KR20200107409A - 전지 팩 제조 장치 및 전지 팩 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 단위셀을 이송하는 이송부, 상기 단위셀들이 수납되는 팩 프레임의 위치를 조정하는 조정부, 상기 단위셀들을 상기 이송부에서 상기 팩 프레임으로 수평으로 가압하는 수평 가압부, 및 상기 팩 프레임에 수납된 상기 단위셀들을 수직으로 가압하는 수직 가압부를 포함하는 전지 팩 제조 장치에 관한 것이다.

Description

전지 팩 제조 장치 및 전지 팩 제조 방법{BATTERY PACK MANUFACTURING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF BATTERY PACK}

본 발명은 전지 팩 제조 장치 및 전지 팩 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

더욱이, 모바일 기기와 전지 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 특히, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.

이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류된다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극 조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.

이러한 전극 조립체들을 사용 목적에 따라, 파우치 케이스, 원통형 캔, 및 각형 케이스 등에 수납하여 전지를 제조한다.

이 중에서, 원통형 전지는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어, 휴대용 컴퓨터에서 전지 자동차에 이르기까지 다양한 기기들의 에너지원으로 사용되고 있다.

도 1은 종래의 원통형 전지 팩 제조 장치를 사용하여 팩 프레임에 원통형 단위셀을 수납하는 것을 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 원통형 전지 팩 제조 장치(10)는 이동 집게(11)을 사용하여 원통형 단위셀(30)을 팩 프레임(61)의 수납부(62)에 장착하여 전지 팩(60)을 제조한다. 일반적으로, 원통형 전지 팩(60)은 다수의 원통형 단위셀(30)들을 포함하기 때문에, 이동 집게(11)를 사용하여 단위셀(30)을 이동하여 수납부(62)에 장착할 경우, 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 이동 집게(11)와 원통형 단위셀(30) 사이의 접촉 부위에 마찰이 발생하여 원통형 단위셀(30)의 외관이 손상되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 이송부에 의해 이송된 다수의 단위셀들을 수평 가압부에 의해 팩 프레임에 장착함으로써 단위셀들의 외관이 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 제조 시간을 줄일 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 팩 제조 장치는 복수의 단위셀을 이송하는 이송부; 상기 단위셀들이 수납되는 팩 프레임의 위치를 조정하는 조정부; 상기 단위셀들을 상기 이송부에서 상기 팩 프레임으로 수평으로 가압하는 수평 가압부; 및 상기 팩 프레임에 수납된 상기 단위셀들을 수직으로 가압하는 수직 가압부를 포함할 수 있다.

상기 수평 가압부는 상기 단위셀들을 동시에 상기 팩 프레임의 수납부들에 장착할 수 있다.

상기 이송부는 상기 단위셀들이 안착되는 안착부를 포함할 수 있다.

상기 안착부는 상기 단위셀의 외형에 대응하는 그루브 형상일 수 있다.

상기 안착부들 사이의 간격은 상기 수납부들 사이의 간격과 동일하게 형성될 수 있다.

상기 이송부는 상기 조정부와 상기 수평 가압부 사이에 위치할 수 있다.

상기 팩 프레임의 수납부들이 형성된 면이 상기 단위셀들을 마주보도록 상기 팩 프레임이 상기 조정부에 위치할 수 있다.

상기 조정부는 상기 팩 프레임의 위치를 상하 및 좌우 방향으로 조정하여 상기 단위셀들과 상기 팩 프레임의 일 행 수납부들이 동일 평면 상에 위치하게 할 수 있다.

상기 조정부는 상기 팩 프레임의 상기 수납부가 형성된 면이 상 방향을 향하도록 상기 팩 프레임을 회전시킬 수 있다.

상기 수평 가압부는 탄성 부재를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전지 팩 제조 방법은 이송부에 형성된 안착부들에 단위셀들을 위치시키는 단계; 조정부에 팩 프레임을 위치시키는 단계; 상기 이송부에 안착된 상기 단위셀들을 이송하여 상기 조정부와 수평 가압부 사이에 이동시키는 단계; 및 상기 안착부의 측단이 개방되면서 상기 수평 가압부를 사용하여 상기 단위셀들을 수평 이동하여 상기 팩 프레임의 수납부들에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전지 팩 제조 방법은 상기 조정부을 통해서 상기 팩 프레임의 위치를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전지 팩 제조 방법은 상기 조정부를 통해서 상기 팩 프레임의 상기 수납부가 형성된 면이 상 방향을 향하도록 상기 팩 프레임을 회전시키는 단계; 및

수직 가압부를 사용하여 상기 팩 프레임에 수납된 상기 단위셀들의 상부면을 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩 제조 장치는 이송부에 의해 이송된 다수의 단위셀들을 수평 가압부에 의해 팩 프레임의 수납부에 장착함으로써 단위셀이 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 제조 시간을 줄이고 제조 공정을 간소화할 수 있다.

도 1은 종래의 원통형 전지 팩 제조 장치를 사용하여 팩 프레임에 원통형 단위셀을 장착하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전지 팩 제조 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 단위셀의 모식도이다.
도 4는 도 2에서 일점 쇄선 A에 따른 이송부의 부분 단면도이다.
도 5는 도 2의 팩 프레임의 모식도이다.
도 6은 도 2의 실시예에서 수직 가압부가 작용하는 것을 나타낸 모식도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "수평"이라 할 때, 이는 지면에 평행한 방향을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "수직"이라 할 때, 이는 지면에 대해 중력이 작용하는 방향을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "단면도"라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면도"라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전지 팩 제조 장치의 평면도이다. 도 3은 도 2의 단위셀의 모식도이다. 도 4는 도 2에서 일점 쇄선 A에 따른 이송부의 부분 단면도이다. 도 5는 도 2의 팩 프레임의 모식도이다. 도 6은 도 2의 실시예에서 수직 가압부가 작용하는 것을 나타낸 모식도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 전지 팩 제조 장치(100)는 이송부(101), 조정부(102), 수평 가압부(103), 및 수직 가압부(104)를 포함할 수 있다. 이송부(101)는 수평 가압부(103)와 조정부(102) 사이에 위치할 수 있다. 그리고, 수직 가압부(104)는 조정부(102)에 인접하여 위치할 수 있다.

이송부(101)는 단위셀(50)을 연속적으로 이송할 수 있고, 일 예로, 컨베이어 벨트일 수 있다. 이송부(101)는 단위셀(50)이 안착될 수 있는 안착부(111)를 포함할 수 있고, 단위셀(50)은 안착부(111)에 안착된 상태로 제 1 이동 방향(B)으로 이동할 수 있다. 단위셀(50)은 원통 형상으로 상부면(52)과 하부면(53) 사이에 옆면(51)이 형성된 구조일 수 있다. 그리고, 단위셀(50)은 단위셀(50)의 옆면(51)이 안착부(111)에 접촉한 상태로 안착부(111)에 위치할 수 있다. 그리고, 단위셀(50)의 하부면(53)이 팩 프레임(21)의 수납부(22)의 바닥면에 접촉한 상태로 수납될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 안착부(111)는 단위셀(50)의 일부가 안착될 수 있도록 단위셀(50)의 일부 외형에 대응하는 그루브 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 안착부(111)는 단위셀(50)의 옆면(51) 형상에 대응하는 곡면 구조의 그루브 형상일 수 있다. 안착부(111)는 폭 대비하여 길이가 긴 이송부(101)의 길이 방향을 따라 복수 개 형성될 수 있다. 안착부(111)에 위치한 단위셀(50)은 이송부(101)가 움직일 때 정위치에서 이탈되지 않는다. 이에, 작업자는 이송부(101)의 이동 속도를 높여서 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 안착부(111)들은 팩 프레임(21)의 일 행(D)에서 수납부(22)들 사이의 간격(F)과 동일한 간격으로 형성될 수 있다. 이송부(101)에 의해 이송된 단위셀(50)들이 조정부(102)와 수평 가압부(103) 사이 위치하면 이송부(101)는 정지할 수 있고, 단위셀(50)들은 팩 프레임(21)의 일 행(D)의 수납부(22)들에 대응하는 위치에 정지할 수 있다. 여기서, 조정부(102)에 위치하는 팩 프레임(21)은 대략적으로 육면체 형상일 수 있고, 수납부(22)들이 형성된 면이 단위셀(50)들을 마주보도록 위치할 수 있다. 안착부(111)들 사이의 간격 및 안착부(111)의 개수는 팩 프레임(21)의 수납부(22) 개수 및 간격 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

조정부(102)는 팩 프레임(21)의 위치를 조정하여 단위셀(50)들이 제2 이동 방향(C)으로 이동하여 팩 프레임(21)의 수납부(22)들에 수납될 수 있도록 할 수 있다. 조정부(102)는 팩 프레임(21)을 상하 및 좌우 방향으로 자유롭게 이동하여 팩 프레임(21)의 위치를 조정할 수 있다. 여기서, 우 방향은 제1 이동 방향(B)이고, 좌 방향은 제1 이동 방향(B)에 반대 방향이다. 상 방향은 상기 좌우 방향에 수직이고 중력이 작용하는 반대 방향이다. 하 방향은 상 방향의 반대 방향으로 중력이 작용하는 방향이다.

조정부(102)에 의해서 팩 프레임(21)의 위치가 조정되어, 팩 프레임(21)의 일 행(D) 수납부(22)들과 단위셀(50)들이 가상의 동일 평면 상에 위치하면, 수평 가압부(103)가 제2 이동 방향(C)으로 단위셀(50)들을 가압하며 이동시켜 수납부(22)에 수납할 수 있다. 그리고, 이송부(101)가 다시 단위셀(50)들을 이송하여 단위셀(50)들이 조정부(102)와 수평 가압부(103)에 위치하면, 조정부(102)는 팩 프레임(21)의 위치를 조정하여, 다른 행(E)의 수납부(22)들과 단위셀(50)들이 가상의 동일 평면 상에 위치하도록 할 수 있다. 수평 가압부(103)가 제2 이동 방향(C)으로 단위셀(50)들을 가압하며 이동시켜 수납부(22)에 수납할 수 있다. 이러한 과정을 반복하여, 팩 프레임(21)의 수납부(22)에 단위셀(50)을 수납할 수 있다. 수평 가압부(103)에 의해서 한 번에 수납되는 단위셀(50)의 개수는 팩 프레임(21)의 수납부(22)의 배열 및 개수에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

수평 가압부(103)는 탄성 부재(113)를 포함할 수 있다. 탄성 부재(113)는, 수평 가압부(103)가 단위셀(50)을 가압하며 이동시킬 때, 수평 가압부(103)와 단위셀(50)이 접촉하는 부위에 형성될 수 있다. 탄성 부재(113)가 완충 기능을 하여 수평 가압부(103)의 가압으로 인해 단위셀(50)의 외관이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 2, 도 3, 및 도 6을 참조하면, 수평 가압부(103)에 의해서 단위셀(50)들이 모두 팩 프레임(21)에 수납되면, 조정부(102)는 수납부(22)가 형성된 면이 상 방향을 향하도록 팩 프레임(21)을 회전시킬 수 있다. 팩 프레임(21)의 수납부(22)가 형성된 면이 상 방향을 향하면, 단위셀(50)의 상부면(52)가 상 방향을 향하게 될 수 있다. 그리고, 수직 가압부(104)가 단위셀(50)들의 상부면(52) 위에서 하 방향으로 단위셀(50)들을 가압하여 단위셀(50)들의 하부면(53)가 수납부(22)의 바닥면에 밀착될 수 있다.

이러한 구조에 의해서, 단위셀(50)의 외관이 손상되지 않고 신속하게 단위셀(50)을 수납부(22)에 수납할 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 (14)

1. 복수의 단위셀을 이송하는 이송부;
   상기 단위셀들이 수납되는 팩 프레임의 위치를 조정하는 조정부;
   상기 단위셀들을 상기 이송부에서 상기 팩 프레임으로 수평으로 가압하는 수평 가압부; 및
   상기 팩 프레임에 수납된 상기 단위셀들을 수직으로 가압하는 수직 가압부;
   를 포함하는 전지 팩 제조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수평 가압부는 상기 단위셀들을 동시에 상기 팩 프레임의 수납부들에 장착하는 전지 팩 제조 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이송부는 상기 단위셀들이 안착되는 안착부를 포함하는 전지 팩 제조 장치.
4. 제3항에 있어서
   상기 안착부는 상기 단위셀의 외형에 대응하는 그루브 형상인 전지 팩 제조 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 안착부들 사이의 간격은 상기 수납부들 사이의 간격과 동일한 전지 팩 제조 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 이송부는 상기 조정부와 상기 수평 가압부 사이에 위치하는 전지 팩 제조 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 팩 프레임의 수납부들이 형성된 면이 상기 단위셀들을 마주보도록 상기 팩 프레임이 상기 조정부에 위치하는 전지 팩 제조 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 조정부는 상기 팩 프레임의 위치를 상하 및 좌우 방향으로 조정하여 상기 단위셀들과 상기 팩 프레임의 일 행 수납부들이 동일 평면 상에 위치하게 하는 전지 팩 제조 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 조정부는 상기 팩 프레임의 수납부가 형성된 면이 상 방향을 향하도록 상기 팩 프레임을 회전시키는 전지 팩 제조 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 수평 가압부는 탄성 부재를 포함하는 전지 팩 제조 장치.
11. 이송부에 형성된 안착부들에 단위셀들을 위치시키는 단계;
    조정부에 팩 프레임을 위치시키는 단계;
    상기 이송부에 안착된 상기 단위셀들을 이송하여 상기 조정부와 수평 가압부 사이에 이동시키는 단계; 및
    상기 안착부의 측단이 개방되면서 상기 수평 가압부를 사용하여 상기 단위셀들을 수평 이동하여 상기 팩 프레임의 수납부들에 장착하는 단계;
    를 포함하는 전지 팩 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 조정부을 통해서 상기 팩 프레임의 위치를 조정하는 단계를 더 포함하는 전지 팩 제조 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 조정부를 통해서 상기 팩 프레임의 상기 수납부가 형성된 면이 상 방향을 향하도록 상기 팩 프레임을 회전시키는 단계를 더 포함하는 전지 팩 제조 방법.
14. 제11항에 있어서,
    수직 가압부를 사용하여 상기 팩 프레임에 수납된 상기 단위셀들의 상부면을 가압하는 단계를 더 포함하는 전지 팩 제조 방법.

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