KR102379664B1 - 전지팩 제조를 위한 벤딩 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 고정되고, 상기 코어 팩의 일 측면이 안착되는 제1 수용부가 형성된 하부 프레임, 상기 코어 팩의 다른 일 측면이 안착되는 제2 수용부가 형성된 상부 프레임, 및 상기 베이스 플레이트 상에 고정되어, 상기 제1 수용부 및 상기 제2 수용부에 안착된 상기 코어 팩을 압착하는 압착기를 포함하는 벤딩 지그에 관한 것이다.

Description

전지팩 제조를 위한 벤딩 지그{BENDING JIG FOR MANUFACTURING BATTERY PACK}
본 발명은 전지팩 제조를 위한 벤딩 지그에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 그것이 사용되는 외부 기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지팩의 사용이 요구된다.
이러한 전지팩을 제조함에 있어, 단위전지로서 각형, 파우치형, 또는 원통형 전지들이 사용될 수 있다. 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결하여 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 전지팩을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 전지가 단위전지로서 유리하다.
반면에, 원통형 전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지지만, 원통형 전지의 외형적 특성상 적층 구조로의 배열이 용이하지 않다. 그러나, 전지팩의 형상이 전체적으로 선형 또는 판상형 구조일 때 각형 또는 파우치형 보다 구조적으로 유리한 장점이 있다.
따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 전지들을 병렬 및 직렬방식으로 연결한 판상형 구조의 코어 팩이 많이 사용되고 있다. 이때, 병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다. 직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들이 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 측면방향으로 인접하게 배열한 후, 접속부재로 용접함으로써 달성된다.
이러한 원통형 전지들의 전기적 연결에는 일반적으로 니켈 플레이트와 같은 얇은 판상형 접속부재를 사용하여 스팟 용접을 하고, 원하는 형상으로 벤딩하여 코어 팩을 제작한다.
이렇게 제작된 코어 팩은 전원으로 사용되는 디바이스의 내부 공간에 수용될 때, 사공간을 최소화하고, 용이한 제조 공정을 위해 코어 팩의 원통형 전지들은 동일한 평면상에 정렬되어야 한다. 하지만, 코어 팩의 벤딩 공정은 대부분 작업자의 수작업을 통해서 이루어 지고, 코어 팩이 다수의 원통형 전지들을 포함해야 함으로, 전지들이 동일한 평면상에 정렬되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 벤딩 지그를 사용하여 코어 팩을 압착함으로써, 상기 코어 팩의 전지들이 동일 평면상에 정렬되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 벤딩 지그는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 고정되고, 상기 코어 팩의 일 측면이 안착되는 제1 수용부가 형성된 하부 프레임, 상기 코어 팩의 다른 일 측면이 안착되는 제2 수용부가 형성된 상부 프레임, 및 상기 베이스 플레이트 상에 고정되어, 상기 제1 수용부 및 상기 제2 수용부에 안착된 상기 코어 팩을 압착하는 압착기를 포함한다.
상기 제1 수용부는 상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임이 맞닿는 테두리부가 위치하는 면을 기준으로 하향 만입되어 있고, 상기 만입된 깊이는 상기 전지셀들의 폭 방향의 단면의 반지름과 같거나 작게 형성될 수 있다.
상기 제1 수용부에는 상기 제1 수용부의 하부면에서 상향 돌출된 리브들이 상기 전지셀들의 길이 및 폭 방향으로 정렬될 수 있다.
상기 리브들은 상기 전지셀들의 외면에 밀착하는 부분이 상기 전지셀의 외형에 대응하는 구조로 형성될 수 있다.
상기 리브들의 높이는 상기 전지셀들의 폭 방향의 단면의 반지름과 같거나 작게 형성될 수 있다.
상기 하부 프레임은, 상기 베이스 플레이트에 고정되는 고정부를 더 포함할 수 있다.
상기 압착기는 상기 코어 팩을 가압하는 가압부, 상기 압착기를 상기 베이스 플레이트에 고정하는 고정 부재, 및 상기 가압부에 전달되는 압력을 생성하는 압력 생성부를 포함할 수 있다.
상기 하부 프레임은 상기 가압부가 상기 전지셀의 길이 방향으로 이동할 수 있는 가압부 이동 루트를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 수용부는 상기 제1 수용부와 동일한 구조로 형성될 수 있다.
상기 하부 프레임와 상기 상부 프레임은 각각 상기 전지셀들을 전기적으로 연결하는 접속 부재들이 안착되는 제3 수용부 및 제4 수용부를 더 포함할 수 있고, 상기 제3 수용부와 상기 제4 수용부는 서로 대응하도록 위치할 수 있다.
상기 상부 프레임은 상기 하부 프레임에 대해 개폐될 수 있도록 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임의 일측이 개폐 연결 부재에 의해 연결될 수 있다.
상기 개폐 연결 부재가 형성된 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임의 반대측에는 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 체결하는 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 벤딩 지그로 상기 코어 팩에서 상기 전지셀들을 동일 평면상에 정렬하는 방법은 상기 전지셀들을 전기적으로 연결하여 코어 팩을 준비하는 단계, 상기 하부 프레임의 상기 제1 수용부에 상기 코어 팩을 안착시키는 단계, 상기 상부 프레임을 하부 프레임에 체결하여 상기 코어 팩을 제2 수용부에 안착시키는 단계, 상기 제1 수용부 및 상기 제2 수용부에 안착된 상기 코어 팩을 압착기를 사용하여 압착하는 단계, 및 상기 압착된 코어 팩을 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에서 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 상기 방법을 통해서 제조된 코어 팩을 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다. 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 및 소형 PC 중에서 선택되는 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 벤딩 지그를 사용하여 코어 팩을 압착함으로써, 상기 코어 팩의 전지들이 동일 평면상에 정렬되게 할 수 있어, 코어 팩의 제조 공정을 용이하게 하는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 벤딩 지그에 안착되기 전의 코어 팩을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 벤딩 지그를 나타낸 모식도이다.
도 3는 도 2의 하부 프레임의 전지 폭 방향의 수직 단면도이다.
도 4는 코어 팩이 상부 프레임과 하부 프레임에 안착된 상태에서, 압착기에 의해 압착된 것을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 벤딩 지그에 안착되기 전의 코어 팩을 나타낸 모식도이다. 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 벤딩 지그를 나타낸 모식도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 코어 팩(10)은 동일한 형상의 원통형 전지(11)들이 접속 부재(12)들에 의해 전기적으로 병렬 및 직렬 연결되어 있다. 구체적으로, 네 개의 전지(11)가 전지(11)의 폭 방향으로 접속 부재(12)에 의해서 병렬 연결되어, 하나의 뱅크를 이루고 있다. 상기 뱅크 다섯 개가 직렬 연결되어 코어 팩(10)을 이루고 있다. 설명의 편의를 위해서 도 1에서 코어 팩(10)의 전지(11)들은 동일 평면상에 있지 않은 것으로 가정한다.
벤딩 지그(100)는 베이스 플레이트(110), 하부 프레임(120), 상부 프레임(130), 및 압착기(140)을 포함한다. 하부 프레임(120)은 베이스 플레이트(110) 상에 고정되고, 하부 프레임(120)에는 코어 팩(10)의 일 측면이 안착되는 제1 수용부(121)가 형성되어 있다. 하부 프레임(120)은 또한 이후 설명하게 될 가압부(141)가 전지(11)의 길이 방향으로 이동할 수 있는 가압부 이동 루트(128)를 포함한다. 상부 프레임(130)에는 코어 팩(10)의 다른 일 측면이 안착되는 제 2 수용부(131)가 형성되어 있고, 상부 프레임(130)이 하부 프레임(120)에 대해 개폐될 수 있도록 상부 프레임(130)과 하부 프레임(120)에는 개폐 연결 부재(122)에 의해 연결되어 있다. 압착기(140)는 베이스 플레이트(110) 상에 고정되어 있고, 제1 수용부(121) 및 제2 수용부(131)에 안착되는 코어 팩(10)을 압착한다.
도 3는 도 2의 하부 프레임의 전지 폭 방향의 수직 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 수용부(121)는 코어 팩(10)의 일 측면이 안착될 수 있도록 하부 프레임(120)과 상부 프레임(130)이 맞닿는 테두리부가 위치하는 면을 기준으로 하향 만입되어 있다. 제1 수용부(121)의 만입된 깊이(D)는 하부 프레임(120)과 상부 프레임(130)이 맞닿는 테두리부가 위치하는 면에서 제 1 수용부(121)의 하부 면까지의 깊이를 의미하며, 전지(11)의 폭 방향의 단면의 반지름과 같거나 작게 형성되어 있다. 제1 수용부(121)의 하부 면은 높이가 동일한 평면이고, 전지(11)들은 모두 크기와 형상이 동일한 원통형 전지이므로, 전지(11)들이 제1 수용부(121)에서 동일 평면상에 위치할 수 있다.
제1 수용부(121)에는 제1 수용부(121)의 하부면에서 상향 돌출된 리브(124)들이 전지(11)의 길이 및 폭 방향으로 정렬되어 있다. 구체적으로, 전지(11)의 폭 방향으로 3 행의 리브(124)들이 형성되어 있고, 전지(11)의 길이 방향으로 5 열의 리브(124)들이 형성되어 있다. 리브(124)들은 폭 방향으로 인접한 전지(11)들 사이에 위치하고, 리브(124)들이 전지(11)들의 외면에 밀착하는 부분은 전지의 외형에 대응하는 구조로 형성되어 있다. 리브(124)들의 높이는 전지(11)의 폭 방향의 단면의 반지름과 같거나 작게 형성되어 있다. 리브(124)들의 높이가 전지들의 폭 방향의 단면의 반지름을 초과할 경우, 리브(124)들이 전지(11)들의 외면에 밀착될 수 없으므로 바람직하지 않다.
하부 프레임(120)은, 베이스 플레이트(110)에 고정되는 고정부(126)을 더 포함한다. 고정부(126)는 압착기(140)로부터 전달되는 압력에 의해서 하부 프레임(120)이 베이스 플레이트(110)를 이탈하지 않도록 고정하는 역할을 한다. 고정부(126)는 볼트/너트 결합뿐만 아니라 다양한 고정 수단들이 이용될 수 있다.
압착기(140)는 가압부(141), 고정부재(142), 및 압력 생성부(143)을 포함한다. 가압부(141)는 코어 팩(10)의 일측에 밀착되어 코어 팩을 가압한다. 가압부(141)는 하부 프레임(120)에 형성된 가압부 이동 루트(128)을 따라 전지(11)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 고정 부재(142)는 압착기(140)를 베이스 플레이트(110)에 고정한다. 고정 부재(142)로는 볼트/너트 결합뿐만 아니라 다양한 고정 수단들이 이용될 수 있다. 압력 생성부(143)는 가압부(141)에 전달되는 압력을 생성한다. 압력 생성부(143)는 지렛대 방식을 이용한 레버뿐만 아니라 외부 동력을 이용한 유압 방식이 사용될 수 있다. 압력 생성부(143)에서 생성된 압력이 가압부(141)에 전달되면, 가압부(141)는 가압부 이동 루트(128)을 따라 이동하여 코어 팩(10)의 일부에 밀착되어 코어 팩(10)을 압착한다.
상부 프레임(130)에는 코어 팩(10)의 다른 일 측면이 안착되는 제2 수용부(131)가 형성되어 있다. 제2 수용부(131)는 제1 수용부(121)와 동일한 구조로 형성되어 있다. 하지만, 코어 팩(10)의 전지(11)들을 동일 평면상에 정렬하고 자 하는 본 발명의 목적을 달성함에 있어 코어 팩(10)의 일 측면이 제2 수용부(131)에 안착할 수 있다면, 제2 수용부(131)는 제1 수용부(121)와 다른 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 수용부(131)의 리브들의 높이가 제1 수용부(121)의 리브들(124)의 높이와 비교하여 크거나 작게 형성될 수 도 있다.
하부 프레임(120)와 상부 프레임(130)은 각각 전지(11)들을 전기적으로 연결하는 접속 부재(12)들이 안착되는 제3 수용부(123) 및 제4 수용부(133)를 더 포함하고, 제3 수용부(123)와 제4 수용부(133)는 서로 대응하도록 위치하고 있다. 이러한 구조에 의해, 코어 팩(10)이 압착될 때, 접속 부재(12)들은 가압부(141)에 의해 인가되는 압력으로부터 파손되지 않고 보호될 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 상부 프레임(130)이 하부 프레임(120)에 대해 개폐될 수 있도록 상부 프레임(130)과 하부 프레임(120)은 개폐 연결 부재(122)에 의해 연결되어있고, 개폐 연결 부재(122)가 형성된 상부 프레임(130)과 하부 프레임(120)의 반대측에는 상부 프레임(130)과 하부 프레임(120)을 체결하는 체결 부재(126)가 형성되어 있다.
도 4는 코어 팩이 상부 프레임과 하부 프레임에 안착된 상태에서, 압착기에 의해 압착된 것을 나타내는 모식도이다.
도 1, 도 2, 및 도 4를 함께 참조하면, 코어 팩(10)은 하부 프레임(120)과 상부 프레임(130)의 제1 수용부(121)와 제2 수용부(131)에 안착된 상태에서, 체결 부재(126)가 상부 프레임(130)과 하부 프레임(120)을 체결하고 있다. 그리고, 압력 생성부(143)가 가압부(141)에 압력을 전달하여 가압부(1)는 가압부 이동 루트(128)을 따라 이동(도 4의 화살표 참조)하여 코어 팩(10)의 상단 부위를 가압하고 있다. 이러한 과정에 의해 코어 팩(10)의 전지(11)들은 동일 평면상에 정렬될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 다수의 원통형 전지셀들이 전기적으로 연결된 코어 팩에서 상기 전지셀들을 동일 평면상에 정렬하는 벤딩 지그로서,
    베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트 상에 고정되고, 상기 코어 팩의 일 측면이 안착되는 제1 수용부가 형성된 하부 프레임;
    상기 코어 팩의 다른 일 측면이 안착되는 제2 수용부가 형성된 상부 프레임; 및
    상기 베이스 플레이트 상에 고정되어, 상기 제1 수용부 및 상기 제2 수용부에 안착된 상기 코어 팩을 압착하는 가압부를 포함하는 압착기를 포함하고,
    상기 하부 프레임은 상기 가압부가 상기 전지셀의 길이 방향으로 이동할 수 있는 가압부 이동 루트를 포함하는 벤딩 지그.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수용부는 상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임이 맞닿는 테두리부가 위치하는 면을 기준으로 하향 만입되어 있고, 상기 만입된 깊이는 상기 전지셀들의 폭 방향의 단면의 반지름과 같거나 작은 벤딩 지그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수용부에는 상기 제1 수용부의 하부면에서 상향 돌출된 리브들이 상기 전지셀들의 길이 및 폭 방향으로 정렬되어 있는 벤딩 지그.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 리브들은 상기 전지셀들의 외면에 밀착하는 부분이 상기 전지셀의 외형에 대응하는 구조로 형성되어 있는 벤딩 지그.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 리브들의 높이는 상기 전지셀들의 폭 방향의 단면의 반지름과 같거나 작은 벤딩 지그.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 하부 프레임은, 상기 베이스 플레이트에 고정되는 고정부를 더 포함하는 벤딩 지그.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 압착기는,
    상기 압착기를 상기 베이스 플레이트에 고정하는 고정 부재; 및
    상기 가압부에 전달되는 압력을 생성하는 압력 생성부;
    를 포함하는 벤딩 지그.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서
    상기 제2 수용부는 상기 제1 수용부와 동일한 구조로 형성된 벤딩 지그.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 하부 프레임과 상기 상부 프레임은 각각 상기 전지셀들을 전기적으로 연결하는 접속 부재들이 안착되는 제3 수용부 및 제4 수용부를 더 포함하고, 상기 제3 수용부와 상기 제4 수용부는 서로 대응하도록 위치하는 벤딩 지그.
  11. 제1 항에 있어서
    상기 상부 프레임은 상기 하부 프레임에 대해 개폐될 수 있도록 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임의 일측이 개폐 연결 부재에 의해 연결되어 있는 벤딩 지그.
  12. 제11 항에 있어서
    상기 개폐 연결 부재가 형성된 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임의 반대측에는 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 체결하는 체결 부재를 더 포함하는 벤딩 지그.
  13. 제1 항에 따른 벤딩 지그로 상기 코어 팩에서 상기 전지셀들을 동일 평면상에 정렬하는 방법으로서,
    상기 전지셀들을 전기적으로 연결하여 코어 팩을 준비하는 단계;
    상기 하부 프레임의 상기 제1 수용부에 상기 코어 팩을 안착시키는 단계;
    상기 상부 프레임을 하부 프레임에 체결하여 상기 코어 팩을 제2 수용부에 안착시키는 단계;
    상기 제1 수용부 및 상기 제2 수용부에 안착된 상기 코어 팩을 압착기를 사용하여 압착하는 단계; 및
    상기 압착된 코어 팩을 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에서 분리하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13 항에 따른 방법으로 제조된 전지팩.
  15. 제14 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
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