KR102469433B1 - 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템 - Google Patents

전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템 Download PDF

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주식회사 모아이에스
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Abstract

본 발명은 전기자동차용 배터리 셀에 배터리 케이스를 자동으로 연속하여 조립하고 배출할 수 있고, 조립 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 작업 인력의 배치 및 관리가 쉬운 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템은, 제1 공정 이동장치; 배터리 셀 공급유닛; 조립장치; 제2 공정 이동장치; 배터리 케이스 공급유닛; 조립품 배출유닛; 및 제3 공정 이동장치를 포함하고, 상기 배터리 셀 공급유닛, 배터리 케이스 공급유닛 및 조립품 배출유닛은, 서로 소정 간격 이격된 상태로 평행하게 배치되며, 상기 조립장치는, 평행하게 배치된 상기 배터리 셀 공급유닛, 배터리 케이스 공급유닛 및 조립품 배출유닛의 일단 쪽에서 회전 동작되어, 상기 배터리 셀 공급유닛 상의 상기 배터리 셀을 파지하고, 파지된 상기 배터리 셀을 상기 배터리 케이스 공급유닛 쪽으로 운반하여 상기 배터리 케이스 공급유닛 상의 상기 배터리 케이스에 삽입하여 조립함과 동시에 상기 배터리 셀과 상기 배터리 케이스가 조립된 조립품을 파지하여 상기 조립품 배출유닛 쪽으로 운반하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템{Battery Case Assembly System for Electric Vehicle}
본 발명은 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정 개수의 배터리 셀을 소정 크기의 배터리 케이스 내부에 삽입하여 조립하는 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차용 배터리는 여러 공정을 거쳐 배터리 셀이 제조된 다음, 최종적으로 제조된 배터리 셀의 외측면을 커버하도록 배터리 케이스가 조립되는 것으로 제조공정을 완료하게 된다.
이와 같이 배터리 셀에 배터리 케이스를 조립할 때에는 내부의 기밀이 유지되도록 배터리 케이스가 밀착되어 정확하게 조립될 필요가 있는데, 이를 위해 배터리 셀의 외측 치수와 배터리 케이스의 내측 치수에 정밀공차가 적용되고 있다.
이 때문에 배터리 셀에 배터리 케이스를 조립하는 공정에 정교한 작업이 요구되고, 이 때문에 배터리 셀에 배터리 케이스를 조립하는 공정에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 배터리 케이스의 자유단에 외력을 가하여 소정 각도로 벌린 후, 배터리 셀의 외측면을 감싸도록 끼워 조립하게 되는데, 이렇게 배터리 케이스를 변형시키게 되면 본래의 상태로 복원되지 않아 배터리 셀의 외측면과 배터리 케이스의 자유단 사이에 소정의 틈이 형성되고, 이 때문에 배터리 셀의 기밀이 담보되지 못하게 되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 종래 기술로는 등록특허 제2251094호의 전기자동차용 배터리 케이스 조립장치(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.
상기 특허문헌은, 소정 길이를 가지는 프레임을 직사각형 또는 정사각형 모양의 틀로 조립하여 형성되는 메인프레임; 상기 메인프레임의 내측에 수평으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 캐리어를 통해 운반된 상기 배터리 셀의 양측면을 선택적으로 가압하는 한 쌍의 가압유닛; 및 상기 메인프레임의 내측에 승강 가능하게 설치되어 상기 배터리 셀의 외측면에 상기 배터리 케이스를 조립하는 진공흡착유닛을 포함하고, 상기 메인프레임은, 소정 길이를 가지는 사각 단면 모양의 프레임을 직사각형 또는 정사각형 모양의 틀로 조립하여 형성되는 외곽프레임; 및 상기 외곽프레임의 내측 하부 양측에 설치되면서 소정 높이를 가지는 직사각형 또는 정사각형 틀 모양으로 형성되는 한 쌍의 받침프레임을 포함하며, 상기 한 쌍의 받침프레임 사이에는, 상기 캐리어가 상기 메인프레임의 전방 쪽에서 삽입될 수 있도록 하는 소정 크기의 수용공간이 형성되고, 상기 한 쌍의 가압유닛은, 상기 받침프레임 위에 소정 길이를 가지도록 고정 설치되는 고정플레이트; 상기 한 쌍의 고정플레이트의 양단 부분을 수평으로 관통하도록 설치되는 한 쌍의 가이드봉; 상기 고정플레이트의 일측에 위치되도록 가이드봉의 일단이 각각 고정되는 소정 크기의 고정블록; 상기 고정플레이트의 타측에 위치되는 핸들조작부; 상기 고정블록 사이를 연결하면서 핸들조작부에 의해 슬라이딩 동작되는 소정 크기의 메인블록; 상기 메인블록의 일측에 승강 가능하게 설치되는 소정 크기의 승강블록; 및 상기 승강블록에 설치되면서 배터리 셀의 측면에 선택적으로 밀착되는 가압부를 포함하며, 상기 승강블록의 일측에는, 소정 크기의 설치홈이 형성되고, 상기 가압부는, 상기 설치홈에 수평 방향으로 소정 길이를 가지도록 설치되는 복수 개의 회전롤러; 및 상기 복수 개의 회전롤러를 감싸 내부에 수용되도록 하는 소정 폭의 접촉벨트를 포함하며, 상기 한 쌍의 가압유닛과 상기 진공흡착유닛에는, 상기 배터리 케이스 조립시 정전기 발생을 방지하는 이오나이저가 설치되는 것으로 이루어진다.
그러나 상기 특허문헌은 작업자가 배터리 케이스를 운반하여 수동 조작에 의해 배터리 셀을 배터리 케이스 내부로 투입하여 조립하는 것으로, 이를 통해 배터리 케이스에 배터리 셀을 정교하게 조립할 수 있는 장점이 있기는 하지만, 배터리 케이스 조립 작업에 많은 시간이 소요되고, 작업자의 숙련도에 따라 배터리 케이스 조립의 정확성에 편차가 생길 수 있는 문제가 있다.
따라서 배터리 셀에 배터리 케이스를 연속하여 자동으로 정확하게 조립할 수 있는 배터리 케이스 조립시스템의 개발이 요구된다.
KR 10-2251094 B1 (2021. 05. 06.) KR 10-2007-0088672 A (2007. 08. 29.) KR 10-1726727 B1 (2017. 04. 07.) KR 10-2022-0009155 B1 (2022. 01. 24.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 배터리 케이스 조립장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기자동차용 배터리 셀에 배터리 케이스를 자동으로 연속하여 조립하고 배출할 수 있는 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 조립 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 작업 인력의 배치 및 관리가 쉬운 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템은, 배터리 셀 조립공정을 통해 소정 개수로 조립된 배터리 셀을 파지하여 배터리 케이스 조립공정으로 위치를 이동시키는 제1 공정 이동장치; 상기 제1 공정 이동장치를 통해 위치 이동되는 상기 배터리 셀을 이송하는 배터리 셀 공급유닛; 상기 배터리 셀 공급유닛을 통해 이송되는 상기 배터리 셀을 파지하여 배터리 케이스와 조립하는 조립장치; 배터리 케이스 조립공정을 통해 조립된 배터리 케이스를 파지하여 배터리 케이스 조립공정으로 위치를 이동시키는 제2 공정 이동장치; 상기 제2 공정 이동장치를 통해 위치 이동되는 상기 배터리 케이스를 상기 조립장치 쪽으로 이송하는 배터리 케이스 공급유닛; 상기 조립장치를 통해 배터리 셀과 배터리 케이스가 조립된 조립품을 배출하는 조립품 배출유닛; 및 상기 조립품 배출유닛을 통해 이송되는 조립품을 연속된 배터리 제조공정으로 위치를 이동시키는 제3 공정 이동장치를 포함하고, 상기 배터리 셀 공급유닛, 배터리 케이스 공급유닛 및 조립품 배출유닛은, 서로 소정 간격 이격된 상태로 평행하게 배치되며, 상기 조립장치는, 평행하게 배치된 상기 배터리 셀 공급유닛, 배터리 케이스 공급유닛 및 조립품 배출유닛의 일단 쪽에서 회전 동작되어, 상기 배터리 셀 공급유닛 상의 상기 배터리 셀을 파지하고, 파지된 상기 배터리 셀을 상기 배터리 케이스 공급유닛 쪽으로 운반하여 상기 배터리 케이스 공급유닛 상의 상기 배터리 케이스에 삽입하여 조립함과 동시에 상기 배터리 셀과 상기 배터리 케이스가 조립된 조립품을 파지하여 상기 조립품 배출유닛 쪽으로 운반하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 조립장치가 상하 수직방향으로 승강 동작됨과 동시에 회전 동작 가능한 승강로드가 구비되는 본체; 상기 승강로드에 방사상으로 배치되는 복수 개의 수평레일; 및 상기 복수 개의 수평레일에 각각 설치되어 수평 이송되면서 상하 수직방향으로 승강 동작되어 상기 배터리 셀과 상기 조립품을 선택적으로 파지, 조립 및 운반하는 파지유닛을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 수평레일이 상기 승강로드의 외측면에 동일 간격을 두고 방사상으로 3개 이상 배치되고, 상기 파지유닛은, 3개 이상의 상기 수평레일에 각각 설치되어, 상기 배터리 셀의 파지 동작, 상기 배터리 셀을 상기 배터리 케이스에 삽입하여 조립하는 동작 및 상기 배터리 셀과 상기 배터리 케이스가 조립된 조립품을 상기 조립품 배출유닛으로 운반하는 동작을 각각의 위치에서 동시에 수행하도록 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀의 운반 및 배터리 케이스의 조립이 연속적으로 빠르고 정확하게 수행될 수 있고, 작업자의 숙련도와 상관없이 배터리 케이스의 조립 품질이 담보되는 장점이 있다.
또한, 배터리 셀과 배터리 케이스의 조립 공정과 연속하여 조립이 완료된 배터리 케이스가 배출 공정으로 이동되므로, 배터리 셀이 배터리 케이스에 조립된 후 이를 배출하기 위한 별도의 배출 장치가 요구되지 않고, 공정 시간이 단축되는 장점이 있다.
이에 더해 이송조립장치의 파지유닛이 배터리 케이스 조립 동작 중에 클린장치를 반복하여 통과하게 되므로 배터리 셀과 배터리 케이스의 조립 중에 발생할 수 있는 정전기와 먼지 등이 제거되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템의 예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 조립장치의 예를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 조립장치의 파지유닛의 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 집게판의 예를 보인 도면.
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 조립장치를 통해 배터리 케이스가 조립되는 예를 보인 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 파지유닛에 가이드유닛이 설치되는 예를 보인 도면.
도 14는 본 발명에 따른 가이드유닛을 통해 배터리 셀이 배터리 케이스의 내부로 안내되어 조립되는 예를 보인 도면.
도 15는 본 발명에 따른 제2 공정 이동장치의 예를 보인 도면.
도 16은 본 발명에 따른 제2 공정 이동장치와 조립장치를 통해 배터리 케이스에 배터리 셀이 조립되는 예를 보인 도면.
도 17은 본 발명에 따른 클린장치의 예를 보인 도면.
도 18은 본 발명에 따른 클린장치가 사용되는 예를 보인 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 전기자동차용 배터리 셀에 배터리 케이스를 자동으로 연속하여 조립하고 배출할 수 있고, 조립 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 작업 인력의 배치 및 관리가 쉬운 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 제1 공정 이동장치(100), 배터리 셀 공급유닛(200), 조립장치(300), 제2 공정 이동장치(400), 배터리 케이스 공급유닛(500), 조립품 배출유닛(600) 및 제3 공정 이동장치(700)를 포함하여 이루어진다.
제1 공정 이동장치(100)는 배터리 셀 조립공정을 통해 소정 개수로 조립된 배터리 셀(B)을 배터리 케이스 조립공정으로 위치(공정)를 이동시키는 장치이다.
이러한 제1 공정 이동장치(100)는 배터리 셀(B)을 정확하게 낱개로 파지하여 후술되는 배터리 셀 이송유닛(200)에 정확하게 위치 이동시키기 위해 다축 로봇암 등으로 구성될 수 있다.
배터리 셀 공급유닛(200)은 제1 공정 이동장치(100)를 통해 위치 이동된 배터리 셀(B)을 후술되는 조립장치(300) 쪽으로 이송하는 구성으로, 이러한 배터리 셀 공급유닛(200)은 이송컨베이어 등으로 구성될 수 있고, 이러한 배터리 셀 공급유닛(200)에는 배터리 셀(B)을 정확한 위치로 공급하기 위한 위치정렬수단(도시하지 않음)이 구비될 수 있다.
이러한 위치정렬수단은 배터리 셀(B)의 위치를 안내하는 가이드장치로 구성되거나, 또는 배터리 셀(B)의 위치를 일정한 위치로 위치시켜 고정하는 클램프장치로 구성될 수 있다.
또한, 가이드장치 및 클램프장치는 배터리 셀 공급유닛(200)에 설치되어 순환 이동되도록 구성될 수 있다.
그리고 배터리 셀 공급유닛(200)의 일단(조립장치(300) 방향)에는 배터리 셀(B)을 감지하여 배터리 셀 공급유닛(200)의 이송동작을 정지시키는 감지센서 또는 리미트 스위치가 설치되고, 이러한 감지센서 또는 리미트 스위치를 통해 배터리 셀(B)이 조립장치(300)를 통해 파지되는 위치에 정확하게 위치되어 정지될 수 있으며, 또한 배터리 셀 공급유닛(200)의 이송 동작(타이밍)이 정확하게 제어될 수 있게 된다.
조립장치(300)는 배터리 셀 공급유닛(200)을 통해 이송되는 배터리 셀(B)을 파지하고, 후술되는 배터리 케이스 공급유닛(500)을 통해 이송되는 배터리 케이스(C)에 배터리 셀(B)을 삽입하여 조립하며, 배터리 셀(B)과 배터리 케이스(C)가 조립 제품(이하 '조립품'이라 한다)을 파지하여 후술되는 조립품 배출유닛(600)으로 이동시키는 구성이다.
이러한 조립장치(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 상하 수직방향으로 승강 동작됨과 동시에 360° 회전 동작되는 승강로드(311)가 구비되는 본체(310)와, 상기 승강로드(311)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 수평레일(320) 및 상기 복수 개의 수평레일(320)에 각각 설치되어 수평 이송되면서 상하 수직방향으로 승강 동작되어 배터리 셀(B)과 조립품을 선택적으로 파지, 조립 및 운반하는 파지유닛(330)을 포함한다.
이때 수평레일(320)은 승강로드(311)의 외측면에 동일 간격을 두고 방사상으로 3개 이상 배치되고, 파지유닛(330)은 3개 이상의 수평레일(320)에 각각 설치되어, 배터리 셀(B)의 파지 동작, 배터리 셀(B)을 배터리 케이스(C)에 삽입하여 조립하는 동작 및 조립품을 조립품 배출유닛(600)으로 운반하는 동작이 각각의 위치에서 동시에 수행되도록 구성된다.
또한, 파지유닛(330)에는 배터리 셀 공급유닛(200)의 가이드장치 및 클램프장치의 위치를 감지하는 복수 개의 감지센서(도시하지 않음)가 구비되고, 이러한 감지센서를 통해 감지되는 정보에 의해 배터리 셀(B)의 유무와 위치가 감지되며, 이를 통해 배터리 셀(B)을 정확하게 파지할 수 있도록 구성된다.
이에 더해 파지유닛(330)은 도 3에 도시된 바와 같이 수평레일(320)을 따라 수평 방향으로 슬라이딩 이동되는 이송블록(331)과, 상기 이송블록(331)의 하부에 상하 수직으로 길이를 가지도록 설치되어 상하로 인입출 동작되는 로드가 구비되는 제1 실린더유닛(332)과, 상기 제1 실린더유닛(332)의 로드에 설치되어 상기 로드의 인입출 동작에 의해 상하로 승강 동작되는 소정 크기의 베이스판(333)과, 상기 베이스판(333)의 양측에 대칭이 되도록 설치되는 한 쌍의 가이드레일(334)과, 상기 한 쌍의 가이드레일(334)에 각각 설치되어 서로 마주하는 방향으로 슬라이딩되거나 또는 서로 대향된 방향으로 슬라이딩되는 한 쌍의 집게판(335) 및 상기 베이스판(333)에 설치되면서 상기 한 쌍의 집게판(335)을 슬라이딩 동작시키는 제2 실린더유닛(336)을 포함한다.
그리고 집게판(335)은 도 4에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 판 모양 형상의 메인플레이트(335A)와, 상기 메인플레이트(335A)의 상부 양측에 형성되어 가이드레일(33A)이 관통 조립되는 한 쌍의 가이드공(335B)과, 상기 한 쌍의 가이드공(335B) 사이에 위치되어 제2 실린더유닛(336)의 로드가 결합되는 소정 크기의 로드결합공(335C)과, 상기 메인플레이트(335A)의 하부 일측에 돌출 형성되는 소정 크기의 가압블록(335D)과, 상기 가압블록(335D)의 가운데 부분에 수평으로 소정 길이를 가지도록 설치되는 고정패드(335E)와, 상기 가압블록(335D)의 양측에 수평으로 소정 길이를 가지도록 설치되는 한 쌍의 가압롤러(335F)를 포함한다.
또한, 가압블록(335D)에는 도 4에 도시된 바와 같이 소정 크기의 수용공간(335D')이 형성되고, 상기 수용공간(335D')에 가압롤러(335F)가 삽입 설치되게 된다.
이러한 수용공간(335D')의 내부 양측면에는 수평 방향으로 소정 길이의 장공(H)이 형성되어 가압롤러(335F)의 회전축(335F')이 장공(H)에 삽입되어 회전됨과 동시에 장공(H)을 따라 소정 거리 슬라이딩 이동되게 된다.
그리고 수용공간(335D')에는 소정 크기의 수용홈(335D")이 더 형성되고, 상기 수용홈(335D")에 가압롤러(335F)를 탄성 지지하는 탄성지지체(335G)가 삽입 설치된다.
이러한 탄성지지체(335G)의 일단(가압롤러(335F)와 마주하는 선단)에는 소정 지름의 지지롤러(335G')가 설치되고, 상기 지지롤러(335G')와 가압롤러(335F)가 서로 접촉되도록 설치되며, 탄성지지체(335G)의 타단에 탄성스프링(S)이 설치되어 탄성지지체(335G)가 가압롤러(335F) 쪽으로 돌출되도록 탄성 지지되게 설치된다.
또한, 수용공간(335D')의 내측면에는 소정 크기의 마찰패드(R)가 설치되고, 이를 통해 가압롤러(335F)가 탄성지지체(335G)에 의해 수용공간(335D')에서 상대적으로 바깥쪽에 위치되도록 돌출된 경우에는 마찰패드(R)와 소정 간격 이격되어 가압롤러(335F)의 회전 동작이 가능한 반면, 가압롤러(335F)가 외력에 의해 수용공간(335D')의 내부로 삽입되어 마찰패드(R)와 접촉되는 경우에는 가압롤러(335F)가 회전 동작되지 않고 고정되게 된다.
상기와 같이 가압롤러(335F)가 수용공간(335D')의 내부로 삽입되는 경우에는 가압블록(335D)의 고정패드(335E)와 가압롤러(335F)가 동시에 파지 대상(배터리 셀, 배터리 케이스, 조립품)의 외측면에 밀착되게 되면서 파지 대상을 고정하게 된다.
한편, 위에서는 가압롤러(335F)가 탄성스프링(S)을 통해 탄성 돌출되도록 설치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 가압롤러(335F)의 인입출 동작을 제어하기 위한 액추에이터 또는 실린더유닛 등의 구성으로 변경되어 제어부(도시하지 않음)의 제어를 통해 파지유닛(330)의 동작과 함께 가압롤러(335F)의 인입출 동작이 정확하게 제어되도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 조립장치(300)를 통해 배터리 셀(B)을 파지하고, 배터리 셀(B)을 배터리 케이스(C)에 삽입 조립하며, 조립된 조립품을 배출시키는 일련의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
배터리 셀 이송유닛(200)을 통해 이송된 배터리 셀(B)을 파지할 때에는 도 5에 도시된 바와 같이 파지유닛(330)이 수평레일(320)을 따라 적절한 위치로 이동되고, 이후 제1 실린더유닛(332)의 동작에 의해 파지유닛(330)의 배터리 셀(B)의 위쪽에 소정 높이 이격되어 위치 정렬되게 된다.
그런 다음, 제2 실린더유닛(336)의 동작이 제어되고, 이를 통해 한 쌍의 집게판(335)이 서로 반대되는 방향으로 이동되도록 하여 충분히 이격되며, 제2 실린더유닛(332)을 통해 한 쌍의 집게판(335)이 소정 높이로 하향되어 가압블록(335D)이 배터리 셀(B)의 양측면에 위치되게 된다.
이후 제2 실린더유닛(336)의 동작이 제어되고, 이를 통해 배터리 셀(B)의 양측면에 가압블록(335D)이 밀착되면서 배터리 셀(B)이 파지유닛(330)에 파지되게 된다.
이때 제2 실린더유닛(336)은 미리 설정된 값(이송 거리 또는 압력값)으로 집게판(335)을 슬라이딩 동작시키게 됨에 따라 가압롤러(335F)가 배터리 셀(B)에 밀착된 상태에서 수용공간(335D') 내부로 삽입되어 마찰패드(R)에 밀착되게 되고, 이에 의해 가압롤러(335F)의 회전이 정지된 상태로 고정패드(335E)와 함께 배터리 셀(B)의 외측면에 밀착되게 된다.
이 상태에서 제1 실린더유닛(332)의 동작이 제어되어 파지유닛(330)이 소정 높이로 상승되고, 이후 조립장치(300)의 승강로드(311)가 소정 각도로 회전되어 후술되는 배터리 케이스 공급유닛(500) 쪽으로 배터리 셀(B)이 파지된 파지유닛(330)이 이동되게 된다.
위와 같이 배터리 셀(B)이 파지된 파지유닛(330)이 배터리 케이스 공급유닛(500) 쪽으로 이동되고 나면, 도 6에 도시된 바와 같이 배터리 케이스(C)의 위치와 파지유닛(330)의 위치가 정렬되고, 위치 정렬이 완료되면 제1 실린더유닛(332)이 제어되어 파지유닛(330)이 소정 높이로 하강되게 된다.
이렇게 배터리 셀(B)이 파지유닛(330)을 통해 소정 높이로 하강되어 배터리 케이스(C)의 상단 부분 내로 소정 깊이 삽입되고 나면, 제2 실린더유닛(336)의 제어를 통해 집게판(335)이 서로 반대되는 방향으로 소정 거리 이동되고, 이에 의해 가압롤러(335F)를 수용공간(335D')에 가압하는 압력이 감소되게 되면서 가압롤러(335F)가 회전 가능하게 됨과 동시에 고정패드(335E)와 배터리 셀(B) 간의 접촉이 떨어지게 된다.
그 결과 도 7에 도시된 바와 같이 자중에 의해 배터리 셀(B)이 하강되면서 배터리 케이스(C)의 내부로 삽입되게 된다.
이때 배터리 셀(B)은 자중에 의해 하강되더라도 집게판(335)의 가압롤러(335F)를 통해 하강 속도가 제한되게 되어 배터리 셀(B)이 배터리 케이스(C)의 내부로 삽입되는 과정에서 발생하는 충격 등이 방지되고, 이에 의해 안전하게 배터리 셀(B)을 배터리 케이스(C) 내부로 삽입하는 것이 가능하게 된다.
이에 더해 베이스판(333)에는 배터리 셀(B)의 상면 쪽으로 하강되는 가압로드(337')가 구비되는 가압실린더(337)가 더 설치될 수 있고, 배터리 셀(B)이 자중에 의해 하강되는 대신, 도 8에 도시된 바와 같이 가압실린더(337)의 가압로드(337')를 통해 배터리 셀(B)이 하향 가압되어 하강되도록 구성될 수 있으며, 이 경우 배터리 셀(B)을 배터리 케이스(C)에 삽입하여 조립하는 공정의 속도로 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
한편, 배터리 케이스(C)의 내부로 배터리 셀(B)이 삽입되어 조립되고 나면, 도 9에 도시된 바와 같이 파지유닛(330)의 집게판(335)이 서로 반대되는 방향으로 충분히 이격되어 벌어지고, 이후 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 제1 실린더유닛(332)을 통해 파지유닛(330)이 소정 높이로 하강되면서 배터리 케이스(C)의 외측에 파지유닛(330)의 집게판(335)이 위치되어 배터리 케이스(C)의 외측면에 밀착되게 된다.
이렇게 배터리 케이스(C)의 외측면에 집게판(335)이 밀착되어 조립품이 파지되고 나면, 제1 실린더유닛(332)을 통해 소정 파지유닛(330)이 소정 높이로 상승되고, 이후 본체(310)의 승강로드(311)가 소정 각도로 회전되어 후술되는 조립품 배출유닛(600) 쪽으로 파지유닛(330)이 이동하여 조립품을 조립품 배출유닛(600)으로 이동시키게 된다.
위와 같이 조립장치(300)가 배터리 셀(B)을 배터리 케이스(C)에 조립함과 동시에 조립품을 다시 파지하여 운반하기 때문에 조립품을 배출시키기 위한 별도의 운반 장치가 요구되지 않고, 또한, 조립품을 별도의 장치로 파지하여 운반하는 데에 소요되는 시간이 단축되게 된다.
한편, 집게판(335)의 하단에는 배터리 셀(B)이 배터리 케이스(C)의 내부로 쉽게 삽입되도록 안내하는 가이드유닛(340)이 더 설치될 수 있는데, 이러한 가이드유닛(340)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 집게판(335)의 저면에 회전 가능하게 힌지 결합되면서 하단의 폭이 상대적으로 상부의 폭보다 좁게 형성된 삼각형 모양의 단면을 가지는 가이드판(341)과, 상기 가이드판(341)의 일측에 구비되는 연결부(341A)와 힌지로 연결되는 소정 길이의 연결링크(342)와, 상기 집게판(335)의 하부 일측면에 구비되어 상기 연결링크(342)와 연결되는 액추에이터(343)를 포함한다.
이때 액추에이터(343)의 로드(343A)가 승강 동작됨에 따라 연결링크(342)가 함께 승강되게 되고, 이에 의해 힌지로 연결된 연결부(341A)가 당겨지거나 밀리게 되면서 가이드판(341)의 각도가 조절되게 되며, 이에 의해 배터리 케이스(C)의 상단 폭에 맞추어 가이드판(341)의 하단 위치가 조절되게 된다.
상기와 같은 가이드유닛(340)의 구성을 통해 도 14에 도시된 바와 같이 배터리 케이스(C)의 상단 폭에 맞추어 가이드판(341)의 하단이 위치되고, 상기 가이드판(341)을 따라 배터리 셀(B)이 배터리 케이스(C) 안쪽으로 쉽게 삽입되게 된다.
상기와 같은 조립장치(300)의 구성을 통해 평행하게 배치된 배터리 셀 공급유닛(200), 배터리 케이스 공급유닛(500) 및 조립품 배출유닛(600)의 일단 쪽에서 회전 동작되어, 배터리 셀 공급유닛(200) 상의 배터리 셀(B)을 파지하고, 파지된 배터리 셀(B)을 배터리 케이스 공급유닛(500) 쪽으로 운반하여 배터리 케이스 공급유닛(500) 상의 배터리 케이스(C)에 삽입하여 조립함과 동시에 배터리 셀(B)과 배터리 케이스(C)가 조립된 조립품을 파지하여 조립품 배출유닛(600) 쪽으로 운반하는 공정을 본체(310)의 승강로드(311)가 소정 각도로 회전 동작되면서 연속하여 단계적으로 수행하게 된다.
제2 공정 이동장치(400)는 배터리 케이스 조립공정을 통해 조립된 배터리 케이스(C)를 파지하여 배터리 케이스 조립공정으로 위치를 이동시키는 구성으로, 이러한 제2 공정 이동장치(400)는 제 1 공정 이동장치(100)와 같이 다축 로봇암으로 구성될 수 있다.
또한, 로봇암과 달리 본 발명의 제2 공정 이동장치(400)는 도 15에 도시된 바와 같이 상하로 승강 동작됨과 동시에 회전 동작되는 승강로드(411)가 구비되는 본체(410)와, 상기 승강로드(411)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 수평설치부(420)와, 상기 복수 개의 수평설치부(420)에 설치되어 180° 또는 360° 회전 동작 가능하게 설치되는 파지유닛(430)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
그리고 파지유닛(430)은 수평설치부(420)에 회전 가능하게 설치되는 회전블록(431)과, 상기 회전블록(431)에 설치되는 소정 크기의 베이스판(432)과, 상기 베이스판(432)의 양측에 설치되는 한 쌍의 가이드레일(433)과, 상기 베이스판(432)의 양측에 위치되어 상기 가이드레일(433)을 따라 슬라이딩 동작되는 한 쌍의 집게판(434) 및 상기 베이스판(432)에 설치되어 상기 집게판(434)을 슬라이딩 동작시키는 실린더유닛(435)을 포함한다.
또한, 집게판(434)은 조립장치(300)의 파지유닛(330)에 비해 상대적으로 짧은 길이로 형성되어 배터리 케이스(C)의 하단 부분이 파지되도록 구성되는데, 이는 집게판(434)을 통해 배터리 케이스(C)의 상단 부분이 파지되면 배터리 케이스(C)의 형상이 쉽게 변형되어 후술되는 조립장치(300)를 통해 배터리 셀(B)의 삽입이 어려워지고, 결과적으로 조립불량이 발생할 수 있다는 점에서 기인된 것으로, 이 때문에 배터리 케이스(C)의 상부와 같이 개구부가 없어 상대적으로 외력에 강한 배터리 케이스(C)의 하단 부분을 제한적으로 파지하게 된다.
위와 같은 제2 공정 이동장치(400)는 배터리 케이스 공급유닛(500)을 대신하여 조립장치(300) 쪽으로 배터리 케이스(C)를 직접 공급하도록 배치될 수 있는데, 이러한 예로는 도 16에 도시된 바와 같이 배터리 케이스(C)의 하단이 위로 향하도록 공급되면, 제2 공정 이동장치(400)를 통해 배터리 케이스(C)의 하단을 파지한 다음, 180° 회전되어 배터리 케이스(C)의 상단이 위로 향하도록 방향이 전환되고, 이렇게 방향이 전환된 상태로 조립장치(300)의 파지유닛(330) 쪽으로 회전 이동되며, 이 상태에서 조립장치(300)의 파지유닛(330)의 배터리 케이스(C)에 배터리 셀(B)이 삽입됨과 동시에 조립품이 파지되어 운반되게 된다.
상기와 같은 구성을 통해 배터리 케이스(B)를 이송하기 위한 배터리 케이스 공급유닛(500)이 생략될 수 있고, 그 결과 배터리 케이스 조립 공정이 더욱 간소화될 수 있게 된다.
배터리 케이스 공급유닛(500)은 제2 공정 이동장치(400)를 통해 위치 이동된 배터리 케이스(C)를 조립장치(300) 쪽으로 이송하는 구성으로, 이러한 배터리 케이스 공급유닛(500)은 이송컨베이어 등으로 구성될 수 있고, 배터리 케이스(C)를 정확한 위치로 공급하기 위한 위치정렬수단(도시하지 않음)이 더 구비될 수 있다.
이때 위치정렬수단은 배터리 케이스(C)의 위치를 안내하는 가이드장치로 구성되거나, 또는 배터리 케이스(C)의 위치를 일정한 위치로 위치시켜 고정하는 클램프장치로 구성될 수 있다.
조립품 배출유닛(600)은 조립장치(300)를 통해 조립품이 운반되면, 후술되는 제3 공정 이동장치(700) 쪽으로 조립품을 이송하는 구성으로, 이러한 조립품 배출유닛(600)은 배터리 케이스 공급유닛(500)과 같이 이송컨베이어 등으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 셀 이송유닛(200), 배터리 케이스 공급유닛(500) 및 조립품 배출유닛(600)은 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되고, 이를 통해 조립장치(300)가 배터리 셀 이송유닛(200), 배터리 케이스 공급유닛(500) 및 조립품 배출유닛(600)의 일단에서 파지, 조립 및 운반 작업을 연속적으로 수행할 수 있게 된다.
제3 공정 이동장치(700)는 조립품 배출유닛(600)을 통해 이송되는 조립품을 연속된 배터리 제조공정으로 위치를 이동시키는 구성으로, 이러한 제3 공정 이동장치(700)는 제 1 공정 이동장치(100)와 같이 다축 로봇암으로 구성될 수 있다.
한편, 조립장치(300)의 파지유닛(330)이 회전 동작에 의해 배터리 셀(B)을 파지하고, 배터리 케이스(C)에 조립한 다음, 조립품 배출유닛(600)으로 운반하는 1사이클의 작업이 끝나면, 파지유닛(330)이 클린장치(800)를 통과하도록 하여 먼지 등의 이물질과 정전기 등이 반복적으로 제거되도록 구성될 수 있는데, 이를 위한 클린장치(800)는 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 박스 모양의 챔버(810)와, 상기 챔버(810)에 소정 깊이를 가지도록 형성되어 집게판(335)이 삽입되는 한 쌍의 클린부(820)와, 상기 한 쌍의 클린부(820) 사이에 소정 깊이를 가지도록 형성되어 가압실린더(337)의 가압로드(337')가 삽입되는 보조클린부(830)와, 상기 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830) 내부에 설치되는 복수 개의 이온발생기(840)와, 상기 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830) 내부에 설치되는 복수 개의 압축공기분사유닛(850) 및 상기 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830)의 내부 공기를 진공 흡인하는 진공흡인부(860)를 포함한다.
그리고 챔버(810)의 일측에는 압축공기분사유닛(850)으로 압축공기를 공급하는 압축공기공급유로(851)가 구비되고, 이러한 압축공기공급유로(851)에는 에어 컴프레서와 같은 압축공기 발생장치(도시하지 않음)가 연결된다.
또한, 진공흡인부(860)에는 내부 공기를 진공 흡인하기 위한 진공흡인유로(861)가 연결되고, 이러한 진공흡인유로(861)에는 진공발생장치(도시하지 않음)가 연결된다.
이에 더해 챔버(810)의 상면에는 소정 크기의 덮개판(870)이 설치되고, 상기 덮개판(870)을 통해 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830)의 내부가 외부로 노출되지 않도록 커버되도록 구성될 수 있는데, 이를 통해 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830)에 설치되는 이온발생기(840)가 외부로 노출되는 것이 방지되며, 또한, 클리닝 과정에서 먼지 등의 오염물질이 공기 중으로 확산되어 작업장 내부 공기를 오염시키는 것이 방지되게 된다.
이때 덮개판(870)은 탄성력이 있는 재질로 이루어질 수 있고, 이 경우 집게판(335)과 가압로드(337')가 삽입되기 위한 절개부(도면부호 없음)가 형성되며, 이를 통해 집게판(335)과 가압로드(337')가 절개부를 가압하여 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830)의 내부로 통과된 다음, 집게판(335)과 가압로드(337')가 절개부로부터 이격되면 절개부의 탄성 복원력에 의해 형상이 복원되어 한 쌍의 클린부(820)와 보조클린부(830)로 연결되는 통로가 차단되게 된다.
상기와 같은 클린장치(800)의 구성을 통해 조립장치(300)의 파지유닛(330)이 조립 공정을 1사이클 완료하고 나면, 다시 조립 공정 사이클로 진입하기에 앞서 파지유닛(330)에 부착된 먼지 등의 이물질과 정전기가 제거되게 되고, 이에 의해 조립과정에서 정전기 등에 의해 발생할 수 있는 조립 불량 등이 확실하게 방지되게 된다.
즉, 조립장치의 승강로드(311)에 4개의 수평레일(320)이 90° 간격을 두고 설치되고, 이러한 4개의 수평레일(320)에 각각 파지유닛(330)이 설치되어, 1개의 파지유닛(330)이 배터리 셀 이송유닛(200)의 선단 쪽에 위치되면, 다른 3개의 파지유닛(330)은 각각 배터리 케이스 공급유닛(500)의 선단과 조립품 배출유닛(600)의 선단 및 클린장치(800)의 상부 쪽에 위치 정렬되도록 배치되게 된다.
이를 통해 4개의 정렬 위치에서 4개의 파지유닛(330)이 동시에 각각의 위치에 맞는 공정이 진행되게 되고, 이와 같이 4개의 파지유닛(330)이 각각의 공정이 완료되게 되면, 승강로드(311)가 90°씩 회전되면서 각 위치별 다음 공정이 순차적으로 진행되게 되며, 이렇게 승강로드(311)가 360°회전되면 1 사이클의 공정이 완료되게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 배터리 셀의 운반 및 배터리 케이스의 조립이 연속적으로 빠르고 정확하게 수행되게 되고, 작업자의 숙련도와 상관없이 배터리 케이스의 조립 품질이 담보되게 된다.
또한, 배터리 셀과 배터리 케이스의 조립 공정과 연속하여 조립이 완료된 배터리 케이스가 배출 공정으로 이동되므로, 배터리 셀이 조립된 배터리 케이스를 배출하기 위한 별도의 배출 장치가 요구되지 않고, 이송조립장치의 파지유닛이 배터리 케이스 조립 동작 중에 정전기 방지장치를 반복하여 통과하게 되므로 배터리 셀과 배터리 케이스의 조립 중에 발생할 수 있는 정전기가 확실하게 제거되게 된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
100: 제1 공정 이동장치 200: 배터리 셀 이송유닛
300: 조립장치 310: 본체
311: 승강로드 320: 수평레일
330: 파지유닛 331: 이송블록
332: 제1 실린더유닛 333: 베이스판
334: 가이드레일 335: 집게판
335A: 메인플레이트 335B: 가이드공
335C: 로드결합공 335D: 가압블록
335D': 수용공간 335D" 수용홈
335E: 고정패드 335F: 가압롤러
335F' 회전축 335G: 탄성지지체
335G': 지지롤러 336: 제2 실린더유닛
337: 가압실린더 337': 가압로드
340: 가이드유닛 341: 가이드판
341A: 연결부 342: 연결링크
343: 액추에이터 343A: 로드
400: 제2 공정 이동장치 410: 본체
411: 승강로드 420: 수평설치부
430: 파지유닛 431: 회전블록
432: 베이스판 433: 가이드레일
434: 집게판 435: 실린더유닛
500: 배터리 케이스 공급유닛 600: 조립품 배출유닛
700: 제3 공정 이동장치 800: 클린장치
810: 챔버 820: 클린부
830: 보조클린부 840: 이온발생기
850: 압축공기분사유닛 851: 압축공기공급유로
860: 진공흡인부 861: 진공흡인유로
870: 덮개판 B: 배터리 셀
C: 배터리 케이스 H: 장공
R: 마찰패드 S: 탄성스프링

Claims (3)

  1. 배터리 셀 조립공정을 통해 소정 개수로 조립된 배터리 셀(B)을 파지하여 배터리 케이스 조립공정으로 위치를 이동시키는 제1 공정 이동장치(100);
    상기 제1 공정 이동장치(100)를 통해 위치 이동되는 상기 배터리 셀(B)을 이송하는 배터리 셀 공급유닛(200);
    상기 배터리 셀 공급유닛(200)을 통해 이송되는 상기 배터리 셀(B)을 파지하여 배터리 케이스(C)와 조립하는 조립장치(300);
    배터리 케이스 조립공정을 통해 조립된 배터리 케이스(C)를 파지하여 배터리 케이스 조립공정으로 위치를 이동시키는 제2 공정 이동장치(400);
    상기 제2 공정 이동장치(400)를 통해 위치 이동되는 상기 배터리 케이스(C)를 상기 조립장치(300) 쪽으로 이송하는 배터리 케이스 공급유닛(500);
    상기 조립장치(300)를 통해 배터리 셀(B)과 배터리 케이스(C)가 조립된 조립품을 배출하는 조립품 배출유닛(600); 및
    상기 조립품 배출유닛(600)을 통해 이송되는 조립품을 연속된 배터리 제조공정으로 위치를 이동시키는 제3 공정 이동장치(700);
    를 포함하고,
    상기 배터리 셀 공급유닛(200), 배터리 케이스 공급유닛(500) 및 조립품 배출유닛(600)은,
    서로 소정 간격 이격된 상태로 평행하게 배치되며,
    상기 조립장치(300)는,
    평행하게 배치된 상기 배터리 셀 공급유닛(200), 배터리 케이스 공급유닛(500) 및 조립품 배출유닛(600)의 일단 쪽에서 회전 동작되어, 상기 배터리 셀 공급유닛(200) 상의 상기 배터리 셀(B)을 파지하고, 파지된 상기 배터리 셀(B)을 상기 배터리 케이스 공급유닛(500) 쪽으로 운반하여 상기 배터리 케이스 공급유닛(500) 상의 상기 배터리 케이스(C)에 삽입하여 조립함과 동시에 상기 배터리 셀(B)과 상기 배터리 케이스(C)가 조립된 조립품을 파지하여 상기 조립품 배출유닛(600) 쪽으로 운반하도록 구성되고,
    상기 조립장치(300)는,
    상하 수직방향으로 승강 동작됨과 동시에 회전 동작 가능한 승강로드(311)가 구비되는 본체(310);
    상기 승강로드(311)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 수평레일(320); 및
    상기 복수 개의 수평레일(320)에 각각 설치되어 수평 이송되면서 상하 수직방향으로 승강 동작되어 상기 배터리 셀(B)과 상기 조립품을 선택적으로 파지, 조립 및 운반하는 파지유닛(330);
    을 포함하며,
    상기 파지유닛(330)은,
    수평레일(320)을 따라 수평 방향으로 슬라이딩 이동되는 이송블록(331);
    상기 이송블록(331)의 하부에 상하 수직으로 길이를 가지도록 설치되어 상하로 인입출 동작되는 로드가 구비되는 제1 실린더유닛(332);
    상기 제1 실린더유닛(332)의 로드에 설치되어 상기 로드의 인입출 동작에 의해 상하로 승강 동작되는 소정 크기의 베이스판(333);
    상기 베이스판(333)의 양측에 대칭이 되도록 설치되는 한 쌍의 가이드레일(334);
    상기 한 쌍의 가이드레일(334)에 각각 설치되어 서로 마주하는 방향으로 슬라이딩되거나 또는 서로 대향된 방향으로 슬라이딩되는 한 쌍의 집게판(335);
    상기 베이스판(333)에 설치되면서 상기 한 쌍의 집게판(335)을 슬라이딩 동작시키는 제2 실린더유닛(336); 및
    상기 베이스판(333)에 설치되면서 상기 배터리 셀(B)의 상면 쪽으로 하강되는 가압로드(337')가 구비되는 가압실린더(337);
    를 포함하고,
    상기 집게판(335)은,
    소정 크기를 가지는 판 모양 형상의 메인플레이트(335A);
    상기 메인플레이트(335A)의 상부 양측에 형성되어 가이드레일(33A)이 관통 조립되는 한 쌍의 가이드공(335B);
    상기 한 쌍의 가이드공(335B) 사이에 위치되어 상기 제2 실린더유닛(336)의 로드가 결합되는 소정 크기의 로드결합공(335C);
    상기 메인플레이트(335A)의 하부 일측에 돌출 형성되는 소정 크기의 가압블록(335D);
    상기 가압블록(335D)의 가운데 부분에 수평으로 소정 길이를 가지도록 설치되는 고정패드(335E); 및
    상기 가압블록(335D)의 양측에 수평으로 소정 길이를 가지도록 설치되는 한 쌍의 가압롤러(335F);
    를 포함하고,
    상기 가압블록(335D)에는,
    소정 크기의 수용공간(335D')이 형성되어, 상기 수용공간(335D')에 상기 가압롤러(335F)가 삽입 설치되며,
    상기 수용공간(335D')의 내부 양측면에는,
    수평 방향으로 소정 길이의 장공(H)이 형성되어, 상기 가압롤러(335F)의 회전축(335F')이 상기 장공(H)에 삽입되어 회전됨과 동시에 상기 장공(H)을 따라 소정 거리 슬라이딩 이동되도록 구성되고,
    상기 수용공간(335D')에는,
    소정 크기의 수용홈(335D")이 형성되어, 상기 수용홈(335D")에 상기 가압롤러(335F)를 탄성 지지하는 탄성지지체(335G)가 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수평레일(320)은,
    상기 승강로드(311)의 외측면에 동일 간격을 두고 방사상으로 3개 이상 배치되고,
    상기 파지유닛(330)은,
    3개 이상의 상기 수평레일(320)에 각각 설치되어, 상기 배터리 셀(B)의 파지 동작, 상기 배터리 셀(B)을 상기 배터리 케이스(C)에 삽입하여 조립하는 동작 및 상기 배터리 셀(B)과 상기 배터리 케이스(C)가 조립된 조립품을 상기 조립품 배출유닛(600)으로 운반하는 동작을 각각의 위치에서 동시에 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스 조립시스템.
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