WO2024237494A1 - 배터리 모듈 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

배터리 모듈 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module manufacturing device and a manufacturing method, and more specifically, to a battery module manufacturing device and a manufacturing method in which a battery module assembly, which is an assembly of a plurality of battery cells, a cooling tube body, and a spacer, is pressurized by an automated facility and an upper datum is easily aligned to ensure convenience of assembly.
  • a battery module assembly which is an assembly of a plurality of battery cells, a cooling tube body, and a spacer
  • lithium secondary batteries are receiving attention due to their advantages of being free to charge and discharge, having a very low self-discharge rate, and having high energy density, as opposed to nickel-based secondary batteries, due to the almost complete absence of memory effect.
  • the above alignment unit may be arranged to move the unit cell group up/down with respect to the spacer.
  • the above alignment unit may include a stopping block positioned above the stacked die and moved up/down by the stacked die.
  • the laminated die may be provided on a support provided with a plurality of die alignment protrusions.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1.
  • FIG. 3 is a drawing illustrating a unit cell group and a spacer composed of battery cells and cooling tubes supplied to a battery module manufacturing device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a drawing schematically illustrating a state in which an alignment unit operates in a unit cell group in a battery module manufacturing device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the main components of a battery module manufacturing device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a drawing illustrating a unit cell group and a spacer composed of battery cells and cooling tube bodies supplied to a battery module manufacturing device according to one embodiment of the present invention.
  • a battery module manufacturing device (1) includes a stacking die (100) on which a unit cell group (10) including a plurality of battery cells (12) and a cooling tube body (20) attached to the plurality of battery cells (12) is mounted; a pressurizing unit (200) that presses a plurality of the unit cell groups (10) and a spacer (30) arranged between the unit cell groups (10) and the adjacent unit cell groups (10) in one direction; and an alignment unit (300) that moves the battery cells (12) up/down to align the upper surfaces (14) of the battery cells (12) at the same height.
  • a stacked die (100) may be provided on a support (50).
  • a plurality of die alignment protrusions (51) may be provided on the support (50).
  • a unit cell group (10) may be mounted on the stacked die (100).
  • the unit cell group (10) may include a plurality of battery cells (12).
  • the battery cell (12) may have a tab portion (13) and an upper surface (14) on the upper portion.
  • the tab portion (13) may have a first polarity
  • the upper surface (14) may have a second polarity.
  • the tab portion (13) and the upper surface (14) may be electrically insulated from each other.
  • the first polarity may be a positive pole of the battery cell (12)
  • the second polarity may be a negative pole of the battery cell (12). That is, the tab portion (13) may be a positive pole of the battery cell (12), and the upper surface (14) may be a negative pole of the battery cell (12).
  • the tab portion (13) may be provided to protrude further than the upper surface (14).
  • a spacer (30) may be placed between the unit cell group (10) and the neighboring unit cell group (10).
  • the spacer (30) refers to a structure (s-structure) that fills the gap between the unit cell group (10) and the neighboring unit cell group (10).
  • the spacer (30) may have a concave groove (31) formed on one side and the other side in the longitudinal direction, respectively, corresponding to the outer surface shape of the unit cell group (10).
  • the inner curvature or number of the concave grooves (31) may be determined according to the outer surface specifications of the unit cell group (10) that is shape-bonded to the spacer (30).
  • the above stopping block (320) can be placed in the upper region of the stacked die (100).
  • the stopping block (320) can be moved down to a predetermined height during an alignment operation (in the direction of the thick arrow in FIG. 8). And as the lifting rod (310) operates, the unit cell group (10) moves upward and the upward movement of the unit cell group (10) can be stopped when the stopping block (320) faces the upper surface (14) of the unit cell group (10).
  • the tab portion (13) is prevented from making contact in advance through the recessed portion (330) provided on the bottom surface (321) of the stopping block (320), and the upper surface (14) of the battery cell (12) and the bottom surface (321) of the stopping block (320) can be supported by making contact with each other.
  • the alignment step may be performed in parallel with the pressurizing step.
  • the alignment step may be performed before the pressurizing step starts, or the alignment step may be performed before the pressurizing step is performed and completed.
  • the pressing force may be applied only partially compared to the maximum to pressurize a plurality of unit cell groups (10) and a plurality of spacers (30), and then the alignment step may be performed, and then the pressurizing step may be finished after the alignment is completed. This is because when the pressurizing block (210) is pressed to the right (based on FIG.
  • the stopping block (320) may be lowered to a predetermined height to prepare for adjusting the upper surface of the battery cell to the same height, and after the pressurizing step is completed, the lifting rod (310) may be operated to complete the alignment step.
  • a plurality of unit cell groups (10) can be pre-aligned by settling them in a stacking die (100) and pressurizing them with a constant pressure using a pressurizing unit (200), so that the density between battery cells (12) is uniform, thereby reducing the defect rate and improving assembly reliability.
  • the upper datum alignment work for aligning the upper surface of the battery cell to the same height for the welding process in the process of unidirectionally pressurizing a plurality of unit cell groups (10) or in an intermediate state is automated, so that the workability is excellent, assembly convenience is secured, and productivity can be improved.
  • Unit cell group 11 Cell array
  • Origin block receiving part 160 Front stopper
  • Stopping block 321 Bottom

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈 제조장치는, 복수의 배터리 셀과 상기 복수의 배터리 셀에 부착되는 냉각 튜브체를 포함하는 단위셀 그룹이 안착되는 적층 다이; 다수의 상기 단위셀 그룹 및 상기 단위셀 그룹과 이웃하는 상기 단위셀 그룹 사이에 배치되는 스페이서를 일 방향으로 가압하는 가압 유닛; 및 상기 배터리 셀을 업/다운 이동시켜 상기 배터리 셀의 상부면을 동일 높이로 정렬하는 정렬 유닛을 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈 제조 장치 및 제조 방법
본 발명은 배터리 모듈 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 복수의 배터리 셀과 냉각 튜브체 및 스페이서의 집합체인 배터리 모듈 어셈블리를 자동화된 설비로 가압하고 상부 데이텀을 용이하게 정렬하여 조립 편의성이 확보되는 배터리 모듈 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은 2023년 5월 16일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2023-0063347호 및 2024년 4월 8일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2024-0047135호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판, 그리고 양극판과 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지와, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.
이러한 상기 리튬 이차전지는, 고전압 및 고전류를 제공할 수 있도록 여러 개의 배터리 셀들을 그 자체 또는 카트리지 등에 장착한 상태로 중첩 내지 적층해 밀집 구조로 조립 후, 이를 전기적으로 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩으로 이용되고 있다.
원통형 전지를 예로 들면, 일렬로 원통형 전지의 어레이 하나를 형성하고, 이러한 어레이를 2줄로 마련하여 어레이들 사이에 냉매가 순환하도록 구성된 냉각부 등이 개재되게 구성된 하나의 단위셀 그룹을 형성할 수 있다.
그러나, 이러한 단위셀 그룹을 다수개 마련하여 배터리 모듈이나 배터리 팩으로 조립하는 과정에서 기존에는 수작업으로 가압하여 볼팅 결합시키다 보니, 가압력이 일정하지 못해 배터리 셀 간 밀집도가 균일하지 못하며 작업 숙련도에 따라 조립 공정에 불량이 발생하는 등 조립 신뢰성에 문제점이 있다.
또한, 다수의 단위셀 그룹을 일방향으로 가압하는 과정 또는 중간 상태에서 용접 공정을 위해 원통형 전지의 상부면(음극면)을 동일한 높이로 맞추는 상부 데이텀 정렬 작업이 작업성이 떨어져 택트 타임이 증가되고 생산성이 감소하는 문제점이 있다.
따라서, 다수의 단위셀 그룹을 자동화된 설비로 가압하여 조립 신뢰성을 줄 수 있고 용접을 위해 배터리 셀의 상부면의 정렬 작업이 용이하여 조립 편의성이 확보되고 생산성이 향상될 수 있는 제조 설비가 절실히 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다수의 단위셀 그룹을 자동화된 설비로 가압하여 가압력이 일정하고 배터리 셀 간 밀집도가 균일하여 불량률이 줄어들어 조립 신뢰성이 향상될 수 있는 배터리 모듈 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 다수의 단위셀 그룹을 일방향으로 가압하는 과정 또는 중간 상태에서 용접 공정을 위해 배터리 셀의 상부면(음극면)을 동일한 높이로 맞추는 상부 데이텀 정렬 작업이 자동화되어 작업성이 우수하여 조립 편의성이 확보되고 생산성이 향상될 수 있는 배터리 모듈 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
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.
본 발명에 따른 배터리 모듈 제조장치는, 복수의 배터리 셀과 상기 복수의 배터리 셀에 부착되는 냉각 튜브체를 포함하는 단위셀 그룹이 안착되는 적층 다이; 다수의 상기 단위셀 그룹 및 상기 단위셀 그룹과 이웃하는 상기 단위셀 그룹 사이에 배치되는 스페이서를 일 방향으로 가압하는 가압 유닛; 및 상기 배터리 셀을 업/다운 이동시켜 상기 배터리 셀의 상부면을 동일 높이로 정렬하는 정렬 유닛을 포함할 수 있다.
상기 정렬 유닛은, 상기 스페이서에 대해 상기 단위셀 그룹을 업/다운 이동하게 마련될 수 있다.
상기 정렬 유닛은, 상기 적층 다이의 상부에 배치되며, 상기 적층 다이로 업/다운 동작되는 스토핑 블록을 포함할 수 있다.
상기 정렬 유닛은, 일단이 구동부에 의해 업/다운 동작되며, 타단이 상기 단위셀 그룹의 하부면에 대면하게 마련되는 적어도 하나의 승강 로드를 더 포함할 수 있다.
상기 승강 로드는, 상기 단위셀 그룹을 상방으로 이동시킬 수 있다.
상기 스토핑 블록은, 다운 동작되어 상기 단위셀 그룹의 상부면에 대면하여 상기 승강 로드의 동작 시 상기 단위셀 그룹의 상방 이동을 제한할 수 있다.
상기 배터리 셀의 상부면에는, 상방으로 돌출된 탭부가 마련되며, 상기 스토핑 블록의 저면에는 상기 탭부에 직접적인 접촉이 방지되도록, 내측으로 함몰된 함몰부가 마련될 수 있다.
상기 가압 유닛은, 가압 블록을 포함하며, 상기 가압 블록은 상기 스페이서의 일면 형상에 대응되도록, 볼록 돌출부가 마련될 수 있다.
상기 적층 다이는, 다이 본체의 일측에 절곡 형성되어 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서를 일방향으로 가압 시 기준면을 형성하는 스토핑 플레이트; 상기 단위셀 그룹의 저면 형상에 대응되게 마련되어 상기 단위셀 그룹이 안착되는 셀 안착부; 및 상기 셀 안착부에 인접되게 배치되되 상기 스페이서가 안착되는 스페이서 안착부를 포함할 수 있다.
상기 다이 본체는 상기 승강 로드가 관통되게 배치되는 관통 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 스페이서 안착부는 상기 셀 안착부보다 상면 높이가 상대적으로 낮게 형성될 수 있다.
상기 스페이서는 길이 방향 일측에 정렬 원점블록이 마련되며, 상기 적층 다이는 상기 정렬 원점블록이 수용되는 원점블록 수용부가 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀은 원통형 이차 전지이고, 상기 복수의 배터리 셀은 상기 배터리 모듈의 길이 방향으로 일렬로 나란하게 배치되어 하나의 셀 어레이를 이루며, 상기 단위셀 그룹은 한 쌍의 상기 셀 어레이 사이에 상기 냉각 튜브체가 위치한 것이고, 상기 스페이서는 길이 방향으로 일면과 타면에 각각 상기 단위셀 그룹의 외면 형상에 대응되는 오목 홈부가 마련되고, 상기 길이 방향 일측에 정렬 원점블록이 마련되며, 상기 적층 다이의 전방에는 전방 스토퍼가 마련되고, 상기 적층 다이의 후방에는 상기 정렬 원점블록이 수용되는 원점블록 수용부가 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적층 다이는 복수의 다이정렬 돌기가 마련된 지지대 상에 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적층 다이는 다이 본체의 일측에 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서를 일방향으로 가압 시 기준면을 형성하는 스토핑 플레이트를 구비하고, 상기 가압 유닛은 상기 다이 본체의 타측에서 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서를 상기 스토핑 플레이트 측으로 가압하는 가압 블록을 포함하며, 상기 가압 블록은 상기 스페이서의 일면 형상에 대응되도록, 볼록 돌출부가 마련된 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 셀과 상기 배터리 셀 사이에 개재된 냉각 튜브체를 포함하는 단위셀 그룹이 마련되는 준비 단계; 적층 다이에 다수의 스페이서 및 다수의 상기 단위셀 그룹이 안착되는 안착 단계; 가압 유닛을 통해 일 방향으로 상기 다수의 스페이서 및 다수의 단위셀 그룹을 가압하는 가압 단계; 및 정렬 유닛으로 상기 단위셀 그룹을 업/다운 이동하여 상기 배터리 셀의 상부면을 정렬하는 정렬 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 가압 단계가 완료되기 전에, 상기 정렬 단계가 수행될 수 있다.
상기 가압 단계는 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서에 대해 기준면을제공한 상태에서 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서의 일측에서 상기 가압 유닛의 가압 블록을 이동시켜 수행하는 것일 수 있다.
상기 정렬 단계는 상기 단위셀 그룹의 하부면에서 상기 정렬 유닛의 승강을 업로드를 동작시켜 상기 스페이서에 대해 상기 단위셀 그룹을 업/다운 이동하여 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈 제조방법은 본 발명의 배터리 모듈 제조장치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 단위셀 그룹을 적층 다이에 안착시켜 사전 정렬이 가능하고 가압 유닛을 통해 가압하여 배터리 셀 간 밀집도가 균일하여 불량률이 줄어들어 조립 신뢰성을 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 단위셀 그룹을 일방향으로 가압하는 과정 또는 중간 상태에서 용접 공정을 위해 배터리 셀의 상부면(음극면)을 동일한 높이로 맞추는 상부 데이텀 정렬 작업이 자동화되어 작업성이 우수하여 조립 편의성이 확보되고 생산성이 향상될 수 있다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치의 주요 구성들에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에 공급되는 배터리 셀 및 냉각 튜브체로 구성된 단위셀 그룹 및 스페이서를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 적층 다이의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 적층 다이에 다수의 단위셀 그룹과 가압 유닛을 도시한 상면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 단위셀 그룹과 정렬 유닛의 일부분의 개략적인 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 적층 다이에 안착된 단위셀 그룹을 가압 유닛으로 가압하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서, 단위셀 그룹에 정렬 유닛이 동작한 상태를 개략적으로 도시한 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.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치의 주요 구성들에 대한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에 공급되는 배터리 셀 및 냉각 튜브체로 구성된 단위셀 그룹 및 스페이서를 도시한 도면이다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치(1)는, 복수의 배터리 셀(12)과 상기 복수의 배터리 셀(12)에 부착되는 냉각 튜브체(20)를 포함하는 단위셀 그룹(10)이 안착되는 적층 다이(100); 다수의 상기 단위셀 그룹(10) 및 상기 단위셀 그룹(10)과 이웃하는 상기 단위셀 그룹(10) 사이에 배치되는 스페이서(30)를 일 방향으로 가압하는 가압 유닛(200); 및 상기 배터리 셀(12)을 업/다운 이동시켜 상기 배터리 셀(12)의 상부면(14)을 동일 높이로 정렬하는 정렬 유닛(300)을 포함한다.
적층 다이(100)는 지지대(50) 상에 마련될 수 있다. 상기 지지대(50) 상에는 복수의 다이정렬 돌기(51)가 마련될 수 있다. 상기 적층 다이(100)는 단위셀 그룹(10)이 안착될 수 있다. 상기 단위셀 그룹(10)은 복수의 배터리 셀(12)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(12)은, 이차 전지로서, 원통형 이차 전지, 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 상기 복수 개의 배터리 셀(12)들이 원통형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다. 이러한 상기 배터리 셀(12)들은 수평 방향으로 배열되고 상하 방향으로 기립된 복수의 원통형 이차 전지일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(12)은 상부에 탭부(13) 및 상부면(14)을 구비할 수 있다. 상기 탭부(13)는 제1 극성을 가지며, 상기 상부면(14)은 제2 극성을 가질 수 있으며. 상기 탭부(13)와 상기 상부면(14)은 상호 전기적으로 절연될 수 있다. 상기 제1 극성은, 상기 배터리 셀(12)의 양극일 수 있으며, 상기 제2 극성은 상기 배터리 셀(12)의 음극일 수 있다. 즉, 상기 탭부(13)는 상기 배터리 셀(12)의 양극부일 수 있으며, 상기 상부면(14)은 상기 배터리 셀(12)의 음극부일 수 있다. 상기 탭부(13)는 상부면(14)보다 돌출되게 마련될 수 있다. 또는, 고객사에 따라서는 탭부(13)가, 상부면(14)보다 돌출되지 않도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 탭부(13)가 상부면과 동일 평면에 배치되는 이른바, 탭 리스(tab-less) 구조일 수 있다. 이러한 배터리 셀(12)은, 전지 캔, 및 상기 전지 캔의 내부에 수용된 전극 조립체(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀(12)의 구성들은, 본 발명의 출원 시점에 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 보다 상세한 설명은 생략한다.
이러한 배터리 셀(12)은 복수개가 모여 하나의 셀 어레이(11)를 형성할 수 있다. 즉, 상기 셀 어레이(11)는 배터리 모듈의 길이 방향(X축 방향)으로 배터리 셀(12) 복수개가 일렬로 나란하게 배치되어 마련될 수 있다. 상기 셀 어레이(11)를 형성하는 배터리 셀(12)의 개수는 한정되지 아니한다. 도면에서는 셀 어레이(11)가 길이 방향으로 11개가 배치됨을 도시하고 있다.
그리고, 상기 셀 어레이(11)는 다시 단위셀 그룹(10)을 형성할 수 있다. 상기 단위셀 그룹(10)은 한쌍(2개)의 셀 어레이(11)와 한쌍의 셀 어레이(11) 사이에 개재된 냉각 튜브체(20)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 튜브체(20)는 상기 셀 어레이(11)의 일면에 대면하여 배터리 셀(12)을 냉각하는 부분이다. 상기 냉각 튜브체(20)는 내부 공간이 마련되어 내부 공간으로 냉각 매체가 유동하며 열전달이 이루어지는 구조로 마련될 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다. 셀 어레이(11)와 냉각 튜브체(20) 사이는 글루로 고정되어 있을 수 있다.
상기 단위셀 그룹(10)과 이웃하는 단위셀 그룹(10) 사이에는 스페이서(30)가 배치될 수 있다. 상기 스페이서(30)는 상기 단위셀 그룹(10)과 이웃하는 상기 단위셀 그룹(10) 사이의 간극을 메꾸는 구조물(s-structure)을 가리킨다. 상기 스페이서(30)는 도 2 및 도 3에 주로 도시된 바와 같이, 길이 방향으로 일면과 타면에 각각 단위셀 그룹(10)의 외면 형상에 대응되는 오목 홈부(31)가 마련될 수 있다. 상기 오목 홈부(31)의 내측 곡률이나 개수는, 상기 스페이서(30)에 형상 결합되는 단위셀 그룹(10)의 외면 스펙에 따라 결정될 수 있다.
그리고 상기 스페이서(30)의 길이 방향의 일측에는 정렬 원점블록(32)이 마련될 수 있다. 상기 정렬 원점블록(32)은 적층 다이(100)에 스페이서(30)의 사전 정렬을 용이하게 하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 상기 정렬 원점블록(32)이 스페이서(30)의 일측에만 마련됨을 도시하고 있으나, 필요에 따라 스페이서(30)의 양측에 모두 마련될 수도 있을 것이다.
이처럼, 하나의 단위셀 그룹(10)과 하나의 스페이서(30)가 한개의 덩어리를 형성하며, 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)가 조립되어 배터리 모듈 조립체가 마련될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 적층 다이(100)에는 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)가 안착 수용될 수 있다. 상기 적층 다이(100)는, 상기 단위셀 그룹(10)과 스페이서(30)의 저면 형상에 대응되는 여러 형태의 안착, 수용 구조(130, 140, 150)가 형성될 수 있는데, 이는 후술하기로 한다. 그리고 상기 적층 다이(100)의 일측에는 가압 유닛(200)의 동작에 따라 단위셀 그룹(10) 및 스페이서(30)가 일 방향으로 가압될 때 기준면이 되는 스토핑 플레이트(120)가 마련될 수 있다.
상기 적층 다이(100)의 전방에는 전방 스토퍼(160)가 마련될 수 있다. 상기 배터리 모듈 조립체 즉, 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)는 적층 다이(100)의 안착부에 수용되며, 전방 스토퍼(160)에 의해 적층 다이(100)의 전, 후방 방향(X축 방향)으로의 유격이 최소화될 수 있다.
가압 유닛(200)은, 다수의 상기 단위셀 그룹(10) 및 상기 단위셀 그룹(10)과 이웃하는 상기 단위셀 그룹(10) 사이에 배치되는 스페이서(30)를 일 방향으로 가압하는 장치일 수 있다. 상기 가압 유닛(200)의 가압 블록(210)은 적층 다이(100)의 상면에 차례대로 적층된 다수의 상기 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)를 일 방향으로 가압하여 조립할 수 있다.
정렬 유닛(300)은 상기 배터리 셀(12)을 업/다운 이동시켜 상기 배터리 셀(12)의 상부면(14)을 동일 높이로 정렬하는 장치일 수 있다. 상기 정렬 유닛(300)은, 상기 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)을 업/다운 이동하게 마련될 수 있다. 즉, 스페이서(30)는 적층 다이(100) 상에 상하 방향(Z축 방향)으로 고정되고, 가 조립된 단위셀 그룹(10)을 상하 방향으로 정렬한다.
상기 정렬 유닛(300)은 업/다운이 가능하며, 실질적으로는 다운 동작이 수행되는 스토핑 블록(320)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 정렬 유닛(300)은 업/다운이 가능하며, 실질적으로는 업 동작이 수행되는 승강 로드(310)를 더 포함할 수 있다. 상기 스토핑 블록(320)은 연결 로드(340)에 의해 다운 동작될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(12)의 상부면(14)(음극면)을 동일한 높이로 맞추는 작업이 가능할 수 있다. 배터리 셀(12)의 상부면(14)이 동일 높이로 정렬되면 용접 등의 후공정 작업이 용이할 수 있다.
이러한 구성의 배터리 모듈 제조장치(1)를 통해, 다수의 단위셀 그룹(10)을 적층 다이(100)에 안착시켜 사전 정렬이 가능하고 가압 유닛(200)으로 일정한 가압력으로 가압하여 배터리 셀(12) 간 밀집도가 균일할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 단위셀 그룹(10)을 일방향으로 가압하는 과정 또는 중간 상태에서 용접 공정을 위한 상부 데이텀 정렬 작업이 용이할 수 있는데 자세히 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 적층 다이의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 적층 다이에 다수의 단위셀 그룹과 가압 유닛을 도시한 상면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 단위셀 그룹과 정렬 유닛의 일부분의 개략적인 측면도이다.
상기 적층 다이(100)는 주로 도 4를 참조하면, 다이 본체(110)의 일측에 절곡 형성되어 상기 다수의 단위셀 그룹(10) 및 스페이서(30)를 일방향으로 가압 시 기준면을 형성하는 스토핑 플레이트(120); 상기 다이 본체(110)의 상면으로부터 돌출되게 마련되어 상기 단위셀 그룹(10)이 안착되는 셀 안착부(130); 및 상기 셀 안착부(130)에 인접되게 배치되되 상기 스페이서(30)가 안착되는 스페이서 안착부(140)를 포함할 수 있다.
상기 적층 다이(100)는 수평면(X-Y 평면)에 배치되는 다이 본체(110)를 포함할 수 있다. 상기 다이 본체(110) 상면에는 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)가 안착될 수 있다. 상기 다이 본체(110)에는 상기 승강 로드(310)가 관통되게 배치되는 관통 슬롯(111)이 형성될 수 있다. 상기 관통 슬롯(111)은 상기 배터리 모듈의 폭 방향(Y축 방향)으로 형성되며, 길이 방향을 따라 규칙적인 간격마다 복수개가 마련될 수 있다.
상기 다이 본체(110)의 일측에는 스토핑 플레이트(120)가 마련될 수 있다. 상기 스토핑 플레이트(120)는 상기 다이 본체(110)의 일측(-X축 방향의 선단)에서 상하 방향(Z축 방향)으로 절곡 형성되어 상기 다이 본체(110)로부터 상방으로 돌출되게 마련될 수 있다.
상기 스토핑 플레이트(120)는 가압 유닛(200)에 대향 측에 마련되어 상기 다수의 단위셀 그룹(10) 및 스페이서(30)를 일방향으로 가압 시 기준면을 형성하여 스토퍼 역할을 수행할 수 있다.
상기 셀 안착부(130)는 상기 다이 본체(110)의 상면에 마련될 수 있다. 상기 셀 안착부(130)는 상기 단위셀 그룹(10)의 저면 형상에 대응되게 마련될 수 있다. 상기 단위셀 그룹(10)은 상기 셀 안착부(130)에 안착될 수 있으며, 상기 셀 안착부(130)는 상기 단위셀 그룹(10)의 저면 크기보다 상대적으로 작게 마련될 수 있다. 이에 따라, 가압 유닛(200)에 의해 가압될 때 상기 단위셀 그룹(10)은 좌우 방향(X축 방향)으로의 미소 이동이 가능할 수 있다. 그리고 상기 셀 안착부(130)는 스페이스서 안착부(140) 사이에 배치되어 있어 상대적으로 상방으로 돌출된 형태를 가질 수 있다.
상기 스페이서 안착부(140)는 상기 셀 안착부(130)에 인접되게 배치되되 상기 스페이서(30)가 안착되는 부분이다. 상기 스페이서 안착부(140)는 상기 셀 안착부(130)보다 상면 높이가 상대적으로 낮게 형성될 수 있다. 즉, 상기 셀 안착부(130)보다 상대적으로 함몰 형성될 수 있다. 상기 스페이서 안착부(140)는 상기 스페이서(30)의 형상에 대응되게, 물결 모양을 형성할 수 있다. 상기 스페이서 안착부(140)는 상기 스페이서(30)의 저면 크기보다 상대적으로 더 넓게 형성되어 스페이서 안착부(140)에 안착된 스페이서(30)는 좌우 방향으로 소정의 유격이 확보될 수 있다.
상기 적층 다이(100)의 후방에는 상기 정렬 원점블록(32)이 수용되는 원점블록 수용부(150)가 마련될 수 있다. 상기 원점블록 수용부(150)는 스페이서 안착부(140)와 같이, 함몰 형성되며 실질적으로 동일한 높이로 마련될 수 있다.
도 5를 주로 참조하면, 상기 가압 유닛(200)은, 가압 로드(211)와 이에 연결된 가압 블록(210)을 포함할 수 있다. 상기 가압 블록(210)은 볼록 돌출부(220)가 마련될 수 있다. 상기 볼록 돌출부(220)는 상기 스페이서(30)의 오목 홈부(31)에 형상 대응되게 마련될 수 있다. 그리고 상기 가압 유닛(200)은 도면에 미도시하였지만, 상기 가압 블록(210)을 좌우 방향으로 이동시키도록 가압 로드(211)를 신축하는 가압 구동부가 마련될 수 있다.
이로써, 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)를 적층 다이(100)에 안착시킬 때 셀 안착부(130)와 스페이서 안착부(140) 및 원점블록 수용부(150)에 각각, 단위셀 그룹(10)과, 스페이서(30)를 용이하게 안착시킬 수 있다. 각 위치에 부품들을 안착시키는 과정만으로 배터리 모듈의 사전 정렬이 비교적 쉽게 가능할 수 있다.
또한, 사전 정렬 이후, 가압 블록(210)의 볼록 돌출부(220)가 스페이서(30)의 오목 홈부(31)에 형상 대응되어 가압됨으로써, 가압 유닛(200)이 일정한 가압력으로 가압될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(12) 간 밀집도가 균일해지고 불량률이 줄어들어 조립 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 정렬 유닛(300)은 상기 배터리 셀(12)을 업/다운 이동시켜 상기 배터리 셀(12)의 상부면(14)을 동일 높이로 정렬하는 장치로서, 상기 정렬 유닛(300)은 상기 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)을 업/다운 이동하게 마련될 수 있다.
이를 위해, 상기 정렬 유닛(300)은 도 6을 주로 참조하면, 상기 적층 다이(100)의 상부에 배치되며, 상기 적층 다이(100)로 업/다운 동작되는 스토핑 블록(320)을 포함할 수 있다.
상기 스토핑 블록(320)은 상기 적층 다이(100)의 상부 구역에 배치될 수 있다. 상기 스토핑 블록(320)은, 정렬 작업 시 소정 높이까지 다운 동작될 수 있다. 이러한 스토핑 블록(320)을 통해, 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)을 업/다운 이동하게 마련될 수 있다. 특히, 스페이서(30)에 대해, 단위셀 그룹(10)이 정렬 위치보다 상대적으로 튀어나온 경우, 정렬 작업이 효과적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 정렬 유닛(300)은, 일단이 구동부에 의해 업/다운 동작되며, 타단이 상기 단위셀 그룹(10)의 하부면에 대면하게 마련되는 적어도 하나의 승강 로드(310)를 더 포함할 수 있다.
상기 승강 로드(310)는 상기 적층 다이(100)의 관통 슬롯(111)에 관통되게 배치될 수 있다. 상기 승강 로드(310)는 일단이 구동부(미도시)에 의해 업/다운 동작되며, 타단이 상기 단위셀 그룹(10)의 하부면에 대면하게 마련될 수 있다. 이로써, 구동부가 업 동작 구동 시 승강 로드(310)가 상방으로 연장되고 타단에 맞닿아 있는 단위셀 그룹(10)이 상방 이동이 가능할 수 있다. 승강 로드(310)의 단부가 단위셀 그룹(10)의 하부 일 지점에 연결되어 있어, 승강 로드(310)의 동작 시 스페이서(30)의 상하 방향으로 이동은 저지될 수 있으며, 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)만이 업 이동되며 정렬될 수 있다.
상기 승강 로드(310)는 상기 단위셀 그룹(10)의 중량, 무게 중심 등을 고려하여 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 단위셀 그룹(10)당 3개의 승강 로드(310)가 마련되어 있으나, 개수는 본 권리 범위에 한정되지 아니한다.
상기 스토핑 블록(320)은 상기 적층 다이(100)의 상부 구역에 배치될 수 있다. 상기 스토핑 블록(320)은, 정렬 작업 시 소정 높이까지 다운 동작될 수 있다. 그리고 승강 로드(310)가 동작함에 따라 상기 스토핑 블록(320)은 상기 단위셀 그룹(10)의 상부면(14)에 대면하여 상기 단위셀 그룹(10)의 상방 이동을 제한할 수 있다. 이러한 상기 스토핑 블록(320)은 각각의 상기 배터리 셀(12)의 상부면(14)마다 대면하도록 배터리 셀(12)의 개수만큼, 복수개가 마련될 수 있다. 상기 스토핑 블록(320)의 저면(321)에는 상기 탭부(13)에 직접적인 접촉이 방지되도록, 내측으로 함몰된 함몰부(330)가 마련될 수 있다.
이와 같은 구성의 상기 정렬 유닛(300)은, 상기 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)을 업/다운 이동하게 마련될 수 있다. 즉, 스토핑 블록(320) 단독으로 사용되어, 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)을 업/다운 이동하게 마련될 수도 있다. 또는 스토핑 블록(320)과 함께, 승강 로드가 상호 작용되게 마련될 수도 있다. 이에 따라, 스페이서(30)는 적층 다이(100) 상에 상하 방향(Z축 방향)으로 고정되고, 가 조립된 단위셀 그룹(10)을 상하 방향으로 정렬한다. 다수의 단위셀 그룹(10)을 일방향으로 가압하는 과정 또는 중간 상태에서 용접 공정을 위한 상부 데이텀 정렬 작업 즉, 배터리 셀(12)의 상부면(14)(음극면)을 동일한 높이로 맞추는 작업이 용이하여 조립 편의성이 확보될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서 적층 다이에 안착된 단위셀 그룹을 가압 유닛으로 가압하는 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치에서, 단위셀 그룹에 정렬 유닛이 동작한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 실시예에 따른 배터리 모듈 제조장치(1)를 통한 배터리 모듈 제작 공정을 설명한다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈 제작방법은, 배터리 셀(12)과 상기 배터리 셀(12) 사이에 개재된 냉각 튜브체(20)를 포함하는 단위셀 그룹(10)이 마련되는 준비 단계; 적층 다이(100)에 다수의 스페이서(30) 및 다수의 상기 단위셀 그룹(10)이 안착되는 안착 단계; 가압 유닛(200)을 통해 일 방향으로 상기 다수의 스페이서(30) 및 다수의 단위셀 그룹(10)을 가압하는 가압 단계; 및 정렬 유닛(300)으로 상기 단위셀 그룹(10)을 업/다운 이동하여 상기 배터리 셀(12)의 상부면(14)을 정렬하는 정렬 단계를 포함할 수 있다.
상기 준비 단계는 상기 단위셀 그룹(10)을 형성하는 단계이다. 상기 단위셀 그룹(10)은 2개의 셀 어레이(11)와 1개의 냉각 튜브체(20)가 결합되어 구성될 수 있다. 즉, 배터리 모듈의 길이 방향(X축 방향)으로 복수개가 일렬로 나란하게 마련되는 셀 어레이(11)를 한쌍 마련하고, 사이에 냉각 튜브체(20)를 개재시켜 이들을 상호 고정하여 하나의 단위셀 그룹(10)을 형성할 수 있다. 한편, 이러한 단위셀 그룹(10)이 준비하는 단계는, 본 제작 공정의 전처리 공정으로 수행될 수도 있다. 이 경우, 본 실시예의 배터리 모듈 제조장치(1)에, 사전에 셀 어레이(11)와 냉각 튜브체(20)가 결합된 상태의 단위셀 그룹(10)이 공급될 수 있다.
이러한 상기 준비 단계에는 상기 단위셀 그룹(10)에 접착용 수지재, 또는 구조용 레진 등이 도포되는 작업이 추가될 수 있다.
다음, 상기 안착 단계가 수행된다. 상기 안착 단계는, 적층 다이(100)에 다수의 스페이서(30) 및 다수의 상기 단위셀 그룹(10)이 안착될 수 있다. 이때, 도 5 기준, 스토핑 플레이트(120)에 인접한 위치에 스페이서(30)가 안착되고 상기 스페이서(30)의 왼편에 단위셀 그룹(10)이 안착될 수 있다. 이러한 안착 단계는 스페이서(30)와 단위셀 그룹(10)을 오른편에서 왼쪽으로 가면서 순차적으로 수행될 수 있다.
이를 상세 설명하면, 우선 적층 다이(100) 내부의 제일 우측의 스페이서 안착부(140)에 스페이서(30)가 안착된다. 이때, 스페이서(30)의 우측면은 스토핑 플레이트(120)에 실질적으로 대면하게 배치될 수 있으며, 좌우 방향(Y축 방향)으로 미소 유격이 있을 수 있다. 그리고 스페이서(30)의 좌측에 단위셀 그룹(10)이 안착된다. 상기 단위셀 그룹(10)은 셀 안착부(130)에 안착되며, 단위셀 그룹(10)의 일면(우측면) 형상인 배터리 셀(12)의 볼록한 외면 형상에 스페이서(30) 좌측면의 오목 홈부(31)가 형상 대응되며 결합될 수 있다. 그리고, 단위셀 그룹(10)의 좌측면에 다시 스페이서(30)가 안착될 수 있다. 이같이 좌우(Y축)으로 안착 과정이 왼편(-Y축 방향)으로 가면서 순차적으로 이루어진다. 스페이서(30), 단위셀 그룹(10), 다시 스페이서(30)의 순서로 안착시키며, 정해진 숫자의 단위 셀 그룹(10)과 스페이서(30)가 안착될 때까지 진행한다. 그리고 안착이 완료된 왼쪽 최외곽면은 스페이서(30)의 오목 홈부(31)가 노출될 수 있다.
다음, 가압 단계가 수행된다. 상기 가압 단계는 가압 유닛(200)을 통해 일 방향으로 상기 다수의 스페이서(30) 및 다수의 단위셀 그룹(10)을 가압하는 단계이다. 상기 가압 단계는 도 6을 주로 참조하면 가압 블록(210)이 오른쪽 방향으로 이동되며 가압할 수 있다. 상기 가압 블록(210)이 가압력을 가하게 되면 가압 블록(210)의 볼록 돌출부(220)의 사이마다 오목 홈부(31)가 형상 맞춤되며 가압력이 균일하게 오른쪽으로 가해진다. 이에 따라 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)는 상호 밀착되어 고정될 수 있다. 배터리 셀(12) 간 밀집도가 균일하여 불량률이 줄어들어 조립 신뢰성이 향상될 수 있게 된다.
종래에는 본 발명에서와 같이 가압 유닛(200)을 포함하는 배터리 모듈 제조장치(1)가 제안되어 있지 않았고, 배터리 셀 간 가압을 위해서는 이웃하는 배터리 셀들 양측에 가압 플레이트(지그)를 위치시키고 작업자가 양측에서 스크류 조임으로 배터리 셀들 측으로 힘을 가하여 가압하는 방식을 이용해야 했다. 작업자가 직접 스크류를 체결해야 하므로 인력과 시간이 소비되고 가압 정도가 작업자에 의존되는 문제가 있었다. 본 발명에 따르면, 가압 블록(210)을 통해 자동화 방식으로 배터리 셀(12) 간 가압을 할 수 있으므로 인력과 시간을 아낄 수 있고, 가압 정도가 늘 일정한 이점이 있다.
마지막으로, 정렬 단계가 수행된다. 도 8을 참조하면, 상기 정렬 단계는 구동부(미도시)가 업 동작 구동 시 승강 로드(310)가 상방으로 연장되고 타단에 맞닿아 있는 단위셀 그룹(10)이 상방 이동이 가능할 수 있다. 승강 로드(310)의 단부가 단위셀 그룹(10)의 하부 일 지점에 연결되어 있어, 승강 로드(310)의 동작 시 스페이서(30)는 상하 방향으로 이동은 저지될 수 있으며, 스페이서(30)에 대해 상기 단위셀 그룹(10)만이 업 이동되며 정렬될 수 있다.
상기 스토핑 블록(320)은 상기 적층 다이(100)의 상부 구역에 배치될 수 있다. 상기 스토핑 블록(320)은, 정렬 작업 시 소정 높이까지 다운 동작될 수 있다(도 8에서 굵은 화살표 방향). 그리고 승강 로드(310)가 동작함에 따라 단위셀 그룹(10)은 상방으로 이동되고 상기 스토핑 블록(320)의 상기 단위셀 그룹(10)의 상부면(14)에 대면하여 상기 단위셀 그룹(10)의 상방 이동이 멈출 수 있다.
여기서, 스토핑 블록(320)의 저면(321)에 마련된 함몰부(330)를 통해 탭부(13)는 접촉이 미연에 방지되며, 배터리 셀(12)의 상부면(14)과 스토핑 블록(320)의 저면(321)이 접촉되어 지지될 수 있다.
스토핑 블록(320)의 저면(321)이 배터리 셀의 상부면을 동일한 높이로 맞추는 기준면이 될 수 있다. 승강 로드(310)를 동작시키기 전에는 도 8의 우측에 도시한 바와 같이 이러한 기준면과 배터리 셀(12)의 상부면(14) 사이에 갭(D)이 존재할 수도 있다. 승강 로드(310)를 동작시켜 스페이서(30)에 대해 단위셀 그룹(10)을 업 이동시키면 배터리 셀(12)의 상부면(14)과 스토핑 블록(320)의 저면(321)이 접촉되면서 이러한 갭(D)을 제거해, 모든 단위셀 그룹(10) 내의 배터리 셀(12)의 상부면(14)을 동일 평면으로 만들 수 있다.
종래에는 본 발명에서와 같이 정렬 유닛(300)을 포함하는 배터리 모듈 제조장치(1)가 제안되어 있지 않았고, 배터리 셀 간 높이 정렬을 하기 위해서는 배터리 셀들 상부와 하부에 가압 플레이트(지그)를 위치시키고 작업자가 스크류 조임으로 상부에서 하부로 힘을 가하여 중력을 이용한 상부 가압하는 방식을 이용해야 했다. 작업자가 직접 스크류를 체결해야 하므로 인력과 시간이 소비되고 가압 정도가 작업자에 의존되는 문제가 있었다. 그리고, 상부 가압 플레이트가 무거운 문제가 있었다. 본 발명에 따르면, 정렬 유닛(300)을 통해 자동화 방식으로 배터리 셀(12) 간 높이 정렬을 하여 배터리 셀(12)의 상부면(14) 간을 동일 평면으로 정렬할 수 있으므로 인력과 시간을 아낄 수 있고, 가압 정도가 늘 일정한 이점이 있다. 그리고, 무거운 상부 가압 플레이트가 필요 없으므로 지그 비용 및 지그 무게를 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 정렬 단계는 가압 단계와 병행하여 진행될 수 있다. 상기 정렬 단계가 상기 가압 단계 시작 이전에 수행될 수도 있고, 상기 정렬 단계는 상기 가압 단계가 수행된 후 완료되기 전에, 수행될 수 있다. 예컨대, 가압력이 최대치 대비 일부만 작용하여 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)를 가압한 다음, 정렬 단계가 수행되고, 정렬이 완료된 다음 가압 단계가 마무리 되게 구성될 수 있다. 가압 단계에서 가압 블록(210)을 오른쪽(도 7 기준)으로 최대 가압시키게 되면 다수의 단위셀 그룹(10)과 다수의 스페이서(30)가 완전히 밀착되어 스페이서(30)에 대한 단위셀 그룹(10)의 상하 방향으로의 이동, 정렬 작업이 용이치 않을 수 있기 때문이다. 따라서, 가압 단계와 정렬 단계는 병행하여 진행될 수 있다.
또한, 상기 안착 단계 직후 상기 스토핑 블록(320)이 소정 높이까지 다운 동작하여 배터리 셀의 상부면을 동일한 높이로 맞추기 위한 준비 상태로 두고, 상기 가압 단계가 완료된 후에, 상기 승강 로드(310)를 동작시켜 상기 정렬 단계를 완료할 수도 있다.
이러한 단계에 따라, 다수의 단위셀 그룹(10)을 적층 다이(100)에 안착시켜 사전 정렬이 가능하고 가압 유닛(200)으로 일정한 가압력으로 가압하여 배터리 셀(12) 간 밀집도가 균일하여 불량률이 줄어들어 조립 신뢰성을 줄 수 있다.
또한, 다수의 단위셀 그룹(10)을 일방향으로 가압하는 과정 또는 중간 상태에서 용접 공정을 위해 배터리 셀의 상부면을 동일한 높이로 맞추는 상부 데이텀 정렬 작업이 자동화되어 작업성이 우수하여 조립 편의성이 확보되고 생산성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조장치는 배터리 팩 제조장치에 이용 가능할 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
[부호의 설명]
10 : 단위셀 그룹 11 : 셀 어레이
12 : 배터리 셀 13 : 탭부
14 : 상부면
50 : 지지대 51 : 다이정렬돌기
100 : 적층 다이 110 : 다이 본체
111 : 관통 슬롯 120 : 스토핑 플레이트
130 : 셀 안착부 140 : 스페이서 안착부
150 : 원점블록 수용부 160 : 전방 스토퍼
200 : 가압 유닛 210 : 가압 블록
211 : 가압 로드 220 : 볼록 돌출부
300 : 정렬 유닛 310 : 승강 로드
320 : 스토핑 블록 321 : 저면
330 : 함몰부 340 : 연결 로드

Claims (19)

  1. 복수의 배터리 셀과 상기 복수의 배터리 셀에 부착되는 냉각 튜브체를 포함하는 단위셀 그룹이 안착되는 적층 다이;
    다수의 상기 단위셀 그룹 및 상기 단위셀 그룹과 이웃하는 상기 단위셀 그룹 사이에 배치되는 스페이서를 일 방향으로 가압하는 가압 유닛; 및
    상기 배터리 셀을 업/다운 이동시켜 상기 배터리 셀의 상부면을 동일 높이로 정렬하는 정렬 유닛을 포함하는 배터리 모듈 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 유닛은, 상기 스페이서에 대해 상기 단위셀 그룹을 업/다운 이동하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정렬 유닛은,
    상기 적층 다이의 상부에 배치되며, 상기 적층 다이로 업/다운 동작되는 스토핑 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정렬 유닛은,
    일단이 구동부에 의해 업/다운 동작되며, 타단이 상기 단위셀 그룹의 하부면에 대면하게 마련되는 적어도 하나의 승강 로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 승강 로드는, 상기 단위셀 그룹을 상방으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스토핑 블록은, 다운 동작되어 상기 단위셀 그룹의 상부면에 대면하여 상기 승강 로드의 동작 시 상기 단위셀 그룹의 상방 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 상부면에는, 상방으로 돌출된 탭부가 마련되며,
    상기 스토핑 블록의 저면에는 상기 탭부에 직접적인 접촉이 방지되도록, 내측으로 함몰된 함몰부가 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 가압 유닛은, 가압 블록을 포함하며,
    상기 가압 블록은 상기 스페이서의 일면 형상에 대응되도록, 볼록 돌출부가 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 적층 다이는,
    다이 본체의 일측에 절곡 형성되어 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서를 일방향으로 가압 시 기준면을 형성하는 스토핑 플레이트;
    상기 다이 본체의 상면으로부터 돌출되게 마련되어 상기 단위셀 그룹이 안착되는 셀 안착부; 및
    상기 셀 안착부에 인접되게 배치되되 상기 스페이서가 안착되는 스페이서 안착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다이 본체는 상기 승강 로드가 관통되게 배치되는 관통 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서 안착부는 상기 셀 안착부보다 상면 높이가 상대적으로 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는 길이 방향 일측에 정렬 원점블록이 마련되며,
    상기 적층 다이는 상기 정렬 원점블록이 수용되는 원점블록 수용부가 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀은 원통형 이차 전지이고, 상기 복수의 배터리 셀은 상기 배터리 모듈의 길이 방향으로 일렬로 나란하게 배치되어 하나의 셀 어레이를 이루며, 상기 단위셀 그룹은 한 쌍의 상기 셀 어레이 사이에 상기 냉각 튜브체가 위치한 것이고,
    상기 스페이서는 길이 방향으로 일면과 타면에 각각 상기 단위셀 그룹의 외면 형상에 대응되는 오목 홈부가 마련되고, 상기 길이 방향 일측에 정렬 원점블록이 마련되며,
    상기 적층 다이의 전방에는 전방 스토퍼가 마련되고, 상기 적층 다이의 후방에는 상기 정렬 원점블록이 수용되는 원점블록 수용부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적층 다이는 복수의 다이정렬 돌기가 마련된 지지대 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 적층 다이는 다이 본체의 일측에 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서를 일방향으로 가압 시 기준면을 형성하는 스토핑 플레이트를 구비하고,
    상기 가압 유닛은 상기 다이 본체의 타측에서 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서를 상기 스토핑 플레이트 측으로 가압하는 가압 블록을 포함하며,
    상기 가압 블록은 상기 스페이서의 일면 형상에 대응되도록, 볼록 돌출부가 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조장치.
  16. 배터리 셀과 상기 배터리 셀 사이에 개재된 냉각 튜브체를 포함하는 단위셀 그룹이 마련되는 준비 단계;
    적층 다이에 다수의 스페이서 및 다수의 상기 단위셀 그룹이 안착되는 안착 단계;
    가압 유닛을 통해 일 방향으로 상기 다수의 스페이서 및 다수의 단위셀 그룹을 가압하는 가압 단계; 및
    정렬 유닛으로 상기 단위셀 그룹을 업/다운 이동하여 상기 배터리 셀의 상부면을 정렬하는 정렬 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가압 단계가 완료되기 전에, 상기 정렬 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 가압 단계는 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서에 대해 기준면을제공한 상태에서 상기 다수의 단위셀 그룹 및 스페이서의 일측에서 상기 가압 유닛의 가압 블록을 이동시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 정렬 단계는 상기 단위셀 그룹의 하부면에서 상기 정렬 유닛의 승강을 업로드를 동작시켜 상기 스페이서에 대해 상기 단위셀 그룹을 업/다운 이동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조방법.
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