하부 고정턱(510), 상부 이동턱(520), 상부 이동턱 실린더(521), 이동 롤러부(530) 및 이동 롤러부 실린더(531)를 포함할 수 있다.
하부 고정턱(510)은 이차전지 셀(540)의 테라스(541)가 안착되는 구성일 수 있다. 하부 고정턱(510)에서 테라스(541)가 안착되는 부분은 수평방향의 면성분을 가지는 베이스면(511)과 하부 경사면(512)을 포함할 수 있다.
상부 이동턱(520)은 위에서 아래로 이동하여 하부 고정턱(510)에 안착한 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 가압함으로써, 테라스(541)가 폴딩 과정에서 그 위치를 고정되게 하거나, 테라스(541)가 180도로 완전히 접히게 하는 수단으로 기능할 수 있다. 상부 이동턱 실린더(521)는 상부 이동턱(520)이 상하로 이동하게 하는 구성일 수 있다. 상부 이동턱 실린더(521)는 복수개 구성될 수 있고, 상부 이동턱(520)에 고른 힘을 전달하기 위하여 중심을 기준으로 좌우에 대칭하여 배치될 수 있다.
상부 이동턱(520)은 테라스(541)에 맞닿도록 구성된 가압면(522)과 가압면(522)의 반대편(또는 윗면)에 형성된 상부 경사면(523)을 포함할 수 있다. 가압면(522)은 수평방향의 면성분을 가지도록 형성되어, 하부 고정턱(510)에 안착된 테라스(541)를 일정 면적만큼 수평방향으로 가압하여 테라스(541)가 폴딩되는 동안 그 위치가 틀어지지 않도록 단단히 고정할 수 있다. 가압면(522)은 하부 고정턱(510)의 베이스면(511)과 실질적으로 동일한 수평방향의 길이를 가질 수 있다. 즉, 테라스(541)는 상부 이동턱(520)의 가압면(522)과 하부 고정턱(510)의 베이스면(511) 사이에 개재되어 고정될 수 있다.
상부 경사면(523)은 하부 고정턱(510)의 하부 경사면(512)과 실질적으로 동일한 경사각을 가질 수 있다. 따라서, 상부 이동턱(520)이 하강 이동하여 하부 고정턱(510)에 안착된 테라스(541)를 가압하는 상태에서, 상부 경사면(523)과 하부 경사면(512)은 실질적으로 일직선을 이루도록 형성될 수 있다.
이동 롤러부(530)는 하부 고정턱(510)과 상부 이동턱(520) 사이에 고정된 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 안쪽으로 밀어서 폴딩하는 구성일 수 있다. 이동 롤러부 실린더(531)는 이동 롤러부(530)가 테라스(541)를 이차전지 셀(540)의 안쪽으로 밀수 있도록 이동 롤러부(530)를 전진 또는 후퇴 이동하게 하는 구성일 수 있다. 이동 롤러부(530)는 상부 이동턱(520)이 하강 이동하여 하부 고정턱(510)에 안착된 테라스(541)를 가압하는 상태에서 상부 경사면(523)과 하부 경사면(512)이 이루는 경사면을 따라 이동 롤러부 실린더(531)에 의해 전진 또는후퇴 이동하도록 구성될 수 있다. 이동 롤러부 실린더(531)는 복수개 구성될 수 있고, 이동 롤러부(530)에 고른 힘을 전달하기 위하여 중심을 기준으로 좌우에 대칭하여 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 롤러부(530)는 메인 롤러(532) 및 복수의 보조 롤러(533)를 포함할 수 있다. 메인 롤러(532)는 이동 롤러부(530)가 이차전지 셀(540)을 향하여 전진 이동할 때 테라스(541)에 맞닿아 힘이 가해지는 부분일 수 있다. 메인 롤러(532)는 이동 롤러부(530)가 전진 이동하며, 테라스(541)를 상부 이동턱(520)의 상부 경사면(523)을 향해 미는 과정에서 테라스(541)에 맞닿아 회전할 수 있다. 이동 롤러부(530)가 테라스(541)에 대하여 직선적으로 전진 이동하는 경우 발생할 수 있는 이동 롤러부(530)와 테라스(541) 사이의 마찰을 메인 롤러(532)가 회전함으로써 줄일 수 있고, 마찰에 의해 발생할 수 있는 테라스(541)의 스크래치나 파손을 방지할 수 있다. 복수의 보조 롤러(533)는 메인 롤러(532)가 테라스(541)에 힘을 가하는 방향의 반대 위치에 배치되고 메인 롤러(532)와 맞닿을 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 이동 롤러부의 사시도를 도시한다. 도 7을 참조하면, 메인 롤러(532)는 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 전체적으로 폴딩하기에 충분한 길이를 가지는 샤프트 형태를 가질 수 있다. 샤프트 형태의 메인 롤러(532)가 휘거나 늘어진다면, 테라스(541)의 폴딩 공정에서의 완전성 및 균일성을 확보하지 못할 수 있다. 따라서, 이동 롤러부(530)는 메인 롤러(532)가 테라스(541)를 밀면서 회전하는 동안 메인 롤러(532)와 함께 맞물려 회전할 수 있는 복수의 보조 롤러(533)를 구비함으로써, 메인 롤러(532)가 휘거나 늘어지는 상황을 방지할 수 있다. 복수의 보조 롤러(533)는 메인 롤러(532)를 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 보조 롤러(533)는 도시한 바와 같이 일정 길이를 가지는 샤프트 형태를 가질 수 있고, 다른 실시예에서, 보조 롤러(533)는 베어링 또는 볼로 구현될 수도 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 일 실시예의 폴딩 장치(500)는 사전 폴딩 롤러부(550)를 더 포함할 수 있다. 사전 폴딩 롤러부(550)는 폴딩 장치(500)가 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 180도 폴딩하기 전에, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 일정 각도만큼 미리 폴딩할 수 있다.
사전 폴딩 롤러부(550)는 상부 롤러(551) 및 하부 롤러(552)를 포함할 수 있다. 이차전지 셀(540)이 벨트 컨베이어(예: 도 3의 벨트 컨베이어(370))에 의해 이동하여 폴딩 장치(500)에 도달하게 되면, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)는 상부 롤러(551)와 하부 롤러(552) 사이로 들어가게 되고, 벨트 컨베이어에 의해 계속 이동함에 따라 사전 폴딩 롤러부(550)를 통과한 테라스(541)는 일정 각도가 접힌 상태가 될 수 있다. 이 때, 접힌 선이 이차전지 셀(540)의 테라스(541)가 180도 폴딩되는 폴딩선(예: 도 1의 제1 폴딩선(123))이 될 수 있다. 이차전지 셀(540)의 테라스(541)가 일정 각도 접힘으로써, 폴딩 장치(500)에서 행해지는 180도 폴딩 공정이 수월하게 이뤄질 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치의 180도 폴딩 공정을 도시한다. 이하 도 8을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치가 파우치형 이차전지의 테라스를 180도 폴딩하는 공정을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치가 수행하는 폴딩 공정은, 이차전지 셀(540)이 준비상태의 폴딩 장치(500)에 진입하는 단계에서부터 시작될 수 있다. 이차전지 셀(540)은 테라스(541)의 모든 길이가 폴딩 장치(500)에 의해 작업될 수 있을 만큼 벨트 컨베이어에 의해 이송될 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)는 준비 상태의 폴딩 장치(500)의 하부 고정턱(510)(또는, 베이스면(511)에 안착될 수 있다. 폴딩 장치(500)가 준비 상태인 때에는, 상부 이동턱(520)이 아래로 이동하기 전의 상승 상태일 수 있고, 이동 롤러부(530)는 앞으로 이동하기 전의 후퇴 상태일 수 있다.
도 8에서 도시된 실시예에서는, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)가 사전 폴딩 롤러부(550)에 의해 사전 폴딩되어 일정 각도가 접힌 상태에서 폴딩 공정이 시작되지만, 다른 실시예에서, 사전 폴링 공정이 이뤄지지 않을 수 있고, 테라스(541)는 사전 폴딩없이 편평한 상태로 폴딩 장치(500)의 하부 고정턱(510)에 안착될 수도 있다.
그 다음 단계에서, 폴딩 장치(500)의 상부 이동턱(520)이 하강 이동하여 상부 이동턱(520)의 가압면(522)이 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 가압하고, 테라스(541)는 상부 이동턱(520)의 가압면(522)과 하부 고정턱(510)의 베이스면(511) 사이에 개재되어 고정될 수 있다. 도 8의 (b)는 폴딩 장치(500)의 상부 이동턱(520)이, 하부 고정턱(510)에 안착된 이차전지 셀(540)의 테라스(541)가 고정되도록 하강 이동을 마친 하강 상태를 도시한다.
그 다음 단계에서, 폴딩 장치(500)는 이동 롤러부(530)가 전진 이동하여, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 1차 폴딩할 수 있다. 상부 이동턱(520)의 가압면(522)과 하부 고정턱(510)의 베이스면(511)에 의해 고정되지 않은 테라스(541)의 나머지 부분이 이동 롤러부(530)에 의해 이차전지 셀(540)을 방향으로 밀려 폴딩될 수 있다. 이동 롤러부(530)는 테라스(541)의 나머지 부분이 상부 경사면(523)에 밀착되도록, 상부 이동턱(520)의 상부 경사면(523)과 하부 고정턱(510)의 하부 경사면(512)이 이루는 경사면을 따라 이차전지 셀(540)을 향해 전진 이동할 수 있다. 도 8의 (c)는 이동 롤러부(530)의 전진 이동이 완료된 전진 상태를 도시한다. 도 8의 (c)를 참조하면, 테라스(541)의 나머지 부분은 상부 경사면(523)과 이동 롤러부(530)의 메인 롤러(532) 사이에 개재되어 이동 롤러부(530)에 의해 가압됨으로써 상부 경사면(523)의 경사각만큼 1차적으로 폴딩되게 된다.
그 다음 단계에서, 폴딩 장치(500)의 이동 롤러부(530)는 후퇴 이동하고, 이동 롤러부(530)가 후퇴 이동한 후에, 상부 이동턱(520)이 상승 이동하여 2차 폴딩을 준비할 수 있다. 도 8의 (d)는 이동 롤러부(530)는 후퇴 이동하고, 이동 롤러부(530)가 후퇴 이동한 후에, 상부 이동턱이 상승 이동을 완료한 상승 상태를 도시한다. 이차전지 셀(540)의 테라스(541)는 상부 경사면(523)의 경사각만큼 일차적으로 폴딩된 상태일 수 있다.
그 다음 단계에서, 폴딩 장치(500)의 상부 이동턱(520)은 하강 이동하여, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 가압하여 2차 폴딩을 할 수 있고, 폴딩 장치(500)의 상부 이동턱(520)이 다시 상승 이동하여, 이차전지 셀(540)의 테라스(541)의 180도 폴딩 공정을 완료할 수 있다.
도 8의 (e) 및 (f)는 각각 상부 이동턱(520)의 하강 이동 후와 상승 이동 후, 폴딩 공정을 완료한 상태를 도시한다. 도 8의 (e)를 참조하면, 상부 이동턱(520)이 하강 이동하여 테라스(541)를 가압함으로써, 테라스(541)는 180도로 완전히 폴딩될 수 있다. 상부 이동턱(520)의 하강 이동은 수직의 움직임을 가지지만, 테라스(541)가 도 8의 (d)와 같이 상부 경사면(523)의 경사각만큼 일차적으로 폴딩된 상태이기 때문에, 수평방향의 면성분을 가진 가압면(522)으로 가압하여도, 테라스(541)에 대한 스크래치나 손상없이도 180도만큼 완전히 폴딩할 수 있다.
상부 이동턱(520)은 테라스(541)를 180도 폴딩한 다음, 다시 상승 이동함으로써, 이차전지 셀(540)에 대한 폴딩 장치(500)로부터의 고정을 해제할 수 있다. 그 다음 폴딩 장치(500)로부터의 고정이 해제된 이차전지 셀(540)은 다음 공정을 위해 다음 장치(예를 들어, 도 3의 제1 히터프레스 장치(340))로 이송될 수 있다.
또다른 실시예에서, 도 8의 (e)와 달리, 이동 롤러부(530)이 전진 이동하여 테라스(541)를 가압함으로써, 테라스(541)는 180도로 완전히 폴딩될 수도 있다. 이 경우에, 이동 롤러부(530)은 테라스(541)를 180도 폴딩한 다음, 다시 후퇴 이동함으로써, 이차전지 셀(540)에 대한 폴딩 장치(500)로부터의 고정을 해제할 수 있다. 그 다음 폴딩 장치(500)로부터의 고정이 해제된 이차전지 셀(540)은 다음 공정을 위해 다음 장치(예를 들어, 도 3의 제1 히터프레스 장치(340))로 이송될 수 있다.
상기와 같이 이루어진 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(500)는, 상부 이동턱(520)이 이차전지 셀(540)의 테라스(541)를 일정 각도로 폴딩하는 과정에서 테라스(541)를 고정하는 기능, 및 상기 일정 각도를 결정하는 지그(jig)로서의 기능, 및 상기 일정 각도로 폴딩된 테라스(541)를 180도로 완전히 폴딩하는 기능을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(500)는 상부 이동턱(520)이 다기능을 수행하도록 하여 하나의 장치에서 180도 폴딩 공정을 수행하여 생산 효율을 최대한으로 높일 뿐만 아니라, 이차전지 셀(540)의 크기 및 치수의 균일성을 높일 수 있다.
전술한 상세한 설명에서는 폴딩 장치가 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 구조 및 동작 순서에 관한 다양한 실시예들이 설명되었다. 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치가 동작하기 위한 각각의 기능 및/또는 동작이 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 개별적으로 혹은 집합적으로 구현된 컴퓨팅 장치에 의해 수행될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 본 개시에 기재된 폴딩 장치의 컴퓨팅 장치는 대상의 몇몇 부분은 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), DSP(Digital Signal Processor) 또는 다른 집적의 형태를 통해 구현될 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예의 폴딩 장치에 포함된 컴퓨팅 장치는 하나 이상의 컴퓨터 상에 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에 실행되는 하나 이상의 프로그램), 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램), 펌웨어 또는 이들의 실질적으로 임의의 조합으로써 전체적으로 또는 부분적으로 균등하게 집적 회로에 의해서 구현될 수도 있다. 더하여, 당업자라면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치의 매커니즘들이 다양한 형태의 프로그램 제품에 의해 동작될 수 있음을 이해할 것이다.
특정 예시적 기법이 다양한 방법 및 시스템을 이용하여 여기에서 기술되고 도시되었으나, 당업자라면, 청구된 대상에서 벗어남이 없이, 다양한 기타의 수정 또는 등가물로의 치환 가능성을 이해할 수 있다. 추가적으로, 여기에 기술된 중심 개념으로부터 벗어남이 없이 특정 상황을 청구된 대상의 교시로 적응시키도록 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 청구된 대상이 개시된 특정 예시로 제한되지 않으나, 그러한 청구된 대상은 또한 첨부된 청구범위 및 그 균등의 범위 내에 들어가는 모든 구현예를 포함할 수 있음이 의도된다.
본 개시 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 개시 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 나아가, 본 개시 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약," "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 개시의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 파우치형의 이차전지 셀의 테라스를 180도 폴딩하기 위한 폴딩 장치에 있어서,
    폴딩 장치는,
    상기 테라스의 일부가 안착되는 베이스면을 포함하는 하부 고정턱;
    상기 하부 고정턱의 베이스 면과 마주보는 가압면 및 상기 가압면의 반대방향에 형성되고 상기 가압면에 대하여 일정 각도로 기울어진 상부 경사면을 포함하는 상부 이동턱; 및
    롤러를 포함하고, 상기 롤러가 상기 상부 경사면을 따라 이동하도록 구성된 이동 롤러부를 포함하고,
    상기 상부 이동턱은 상기 가압면과 상기 베이스면 사이에 상기 테라스의 일부가 개재되어 고정되도록 하강 이동하고, 상기 이동 롤러부는, 상기 테라스의 나머지 일부가 상기 상부 경사면에 밀착되도록 상기 롤러가 상기 테라스의 나머지 일부를 밀면서 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동함으로써 상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 폴딩되도록 구성되고,
    상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 폴딩된 다음, 상기 이동 롤러부는 후퇴 이동하고, 상기 상부 이동턱은 상승 이동하여, 상기 테라스의 상기 베이스면에 대한 고정을 해제하고,
    상기 상부 이동턱은 하강 이동하여, 상기 일정 각도만큼 폴딩된 상기 테라스의 상기 나머지 일부를 상기 베이스면을 향하여 가압함으로써, 상기 테라스가 180도 폴딩되도록 구성된,
    폴딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 고정턱은 상기 일정 각도로 기울어진 하부 경사면을 더 포함하고,
    상기 이동 롤러부는 상기 테라스의 나머지 일부가 상기 상부 경사면에 가압되도록 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동하기 전에, 상기 하부 경사면을 따라 전진 이동하도록 더 구성된,
    폴딩 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동 롤러부는 상기 롤러가 상기 테라스의 나머지 일부를 밀면서 상기 상부 경사면을 따라 전진 이동할 때, 상기 롤러는 상기 테라스의 나머지 일부와의 마찰력에 의해 회전하도록 구성된,
    폴딩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동 롤러부는 적어도 하나 이상의 보조 롤러를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나 이상의 보조 롤러는 상기 롤러가 상기 테라스의 나머지 일부를 미는 힘의 반대 방향에서 상기 롤러와 접하여 배치되는,
    폴딩 장치.
  6. 제1항이 있어서,
    상기 테라스가 상기 일정 각도만큼 폴딩된 다음, 상기 이동 롤러부는 후퇴 이동하고, 상기 상부 이동턱은 상승 이동하여, 상기 테라스의 상기 베이스면에 대한 고정을 해제하고,
    상기 이동 롤러부가 상기 베이스면을 따라 상기 일정 각도만큼 폴딩된 상기 테라스의 상기 나머지 일부를 밀면서 전진 이동함으로써, 상기 테라스가 180도 폴딩되도록 구성된,
    폴딩 장치.
  7. 파우치형의 이차전지 셀을 배터리 팩에 실장하기 위해 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 있어서,
    제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따르는 180도 폴딩을 위한 폴딩 장치,
    90도 폴딩을 위한 다른 폴딩 장치, 및
    상기 폴딩 장치로부터 상기 다른 폴딩 장치로 상기 이차전지 셀을 이송하기 위한 벨트 컨베이어 장치를 포함하는
    폴딩 설비.
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