KR20220167470A - 배터리 셀 실링 장치 - Google Patents

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김주형
박연호
최길용
김형준
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 셀의 파우치를 실링하기 위한 배터리 셀 실링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 하나의 챔버 내에 다수의 배터리 셀이 수용되고 챔버 내에 수용된 다수의 배터리 셀을 동시에 실링 가능하게 구성됨으로써, 1 챔버의 배터리 셀 생산 수량 내지 처리 용량을 증가시키고 그에 따라 전체 설비 비용을 감소시킬 수 있는 배터리 셀 실링 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 실링 장치{Battery cell sealing device}
본 발명은 배터리 셀의 파우치를 실링하기 위한 배터리 셀 실링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 하나의 챔버 내에 다수의 배터리 셀이 수용되고 챔버 내에 수용된 다수의 배터리 셀을 동시에 실링 가능하게 구성됨으로써, 1 챔버의 배터리 셀 생산 수량 내지 처리 용량을 증가시키고 그에 따라 전체 설비 비용을 감소시킬 수 있는 배터리 셀 실링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전지는 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여 전기에너지를 얻도록 한 것으로서, 이러한 화학적인 전지는 1차전지와 이차전지로 나누어진다. 즉, 망간전지, 알칼리전지 및 수은전지 등과 같이 한번 사용하고 버리는 전지를 1차 전지라 하고, 충전지나 납축전지처럼 전기를 다 쓰고 난 뒤 다시 충전시켜 사용할 수 있는 전지를 이차전지라 한다. 이 중 제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지에 대한 기술개발이 요구되고 있다.
이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있는데, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지가 널리 이용되고 있다.
파우치형 이차전지 제조방법에 대해 살펴보면, 먼저 파우치 케이스에 전극 조립체를 내장한 후 케이스 내부로 전해액을 주입시켜 전극 조립체에 전해액이 합침되도록 한다. 그 후 케이스의 테두리부를 결합시켜 밀봉시킨다. 이후, 에이징 공정을 수행한 이후 배터리 셀을 활성화시키기 위한 충방전 공정을 수행한다. 충방전 공정 수행 시 전해액 및 첨가제의 비가역 반응이 발생하며 가스가 발생하게 되는데, 이와 같이 발생한 가스를 제거하기 위하여 디가싱 장치를 통해 디가싱 공정을 수행하며, 가스가 제거된 이후 배터리 셀 테두리부를 실링하는 실링 공정을 수행한다. 이들 각각의 공정은 자동화 장치를 통해 수행될 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 셀 파우치 실링 장치를 나타낸 것으로, 도 1(a)는 배터리 셀 스탠드 바이(Stand-by) 상태를 나타내고, 도 1(b)는 배터리 셀 인풋(Input) 상태를 나타낸다. 도시된 바와 같이 종래 장치(2)는 배터리 셀이 안착되는 안착 플레이트(3)와, 배터리 셀을 내부에 수용하는 진공 챔버(4)를 포함하며, 안착 플레이트(3) 상에 배터리 셀이 2개가 일렬로 안착된 상태에서 안착 플레이트(3)가 상부로 이동하여 배터리 셀들이 진공 챔버(4) 내로 투입된다.
도 2는 도 1에서 진공 챔버 내에 투입된 배터리 셀의 파우치를 실링하는 모식도로서, 도시된 바와 같이 배터리 셀의 파우치의 양측면을 파우치 케이스의 양측 각각에서 실링바(5)를 이용해 가압하여 파우치 일측을 실링하게 된다.
이와 같은 종래 실링 장치의 경우, 하나의 챔버 내에 단지 두개의 배터리 셀만이 수용되도록 구성되며, 이때 두 배터리 셀은 각 배터리 셀 파우치의 양측면을 양측에서 각각 가압하기 위하여 일렬로 배열된다. 그리고, 배터리 셀들은 상하방향으로 수직 이동하여 챔버 내로 투입되게 된다.
그러나, 이러한 구조를 가지는 종래의 장치는 하나의 챔버 내에 두개의 셀 밖에 수용될 수 없어 셀 처리용량 내지 처리속도가 부족하고, 이를 극복하기 위해 전체 설비에 다수의 챔버를 구비해야 하나 이는 제한된 공장의 레이아웃에 따라 해당 챔버를 원하는 만큼 배치하는 것에 한계가 있으며, 챔버 수량 증가로 인해 각 챔버에 대응되는 진공 펌프의 수량이 함께 증가되어 설비 투자비가 과도히 발생하는 문제가 있다.
한국 등록특허공보 제10-1753336호(2017.06.27.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 하나의 챔버 내에 다수의 배터리 셀이 수용되고 챔버 내에 수용된 다수의 배터리 셀을 동시에 실링 가능하게 구성됨으로써, 1 챔버의 배터리 셀 생산 수량 내지 처리 용량을 증가시키고 그에 따라 전체 설비 비용을 감소시킬 수 있는 배터리 셀 실링 장치를 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 배터리 셀 실링 장치는, 다수의 배터리 셀이 각각 안착되는 지그 플레이트; 상기 배터리 셀들이 안착된 지그 플레이트가 내부에 수용되는 챔버; 및 상기 챔버에 수용된 상기 배터리 셀들 각각을 실링하는 실링유닛;을 포함하고, 상기 배터리 셀들은 상기 챔버 내에서 적어도 2열로 배열되고, 각 열에는 적어도 2개의 배터리 셀이 배치되며, 상기 실링유닛은 상기 각 배터리 셀의 파우치의 양 외측면을 가압하여 실링 가능할 수 있다.
상기 실링유닛은 상기 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중, 최외곽 일측 열에 배치되는 제1열 배터리 셀들의 파우치 일측면을 가압하여 실링하는 제1 유닛과, 상기 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중, 최외곽 타측 열에 배치되는 제2열 배터리 셀들의 파우치 타측면을 가압하여 실링하는 제2 유닛과, 상기 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중 인접한 두 열 사이에 위치되며, 상기 인접한 두 열 중 일측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 타측면과, 상기 인접한 두 열 중 타측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 일측면을 가압하여 실링하는 제3 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제1 유닛은 횡축으로 구동되는 제1 실린더와, 상기 제1 실린더의 횡축 구동에 의한 횡축 방향 추력을 전달받아 상기 제1열 배터리 셀들의 파우치의 일측면을 가압하는 제1 실링바를 포함하고, 상기 제2 유닛은 횡축으로 구동되는 제2 실린더와, 상기 제2 실린더의 횡축 구동에 의한 횡축 방향 추력을 전달받아 상기 제2열 배터리 셀들의 파우치의 타측면을 가압하는 제2 실링바를 포함할 수 있다.
상기 제1 유닛에는 상기 제1 실린더가 상기 제1열 배터리 셀들의 개수만큼 구비되어, 상기 제1 실린더가 상기 제1열 배터리 셀들에 각각 구비되고, 상기 제2 유닛에는 상기 제2 실린더가 상기 제2열 배터리 셀들의 개수만큼 구비되어, 상기 제2 실린더가 상기 제2열 배터리 셀들에 각각 구비될 수 있다.
상기 제3 유닛은 종축으로 구동되는 제3 실린더와, 상기 제3 실린더의 종축 구동에 의한 종축 방향 추력을 횡축으로 전환하는 추력 전환 유닛과, 상기 추력 전환 유닛으로부터 횡축 방향 추력을 전달받아 상기 인접한 두 열 중 일측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 타측면과, 상기 인접한 두 열 중 타측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 일측면을 각각 가압하는 제3 실링바를 포함할 수 있다.
상기 추력 전환 유닛은 상기 제3 실린더로부터 종축 방향 추력을 전달받아 종축으로 왕복 직선운동하는 캠 본체와, 일단이 상기 캠 본체에 형성된 캠 작동요소와 접하고 타단이 상기 제3 실링바에 결합되며, 상기 캠 작동요소의 외면을 따라 횡축으로 왕복 직선운동하는 팔로워를 포함할 수 있다.
상기 캠 작동요소는 상기 종축에 대하여 경사진 쐐기면을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 캠 본체에는, 상기 제3 실링바 각각에 대해 상기 캠 작동요소가 적어도 2개 이상 마련되도록 상기 캠 작동요소가 다수개 형성되고, 상기 제3 실링바는 적어도 2개 이상의 상기 팔로워에 의해 지지될 수 있다.
상기 캠 작동요소의 외면과 맞닿는 상기 팔로워의 일측 단부에는 베어링이 구비될 수 있다.
상기 캠 작동요소의 외면과 맞닿는 상기 팔로워의 일측 단부는 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 제3 유닛에는 상기 제3 실린더가 1개 구비될 수 있다.
상기 지그 플레이트는 상기 챔버의 바닥면과 수평한 방향으로 슬라이딩되어 상기 챔버 내부로 투입될 수 있다.
상기 챔버의 일 측면에는 상기 지그 플레이트가 내부로 투입되기 위한 챔버 입구가 형성되고, 상기 챔버 입구가 형성된 일 측면을 제외한 상기 챔버의 나머지 측면에 상기 실링유닛이 배치될 수 있다.
상기 지그 플레이트에는 상기 챔버를 폐쇄하는 챔버 커버가 결합되고, 상기 지그 플레이트가 상기 챔버 내부로 투입됨과 동시에 상기 챔버 커버에 의해 상기 챔버가 폐쇄될 수 있다.
상기 배터리 셀들은 상기 챔버 내에서 2×2 array 형태로 배열될 수 있다.
본 발명에 의하면 하나의 챔버 내에 다수개의 배터리 셀, 보다 구체적으로는 4개 이상의 배터리 셀이 수용되고, 챔버 내에 수용된 다수의 배터리 셀이 동시에 실링됨으로써 1 챔버의 배터리 셀 생산 수량 내지 처리 용량이 크게 향상될 수 있고, 그에 따라 배터리 셀 제조 설비 내 챔버의 총 개수와 그에 대응되는 진공 펌프 등의 개수가 감소되어 총 설비 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 배터리 셀들을 다수 열로 배치함으로써 챔버를 대략 정사각형 형태로 제작할 수 있게 되며, 이에 따라 종래 기다란 직사각형 형태를 가지는 챔버에 비해 제한된 공간의 레이아웃 내에서 챔버의 효율적인 배치가 가능해질 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 셀 파우치 실링 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 진공 챔버 내에 투입된 배터리 셀의 실링 모식도이다.
도 3은 배터리 셀을 나타낸 것이다.
도 4, 5는 본 발명의 일 예에 따른 배터리 셀 실링 장치를 나타낸 것이다.
도 6은 배터리 셀들이 3열로 배열된 예를 나타낸 것이다.
도 7은 제3 유닛의 추력 전환 유닛의 일부를 확대하여 나타낸 것이다.
도 8은 제3 유닛의 구동을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 실링 장치(1)에 대한 설명에 앞서, 배터리 셀(10)에 대해 먼저 설명하도록 한다. 도 3은 배터리 셀을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 배터리 셀(10)은 파우치형 이차전지로서, 내측에 중공부가 형성된 대략 직육면체형의 파우치(11)와, 파우치 내측에 수용되는 전극조립체(15)로 이루어질 수 있으며, 전극조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이트 등으로 이루어질 수 있다. 파우치(11)의 일측에는 파우치(11)의 테두리부 측으로부터 연장 형성되어 디가싱 공정시 파우치(11) 내측에서 발생하는 가스를 외부로 배출시키기 위한 가스 포켓부(12)가 형성될 수 있다. 본 발명의 실링 장치(1)는 이와 같은 구조를 가지는 파우치형 배터리 셀(10)에 있어서 가스 포켓부(12)의 일측(13)을 실링할 수 있다.
이하 본 발명의 실링 장치(1)에 대해 설명하도록 한다. 도 4, 5는 본 발명의 일 예에 따른 배터리 셀 실링 장치를 나타낸 것으로서, 도 4(a)는 배터리 셀 스탠드 바이 상태를 나타내고, 도 4(b)는 배터리 셀 인풋 상태를 나타내며, 도 5는 도 4(b)를 상부에서 바라본 것을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 장치(1)는 크게 지그 플레이트(100), 챔버(200), 실링유닛(300)을 포함한다. 그리고, 도시하지는 않았으나, 지그 플레이트(100)를 챔버(200) 내로 투입시키기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.
지그 플레이트(100)는 다수의 배터리 셀(10)이 각각 안착되는 장착 공간을 제공하는 것으로서, 넓은 판 형태로 형성될 수 있으며, 지그 플레이트(100) 상에는 지그 플레이트(100) 상에 안착되는 배터리 셀(10)들 각각을 고정할 수 있는 고정 수단이 구비될 수 있다. 고정 수단은 기존의 공지된 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서 그 구조를 특별히 제한하지 않는다. 한편, 도 4에서는 지그 플레이트(100)가 다수개(2개)로 분리된 구조로 도시되어 있으나, 이와 달리 지그 플레이트(100)는 하나의 판 구조로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서 지그 플레이트(100)는 이와 같이 하나의 판 구조 전체를 지칭하는 것일 수 있다.
챔버(200)는 배터리 셀(10)들이 안착된 지그 플레이트(100)를 내부에 수용하는 박스 형태의 공간으로서, 본 발명의 챔버(200)는 진공 분위기 하에서 배터리 셀(10)을 실링할 수 있는 진공 챔버일 수 있으며, 이를 위해 챔버(200)에 진공 펌프(미도시)가 구비될 수 있다. 또한, 챔버(200)의 일측에는 지그 플레이트(100)가 출입 가능하도록 개방된 챔버 입구(210)가 형성될 수 있다.
실링유닛(300)은 챔버(200) 내부에 수용된 배터리 셀(10)들 각각을 실링하는 것으로, 각 배터리 셀(10)의 파우치의 양 외측면을 가압하여 실링 가능하게 구성된다. 실링 유닛(300)에 대한 보다 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
이때, 본 장치(1)는 배터리 셀(10)들이 챔버(200) 내, 즉 챔버(200) 내에 수용된 지그 플레이트(100) 상에 적어도 2열로 배열되고, 각 열에는 적어도 2개의 배터리 셀(10)이 배치될 수 있다. 여기서, 각 열에 배치되는 배터리 셀(10)의 수는 각각의 열에서 서로 동일하게 이루어지는 것이 바람직하며, 이에 의하면 배터리 셀(10)들은 N×M array 형태로 배치될 수 있다(여기서, N, M은 각각 2 이상의 자연수). 예를 들어, 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10)들은 지그 플레이트(100) 상에 2열로 배열되고 각 열에 2개씩 배치되어, 2×2 array 형태로 배치될 수 있으며, 이에 따라 하나의 챔버(200) 내에 4개의 배터리 셀(10)이 수용될 수 있다.
그리고, 실링유닛(300)은 이와 같이 다수 열로 배열된 배터리 셀(10)들의 파우치 양측면을 각각 가압하여 실링 가능하게 구성됨으로써, 본 장치(1)에 의하면 하나의 챔버 내에 4개의 배터리 셀이 수용되어 한번에 4개의 배터리 셀의 실링이 동시에 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 실링 장치(1)는, 종래 하나의 챔버 내 2개의 배터리 셀만이 수용되어 처리 용량이 부족했던 것을 개선하여, 하나의 챔버 내에 다수개의 배터리 셀, 보다 구체적으로는 4개 이상의 배터리 셀이 수용되고, 챔버 내에 수용된 다수의 배터리 셀이 동시에 실링됨으로써 1 챔버의 배터리 셀 생산 수량 내지 처리 용량이 크게 향상될 수 있고, 그에 따라 배터리 셀 제조 설비 내 챔버의 총 개수와 그에 대응되는 진공 펌프 등의 개수가 감소되어 총 설비 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 배터리 셀들을 다수 열로 배치함으로써 챔버를 대략 정사각형 형태로 제작할 수 있게 되며, 이에 따라 종래 기다란 직사각형 형태를 가지는 챔버에 비해 제한된 공간의 레이아웃 내에서 챔버의 효율적인 배치가 가능해질 수 있다.
전체 배터리 셀 제조 공정에서 1 챔버 내 수용되는 배터리 셀의 수량 증가가 배터리 셀 생산 속도 향상의 주요 인자에 해당하는데, 1 챔버 내 배터리 셀 수량의 최적화된 예로서 1 챔버 내 4개의 배터리 셀이 수용되는 것이 바람직하며, 이때 4개의 배터리 셀은 앞서 살펴본 바와 같이 2×2 array 형태로 배열될 수 있다.
그리고, 도 4를 다시 참조하면, 본 발명은 지그 플레이트(100)가 챔버(200)의 바닥면(도 4의 xy평면)과 수평한 방향(도 4의 y방향)으로 슬라이딩되어 챔버(200) 내부로 투입될 수 있다. 이를 위해 챔버(200)의 일측면에 챔버 입구(210)가 형성될 수 있으며, 지그 플레이트(100)는 상술한 구동부에 의해 구동될 수 있다. 또한, 챔버 입구(210)를 제외한 챔버(200)의 나머지 측면에 실링유닛(300)이 배치될 수 있다. 이와 같이, 종래에는 배터리 셀이 안착된 플레이트(3)가 상부(도 1의 z방향)로 이동하여 챔버(4) 내부에 투입되던 것과 달리, 본 발명은 지그 플레이트(100)가 수평방향(도 4의 y방향)으로 슬라이딩되어 챔버(200) 내부에 투입될 수 있다. 이는 설비 배치 상에서 유리하며, 챔버 입구와 실링유닛이 서로 다른 위치에 형성됨으로써, 챔버와 실링 유닛은 고정되어 있는 상태로 지그 플레이트만을 이동시켜 배터리 셀들이 안착된 지그 플레이트를 간편하게 챔버에 투입 및 배출시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 챔버 커버(220)를 더 포함할 수 있다. 챔버 커버(220)는 챔버 입구(210)를 폐쇄하는 것으로서, 이때 본 발명은 챔버 커버(220)가 지그 플레이트(100)의 일측에 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 이에 따라 지그 플레이트(100)가 챔버 입구(210)를 통해 챔버(200) 내부로 투입됨과 동시에 챔버 커버(220)에 의해 챔버 입구(210)가 폐쇄되어 챔버(200) 내부가 전체적으로 폐쇄될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실링유닛(300)에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실링유닛(300)은, 제1 유닛(310), 제2 유닛(320) 및 제3 유닛(330)을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 챔버(200) 내에 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중 최외곽 일측 열(도면상 가장 좌측 열)에 배치되는 배터리 셀들을 제1열 배터리 셀(10-1)들이라 하고, 최외곽 타측 열(도면상 가장 우측 열)에 배치되는 배터리 셀들을 제2열 배터리 셀(10-2)들이라 하기로 한다.
제1 유닛(310)은 횡축(도 5의 x축)으로 구동되는 제1 실린더(311)와, 제1 실린더(311)의 횡축 구동에 의한 횡축 방향 추력을 전달받아 제1열 배터리 셀(10-1)들의 파우치의 일측면(도면상 파우치의 좌측면)을 가압하는 제1 실링바(315)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 실린더(311)는 챔버(200) 외부, 보다 구체적으로 도면상 챔버(200)의 좌측에 취부될 수 있고, 제1 실린더(311)와 제1 실링바(315)는 예를들어 제1 실린더(311)의 구동축 단부에 제1 실링바(315)가 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 실링바(315)는 파우치의 실링부위를 열융착시키기 위한 히터 블록으로 구성될 수 있다. 이에 따라 제1 유닛(310)은 제1열 배터리 셀(10-1)들의 파우치 일측면(도면상 파우치 좌측면)을 가압하여 열융착 실링할 수 있다.
제2 유닛(320)은 제1 유닛(310)과 좌우 대칭적인 구조를 가질 수 있다. 즉, 제2 유닛(320)은 횡축(도 5의 x축)으로 구동되는 제2 실린더(321)와, 제2 실린더(321)의 횡축 구동에 의한 횡축 방향 추력을 전달받아 제2열 배터리 셀(10-2)들의 파우치의 타측면(도면상 파우치의 우측면)을 가압하는 제2 실링바(325)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 제2 실린더(321)는 챔버(200) 외부, 보다 구체적으로 도면상 챔버(200)의 우측에 취부될 수 있고, 제2 실린더(321)와 제2 실링바(325)는 제1 유닛(310)과 마찬가지로 제2 실린더(321)의 구동축 단부에 제2 실링바(325)가 결합된 구조로 이루어질 수 있으며, 제2 실링바(325)는 파우치의 실링부위를 열융착시키기 위한 히터 블록으로 구성될 수 있다. 이에 따라 제2 유닛(320)은 제2열 배터리 셀(10-2)들의 파우치 타측면(도면상 파우치 우측면)을 가압하여 열융착 실링할 수 있다.
제3 유닛(330)은 2열로 배열되는 배터리 셀들 중 인접한 두 열 사이에 위치할 수 있으며, 상기 인접한 두 열 중 일측 열(도면상 좌측 열)에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 타측면(도면상 파우치 우측면)을 가압하여 실링하고, 타측열(도면상 우측 열)에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 일측면(도면상 파우치 좌측면)을 가압하여 실링할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 배터리 셀들이 2×2 array로 배열되는 경우, 제3 유닛(330)은 인접한 두 열인 제1열 배터리 셀(10-1)들과 제2열 배터리 셀(10-2)들 사이에 위치할 수 있으며, 제1열 배터리 셀(10-1)들과 제2열 배터리 셀(10-2)들 사이에서 인접한 두 열 중 일측 열(도면상 좌측 열)에 해당하는 제1열 배터리 셀(10-1)들의 파우치 타측면(도면상 파우치 우측면)을 가압하여 실 링하고, 인접한 두 열 중 타측 열(도면상 우측 열)제2열 배터리 셀(10-2)들의 파우치 일측면(도면상 파우치 좌측면)을 가압하여 실링하도록 구성될 수 있다. 한편, 도 6에 도시된 바와 같이 배터리 셀들이 예를 들어 3열로 배열되는 경우, 제3 유닛(300)은 제1열 배터리 셀(10-1)들과 중간열의 배터리 셀(10-C)들 사이와, 중간열의 배터리 셀(10-C)들과 제2열 배터리 셀(10-2)들 사이에 각각 배치되어, 총 2개가 구비될 수 있다. 이 경우, 각각의 제3 유닛(330)은 해당 제3 유닛(330)이 위치하는 측의 일측 열과 타측 열의 배터리 셀을 실링하도록 구성될 수 있음은 물론이다. 나아가, 배터리 셀들이 N열로 배열되는 경우, 제3 유닛(300)은 총 N-1개가 구비될 수 있다.
여기서, 제3 유닛(300)은 종축(도 5의 y축)으로 구동되는 제3 실린더(331)와, 제3 실린더(331)의 종축 구동에 의한 종축 방향 추력을 횡축(도 5의 x축)으로 전환하는 추력 전환 유닛(333)과, 추력 전환 유닛(333)으로부터 횡축 방향 추력을 전달받아 인접한 두 열 중 일측 열(즉 도면상 좌측열)에 배치되는 배터리 셀들의 파우치의 타측면(즉 도면상 파우치의 우측면)과, 상기 인접한 두 열 중 타측열(즉 도면상 우측열)에 배치되는 배터리 셀들의 파우치의 일측면(즉 도면상 파우치의 좌측면)을 각각 가압하는 제3 실링바(335)를 포함할 수 있다. 제3 실링바(335) 또한 제1, 제2 실링바(315, 325)와 마찬가지로 히터 블록으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 장치(1)에 의하면 각 배터리 셀(10)의 파우치의 양측면 각각에 실링바(315, 325, 335)가 위치할 수 있고, 각 배터리 셀(10)의 파우치의 양측면 각각에 위치하는 실링바(315, 325, 335)가 서로 맞닿아 각 배터리 셀(10)의 파우치의 실링부위를 양측에서 가압하게 구성됨으로써, 챔버(200) 내에 수용된 다수 열로 배열되는 배터리 셀(10)들 각각을 동시에 실링할 수 있다.
도 7은 제3 유닛의 추력 전환 유닛의 일부를 확대하여 나타낸 것으로, 본 발명의 추력 전환 유닛(333)은 Cam & Follower 구조로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 추력 전환 유닛(333)은, 제3 실린더(331)로부터 종축(도 7의 y축) 방향 추력을 전달받아 종축, 즉 도면상 전후방향으로 왕복 직선운동하는 캠 본체(30)와, 일단이 캠 본체에 형성된 캠 작동요소(40)와 접하고 타단이 제3 실링바(335)에 결합되며, 캠 작동요소(40)의 외면을 따라 횡축(도 7의 x축), 즉 도면상 좌우방향으로 왕복 직선운동하는 팔로워(50)를 포함할 수 있다.
캠 작동요소(40)는 캠 본체(30)에 형성된 일종의 가이드 레일로서, 캠 본체 (30) 내에 다수개가 형성될 수 있으며, 캠 본체(30)를 따라 캠 작동요소(40) 또한 종축(도 7의 y축)으로 왕복 직선운동하게 구성된다. 이때 캠 작동요소(40)의 외면에 팔로워(50)의 일측 단부가 접하고, 팔로워(50)의 종축(도 7의 y축) 방향으로의 위치가 고정됨으로써, 팔로워(50)가 캠 작동요소(40)의 외면을 따라 횡축(도 7의 x축)으로 왕복 직선운동하게 되며, 이에 따라 팔로워(50)의 타측 단부에 결합된 제3 실링바(335)가 횡축(도 7의 x축)으로 구동되어 배터리 셀(10)의 파우치를 횡축(도 7의 x축)으로 가압할 수 있게 된다. 팔로워(50)는 캠 작동요소(40)의 외면과 맞닿는 일측 단부에 베어링이 구비되거나, 또는 일측 단부가 곡면 형태로 형성되어, 베어링의 구름 마찰 또는 곡면을 이용하여 캠 작동요소(40)의 외면 형상을 따라 이동함으로써 제3 실링바(335)를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 8은 제3 유닛의 구동을 개략적으로 나타낸 모식도로서, 도시된 바와 같이 제3 실린더(331)의 종축(도 8의 y축) 구동이 캠 본체(30)에 전달되고, 캠 본체(30)의 종축(도 8의 y축)으로의 추력이 캠 작동요소(40)를 통해 팔로워(50)에 전달되어 횡축(도 8의 x축)으로 전환되며, 이에 따라 팔로워(50)의 타측 단부에 결합된 제3 실링바(335)가 횡축(도 8의 x축) 방향으로 왕복 직선운동하게 될 수 있다. 구체적으로, 제3 실린더(331)가 종축으로 전진시 제3 실링바(335)가 횡축으로 전진하게 되고, 제3 실린더(331)가 종축으로 후진시 제3 실링바(335) 또한 횡축으로 후진하게 된다.
여기서, 본 발명의 캠 작동요소(40)는 쐐기캠 구조로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 7, 8을 참조하면, 캠 작동요소(40)는 종축(도 7, 8의 y축)에 대하여 소정의 경사를 가지는 쐐기면(41)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 쐐기면(41)의 양측 단부에는 양측 단부 각각으로부터 종축(도 7, 8의 y축)과 평행하게 소정 거리만큼 연장되는 평행면(42, 43)이 각각 형성될 수 있다. 이는 본 발명과 같이 캠 본체가 종축(도 7, 8의 y축)으로 길게 형성되는 경우 캠 본체에 형성되는 다수의 캠 작동요소에 균일한 추력을 전달하는 것에 있어서 유리하다.
나아가, 본 발명의 캠 본체(30)에는, 제3 실링바 각각(335)에 대해 캠 작동요소(40)가 적어도 2개 이상 마련되도록 캠 작동요소(40)가 다수개 형성될 수 있으며, 이에 따라 제3 실링바(335)는 적어도 2개 이상의 팔로워(50)에 의해 지지될 수 있다. 도 7, 8을 다시 참조하면, 제3 실링바(335) 하나에 대하여 캠 작동요소(40)가 2개 이상 구비되고, 각 캠 작동요소마다 팔로워(50)가 구비되어 제3 실링바(335) 하나에 팔로워(50)가 총 2개 이상 구비될 수 있다. 이와 같이 2개 이상의 팔로워가 제3 실링바를 지지할 수 있게 됨으로써, 제3 실링바 각각에 추력이 전달될 시 제3 실링바가 틀어지는 것을 방지하고 제3 실링바가 반대측 실링바(즉, 제1 실링바, 제2 실링바이거나, 또는 또 다른 제3 실링바)와 맞닿을 시 서로를 견고히 지지하도록 할 수 있다.
한편, 도 5, 6을 다시 참조하면, 제1 유닛(310)에는 제1 실린더(311)가 제1열 배터리 셀(10-1)들의 개수, 즉 제1열에 배치되는 배터리 셀들의 개수만큼 구비되어, 제1 실린더(311)가 제1열 배터리 셀(10-1)들에 각각 구비될 수 있고, 제2 유닛(320)에는 제2 실린더(321)가 제2열 배터리 셀(10-2)들의 개수만큼 구비되어, 제2 실린더(321)가 제2열 배터리 셀(10-2)들에 각각 구비될 수 있다. 이와 같이 각 배터리 셀마다 실린더가 각각 구비됨으로써 가압력, 실링 위치 정확성 등이 향상될 수 있다.
그리고, 제3 유닛(330)에는 제3 실린더(331)가 1개 구비될 수 있다. 즉, 제3 유닛(330)의 캠 본체(30)는 한 개의 제3 실린더(331)로부터 종축 추력을 전달받도록 구성될 수 있으며, 도 6과 같이 제3 유닛(330)이 다수개 구비되는 경우에는 제3 유닛(330) 각각에 제3 실린더(331)가 각각 하나씩 구비될 수 있다. 이와 같이 하나의 캠 본체에 하나의 제3 실린더가 구비됨으로써 전체 설비 면적을 감소시킬 수 있고, 나아가 제3 유닛이 다수개 구비되는 경우에는 각각의 캠 본체에 각각의 제3 실린더가 구비되어 제3 유닛의 제3 실링바와 맞닿는 반대측 실링바와의 지지력을 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 하나의 챔버 내에 다수의 배터리 셀이 수용되고, 다수 열로 배열되는 배터리 셀들의 파우치 각각을 양측면에서 가압하여 동시에 다수의 배터리 셀 실링이 가능하게 구성되고, 이에 따라 1 챔버 내 수용 및 처리 가능한 배터리 셀의 수량이 증가되어 배터리 셀 생산 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 나아가 배터리 셀 제조 설비 내 챔버의 개수와 그에 대응되는 진공 펌프 등의 개수를 줄일 수 있게 되어 배터리 셀 제조 설비 비용 내지 설비 면적을 감소시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
1: 배터리 셀 실링 장치
10: 배터리 셀
100: 지그 플레이트
200: 챔버
300: 실링유닛
310: 제1 유닛
320: 제2 유닛
330: 제3 유닛

Claims (15)

  1. 다수의 배터리 셀이 각각 안착되는 지그 플레이트;
    상기 배터리 셀들이 안착된 지그 플레이트가 내부에 수용되는 챔버; 및
    상기 챔버에 수용된 상기 배터리 셀들 각각을 실링하는 실링유닛;을 포함하고,
    상기 배터리 셀들은 상기 챔버 내에서 적어도 2열로 배열되고, 각 열에는 적어도 2개의 배터리 셀이 배치되며,
    상기 실링유닛은 상기 각 배터리 셀의 파우치의 양 외측면을 가압하여 실링 가능한 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링유닛은
    상기 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중, 최외곽 일측 열에 배치되는 제1열 배터리 셀들의 파우치 일측면을 가압하여 실링하는 제1 유닛과,
    상기 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중, 최외곽 타측 열에 배치되는 제2열 배터리 셀들의 파우치 타측면을 가압하여 실링하는 제2 유닛과,
    상기 적어도 2열로 배열되는 배터리 셀들 중 인접한 두 열 사이에 위치되며, 상기 인접한 두 열 중 일측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 타측면과, 상기 인접한 두 열 중 타측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 일측면을 가압하여 실링하는 제3 유닛을 포함하는, 배터리 셀 실링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유닛은 횡축으로 구동되는 제1 실린더와, 상기 제1 실린더의 횡축 구동에 의한 횡축 방향 추력을 전달받아 상기 제1열 배터리 셀들의 파우치의 일측면을 가압하는 제1 실링바를 포함하고,
    상기 제2 유닛은 횡축으로 구동되는 제2 실린더와, 상기 제2 실린더의 횡축 구동에 의한 횡축 방향 추력을 전달받아 상기 제2열 배터리 셀들의 파우치의 타측면을 가압하는 제2 실링바를 포함하는, 배터리 셀 실링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유닛에는 상기 제1 실린더가 상기 제1열 배터리 셀들의 개수만큼 구비되어, 상기 제1 실린더가 상기 제1열 배터리 셀들에 각각 구비되고,
    상기 제2 유닛에는 상기 제2 실린더가 상기 제2열 배터리 셀들의 개수만큼 구비되어, 상기 제2 실린더가 상기 제2열 배터리 셀들에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제3 유닛은
    종축으로 구동되는 제3 실린더와, 상기 제3 실린더의 종축 구동에 의한 종축 방향 추력을 횡축으로 전환하는 추력 전환 유닛과, 상기 추력 전환 유닛으로부터 횡축 방향 추력을 전달받아 상기 인접한 두 열 중 일측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 타측면과, 상기 인접한 두 열 중 타측 열에 배치되는 배터리 셀들의 파우치 일측면을 각각 가압하는 제3 실링바를 포함하는, 배터리 셀 실링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 추력 전환 유닛은
    상기 제3 실린더로부터 종축 방향 추력을 전달받아 종축으로 왕복 직선운동하는 캠 본체와,
    일단이 상기 캠 본체에 형성된 캠 작동요소와 접하고 타단이 상기 제3 실링바에 결합되며, 상기 캠 작동요소의 외면을 따라 횡축으로 왕복 직선운동하는 팔로워를 포함하는, 배터리 셀 실링장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캠 작동요소는
    상기 종축에 대하여 경사진 쐐기면을 포함하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캠 본체에는, 상기 제3 실링바 각각에 대해 상기 캠 작동요소가 적어도 2개 이상 마련되도록 상기 캠 작동요소가 다수개 형성되고,
    상기 제3 실링바는 적어도 2개 이상의 상기 팔로워에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 캠 작동요소의 외면과 맞닿는 상기 팔로워의 일측 단부에는 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 캠 작동요소의 외면과 맞닿는 상기 팔로워의 일측 단부는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제3 유닛에는 상기 제3 실린더가 1개 구비되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 지그 플레이트는 상기 챔버의 바닥면과 수평한 방향으로 슬라이딩되어 상기 챔버 내부로 투입되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 챔버의 일 측면에는 상기 지그 플레이트가 내부로 투입되기 위한 챔버 입구가 형성되고,
    상기 챔버 입구가 형성된 일 측면을 제외한 상기 챔버의 나머지 측면에 상기 실링유닛이 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 지그 플레이트에는 상기 챔버를 폐쇄하는 챔버 커버가 결합되고,
    상기 지그 플레이트가 상기 챔버 내부로 투입됨과 동시에 상기 챔버 커버에 의해 상기 챔버가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은 상기 챔버 내에서 2×2 array 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 실링 장치.
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