WO2016195451A1 - 전지팩 기능 검사장치 - Google Patents

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WO2016195451A1
WO2016195451A1 PCT/KR2016/005983 KR2016005983W WO2016195451A1 WO 2016195451 A1 WO2016195451 A1 WO 2016195451A1 KR 2016005983 W KR2016005983 W KR 2016005983W WO 2016195451 A1 WO2016195451 A1 WO 2016195451A1
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battery pack
test
carrier jig
unit
jig
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PCT/KR2016/005983
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English (en)
French (fr)
Inventor
정석원
강춘권
백주환
박형민
추성춘
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/3865—Arrangements for measuring battery or accumulator variables related to manufacture, e.g. testing after manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a functional test apparatus of a battery pack.
  • secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices.
  • the secondary battery has attracted attention as an energy source of electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc. which are proposed as a solution for air pollution of conventional gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. Therefore, the type of applications using the secondary battery is very diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.
  • Such secondary batteries may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. according to the composition of the electrode and the electrolyte, and among them, there is little possibility of leakage of the electrolyte, and the amount of lithium ion polymer batteries that are easy to manufacture is high.
  • the secondary battery is a cylindrical battery and a rectangular battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and a pouch type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet according to the shape of the battery case.
  • the electrode assembly embedded in the battery case is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode is a power generator capable of charging and discharging, between the long sheet type positive electrode and the negative electrode coated with the active material It is classified into a jelly-roll type wound through a separator and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked in a state interposed in the separator.
  • quality control is to check whether it provides the desired performance and safety.
  • quality control is to determine whether the secondary battery has a normal charging and discharging performance to produce a good product while screening out defective products. This quality control is well made it is possible to produce a high quality secondary battery.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • an object of the present invention is to test the function of the battery pack while the loading unit, the test unit and the unloading unit continuously operating in an automated system structure, thereby efficiently separating the good or bad battery packs and It is to provide a battery pack function test apparatus that can effectively perform a function test.
  • Battery pack function test apparatus for achieving this object, as a device for checking the function of the battery pack,
  • the battery pack function inspection apparatus is an automated system structure, and the loading unit, the test unit and the unloading unit is continuously operated with each other to check the function of the battery pack, thereby efficiently checking the good or bad battery pack It can be removed and effectively perform the functional check of the battery pack.
  • the battery pack includes one or more plate-shaped battery cells.
  • the plate-shaped battery cell may be a pouch-type battery cell having a structure in which the electrode assembly is built in a laminate sheet battery case including a resin layer and a metal layer, for example, may be a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator and a lithium-containing non-aqueous electrolyte.
  • the positive electrode may be prepared by, for example, applying a slurry made by mixing a positive electrode mixture with a solvent such as NMP onto a negative electrode current collector, followed by drying and rolling.
  • the positive electrode mixture may optionally include a conductive material, a binder, a filler, etc. in addition to the positive electrode active material.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists the bonding of the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting the expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ⁇ m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the positive electrode current collector may be formed on a surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel. Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like can be used.
  • the current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the negative electrode is prepared by, for example, applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector and then drying the negative electrode mixture.
  • the negative electrode mixture may include, as necessary, a conductive material, a binder, a filler, and the like. The components of may be included.
  • the negative electrode active material examples include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene, and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti which can be alloyed with lithium, and compounds containing these elements; Complexes of metals and compounds thereof with carbon and graphite materials; Lithium-containing nitrides; and the like.
  • carbon-based active materials, silicon-based active materials, tin-based active materials, or silicon-carbon-based active materials are more preferable, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery.
  • copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver and the like on the surface, aluminum-cadmium alloy and the like can be used.
  • fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ⁇ m ⁇ m, thickness is generally 5 ⁇ 300 ⁇ m.
  • a separator for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer
  • the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte solution consists of an electrolyte solution and a lithium salt, and a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used as the electrolyte solution.
  • non-aqueous organic solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be
  • organic solid electrolytes examples include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymerizers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
  • Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
  • the lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
  • pyridine triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitro Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride and the like may be added. .
  • halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.
  • the carrier jig includes a main body accommodating fixing part in which the main body of the battery pack is seated and a connector fixing part in which the connector of the battery pack is mounted;
  • One end of the connector in the connector fixing portion may be mounted to be exposed to the outer surface of the jig.
  • the end of the connector exposed to the outside while the battery pack is stably fixed to the main body accommodating fixing portion of the carrier jig may be connected to an external device so that a function test may be performed.
  • a first clamping unit configured to transfer a carrier jig in which the battery pack on which the bar code identifier has been validated is mounted, to a test unit;
  • the first clamping unit may have a structure configured to be movable in a moving direction (X-axis direction) of the conveyor and in a vertical direction (Z-axis direction) with respect to the ground.
  • one side of the barcode identifier may be a structure that is equipped with a stopper for stopping the movement of the carrier jig on the conveyor to check the validity of the battery pack.
  • the battery pack that is determined defective in the validity check of the barcode identifier may be a structure that is discharged manually or automatically.
  • test unit the test unit
  • a test shelf including at least two channels each of which a carrier jig on which the battery pack is mounted will be mounted for the functional inspection of the battery pack;
  • An auxiliary shelf positioned on an upper portion of the test shelf and configured to include at least one channel in which a carrier jig having a battery pack scheduled for further inspection may be located;
  • Jig fixing member for fixing the carrier jig does not flow in each channel of the test shelf and the secondary shelf for inspection;
  • the channels may have a structure arranged vertically with respect to the ground.
  • test shelf may include four or more channels, and the auxiliary shelf may have a structure including two or more channels.
  • One side of the test unit may have a structure in which a display unit additionally outputs a function test result of the battery pack in real time. Therefore, the function test result of the battery pack collected in each channel of the test shelf is output in real time and can be confirmed on the display unit.
  • a test pin for inspecting the function of the battery pack is located on one side of the test shelf, it may be a structure in which the test pin is automatically connected to the connector of the battery pack by the operation of the jig fixing members. .
  • the jig fixing member is in close contact with the carrier jig without a worker having to directly connect the test pin to the connector by hand. It is connected automatically by operation.
  • the first clamping unit of the loading unit may be configured to selectively position the carrier jig in an empty channel among the channels of the test unit, and in one example, the first clamping unit of the loading unit May be a structure configured to preferentially place the carrier jig in the lowermost channel among the channels of the test unit.
  • It may have a structure including a second clamping unit for removing the carrier jig in which the battery pack, the function test is completed, is removed from the test unit and transferred to the conveyor or defective discharge unit.
  • the second clamping unit may have a structure movable in the X-axis direction and the Z-axis direction.
  • a third clamping unit for transferring the carrier jig on which the battery pack is mounted from the transfer plate to the defective laminate part
  • the transfer plate is configured to be movable in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction, respectively, and when the defect of the battery pack is determined to move toward the conveyor from the second clamping unit It may be a structure for receiving a carrier jig on which the battery pack is mounted.
  • the defective stacking unit may be a structure formed of an accommodating structure positioned on one side of the test unit to sequentially stack the carrier jigs on which the battery pack determined to be defective is mounted.
  • the present invention also provides a battery pack determined by good quality in the battery pack function tester and a device including the battery pack as a power source, for example, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- Phosphorus hybrid electric vehicle, or one selected from the group consisting of a power storage device.
  • a battery pack determined by good quality in the battery pack function tester and a device including the battery pack as a power source, for example, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- Phosphorus hybrid electric vehicle, or one selected from the group consisting of a power storage device.
  • FIG. 1 is a plan view of a battery pack function inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the battery pack function test apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a front view of the battery pack function test apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a plan view of a carrier jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a battery pack function tester according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 and Figure 3 is a side view and a front view of the battery pack function tester of FIG. .
  • the battery pack function test apparatus 100 of the present invention is a loading unit for lifting the carrier jig 150, on which the battery pack 10 is mounted, from the conveyor 110 to be transferred to the test unit B.
  • the test section B for performing a functional test of the battery pack 10 of the carrier jig 150 transferred from the loading section A and the battery pack 10 determined as good in the test section B It is configured to include an unloading portion (C) for transferring the on the conveyor 110 in the state mounted on the carrier jig 150, and transfers the battery pack determined as defective to the defective discharge unit (D).
  • the loading unit A has a validity in the barcode identifier 190 and the barcode identifier 190 for checking the validity of the battery pack through a barcode in a state in which the carrier jig 150 is positioned on the conveyor 110. It consists of a first clamping unit 200 for transferring the carrier jig 150, on which the battery pack 10 is confirmed, is mounted to the test unit B.
  • a stopper 180 is formed at one side of the barcode identifier 190 to stop the movement of the carrier jig 150 to confirm the validity.
  • the first clamping unit 200 is mounted to be movable in the vertical direction vertically in a state where the center portion is fixed to the vertical fixing bar 210, one end is easily grip the carrier jig 150 It is formed in the shape of tongs so that it can be done. Therefore, the carrier jig 150 on which the battery pack 10 is mounted may be easily gripped to move up and down along the vertical fixing bar 210 and transferred to the corresponding channel of the test unit B.
  • the test unit B includes a test shelf 120 including six channels 121, 122, 123, 124, 125, and 126 on which a carrier jig 150 on which the battery pack 10 is mounted is mounted to test a function of the battery pack.
  • the secondary shelf 130 consisting of two channels (131, 132) in which the carrier jig 150, in which the battery pack 10, which is scheduled for later inspection, can be tapped, can be positioned, and for functional inspection. It is configured to include a jig fixing member 140 for fixing the carrier jig 150 does not flow in each channel of the test shelf 120 and the auxiliary shelf 130.
  • the unloading unit (C) withdraws the carrier jig 150, on which the battery pack 10, in which the functional inspection is completed, is mounted from the test unit B, to the conveyor 110 or the defective discharge unit D. It is configured to include a second clamping unit 300 for conveying.
  • the second clamping unit 300 is mounted so as to be movable vertically in a vertical direction in a state where the center portion is fixed to the vertical fixing bar 310, and one end thereof easily grips the carrier jig 150. It is formed in the shape of tongs so that it can be done. Accordingly, the battery pack 10 easily grips the carrier jig 150 seated thereon, and moves upward and downward along the vertical fixing bar 310, and optionally, among the channels of the test unit B, the battery pack in which the inspection is completed. The seated carrier jig 150 can be taken out.
  • the bad discharge part D is a carrier jig 150 on which the bad battery pack 10 transferred from the test part B by the second clamping unit 300 is mounted.
  • the transfer plate 510 mounted on the upper surface and the third clamping unit 500 for transferring the carrier jig 150 mounted with the battery pack from the transfer plate 150 to the defective stacking unit 520.
  • the transfer plate 510 has a structure capable of moving in the vertical direction (Y) and the vertical direction (Z) with respect to the traveling direction (X) of the carrier jig 150 on the conveyor 110, the test unit ( The battery pack 10 determined as defective in B) is received from the second clamping unit 300.
  • the third clamping unit 500 is mounted in a structure in which one side is movable to the defective stacking part 520 while being fixed to the horizontal fixing bar, and one end thereof can easily hold the carrier jig 150. It is formed in the shape of tongs. Therefore, the battery pack 10 in which the tongs-shaped portion of the third clamping unit 500 is determined to be defective is moved while moving in one direction along the horizontal fixing bar with the carrier jig 150 easily seated thereon. Transfer to stacking portion 520.
  • the defective stacking unit 520 is located at a portion adjacent to one side of the test unit B, and has a receiving structure so that carrier jigs on which the battery pack 10 determined as defective may be sequentially stacked. . Therefore, the carrier jig 150 transferred from the third clapping unit 500 is automatically sorted without the need for manual discharge of the operator.
  • the carrier jig 150 is a connector fixing portion is mounted to the main body accommodating fixing parts 156 and the connector 152 of the battery pack to support the main body of the battery pack 10 is seated (flow) ( 155) is configured.
  • the carrier jig 150 has a plate-like plate structure as a whole, and is formed in a size of approximately 400 mm in width and 300 mm in length. Since the main body accommodating fixing parts 156 are partially formed along the outer circumferential surface of the battery pack 10, the carrier jig 150 may be stably fixed during the inspection.
  • One side of the battery pack 10 has a connector fixing portion 155 is electrically connected to perform a function test
  • the connector 152 coupled to the connector fixing portion 155 is the main body storage fixing portion 156
  • the one end 153 is formed to have a structure exposed to the outside of the carrier jig 150 in a state bent along the). Therefore, a test pin is connected to one end 153 of the connector 152 to perform a function test of the battery pack 10.
  • the operator mounts the carrier jig 150 in a state in which the connector of the battery pack 10 is connected, and then mounts it on the conveyor 110 that proceeds to one side.
  • the carrier jig 150 is lowered by the stopper 180 mounted on one side of the barcode identifier 190 to check the validity of the battery pack 10 through the barcode identifier 190 mounted on one side in the supply process.
  • the movement of the carrier jig 150 is temporarily stopped.
  • the carrier jig 150 mounted with the battery pack 10 having completed the validity check is transferred to the test shelf 120 at the same time as the stopper 180 is raised again, and is closely attached to one side of the lower end of the predetermined test shelf 120. The transfer is stopped.
  • the first clamping unit 200 is transferred to an empty channel among six (121, 122, 123, 124, 125, and 126) of the test shelf 120 while holding the carrier jig 150 to perform a functional test of the battery pack.
  • the test shelf 120 are transferred to the two auxiliary shelves 130 mounted on the upper surface of the test shelf 120, and then sequentially transferred to the completed channels.
  • the jig fixing member 140 formed on one side of the channels 121, 122, 123, 124, 125, and 126 automatically detects and operates to carry the carrier jig 150.
  • one side end 153 of the connector 152 which is connected to the battery pack 10 is connected to the test pins at the same time, the functional test of the battery pack 10 is performed.
  • the display unit 160 mounted on one side of the test shelf 120 displays the test results of the battery packs 10 being tested in each channel in real time. Whether the good or bad of the pack 10 is output.
  • the second clamping unit 300 pulls out the carrier jig 150 seated on the corresponding channel and returns it to the conveyor 110 to perform a function test. To complete.
  • the second clamping unit 300 draws the carrier jig to the outside of the test shelf 120, while the transfer plate 510 moves to the second. It moves to the lower direction of the clamping unit 300 (perpendicular to the traveling direction of the carrier jig), and returns to the state which received the said defect determination carrier jig
  • the battery pack function inspection apparatus is an automated system structure by checking the function of the battery pack while continuously operating the loading unit, the test unit and the unloading unit, the battery pack is determined good or bad Efficient separation and there is an effect that can effectively perform the functional check of the battery pack.

Abstract

본 발명은 전지팩의 기능을 검사하는 장치로서, (a) 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 컨베이어로부터 리프팅하여 하기 테스트부로 이송하는 로딩부(loading part); (b) 상기 로딩부로부터 이송된 캐리어 지그의 전지팩의 기능 검사를 수행하는 테스트부(testing part); 및 (c) 상기 테스트부에서 양품으로 판정된 전지팩을 캐리어 지그에 탑재된 상태로 컨베이어 상으로 이송하고, 불량으로 판정된 전지팩을 불량 배출부로 이송하는 언로딩부(unloading part);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치를 제공한다.

Description

전지팩 기능 검사장치
본 발명은 전지팩의 기능 검사장치에 관한 것이다.
본 출원은 2015.06.04 일자 한국 특허 출원 제10-2015-0079150호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
한편, 이차전지의 생산과정에서 가장 중요한 것 중의 하나는 소망하는 성능과 안전성 등을 제공하는지 여부를 확인하는 품질 관리이다. 여기서, 품질 관리는 이차전지가 정상적인 충방전 성능을 가지고 있는지를 잘 판단하여 양품을 생산하는 한편, 불량품을 선별해 내는 것이다. 이러한 품질 관리가 잘 이루어짐으로써 고품질의 이차전지를 생산할 수 있다.
이러한 이차전지의 품질을 검사하기 위해서는, 일반적으로 전지팩을 지그(jig)에 탑재한 상태에서 작업자가 수작업으로 작업을 진행하는 경우가 대부분의 작업장의 현실이다. 그러나, 이러한 전지팩의 기능 검사의 상당부분을 작업자의 수작업에 의존하는 경우에는 작업 과정에서 수작업에 의한 오차 또는 작업자의 실수에 의한 불량 발생 가능성이 높고, 이는 결국 전지팩의 생산 효율이 크게 떨어지는 문제점을 유발하게 된다.
따라서, 전지팩의 기능을 자동화하여 효과적인 기능검사를 수행함으로써, 불량율을 감소시켜 전지팩의 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 전지팩의 기능 검사장치의 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 자동화 시스템 구조로 상기 로딩부, 테스트부 및 언로딩부가 상호 연속적으로 동작하면서 전지팩의 기능을 검사함으로써, 양품 또는 불량 판정된 전지팩을 효율적으로 분리하며 전지팩의 기능 검사를 효과적으로 수행할 수 있는 전지팩 기능 검사장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩 기능 검사장치는, 전지팩의 기능을 검사하는 장치로서,
(a) 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 컨베이어로부터 리프팅하여 하기 테스트부로 이송하는 로딩부(loading part);
(b) 상기 로딩부로부터 이송된 캐리어 지그의 전지팩의 기능 검사를 수행하는 테스트부(testing part); 및
(c) 상기 테스트부에서 양품으로 판정된 전지팩을 캐리어 지그에 탑재된 상태로 컨베이어 상으로 이송하고, 불량으로 판정된 전지팩을 불량 배출부로 이송하는 언로딩부(unloading part);
를 포함하는 구조일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩 기능 검사장치는, 자동화 시스템 구조로 상기 로딩부, 테스트부 및 언로딩부가 상호 연속적으로 동작하면서 전지팩의 기능을 검사함으로써, 양품 또는 불량 판정된 전지팩을 효율적으로 분리하며 전지팩의 기능 검사를 효과적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전지팩은 하나 이상의 판상형 전지셀을 포함하고 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있고, 예를 들어, 리튬 이차전지일 수 있다.
참고로, 상기 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 리튬 함유 비수계 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은 예를 들어, 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 음극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.
상기 양극 합제는 양극 활물질 이외에 선택적으로 도전재, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1 + zNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2, Li1 + zNi0 . 4Mn0 . 4Co0 . 2O2 등과 같이 Li1 + zNibMncCo1 - (b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1 + xM1 - yM'yPO4 - zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등의 성분들이 포함될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 캐리어 지그는, 전지팩의 본체가 안착되는 본체 수납 고정부와, 전지팩의 커넥터가 장착되는 커넥터 고정부를 포함하고 있고;
상기 커넥터 고정부에서 커넥터의 일측 단부는 지그의 외측면에 노출되도록 장착되는 구조일 수 있다.
즉, 전지팩이 상기 캐리어 지그의 본체 수납 고정부에 안정적으로 고정된 상태로 외부로 노출된 상기 커넥터 단부가 외부 장치에 연결되어 기능 검사가 수행될 수 있다.
한편, 상기 로딩부는,
상기 캐리어 지그가 컨베이어 상에 위치된 상태에서, 전지팩의 유효성 여부를 바코드를 통해 확인하는 바코드 식별기;
상기 바코드 식별기에서 유효성 확인이 완료된 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 테스트부로 이송시키는 제 1 클램핑 유닛;
을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 클램핑 유닛은 컨베이어의 진행방향(X축 방향)과 지면에 대한 수직 방향(Z축 방향)으로 이동 가능한 구조로 이루어진 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 바코드 식별기의 일측에는, 전지팩의 유효성을 검사하기 위해 컨베이어 상에서 캐리어 지그의 이동을 정지시키는 스톱퍼(Stopper)가 장착되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 바코드 식별기의 유효성 검사에서 불량 판정된 전지팩은 수동 또는 자동으로 배출되는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 테스트부는,
전지팩의 기능 검사를 위해 전지팩이 탑재된 캐리어 지그가 각각 장착하게 될 적어도 둘 이상의 채널들(channels)로 이루어진 테스트 선반;
상기 테스트 선반의 상부에 위치하고, 추후 검사가 예정된 전지팩이 탭재된 캐리어 지그가 위치될 수 있는 적어도 하나의 채널로 이루어진 보조 선반; 및
검사를 위해 테스트 선반 및 보조 선반의 각 채널에서 캐리어 지그가 유동하지 않도록 고정하는 지그 고정부재;
를 포함하고 있고,
상기 채널들은 지면을 기준으로 수직으로 배열되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 테스트 선반은 4개 이상의 채널들을 포함하고 있고, 상기 보조 선반은 2개 이상의 채널들을 포함하는 구조일 수 있다.
상기 테스트부의 일측에는 전지팩의 기능 검사 결과를 실시간 출력하는 디스플레이부가 추가로 장착되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 테스트 선반의 각각의 채널에서 수집된 전지팩의 기능 검사 결과가 실시간 출력되어 디스플레이부에서 확인할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 테스트 선반의 일측에는 전지팩의 기능을 검사하기 위한 테스트 핀이 위치하고 있고, 상기 지그 고정부재들의 작동에 의해 테스트 핀이 전지팩의 커넥터에 자동으로 접속되는 구조일 수 있다.
즉, 테스트 핀이 형성된 위치는 상기 전지팩의 커넥터가 형성된 위치에 대응하는 부위에 형성되어 있으므로, 작업자가 손으로 직접 상기 테스트 핀을 커넥터에 연결할 필요 없이 상기 지그 고정부재가 상기 캐리어 지그에 밀착되는 작동만으로 자동으로 연결된다.
본 발명에 따르면, 상기 로딩부의 제 1 클램핑 유닛은 상기 테스트부의 채널들 중에서 빈 채널에 선택적으로 캐리어 지그를 위치시키도록 설정되어 있는 구조일 수 있고, 하나의 예에서, 상기 로딩부의 제 1 클램핑 유닛은 상기 테스트부의 채널들 중에서 최하측의 채널에 우선적으로 캐리어 지그를 위치시키도록 설정되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 테스트부의 채널들 중 최하측 채널에 우선적으로 공급하도록 구성함으로써, 상기 케리어 지그의 로딩 시간을 단축시켜 작업속도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 언로딩부는,
기능 검사가 완료된 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 테스트부로부터 꺼내어 컨베이어 또는 불량 배출부로 이송시키는 제 2 클램핑 유닛을 포함하는 구조일 수 있다.
상기 제 2 클램핑 유닛은 X축 방향과 Z축 방향으로 이동 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 상기 불량 배출부는,
상기 제 2 클램핑 유닛에 의해 테스트부로부터 이송된 불량 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그가 상면에 탑재되는 이송 플레이트; 및
상기 이송 플레이트로부터 전지팩이 탑재된 캐리어 지그를 불량 적층부로 이송하는 제 3 클램핑 유닛;
을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이송 플레이트는 X축 방향 및 Z축 방향에 각각 수직인 Y축 방향으로 이동 가능한 구조로 이루어져 있고, 전지팩의 불량이 판정되었을 경우에 컨베이어 쪽으로 이동하여 제 2 클램핑 유닛으로부터 전지팩이 탑재된 캐리어 지그를 수령하는 구조일 수 있다.
상기 불량 적층부는 테스트부의 일측에 위치하고, 불량으로 판정된 전지팩이 탑재된 캐리어 지그들이 순차적으로 적층될 수 있도록 수납 구조로 이루어진 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩 기능 검사장치에서 양품으로 판정된 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는, 예를 들어, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 하나의 실시예에 따른 전지팩 기능 검사장치의 평면도이다;
도 2은 도 1의 전지팩 기능 검사장치의 측면도이다;
도 3는 도 1의 전지팩 기능 검사장치의 정면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 케리어 지그의 평면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 하나의 실시예에 따른 전지팩 기능 검사장치의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 도 1의 전지팩 기능 검사장치의 측면도 및 정면도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 전지팩 기능 검사장치(100)는 전지팩(10)이 탑재되어 있는 캐리어 지그(150)를 컨베이어(110)으로부터 리프팅하여 테스트부(B)로 이송하는 로딩부(A), 로딩부(A)로부터 이송된 캐리어 지그(150)의 전지팩(10)의 기능 검사를 수행하는 테스트부(B) 및 테스트부(B)에서 양품으로 판정된 전지팩(10)을 캐리어 지그(150)에 탑재된 상태로 컨베이어(110) 상으로 이송하고, 불량으로 판정된 전지팩을 불량 배출부(D)로 이송하는 언로딩부(C)를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따른 로딩부(A)는 캐리어 지그(150)가 컨베이어(110) 상면에 위치된 상태에서 전지팩의 유효성 여부를 바코드를 통해 확인하는 바코드 식별기(190)과 바코드 식별기(190)에서 유효성 확인이 완료된 전지팩(10)이 탑재되어 있는 캐리어 지그(150)를 테스트부(B)로 이송시키는 제 1 클램핑 유닛(200)으로 이루어져 있다.
또, 바코드 식별기(190)의 일측에는 유효성 확인을 위해 캐리어 지그(150)의 이동을 정지시키는 스톱퍼(180)가 형성되어 있다.
구체적으로, 제 1 클램핑 유닛(200)은 중앙 부위가 수직 고정바(210)에 고정된 상태로 수직으로 상하 방향으로 이동이 가능하게 장착되어 있고, 일측 단부는 캐리어 지그(150)를 용이하게 파지할 수 있도록 집게 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 전지팩(10)이 안착된 캐리어 지그(150)를 용이하게 파지하여 수직 고정바(210)를 따라 상하방향으로 이동하며 테스트부(B)의 해당 채널에 이송시킬 수 있다.
본 발명에 따른 테스트부(B)는 전지팩의 기능 검사를 위해 전지팩(10)이 탑재된 캐리어 지그(150)가 각각 장착되는 6개의 채널들(121,122,123,124,125,126)로 이루어진 테스트 선반(120), 테스트 선반(120)의 상부에 위치하고, 추후 검사가 예정된 전지팩(10)이 탭재된 캐리어 지그(150)가 위치될 수 있는 2개의 채널들(131,132)로 이루어진 보조 선반(130)과 기능 검사를 위해 테스트 선반(120) 및 보조 선반(130)의 각 채널에서 캐리어 지그(150)가 유동하지 않도록 고정하는 지그 고정부재(140)를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따른 언로딩부(C)는 기능 검사가 완료된 전지팩(10)이 탑재되어 있는 캐리어 지그(150)를 테스트부(B)로부터 인출하여 컨베이어(110) 또는 불량 배출부(D)로 이송시키는 제 2 클램핑 유닛(300)을 포함하여 구성되어 있다.
구체적으로, 제 2 클램핑 유닛(300)은 중앙 부위가 수직 고정바(310)에 고정된 상태로 수직으로 상하 방향으로 이동이 가능하게 장착되어 있고, 일측 단부는 캐리어 지그(150)를 용이하게 파지할 수 있도록 집게 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 전지팩(10)이 안착된 캐리어 지그(150)를 용이하게 파지하여 수직 고정바(310)를 따라 상하방향으로 이동하며 선택적으로 테스트부(B)의 채널들 중, 검사가 완료된 전지팩이 안착된 캐리어 지그(150)를 인출 할 수 있다.
이러한 언로딩부(B)의 구조에서, 불량 배출부(D)는 제 2 클램핑 유닛(300)에 의해 테스트부(B)로부터 이송된 불량 전지팩(10)이 탑재되어 있는 캐리어 지그(150)가 상면에 탑재되는 이송 플레이트(510)과 이송 플레이트(150)로부터 전지팩이 탑재된 캐리어 지그(150)를 불량 적층부(520)로 이송하는 제 3 클램핑 유닛(500)으로 구성되어 있다.
구체적으로, 이송 플레이트(510)는 컨베이어(110) 상의 캐리어 지그(150)의 진행방향(X)에 대해 수직방향(Y) 및 상하방향(Z)으로 이동이 가능한 구조로 이루어져 있고, 테스트부(B)에서 불량으로 판정된 전지팩(10)을 제 2 클램핑 유닛(300)으로부터 수령한다.
또, 제 3 클램핑 유닛(500)은 일측이 수평 고정바에 고정된 상태로 불량 적층부(520)로 이동이 가능한 구조로 장착되어 있고, 일측 단부는 캐리어 지그(150)를 용이하게 파지할 수 있도록 집게 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 제 3 클램핑 유닛(500)의 상기 집게 형상의 부위가 불량으로 판정된 전지팩(10)이 안착된 캐리어 지그(150)를 용이하게 파지한 상태로 수평 고정바를 따라 일측 방향으로 이동하면서 불량 적층부(520)로 이송시킨다.
상기 구조에서, 불량 적층부(520)는 테스트부(B)의 일측에 인접한 부위에 위치하며 불량으로 판정된 전지팩(10)이 탑재된 캐리어 지그들이 순차적으로 적층될 수 있도록 수납 구조로 이루어져 있다. 따라서, 제 3 클래핑 유닛(500)으로부터 이송되는 캐리어 지그(150)를 작업자의 수작업에 의한 배출이 필요 없이 자동으로 분류된다.
한편, 본 발명에 따른 캐리어 지그(150)는 전지팩(10)의 본체가 안착되어 유동하지 않도록 지지하는 본체 수납 고정부들(156)과 전지팩의 커넥터(152)가 장착되는 커넥터 고정부(155)를 포함하여 구성되어 있다.
구체적으로, 캐리어 지그(150)는 전체적으로 판상형 플레이트 구조로 이루어져 있고, 대략 가로 400mm와 세로 300mm의 크기로 형성되어 있다. 전지팩(10) 본체의 외주면을 따라 본체 수납 고정부들(156)이 부분적으로 형성되어 있어서 캐리어 지그(150)는 검사 중에 안정적으로 고정될 수 있다.
전지팩(10)의 일측에는 기능 검사를 수행하기 위해 전기적으로 연결되는 커넥터 고정부(155)가 형성되어 있으며, 커넥터 고정부(155)에 결합된 커넥터(152)가 본체 수납 고정부들(156)을 따라 절곡된 상태로 일측 단부(153)가 캐리어 지그(150)의 외측으로 노출되어 있는 구조로 형성되어 있다. 따라서, 커넥터(152)의 일측 단부(153)에 테스트 핀이 접속되어 전지팩(10)의 기능 검사가 수행된다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4와 함께 참조하여, 본원발명의 전지팩 기능 검사장치의 구체적인 작동과정에 대해서 설명한다.
우선, 작업자가 캐리어 지그(150)에 해당 전지팩(10)의 커넥터를 연결한 상태로 장착시킨 후에 일측으로 진행하는 컨베이어(110) 상에 안착시킨다. 여기서, 캐리어 지그(150)는 송급 과정에서 일측에 장착된 바코드 식별기(190)를 통한 전지팩(10)의 유효성 확인을 위해 바코드 식별기(190)의 일측에 장착되어 있는 스톱퍼(180)가 하강하여 캐리어 지그(150)의 이동을 일시적로 정지시킨다.
그 다음, 유효성 검사가 완료된 전지팩(10)이 탑재된 캐리어 지그(150)는 스톱퍼(180)가 다시 상승함과 동시에 테스트 선반(120) 쪽으로 이송되어 소정 테스트 선반(120) 하단부 일측에 밀착되어 이송이 정지된다.
이 후, 제 1 클램핑 유닛(200)이 캐리어 지그(150)를 파지한 상태로 테스트 선반(120)의 6개의 (121,122,123,124,125,126) 중 빈 채널로 이송하여 전지팩의 기능검사가 수행된다. 여기서, 만약 테스트 선반(120)의 6개의 채널들이 모두 사용 중인 경우에는 테스트 선반(120)의 상면에 장착되어 있는 2개의 보조 선반(130)으로 이송된 후에 검사가 완료된 채널로 차례로 이송된다.
제 1 클램핑 유닛(200)에 의해 캐리어 지그(150)가 상기 빈 채널로 이송되게 되면, 채널들(121,122,123,124,125,126)의 일측에 형성되어 있는 지그 고정부재(140)가 자동 감지하여 동작하면서 캐리어 지그(150)의 외측면에 밀착되며, 이때, 전지팩(10)에 연결되어 있는 커넥터(152)의 일측 단부(153)가 테스트 핀이 동시에 접속되어 전지팩(10)의 기능 검사가 수행된다.
한편, 테스트 선반(120)에서 검사가 수행되는 동안에 테스트 선반(120)의 일측에 장착된 디스플레이부(160)에는 각 채널에서 검사가 수행 중인 전지팩(10)들의 검사결과가 실시간으로 출력되면서 전지팩(10)의 양품 또는 불량 여부가 출력된다.
이 후에, 테스트 선반(120)에서 검사 결과 양품으로 판정되는 경우, 제 2 클램핑 유닛(300)이 해당 채널에 안착되어 있는 캐리어 지그(150)를 인출하여 컨베이어(110) 상에 복귀시켜 기능 검사를 완료한다.
만약, 전지팩(10)의 기능검사 결과가 불량으로 판정되는 경우, 제 2 클램핑 유닛(300)이 해당 캐리어 지그를 테스트 선반(120)의 외측으로 인출하는 한편, 이송 플레이트(510)가 제 2 클램핑 유닛(300)의 하단 방향으로 이동(캐리어 지그의 진행방향에 대해 수직 방향)하여 상기 불량 판정된 캐리어 지그를 수령한 상태로 복귀한다. 마지막으로, 이송 플레이트(510)로 이송된 캐리어 지그는 제 3 클램핑 유닛(500)이 수평 고정바를 따라 이송 플레이트(51)의 일측에 장착되어 있는 불량 적층부(520) 방향으로 이동하여 캐리어 지그를 이송시킴으로써, 불량 전지팩이 장착된 캐리어 지그들이 불량 적층부(520)에 차례로 적층된다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩 기능 검사장치는 자동화 시스템 구조로 상기 로딩부, 테스트부 및 언로딩부가 상호 연속적으로 동작하면서 전지팩의 기능을 검사함으로써, 양품 또는 불량 판정된 전지팩을 효율적으로 분리하며 전지팩의 기능 검사를 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 전지팩의 기능을 검사하는 장치로서,
    (a) 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 컨베이어로부터 리프팅하여 하기 테스트부로 이송하는 로딩부(loading part);
    (b) 상기 로딩부로부터 이송된 캐리어 지그의 전지팩의 기능 검사를 수행하는 테스트부(testing part); 및
    (c) 상기 테스트부에서 양품으로 판정된 전지팩을 캐리어 지그에 탑재된 상태로 컨베이어 상으로 이송하고, 불량으로 판정된 전지팩을 불량 배출부로 이송하는 언로딩부(unloading part);
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 하나 이상의 판상형 전지셀을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 지그는, 전지팩의 본체가 안착되는 본체 수납 고정부와, 전지팩의 커넥터가 장착되는 커넥터 고정부를 포함하고 있고;
    상기 커넥터 고정부에서 커넥터의 일측 단부는 지그의 외측면에 노출되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 로딩부는,
    상기 캐리어 지그가 컨베이어 상에 위치된 상태에서, 전지팩의 유효성 여부를 바코드를 통해 확인하는 바코드 식별기;
    상기 바코드 식별기에서 유효성 확인이 완료된 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 테스트부로 이송시키는 제 1 클램핑 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 클램핑 유닛은 컨베이어의 진행방향(X축 방향)과 지면에 대한 수직 방향(Z축 방향)으로 이동 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 바코드 식별기의 일측에는, 전지팩의 유효성을 검사하기 위해 컨베이어 상에서 캐리어 지그의 이동을 정지시키는 스톱퍼(Stopper)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 바코드 식별기의 유효성 검사에서 불량 판정된 전지팩은 수동 또는 자동으로 배출되는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 테스트부는,
    전지팩의 기능 검사를 위해 전지팩이 탑재된 캐리어 지그가 각각 장착하게 될 적어도 둘 이상의 채널들(channels)로 이루어진 테스트 선반;
    상기 테스트 선반의 상부에 위치하고, 추후 검사가 예정된 전지팩이 탭재된 캐리어 지그가 위치될 수 있는 적어도 하나의 채널로 이루어진 보조 선반; 및
    검사를 위해 테스트 선반 및 보조 선반의 각 채널에서 캐리어 지그가 유동하지 않도록 고정하는 지그 고정부재;
    를 포함하고 있고,
    상기 채널들은 지면을 기준으로 수직으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 테스트 선반은 4개 이상의 채널들을 포함하고 있고, 상기 보조 선반은 2개 이상의 채널들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 테스트부의 일측에는 전지팩의 기능 검사 결과를 실시간 출력하는 디스플레이부가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 테스트 선반의 일측에는 전지팩의 기능을 검사하기 위한 테스트 핀이 위치하고 있고, 상기 지그 고정부재들의 작동에 의해 테스트 핀이 전지팩의 커넥터에 자동으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 로딩부의 제 1 클램핑 유닛은 상기 테스트부의 채널들 중에서 빈 채널에 선택적으로 캐리어 지그를 위치시키도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 로딩부의 제 1 클램핑 유닛은 상기 테스트부의 채널들 중에서 최하측의 채널에 우선적으로 캐리어 지그를 위치시키도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 언로딩부는, 기능 검사가 완료된 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그를 테스트부로부터 꺼내어 컨베이어 또는 불량 배출부로 이송시키는 제 2 클램핑 유닛을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 클램핑 유닛은 X축 방향과 Z축 방향으로 이동 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 불량 배출부는,
    상기 제 2 클램핑 유닛에 의해 테스트부로부터 이송된 불량 전지팩이 탑재되어 있는 캐리어 지그가 상면에 탑재되는 이송 플레이트; 및
    상기 이송 플레이트로부터 전지팩이 탑재된 캐리어 지그를 불량 적층부로 이송하는 제 3 클램핑 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 이송 플레이트는 X축 방향 및 Z축 방향에 각각 수직인 Y축 방향으로 이동 가능한 구조로 이루어져 있고, 전지팩의 불량이 판정되었을 경우에 컨베이어 쪽으로 이동하여 제 2 클램핑 유닛으로부터 전지팩이 탑재된 캐리어 지그를 수령하는 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 불량 적층부는 테스트부의 일측에 위치하고, 불량으로 판정된 전지팩이 탑재된 캐리어 지그들이 순차적으로 적층될 수 있도록 수납 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩 기능 검사장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지팩 기능 검사장치에서 양품으로 판정된 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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