KR20210155075A - 배터리셀용 버스바 조립장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리셀의 전극리드가 누적공차가 발생되더라도 버스바의 슬롯에 안정적으로 결합될 수 있도록 하는 배터리셀용 버스바 조립장치에 관한 것으로, 복수개의 배터리셀을 정렬시킨 상태로 진입하고, 상기 배터리셀에 상기 버스바가 조립되면 퇴출하는 트렌스퍼; 진입된 상기 트렌스퍼를 사이에 두고 X축과 Y축으로 이동하며, 상기 트렌스퍼에 정렬된 상기 배터리셀들의 양측 전극리드에 픽킹된 상기 버스바를 틸팅시킨 상태에서 점진적으로 세워가며 결합시키는 한 쌍의 결합유닛; 및 진입된 상기 트렌스퍼 상부에 배치되며, 상기 트렌스퍼에 적재된 상기 배터리셀과 전극리드 사이의 연결부를 가이드하여 상기 전극리드를 얼라인시키는 가이드유닛;을 포함하여 구성된다.

Description

배터리셀용 버스바 조립장치{Battery cell busbar assembly device}

본 발명은 이차전지에 적용되는 배터리셀용 버스바 조립장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리셀의 전극리드가 누적공차가 발생되더라도 버스바의 슬롯에 안정적으로 결합될 수 있도록 하는 배터리셀용 버스바 조립장치에 관한 것이다.

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다.

이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.

그리고, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩은 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈을 포함하며, 복수의 배터리셀이 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결됨에 따라, 배터리모듈의 용량 및 출력을 증대시킨다.

배터리셀의 양단에는 복수개의 배터리셀이 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 전극리드가 형성되어 있으며, 이 전극리드들은 버스바와 결합되어 용접됨으로써 전기적으로 연결된 상태를 유지하게 된다.

그러나, 배터리셀의 전극리드가 관통하는 버스바의 접지편에 형성된 슬롯의 폭이 매우협소(0.1~0.2mm)하고, 배터리셀의 적재에 따른 전극리드의 적재 누적공차로 인해 만일 전극리드의 방향성이 미세하게 틀어질 경우 슬롯으로의 삽입이 이루어지지 못하기 때문에 결국 조립이 완료된 배터리팩이 제 기능을 못하게 되는 치명적인 문제가 있다.

이렇게 되면, 불량으로 판정된 배터리셀 뿐만 아니라 완성된 배터리모듈 자체를 폐기해야하는 문제가 발생하게 된다. 이는 통상 배터리셀들의 적재는 양면테잎의 접착됨에 따라 배터리셀을 인위적으로 떼어내는 경우 배터리셀의 파우치가 늘어나거나 또는 변형을 초래함으로써 분리가 어려울 뿐만 아니라 설령 분리가 된다고 하더라도 파우치의 변형으로 인해 재 사용이 불가능하다.

국내공개특허 제10-2018-0133698호

본 발명은 상기와 같은 문제점 및 기술적 편견을 해소하기 위해 안출된 것으로, 배터리셀의 적재에 따른 전극리드의 누적공차가 발생하더라도 버스바 접지편의 협소한 슬롯에 전극리드가 안정적으로 결합될 수 있도록 하는 배터리셀용 버스바 조립장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리셀용 버스바 조립장치는, 복수개의 배터리셀을 정렬시킨 상태로 진입하고, 상기 배터리셀에 상기 버스바가 조립되면 퇴출하는 트렌스퍼; 진입된 상기 트렌스퍼를 사이에 두고 X축과 Y축으로 이동하며, 상기 트렌스퍼에 정렬된 상기 배터리셀들의 양측 전극리드에 픽킹된 상기 버스바를 틸팅시킨 상태에서 점진적으로 세워가며 결합시키는 한 쌍의 결합유닛; 및 진입된 상기 트렌스퍼 상부에 배치되며, 상기 트렌스퍼에 적재된 상기 배터리셀과 전극리드 사이의 연결부를 가이드하여 상기 전극리드를 얼라인시키는 가이드유닛;을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 트렌스퍼는, 레일을 타고 이동하며, 적재된 상기 배터리셀들이 안착되는 판 상의 팔레트; 상기 팔레트 상부에 배치되며, 안착된 상기 배터리셀의 위치를 고정시키는 복수개의 고정부재; 상기 팔레트 상부에 배치되며, 상기 배터리셀의 전극리드에 결합되는 상기 버스바의 길이방향 양단을 외력에 의해 탄성 지지하는 복수개의 제1지지부재; 및 상기 팔레트 상부에 배치되며, 상기 배터리셀의 전극리드에 결합되는 상기 버스바를 배터리셀 방향으로 탄성 지지하는 복수개의 제2지지부재;로 구성된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1지지부재는, 상기 팔레트에 탄성지지된 상태로 외력을 받는 외력플레이트와 상기 외력플레이트와 연결된 상태로 가해지는 외력에 의해 외력플레이트와 연동하면서 상기 버스바의 길이방향 단부를 가압하는 제1가압편으로 구성되고, 상기 제2지지부재는, 상기 팔레트에 탄성지지된 상태로 상기 버스바를 배터리셀 방향으로 가압하는 제2가압편,으로 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 결합유닛은, 상기 버스바를 픽킹한 상태로 틸팅시키며, 틸팅된 버스바를 세워가면서 상기 배터리셀의 전극리드에 결합시키는 틸팅부; 및 상기 틸팅부가 결합되며, 틸팅부를 X축과 Y축으로 이동시키는 X축로봇과 Y축로봇으로 구성된 X,Y이동부;로 구성된 것이 바람직하다.

더하여, 상기 틸팅부는, 지지블럭의 길이방향 양단에 회동 가능하게 배치된 한 쌍의 틸팅실린더; 일측이 상기 지지블럭에 회동 가능하게 배치되며, 타측이 상기 한 쌍의 틸팅실린더의 로드와 링크로 연결되어 틸팅실린더의 구동에 의해 회동하는 회동편; 상기 회동편의 길이방향 양단에 각각 배치되며, 회동편의 전면으로 상기 버스바를 픽킹하기 위해 회동편의 길이방향으로 이동하는 픽킹척을 갖는 한 쌍의 픽킹실린더; 및 상기 지지블럭이 결합되며, 지지블럭을 Z축으로 승강시키는 Z축로봇;으로 구성된 것이 바람직하다.

이때, 상기 가이드유닛은, 베이스; 상기 베이스에 마주하게 설치된 한 쌍의 승강실린더에 설치되며, 하강을 통해 상기 배터리셀들의 각 연결부를 가이드하여 상기 전극리드를 얼라인시키는 얼라인부재; 및 상기 베이스의 둘레를 따라 설치되며, 상기 트렌스퍼에 적재된 상기 배터리셀 방향으로 외력을 부여하도록 외력실린더에 의해 이동하는 복수개의 푸싱편;으로 구성된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 얼라인부재는, 상기 승강실린더의 로드에 고정되는 바디와, 소정길이로 상기 바디에 고정되는 복수개의 가이드스틱을 포함하며, 상기 가이드스틱은 소정간격으로 이격되어 상기 연결부가 수용되는 수용홈을 형성하고, 길이방향 하단은 소정각도로 테이퍼져 얼라인부재 하강시 상기 연결부가 수용홈으로 가이드될 수 있도록 가이드홈을 형성한 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 결합유닛의 일측에는 상기 결합유닛으로 버스바를 공급하기 위해 버스바를 각각 얼라인시키는 이격된 상태로 마주하는 한 쌍의 버스바스테이지,가 구비된 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 배터리셀용 버스바 조립장치에 의하면, 배터리셀들의 각 전극리드를 가이드함으로써 배터리셀의 적재에 따른 각 전극리드의 누적공차를 얼라인시키고, 동시에 버스바를 틸팅시킨 상태로 얼라인된 전극리드에 결합시킴으로써, 전극리드에 공차가 발생하더라도 협소한 버스바 접지편의 슬롯에 안정적으로 결합될 수 있도록 하는 탁월한 효과가 있다.

도 1은 버스바가 결합된 배터리모듈을 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 버스바 조립장치를 나타낸 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 버스바 조립장치 중 트렌스퍼를 나타낸 요부사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 버스바 조립장치 중 결합유닛을 나타낸 요부사시도이며,
도 5는 도 4의 결합유닛 중 틸팅부를 나타낸 요부사시도이고,
도 6은 도 5의 측면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 버스바 조립장치 중 가이드유닛을 나타낸 요부사시도이고,
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 버스바 조립장치에 의해 배터리셀에 버스바가 결합되는 과정을 보여주는 공정도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 버스바가 결합된 배터리모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 버스바 조립장치를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 버스바 조립장치 중 트렌스퍼를 나타낸 요부사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 버스바 조립장치 중 결합유닛을 나타낸 요부사시도이며, 도 5는 도 4의 결합유닛 중 틸팅부를 나타낸 요부사시도이고, 도 6은 도 5의 측면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 버스바 조립장치 중 가이드유닛을 나타낸 요부사시도이고, 도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 버스바 조립장치에 의해 배터리셀에 버스바가 결합되는 과정을 보여주는 공정도이다.

도 1 내지 도 8에 나타낸 바와 같이 본 발명의 버스바 조립장치(100)는, 복수개의 배터리셀(10)을 정렬시킨 상태로 진입하고, 상기 베터리셀에 상기 버스바(30)가 조립되면 퇴출하는 트렌스퍼(200); 진입된 상기 트렌스퍼(200)를 사이에 두고 X축과 Y축으로 이동하며, 상기 트렌스퍼(200)에 정렬된 상기 배터리셀(10)들의 양측 전극리드(22)에 픽킹된 상기 버스바(30)를 틸팅시킨 상태에서 점진적으로 세워가며 결합시키는 한 쌍의 결합유닛(300); 및 진입된 상기 트렌스퍼(200) 상부에 배치되며, 상기 트렌스퍼(200)에 적재된 상기 배터리셀(10)과 전극리드(22) 사이의 연결부(21)를 가이드하여 상기 전극리드(22)를 얼라인시키는 가이드유닛(400);을 포함하여 구성된다.

본 발명의 버스바 조립장치(100)는, 적재된 배터리셀(10)들로부터 연장된 복수개 전극리드(22)에 버스바(30)를 결합시킴으로써 배터리모듈(10)을 제작하는 것으로, 배터리셀(10)들의 적재에 따른 각 전극리드(22)에 누적공차가 발생하더라도 전극리드(22)의 얼라인과 버스바(30)의 틸팅을 통해 전극리드(22)와 버스바(30)의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 것에 가장 큰 특징이 있다.

배터리모듈(10)은 도 1과 같이 복수개의 배터리셀(10)이 고객사의 요청에 맞게 필요한 개수로 적재된 것으로, 본 실시예에서는 배터리셀(10)이 24개 적재된 것으로 도시하고 있다.

배터리모듈(10)의 길이방향 양측에는 전극리드(22)가 각각 구비되어 있으며, 이 전극리드(22)는 배터리셀(10)을 커버하는 파우치의 연결부(21)를 통해 외부로 노출된 상태이다.

버스바(30)는 배터리셀(10)의 양측으로 노출된 전극리드(22)와 결합되며, 배터리셀(10)들의 전극리드(22)가 접지편(31)의 슬롯(32)으로 삽입되어 용접됨으로써 전극리드(22)들을 전기적으로 연결한다.

이와 같은 배터리셀(10)의 전극리드(22)와 버스바(30)의 결합을 위한 본 발명의 버스바 조립장치(100)를 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서 각 구성의 이동방향은 도면에 표시된 X,Y,Z축을 기준으로 설명한다.

버스바 조립장치(100)는 도 2와 같이 도면상 중심부 하측에는 트렌스퍼(200)가 배치되어 있으고, 도면상 Y축방향 양측에는 각각 결합유닛(300)이 배치되어 있으며, 트렌스퍼(200)의 상측에는 트렌스퍼(200)와 이격된 상태로 가이드유닛(400)이 배치되어 있고, 도면상 X축방향 좌측에는 한 쌍의 버스바스테이지(500)가 배치되어 있다.

위의 각 구성들은 도시하지 않은 별도의 프레임에 의해 지지되거나 또는 이동 가능하게 설치될 수도 있다.

트렌스퍼(200)는 적재된 상태의 복수개의 배터리셀(10)을 정렬시킨 상태로 결합유닛(300) 사이로 진입시키고, 배터리셀(10)에 버스바(30)가 조립되면 후 공정으로 배터리셀(10)을 퇴출시킨다.

즉, 한 쌍의 결합유닛(300)의 하부측으로 레일(미도시)을 타고 이동가능하게 설치되어 도 2에 도시된 화살표 방향으로 이동하면서 결합유닛(300) 사이로 배터리셀(10)의 진입 및 퇴출이 이루어지도록 한다.

트렌스퍼(200)는 도 3과 같이 팔레트(210)와, 고정부재(220)와, 제1지지부재(230) 및 제2지지부재(240)를 포함한다.

팔레트(210)는 판면이 편평한 사각의 형상으로 레일(미도시)을 타고 이동하며, 상부에는 배터리셀(10)들이 수평을 유지한 상태로 안착될 수 있도록 하는 동일한 높이로 돌출된 복수개의 안착블럭(211)이 구비되어 있다.

고정부재(220)는 팔레트(210)의 상부에 4개가 배치되며, 도 3과 같이 안착블럭(211)에 안착된 배터리셀(10)의 길이방향 양측을 서로 마주하는 방향으로 푸싱하여 배터리셀(10)의 위치를 고정시킨다. 이때, 각 고정부재(220)는 실린더(미도시)에 의해 구동된다.

제1지지부재(230)는 도 3과 같이 팔레트(210)의 상부로 고정부재(220)와 근접하여 4개가 배치되며, 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합되는 버스바(30)의 길이방향 양단을 외력에 의해 탄성지지한다.

즉, 4개의 제1지지부재(230)가 배터리셀(10)의 길이방향으로 각각 결합되는 버스바(30)의 길이방향 단부를 지지하도록 하는 것이다.

제1지지부재(230)는, 팔레트(210)의 지지브라켓(F)에 도시하지 않은 별도의 탄성수단에 의해 탄성지지된 상태로 후술하는 가이드유닛(400)의 푸싱편(440)으로부터 가해지는 외력을 받는 판 상의 외력플레이트(231)와, 외력플레이트(231)와 지지브라켓(F)을 통해 연결된 상태로 푸싱편(440)을 통해 가해지는 외력에 의해 외력플레이트(231)와 연동하면서 버스바(30)의 길이방향 단부를 가압하는 제1가압편(233)으로 구성된다.

이때, 제1가압편(233)의 판면은 버스바(30)의 길이방향 단부가 안정적으로 가압될 수 있도록, 단부가 일부 수용될 수 있게 함몰될 수도 있다.

제2지지부재(240)는 도 3 및 도 8a와 같이 배터리셀(10)의 길이방향 양측으로 각각 배치되며, 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합되는 버스바(30)를 배터리셀(10) 방향으로 즉 서로 마주하는 방향으로 탄성지지한다.

즉, 마주하는 2개의 제2지지부재(240)가 전극리드(22)에 결합된 버스바(30)를 계속적으로 탄성가압함으로써, 후공정에서 전극리드(22)와 접촉편의 용접이 이루어질 때 유동이 방지되도록 한다. 또한, 제2지지부재(240)의 가압은 후공정의 배터리모듈(10)의 케이스 공정이 완료될 때까지 이루어진다.

제2지지부재(240)는 팔레트(210)의 상부로 돌출된 지지브라켓(F)에 탄성지지된 상태로 넓은 면적으로 버스바(30)를 배터리셀(10) 방향으로 가압할 수 있도록 사각의 형상을 갖는 제2가압편(241)과, 제2가압편(241)에는 도 8a와 같이 지지브라켓(F)을 관통하는 소정의 길이를 갖는 이동봉(243)이 고정되어 있고, 이 이동봉(243)은 스프링(245)에 의해 탄성지지되어 있다.

또한, 제2가압편(241)의 전면에는 고리(247)가 형성되어 있는데 이는 도 8a와 같이 후술하는 결합유닛(300)의 틸팅부(310)에 의해 버스바(30)가 픽킹된 상태로 이동되어 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합될 때, 제2지지부재(240)의 제2가압편(241)가 버스바(30)에 간섭되지 않도록 도면상 좌측방향으로 견인될 수 있도록 하기 위함이다. 여기서 고리(247)의 견인은 도시하지 않은 별도의 견인장치에 의해 이루어짐은 당연하다.

본실시예에서는 버스바(30)의 지지가 탄성을 이용한 제1지지부재(230) 및 제2지지부재(240)를 통해 구현되는 것으로 도시하고 있으나, 다양한 구조를 통해 버스바(30)의 지지가 구현될 수 있음에 따라 그 구조를 한정하지 않는다.

결합유닛(300)은 도 2, 도 4 내지 도 6과 같이, 트렌스퍼(200)를 통해 공급된 배터리셀(10)에 버스바(30)를 결합시키기 위한 것으로, 레일을 타고 진입한 트렌스퍼(200)를 사이에 두고 서로 마주하게 한 쌍으로 배치되며, 각각 X축과 Y축으로 이동하면서 트렌스퍼(200)에 정렬된 배터리셀(10)들의 길이방향 양측에서 전극리드(22)를 향해 픽킹된 버스바(30)를 틸팅시킨 상태에서 점진적으로 수직방향으로 세워가면서 전극리드(22)에 버스바(30)를 결합시킨다.

즉, 버스바(30)를 틸팅시킴으로써 전극리드(22)의 상측부위가 도 8c와 같이 접지편(31)의 슬롯(32)에 먼저 삽입될 수 있도록 하기 위함이다.

위와 같은 한 쌍의 결합유닛(300)은 동일한 구조 및 동작을 수행하고, 도 2와 같이 공급된 트렌스퍼(200)를 사이에 두고 마주하게 배치되며, 버스바(30)를 픽킹한 상태로 소정 각도로 틸팅시키며, 틸팅된 버스바(30)를 Y축방향으로 이동시켜 세워가면서 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합시키는 틸팅부(310)와, 틸팅부(310)가 결합되며 틸팅부(310)를 X축과 Y축으로 이동시키는 X축로봇(321)과 Y축로봇(323)으로 구성된 X,Y이동부(320),를 포함한다.

이때 틸팅부(310)는 도 4와 같이, 별도의 연결판넬에 의해 Y축로봇(323)에 고정되어 Y축으로 이동하며, Y축로봇(323)은 X축로봇(321)에 결합되어 X축으로 이동한다. 따라서, 틸팅부(310)는 X,Y이동부(320)에 의해 X축과 Y축으로의 이동이 가능하다.

여기서, Y축로봇(323)과 X축로봇(321) 및 후술하는 Z축로봇(319)은 통상적인 이동장치로써, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편 틸팅부(310)는 도 5 및 도 6과 같이, 한 쌍의 틸팅실린더(313)와, 회동편(315)과, 한 쌍의 픽킹실린더(317) 및 Z축로봇(319)을 포함한다.

한 쌍의 틸팅실린더(313)는 지지블럭(311)의 길이방향 양단에 각각 힌지축을 통해 회동 가능하게 배치되어 있다.

여기서, 지지블럭(311)은 후술하는 회동편(315)이 내측으로 배치될 수 있도록 소정의 길이를 유지한 상태로 후술하는 Z축로봇(319)에 고정되어 있으며, 길이방향 단부는 틸팅실린더(313)가 배치될 수 있도록 절곡되게 형성되어 있다.

회동편(315)은 버스바(30)가 지지된 상태로 틸팅되는 곳으로, 도 5 및 도 6과 같이 수직으로 세워진 상태로 후술하는 한 쌍의 픽킹척(317a)에 의해 버스바(30)가 픽킹될 수 있도록 소정의 길이를 유지하고 있고, 일측 즉 회동편(315)의 세워진 상단부 양측은 힌지축에 의해 지지블럭(311)의 양단에 회동 가능하게 배치되어 있으며, 타측 즉 회동편(315)의 세워진 하단부 양측은 지지블럭(311)에 결합된 한 쌍의 틸팅실린더(313)의 로드와 링크로 연결되어 있다. 따라서, 회동편(315)은 한 쌍의 틸팅실린더(313)의 구동에 의해 상단부 힌지축을 중심으로 회동하게 됨으로써 픽킹된 버스바(30)를 소정 각도로 틸팅시킨다.

한 쌍의 픽킹실린더(317)는 도 5 및 도 6과 같이 회동편(315) 후방에 길이방향 양단에 각각 배치되어 있으며, 픽킹실린더(317)에는 회동편(315)의 길이방향으로 이동하면서 회동편(315)의 전면방향을 향하여 연장되게 노출됨으로써 버스바(30)가 회동편(315)의 전면에 밀착된 상태로 픽킹될 수 있도록 하는 픽킹척(317a)이 구비되어 있다.

Z축로봇(319)은 지지블럭(311)이 결합된 상태로 지지블럭(311)을 Z축으로 승강시키는 것으로, 지지블럭(311)의 하강을 통해 틸팅부(310)의 하강이 이루어지도록 함으로써 후술하는 버스바스테이지(500)에 정렬된 버스바(30)의 픽킹이 틸팅부(310)를 통해 이루어질 수 있도록 한다.

따라서 한 쌍의 결합유닛(300)은, 후술하는 버스바스테이지(500)로부터 얼라인된 버스바(30)를 각각 픽킹하여 적재된 배터리셀(10)의 길이방향 양측으로 배치시키고, 배터리셀(10)의 양측에서 버스바(30)를 소정각도로 틸팅시켜 점진적으로 세워가면서 버스바(30)와 배터리셀(10)의 전극리드(22)를 결합시킨다.

본실시예에서는 회동편(315)이 틸팅실린더(313)에 의해 구현되는 것으로 도시하고 있으나, 회동편(315)이 기어들의 조합과 같이 다양한 방식으로 회동될 수 있기 때문에 회동방식을 한정하지 않는다.

가이드유닛(400)은 배터리셀(10)을 정렬시켜 진입한 트렌스퍼(200)의 상부에 배치되어 있으며, 트렌스퍼(200)에 적재된 배터리셀(10)과 전극리드(22) 사이의 파우치로부터 연장되는 연결부(21)를 가이드함으로써, 복수의 전극리드(22)가 버스바(30)의 접지편(31) 슬롯(32)에 정확하게 삽입될 수 있도록 전극리드(22)의 위치를 얼라인시키는 것이다.

가이드유닛(400)은 도 7과 같이, 베이스(410)와, 얼라인부재(430) 및 푸싱편(440)을 포함한다.

베이스(410)는 사각의 형상을 유지하고 있으며, 도시하지 않은 별도의 프레임에 의해 트렌스퍼(200) 상부에 배치된다.

얼라인부재(430)는 베이스(410)의 길이방향 단부에 마주하게 설치된 한 쌍의 승강실린더(420)에 각각 설치되며, 하강을 통해 배터리셀(10)들의 각 연결부(21)를 가이드하여 전극리드(22)들의 위치를 얼라인시킨다(도 8d 참조).

즉, 전극리드(22)의 위치가 결합되는 버스바(30)의 접지면 슬롯(32) 위치와 일치되도록 함으로써 버스바(30)의 결합이 안정적으로 이루어지도록 하는 것이다.

얼라인부재(430)는, 승강실린더(420)의 로드에 고정되는 바디(431)와, 소정길이로 바디(431)에 고정되는 복수개의 가이드스틱(432)을 포함한다.

이때, 가이드스틱(432)은 도 7의 확대도와 같이 소정간격으로 이격되어 배터리셀(10)의 각 연결부(21)가 수용되는 수용홈(433)을 형성하고, 길이방향 하단은 소정각도로 테이퍼져 얼라인부재(430) 하강시 각 연결부(21)가 수용홈(433)으로 가이드될 수 있도록 가이드홈(435)을 형성한다.

여기서, 수용홈(433) 및 가이드홈(435)의 개수는 적재된 배터리셀(10)의 개수와 동일함은 물론이고, 배터리셀(10)의 적재 개수에 따라 가이드스틱(432)의 개수도 달라질 수 있음은 물론이다.

본실시예에서는 가이드스틱(432)을 복수개의 막대형상이 조합된 것을 예를들어 설명하였지만, 빗살의 형태와 같이 일체형으로 형성될 수도 있기 때문에 그 형상을 반드시 한정하지 않는다.

푸싱편(440)은 베이스(410)의 둘레를 따라 각 코너에 4개가 설치되며, 트렌스퍼(200)에 적재된 배터리셀(10) 방향으로 외력을 부여하도록 외력실린더(440a)에 의해 이동한다.

이때, 각 푸싱편(440)은 도 2와 같이 트렌스퍼(200) 제1지지부재(230)의 외력플레이트(231)에 근접하여 배치되며, 외력실린더(440a)에 의해 이동하면서 외력플레이트(231)를 버스바(30) 방향으로 푸싱하게 된다.

이렇게 되면, 제1가압편(233)이 외력플레이트(231)와 함께 이동하면서 버스바(30)의 길이방향 양단을 가압함으로써, 배터리셀(10)에 결합된 버스바(30)의 길이방향 틀어짐을 방지하게 된다.

한편, 도 2와 같이 결합유닛(300)의 일측에는 한 쌍의 결합유닛(300)으로 버스바(30)를 동시에 공급하기 위해 버스바(30)를 각각 얼라인시키기 위한 한 쌍의 버스바스테이지(500)가 구비되어 있으며, 한 쌍의 버스바스테이지(500)는 이격된 상태로 마주하게 배치되어 있다.

버스바스테이지(500)에서는 안착된 버스바(30)를 감지하고, 실린더의 구동을 통해 안착된 버스바(30)를 어느 일측방향으로 밀착시킴으로써 안착된 버스바(30)의 공차가 발생하더라도 상시 버스바(30)의 직립도 및 좌우 수평도를 얼라인시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 버스바 조립장치(100)에 의해 버스바(30)가 결합되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 결합유닛(300)의 틸팅부(310)를 버스바스테이지(500)로 이동시켜 얼라인된 버스바(30)를 픽킹척(317a)을 이용하여 픽킹한다.

버스바(30)의 픽킹이 완료되면, 결합유닛(300)의 구동을 통해 틸팅부(310)를 트렌스퍼(200) 사이로 배치시킨다.

이때, 트렌스퍼(200)는 복수개가 적재된 배터리셀(10)을 정렬한 상태로 틸팅부(310) 도착 전에 결합유닛(300) 사이로 진입될 수도 있고, 틸팅부(310) 도착 후 진입될 수도 있다.

틸팅부(310)는 트렌스퍼(200)의 양측으로 이동하면서 도시하지 않은 제어장치의 제어에 의해 기 설정된 위치로 이동을 완료한다.

틸팅부(310)의 위치는 도 8a와 같이 트렌스퍼(200)에 정렬된 복수개 배터리셀(10)의 전극리드(22) 위치와 버스바(30)의 접지편(31) 슬롯(32)이 일치하는 위치이다.

여기서, 제2지지부재(240)의 제2가압편(241)은 틸팅부(310)에 의해 버스바(30)가 도 8a와 같이 위치할 때 간섭이 일지 않도록 사전에 고리(247)의 당김에 의해 탄성을 유지하면서 도면상 좌측으로 인출된 상태이다.

그리고, 가이드유닛(400)의 얼라인부재(430)는 배터리셀(10)의 연결부(21) 상측에 배치된 상태이다.

이후, 틸팅실린더(313)가 로드를 당기면, 수직으로 세워진 회동편(315)의 하측이 도 8b에 도시된 화살표방향으로 회동하게 되면서 픽킹척(317a)에 픽킹된 버스바(30)를 함께 회동시키기 때문에 버스바(30)의 틸팅이 이루어진다.

버스바(30)의 틸팅이 이루어지면, 도 8c와 같이 얼라인부재(430)가 도면상 화살표방향으로 하강하면서 가이드스틱(432) 사이의 수용홈(433)들로 배터리셀(10)들의 연결부(21)를 가이드하여 수용시킨다.

이렇게 되면, 플렉시블한 연결부(21)가 얼라인부재(430)에 의해 지지됨에 따라 연결부(21)로부터 노출된 전극리드(22)들의 정렬이 이루어지게 된다.

전극리드(22)의 정렬이 완료되면, Y축로봇(323)을 구동시켜 틸팅부(310)를 도 8d의 화살표방향으로 이동시키고, 틸팅실린더(313)는 틸팅부(310)가 이동하는 과정에서 로드를 도면상 우측방향으로 밀어내면서 버스바(30)가 이동간에 점진적으로 세워지도록 한다.

이때, 버스바(30)는 틸팅된 상태로 이동됨에 따라 접지편(31)의 슬롯(32)으로 전극리드(22)의 상측부 삽입이 먼저 이루어지도록 유도하고, 이후 틸팅부(310)의 이동과 동시에 버스바(30)의 점진적 세워짐에 의해 전극리드(22)의 삽입이 하측방향으로 향하게 되면서 슬롯(32)에 완전히 삽입된 상태를 이루게 된다.

버스바(30)가 수직하게 세워지면, 복수개의 전극리드(22)가 각 슬롯(32)에 삽입됨에 따라 연결부(21)를 가이드한 얼라인부재(430)는 도 8e와 같이 상측방향으로 이동하면서 연결부(21)로부터 이탈하게 된다.

이후, 틸팅부(310)는 버스바(30)의 슬롯(32)으로 전극리드(22)가 관통할 때까지 Y축로봇(323)의 구동에 의해 화살표방향으로 더 이동하면서 배터리셀(10)과 버스바(30)의 결합을 완료한다.

버스바(30)의 결합이 완료되면, 트렌스퍼(200)는 전극리드(22)의 용접 및 배터리모듈(10)의 케이스 조립과 같은 후 공정을 위해 퇴출하게 된다.

지금까지 서술된 바와 같이 본 발명의 배터리셀용 버스바 조립장치는, 배터리셀들의 각 전극리드를 가이드함으로써 배터리셀의 적재에 따른 각 전극리드의 누적공차를 얼라인시키고, 동시에 버스바를 틸팅시킨 상태로 얼라인된 전극리드에 결합시킴으로써, 전극리드에 공차가 발생하더라도 협소한 버스바 접지편의 슬롯에 안정적으로 결합될 수 있도록 하는 탁월한 효과가 있다.

이상, 본 발명의 배터리셀용 버스바 조립장치를 바람직한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 설명하였으나, 이는 발명의 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아님은 물론이다.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

10 : 배터리모듈 20 : 배터리셀
21 : 연결부 22 : 전극리드
30 : 버스바 31 : 접지편
32 : 슬롯 100 : 버스바 조립장치
200 : 트렌스퍼 210 : 팔레트
211 : 안착블럭 220 : 고정부재
230 : 제1지지부재 231 : 외력플레이트
233 : 제1가압편 240 : 제2지지부재
241 : 제2가압부 243 : 이동봉
245 : 스프링 247 : 고리
300 : 결합유닛 310 : 틸팅부
311 : 지지블럭 313 : 틸팅실린더
313a : 로드 315 : 회동편
317 : 픽킹실린더 317a : 픽킹척
319 : Z축로봇 320 : X,Y이동부
321 : X축로봇 323 : Y축로봇
400 : 가이드유닛 410 : 베이스
420 : 승강실린더 430 : 얼라인부재
431 : 바디 432 : 가이드스틱
433 : 수용홈 435 : 가이드홈
440 : 푸싱편 440a : 외력실린더
500 : 버스바스테이지

Claims (8)

1. 버스바(30)를 복수개 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합시키는 배터리셀용 버스바 조립장치에 있어서,
   복수개의 배터리셀(10)을 정렬시킨 상태로 진입하고, 상기 배터리셀(10)에 상기 버스바(30)가 조립되면 퇴출하는 트렌스퍼(200);
   진입된 상기 트렌스퍼(200)를 사이에 두고 X축과 Y축으로 이동하며, 상기 트렌스퍼(200)에 정렬된 상기 배터리셀(10)들의 양측 전극리드(22)에 픽킹된 상기 버스바(30)를 틸팅시킨 상태에서 점진적으로 세워가며 결합시키는 한 쌍의 결합유닛(300); 및
   진입된 상기 트렌스퍼(200) 상부에 배치되며, 상기 트렌스퍼(200)에 적재된 상기 배터리셀(10)과 전극리드(22) 사이의 연결부(21)를 가이드하여 상기 전극리드(22)를 얼라인시키는 가이드유닛(400);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 트렌스퍼(200)는,
   레일을 타고 이동하며, 적재된 상기 배터리셀(10)들이 안착되는 판 상의 팔레트(210);
   상기 팔레트(210) 상부에 배치되며, 안착된 상기 배터리셀(10)의 위치를 고정시키는 복수개의 고정부재(220);
   상기 팔레트(210) 상부에 배치되며, 상기 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합되는 상기 버스바(30)의 길이방향 양단을 외력에 의해 탄성 지지하는 복수개의 제1지지부재(230); 및
   상기 팔레트(210) 상부에 배치되며, 상기 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합되는 상기 버스바(30)를 배터리셀(10) 방향으로 탄성지지하는 복수개의 제2지지부재(240);로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1지지부재(230)는, 상기 팔레트(210)에 탄성지지된 상태로 외력을 받는 외력플레이트(231)와 상기 외력플레이트(231)와 연결된 상태로 가해지는 외력에 의해 외력플레이트(231)와 연동하면서 상기 버스바(30)의 길이방향 단부를 가압하는 제1가압편(233)으로 구성되고,
   상기 제2지지부재(240)는, 상기 팔레트(210)에 탄성지지된 상태로 상기 버스바(30)를 배터리셀(10) 방향으로 가압하는 제2가압편(241),으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 결합유닛(300)은,
   상기 버스바(30)를 픽킹한 상태로 틸팅시키며, 틸팅된 버스바(30)를 세워가면서 상기 배터리셀(10)의 전극리드(22)에 결합시키는 틸팅부(310); 및
   상기 틸팅부(310)가 결합되며, 틸팅부(310)를 X축과 Y축으로 이동시키는 X축로봇(321)과 Y축로봇(323)으로 구성된 X,Y이동부(320);로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 틸팅부(310)는,
   지지블럭(311)의 길이방향 양단에 회동 가능하게 배치된 한 쌍의 틸팅실린더(313);
   일측이 상기 지지블럭(311)에 회동 가능하게 배치되며, 타측이 상기 한 쌍의 틸팅실린더(313)의 로드와 링크로 연결되어 틸팅실린더(313)의 구동에 의해 회동하는 회동편(315);
   상기 회동편(315)의 길이방향 양단에 각각 배치되며, 회동편(315)의 전면으로 상기 버스바(30)를 픽킹하기 위해 회동편(315)의 길이방향으로 이동하는 픽킹척(317a)을 갖는 한 쌍의 픽킹실린더(317); 및
   상기 지지블럭(311)이 결합되며, 지지블럭(311)을 Z축으로 승강시키는 Z축로봇(319);으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 가이드유닛(400)은,
   베이스(410);
   상기 베이스(410)에 마주하게 설치된 한 쌍의 승강실린더(420)에 설치되며, 하강을 통해 상기 배터리셀(10)들의 각 연결부(21)를 가이드하여 상기 전극리드(22)를 얼라인시키는 얼라인부재(430);
   상기 베이스(410)의 둘레를 따라 설치되며, 상기 트렌스퍼(200)에 적재된 상기 배터리셀(10) 방향으로 외력을 부여하도록 외력실린더(440a)에 의해 이동하는 복수개의 푸싱편(440);으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 얼라인부재(430)는, 상기 승강실린더(420)의 로드에 고정되는 바디(431)와, 소정길이로 상기 바디(431)에 고정되는 복수개의 가이드스틱(432)을 포함하며,
   상기 가이드스틱(432)은 소정간격으로 이격되어 상기 연결부(21)가 수용되는 수용홈(433)을 형성하고, 길이방향 하단은 소정각도로 테이퍼져 얼라인부재(430) 하강시 상기 연결부(21)가 수용홈(433)으로 가이드될 수 있도록 가이드홈(435)을 형성한 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 결합유닛(300)의 일측에는 상기 결합유닛(300)으로 버스바(30)를 공급하기 위해 버스바(30)를 각각 얼라인시키는 이격된 상태로 마주하는 한 쌍의 버스바스테이지(500),가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리셀용 버스바 조립장치.

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