KR102639770B1 - 배터리 모듈 제조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템은, 복수의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 복수의 셀 적층체; 각각의 셀 적층체를 지지하는 복수의 셀 적층체 지지 유닛; 상기 셀 적층체와 셀 적층체 지지 유닛으로 이루어지는 셀 적층체 어셈블리 복수개를 내부에 수용하며, 복수의 상기 셀 적층체 어셈블리가 적층되어 이루어진 어셈블리 적층체를 상하부 양 측에서 가압하여 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀들이 서로 밀착되도록 하는 클램핑 유닛; 및 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀에 구비된 전극 리드들을 용접하여 접합시키는 용접 유닛; 을 포함한다.

Description

배터리 모듈 제조 시스템{System for manufacturing a battery module}
본 발명은, 배터리 모듈 제조 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 서브 모듈 적층체의 제조를 위해 소요되는 공정 대기시간을 최소화 할 수 있는 배터리 모듈 제조 시스템에 관한 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 종래의 배터리 모듈 제조 공정이 나타나 있다. 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들이 적층된 셀 적층체를 케이스 내에 수용시킨 구조를 갖는다. 이러한 배터리 모듈의 제조를 위해서는 우선적으로 셀 적층체(1)의 형성을 위한 배터리 셀(2) 간 면 접착 공정이 선행되어야 한다.
특히, 하나의 셀 적층체(1)를 이루는 복수의 배터리 셀(2)들이 서로 병렬로 연결되는 경우에 있어서는, 셀 적층체(1)의 일 방향으로 연장된 복수의 전극 리드(3)들을 한데 모아 용접을 통해 접합시킨다. 그런데, 용접을 통한 전극 리드(3)들 간의 접합을 진행하기 이 전에 배터리 셀 간 면 접착을 위해 도포된 접착 레진이 경화될 때까지의 대기 시간이 소요된다. 이러한 접착 레진의 경화를 위한 대기 시간 동안에는 후속 공정이 이루어질 수 없기 때문에 전체적인 배터리 모듈 제조 공정이 지연되는 문제가 있었다.
또한, 이러한 종래의 배터리 모듈 제조 공정에 있어서는, 적층된 배터리 셀(2)들 간에 별도의 면 가압이 이루어지지 않고 접착 레진이 도포된 상태로 건조되기를 기다리는 방식이 적용되었기 때문에, 배터리 셀 간의 접착력이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 종래의 배터리 모듈 제조 공정에서는, 전극 리드(3)들을 한데 모으기 위해 트레이(4)에 형성된 슬릿(5) 내에 전극 리드(3)를 삽입시킨다. 이 과정에서 도 4에 도시된 바와 같이 슬릿(5)의 입구에 형성된 경사부(5a)로 인해 일부 전극 리드(3)가 뒤틀리는 현상이 발생할 수 있고, 이는 배터리 모듈의 불량으로 이어질 수 있어 이에 대한 해결책이 필요하다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 셀들을 적층하여 적층체를 형성한 후 면 접착이 잘 이루어지도록 하고, 면 접착을 위한 접착 레진의 경화를 기다리지 않고 후속 공정이 이루어질 수 있도록 하며, 또한 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀에서 인출된 전극 리드들 중 일부가 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있도록 하는 배터리 모듈 제조 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템은, 각각의 셀 적층체를 지지하는 복수의 셀 적층체 지지 유닛; 상기 셀 적층체와 셀 적층체 지지 유닛으로 이루어지는 셀 적층체 어셈블리 복수개를 내부에 수용하며, 복수의 상기 셀 적층체 어셈블리가 적층되어 이루어진 어셈블리 적층체를 상하부 양 측에서 가압하여 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀들이 서로 밀착되도록 하는 클램핑 유닛; 및 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀에 구비된 전극 리드들을 용접하여 접합시키는 용접 유닛; 을 포함한다.
상기 셀 적층체 지지 유닛을 지지하며, 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀들을 폭 방향 및 길이 방향을 따라 정렬시키는 적층체 정렬 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체 지지 유닛은, 상기 적층체 정렬 유닛으로부터 분리되어 상기 클램핑 유닛 내에 배치될 수 있다.
상기 셀 적층체 지지 유닛은, 상기 셀 적층체를 지지하는 베이스 플레이트; 상기 셀 적층체의 폭 방향 일 측에 구비되어 상기 셀 적층체의 일 측부를 고정시키는 폭 고정 가이드; 및 상기 셀 적층체의 폭 방향 타 측에 구비되어 상기 셀 적층체의 타 측부를 고정시키되, 상기 베이스 플레이트 상에서 상기 셀 적층체의 폭 방향을 따라 전후로 이동 가능하도록 설치되는 폭 조절 가이드; 를 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체 지지 유닛은, 상기 셀 적층체의 길이 방향 양 측에 구비되어 상기 복수의 배터리 셀 각각에 구비된 전극 리드들이 한데 모여 하나의 리드 집합체를 이루도록 가압하는 리드 고정부를 더 포함할 수 있다.
상기 리드 고정부는, 상기 리드 집합체와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성되는 리드 슬릿을 구비할 수 있다.
상기 리드 고정부는, 길이 방향 일 측에서 상호 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치되는 하부 고정부 및 상부 고정부를 포함하며, 상기 하부 고정부 및 상부 고정부는 상호 맞물려 상기 리드 슬릿을 형성할 수 있다.
상기 하부 고정부는, 상기 셀 적층체와 마주 보는 면에 형성되는 제1 경사부를 구비하되, 상기 제1 경사부는 상기 셀 적층체를 향하는 방향을 따라 하향 경사진 형태를 가져 하부 고정부의 회전에 따라 상기 전극 리드를 상방으로 가압하며, 상기 상부 고정부는, 상기 셀 적층체와 마주 보는 면에 형성되는 제2 경사부를 구비하되, 상기 제2 경사부는 상기 셀 적층체를 향하는 방향을 따라 상향 경사진 형태를 가져 상부 고정부의 회전에 따라 상기 전극 리드를 하방으로 가압할 수 있다.
상기 하부 고정부는 상기 상부 고정부와 후크 결합되고, 상기 상부 고정부는 상기 폭 조절 가이드와 후크 결합될 수 있다.
상기 클램핑 유닛은, 상기 어셈블리 적층체를 하방으로 가압하는 상부 클램핑 플레이트; 및 상기 어셈블리 적층체를 상방으로 가압하는 하부 클램핑 플레이트; 를 포함할 수 있다.
상기 클램핑 유닛은, 상기 상부 클램핑 플레이트에 직접 또는 간접적으로 결합되되, 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치되는 클램핑 핸들; 상기 하부 클램핑 플레이트에 직접 또는 간접적으로 결합되는 후크 걸림부; 및 상기 클램핑 핸들에 결합되어 상기 클램핑 핸들이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 하부 클램핑 플레이트를 향하는 방향으로 이동하여 상기 후크 걸림부에 체결되고, 상기 클램핑 핸들이 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 상부 클램핑 플레이트를 향하는 방향으로 이동하여 상기 어셈블리 적층체가 가압되도록 하는 클램핑 후크; 를 포함할 수 있다.
상기 용접 유닛은, 상하 방향으로 이동하면서 복수의 셀 적층체 각각에 대해 순차적으로 용접을 수행할 수 있다.
상기 셀 적층체 지지 유닛은, 상기 베이스 플레이트 상에 형성되어 복수의 셀 적층체 지지 유닛이 상기 클램핑 유닛 내에 적층될 때 각각의 셀 적층체 지지 유닛들이 정확히 정렬 되도록 하는 적층 가이드 로드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀들을 적층하여 형성된 셀 적층체에 있어서 서로 인접한 배터리 셀 간의 면 접착이 잘 이루어지게 되어 배터리 모듈의 품질이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 셀 간 면 접착을 위한 접착 레진의 경화를 기다리지 않고 후속 공정이 이루어질 수 있도록 함으로써 전체적인 공정 시간을 단축할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀에서 인출된 전극 리드들 중 일부가 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있게 되며, 이로써 배터리 모듈의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 4는 종래의 배터리 모듈의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 적층체 정렬 유닛에 셀 적층체 어셈블리가 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 셀 지지 유닛에 셀 적층체가 수용되어 형성된 셀 적층체 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 셀 적층체 어셈블리의 일부를 나타내는 도면으로서, 셀 폭 고정부 및 리드 고정부를 이용하여 배터리 셀 및 전극 리드들을 고정시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 8 내지 도 11에 도시된 리드 고정부의 구체적인 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 적층체 가압 유닛 내에 셀 적층체 어셈블리가 수용된 모습을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 적층체 가압 유닛을 이용하여 복수의 셀 적층체 어셈블리를 가압하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 용접 유닛을 이용하여 각각의 셀 적층체에 구비된 전극 리드들을 용접하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 적층체 정렬 유닛에 셀 적층체 어셈블리가 결합된 모습을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 셀 지지 유닛에 셀 적층체가 수용되어 형성된 셀 적층체 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템은, 복수의 적층체 정렬 유닛(10), 복수의 셀 적층체 지지 유닛(100), 클램핑 유닛(300) 및 용접 유닛(400)을 포함한다.
상기 적층체 정렬 유닛(10)은, 셀 적층체(50) 및 셀 적층체 지지 유닛(100)을 지지하며, 셀 적층체(50)를 이루는 각각의 배터리 셀(51)들을 폭 방향 및 길이 방향을 따라 정렬시킨다.
이러한 셀 적층체 지지 유닛(10)은, 셀 적층체(50)를 이루는 각각의 배터리 셀(51)들이 면대면으로 서로 포개어져 정렬되도록 하기 위한 제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12)를 구비한다.
상기 제1 고정부(11)는, 셀 적층체(50)의 폭 방향 일 측에 배치되어, 후술할 셀 적층체 지지 유닛(100)에 구비된 폭 고정 가이드(120)과 함께 셀 적층체(50)의 폭 방향 측부를 지지하며, 이로써 셀 적층체(50)를 이루는 복수의 배터리 셀(51)들을 폭 방향으로 정렬시켜 정확히 포개어지도록 한다.
상기 제1 고정부(11)는, 폭 고정 가이드(120)를 향하는 방향 및 멀어지는 방향으로 이동할 수 있도록 설치되는 제 1고정 플레이트(11a)를 구비하며, 이러한 제1 고정 플레이트(11a)를 움직임으로써, 적층체 정렬 유닛(10)이 서로 다른 폭을 갖는 다양한 사이즈의 셀 적층체(50)를 수용할 수 있게 된다.
상기 제2 고정부(12)는 한 쌍이 구비되어, 셀 적층체(50)의 길이 방향 양 측에 각각 배치되어 셀 적층체(50)의 길이 방향 양 측부를 지지하며, 이로써 셀 적층체(50)를 이루는 복수의 배터리 셀(51)들의 길이 방향을 정렬시켜 정확히 면대면으로 포개어지도록 한다.
상기 한 쌍의 제2 고정부(12)는 서로를 향해 가까워지는 방향 및 멀어지는 방향으로 이동 가능하도록 설치된다. 이러한 한 쌍의 제2 고정부(12)의 움직임에 의해, 적층체 정렬 유닛(10)은, 서로 다른 길이를 갖는 다양한 사이즈의 셀 적층체(50)를 수용할 수 있게 된다.
여기서, 상기 셀 적층체(50)의 길이 방향이란, 셀 적층체(50)를 이루는 각각의 배터리 셀(51)들에 구비된 전극 리드(51a)가 인출되는 방향을 의미하며, 폭 방향이란 길이 방향에 수직하며 바닥면과 나란한 방향을 의미한다.
상기 셀 적층체(50)는, 복수의 배터리 셀(51)들이 서로 대면하여 적층되어 형성된 것으로서, 복수개가 구비될 수 있다.
이러한 셀 적층체(50)를 이루는 배터리 셀(51)의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀(51)이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(51)은, 서로 반대 방향으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(51a)를 구비한다.
적층된 복수의 배터리 셀(51)들은, 서로 인접한 배터리 셀(51) 사이마다 개재되는 접착제에 의해 고정되며, 이러한 배터리 셀(51) 간의 접착은, 후술할 클램핑 유닛(300)에 의한 배터리 셀(51)간 가압으로 인해 더욱 강화된다.
상기 셀 적층체 지지 유닛(100)은, 복수개가 구비될 수 있으며, 각각의 셀 적층체 지지 유닛(100)은 하나의 셀 적층체(50)를 내부에 수용 및 지지 한다. 이러한 셀 적층체 지지 유닛(100)은, 적층체 정렬 유닛(10) 상에 배치되어 적층체 정렬 유닛(10)과 함께 셀 적층체(50)를 길이 방향 및 폭 방향을 따라 정렬시켜 복수의 배터리 셀(51)들이 면대 면으로 정확히 포개어지도록 한다.
구체적으로, 상기 셀 적층체 지지 유닛(100)은, 베이스 플레이트(110), 폭 고정 가이드(120), 폭 조절 가이드(130) 및 리드 고정부(140)를 포함한다.
상기 베이스 플레이트(110)에는 셀 적층체(50)가 놓여지며, 폭 고정 가이드(120), 폭 조절 가이드(130), 리드 고정부(140) 및 적층 가이드 로드(150)가 이러한 베이스 플레이트(110) 상에 설치 또는 형성될 수 있다.
상기 폭 고정 가이드(120)는, 셀 적층체(50)의 일 측에 구비되며, 상술한 바와 같이 적층체 정렬 유닛(10)에 구비된 제1 고정부(11)와 함께 셀 적층체(50)의 폭 방향 양 측부를 지지하고, 이로써 셀 적층체(50)가 갖는 폭의 크기를 결정한다.
상기 폭 조절 가이드(130)는, 셀 적층체(50)의 폭 방향을 따라 제1 고정부(11)와 반대편에 구비되는 것으로서, 셀 적층체 지지 유닛(100)이 적층체 정렬 유닛(10)으로부터 분리된 이 후에, 셀 적층체(50)가 움직이지 않도록 하기 위해 구비되는 구성요소이다.
상기 폭 조절 가이드(130)는, 폭 고정 가이드(120)을 향하는 방향 또는 멀어지는 방향으로 움직일 수 있도록 설치되며, 이로써 셀 적층체 지지 유닛(100)이 적층체 정렬 유닛(10)으로부터 분리된 이 후에 폭 고정 가이드(120)와 반대편에서 셀 적층체(50) 를 폭 고정 가이드(120)를 향하는 방향으로 가압하여 셀 적층체(50)가 움직이지 않도록 고정시킬 수 있다.
즉, 상기 폭 고정 가이드(120)는, 셀 적층체(50)의 폭 방향 일 측에 구비되어 셀 적층체(50)의 일 측부를 고정시키고, 폭 조절 가이드(130)는, 셀 적층체(50)의 폭 방향 타 측에 구비되어 셀 적층체(50)의 폭 방향을 따라 전후로 이동 가능하도록 설치된다.
바람직하게, 폭 조절 가이드(130)는 L 자 형상으로 절곡된 지지대(131)와 상기 지지대(131)의 움직임을 가이드 하는 가이드 로드(132)를 포함한다. 상기 지지대(132)는 지지대(131)에 형성된 슬라이딩 홀(131a) 내에 삽입되어 지지대(131)가 셀 적층체(50)를 향하는 방향 또는 멀어지는 방향으로 움직이도록 그 움직임을 가이드 한다. 또한, 상기 지지대(131)의 상단 면에는, 후술할 상부 고정부(142)에 형성된 제1 고정 후크(142b)가 체결될 수 있도록 제1 체결 홈(131b)이 형성되어 있다.
다음은, 도 8 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 리드 고정부(140)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 셀 적층체 어셈블리의 일부를 나타내는 도면으로서, 셀 폭 고정부 및 리드 고정부를 이용하여 배터리 셀 및 전극 리드들을 고정시키는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 도 8 내지 도 11에 도시된 리드 고정부의 구체적인 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 상기 리드 고정부(140)는, 셀 적층체(50)의 길이 방향 양 측에 구비되어 복수의 배터리 셀(51) 각각에 구비된 전극 리드(51a)들이 한데 모여 하나의 리드 집합체를 이루도록 가압하는 것으로서, 리드 집합체와 대응되는 위치에 형성되는 리드 슬릿(140a)을 구비한다.
상기 리드 고정부(140)는, 길이 방향 일 측에서 상호 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치되는 하부 고정부(141) 및 상부 고정부(142)를 포함한다. 상기 하부 고정부(141) 및 상부 고정부(142)는 각각 셀 적층체(50)와 대면하도록 회전된 상태에서 상호 맞물려 리드 슬릿(140a)을 형성하게 된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 하부 고정부(141)는, 셀 적층체(50)와 마주보는 면에 형성되는 제1 경사부(141a)를 구비하며, 제1 경사부(141a)는 셀 적층체(50)를 향하는 방향을 따라 하향 경사진 형태를 갖는다. 상기 하부 고정부(141)는, 이러한 형상의 제1 경사부(141a)를 가짐으로써 셀 적층체(50)와 마주보도록 회전이 되는 과정에서 전극 리드(51a)를 상방으로 가압한다. 즉, 상기 제1 경사부(141a)는 리드 집합체의 하면을 가압하게 된다.
상기 하부 고정부(141)가 셀 적층체(50)와 대면하는 방향으로 회전함에 따라 셀 적층체(50)에 구비된 전극 리드(51a)들은 제1 경사부(141a)에 의해 상방으로 힘을 받게 되며, 이처럼 상방으로 가해지는 힘은 하부 고정부(141)가 회전되어 셀 적층체(50)와 대면하는 방향으로 이동할수록 더욱 커지게 된다.
상기 상부 고정부(142)는, 셀 적층체(50)와 마주보는 면에 형성되는 제2 경사부(142a)를 구비하며, 제2 경사부(142a)는 제1 경사부(141a)와는 반대로 셀 적층체(50)를 향하는 방향을 따라 상향 경사진 형태를 갖는다. 상기 상부 고정부(142)는, 이러한 형상의 제2 경사부(142a)를 가짐으로써 셀 적층체(50)와 마주보도록 회전이 되는 과정에서 전극 리드(51a)를 하방으로 가압한다. 즉, 상기 제2 경사부(142a)는 리드 집합체의 상면을 가압하게 된다.
상기 상부 고정부(142)가 셀 적층체(50)와 대면하는 방향으로 회전함에 따라 셀 적층체(50)에 구비된 전극 리드(51a)들은 제2 경사부(142a)에 의해 하방으로 힘을 받게 되며, 이처럼 하방으로 가해지는 힘은 상부 고정부(142)가 회전되어 셀 적층체(50)와 대면하는 방향으로 이동할수록 더욱 커지게 된다.
한편, 상기 하부 고정부(141)는 회전이 완료되어 셀 적층체(50)와 대면한 상태에서 상부 고정부(142)의 회전이 완료될 때 상부 고정부(142)와 후크 결합되고, 또한 상부 고정부(142)는 회전이 완료되어 셀 적층체(50)와 대면한 상태에서 베이스 플레이트(110) 상에 고정된 폭 조절 가이드(130)와 후크 결합된다.
좀 더 구체적으로, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 상부 고정부(142)는 폭 조절 가이드(130)에 형성된 제1 체결 홈(131b)과 대응되는 위치에 형성된 제1 고정 후크(142b)를 구비한다. 또한, 상기 하부 고정부(141)는 상부 고정부(142)와의 체결을 위한 제2 체결 홈(141b)를 구비하고, 상부 고정부(142)는 제2 체결 홈(141b)과 대응되는 위치에 형성되는 제2 고정 후크(142c)를 구비한다.
상기 적층 가이드 로드(150)는, 셀 적층체 지지 유닛(100)의 베이스 플레이트(110) 상에 형성되어 복수의 셀 적층체 지지 유닛(100)이 클램핑 유닛(300) 내에 적층될 때 각각의 셀 적층체 지지 유닛(100)들이 정확히 정렬 되도록 고정시키는 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 베이스 플레이트(110)의 테두리 영역 일부에는 상면으로부터 돌출 형성된 복수의 적층 가이드 로드(150)가 형성되며, 베이스 플레이트(110)의 하면에는 적층 가이드 로드(150)와 대응되는 위치에 형성되는 삽입 홈(미도시)이 형성된다.
이에 따라, 복수의 셀 적층체 지지 유닛(100)을 클램핑 유닛(300) 내에 적층시키는 과정에서 각각의 셀 적층체 지지 유닛(100)에 구비된 적층 가이드 로드(150)는 이웃하는 셀 적층체 지지 유닛(100)에 구비된 삽입 홈 내에 삽입되며, 이로써 복수의 셀 적층체 지지 유닛(100)이 정확히 포개어 지도록 정렬된다(도 13 참조).
다음은, 도 13 및 도 14를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 클램핑 유닛(300)에 대해서 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 적층체 가압 유닛 내에 셀 적층체 어셈블리가 수용된 모습을 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 적층체 가압 유닛을 이용하여 복수의 셀 적층체 어셈블리를 가압하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 클램핑 유닛(300)은, 셀 적층체(50)와 셀 적층체 지지 유닛(100)을 포함하는 셀 적층체 어셈블리(200) 복수개를 내부에 수용하며, 복수의 셀 적층체 어셈블리(200)가 적층되어 이루어진 어셈블리 적층체를 상하부 양 측에서 가압하여 셀 적층체(50)를 이루는 각각의 배터리 셀(51)들이 서로 밀착되도록 한다.
이러한 클램핑 유닛(300)은, 상부 클램핑 플레이트(310), 하부 클램핑 플레이트(320), 클램핑 핸들(330), 후크 걸림부(340) 및 클램핑 후크(350)를 포함한다.
상기 상부 클램핑 플레이트(310)는, 어셈블리 적층체의 상부에 배치되어 클램핑 핸들(330)의 움직임에 따라 어셈블리 적층체를 하방으로 가압한다. 또한, 상기 하부 클램핑 플레이트(320)는, 어셈블리 적층체의 하부에 배치되어 클램핑 핸들(330)의 움직임에 따라 어셈블리 적층체를 상방으로 가압한다.
상기 클램핑 핸들(330)은, 상부 클램핑 플레이트(310)에 직접 또는 간접적으로 결합되되, 회전 가능하도록 힌지 결합된다. 이러한 클램핑 핸들(330)의 회전 방향에 따라서 클램핑 후크(350)는 하부 클램핑 플레이트(310)를 향하는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동하게 된다.
상기 후크 걸림부(340)는, 하부 클램핑 플레이트(320)에 직접 또는 간접적으로 결합되며, 클램핑 후크(350)가 하방으로 내려왔을 때 클램핑 후크(350)와 결합됨으로써 클램핑 핸들(330)의 조작에 의해 하부 클램핑 플레이트(320)가 상방으로 움직일 수 있도록 한다.
상기 클램핑 후크(350)는, 클램핑 핸들(330)에 결합되어 클램핑 핸들(330)이 단부가 위로 향하도록 제1 방향으로 회전함에 따라 하부 클램핑 플레이트(320)를 향하는 방향으로 이동하여 후크 걸림부(340)에 체결된다. 또한, 상기 클램핑 후크(350)는, 클램핑 핸들(330)이 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회전함에 따라 상부 클램핑 플레이트(310)를 향하는 방향으로 이동하여 하부 클램핑 플레이트(320)가 상방으로 이동되도록 함으로써 어셈블리 적층체가 가압되도록 한다.
이와 같이, 상기 클램핑 유닛(300)은, 내부에 수용된 어셈블리 적층체를 가압함으로써 서로 인접합 배터리 셀(51)들 간의 접착력이 극대화 될 수 있도록 하며, 이와 같이 어셈블리 적층체가 가압된 상태에서 후술할 용접 작업이 이루어질 수 있도록 함으로써 접착제의 경화에 요구되는 시간동안 공정이 지연되는 것을 방지할 수 있다.
상기 클램핑 유닛(300)의 클램핑 메커니즘은 당업계에서 알려진 토글 클램프에 적용되는 것과 실질적으로 동일한 것일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 토글 클램프의 구조는 한국등록특허10-1216407에 개시되어 있으며, 본 발명의 일부로서 참조될 수 있다.
다음은, 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 용접 유닛(400)에 대해서 설명하기로 한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템에 적용되는 용접 유닛을 이용하여 각각의 셀 적층체에 구비된 전극 리드들을 용접하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 상기 용접 유닛(400)은, 클램핑 유닛(300)의 내부에 배치된 셀 적층체(50)의 길이 방향 일측 및/또는 타측에 배치되어, 상하 방향으로 이동하면서 복수의 셀 적층체(50) 각각에 대해 순차적으로 용접을 수행한다.
즉, 상기 용접 유닛(400)은, 하나의 셀 적층체(50)를 이루는 각각의 배터리 셀(51)마다 구비된 전극 리드(51a)들이 모여서 형성된 리드 집합체의 상면과 하면에 접촉하여 용접을 함으로써 전극 리드(51a)들이 상호 접합되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 시스템은, 복수의 셀 적층체(50)들이 가압된 상태를 유지한 채로 접착제의 경화가 이루어지는 동안 용접이 동시에 수행될 수 있도록 구성됨으로써 셀 적층체(50)를 이루는 개개의 배터리 셀(51) 사이마다 개재된 접착제의 경화에 소요되는 시간동안 공정이 지연되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 적층체 정렬 유닛
11: 제1 고정부
11a: 제1 고정 플레이트
12: 제2 고정부
50: 셀 적층체
51: 배터리 셀
51a: 전극 리드
100: 셀 적층체 지지 유닛
110: 베이스 플레이트
120: 폭 고정 가이드
130: 폭 조절 가이드
131: 지지대
131a: 슬라이딩 홀
131b: 제1 체결 홈
132: 가이드 로드
140: 리드 고정부
140a: 리드 슬릿
141: 하부 고정부
141a: 제1 경사부
141b: 제2 체결 홈
142: 상부 고정부
142a: 제2 경사부
142b: 제1 고정 후크
142c: 제2 고정 후크
150: 적층 가이드 로드
200: 셀 적층체 어셈블리
300: 클램핑 유닛
310: 상부 클램핑 플레이트
320: 하부 클램핑 플래이트
330: 클램핑 핸들
340: 후크 걸림부
350: 클램핑 후크
400: 용접 유닛

Claims (13)

  1. 각각의 셀 적층체를 지지하는 복수의 셀 적층체 지지 유닛;
    상기 셀 적층체와 셀 적층체 지지 유닛으로 이루어지는 셀 적층체 어셈블리 복수개를 내부에 수용하며, 복수의 상기 셀 적층체 어셈블리가 적층되어 이루어진 어셈블리 적층체를 상하부 양 측에서 가압하여 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀들이 서로 밀착되도록 하는 클램핑 유닛; 및
    상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀에 구비된 전극 리드들을 용접하여 접합시키는 용접 유닛;
    을 포함하고,
    상기 셀 적층체 지지 유닛은,
    상기 셀 적층체의 길이 방향 양 측에 구비되어 상기 복수의 배터리 셀 각각에 구비된 전극 리드들이 한데 모여 하나의 리드 집합체를 이루도록 가압하는 리드 고정부를 포함하며,
    상기 리드 고정부는,
    상기 리드 집합체와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성되는 리드 슬릿을 구비하고,
    상기 리드 고정부는,
    길이 방향 일 측에서 상호 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치되는 하부 고정부 및 상부 고정부를 포함하며, 상기 하부 고정부 및 상부 고정부는 상호 맞물려 상기 리드 슬릿을 형성하도록 구성되는 배터리 모듈 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체 지지 유닛을 지지하며, 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀들을 폭 방향 및 길이 방향을 따라 정렬시키는 적층체 정렬 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 적층체 지지 유닛은,
    상기 적층체 정렬 유닛으로부터 분리되어 상기 클램핑 유닛 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체 지지 유닛은,
    상기 셀 적층체를 지지하는 베이스 플레이트;
    상기 셀 적층체의 폭 방향 일 측에 구비되어 상기 셀 적층체의 일 측부를 고정시키는 폭 고정 가이드; 및
    상기 셀 적층체의 폭 방향 타 측에 구비되어 상기 셀 적층체의 타 측부를 고정시키되, 상기 베이스 플레이트 상에서 상기 셀 적층체의 폭 방향을 따라 전후로 이동 가능하도록 설치되는 폭 조절 가이드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 고정부는, 상기 셀 적층체와 마주 보는 면에 형성되는 제1 경사부를 구비하되, 상기 제1 경사부는 상기 셀 적층체를 향하는 방향을 따라 하향 경사진 형태를 가져 하부 고정부의 회전에 따라 상기 전극 리드를 상방으로 가압하며,
    상기 상부 고정부는, 상기 셀 적층체와 마주 보는 면에 형성되는 제2 경사부를 구비하되, 상기 제2 경사부는 상기 셀 적층체를 향하는 방향을 따라 상향 경사진 형태를 가져 상부 고정부의 회전에 따라 상기 전극 리드를 하방으로 가압하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 고정부는 상기 상부 고정부와 후크 결합되고, 상기 상부 고정부는 폭 조절 가이드와 후크 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  10. 각각의 셀 적층체를 지지하는 복수의 셀 적층체 지지 유닛;
    상기 셀 적층체와 셀 적층체 지지 유닛을 포함하는 셀 적층체 어셈블리 복수개를 내부에 수용하며, 복수의 상기 셀 적층체 어셈블리가 적층되어 이루어진 어셈블리 적층체를 상하부 양 측에서 가압하여 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀들이 서로 밀착되도록 하는 클램핑 유닛; 및
    상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀에 구비된 전극 리드들을 용접하여 접합시키는 용접 유닛;
    을 포함하고,
    상기 클램핑 유닛은,
    상기 어셈블리 적층체를 하방으로 가압하는 상부 클램핑 플레이트; 및
    상기 어셈블리 적층체를 상방으로 가압하는 하부 클램핑 플레이트;
    를 포함하며,
    상기 클램핑 유닛은,
    상기 상부 클램핑 플레이트에 직접 또는 간접적으로 결합되되, 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치되는 클램핑 핸들;
    상기 하부 클램핑 플레이트에 직접 또는 간접적으로 결합되는 후크 걸림부; 및
    상기 클램핑 핸들에 결합되어 상기 클램핑 핸들이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 하부 클램핑 플레이트를 향하는 방향으로 이동하여 상기 후크 걸림부에 체결되고, 상기 클램핑 핸들이 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 상부 클램핑 플레이트를 향하는 방향으로 이동하여 상기 어셈블리 적층체가 가압되도록 하는 클램핑 후크;
    를 포함하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용접 유닛은,
    상하 방향으로 이동하면서 복수의 셀 적층체 각각에 대해 순차적으로 용접을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 셀 적층체 지지 유닛은,
    상기 베이스 플레이트 상에 형성되어 복수의 셀 적층체 지지 유닛이 상기 클램핑 유닛 내에 적층될 때 각각의 셀 적층체 지지 유닛들이 정확히 정렬 되도록 하는 적층 가이드 로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 시스템.
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