KR102461774B1 - 이차 전지 언로딩 그립퍼 및 이차 전지 폴딩 장치 - Google Patents

이차 전지 언로딩 그립퍼 및 이차 전지 폴딩 장치 Download PDF

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 언로딩 그립퍼는 분리필름의 상면에 유닛셀들이 안착된 웹이 폴딩되어 전극 조립체를 형성하면 상기 전극 조립체를 그립하고, 서로의 간격이 조절되는 복수의 아암; 및 상기 복수의 아암들을 일측에서 연결하는 바디를 포함한다.

Description

이차 전지 언로딩 그립퍼 및 이차 전지 폴딩 장치{The Unloading Gripper For The Secondary Battery And The Apparatus For Folding The Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지 언로딩 그립퍼 및 이차 전지 폴딩 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웹을 끌어 당길 때 장력의 불균형을 완화하여 웹에 주름 발생을 방지하고, 전극 조립체의 형상이 뒤틀리는 것을 방지할 수 있는 이차 전지 언로딩 그립퍼 및 이차 전지 폴딩 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된 유닛셀(Unit Cell)들이 모여 하나의 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체는 특정 케이스에 수용된다. 이 때, 전극 조립체의 구조에 따라, 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형) 등으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 금속의 전극 집전체에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 분리막을 음극과 양극 사이에 개제하고 권취하여 제조된다. 이러한 젤리-롤형 전극 조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용할 때 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점이 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 일정한 단위 크기의 유닛셀(Unit Cell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름 상에 일렬로 부착하여 형성된 웹(Web)을 폴딩한 전극 조립체가 제안되었고, 이를 스택/폴딩형 전극 조립체라고 한다.
이러한 스택/폴딩형 전극 조립체는 상기 웹(Web)을 폴딩 장치에 투입하여 폴딩함으로써 형성된다. 그리고 폴딩이 완료된 후 전극 조립체를 기존의 웹으로부터 절단하기 위해, 언로딩 그립퍼가 전극 조립체를 그립하여 웹 전체를 일측으로 끌어 당긴다. 한편, 최근에는 다양한 형상과 크기의 전극 조립체가 제조되면서, 길이가 폭에 비해 과도하게 길어진 전극 조립체도 제조되었고, 이를 위해 폭이 매우 긴 웹을 폴딩하여야 한다. 그런데, 언로딩 그립퍼가 이러한 폭이 매우 긴 웹을 끌어 당길 때, 장력의 불균형이 발생하여 웹에 주름이 발생하고 전극 조립체의 형상이 뒤틀리는 문제가 발생하였다.
한국공개공보 제2013-0126208호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웹을 끌어 당길 때 장력의 불균형을 완화하여 웹에 주름 발생을 방지하고, 전극 조립체의 형상이 뒤틀리는 것을 방지할 수 있는 이차 전지 언로딩 그립퍼 및 이차 전지 폴딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 언로딩 그립퍼는 분리필름의 상면에 유닛셀들이 안착된 웹이 폴딩되어 전극 조립체를 형성하면 상기 전극 조립체를 그립하고, 서로의 간격이 조절되는 복수의 아암; 및 상기 복수의 아암들을 일측에서 연결하는 바디를 포함한다.
또한, 상기 복수의 아암의 간격은, 상기 웹의 폭에 비례하여 조절될 수 있다.
또한, 상기 간격을 조절하는 조절기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조절기는, 다이얼 방식일 수 있다.
또한, 상기 복수의 아암은, 서로 나란히 배치되는 제1 아암 및 제2 아암을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 아암은, 상기 바디가 형성된 길이 방향으로 평행이동할 수 있다.
또한, 상기 제2 아암은, 상기 바디의 중심을 기준으로, 상기 제1 아암과 대칭이동할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 폴딩 장치는 분리필름의 상면에 유닛셀들이 안착된 웹을 이동시키는 컨베이어; 상기 웹을 측방에서 그립하는 맨드렐 그립퍼; 상기 맨드렐 그립퍼를 회전시켜 상기 웹을 폴딩함으로써 전극 조립체를 형성하는 폴딩 헤드; 상기 전극 조립체를 그립하고, 서로의 간격이 조절되는 복수의 아암 및 상기 복수의 아암들을 일측에서 연결하는 바디를 포함하는 언로딩 그립퍼; 및 상기 전극 조립체를 상기 웹으로부터 절단하는 커터를 포함한다.
또한, 상기 복수의 아암의 간격은, 상기 웹의 폭에 비례하여 조절될 수 있다.
또한, 상기 간격을 조절하는 조절기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조절기는, 다이얼 방식일 수 있다.
또한, 상기 웹을 촬영하여 영상을 획득하는 카메라; 상기 영상을 분석하여 상기 웹의 폭을 도출하는 영상 분석부; 상기 웹의 폭을 통해 조절될 상기 복수의 아암의 간격을 연산하는 간격 연산부; 및 상기 연산된 결과를 토대로 일정 거리만큼 상기 복수의 아암의 이동을 제어하여 상기 간격을 조절하는 이동 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 분석부는, 상기 영상으로부터 상기 웹에 해당하는 영역을 추출하고, 상기 영역에서 웹의 폭을 나타내는 픽셀 수를 통해 상기 웹의 폭을 도출할 수 있다.
또한, 상기 간격 연산부는, 상기 웹의 폭에, 미리 설정된 비율을 곱하여 상기 간격을 연산할 수 있다.
또한, 상기 비율은, 50 % 내지 90 % 일 수 있다.
또한, 상기 일정 거리는, 상기 복수의 아암의 현재 간격과, 상기 연산된 간격의 차이를 통해 도출될 수 있다.
또한, 상기 복수의 아암은, 서로 나란히 배치되는 제1 아암 및 제2 아암을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 아암은, 상기 바디가 형성된 길이 방향으로 평행이동할 수 있다.
또한, 상기 제2 아암은, 상기 바디의 중심을 기준으로, 상기 제1 아암과 대칭이동할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
폴딩 장치에 투입되는 웹의 폭에 따라, 언로딩 그립퍼의 복수의 아암 사이의 간격이 조절되므로, 언로딩 그립퍼가 웹을 끌어 당길 때 장력의 불균형을 완화하여 웹에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 웹이 폴딩되어 형성된 전극 조립체의 형상이 뒤틀리지 않고 정상적인 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 웹에 배열되는 유닛셀이 풀셀(Full-Cell)인 경우의 배열 형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 웹에 배열되는 유닛셀이 바이셀(Bi-Cell)인 경우의 배열 형태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치에 웹이 투입된 모습을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치에 투입된 웹이 폴딩되어 전극 조립체를 형성한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치의 언로딩 그립퍼가 전극 조립체를 그립하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 언로딩 그립퍼가 웹 전체를 일측으로 끌어 당기는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 6에서 언로딩 그립퍼가 종래의 언로딩 그립퍼인 경우, 폴딩 장치를 위에서 바라본 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 언로딩 그립퍼의 개략도이다.
도 9는 도 6에서 언로딩 그립퍼가 본 발명의 일 실시예에 따른 언로딩 그립퍼인 경우, 위에서 바라본 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴딩 장치의 언로딩 그립퍼가 전극 조립체를 그립하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴딩 장치의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치의 커터가 웹을 절단하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치의 업로딩 그립퍼가 전극 조립체를 언로딩하는 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 웹(1)에 배열되는 유닛셀이 풀셀(Full-Cell, 12)인 경우의 배열 형태를 나타내는 개략도이다.
상기 기술한 바와 같이, 웹(1)은 유닛셀을 분리필름(11) 상에 일렬로 부착하여 형성되고, 이러한 유닛셀은 풀셀(Full-Cell, 12)과 바이셀(Bi-Cell, 13)이 있다. 풀셀(12)은 셀의 최외부 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀셀(12)의 가장 기본적인 구조로서, 양극/분리막/음극 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 풀셀(12)이 분리필름(11) 상에 부착되어 있고, 제1 풀셀(121)에서 시작하여 웹(1)을 순차적으로 폴딩함으로써 스택/폴딩형 전극 조립체(14)를 형성할 수 있다. 이 때, 제1 풀셀(121)과 제2 풀셀(122)은 적어도 하나의 풀셀(12)에 대응되는 폭 간격만큼 이격된 거리에 위치한다. 따라서 웹(1)을 폴딩하면, 제1 풀셀(121)의 외면이 분리필름(11)으로 포위된 후, 제1 풀셀(121)의 하부 전극 즉, 음극이 제2 풀셀(122)의 상부 전극 즉, 양극에 접한다.
폴딩에 의한 순차적인 적층 과정에서 분리필름(11)의 폴딩 길이가 점차 증가하므로, 제2 풀셀(122) 이후의 풀셀(12)들 사이의 간격도 폴딩 방향으로 점차 증가하며 배치된다.
또한, 이러한 풀셀(12)들은 폴딩시 적층된 계면에서 양극과 음극이 상호 대면하여야 한다. 따라서 제1 풀셀(121)과 제2 풀셀(122)은 동일한 전극이 상방을 향하고, 제2 풀셀(122) 이후에는 순차적으로 다른 전극이 상방을 향하는 배열 형태로 분리필름(11) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 풀셀(121)은 양극이 상방을 향하면, 제2 및 제4 풀셀(122, 124)도 양극이 상방을 향하고, 제3 및 제5 풀셀(123, 125)은 음극이 상방을 향할 수 있다. 그 이후로는 양극과 음극이 각각 교대로 상방을 향하도록 풀셀(12)이 배치될 수 있다.
도 2는 웹(1a)에 배열되는 유닛셀이 바이셀(Bi-Cell, 13)인 경우의 배열 형태를 나타내는 개략도이다.
바이셀(13)은 셀의 최외부 양측에 동일한 극성의 전극이 위치하는 셀이다. 이러한 바이셀(13)의 가장 기본적인 구조로서, 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 C형 바이셀 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 A형 바이셀 등이 있다. 즉, 최외부 양측에 양극이 위치하는 셀을 C형 바이셀이라 하고, 양측에 음극이 위치하는 셀을 A형 바이셀이라 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 바이셀(13)이 분리필름(11) 상에 부착되어 있고, 제1 바이셀(131)에서 시작하여 웹(1a)을 순차적으로 폴딩함으로써 스택/폴딩형 전극 조립체(14)를 형성할 수 있다. 이 때, 제1 바이셀(131)과 제2 바이셀(132)은 적어도 하나의 바이셀(13)에 대응되는 폭 간격만큼 이격된 거리에 위치한다. 따라서 웹(1a)을 폴딩하면, 제1 바이셀(131)의 외면이 분리필름(11)으로 포위된 후, 제1 바이셀(131)의 하부 전극, 즉 음극이 제2 바이셀(132)의 상부 전극, 즉 양극에 접한다.
폴딩에 의한 순차적인 적층 과정에서 분리필름(11)의 폴딩 길이가 점차 증가하므로, 제2 바이셀(132) 이후의 바이셀(13)들 사이의 간격도 폴딩 방향으로 점차 증가하며 배치된다.
또한, 이러한 바이셀(13)들은 폴딩시 적층된 계면에서 양극과 음극이 상호 대면하여야 한다. 따라서 제1 바이셀(131)과 제2 바이셀(132)은 서로 다른 종류의 셀이고, 제2 바이셀(132) 이후의 셀들은 동일 타입의 셀이 두 개 단위로 교번하며 분리필름(11) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 바이셀(131)이 A형 바이셀이면, 제2 및 제3 바이셀(132, 133)은 C형 바이셀이고, 제4 및 제5 바이셀(134, 135)은 A형 바이셀이며, 그 이후로는 동일한 타입의 셀이 두 개 단위로 교번하며 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(2)에 웹(1)이 투입된 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 폴딩 장치(2)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분리필름(11)의 상면에 유닛셀들이 안착된 웹(1)을 이동시키는 컨베이어(23), 상기 웹(1)을 측방에서 그립하는 맨드렐 그립퍼(21), 상기 맨드렐 그립퍼(21)를 회전시켜 상기 웹(1)을 폴딩함으로써 전극 조립체(14)를 형성하는 폴딩 헤드(22), 상기 전극 조립체(14)를 그립하고, 서로의 간격이 조절되는 복수의 아암(252) 및 상기 복수의 아암(252)들을 일측에서 연결하는 바디(251)를 포함하는 언로딩 그립퍼(25) 및 상기 전극 조립체(14)를 상기 웹(1)으로부터 절단하는 커터(24)를 포함한다.
컨베이어(23)는 상기 웹(1)이 투입되면, 맨드렐 그립퍼(21)가 배치된 위치까지 상기 웹(1)을 이동시킨다. 컨베이어(23)는 복수의 롤러가 벨트로 연결되어, 복수의 롤러가 회전하면서 벨트를 일측으로 이동시킨다. 이 때, 상기 벨트의 상면에 상기 웹(1)을 안착시키면, 벨트가 이동하면서 웹(1)이 함께 이동할 수 있다.
맨드렐 그립퍼(21)는 상기 웹(1)을 측방에서 그립한다. 특히, 웹(1)에서 일렬로 배치된 유닛셀 중에, 최외각에 배치된 유닛셀을 그립하는 것이 바람직하다. 또한, 추후에 폴딩 헤드(22)가 회전하면서 상기 웹(1)을 길이 방향으로 폴딩하여야 하므로, 맨드렐 그립퍼(21)는 한 쌍으로 형성되어 웹(1)의 폭 방향으로 양 단부, 즉 웹(1)의 좌측 및 우측에서 각각 그립하는 것이 바람직하다. 맨드렐 그립퍼(21)는 웹(1)을 용이하게 그립하기 위해, 상부 지그와 하부 지그를 포함할 수 있다. 그리고 상부 지그는 상기 웹(1)에서 하나의 유닛셀의 상면을 지지하고, 하부 지그는 상부 지그가 지지하는 유닛셀이 배치된 분리필름(11)의 하면을 지지할 수 있다. 따라서, 상부 지그와 하부 지그가 각각 웹(1)의 상방 및 하방에서 압력을 인가함으로써, 맨드렐 그립퍼(21)가 웹(1)을 그립할 수 있다.
폴딩 헤드(22)는 맨드렐 그립퍼(21)의 일측에 연결되어, 맨드렐 그립퍼(21)를 회전시켜 상기 웹(1)을 폴딩함으로써 전극 조립체(14)를 형성한다. 폴딩 헤드(22)가 맨드렐 그립퍼(21)를 회전시키는 동안에, 맨드렐 그립퍼(21)는 웹(1)을 그립하는 상태를 유지한다. 따라서, 맨드렐 그립퍼(21)가 회전하면서 웹(1)이 폴딩되어 전극 조립체(14)가 형성될 수 있다. 폴딩 헤드(22)가 맨드렐 그립퍼(21)를 회전시킬 때 중심이 되는 회전축은, 맨드렐 그립퍼(21)의 중심축과 동일한 축을 공유하는 것이 바람직하다. 그럼으로써 웹(1)이 폴딩되면서 직선 이동량을 감소시켜, 전극 조립체(14)가 뒤틀리지 않은 정상적인 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 전극 조립체(14)가 뒤틀리지 않은 정상적인 형상을 가질 수 있다면, 폴딩 헤드(22)의 회전축과 맨드렐 그립퍼(21)의 중심축이 서로 상이할 수도 있다.
언로딩 그립퍼(25)는 상기 전극 조립체(14)를 그립하여 웹(1) 전체를 일측으로 끌어 당긴다. 이러한 언로딩 그립퍼(25)는, 상기 전극 조립체(14)를 그립하고, 서로의 간격이 조절되는 복수의 아암(252) 및 상기 복수의 아암(252)들을 일측에서 연결하는 바디(251)를 포함한다. 언로딩 그립퍼(25)는 하나만 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 도 3에 도시된 바와 같이, 언로딩 그립퍼(25)가 한 쌍으로 형성되어, 회전체를 중심으로 양 측에 각각 하나씩 형성될 수 있다. 이러한 경우, 회전체가 회전함으로써 제1 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 폴딩 장치(2)의 외부로 언로딩 할 때, 제2 언로딩 그립퍼(25)는 폴딩 장치(2)의 내부에서 웹(1)이 또 폴딩되어 새롭게 형성된 전극 조립체(14)를 그립할 수 있다. 한편, 언로딩 그립퍼(25)는 슬라이딩 운동을 할 수 있다. 따라서, 웹(1)을 그립하기 위해서는 길이가 연장되고, 웹(1)을 그립한 후에 웹(1) 전체를 일측으로 끌어 당길 때에는 길이가 축소된다.
복수의 아암(252)은 서로 나란히 배치되는 것이 바람직하며, 복수의 아암(252) 중에서 제1 아암(2521)은 상기 바디(251)가 형성된 길이 방향으로 평행이동할 수 있다. 그리고, 복수의 아암(252) 중에서 제2 아암(2522)은 제1 아암(2521)이 이동할 때, 상기 바디(251)의 중심을 기준으로 제1 아암(2521)과 대칭이동할 수 있다. 그럼으로써, 복수의 아암(252) 서로의 간격이 조절될 수 있다. 상기 간격이 조절되는 과정에 대한 자세한 내용은 후술한다.
커터(24)는 언로딩 그립퍼(25)가 웹(1) 전체를 일측으로 끌어당기면, 상기 전극 조립체(14)를 웹(1)으로부터 절단한다. 이 때, 커터(24)는 하나만 형성되어 웹(1)의 하방 또는 상방에 배치되고, 직선 이동하여 웹(1)을 절단할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 커터(24)가 두 개로 형성되어, 웹(1)의 하방 및 상방에 각각 하나씩 배치되고 서로를 향해 직선 이동하여 웹(1)을 절단할 수도 있는 등 웹(1)을 절단할 수 있다면 다양한 방법을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(2)에 투입된 웹(1)이 폴딩되어 전극 조립체(14)를 형성한 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스택/폴딩형 전극 조립체(14)를 제조하는 방법은, 웹(1)을 폴딩하는 단계, 폴딩되어 형성된 전극 조립체(14)를 웹(1)으로부터 절단하는 단계 및 절단된 전극 조립체(14)를 언로딩하는 단계 등을 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 폴딩 장치(2)에 웹(1)이 투입되면, 컨베이어(23)가 상기 웹(1)을 맨드렐 그립퍼(21)가 배치된 위치까지 이동시킨다. 그리고, 웹(1)에서 일렬로 배치된 유닛셀 중에, 최외각에 배치된 유닛셀을, 웹(1)의 좌측 및 우측에서 각각 그립한다. 그 후에, 맨드렐 그립퍼(21)의 일측에 연결된 폴딩 헤드(22)가, 맨드렐 그립퍼(21)를 회전시킨다. 그러면 도 4에 도시된 바와 같이, 웹(1)이 폴딩되면서 전극 조립체(14)를 형성한다. 맨드렐 그립퍼(21)가 회전하는 회전량은, 형성되는 전극 조립체(14)의 두께 및 크기에 따라 상이할 수 있다. 만약 회전량이 많으면, 웹(1)이 많이 폴딩되어 전극 조립체(14)의 두께 및 크기가 증가하고, 생성할 수 있는 전력량도 증가한다. 그러나 회전량이 적으면, 웹(1)이 적게 폴딩되어 전극 조립체(14)의 두께 및 크기가 감소하고, 생성할 수 있는 전력량도 감소한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(2)의 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 그립하는 모습을 나타낸 개략도이다.
전극 조립체(14)가 형성되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 언로딩 그립퍼(25)가 상기 전극 조립체(14)를 그립한다. 이 때, 언로딩 그립퍼(25)는 슬라이딩 운동을 하면서 길이가 연장되어, 전극 조립체(14)를 그립할 수 있다.
언로딩 그립퍼(25)도 맨드렐 그립퍼(21)와 같이, 전극 조립체(14)를 용이하게 그립하기 위해, 상부 지그와 하부 지그를 포함할 수 있다. 그리고 상부 지그는 전극 조립체(14)의 상면을 지지하고, 하부 지그는 전극 조립체(14)의 하면을 지지할 수 있다. 따라서, 상부 지그와 하부 지그가 각각 전극 조립체(14)의 상방 및 하방에서 압력을 인가함으로써, 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 그립할 수 있다.
한편, 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 그립하면, 맨드렐 그립퍼(21)는 유지하던 그립을 해제한다. 그럼으로써, 추후에 언로딩 그립퍼(25)가 웹(1) 전체를 일측으로 끌어당길 때, 맨드렐 그립퍼(21)가 언로딩 그립퍼(25)를 방해하지 않을 수 있다.
도 6은 언로딩 그립퍼(25)가 웹(1) 전체를 일측으로 끌어 당기는 모습을 나타낸 개략도이다.
언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 그립하면, 도 6에 도시된 바와 같이 웹(1) 전체를 일측으로 끌어당긴다. 이 때, 언로딩 그립퍼(25)는 슬라이딩 운동을 하면서 길이가 축소되어, 웹(1)을 끌어당길 수 있다. 언로딩 그립퍼(25)가 웹(1)을 끌어당길 때, 컨베이어(23)도 함께 웹(1)을 이동시킬 수 있다. 그럼으로써, 언로딩 그립퍼(25)가 웹(1)을 끌어당기는 힘을 감소시킬 수 있다.
한편, 언로딩 그립퍼(25)는 제1 및 제2 아암(2521, 2522)을 포함하며, 제1 및 제2 아암(2521, 2522)은 서로 나란히 배치되어 전극 조립체(14)를 그립한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 아암(2521, 2522)은, 투입되는 웹(1)의 폭에 따라, 특히 웹(1)의 폭에 비례하여 서로 간격이 조절될 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.
도 7은 도 6에서 언로딩 그립퍼(25)가 종래의 언로딩 그립퍼(35)인 경우, 폴딩 장치(2)를 위에서 바라본 평면도이다.
종래에는 제조되는 전극 조립체(14)의 규격이 일정하므로, 투입되는 웹(1)의 폭도 일정하였다. 따라서, 언로딩 그립퍼(25)가 한번 형성되면, 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 서로간의 간격이 변할 필요가 없었다. 그러나, 최근에는 다양한 형상과 크기의 전극 조립체(14)가 제조되면서, 길이가 폭에 비해 과도하게 길어진 전극 조립체(14)도 제조되었다. 그리고, 이를 위해 폭이 매우 긴 웹(1)을 폴딩하여야 하는 경우가 증가하였다. 그런데, 종래에는 언로딩 그립퍼(35)의 제1 및 제2 아암 서로 간의 간격이 변하지 않으므로, 폭이 매우 긴 웹(1)이 폴딩되어 전극 조립체(14)를 형성하면, 언로딩 그립퍼(35)가 전극 조립체(14)를 그립하는 위치가 분산되지 않고 대략 중심부에 집중되었다. 따라서, 언로딩 그립퍼(35)가 전극 조립체(14)를 그립한 상태에서 웹(1) 전체를 일측으로 끌어당기면 웹(1)에 장력이 불균일하게 적용되는 문제가 있었다. 웹(1)에 장력이 불균일하게 적용되면, 형성된 전극 조립체(14)의 형상이 뒤틀릴 수도 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이 웹(1)의 주변부에서 주름이 발생하고, 추후에 새로운 전극 조립체(14)를 형성할 때 주름이 발생한 채로 웹(1)이 폴딩될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 언로딩 그립퍼(25)의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 언로딩 그립퍼(25)는, 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 이를 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 언로딩 그립퍼(25)는 간격을 조절하는 조절기(253)를 더 포함할 수 있다.
언로딩 그립퍼(25)의 제1 및 제2 아암(2521, 2522)은 서로 나란히 배치되고, 바디(251)가 제1 및 제2 아암(2521, 2522)의 일측을 연결한다. 제1 및 제2 아암(2521, 2522)은 바디(251)가 형성된 길이 방향으로 평행이동할 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 아암(2521, 2522)은 서로 독립적으로 평행이동할 수 있으며, 이러한 경우에는 조절기(253)가 복수로 형성되어, 제1 및 제2 아암(2521, 2522)을 각각 독립적으로 평행이동시킬 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 제2 아암(2522)은 바디(251)의 중심을 기준으로, 제1 아암(2521)이 평행이동한 크기와 동일한 크기로, 제1 아암(2521)이 평행이동한 방향과 반대 방향으로 평행이동할 수 있다. 즉, 제2 아암(2522)은 바디(251)의 중심을 기준으로 제1 아암(2521)과 대칭이동할 수 있다. 이러한 경우에는 조절기(253)가 하나만 형성되어, 제1 및 제2 아암(2521, 2522)을 함께 평행이동시킬 수 있다.
만약 조절기(253)가 다이얼 방식이라면, 제1 및 제2 아암(2521, 2522)이 평행이동하기 위해, 언로딩 그립퍼(25)는 웜 및 웜 기어를 더 포함할 수 있다. 그리고, 조절기(253)가 회전되며 작동되면, 조절기(253)의 회전량에 비례하여 웜 기어도 회전한다. 그러면, 웜이 직선 운동을 하면서, 제1 및 제2 아암(2521, 2522)을 평행이동시킬 수 있다. 이 때, 웜은 제1 및 제2 아암(2521, 2522)이 평행이동하는 방향, 즉 바디(251)가 형성된 길이 방향과 평행하게 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 제1 및 제2 아암(2521, 2522)이 평행이동할 수 있다면 다양한 방법을 사용할 수 있다.
도 9는 도 6에서 언로딩 그립퍼(25)가 본 발명의 일 실시예에 따른 언로딩 그립퍼(25)인 경우, 위에서 바라본 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(2)에 웹(1)이 투입되면, 웹(1)의 폭에 따라, 특히 웹(1)의 폭에 비례하여 상기 조절기(253)가 작동된다. 즉, 웹(1)의 폭이 매우 길다면, 조절기(253)가 작동되어 언로딩 그립퍼(25)의 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 사이의 간격이 증가한다. 반대로, 웹(1)의 폭이 짧다면, 조절기(253)가 작동되어 언로딩 그립퍼(25)의 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 사이의 간격이 감소한다. 그럼으로써, 전극 조립체(14)가 형성되면 전극 조립체(14)의 길이에 따라 제1 및 제2 아암(2521, 2522)이 전극 조립체(14)를 그립하는 위치를 분산시킬 수 있으므로, 웹(1)에 적용되는 장력이 균일할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴딩 장치(2a)의 언로딩 그립퍼(25a)가 전극 조립체(14)를 그립하는 모습을 나타낸 개략도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴딩 장치(2)의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 언로딩 그립퍼(25)가 조절기(253)를 더 포함하여, 조절기(253)를 조절하면 제1 및 제2 아암(2521, 2522)은 바디(251)가 형성된 길이 방향으로 평행이동할 수 있다. 그럼으로써, 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 그러나, 웹(1)이 폴딩 장치(2)에 투입될 때마다 사용자가 웹(1)의 폭을 직접 확인해야 하고, 사용자가 조절기(253)를 직접 조작해야 한다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴딩 장치(2a)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 카메라(26) 및 제어부(27)를 더 포함한다. 그리고, 이들 구성요소들은 버스를 통해 상호간에 연결되어 통신할 수 있다. 제어부(27)에 포함된 모든 구성요소들은 적어도 하나의 인터페이스 또는 어댑터를 통해 버스에 접속되거나, 직접 버스에 연결될 수 있다. 이러한 버스는 메모리 버스, 메모리 컨트롤러, 주변 버스(Peripheral Bus), 로컬 버스를 포함한다.
카메라(26)는 특정 영역을 촬영하여 특정 영역에 대한 이미지 신호를 수신함으로써 영상을 획득한다. 이를 위해 일반적으로 카메라(26)에는, CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary　Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 소자가 포함된다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라(26)는, 폴딩 장치(2a)에 투입되는 웹(1)을 촬영하여, 웹(1)에 대한 영상을 획득할 수 있다.
제어부(27)는 도 11에 도시된 바와 같이, 영상 분석부(271), 간격 연산부(272) 및 이동 제어부(273)를 포함한다. 영상 분석부(271)는 상기 획득한 영상을 분석하여, 영상으로부터 웹(1)의 폭에 해당하는 영역을 추출한다. 그리고, 상기 영역에서 웹(1)의 폭을 나타내는 픽셀 수를 도출한다. 그러면, 상기 픽셀 수에 매칭되는 웹(1)의 폭을 도출할 수 있다. 이 때, 픽셀 수에 매칭되는 웹(1)의 폭을 도출하기 위해, 미리 저장부(28)에 저장된 데이터를 이용할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 픽셀 수를 통해 각거리를 연산하고, 웹(1)과의 수직 거리가 별도로 입력되면, 삼각법을 이용하여 각거리와 수직 거리로부터 웹(1)의 폭을 도출할 수도 있다.
간격 연산부(272)는 상기 도출된 웹(1)의 폭으로부터, 추후에 조절될 언로딩 그립퍼(25a)의 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 사이의 가장 적절한 간격을 연산한다. 이 때, 상기 복수의 아암(252) 사이의 적절한 간격은, 웹(1)의 폭에 미리 설정된 비율을 곱하여 연산될 수 있다. 상기 비율은 50 % 내지 90 % 일 수 있으며, 바람직하게는 60 % 내지 80 % 일 수 있다.
이동 제어부(273)는 상기 연산된 결과를 토대로 일정 거리만큼 상기 복수의 아암(252)의 이동을 제어하여 상기 간격을 조절한다. 이 때, 이동 제어부(273)는 상기 복수의 아암(252) 사이의 현재 간격을 미리 파악하고, 상기 연산된 적절한 간격과의 차이를 통해, 상기 복수의 아암(252)의 이동 방향 및 거리를 설정하고 이동시킨다. 예를 들어, 상기 연산된 간격이 현재 간격보다 10 mm 크다면, 복수의 아암(252)을 간격이 10 mm만큼 증가하는 방향으로 이동시키고, 반대로 상기 연산된 간격이 현재 간격보다 10 mm 작다면, 복수의 아암(252)을 간격이 10 mm만큼 감소하는 방향으로 이동시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폴딩 장치(2a)는 도 11에 도시된 바와 같이, 저장부(28)를 더 포함할 수 있다. 저장부(28)는 폴딩 장치(2a)의 동작들을 처리 및 제어하기 위한 프로그램과 각 프로그램 수행 중에 발생되는 각종 데이터 또는 수신된 신호 등을 저장한다. 그리고, 웹(1)의 실제 폭에 매칭되는 픽셀 수를 저장할 수 있다. 이러한 저장부(28)는 폴딩 장치(2a)에 내장될 수도 있으나, 별도의 저장 서버로서 마련될 수도 있다. 저장부(28)는 비휘발성 메모리 장치 및 휘발성 메모리 장치를 포함한다. 비휘발성 메모리 장치는 부피가 작고 가벼우며 외부의 충격에 강한 NAND 플래시 메모리이고, 휘발성 메모리 장치는 DDR SDRAM인 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 웹(1)의 폭을 자동으로 파악하므로 사용자가 웹(1)의 폭을 직접 확인할 필요가 없고, 제1 및 제2 아암(2521, 2522) 사이의 간격도 자동으로 조절되므로 사용자가 조절기(253)를 직접 조작할 필요도 없다.
지금까지 기술한 카메라(26), 제어부(27) 및 저장부(28)의 각 구성요소들은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소들은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능하다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(2)의 커터(24)가 웹(1)을 절단하는 모습을 나타낸 개략도이다.
언로딩 그립퍼(25)가 웹(1) 전체를 일측으로 끌어당기면, 커터(24)가 상기 전극 조립체(14)를 웹(1)으로부터 절단한다. 이 때, 커터(24)는 하나만 형성되어 웹(1)의 하방 또는 상방에 배치되고, 직선 이동하여 웹(1)을 절단할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 커터(24)가 두 개로 형성되어, 웹(1)의 하방 및 상방에 각각 하나씩 배치되고 서로를 향해 직선 이동하여 웹(1)을 절단할 수도 있는 등 웹(1)을 절단할 수 있다면 다양한 방법을 사용할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(2)의 업로딩 그립퍼가 전극 조립체(14)를 언로딩하는 모습을 나타낸 개략도이다.
전극 조립체(14)가 웹(1)으로부터 절단되면, 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 언로딩한다. 이 때, 언로딩 그립퍼(25)는 슬라이딩 운동을 하면서 길이가 축소되고, 회전체가 회전하며 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 폴딩 장치(2)의 외부로 언로딩할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 언로딩 그립퍼(25)는 하나만 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 언로딩 그립퍼(25)가 한 쌍으로 형성되어, 회전체를 중심으로 양 측에 각각 하나씩 형성될 수 있다. 이러한 경우, 회전체가 회전함으로써 제1 언로딩 그립퍼(25)가 전극 조립체(14)를 폴딩 장치(2)의 외부로 언로딩 할 때, 제2 언로딩 그립퍼(25)는 폴딩 장치(2)의 내부에서 웹(1)이 또 폴딩되어 새롭게 형성된 전극 조립체(14)를 그립할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 웹 2: 폴딩 장치
11: 분리필름 12: 풀셀
13: 바이셀 14: 전극 조립체
21: 맨드렐 그립퍼 22: 폴딩 헤드
23: 컨베이어 24: 커터
25: 언로딩 그립퍼 26: 카메라
27: 제어부 28: 저장부
121: 제1 풀셀 122: 제2 풀셀
131: 제1 바이셀 132: 제2 바이셀
251: 바디 252: 아암
253: 조절기 271: 영상 분석부
272: 간격 연산부 273: 이동 제어부
2521: 제1 아암 2522: 제2 아암

Claims (19)

  1. 삭제
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  8. 분리필름의 상면에 유닛셀들이 안착된 웹을 이동시키는 컨베이어;
    상기 웹을 측방에서 그립하는 맨드렐 그립퍼;
    상기 맨드렐 그립퍼를 회전시켜 상기 웹을 폴딩함으로써 전극 조립체를 형성하는 폴딩 헤드;
    상기 전극 조립체를 그립하고, 서로의 간격이 조절되는 복수의 아암 및 상기 복수의 아암을 일측에서 연결하는 바디를 포함하는 언로딩 그립퍼;
    상기 전극 조립체를 상기 웹으로부터 절단하는 커터;
    상기 웹을 촬영하여 영상을 획득하는 카메라;
    상기 영상을 분석하여 상기 웹의 폭을 도출하는 영상 분석부;
    상기 웹의 폭을 통해 조절될 상기 복수의 아암의 간격을 연산하는 간격 연산부; 및
    상기 연산된 결과를 토대로 일정 거리만큼 상기 복수의 아암의 이동을 제어하여 상기 간격을 조절하는 이동 제어부를 포함하고,
    상기 복수의 아암의 간격은, 상기 웹의 폭에 비례하여 조절되는, 이차 전지 폴딩 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 간격을 조절하는 조절기를 더 포함하는 이차 전지 폴딩 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조절기는,
    다이얼 방식인, 이차 전지 폴딩 장치.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 영상 분석부는,
    상기 영상으로부터 상기 웹에 해당하는 영역을 추출하고, 상기 영역에서 웹의 폭을 나타내는 픽셀 수를 통해 상기 웹의 폭을 도출하는, 이차 전지 폴딩 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 간격 연산부는,
    상기 웹의 폭에, 미리 설정된 비율을 곱하여 상기 간격을 연산하는, 이차 전지 폴딩 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 비율은,
    50 % 내지 90 % 인, 이차 전지 폴딩 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 일정 거리는,
    상기 복수의 아암의 현재 간격과, 상기 연산된 간격의 차이를 통해 도출되는, 이차 전지 폴딩 장치.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 아암은,
    서로 나란히 배치되는 제1 아암 및 제2 아암을 포함하는, 이차 전지 폴딩 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 아암은,
    상기 바디가 형성된 길이 방향으로 평행이동하는, 이차 전지 폴딩 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 아암은,
    상기 바디의 중심을 기준으로, 상기 제1 아암과 대칭이동하는, 이차 전지 폴딩 장치.
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