JP7046227B2 - ロボットアームを含むロボット - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットアームを含むロボットに関し、より詳しくは、生産効率を高めて生産自動化の可能なロボットアームを含む製造装置に関する。
本出願は、２０１８年１１月２日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１３３８１５号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず充放電が自由で、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板が、セパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する円筒型電池缶を外装材として備える。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池が電気的に接続される。
一方、最近、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、電気的に直列及び／または並列接続した複数の二次電池を備えたバッテリーモジュールを複数個集合した構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
また、従来のバッテリーモジュールは、内装された複数の二次電池を保護するか、または収納保管するためにプラスチック材質のモジュールハウジングを備えることが通常であった。例えば、このようなモジュールハウジングには、複数の二次電池を収納するための別の空間が形成された収納部が形成され得る。
しかし、複数の円筒型電池セルをモジュールハウジングに収納することは、煩わしくてややこしい作業であることから、機械自動化が難しくて作業者が直接手作業で行うことが通常であった。
さらに、安全性及び生産効率を大幅向上させることができる最近の生産自動化システムが広く普及されるにつれ、バッテリーモジュールの各々の製造工程に投入される産業ロボットなどが多く普及されている。
しかし、バッテリーモジュール各々の多様な製造工程ごとに多数の産業ロボットが必要になることによって製造設備コストが急激に上昇してしまい、生産品の価格競争力を確保しにくいという問題点が発生している。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、生産効率を高めて製造装備の大きさを画期的に減らしたロボットアームを含む製造装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するための本発明による製造装置は、
複数の円筒型電池セルと、前記複数の円筒型電池セルを収容するように構成された上部ケース及び下部ケースを備えたモジュールハウジングと、を備えるバッテリーモジュールを製造するためのロボットアームを含む製造装置であって、
前記ロボットアームは、
前記複数の円筒型電池セルを掴むか又は放すように構成された第１グリッパーと、
前記上部ケースを掴むか又は放すように構成された第２グリッパーと、
前記下部ケースを掴むか又は放すように構成された第３グリッパーと、を含み得る。
前記ロボットアームは、
側面より相対的に広い上下面を有する板状であり、前記第１グリッパー、前記第２グリッパー及び前記第３グリッパーが設けられたディスクと、
長手方向の末端部が前記ディスクと連結されて回転することで前記ディスクを回転移動させるように構成された駆動軸と、
前記駆動軸の末端部を上方へ持ち上げるか又は下方へ下ろすように構成された回転駆動部と、をさらに含み得る。
そして、前記第１グリッパーは、
前記複数の円筒型電池セルの各々を掴むか又は放すように構成された複数の第１クランプ部と、
前記複数の第１クランプ部の各々の端部と連結され、前記複数の第１クランプ部の各々の掴み又は放し動作を制御するように構成された複数の第１クランプ駆動部と、
前記複数の第１クランプ駆動部と連結され、一部位が前記ディスクに結合している固定フレームと、を含み得る。
さらに、前記第１クランプ部の前記円筒型電池セルと対向する内側には、前記円筒型電池セルの上端部を加圧しないように前記第１クランプ部の外側方向へ凹んだ凹溝が形成され得る。
前記固定フレームは、
外側に前記第１クランプ駆動部を搭載する本体部及び前記本体部の一側に結合したボルトが備えられた移動バーと、
前記移動バーの前記ボルトの長手方向への移動をガイドするように、前記ボルトの一部が挿入される、穿孔された形態のガイドホールが形成された固定パネルと、
前記移動バーに前記ボルトの長手方向へ所定の力を加えるように構成された弾性部材と、を含み得る。
さらに、前記固定フレームには、前記第１クランプ部が前記円筒型電池セルを前記下部ケースに形成された中空に挿入する動作における誤組付けを感知するように構成された誤組付けセンサー部が備えられ得る。
そして、前記誤組付けセンサー部は、前記移動バーの前記ボルトが上部へ移動したことを感知するように、前記固定パネルに形成されたレーザセンサを含み得る。
さらに、前記第２グリッパーは、
前記上部ケースの両側部を加圧するように構成された複数の加圧板、前記複数の加圧板が相互に近づく方向または相互に遠ざかる方向へ移動可能に構成された移動軸を備える第２クランプ部と、
前記移動軸の移動を制御するように構成された少なくとも一つの第２クランプ駆動部と、
前記ディスクと連結され、前記上部ケースを前記下部ケースが位置した方向へ加圧するように構成された加圧片と、を含み得る。
また、前記第３グリッパーは、
折り曲げられた形状を有して相互に近づくか又は相互に遠ざかるように構成された複数のフィンガーユニットと、前記フィンガーユニットの末端部に連結され、前記下部ケースの水平方向の両側部を加圧するように加圧バーと、が備えられた第３クランプ部と、
前記フィンガーユニットの動作を制御するように構成された少なくとも一つの第３クランプ駆動部と、
前記加圧バーと連結され、前記下部ケースの下端部にかかるように構成されたフックと、を含み得る。
なお、上記の課題を達成するための本発明による製造方法は、前記製造装置を用いてバッテリーモジュールを製造する。
また、上記の課題を達成するためのバッテリーモジュールは、前記製造装置によって製造される。
本発明の一面によれば、本発明の第１クランプ部に凹んだ凹溝を形成することで、第１クランプ部が円筒型電池セルの上端部を掴む過程で発生し得るバッテリーモジュールに備えられる円筒型電池セルの損傷ないし不良を効果的に防止することができる。
また、本発明の一面によれば、固定フレームは、第１クランプ駆動部と連結された弾性部材を用いて弾力的にボルトの長手方向への移動が可能な移動バーを備えることで、第１グリッパーが円筒型電池セルを下部ケースの収容部に収納する過程で発生する衝撃を固定フレームの移動バーが弾力的に吸収できる。即ち、本発明の製造装置は、製造過程中に円筒型電池セルに加えられる衝撃を減らすことができ、バッテリーモジュールの電池セルの不良を最小化することができる。
そして、本発明の他面によれば、前記固定フレームに誤組付けセンサー部を備えることで、円筒型電池セルを下部ケースに形成された中空に挿入する動作における誤組付けを感知することできる。これによって、複数の円筒型電池セルが誤組付けされる過程で発生し得る衝撃による円筒型電池セルの爆発または発火を防止することができる。さらに、製造装置は、複数の円筒型電池セルの不良を減らすことができる。
さらに、本発明の一面によれば、第２グリッパーは上部ケースを下部ケースが位置した方向へ加圧するように構成された加圧片を備えることで、上部ケースを下部ケースの上部に完全に結合できるように助けることができる。さらに、第２クランプ部が上部ケースを下部ケースの上部に乗せると共に、加圧片が下部方向へ上部ケースを加圧でき、効率的な結合作業を行うことができるという利点がある。
そして、本発明の一面によれば、第３グリッパーは加圧バーに形成されたフックを備えることで、加圧バーが下部ケースの両側部を加圧することで下部ケースを掴むと共に、フックが下部ケースの下部面を上方へ支持できるため、第３クランプ駆動部が下部ケースを落とすなどの事故を効果的に防止することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
図１は、本発明の一実施例による製造装置によって製造されたバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例による製造装置によって製造されるバッテリーモジュールの構成を分解した様子を概略的に示す分解斜視図である。 図２のバッテリーモジュールの一部構成である円筒型電池セルにおける一部の内部構造を概略的に示す部分断面図である。 本発明の一実施例による製造装置を概略的に示す一側面図である。 本発明の一実施例による製造装置の一部を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例による製造装置の一部構成である圧縮機及び第１グリッパーを分離して概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例による製造装置の他の動作を概略的に示す一部斜視図である。 本発明の一実施例による製造装置の他の動作を概略的に示す一部斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例による製造装置によって製造されたバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。図２は、本発明の一実施例による製造装置によって製造されるバッテリーモジュールの構成を分解した様子を概略的に示す分解斜視図である。図３は、図２のバッテリーモジュールの一部構成である円筒型電池セルにおける一部の内部構造を概略的に示す部分断面図である。そして、図４は、本発明の一実施例による製造装置を概略的に示す一側面図である。
図１～図４を参照すれば、本発明の一実施例による製造装置３００は、バッテリーモジュール２００を製造するためのロボットアーム３１０を含む。
ここで、前記バッテリーモジュール２００は、複数の円筒型電池セル１００、及びモジュールハウジング２１０を含み得る。具体的に、前記円筒型電池セル１００は、円筒型電池缶１２０及び前記電池缶１２０の内部に収容された電極組立体（図３の１４０）を含み得る。
ここで、前記電池缶１２０は、電気伝導性の高い材質を含み、例えば、前記電池缶１２０は、アルミニウムまたは銅素材を含み得る。
また、前記電池缶１２０が上下方向へ長く立てられた形態で構成され得る。そして、前記電池缶１２０は、上下方向へ延びた円筒状であり得る。さらに、前記電池缶１２０の上部及び下部の各々に電極端子１１１、１１２が形成され得る。具体的に、前記電池缶１２０の上端の扁平な上面には、上方へ突出した第１電極端子１１１が形成され得、前記電池缶１２０の下端の扁平な円形の下面には、第２電極端子１１２が形成され得る。
さらに、前記円筒型電池セル１００は、水平方向へ複数の列及び行に配置され得る。ここで、水平方向とは、円筒型電池セル１００を地面においたとき、地面に平行する方向を意味し、上下方向に垂直する平面上の少なくとも一方向ともいえる。
例えば、図２に示したように、前記バッテリーモジュール２００は、前後方向Ｗの４個の列と左右方向Ｖの７行または６行に配置された複数の円筒型電池セル１００を備え得る。
また、電極組立体１４０（図３）は、正極と負極との間に分離膜を介在した状態でゼリーロール型で巻き取られた構造で形成され得る。前記正極（図示せず）には、正極タブ１７０が付着され、電池缶１２０の上端の第１電極端子１１１ に接続し得る。前記負極（図示せず）には、負極タブ（図示せず）が付着され、電池缶１２０の下端の第２電極端子１１２に接続し得る。
また、図２と共に図３を参照すれば、前記円筒型電池セル１００は、トップキャップ１１０が突出した形態で電極端子１１１を形成し、前記トップキャップ１１０の一部は、内部ガスが特定の気圧以上に達する場合、穿孔されるように構成されている。
また、前記円筒型電池セル１００は、電池セルの内部温度の上昇時に、電池抵抗が大きく増加して電流を遮断する安全素子１２２（例えば、ＰＴＣ素子（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ），ＴＣＯなど）を下部に備え得る。そして、前記円筒型電池セル１００は、定常状態では下向きに突出した形状となっているが、電池の内部圧力の上昇時、突出しながら破裂して気体を排気する安全ベント構造１３０（ｓａｆｅｔｙ ｖｅｎｔ）を備え得る。
しかし、本発明によるバッテリーモジュール２００には、前述した円筒型電池セル１００のみに限定されず、本願発明の出願時点にける公知の多様な円筒型電池セルが採用され得る。
一方、前記モジュールハウジング２１０は、上部ケース２１０Ａ及び下部ケース２１０Ｂを含み得る。
そして、前記モジュールハウジング２１０の上部ケース２１０Ａ及び下部ケース２１０Ｂの各々には、前記円筒型電池セル１００を内部に挿入して収容できる収容部２１２Ａ、２１２Ｂが備えられ得る。具体的に、前記収容部２１２Ａ、２１２Ｂは、前記円筒型電池セル１００の外面を囲むように形成された中空Ｈ２が複数個形成され得る。
また、前記モジュールハウジング２１０は、内部空間を形成するように、前、後、左、右方向に形成された第１外壁２１０ａ、第２外壁２１０ｂ、第３外壁２１０ｃ及び第４外壁２１０ｄを備え得る。
また、図４を参照すれば、前記ロボットアーム３１０は、柱部３１１、第１連結部３１２、第２連結部３１３、第３連結部３１４、第４連結部３１５、回転駆動部（図７の３１６）及び駆動軸３１７を備え得る。
具体的に、前記柱部３１１は、前記ロボットアーム３１０が設けられる底面と連結された部位であり得る。また、前記柱部３１１は、前記ロボットアーム３１０の第１連結部３１２を上下方向（Ｚ方向）の回転軸Ｅ１を中心にして回動するように構成され得る。例えば、前記柱部３１１は、電動モーター（図示せず）を内蔵し得る。
さらに、前記第１連結部３１２は、前記柱部３１１の上部に連結され得る。そして、前記第１連結部３１２は、前記第１連結部３１２が位置した方向の対応方向の前記第２連結部３１３の末端部３１３ａ（上端部）を下方へ下ろすか又は上方へ上げるように構成され得る。このために、前記第１連結部３１２は、前記第２連結部３１３の一端部（下端部）と連結され得る。さらに、前記第１連結部３１２は、Ｙ方向の回転軸Ｅ２によって前記第２連結部３１３を回動させるように電動モーター（図示せず）を備え得る。
また、前記第２連結部３１３は、前記第２連結部３１３が位置した方向の対応方向の前記第３連結部３１４の末端部３１４ａを下方へ下ろすか、上方へ上げるように構成され得る。このために、前記第２連結部３１３は、前記第３連結部３１４の一端部と連結され得る。さらに、前記第２連結部３１３は、Ｙ方向の回転軸Ｅ３によって前記第３連結部３１４を回動させるように電動モーター（図示せず）を備え得る。
そして、前記第３連結部３１４は、前記第４連結部３１５の一端部と連結され得る。さらに、前記第３連結部３１４は、前記第４連結部３１５をＸ方向の回転軸Ｅ４によって回動させるように電動モーター（図示せず）を備え得る。
さらに、前記第４連結部３１５は、前記回転駆動部３１６の両側部（図７の３１６参照）と連結され得る。前記第４連結部３１５は、Ｙ方向の回転軸Ｅ５によって前記回転駆動部３１６を回動させるように電動モーター（図示せず）を備え得る。
また、本発明の製造装置３００は、中央制御部（図示せず）を備え得る。前記中央制御部は、前記第１連結部３１２、前記第２連結部３１３、前記第３連結部３１４及び前記第４連結部３１５の回動をコントロールするように構成され得る。また、前記中央制御部は、後述する駆動軸３１７、回転駆動部３１６、第１グリッパー３２０、第２グリッパー３３０及び第３グリッパー３４０の駆動もコントロールするように構成され得る。さらに、前記中央制御部は、作業者が直接コントロールできる操作部と連結され得る。また、前記中央制御部は、製造工程に必要な前記ロボットアームの実行命令で構成されたプログラムによって作動し得る。
また、前記回転駆動部３１６は、前記駆動軸３１７の末端部３１７ａを上方向へ持ち上げるか又は下方へ下ろすように構成され得る。さらに、前記回転駆動部３１６には、前記駆動軸３１７の一端部が挿入された形態を有し得る。
そして、前記駆動軸３１７は、Ｘ軸方向の回転軸Ｅ６によって回転するように構成され得る。即ち、前記駆動軸３１７は、末端部３１７ａの上下方向（Ｚ方向）への移動と、Ｘ軸方向への時計回りまたは反時計回りの回転と、の二つの方向の移動が可能である。
図５は、本発明の一実施例による製造装置の一部を概略的に示す斜視図である。
図１及び図４と共に、図５を参照すれば、前記ロボットアーム３１０は、第１グリッパー３２０、第２グリッパー３３０及び第３グリッパー３４０を含み得る。また、前記第１グリッパー３２０は、前記複数の円筒型電池セル１００を掴むか又は放すように構成され得る。さらに、前記第２グリッパー３３０は、前記上部ケース２１０Ａを掴むか又は放すように構成され得る。そして、前記第３グリッパー３４０は、前記下部ケース２１０Ｂを掴むか又は放すように構成され得る。
さらに、前記ロボットアーム３１０は、前記第１グリッパー３２０、前記第２グリッパー３３０及び前記第３グリッパー３４０を搭載するように構成されたディスク３５０を含み得る。具体的に、前記ディスク３５０は、側面より相対的に広い上下面３５０ａ、３５０ｂを有する板状であり得る。さらに、前記ディスク３５０の広い一面３５０ａには、前記駆動軸３１７の軸方向の末端部が結合部材３５２を介して連結され得る。
そして、前記駆動軸３１７は、図４のＸ軸方向の回転軸Ｅ６によって回転して前記ディスク３５０を回動するように構成され得る。さらに、前記駆動軸３１７は、末端部が回転軸Ｅ５によって上下方向（Ｚ方向）へ移動することで、前記ディスク３５０の広い上下面３５０ａ、３５０ｂが、地面Ｇ１と垂直な方向へ立てられた形態を有するか、または地面Ｇと平行するように位置させ得る。
しかし、前記第１連結部３１２、前記第２連結部３１３、前記第３連結部３１４、前記第４連結部３１５、前記回転駆動部３１６及び前記駆動軸３１７の前記Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向のみに限定されず、前記ロボットアーム３１０が、状況によって、前記第１連結部３１２、前記第２連結部３１３、前記第３連結部３１４、前記第４連結部３１５、前記回転駆動部３１６及び前記駆動軸３１７の位置が変更される度に、その構成の回転方向は３次元的に変更され得る。
より具体的に、前記第１グリッパー３２０は、複数の第１クランプ部３２１、複数の第１クランプ駆動部３２３及び固定フレーム３２５を備え得る。
ここで、図５のＦ方向から見る場合、前記複数の第１クランプ部３２１は、前記複数の円筒型電池セル１００各々を掴むか又は放すように構成され得る。具体的に、前記第１クランプ部３２１は、長手方向に延びた一対のフィンガー３２１ａ、３２１ｂを備え得る。そして、前記一対のフィンガー３２１ａ、３２１ｂの長手方向の上部は、前記第１クランプ駆動部３２３と連結され得る。さらに、前記第１クランプ駆動部３２３によって、前記一対のフィンガー３２１ａ、３２１ｂの下部は、前記一つの円筒型電池セル１００を掴むか又は放すように構成され得る。また、前記第１クランプ部３２１の前記円筒型電池セル１００と対向する内側には、前記円筒型電池セル１００の上端部を加圧しないように外側方向へ凹んだ凹溝Ｈ１が形成され得る。
即ち、前記円筒型電池セル１００の上端部は、安全素子及び安全ベント構造などの弱い衝撃にも損傷や不良が発生し得る構成が位置した部分であって、前記第１クランプ部３２１が円筒型電池セル１００の上端部を掴むために加圧する力でも損傷する可能性がある。
例えば、図５に示したように、前記第１クランプ部３２１は、一対のフィンガー３２１ａ、３２１ｂが備えられ得る。また、前記一対のフィンガー３２１ａ、３２１ｂの前記円筒型電池セル１００の上端部と対向する内側には、外側方向へ凹んだ凹溝Ｈ１が各々形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明の第１クランプ部３２１に凹んだ凹溝Ｈ１を形成することで、前記第１クランプ部３２１が前記円筒型電池セル１００を掴む過程で前記円筒型電池セル１００の上端部を加圧することを防止することができるため、前記円筒型電池セル１００の安全素子１２２及び安全ベント構造１３０などの損傷ないし不良を減らすことができる。
また、前記第１クランプ駆動部３２３は、前記複数の第１クランプ部３２１各々の掴み又は放し動作を制御するように構成され得る。例えば、前記第１クランプ駆動部３２３は、空圧シリンダー３２４を備え得る。さらに、前記空圧シリンダー３２４のシリンダー（図示せず）は、前記複数の第１クランプ部３２１各々の上端部と連結されるように構成され得る。そして、前記空圧シリンダー３２４には、空気が注入または吸入される注入口３２４ｃが形成され得る。さらに、前記注入口３２４ｃに空気が注入されると、前記第１クランプ部３２１の二つのフィンガー３２１ａ、３２１ｂの距離が遠くなるようにシリンダーが移動し、前記注入口から空気が吸入されると、前記第１クランプ部３２１の一対のフィンガー３２１ａ、３２１ｂの距離が近くなるようにシリンダーが移動し得る。
図６は、本発明の一実施例による製造装置の一部構成である圧縮機及び第１グリッパーを分離して概略的に示す斜視図であり、図面説明の便宜のために、圧縮機３９０の空気排出口と空圧シリンダーの注入口とを連結する空気ホースは省略して示した。
図５と共に図６を参照すれば、本発明の製造装置３００は、前記空圧シリンダー３２４の注入口３２４ｃに圧縮空気を供給するように構成された圧縮機３９０を含み得る。具体的に、前記圧縮機３９０は、外部空気を吸入して圧縮した後、空気排出口３９１を通して前記空圧シリンダー３２４の注入口３２４ｃに圧縮空気を供給し得る。
さらに、前記圧縮機３９０は、下記で説明する前記第２グリッパー３３０の空圧シリンダー（図８の３３４）及び前記第３グリッパー３４０の空圧シリンダー（図８の３４４）にも圧縮空気を供給するように別途の注入口３９２、３９３が形成され得る。
一方、前記固定フレーム３２５は、一部位が前記ディスク３５０に結合した形態であり得る。また、前記固定フレーム３２５は、前記複数の第１クランプ駆動部３２３と連結されるように構成され得る。
具体的に、前記固定フレーム３２５は、移動バー３２６、固定パネル３２５ｂ及び弾性部材３２７を備え得る。さらに、前記移動バー３２６は、外側に前記第１クランプ駆動部３２３を搭載する本体部３２６ａ及び前記本体部３２６ａの一側に結合したボルト３２６ｂが備え得る。
例えば、図５に示したように、前記移動バー３２６の本体部３２６ａは、前記ディスク３５０の広い一面３５０ａと所定の距離で離隔して位置し得る。そして、前記本体部３２６ａの外側に前記第１クランプ駆動部３２３を搭載し得る。さらに、前記本体部３２６ａの上端には、上方へ直立した形態のボルト３２６ｂが形成され得る。
さらに、図５と共に図６を参照すれば、前記固定パネル３２５ｂは、Ｆ方向から見る場合、前記ディスク３５０の広い一面３５０ａと垂直な方向へ延びた板状を有し得る。また、前記固定パネル３２５ｂの両端部３２５ｂ１、３２５ｂ２は、上方へ折り曲げられ、左右方向にさらに折り曲げられた形態を有し得る。さらに、前記固定パネル３２５ｂには、前記移動バー３２６のボルト３２６ｂの長手方向へ移動をガイドするように前記ボルト３２６ｂが上下方向へ移動可能に貫通したガイドホールＨ３が複数個形成され得る。さらに、前記ガイドホールＨ３（図５）は、前記ボルト３２６ｂの一部が挿入されるように、前記ボルト３２６ｂの長手方向（上下方向）へ穿孔された形態を有し得る。
例えば、図５に示したように、前記ディスク３５０の広い一面３５０ａには、前記固定パネル３２５ｂが前記ディスク３５０の広い一面３５０ａと垂直に延びて位置し得る。さらに、前記固定パネル３２５ｂの一部位（内側部位）は、前記ディスク３５０と結合した形態を有し得る。そして、前記固定パネル３２５ｂには、ガイドホールＨ３が７個形成され得る。また、前記７個のガイドホールＨ３各々には、前記第１クランプ駆動部３２３のボルト３２６ｂが７個挿入され得る。
さらに、前記ボルト３２６ｂのヘッドが前記ガイドホールＨ３の周辺部によって阻止され、前記第１クランプ駆動部３２３が固定された形態を有し得る。即ち、前記ガイドホールＨ３は、前記ボルト３２６ｂがヘッドより小さい大きさを有し得る。
さらに、前記弾性部材３２７は、前記移動バー３２６に上方及び／または下方へ所定の力を加えるように構成され得る。例えば、図５に示したように、前記弾性部材３２７は、ばねであり得る。また、前記ばねは、前記ボルト３２６ｂの軸部を囲む形態であり得る。さらに、前記ばねは、前記固定パネル３２５ｂの下部と前記第１クランプ駆動部３２３の移動バー３２６ａとの間に位置し得る。
これによって、図６のように、前記第１グリッパー３２０の第１クランプ部３２１が上方Ｓへ力を受ける場合、前記第１クランプ部３２１と連結された前記第１クランプ駆動部３２３が上方Ｓへ移動し、これと同時に、前記第１クランプ駆動部３２３と連結された前記移動バー３２６も上方Ｓへ移動し得る。この際、前記弾性部材３２７は、下方へ所定の力を加えるように構成され得る。即ち、前記弾性部材３２７は、前記第１クランプ部３２１が受けた上方Ｓへの力を緩衝する用途に設けられ得る。さらに、前記弾性部材３２７は、前記移動バー３２６のボルト３２６ｂが小さい力でも所定の高さ以上に移動しないように阻止し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記固定フレーム３２５は、前記第１クランプ駆動部３２３と連結された移動バー３２６を、弾性部材３２７を用いて弾力的にボルト３２６ｂの長手方向（上方）へ移動可能に構成することで、前記第１グリッパー３２０が円筒型電池セル１００を前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１２Ｂに収納する過程で発生する衝撃を前記固定フレーム３２５の弾性部材３２７が吸収（緩衝）できる。即ち、本発明の製造装置３００は、製造過程中で円筒型電池セル１００に加えられる衝撃を減らすことができ、バッテリーモジュール２００の電池セル１００の不良を最小化することができる。
一方、図２と共に図５をさらに参照すれば、前記固定フレーム３２５には、前記第１クランプ部３２１が前記円筒型電池セル１００を前記下部ケース２１０Ｂに形成された中空に挿入する動作で誤組付けされることを感知するように構成された誤組付けセンサー部３２８が備えられ得る。
具体的に、前記誤組付けセンサー部３２８には、レーザセンサ３２８ｓを備え得る。また、前記レーザセンサ３２８ｓは、レーザーを出力する発光部３２８ｓ１及び前記発光部３２８ｓ１から出力されたレーザーを感知するように構成された受光部３２８ｓ２を備え得る。さらに、前記レーザセンサ３２８ｓは、前記移動バー３２６のボルト３２６ｂが上部へ移動したことを感知するように前記固定パネル３２５ｂに形成され得る。より具体的に、前記レーザセンサ３２８ｓの発光部３２８ｓ１及び受光部３２８ｓ２各々は、前記固定パネル３２５ｂの両端に形成され得る。
そして、発光部３２８ｓ１から出力されたレーザーＬ１が受光部３２８ｓ２に到達できない場合、即ち、前記移動バー３２６のボルト３２６ｂが上部へ移動してレーザーＬ１の進行を遮る場合、レーザセンサ３２８ｓは、受光部３２８ｓ２にレーザーＬ１が到達していない状況を感知できる。
例えば、図５に示したように、前記固定パネル３２５ｂには、７個の移動バー３２６が搭載され得る。また、前記７個の移動バー３２６の７個のボルト３２６ｂは、前記固定パネル３２５ｂに形成された７個のガイドホール（図６のＨ３）に挿入された形態を有し得る。そして、前記固定パネル３２５ｂのガイドホールＨ３が配列された方向の両端部３２５ｂ１、３２５ｂ２の各々には、前記レーザセンサ３２８ｓの発光部３２８ｓ１及び受光部３２８ｓ２が形成され得る。さらに、前記レーザセンサ３２８ｓは、前記移動バー３２６のボルト３２６ｂが上部へ移動したか否かを感知するように発光部３２８ｓ１と受光部３２８ｓ２とを相互に対向するように位置させることができる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記固定フレーム３２５に誤組付けセンサー部３２８を備えることで、前記円筒型電池セル１００を前記下部ケース２１０Ｂに形成された中空に挿入する動作における誤組付けを感知することが可能である。これによって、前記複数の円筒型電池セル１００が誤組付けされる過程で発生し得る衝撃によって前記円筒型電池セル１００が爆発または発火することを防止することができる。さらに、前記製造装置３００は、前記複数の円筒型電池セル１００の不良を減らすことができるという効果を奏する。
図７は、本発明の一実施例による製造装置の他の動作を概略的に示す一部斜視図である。そして、図８は、本発明の一実施例による製造装置の他の動作を概略的に示す一部斜視図である。参照までに、図７ではロボットアーム３１０が第２グリッパー３３０を用いて、前記モジュールハウジング２１０の上部ケース２１０Ａを前記下部ケース２１０Ａの上部へ移動させる状況を示した。
図７及び図８を参照すれば、前記第２グリッパー３３０は、第２クランプ部３３１、第２クランプ駆動部３３３及び加圧片３３６を備え得る。
具体的に、前記第２クランプ部３３１は、加圧板３３１ａ及び移動軸３３１ｂを備え得る。より具体的に、前記加圧板３３１ａは、前記上部ケース２１０Ａの両側部を加圧するように構成され得る。例えば、図８に示したように、前記第２クランプ部３３１は、Ｆ方向から見る場合、前記バッテリーモジュール２００の上部ケース２１０Ａの水平方向（左右方向）の両側に位置するように構成された二つの加圧板３３１ａを備え得る。さらに、前記加圧板３３１ａは、前記移動軸３３１ｂの移動によって前記上部ケース２１０Ａの左右方向の両側部を加圧するように構成され得る。
また、前記第２クランプ部３３１は、前記ディスク３５０の広い一面３５０ａと平行する方向へ長く延びた二つの移動軸３３１ｂを備え得る。また、前記移動軸３３１ｂは、外側方向の末端部に加圧板３３１ａが結合し、内側方向の末端部（図示せず）には、前記第２クランプ駆動部３３３と連結され得る。
例えば、前記第２クランプ駆動部３３３は、空圧シリンダー３３４を備え得る。さらに、前記空圧シリンダー３３４のシリンダー（図示せず）は、前記第２クランプ部３３１の移動軸３３１ｂと連結されるように構成され得る。さらに、前記空圧シリンダー３３４には、空気が注入または吸入される注入口（図示せず）が形成され得る。二つのうち一つの注入口に空気が注入されると、前記第２クランプ部３３１の二つの加圧板３３１ａの距離が相互に遠ざかるように移動し、前記注入口から空気が吸入されると、前記第２クランプ部３３１の二つの加圧板３３１ａの距離が相互に近づくように移動させ得る。
さらに、前記移動軸３３１ｂは、前記複数の加圧板３３１ａが相互に近づく方向または遠ざかる方向へ移動可能に構成され得る。
例えば、図８に示したように、前記第２クランプ部３３１は、二つの移動軸３３１ｂを備え得る。そして、前記二つの移動軸３３１ｂは、前記複数の加圧板３３１ａが相互に近づく方向または相互に遠ざかる方向へ移動可能に構成され得る。
そして、前記加圧板３３１ａの前記上部ケース２１０Ａの外面と対向する内側面には、前記加圧板３３１ａの内側面から前記上部ケース２１０Ａが位置した方向へ突出した形態を有する少なくとも一つの接触部材３３１ｃが形成され得る。
一方、本明細書で記載された、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、Ｆ方向から見ることを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向に区分して示す。
例えば、図８に示したように、前記第２クランプ部３３１には二つの加圧板３３１ａが備えられ得る。そして、前記二つの加圧板３３１ａの各々の内側面には、前記上部ケース２１０Ａが位置した方向へ突出した形態を有する二つの接触部材３３１ｃが形成され得る。さらに、前記接触部材３３１ｃは、前記上部ケース２１０Ａの外側壁に形成された突起などの構造または部品などを加圧することを回避できる位置に形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第２クランプ部３３１の加圧板３３１ａに接触部材３３１ｃを形成することで、前記第２グリッパー３３０が前記上部ケース２１０Ａを掴む過程で不適切な部位を加圧することによる前記上部ケース２１０Ａの損傷または落下を防止することができる。
そして、前記第２グリッパー３３０は、前記上部ケース２１０Ａを前記下部ケース２１０Ｂが位置した方向へ加圧するように構成された加圧片３３６を備え得る。具体的に、前記加圧片３３６は、前記ディスク３５０の他面（下面）３５０ｂと連結され得る。さらに、前記加圧片３３６は、前記ディスク３５０の水平方向の側面よりも相対的に広い下面３５０ｂに垂直な方向へ突出して延びるように構成され得る。
例えば、図８に示したように、二つの加圧片３３６が前記ディスク３５０の下面３５０ｂに結合し得る。また、前記加圧片３３６は、長手方向の両端部が上方へ折り曲げられたバー形状を有し得る。さらに、前記加圧片３３６の下部には、体積変化を起こしやすい軟らかい素材を備えた緩衝パッド３３５が形成され得る。
また、前記加圧片３３６の折り曲げられた両端部の間に前記第２クランプ部３３１の移動軸３３１ｂが位置し得る。例えば、図８に示したように、前記ディスク３５０の下面３５０ｂには二つの加圧片３３６が形成され得る。さらに、前記第２クランプ部３３１の移動軸３３１ｂが前記二つの加圧片３３６の各々の開放された中心部を貫通するように位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第２グリッパー３３０は、前記上部ケース２１０Ａを前記下部ケース２１０Ｂが位置した方向に加圧するように構成された加圧片３３６を備えることで、前記上部ケース２１０Ａを前記下部ケース２１０Ｂの上部に完全に結合するように助けることができる。さらに、前記第２クランプ部３３１が前記上部ケース２１０Ａを前記下部ケース２１０Ｂの上部に載せると共に、前記加圧片３３６が上部ケース２１０Ａを下方へ加圧することができ、効率的な結合作業を行うことができるという利点がある。
さらに、図７及び図８を参照すれば、前記第３グリッパー３４０は、第３クランプ部３４１、少なくとも一つの第３クランプ駆動部３４３及びフック３４１ｃを備え得る。
具体的に、前記第３クランプ部３４１には、複数のフィンガーユニット３４１ａ及び前記フィンガーユニット３４１ａの前記ディスク３５０から遠ざかる方向（下方）の末端部に連結された加圧バー３４１ｂが備えられ得る。また、前記複数のフィンガーユニット３４１ａは、両端部が下方へ折り曲げられた形態であり得る。さらに、前記複数のフィンガーユニット３４１ａは、相互に近づくかまたは相互に遠ざかるように移動し得る。そして、前記加圧バー３４１ｂは、前記下部ケース２１０Ｂの水平方向の両側部を加圧するように前記下部ケース２１０Ｂの外側面に沿って長く形成され得る。
さらに、前記第３クランプ駆動部３４３は、前記フィンガーユニット３４１ａの動作を制御するように構成され得る。例えば、前記第３クランプ駆動部３４３は、空圧シリンダー３４４を備え得る。さらに、前記空圧シリンダー３４４のシリンダー（図示せず）は、前記第３クランプ部３４１のフィンガーユニット３４１ａの一端部と連結されるように構成され得る。そして、前記空圧シリンダー３４４には、空気が注入または吸入される注入口３４４ｂが形成され得る。さらに、前記注入口３４４ｂに空気が注入されると、前記第３クランプ部３４１の二つのフィンガーユニット３４１ａの距離が相互に遠ざかるように移動し、前記注入口３４４ｂから空気が吸入されると、前記第３クランプ部３４１の二つのフィンガーユニット３４１ａの距離が相互に近くなるように移動させ得る。
また、前記フック３４１ｃは、前記加圧バー３４１ｂの下部（前記ディスク３５０と遠くなる方向の端部）に連結されるように構成され得る。具体的に、前記フック３４１ｃは、前記下部ケース２１０Ｂの下面２１０Ｂ１に一部が接触するように前記加圧バー３４１ｂから前記下部ケース２１０Ｂが位置した方向（前記二つのフィンガーユニット３４１ａが近づく方向）へフック３４１ｃ形態で突出して延び得る。
例えば、図８に示したように、前記加圧バー３４１ｂの長手方向の両端部の各々の下部には、二つのフック３４１ｃが各々形成され得る。さらに、前記フック３４１ｃは、前記加圧バー３４１ｂが前記下部ケース２１０Ｂの外側面を加圧すると共に、前記フック３４１ｃの尖った部位が前記下部ケース２１０Ｂの下面２１０Ｂ１に接触するように位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第３グリッパー３４０は、前記加圧バー３４１ｂに形成されたフック３４１ｃを備えることで、前記加圧バー３４１ｂが前記下部ケース２１０Ｂの両側部を加圧することで前記下部ケース２１０Ｂを掴むと共に、前記フック３４１ｃが前記下部ケース２１０Ｂの下面２１０Ｂ１を上方へ支持できるため、前記第３クランプ駆動部３４３が前記下部ケース２１０Ｂを落とすなどの事故を効果的に防止することができる。
また、図８をさらに参照すれば、前記ディスク３５０の他面３５０ｂには、前記下部ケース２１０Ｂに収容された複数の円筒型電池セル１００の挿入された高さを均一にするように構成された整理部３８０が形成され得る。具体的に、前記整理部３８０は、前記下部ケース（図２の２１０Ｂ）に収容された前記複数の円筒型電池セル（図２の１００）の上部を下方へ加圧する加圧面３８０ａを有し得る。
また、前記整理部３８０は、前記固定フレーム３２５が位置した方向の対応方向に位置し得る。即ち、前記固定フレーム３２５が前記ディスク３５０の一面３５０ａ（上面）に位置する場合、前記整理部３８０は、前記ディスク３５０の他側面３５０ｂ（下面）に位置し得る。
例えば、図８に示したように、前記ディスク３５０の他面３５０ｂには整理部３８０が形成され得る。そして、前記整理部３８０には、前記下部ケース２１０Ｂの上部面に対応する大きさの加圧面３８０ａを有し得る。さらに、前記加圧面３８０ａは、前記複数の円筒型電池セル１００の上部を下方へ加圧するように構成され得る。
一方、さらに図２と共に図５を参照すれば、本発明は、前記製造装置３００用いてバッテリーモジュール２００を製造する方法を提供する。
具体的に、前記製造方法は、前記第１グリッパー３２０が一方向へ配列された複数の円筒型電池セル１００を掴む過程、前記第１グリッパー３２０が複数の円筒型電池セル１００を前記下部ケース２１０Ｂに形成された中空Ｈ２に挿入した後、複数の円筒型電池セル１００を放す過程、前記第２グリッパー３３０が前記上部ケース２１０Ａを掴む過程、前記第２グリッパー３３０が前記下部ケース２１０Ｂの上部に前記上部ケース２１０Ａを載せ、前記上部ケース２１０Ａを前記下部ケース２１０Ｂの上に加圧する過程、前記第３グリッパー３４０が前記上部ケース２１０Ａが搭載された前記下部ケース２１０Ｂを掴む過程及び前記ロボットアーム３１０が第３グリッパー３４０に掴まれた組み立て済のバッテリーモジュール２００を設定された位置へ移動させる過程を含み得る。
具体的に、図５を参照すれば、前記第１グリッパー３２０が一方向へ配列された複数の円筒型電池セル１００を掴む過程では、前記第１グリッパー３２０が一方向へ配列された複数の円筒型電池セル１００の上部まで移動した後、前記第１グリッパー３２０の第１クランプ部３２１ａが下方へ移動すると共に前記複数の円筒型電池セル１００の本体を掴み得る。この際、前記ロボットアーム３１０は、図５に示したように、前記ディスク３５０の広い面３５０ａが水平方向へ配置され、第１グリッパー３２０が前記ディスク３５０の下部に位置するように、第１連結部３１２、第２連結部３１３、第３連結部３１４、第４連結部３１５、回転駆動部（図７の３１６）及び駆動軸３１７を移動させ得る。
これと同様に、前記製造方法に含まれた各々の製造過程で、前記ロボットアーム３１０は、第１グリッパー３２０、第２グリッパー３３０または第３グリッパー３４０が適切な位置へ移動及び回転できるように、第１連結部３１２、第２連結部３１３、第３連結部３１４、第４連結部３１５、回転駆動部（図７の ３１６）及び駆動軸３１７を移動させ得る。
一方、本発明は、前記製造装置３００によって製造されたことを特徴とするバッテリーモジュール２００を提供することができる。そして、本発明は、前記バッテリーモジュール２００が複数個具備されたバッテリーパック（図示せず）を提供することができる。さらに、前記バッテリーパックは、複数の円筒型電池セル１００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）、電流センサー（図示せず）、ヒューズ（図示せず）などをさらに含み得る。
また、本発明によるバッテリーモジュール２００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用可能である。即ち、本発明による自動車は、前記バッテリーモジュール２００を含み得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明は、バッテリーモジュールを製造する製造装置に関する。また、本発明は、製造装置によって製造されたバッテリーモジュールを備えた電子デバイス及び自動車関連産業に利用可能である。
１００ 円筒型電池セル
１１１、１１２ 電極端子
２００ バッテリーモジュール
２１０ モジュールハウジング
２１０Ａ 上部ケース
２１０Ｂ 下部ケース
３００ 製造装置
３１０ ロボットアーム
３１６ 回転駆動部
３１７ 駆動軸
３２０ 第１グリッパー
３２１ 第１クランプ部
３２３ 第１クランプ駆動部
３２５ 固定フレーム
３２５ｂ 固定パネル
３２６ 移動バー
３２７ 弾性部材
３２８ 誤組付けセンサー部
３２８ｓ レーザセンサ
３３０ 第２グリッパー
３３１ 第２クランプ部
３３１ａ 加圧板
３３１ｂ 移動軸
３３３ 第２クランプ駆動部
３３６ 加圧片
３４０ 第３グリッパー
３４１ 第３クランプ部
３４１ａ フィンガーユニット
３４１ｂ 加圧バー
３４１ｃ フック
３４３ 第３クランプ駆動部
３５０ ディスク
Ｈ１ 凹溝

Claims (11)

  1. 複数の円筒型電池セルと、前記複数の円筒型電池セルを収容するように構成された上部ケース及び下部ケースを備えたモジュールハウジングと、を備えるバッテリーモジュールを製造するためのロボットアームを含む製造装置であって、
    前記ロボットアームは、
    前記複数の円筒型電池セルを掴むか又は放すように構成された第１グリッパーと、
    前記上部ケースを掴むか又は放すように構成された第２グリッパーと、
    前記下部ケースを掴むか又は放すように構成された第３グリッパーと、
    を含むことを特徴とする、製造装置。
  2. 前記ロボットアームは、
    側面より相対的に広い上下面を有する板状であり、前記第１グリッパー、前記第２グリッパー及び前記第３グリッパーが搭載されたディスクと、
    長手方向の末端部が前記ディスクと連結されて回転することで前記ディスクを回転移動させるように構成された駆動軸と、
    前記駆動軸の末端部を上方へ持ち上げるか又は下方へ下ろすように構成された回転駆動部と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の製造装置。
  3. 前記第１グリッパーは、
    前記複数の円筒型電池セルの各々を掴むか又は放すように構成された複数の第１クランプ部と、
    前記複数の第１クランプ部の各々の端部と連結され、前記複数の第１クランプ部の各々の掴み又は放し動作を制御するように構成された複数の第１クランプ駆動部と、
    前記複数の第１クランプ駆動部と連結され、一部位が前記ディスクに結合している固定フレームと、
    を含むことを特徴とする、請求項２に記載の製造装置。
  4. 前記第１クランプ部の前記円筒型電池セルと対向する内側には、前記円筒型電池セルの上端部を加圧しないように前記第１クランプ部の外側方向へ凹んだ凹溝が形成されたことを特徴とする、請求項３に記載の製造装置。
  5. 前記固定フレームは、
    外側に前記第１クランプ駆動部を搭載する本体部及び前記本体部の一側に結合したボルトが備えられた移動バーと、
    前記移動バーの前記ボルトの長手方向への移動をガイドするように、前記ボルトの一部が挿入される、穿孔された形態のガイドホールが形成された固定パネルと、
    前記移動バーに前記ボルトの長手方向へ所定の力を加えるように構成された弾性部材と、
    を含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の製造装置。
  6. 前記固定フレームには、前記第１クランプ部が前記円筒型電池セルを前記下部ケースに形成された中空に挿入する動作における誤組付けを感知するように構成された誤組付けセンサー部が備えられていることを特徴とする、請求項５に記載の製造装置。
  7. 前記誤組付けセンサー部は、前記移動バーの前記ボルトが上部へ移動したことを感知するように、前記固定パネルに形成されたレーザセンサを含むことを特徴とする、請求項６に記載の製造装置。
  8. 前記第２グリッパーは、
    前記上部ケースの両側部を加圧するように構成された複数の加圧板、前記複数の加圧板が相互に近づく方向または相互に遠ざかる方向へ移動可能に構成された移動軸を備える第２クランプ部と、
    前記移動軸の移動を制御するように構成された少なくとも一つの第２クランプ駆動部と、
    前記ディスクと連結され、前記上部ケースを前記下部ケースが位置した方向へ加圧するように構成された加圧片と、
    を含むことを特徴とする、請求項２～７のいずれか一項に記載の製造装置。
  9. 前記第３グリッパーは、
    折り曲げられた形状を有して相互に近づくか又は相互に遠ざかるように構成された複数のフィンガーユニットと、前記フィンガーユニットの末端部に連結され、前記下部ケースの水平方向の両側部を加圧するように加圧バーと、が備えられた第３クランプ部と、
    前記フィンガーユニットの動作を制御するように構成された少なくとも一つの第３クランプ駆動部と、
    前記加圧バーと連結され、前記下部ケースの下端部にかかるように構成されたフックと、
    を含むことを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の製造装置。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の製造装置を用いてバッテリーモジュールを製造する、製造方法。
  11. 請求項１～９のいずれか一項に記載の製造装置によって製造された、バッテリーモジュール。
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