KR102187277B1

KR102187277B1 - 배터리 팩 조립 장치

Info

Publication number: KR102187277B1
Application number: KR1020190046963A
Authority: KR
Inventors: 신동진
Original assignee: (주)휴민텍
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-12-04
Also published as: KR20200123706A

Abstract

본 발명은 배터리 팩 조립 장치에 관한 것으로, 제1트랜스퍼; 제1트랜스퍼의 일측에 배치되는 제2트랜스퍼; 제1트랜스퍼의 타측에 배치되는 제3트랜스퍼; 제2트랜스퍼에 연결되어 제2트랜스퍼에 의해 이송되며 스택되는 배터리 셀을 지지하는 절연성 받침블럭; 절연성 받침블럭의 일측에 배치되어 배터리 셀이 절연성 받칭블럭에 스택되도록 가이드하는 셀 가이드; 셀 가이드의 일측에 배치되어 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀을 가압하는 프레스; 프레스의 하부에 배치되어 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀에 버스바를 삽입하는 버스바 푸셔; 제1트랜스퍼에 연결되어 제1트랜스퍼에 의해 셀 가이드와 버스바 푸셔로 이송되며 절연성 받침블럭에 배터리 셀을 스택하는 스택커; 및 제3트랜스퍼에 연결되어 제2트랜스퍼에 의해 버스바 푸셔로 이송되며 버스바가 조립된 다수개의 배터리 셀을 파지하여 회전시키는 로테이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 조립 장치{Apparatus for assembling battery pack}

본 발명은 배터리 팩 조립 장치에 관한 것으로, 특히 다수개의 배터리 셀에 버스바를 자동으로 조립함으로써 버스바 조립 작업의 생산성을 개선시킬 수 있는 배터리 팩 조립 장치에 관한 것이다.

배터리 팩(battery pack)은 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용된다. 배터리 팩은 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되기 위해 고출력 및 고용량을 필요로 하기 때문에 다수개의 배터리 셀(battery cell)을 직렬이나 병렬로 연결된 상태로 사용되며 다수개의 배터리 셀은 이차 배터리 셀이 사용된다. 즉, 배터리 팩은 고출력을 다수개의 배터리 셀이 직렬로 연결되거나 고용량을 위해 다수개의 배터리 셀이 서로 병렬로 연결되며, 고용량과 고출력을 위해 다수개의 배터리 셀이 서로 직렬과 병렬로 연결되어 사용된다. 배터리 팩은 다수개의 배터리 셀을 직렬이나 병렬로 연결된 상태를 나타내며, 배터리 팩을 조립하기 위한 관련 기술이 한국등록특허공보 제10-1772414호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.

한국등록특허공보 제10-1772414호는 안전성이 향상된 배터리 팩에 관한 것으로, 셀 어셈블리, 제1 플레이트 유닛 및 제1 전류 차단 부재를 포함하여 구성된다. 셀 어셈블리는 제1 배터리 유닛 및 제1 배터리 유닛과 전기적으로 연결된 제2 배터리 유닛을 포함한다. 제1 플레이트 유닛은 제1 플레이트 및 제1 플레이트와 이격되어 제1 플레이트와 대면하도록 배치된 제1 페어 플레이트로 구성되고, 셀 어셈블리의 적어도 일부를 커버한다. 제1 전류 차단 부재는 제1 플레이트와 제1 페어 플레이트가 상호 전기적으로 연결되면 전류를 차단한다.

한국등록특허공보 제10-1772414호와 같은 종래의 배터리 팩은 다수개의 배터리 유닛 즉, 다수개의 배터리 셀을 직렬이나 병렬 연결시 버스바(bus bar)가 사용되며, 버스바를 다수개의 배터리 셀에 조립 시 수작업으로 진행하는 경우에 버스바 조립 작업의 생산성을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

): 한국등록특허공보 제10-1772414호

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수개의 배터리 셀에 버스바를 자동으로 조립함으로써 버스바 조립 작업의 생산성을 개선시킬 수 있는 배터리 팩 조립 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 배터리 팩 조립 장치는 제1트랜스퍼(transfer); 상기 제1트랜스퍼의 일측에 배치되는 제2트랜스퍼; 상기 제1트랜스퍼의 타측에 배치되는 제3트랜스퍼; 상기 제2트랜스퍼에 연결되어 제2트랜스퍼에 의해 이송되며 스택되는 배터리 셀을 지지하는 절연성 받침블럭; 상기 절연성 받침블럭의 일측에 배치되어 배터리 셀이 절연성 받칭블럭에 스택되도록 가이드하는 셀 가이드(cell guide); 상기 셀 가이드의 일측에 배치되어 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀을 가압하는 프레스(press); 상기 프레스의 하부에 배치되어 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀에 버스바를 삽입하는 버스바 푸셔(busbar pusher); 상기 제1트랜스퍼에 연결되어 상기 제1트랜스퍼에 의해 상기 셀 가이드와 상기 버스바 푸셔로 이송되며 상기 절연성 받침블럭에 배터리 셀을 스택하는 스택커(stacker); 및 상기 제3트랜스퍼에 연결되어 상기 제2트랜스퍼에 의해 상기 버스바 푸셔로 이송되며 버스바가 조립된 다수개의 배터리 셀을 파지하여 회전시키는 로테이터(rotator);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 배터리 팩 조립 장치는 다수개의 배터리 셀에 버스바를 자동으로 조립함으로써 버스바 조립 작업의 생산성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 배터리 팩 조립 장치의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩 조립 장치를 다른 방향에서 바라본 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 제1 내지 제3트랜스퍼의 확대 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 절연성 받침블럭, 셀 가이드 및 스택커를 다른 방향에서 바라본 확대 사시도,
도 5는 도 1에 도시된 프레스를 다른 방향에서 바라본 사시도,
도 6 및 도 7은 각각 도 1에 도시된 버스바 푸셔를 다른 방향에서 바라본 사시도,
도 8는 도 1에 도시된 로테이터를 다른 방향에서 바라본 확대 사시도,
도 9은 도 8에 도시된 로테이터의 측면도,
도 10는 도 1에 도시된 배터리 셀의 평면도,
도 11는 도 10에 도시된 배터리 셀의 스택된 상태를 나타낸 사시도,
도 12은 도 11에 도시된 스택된 배터리 셀에 버스바가 가조립된 상태를 나타낸 사시도.

이하, 본 발명의 배터리 팩 조립 장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에서와 같이 본 발명의 배터리 팩 조립 장치는 제1트랜스퍼(transfer)(110), 제2트랜스퍼(120), 제3트랜스퍼(130), 절연성 받침블럭(140), 셀 가이드(cell guide)(150), 프레스(press)(160), 버스바 푸셔(busbar pusher)(170), 스택커(stacker)(180) 및 로테이터(rotator)(190)를 포함하여 구성된다.

제1트랜스퍼(110)는 제2트랜스퍼(120)의 타측에 배치되고, 제2트랜스퍼(120)는 제1트랜스퍼(110)의 일측에 배치되며, 제3트랜스퍼(130)는 제1트랜스퍼(110)의 타측에 배치된다. 절연성 받침블럭(140)은 제2트랜스퍼(120)에 연결되어 제2트랜스퍼(120)에 의해 이송되며 스택되는 배터리 셀(10)을 지지한다. 셀 가이드(150)는 절연성 받침블럭(140)의 일측에 배치되어 배터리 셀(10)이 절연성 받칭블럭에 스택되도록 가이드하고, 프레스(160)는 셀 가이드(150)의 일측에 배치되어 절연성 받침블럭(140)에 스택된 배터리 셀(10)을 가압하며, 버스바 푸셔(170)는 프레스(160)의 하부에 배치되어 절연성 받침블럭(140)에 스택된 배터리 셀(10)에 버스바를 삽입한다. 스택커(180)는 제1트랜스퍼(110)에 연결되어 제1트랜스퍼(110)에 의해 셀 가이드(150)와 버스바 푸셔(170)로 이송되며 절연성 받침블럭(140)에 배터리 셀(10)을 스택한다. 로테이터(190)는 제3트랜스퍼(130)에 연결되어 제2트랜스퍼(120)에 의해 버스바 푸셔(170)로 이송되며 버스바가 조립된 다수개의 배터리 셀(10)을 파지하여 회전시킨다.

본 발명의 배터리 팩 조립 장치의 전술한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1트랜스퍼(110)와 제2트랜스퍼(120)와 제3트랜스퍼(130)는 각각 도 1 내지 도 3에서와 같이 폭방향으로 서로 이격되어 배치되고, 각각은 길이방향으로 서로 부분적으로 겹치게 배치된다. 예를 들어, 제1트랜스퍼(110)와 제2트랜스퍼(120)와 제3트랜스퍼(130)는 각각 제1방향(Y)으로 서로 이격되어 배치되며, 제1트랜스퍼(110)와 제2트랜스퍼(120)는 각각 제2방향(X)으로 서로 겹치게 배치되어 절연성 받침블럭(140)과 스택커(180)를 각각 셀 가이드(150)와 프레스(160)로 이송시키며, 제1트랜스퍼(110)와 제3트랜스퍼(130)는 제2방향(X)으로 서로 부분적으로 겹치게 배치되어 제3트랜스퍼(130)가 로테이터(190)를 프레스(160)의 타측으로 이송시키거나 프레스(160)의 타측에서 벗어나게 이송시킨다.

제1트랜스퍼(110)는 도 2 및 도 3에서와 같이 스택커(180)와 연결되어 스택커(180)를 이송시키며, 제1LM 레일(linear motion rail)(111)과 제1직선이송기구(112)를 포함하여 구성된다. 제1LM 레일(111)은 제3트랜스퍼(130)의 타측에 배치되어 스택커(180)의 이송을 가이드한다. 제1직선이송기구(112)는 제1LM 레일(111)과 이격되게 제3트랜스퍼(130)의 일측에 배치되어 제1LM 레일을 따라 스택커(180)를 이송시키며, 볼스류 직선이송기구나 리니어 모션 직선이송기구가 사용된다.

제2트랜스퍼(120)는 도 2 및 도 3에서와 같이 절연성 받침블럭(140)과 연결되어 절연성 받침블럭(140)을 이송시키며, 한 쌍의 제2LM 레일(121)과 제2직선이송기구(122)를 포함하여 구성된다. 한 쌍의 제2LM 레일(121)은 각각 제1트랜스퍼(110)의 일측에 서로 이격되어 배치되어 절연성 받침블럭(140)의 이송을 가이드한다. 제2직선이송기구(122)는 제1직선이송기구(112)와 한 쌍의 제2LM 레일(121) 사이에 배치되어 한 쌍의 제2LM 레일(121)을 따라 절연성 받침블럭(140)을 이송시키며, 볼스류 직선이송기구나 리니어 모션 직선이송기구가 사용된다.

제3트랜스퍼(130)는 도 2 및 도 3에서와 같이 로테이터(190)와 연결되어 로테이터(190)를 이송시키며, 제3LM 레일(131)과 제3직선이송기구(132)를 포함하여 구성된다. 제3LM 레일(131)은 제1트랜스퍼(110)와 제2트랜스퍼(120) 사이에 배치되어 로테이터(190)의 이송을 가이드한다. 제3직선이송기구(132)는 제1LM 레일(111)과 제1직선이송기구(112) 사이에 배치되어 제1LM 레일(111)과 제3LM 레일을 따라 로테이터(190)를 이송시키며, 볼스류 직선이송기구나 리니어 모션 직선이송기구가 사용된다.

절연성 받침블럭(140)은 도 2 내지 도 4에서와 같이 베이스 플레이트(base plate)(141), 한 쌍의 푸시 실린더(142,143), 둘 이상의 지지 플레이트(144) 및 절연성 플레이트(145)를 포함하여 구성된다.

베이스 플레이트(141)는 제2트랜스퍼(120)에 연결되어 제1트랜스퍼(110)에 의해 셀 가이드(150)에서 버스바 푸셔(170)로 이송되거나 제2트랜스퍼(120)에 의해 버스바 푸셔(170)에서 셀 가이드(150)로 이송된다. 즉, 베이스 플레이트(141)는 절연성 받침블럭(140)이 스택커(180)와 연동되는 경우에 제2트랜스퍼(120)의 제2직선이송기구(122)에 연결되어 제1트랜스퍼(110)의 제1직선이송기구(112)에 의해 한 쌍의 제2LM 레일(121)에 의해 가이드되어 셀 가이드(150)에서 버스바 푸셔(170)로 이송되거나 제2트랜스퍼(120)에 의해 버스바 푸셔(170)에서 셀 가이드(150)로 이송된다. 한 쌍의 푸시 실린더(142,143)는 베이스 플레이트(141)의 상부의 일측과 타측에 각각 배치되어 일측에 연결된 푸시블럭(142a,143a)을 각각 승하강시키며, 둘 이상의 지지 플레이트(144)는 각각 한 쌍의 푸시 실린더(142,143)의 내측에 위치되게 베이스 플레이트(141)의 상부에 일정한 간격으로 이격되어 배치된다. 절연성 플레이트(145)는 둘 이상의 지지 플레이트(144)의 상부에 각각 배치되어 스택되는 배터리 셀(10)을 지지하고, 도 4에서와 같이 둘로 분할되어 구성될 있으며, 재질은 고무나 플라스틱이 사용된다.

셀 가이드(150)는 도 1 내지 도 4에서와 같이 베이스 플레이트(151), 이송 플레이트(152), 수직 프레임(153), 수평 플레이트(154), 한 쌍의 수직 가이드봉(155,156) 및 실린더(157)를 포함하여 구성된다.

베이스 플레이트(151)는 절연성 받침블럭(140)의 일측에 배치되며, 이송 플레이트(152)는 베이스 플레이트(151)의 상부에 서로 이격되는 한 쌍의 LM 레일(152a)을 개재하여 배치된다. 수직 프레임(153)은 이송 플레이트(152)의 상부의 일측에 배치되며, 수평 플레이트(154)는 수직 프레임(153)의 일측에 배치된다. 한 쌍의 수직 가이드봉(155,156)은 각각 수평 플레이트(154)의 일측과 타측에 각각 한 쌍의 보조 플레이트(155a,156a)를 개재하여 배치된다. 예를 들어, 수직 가이드봉(155)은 수평 플레이트(154)의 일측에 제3방향(Z)으로 이격되게 배치된 한 쌍의 보조 플레이트(155a)를 개재하여 배치되며, 수직 가이드봉(156)은 수평 플레이트(154)의 타측에 제3방향(Z)으로 이격되게 배치된 한 쌍의 보조 플레이트(156a)를 개재하여 배치된다. 실린더(157)는 베이스 플레이트(151)와 이송 플레이트(152) 사이에 배치되며 이송 플레이트(152)를 한 쌍의 LM 레일(152a)을 따라 수평방향으로 이송시켜 한 쌍의 수직 가이드봉(155,156)에 의해 배터리 셀(10)이 가이드되어 절연성 받침블럭(140)에 스택되도록 한다. 즉, 실린더(157)는 공지된 공압 실린더 이송기구가 적용되어 이송 플레이트(152)를 한 쌍의 LM 레일(152a)을 따라 수평방향 즉, 제1방향(Y)으로 이송시킴에 의해 한 쌍의 수직 가이드봉(155,156)에 의해 배터리 셀(10)이 절연성 받침블럭(140)에 스택되도록 가이드한다.

프레스(160)는 도 1 및 도 5에서와 같이 한 쌍의 수직 프레임(161), 수평 프레임(162), 수평 플레이트(163), 다수개의 실린더(164) 및 절연성 프레스 블럭(165)을 포함하여 구성된다.

한 쌍의 수직 프레임(161)은 각각 셀 가이드(150)의 일측에에 서로 이격되어 배치되며, 수평 프레임(162)은 한 쌍의 수직 프레임(161)의 상부에 배치된다. 수평 플레이트(163)는 수평 프레임(162)의 타측에 배치된다. 수평 플레이트(163)는 한 쌍의 LM 레일(163a)을 개재하여 수평 프레임(162)에 배치되고, 수평 플레이트(163)와 수평 프레임(162)에 각각 연결된 보조 실린더(163b)에 의해 제1방향(Y)으로 이송되어 절연성 프레스 블럭(165)이 절연성 받침블럭(140)에 스택된 다수개의 배터리 셀(10)을 가압할 수 있도록 정렬시킨다. 다수개의 실린더(164)는 각각 수평 플레이트(163)에 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된다. 즉, 다수개의 실린더(164)는 각각 수평 플레이트(163)에 보조 연결 플레이트(164a)를 개재하여 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된다. 절연성 프레스 블럭(165)은 각각 다수개의 실린더(164)와 연결 플레이트(165a)를 개재하여 연결되어 절연성 받침블럭(140)에 스택된 다수개의 배터리 셀(10)을 가압한다. 여기서, 절연성 프레스 블럭(165)은 다수개의 실린더(164)의 개수와 대응되게 다수개가 구비되며, 각각은 실린더(164)에 의해 수직인 제3방향(Z)으로 승하강되어 절연성 받침블럭(140)에 스택된 다수개의 배터리 셀(10)을 가압하고, 절연성 프레스 블럭(165)의 재질은 고무나 플라스틱이 사용되며, 실린더(164)와 보조 실린더(163b)는 각각 공지된 공압 실린더 이송기구가 적용된다. 프레스(160)는 또한 배터리 셀(10)을 감지하기 위한 감지센서(166)가 구비되며, 감지센서(166)는 다수개의 실린더(164) 사이에 배치되며, 공지된 비젼센서나 광센서가 사용된다.

버스바 푸셔(170)는 도 1, 도 6 및 도 7에 각각 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(171), 한 쌍의 제1이송 플레이트(172,172a), 제2이송 플레이트(173), 회전 프레임(174), 한 쌍의 수직 블럭(175,175a), 픽업 플레이트(176), 한 쌍의 픽커(177,177a), 한 쌍의 제1실린더 이송기구(178,178a) 및 한 쌍의 제2실린더 이송기구(179,179a)를 포함하여 구성된다.

베이스 플레이트(171)는 프레스(160)의 하부에 배치된다. 즉, 베이스 플레이트(171)는 프레스(160)의 한 쌍의 수직 프레임(161)의 내측에 위치되게 배치된다. 한 쌍의 제1이송 플레이트(172,172a)는 베이스 플레이트(171)의 상부에 서로 이격되어 배치되며 각각 LM 레일(171a)을 개재하여 배치된다. 제2이송 플레이트(173)는 한 쌍의 제1이송 플레이트(172,172a)의 일측게 배치되고, 회전 프레임(174)은 제2이송 플레이트(173)의 상부에 배치되며 일측과 타측에 각각 가이드 블럭(174a)이 연결되는 가이드홈(174b)이 형성된다.

한 쌍의 수직 블럭(175,175a)은 각각 제2이송 플레이트(173)의 일측과 타측에 각각 배치되며 회전 프레임(174)이 내측에 위치되게 회전 프레임(174)과 베어링(175b)을 개재하여 각각 연결된다. 픽업 플레이트(176)는 회전 프레임(174)의 일측에 다수개의 연결봉(176a)을 개재하여 배치된다. 한 쌍의 픽커(177,177a)은 픽업 플레이트(176)의 일측과 타측에 각각 베어링(177b)을 개재하여 배치되며 각각 버스바(20)를 진공흡착하는 다수개의 진공패드(177c)가 이격되어 배치된다.

한 쌍의 제1실린더 이송기구(178,178a)는 각각 회전 프레임(174)의 가이드 블럭(174a)과 제1이송 플레이트(172,172a)에 각각 연결되어 가이드 블럭(174a)을 밀거나 당겨 회전 프레임(174)이 베어링(175a)을 기준으로 회동되도록 한다. 이러한 한 쌍의 제1실린더 이송기구(178,178a)는 각각 연결블럭(201)과 실린더(202)를 포함하여 구성된다. 연결블럭(201)은 제1이송 플레이트(172,172a)에 각각 연결되며 내측에 베어링(201a)이 개재된다. 실린더(202)는 일측이 연결블럭(201)과 연결되어가이드 블럭(174a)을 밀거나 당겨 회전 프레임(174)이 베어링(175b)을 기준으로 회동되도록 한다.

한 쌍의 제2실린더 이송기구(179,179a)는 각각 한 쌍의 픽커(177,177a)와 픽업 플레이트(176)에 각각 배치되어 한 쌍의 픽커(177,177a)를 각각 베어링(177b)을 기준으로 회동시켜 절연성 받침블럭(140)에 스택된 배터리 셀(10)에 버스바(20)를 삽입한다. 이러한 한 쌍의 제2실린더 이송기구(179,179a)는 서로 동일하게 구성되며, 각각 제1연결블럭(211), 제2연결블럭(212), 제3연결블럭(213), 제4연결블럭(214) 및 실린더(215)를 포함하여 구성된다. 제1연결블럭(211)은 픽커(177,177a)에 연결되며, 제2연결블럭(212)은 제1연결블럭(211)과 베어링(212a)을 개재하여 일측이 연결된다. 제3연결블럭(213)은 제2연결블럭(212)과 베어링(213a)을 개재하여 일측이 연결되며, 제4연결블럭(214)은 제3연결블럭(213)의 타측에 베어링(214a)을 개재하여 연결된다. 실린더(215)는 제4연결블럭(214)과 연결되며 제2이송 플레이트(173)의 상부에 배치되어 제4연결블럭(214)을 이송시킴에 의해 제3연결블럭(213), 제2연결블럭(212) 및 제1연결블럭(211)이 각각 베어링(212a,213a,214a)을 기준으로 회동되어 픽커(177,177a)가 회동되도록 한다.

스택커(180)는 도 1, 도 2, 도 3, 도 8 및 도 9에서와 같이 이송 플레이트(181), 연결블럭(182) 및 한 쌍의 스택부(183,184)를 포함하여 구성된다.

이송 플레이트(181)는 제1트랜스퍼(110)와 연결되어 제1트랜스퍼(110)에 의해 이송되며, 연결블럭(182)은 이송 플레이트(181)의 일측에 연결되어 절연성 받침블럭(140)과 접하여 이송 플레이트(181)의 이송 시 절연성 받침블럭(140)이 연동되어 이송되도록 한다. 즉, 연결블럭(182)은 스택커(180)와 절연성 받침블럭(140)이 동시에 프레스(160)로 이송 시 이송 플레이트(181)의 이송과 연동되게 절연성 받침블럭(140)을 밀어 프레스(160)로 이송시킨다. 여기서, 절연성 받침블럭(140)은 셀 가이드(150)로 이송 시 제2트랜스퍼(120)에 의해 이송된다.

한 쌍의 스택부(183,184)는 서로 동일하게 구성되며, 각각은 이송 플레이트(181)의 일측과 타측에 서로 이격되게 배치되어 절연성 받침블럭(140)에 배터리 셀(10)을 스택하며, 수직 프레임(220), 다수개의 제1절연블럭(230), 다수개의 제2절연블럭(231), 하부 지지블럭(240) 및 직선이송기구(241)를 포함하여 구성된다. 수직 프레임(220)은 이송 플레이트(181)의 상부의 일측이나 타측에 위치되게 각각 한 쌍의 LM 레일(221)를 개재하여 연결되어 이송 플레이트(181)의 상부에 배치된 실린더(222)에 의해 이송된다. 다수개의 제1절연블럭(230)은 각각 수직 프레임(220)의 내측에 제1가이드봉(232)을 개재하여 배치되어 배터리 셀(10)의 일측이나 타측의 하부를 지지하며, 다수개의 제2절연블럭(231)은 각각 수직 프레임(220)의 내측에 제1절연블럭(230) 사이에 각각 위치되게 제2가이드봉(233)을 개지하여 배치되어 배터리 셀(10)의 일측이나 타측의 상부를 지지한다. 하부 지지블럭(240)은 수직 프레임(220)의 일측에 배치되어 제1절연블럭(230)과 제2절연블럭(231)의 하부를 지지하며, 직선이송기구(241)는 수직 프레임(220)의 일측에 배치되어 하부 지지블럭(240)을 승하강시킴에 의해 다수개의 제1절연블럭(230)이나 다수개의 제2절연블럭(231)을 승하강시킨다. 이러한 한 쌍의 스택부(183,184)는 제1 실린더(242), 제1지지봉(243), 제2실린더(245) 및 제2지지봉(246)이 각각 구비되며, 제1 실린더(242)는 수직 프레임(220)의 일측에 배치되어 제1지지봉(243)을 전후진시켜 제1절연블럭(230)이나 제2절연블럭(231)을 지지하거나 해제하며, 제2실린더(245)는 수직 프레임(220)의 타측에 배치되어 제2지지봉(246)을 전후진시켜 제1절연블럭(230)이나 제2절연블럭(231)을 지지하거나 해제하여 제1절연블럭(230)이나 제2절연블럭(231)에 의해 배터리 셀(10)의 리드(11,12)를 지지하게 된다.

로테이터(190)는 도 1, 도 2, 도 8 및 도 9에서와 같이 베이스 플레이트(191), 이송 플레이트(192), 한 쌍의 지지블럭(192a), 회전봉(192b), 회동 플레이트(192c), 승하강 플레이트(193), 지지 플레이트(193a), 한 쌍의 제1클램프(194,194a), 한 쌍의 제2클램프(195,195a), 제1실린더(196), 회전모터(197), 제2실린더(198), 한 쌍의 제3실린더(198a) 및 제4실린더(198b)를 포함하여 구성된다.

베이스 플레이트(191)는 제3트랜스퍼(130)에 연결되어 제3트랜스퍼(130)에 의해 이송된다. 즉, 베이스 플레이트(191)는 제3트랜스퍼(130)에 연결되어 제3트랜스퍼(130)에 의해 프레스(160)의 제1방향(Y)의 일측으로 이송되거나 프레스(160)의 제2방향(X)의 일측으로 이송된다. 이송 플레이트(191a)는 베이스 플레이트(191)의 상부에 서로 이격되는 한 쌍의 LM 레일(251)을 개재하여 배치되며, 제1실린더(196)는 베이스 플레이트(191)의 상부에 배치되며 이송 플레이트(191a)의 하부와 연결되어 이송 플레이트(191a)를 수평방향 즉, 제1방향(Y)으로 이송시켜 로테이터(190)를 프레스(160)에 위치된 절연성 받침블럭(140)에 위치된 버스바(20)가 조립된 다수개의 배터리 셀(10) 즉, 배터리 팩을 파지할 수 있도록 한다.

한 쌍의 지지블럭(192a)은 각각 이송 플레이트(191a)의 상부에 서로 이격되며 각각 베어링(252)이 삽입되어 연결되며, 회전봉(192b)은 한 쌍의 지지 블럭(192a)에 연결된 베어링(252)에 삽입되어 연결된다. 회전모터(197)는 회전봉(192b)의 일측에 연결되어 회전봉(192b)을 회동시키며, 회동 플레이트(192c)는 회전봉(192b)에 삽입되어 회전봉(192b)에 연동되어 회동된다. 즉, 회동 플레이트(192c)는 회전모터(197)에 의해 회전되는 회전봉(192b)에 연동되어 수직방향 즉, 제3방향(Z)으로 세워지게 회동된다. 승하강 플레이트(193)는 회동 플레이트(192c)의 상부에 배치되며, 지지 플레이트(193a)는 승하강 플레이트(193)의 상부에 서로 이격되는 다수개의 연결봉(253)으로 연결된다. 한 쌍의 제1클램프(194,194a)는 각각 지지 플레이트(192a)의 길이방향 즉, 제2방향(X)의 일측과 타측에 각각 위치되게 승하강 플레이트(193)의 상부에 배치되며 각각에 절연성 블럭(254)이 배치된다. 한 쌍의 제2클램프(195,195a)는 각각 지지 플레이트(192a)의 폭방향 즉, 제1방향(Y)의 일측과 타측에 각각 위치되게 승하강 플레이트(193)의 상부에 배치되며 각각에 절연성 블럭(255)이 배치된다.

제2실린더(198)는 회동 플레이트(192c)와 승하강 플레이트(193) 사이에 배치되어 승하강 플레이트(193)가 수직방향으로 세워지면 승하강 플레이트(193)를 수직방향으로 승하강시켜 한 쌍의 제1클램프(194,194a)와 한 쌍의 제2클램프(195,195a)가 각각 배터리 팩을 파지할 수 있도록 한다. 여기서, 승하강 플레이트(193)는 제2실린더(198)에 의해 승하강되기 위해 LM 레일(256)을 개재하여 회동 플레이트(192c)에 연결된다.

한 쌍의 제3실린더(198a)는 각각 회동 플레이트(192c)의 길이방향의 일측과 타측에 각각 배치되어 한 쌍의 제1클램프(194,194a)가 각각 다수개의 배터리 셀(10)의 길이방향의 일측과 타측을 파지하도록 한 쌍의 제1클램프(194,194a)를 각각 이송시키며, 제4실린더(198b)는 회동 플레이트(192c)의 폭방향의 일측과 타측 중 하나에 배치되며, 한 쌍의 제2클램프(195,195a)가 다수개의 배터리 셀(10)의 폭방향의 일측과 타측을 파지하도록 한 쌍의 제2클램프(195,195a) 중 하나를 이송시켜 한 쌍의 제1클램프(194,194a)와 한 쌍의 제2클램프(195,195a)가 다수개의 배터리 셀(10)를 파지할 수 있도록 한다. 즉, 한 쌍의 제3실린더(198a)와 제4실린더(198b)에 의해 이송되는 한 쌍의 제1클램프(194,194a)와 한 쌍의 제2클램프(195,195a)는 각각 다수개의 배터리 셀(10)이 버스바(20)가 조립되어 배터리 팩으로 조립되면 배터리 팩을 이송하기 위해 파지한다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 배터리 팩 조립 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 배터리 팩 조립 장치는 다수개의 배터리 셀(10)의 리드(11,12)를 버스바(20)를 끼워 하나의 배터리 팩으로 조립하기 위해 다수개의 배터리 셀(10)을 스택커(180)를 이용해 절연성 받침블럭(140)의 상부에 순차적으로 수납한다. 즉, 스택커(180)와 절연성 받침블럭(140)은 각각 제1트랜스퍼(110)와 제2트랜스퍼(120)에 의해 도 1에서와 같이 위치하여 다수개의 배터리 셀(10)를 순차적으로 스택하게 된다. 도 1은 절연성 받침블럭(140), 셀 가이드(150) 및 스택커(180)가 각각 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되어 위치된 상태이며, 이 상태에서 배터리 셀(10)이 제3방향(Z) 즉, 수직방향에서 하강할 때, 절연성 받침블럭(140), 셀 가이드(150) 및 스택커(180)가 배터리 셀(10)의 수납을 위해 동작하게 된다. 예를 들어, 절연성 받침블럭(140)은 제2트랜스퍼(120)에 의해 스택커(180)와 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되게 위치되어 한 쌍의 푸시 실린더(142,143)에 의해 푸시블럭(142a,143a)이 승강되도록 하며, 셀 가이드(150)는 고정 배치되며, 배터리 셀(10)을 스택 시 절연성 받침블럭(140)과 스택커(180)는 각각 도 1에서와 같이 셀 가이드(150)을 기준으로 셀 가이드(150)와 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되어 위치된다. 이러한 정렬 기준이 되는 셀 가이드(150)는 배터리 셀(10)의 스택이 시작되면 이송 플레이트(152)를 한 쌍의 LM 레일(152a)을 따라 수평방향으로 이송시켜 한 쌍의 수직 가이드봉(155,156)에 의해 배터리 셀(10)의 제1방향(Y)의 일측을 가이드하도록 하며, 배터리 셀(10)의 스택이 완료되면 한 쌍의 수직 가이드봉(155,156)을 절연성 받침블럭(140)에 수납된 배터리 셀(10)과 멀어지는 방향으로 이송시킨다.

절연성 받침블럭(140)에 수납된 배터리 셀(10)은 스택커(180)에 의해 절연성 받침블럭(140)의 상부에 순차적으로 스택되는 다수개의 배터리 셀(10)의 리드(11,12)를 버스바(20)를 끼워 하나의 배터리 팩으로 용이하게 조립할 수 있도록 스택된다. 이러한 스택커(180)는 다수개의 제1절연블럭(230)이 각각 수직 프레임(220)의 내측에 제1가이드봉(232)을 개재하여 배치되어 배터리 셀(10)의 일측이나 타측의 하부를 지지하며, 다수개의 제2절연블럭(231)이 각각 수직 프레임(220)의 내측에 제1절연블럭(230) 사이에 각각 위치되게 제2가이드봉(233)을 개지하여 배치되어 배터리 셀(10)의 일측이나 타측의 상부를 지지하도록 다수개의 배터리 셀(10)을 스택한다. 이러한 한 쌍의 스택부(183,184)에 의해 다수개의 배터리 셀(10)이 절연성 받침블럭(140)으로 수납하여 스택되면 절연성 받침블럭(140)과 스택커(180)는 제1트랜스퍼(110)와 제2트랜스퍼(120)에 의해 도 1에 도시된 프레스(160)와 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되게 이송된다.

스택커(180)는 절연성 받침블럭(140)이 프레스(160)와 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되게 이송되면 프레스(160)와 버스바 푸셔(170)에 의해 가압되고 버스바(20)가 배터리 셀(10)의 리드(11,12)에 끼워져 조립된다. 프레스(160)는 절연성 받침블럭(140)에 스택된 다수개의 배터리 셀(10)이 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되게 이송되면 다수개의 실린더(164)와 연결 플레이트(165a)를 개재하여 연결된 절연성 프레스 블럭(165)을 다수개의 실린더(164)로 수직방향으로 하강시켜 절연성 받침블럭(140)에 스택된 다수개의 배터리 셀(10)을 가압하여 프레스한다. 버스바 푸셔(170)는 한 쌍의 픽커(177,177a)에 구비되는 다수개의 진공패드(177c)로 버스바(20)를 진공흡착한 상태에서 한 쌍의 제2실린더 이송기구(179,179a)에 의해 한 쌍의 픽커(177,177a)를 각각 회동시켜 절연성 받침블럭(140)에 스택된 배터리 셀(10)에 버스바(20)를 삽입한다. 배터리 셀(10)에 버스바(20)가 삽입되면 도 2에서와 같이 셀 가이드(150)가 배치된 위치로 이송하게 되고, 로테이터(190)가 제3트랜스퍼(130)에 의해 도 2에서와 같이 프레스(150)와 제1방향(Y)으로 나란하게 정렬되게 위치된 절연성 받침블럭(140)의 위치로 이송된다. 로테이터(190)는 절연성 받침블럭(140)의 위치로 이송되면 회동 플레이트(192c)을 수직방향으로 세운 후 승하강 플레이트(193)을 승하강시켜 한 쌍의 제1클램프(194,194a)와 한 쌍의 제2클램프(195,195a)가 각각 버스바(20)가 조립된 다수개의 배터리 셀(10) 즉, 조립이 완료된 배터리 팩을 파지한다. 로테이터(190)는 한 쌍의 제1클램프(194,194a)와 한 쌍의 제2클램프(195,195a)에 조립이 완료된 배터리 팩이 파지되면 수직방향으로 세워진 회동 플레이트(192c)을 회동시켜 표면이 수평방향 즉, 제1방향(Y)이나 제2방향(X)과 평행이 되게 회동시킨 후 도 1에 도시된 위치로 이송되어 배터리 팩을 배출하게 된다.

스택커(180)는 다수개의 배터리 셀(10)을 스택 시 먼저 절연성 받침블럭(140)에 상부에 양면 테이프가 접착된 절연시트(13)를 수납한 후 다시 상부에 양면 테이프(10a)가 접착된 배터리 셀(10)을 스택한다. 배터리 셀(10)이 절연성 받침블럭(140)에 수납되면 다시 상부에 양면 테이프(10a)가 접착된 배터리 셀(10)을 스택하며 다수개의 배터리 셀(10)의 스택이 완료되면 도 11에서와 같이마지막으로 다시 상부양면 테이프가 접착된 절연시트(13)을 스택하여 배터리 셀(10)의 스택 작업을 완료한다. 스택 작업이 완료되면 다수개의 배터리 셀(10)에 버스바(20)를 조립하게 되며, 버스바(20)는 도 12에서와 같이 제1사각형 판부재(21)와 한 쌍의 제2사각형 판부재(22)를 포함하여 구성된다. 제1사각형 판부재(21)는 배터리 셀(10)의 타측으로 조립되며, 한 쌍의 제2사각형 판부재(22)는 각각 제1사각형 판부재(21)의 일측과 타측의 끝단에 각각 힌지(21a)로 연결되고, 각각 일정한 간격으로 배터리 셀(10)의 리드(11,12)가 삽입되는 다수개의 리드 삽입홀(22a)이 형성되며, 다수개의 리드 삽입홀(22a) 사이에 각각 리드(11,12)가 삽입되며, 리드(11,12)가 버스바(20)에 조립되면 다수개의 배터리 셀(10)의 하나의 배터리 팩으로 조립된다. 이상과 같이본 발명의 배터리 팩 조립 장치는 다수개의 배터리 셀에 버스바를 자동으로 조립함으로써 버스바 조립 작업의 생산성을 개선시킬 수 있게 된다.

본 발명의 배터리 팩 조립 장치는 배터리나 커패시터의 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.

10: 배터리 셀 20: 버스바
110: 제1트랜스퍼 120: 제2트랜스퍼
130: 제3트랜스퍼 140: 절연성 받침블럭
150: 셀 가이드 160: 프레스
170: 버스바 푸셔 180: 스택커
190: 로테이터

Claims

제1트랜스퍼(transfer);
상기 제1트랜스퍼의 일측에 배치되는 제2트랜스퍼;
상기 제1트랜스퍼의 타측에 배치되는 제3트랜스퍼;
상기 제2트랜스퍼에 연결되어 제2트랜스퍼에 의해 이송되며 스택되는 배터리 셀을 지지하는 절연성 받침블럭;
상기 절연성 받침블럭의 일측에 배치되어 배터리 셀이 절연성 받칭블럭에 스택되도록 가이드하는 셀 가이드(cell guide);
상기 셀 가이드의 일측에 배치되어 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀을 가압하는 프레스(press);
상기 프레스의 하부에 배치되어 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀에 버스바를 삽입하는 버스바 푸셔(busbar pusher);
상기 제1트랜스퍼에 연결되어 상기 제1트랜스퍼에 의해 상기 셀 가이드와 상기 버스바 푸셔로 이송되며 상기 절연성 받침블럭에 배터리 셀을 스택하는 스택커(stacker); 및
상기 제3트랜스퍼에 연결되어 상기 제2트랜스퍼에 의해 상기 버스바 푸셔로 이송되며 버스바가 조립된 다수개의 배터리 셀을 파지하여 회전시키도록 회전모터에 의해 회전되는 회동 플레이트를 갖는 로테이터(rotator)를 포함하고,
상기 셀 가이드는 상기 절연성 받침블럭의 일측에 배치되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 상부에 서로 이격되는 한 쌍의 LM 레일을 개재하여 배치되는 이송 플레이트; 상기 이송 플레이트의 상부의 일측에 배치되는 수직 프레임; 상기 수직 프레임의 일측에 배치되는 수평 플레이트; 상기 수평 플레이트의 일측과 타측에 각각 한 쌍의 보조 플레이트를 개재하여 배치되는 한 쌍의 수직 가이드봉; 및 상기 베이스 플레이트와 상기 이송 플레이트 사이에 배치되며 이송 플레이트를 한 쌍의 LM 레일을 따라 수평방향으로 이송시켜 상기 한 쌍의 수직 가이드봉에 의해 배터리 셀이 가이드되어 절연성 받침블럭에 스택되도록 하는 실린더;를 포함하며,
상기 프레스는 셀 가이드의 일측에 서로 이격되어 배치되는 한 쌍의 수직 프레임; 상기 한 쌍의 수직 프레임의 상부에 배치되는 수평 프레임; 상기 수평 프레임의 타측에 배치되는 수평 플레이트; 상기 수평 플레이트에 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 다수개의 실린더; 및 상기 다수개의 실린더와 각각 연결 플레이트를 개재하여 연결되어 절연성 받침블럭에 스택된 다수개의 배터리 셀을 가압하는 절연성 프레스 블럭;을 포함하는 배터리 팩 조립 장치.
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제1항에 있어서,
상기 로테이터는
상기 제3트랜스퍼에 연결되어 제3트랜스퍼에 의해 이송되는 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 상부에 서로 이격되는 한 쌍의 LM 레일에 배치되는 이송 플레이트;
상기 이송 플레이트의 상부에 서로 이격되며 각각 베어링이 연결된 한 쌍의 지지블럭;
상기 한 쌍의 지지 블럭에 연결된 베어링이 삽입되는 회전봉;
상기 회전봉에 삽입되어 회전봉에 연동되어 회동되는 회동 플레이트;
상기 회동 플레이트의 상부에 배치되는 승하강 플레이트;
상기 승하강 플레이트의 상부에 서로 이격되는 다수개의 연결봉으로 연결되는 지지 플레이트;
상기 지지 플레이트의 길이방향의 일측과 타측에 각각 위치되게 상기 승하강 플레이트의 상부에 배치되며 각각에 절연성 블럭이 배치되는 한 쌍의 제1클램프;
상기 지지 플레이트의 폭방향의 일측과 타측에 각각 위치되게 상기 승하강 플레이트의 상부에 배치되며 각각에 절연성 블럭이 배치되는 한 쌍의 제2클램프;
상기 베이스 플레이트의 상부에 배치되며 상기 이송 플레이트의 하부와 연결되어 이송 플레이트를 수평방향으로 이송시키는 제1실린더;
상기 회전봉의 일측에 연결되어 회전봉을 회동시킴에 의해 회동 플레이트를 수직방향으로 세워지게 회동시키는 회전모터;
상기 회동 플레이트와 상기 승하강 플레이트 사이에 배치되어 승하강 플레이트가 수직방향으로 세워지면 승하강 플레이트를 수직방향으로 승하강시키는 제2실린더;
상기 회동 플레이트의 길이방향의 일측과 타측에 각각 배치되어 한 쌍의 제1클램프가 각각 다수개의 배터리 셀의 길이방향의 일측과 타측을 파지하도록 이송시키는 한 쌍의 제3실린더; 및
상기 회동 플레이트의 폭방향의 일측과 타측 중 하나에 배치되며 한 쌍의 제2클램프가 다수개의 배터리 셀의 폭방향의 일측과 타측을 파지하도록 한 쌍의 제2클램프 중 하나를 이송시키는 제4실린더;를 포함하는 배터리 팩 조립 장치.
제1항에 있어서,
상기 절연성 받침블럭은 상기 제2트랜스퍼에 연결되어 상기 제1트랜스퍼에 의해 상기 셀 가이드에서 상기 버스바 푸셔로 이송되거나 제2트랜스퍼에 의해 상기 버스바 푸셔에서 상기 셀 가이드로 이송되는 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 상부의 일측과 타측에 각각 배치되어 일측에 연결된 푸시블럭을 승하강시키는 한 쌍의 푸시 실린더;
한 쌍의 푸시 실린더의 내측에 위치되게 상기 베이스 플레이트의 상부에 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 둘 이상의 지지 플레이트; 및
상기 둘 이상의 지지 플레이트의 상부에 각각 배치되어 배터리 셀을 지지하는 절연성 플레이트;를 포함하는 배터리 팩 조립 장치.
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제1항에 있어서,
상기 버스바 푸셔는 상기 프레스의 하부에 배치되는 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 상부에 서로 이격되어 배치되며 각각 LM 레일을 개재하여 배치되는 한 쌍의 제1이송 플레이트;
상기 한 쌍의 제1이송 플레이트의 일측게 배치되는 제2이송 플레이트;
상기 제2이송 플레이트의 상부에 배치되며 일측과 타측에 각각 가이드 블럭이 연결되는 가이드홈이 형성되는 회전 프레임;
상기 제2이송 플레이트의 일측과 타측에 각각 배치되며 상기 회전 프레임이 내측에 위치되게 회전 프레임과 베어링을 개재하여 각각 연결되는 한 쌍의 수직 블럭;
상기 회전 프레임의 일측에 다수개의 연결봉을 개재하여 배치되는 픽업 플레이트;
상기 픽업 플레이트의 일측과 타측에 각각 베어링을 개재하여 배치되며 각각 버스바를 진공흡착하는 다수개의 진공패드가 이격되어 배치되는 한 쌍의 픽커;
상기 회전 프레임의 가이드 블럭과 제1이송 플레이트에 각각 연결되어 가이드 블럭을 밀거나 당겨 회전 프레임이 베어링을 기준으로 회동되도록 하는 한 쌍의 제1실린더 이송기구; 및
상기 한 쌍의 픽커와 상기 픽업 플레이트에 각각 배치되어 한 쌍의 픽커를 각각 베어링을 기준으로 회동시켜 절연성 받침블럭에 스택된 배터리 셀에 버스바를 삽입하는 한 쌍의 제2실린더 이송기구;를 포함하는 배터리 팩 조립 장치.
제7항에 있어서,
상기 한 쌍의 제1실린더 이송기구는 각각 상기 제1이송 플레이트에 연결되며 내측에 베어링이 개재되는 연결블럭; 및
상기 연결블럭과 일측이 연결되어 가이드 블럭을 밀거나 당겨 회전 프레임이 베어링을 기준으로 회동되도록 하는 실린더;를 포함하는 배터리 팩 조립 장치.
제7항에 있어서,
상기 한 쌍의 제2실린더 이송기구는 상기 픽커에 연결되는 제1연결블럭;
상기 제1연결블럭과 베어링을 개재하여 일측이 연결되는 제2연결블럭;
상기 제2연결블럭과 베어링을 개재하여 일측이 연결되는 제3연결블럭;
상기 제3연결블럭의 타측에 베어링을 개재하여 연결되는 제4연결블럭; 및
상기 제4연결블럭과 연결되며 상기 제2이송 플레이트의 상부에 배치되어 제4연결블럭을 이송시킴에 의해 제3연결블럭, 제2연결블럭 및 제1연결블럭이 각각 베어링을 기준으로 회동되어 상기 픽커가 회동되도록 하는 실린더;를 포함하는 배터리 팩 조립 장치.
제1항에 있어서,
상기 스택커는 상기 제1트랜스퍼와 연결되어 제1트랜스퍼에 의해 이송되는 이송 플레이트;
상기 이송 플레이트의 일측에 연결되어 상기 절연성 받침블럭과 접하여 이송 플레이트의 이송 시 절연성 받침블럭이 연동되어 이송되도록 하는 연결블럭; 및
상기 이송 플레이트의 일측과 타측에 서로 이격되게 배치되어 절연성 받침블럭에 배터리 셀을 스택하는 한 쌍의 스택부;를 포함하며,
상기 한 쌍의 스택부는 각각 상기 이송 플레이트의 상부에 한 쌍의 LM 레일을 개재하여 연결되는 수직 프레임과, 상기 수직 프레임의 내측에 제1가이드봉을 개재하여 배치되어 배터리 셀의 일측이나 타측의 하부를 지지하는 다수개의 제1절연블럭과, 상기 수직 프레임의 내측에 상기 제1절연블럭 사이에 각각 위치되게 제2가이드봉을 개지하여 배치되어 배터리 셀의 일측이나 타측의 상부를 지지하는 다수개의 제2절연블럭과, 상기 수직 프레임의 일측에 배치되어 상기 제1절연블럭과 상기 제2절연블럭의 하부를 지지하는 하부 지지블럭과, 상기 수직 프레임의 일측에 배치되어 하부 지지블럭을 승하강시킴에 의해 다수개의 제1절연블럭이나 다수개의 제2절연블럭을 승하강시키는 직선이송기구를 포함하는 배터리 팩 조립 장치.