KR102405965B1 - 버스바 프레임 조립장치 - Google Patents

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KR102405965B1
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유광룡
안민호
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주식회사 신룡
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Abstract

본 발명은 정렬된 버스바 프레임을 배터리셀 모듈에 자동으로 조립시키기 위한 버스바 프레임 조립장치에 관한 것으로, 상면커버 및 그 양측에 힌지결합된 측면커버를 포함하는 버스바 프레임을 배터리 셀적층체에 조립하기 위한 버스바 프레임 조립장치로서, 상기 버스바 프레임의 상면커버가 흡착되는 척장착플레이트; 상기 척장착플레이트에 회전가능하게 연결되고, 상기 측면커버를 그립하여 회전에 따라 상기 상면커버에 대해 상기 측면커버를 일정 각도로 벌어지도록 하는 척유닛; 및 상기 척유닛을 회전시키도록 구동력을 인가하는 구동부;를 포함한다.

Description

버스바 프레임 조립장치{ASSEMBLY APPARATUS FOR BUSBAR FRAME}
본 발명은 버스바 프레임 조립장치로서, 더욱 상세하게는 정렬된 버스바 프레임을 배터리셀 모듈에 자동으로 조립시키기 위한 버스바 프레임 조립장치에 관한 것이다.
근래 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 사용되고 있다. 특히, 중대형 장치에 이용되는 경우, 고출력 대용량 배터리의 필요성으로 인해 복수 개의 배터리셀을 적층시킨 후 이를 전기적으로 직렬 및 병렬 연결한 배터리셀 모듈이 사용된다.
배터리 모듈 내부에서 이차 전지가 전기적으로 연결되기 위해서는, 전극 리드가 상호 연결되고, 그러한 연결 상태를 유지하기 위해 연결 부분이 용접될 수 있다. 배터리 모듈은 이차 전지들 간의 병렬 또는 직렬의 전기적 연결을 가질 수 있는데, 이를 위해 전극 리드의 일단부는 각 배터리셀 간의 전기적 연결을 위한 버스바에 용접 등의 방식으로 접촉 고정될 수 있다.
그리고, 각 배터리셀 사이의 전기적 연결은 전극 리드를 버스바에 접합시키는 방식으로 구성되는 경우가 많다. 이때, 배터리셀을 병렬로 전기적으로 연결시키기 위해서는 동일 극성의 전극 리드를 서로 연결 접합시키고, 직렬로 전기적으로 연결시키기 위해서는 다른 극성의 전극 리드를 서로 연결 접합시킨다.
한편, 배터리셀 모듈은 배터리셀 적층체의 외측에 배치되는 버스바 프레임이나 플레이트 등이 서로 힌지 결합되게 하는 힌지 구조를 포함한다. 구체적으로, 버스바 프레임은 배터리셀 적층체의 상면을 덮는 상면커버와 상면커버의 양측에 힌지 결합되어 배터리셀 적층체의 측면을 덮는 측면커버로 구성된다. 다만, 현재까지는 배터리셀 적층체에 버스바 프레임을 조립하는 과정이 수작업으로 진행되었다. 버스바 프레임은 절연성 수지 재질로 구성되어 자중에 의해 벤딩되거나, 상면커버와 측면커버가 힌지 결합되어 있어 배터리셀 적층체에 조립하기 전 정렬하는 과정이 어렵기 때문이다.
따라서, 배터리셀 적층체에 조립하기 전 버스바 프레임을 정렬하거나 배터리셀에 조립하는 작업을 자동화하기 위한 연구의 필요성이 제기된다.
한국공개특허 제10-2020-0075478호(힌지 구조를 포함하는 버스바 프레임 및 이를 포함하는 전지팩)
본 발명의 과제는 상술한 종래 기술이 가진 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 버스바 프레임을 배터리셀에 자동으로 조립할 수 있는 기술을 제시하고자 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 버스바 프레임 조립장치는, 상면커버 및 그 양측에 힌지결합된 측면커버를 포함하는 버스바 프레임을 배터리 셀적층체에 조립하기 위한 버스바 프레임 조립장치로서, 상기 버스바 프레임의 상면커버가 흡착되는 척장착플레이트; 상기 척장착플레이트에 회전가능하게 연결되고, 상기 측면커버를 그립하여 회전에 따라 상기 상면커버에 대해 상기 측면커버를 일정 각도로 벌어지도록 하는 척유닛; 및 상기 척유닛을 회전시키도록 구동력을 인가하는 구동부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 척장착플레이트에는 상기 상면커버를 진공 흡착하는 진공패드가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 척장착플레이트에는 상기 척유닛의 회전을 제한하는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 척유닛은, 상기 구동부의 작동에 따라 회전하는 브라켓; 및 상기 브라켓에 연결되고, 상기 측면커버를 그립하거나 그립해제할 수 있는 그리퍼;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 브라켓은, 상부브라켓; 상기 상부브라켓의 양측에 결합된 측부브라켓;을 포함하고, 상기 측부브라켓은 상기 척장착플레이트와 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 측부브라켓과 상기 척장착플레이트는 척연결브라켓에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 척연결브라켓에는 상기 척유닛의 회전시 충격을 흡수하도록 댐퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 그리퍼에는 상기 측면커버에 형성된 돌기가 삽입되도록 그립홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 그리퍼를 고정시키는 이동부재; 상기 브라켓에 고정된 척실린더; 상기 이동부재와 척실린더를 연결시켜 상기 척실린더를 기준으로 상기 이동부재가 슬라이딩 이동가능하도록 안내하는 가이드부재;를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 그리퍼는 상기 이동부재에 대해 일정한 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구동부는, 구동실린더; 및 상기 구동실린더에 연결되어 전후진 가능하며, 일단이 상기 척유닛에 연결된 로드;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구동실린더는 척장착플레이트와 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 로드의 일단은 상기 척유닛과 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 척장착플레이트에는 이동수단에 체결되거나 체결해제될 수 있는 이동수단연결부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 버스바 프레임의 상면커버 및 측면커버가 일정한 축방향으로 정렬된 상태를 유지하면서 셀적층체에 자동으로 조립될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 측면커버가 벌어진 상태로 정렬된 경우에도 척유닛의 그리퍼가 측면커버를 잡아 고정할 수 있으므로 측면커버의 정렬 상태가 계속 유지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 그리퍼에는 측면커버에 형성된 돌기와 결합될 수 있는 그립홈이 형성되므로 측면커버가 그리퍼에 의해 안정적으로 고정될 수 있고, 추후 셀적층체의 전극리드가 버스바에 삽입될 때 버스바가 밀리거나 미끄러지는 현상이 방지된다.
또한, 본 발명에 따르면 댐퍼가 형성되므로 척유닛의 회전에 따른 충격으로 척유닛이 파손되거나 버스바 프레임을 고정하는 작업 중에 측면커버가 뒤틀리는 문제가 방지된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀적층체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 버스바 프레임 조립장치를 다른 각도로 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치의 구동 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치를 이용하여 버스바 프레임을 정렬하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치를 이용하여 정렬된 버스바 프레임을 셀적층체에 조립하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀적층체를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 버스바 프레임 조립장치를 다른 각도로 바라본 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치의 구동 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명은 배터리의 버스바 프레임(10)을 셀적층체(1)에 자동으로 조립하기 위한 장치이다. 제조된 상태의 버스바 프레임(10)은 불안정 상태이므로 셀적층체(1)에 조립되기 전 버스바 프레임 정렬장치(100)에 의해 정렬 상태를 유지한 후 버스바 프레임 조립장치(200)에 장착된 후 셀적층체(1)로 이동하여 조립된다.
한편, 본 명세서에서 제1축 방향과 제2축 방향은 동일 평면상에서 서로 수직되는 관계에 있다. 예를 들어, 제1축 방향은 버스바 프레임(10)의 좁은 폭 방향이고, 제2축 방향은 버스바 프레임(10)의 넓은 폭 방향이다.
도 1을 참조하면, 셀적층체(1)는 다수의 배터리 셀들의 집합체일 수 있다. 여기서 배터리 셀은 전극 조립체, 전해질 및 외장재를 포함한 파우치형 이차전지일 수 있다. 외장재 내부 공간에 수용된 전극 조립체에는 전극리드(3)(양극 리드와 음극 리드)가 부착되어 외장재의 외부로 돌출될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이차전지 셀들이 각각 상하 방향으로 세워진 형태로 좌우 방향으로 적층되어 셀적층체(1)를 형성한다.
도 2를 참조하면, 버스바 프레임(10)은 버스바(16) 및 터미널 단자 등을 고정시킬 수 있고, 절연성 소재(예를 들어, PC, ABS 등 수지 재질)로 형성된 프레임으로, 상면커버(12) 및 그 양측에 연결된 측면커버(14a, 14b)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상면커버(12)와 측면커버(14a, 14b)는 힌지(h)로 연결된다. 상면커버(12)는 셀적층체(1)의 상면을 덮는 부재이고, 측면커버(14a, 14b)는 셀적층체(1)의 측면(전극 리드가 형성된 면)을 덮는 부재이다.
상면커버(12)에는 센싱부재가 미리 결정된 경로를 따라 배치된다. 센싱부재는 회로기판(미도시)과 케이블(13)을 포함한다.
회로기판(미도시)은 개별 배터리 셀들의 전압을 센싱하고, 각 배터리 셀들의 전압을 균일하게 제어하기 위한 BMS 프로세서 칩 등을 포함할 수 있다.
케이블(13)은 측면커버(14a, 14b)의 버스바(16)들에 연결되고, 회로기판(미도시)에 접속되어 개별 배터리 셀들의 전압 정보를 BMS 프로세서 칩에 전달한다. 이러한 케이블(13)로는 공간 활용도 증가 및 도체 간 단락 위험을 방지하기 위해 FPC(Flexible Printed Circuit)가 사용되어 상면커버(12)에 부착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 서 상면커버(12) 및 측면커버(14a, 14b)는 FPC가 용접되어 있으므로, 서로 분리되는 것이 어렵다.
측면커버(14a, 14b)의 바깥쪽 면에는 다수의 버스바(16)들이 구비될 수 있다. 다수의 버스바(16)들은 스냅-핏(snap-fit) 방식으로 측면커버(14a, 14b)에 장착될 수 있다. 셀적층체(1)를 구성하는 개별 배터리 셀들은 전극 리드들이 측면커버(14a, 14b)에 미리 결정된 위치마다 형성되어 있는 슬롯 들을 통과하여 외부로 연장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상면커버(12)와 측면커버(14a, 14b)는 서로 힌지(h) 연결되어 있으므로 상면커버(12)에 대해 측면커버(14a, 14b)가 회전하는 것이 자유롭다. 또한, 상면커버(12)는 재질의 특성상 플랙서블(flexible)하여 자중에 의해 벤딩되기 쉽다. 셀적층체(1)는 전체적으로 육면체 형상을 가지는데, 버스바 프레임(10)이 셀적층체(1)에 장착되어 조립되기 위해서는 셀적층체(1)의 형상에 따라 정렬될 필요가 있다. 이를 위해 셀적층체(1)에 조립되기 전 자동으로 버스바 프레임(10)을 정렬하기 위한 장치인 버스바 프레임 정렬장치(100)가 필요하다. 버스바 프레임 정렬장치(100)의 구성 및 작동 과정은 후술하기로 한다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치(200)의 구성을 설명한다. 한편, 버스바 프레임 조립장치(200)는 중심을 기준으로 양측에 위치한 구성이 서로 대칭되므로, 어느 일측의 구성 및 작동 과정을 통해 타측의 구성 및 작동 과정도 충분히 이해될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임 조립장치(200)는 척장착플레이트(201), 척유닛(210) 및 구동부를 포함한다.
척장착플레이트(201)는 버스바 프레임 조립장치(200)의 베이스가 되는 부재이다.
척장착플레이트(201)의 하면에는 진공패드(202)가 장착된다. 진공패드(202)는 진공펌프(미도시)와 연결된다. 따라서, 진공펌프(미도시)의 동작에 따라 진공패드(202)의 흡착 능력이 발휘되거나 해제된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 진공패드(202)는 척장착플레이트(201)의 하면에 다수 형성되어 있으나, 진공패드(202)의 장착 위치 및 개수에는 제한이 없다.
척장착플레이트(201)의 양측에는 척연결브라켓(203)이 형성된다. 척연결브라켓(203)은 척장착플레이트(201)와 척유닛(210)을 연결하는 부재이다. 도 3에는 척연결브라켓(203)이 대략 'L'자 형태로 형성되나, 척장착플레이트(201)와 척유닛(210) 간 간섭이 방지된다면 척연결브라켓(203)의 형상에는 제한이 없다.
척장착플레이트(201)에는 댐퍼(204)가 형성된다. 댐퍼(204)는 탄성재질을 가질 수 있다. 댐퍼(204)는 척유닛(210)이 회전하다가 맞닿을 때 충격을 흡수하는 구성이다. 이러한 댐퍼(204)는 척유닛(210)의 회전을 제한하는 스토퍼의 기능도 수행한다.
척장착플레이트(201)의 상면 양측 끝단 부근에는 스토퍼연결브라켓(205)이 형성된다. 스토퍼연결브라켓(205)에는 스토퍼(206)가 장착된다. 스토퍼(206)는 척유닛(210)의 회전을 일정 각도로 제한하기 위한 구성으로서, 척유닛(210)의 회전스트로크를 설정하는 기능을 수행한다.
정리하면, 척유닛(210)은 일방향으로 회전 시 댐퍼(204)에 의해 회전이 제한되고, 타방향으로 회전 시 스토퍼(206)에 의해 회전이 제한된다. 구체적인 내용은 후술한다.
척장착플레이트(201)의 상면 양측에는 실린더연결브라켓(208)이 형성된다. 실린더연결브라켓(208)에는 후술할 구동실린더(220)가 회전가능하게 연결된다.
척유닛(210)은 버스바 프레임(10)의 측면커버(14a, 14b)를 그립(grip)하여 일정 각도로 회전시키거나, 그립해제하기 위한 부재로서, 상부브라켓(211), 측부브라켓(212), 척실린더(213) 및 그리퍼(216)를 포함한다.
상부브라켓(211)의 양측에는 측부브라켓(212)이 결합되어 고정된다. 상부브라켓(211)과 측부브라켓(212)은 일체로 형성되어 척유닛(210)의 외형을 이룬다. 측부브라켓(212)은 척연결브라켓(203)과 회전가능하게 연결된다. 따라서, 상부브라켓(211) 및 측부브라켓(212)은 척회전축(X1)을 중심으로 회전할 수 있다.
다만, 일방향으로 회전하는 척유닛(210)은 측부브라켓(212)이 댐퍼(204)에 닿으면서 회전이 제한되고, 타방향으로 회전하는 척유닛(210)은 상부브라켓(211)이 스토퍼(206)에 닿으면서 회전이 제한된다.
상부브라켓(211)의 일측에는 로드연결브라켓(227)이 형성된다. 로드연결브라켓(227)에는 후술할 로드(224)(도 5 참조)가 회전가능하게 연결된다.
척실린더(213)는 그리퍼(216)의 이동을 안내하도록 도와주는 기능을 수행하는 것으로, 상부브라켓(211)의 하면 중심 부근에 고정되어 있다. 따라서, 척실린더(213)는 상부브라켓(211) 및 측부브라켓(212)과 함께 회전한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 척실린더(213)는 가이드부재(215)를 통해 이동부재(214)와 연결되어 있다. 이때, 가이드부재(215)의 일단은 이동부재(214)에 고정되고, 타단은 척실린더(213)에 삽입되어 이동할 수 있다. 따라서, 이동부재(214)는 가이드부재(215)의 안내를 받아 척실린더(213)와 가까워지거나 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동이 가능하다. 한편, 가이드부재(215)의 일단은 이동부재(214)에 삽입되어 이동가능하고, 타단은 척실린더(213)에 고정되어 있는 변형예로 가능하다.
그리퍼(216)는 측면커버(14a, 14b)를 잡는 죠(jaw)의 기능을 수행하는 것으로, 측면커버(14a, 14b)의 양측 끝단을 잡기위해 2개로 구성된다. 그리퍼(216)는 이동부재(214)에 고정되므로, 이동부재(214)의 이동에 따라 그리퍼(216)도 이동한다.
그리퍼(216)는 이동부재(214)에 대해 일정한 각도로 경사지게 형성된다. 그리퍼(216)의 경사진 각도에 대해서는 후술하기로 한다.
그리퍼(216)의 내측면에는 그립홈(217)이 형성된다. 그립홈(217)은 측면커버(14a, 14b)의 양측 끝단에 형성된 돌기(도 8b의 'P' 참조)와 서로 결합될 수 있는 형태로 가공된다. 다만, 측면커버(14a, 14b)의 양측 끝단에 형성된 홈과 결합될 수 있도록 그리퍼(216)의 내측면에 돌기를 가공하는 변형예도 가능하다.
구동부는 척유닛(210)을 회전시키기 위해 구동력을 인가하는 것으로, 구동실린더(220) 및 로드(224)를 포함한다.
구동실린더(220)는 실린더연결브라켓(208)과 회전가능하게 연결된다. 따라서, 구동실린더(220)는 실린더회전축(X2)을 중심으로 회전이 가능하다.
구동실린더(220)에는 로드(224)가 삽입되어 있다. 구동력이 인가되면 로드(224)는 구동실린더(220)에 의해 전진 및 후진할 수 있다. 로드(224)의 일단은 로드연결브라켓(227)과 회전가능하게 연결된다.
이하, 도 5를 참조하여 구동부의 구동에 따라 척유닛(210)의 작동 상태를 살펴본다.
도 5의 좌측에 도시된 척유닛(210)은 로드(224)의 후진에 의해 시계방향으로 회전된 상태이다. 상술한 바와 같이, 척유닛(210)은 스토퍼(206)에 의해 회전이 제한된다. 도 5의 좌측에 위치한 구동실린더(220)는 실린더회전축(X2)을 중심으로 반시계방향으로 회전되어 있다. 이때, 그리퍼(216)는 수직선을 기준으로 일정한 각도를 가지고 경사진 자세를 취한다.
도 5의 좌측에 도시된 척유닛(210)의 상태에서 로드(224)가 전진하면 척유닛(210)이 회전한다. 구체적으로, 로드(224)의 전진에 따라 도 5의 좌측에 도시된 척유닛(210)은 반시계방향으로 회전하다가 댐퍼(204)에 의해 회전이 제한된다. 구동실린더(220)는 실린더회전축(X2)을 중심으로 시계방향으로 회전하다가 척유닛(210)과 함께 정지한다. 이때, 그리퍼(216)는 아래로 수직한 자세를 취한다.
한편, 도 5의 우측에 도시된 척유닛(210)은 도 5의 좌측에 도시된 척유닛(210)과 반대방향으로 회전한다. 즉, 도 5의 양측에 도시된 로드(224)가 동시에 전진하면 척유닛(210)은 서로 가까워지는 방향으로 회전하고, 도 5의 양측에 도시된 로드(224)가 동시에 후진하면 척유닛(210)은 서로 멀어지는 방향으로 회전한다.
한편, 구동부는 척유닛(210)을 동시에 회전시키거나, 순차로 회전시키도록 로드(224)를 이동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치(200)는 이동수단연결부(230)를 더 포함한다. 이동수단연결부(230)는 별도의 이동수단(미도시)과 체결되거나 체결해제될 수 있다. 척장착플레이트(201)와 이동수단연결부(230)는 연결부재(232)에 의해 서로 연결되어 고정된다. 따라서, 이동수단연결부(230)가 이동수단(미도시)에 체결되면 버스바 프레임 조립장치(200)는 이동수단(미도시)에 의해 목적 위치까지 이동하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치를 이용하여 버스바 프레임을 정렬하는 과정을 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이, 버스바 프레임 조립장치(200)는 버스바 프레임(10)이 버스바 프레임 정렬장치(100)에 의해 정렬된 후에 버스바 프레임(10)에 장착된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치(100)에 대해 살펴본다.
도 6을 참조하면, 버스바 프레임 정렬장치(100)는 버스바 프레임(10)을 셀적층체(1)에 조립하기 전 일정한 형태로 형성시켜 자동으로 정렬시키기 위한 장치로서, 정렬베이스(110), 제1축 정렬가이드(120), 제2축 정렬가이드(130) 및 제3축 정렬가이드(140)를 포함한다.
한편, 본 발명에서 제1축 방향과 제2축 방향은 동일 평면상에서 서로 수직되는 관계에 있고(도 6 참조), 제3축 방향은 제2축 방향과 일정 각도(θ)를 형성하고 있다. 예를 들어, 제1축 방향은 버스바 프레임(10)의 좁은 폭 방향이고, 제2축 방향은 버스바 프레임(10)의 넓은 폭 방향이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치(100)는 중심을 기준으로 양측에 위치한 구성이 서로 대칭된다.
도 6을 참조하면, 정렬베이스(110)는 상면커버(12)가 안착되는 베이스로, 수평을 유지하고 있는 하부베이스(101) 위에 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서 정렬베이스(110)는 중앙에 위치한 중앙부 정렬베이스(110c)와, 그 양측에 위치한 측부 정렬베이스(110a, 110b)로 구성된다. 정렬베이스(110)는 하부베이스(101)와 기둥부재(103)로 연결되어 있다. 따라서, 정렬베이스(110)는 하부베이스(101)에 의해 고정된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중앙부 정렬베이스(110c)의 일측에는 제1축 정렬가이드(120)가 마련된다. 제1축 정렬가이드(120)는 정렬베이스(110)에 안착된 상면커버(12)를 제1축 방향으로 정렬시키는데 필요한 구성이다. 제1축 정렬가이드(120)는 제1축 슬라이더(122) 및 제1축 슬라이더가이드(124)를 포함한다.
제1축 슬라이더(122)는 상면커버(12)의 일측을 가압하는 구성이다. 제1축 슬라이더(122)는 중앙부 정렬베이스(110c)의 상면 위로 돌출되도록 구성된다. 제1축 슬라이더(122)는 제1축 슬라이더연결부재(125)와 연결된다.
제1축 슬라이더가이드(124)는 제1축 슬라이더(122)의 이동을 안내하는 것으로, 중앙부 정렬베이스(110c)의 하부에 형성된다. 제1축 슬라이더가이드(124)는 제1축 슬라이더연결부재(125)와 슬라이딩 이동가능하게 연결된다. 따라서, 제1축 슬라이더(122)는 제1축 슬라이더가이드(124)의 안내를 받아 제1축 방향으로 슬라이딩 이동이 가능하다.
중앙부 정렬베이스(110c)의 타측에는 제1축 기준가이드(128)가 고정된다. 제1축 기준가이드(128)는 정렬베이스(110)에 안착된 상면커버(12)를 제1축 방향으로 정렬시키는데 기준이 되는 구성이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 정렬베이스(110a, 110b, 110c)는 3개로 분할되어 구성되고 하부베이스(101)에 대해 기둥부재(103)에 의해 지지되어 있다. 그러나, 정렬베이스(110a, 110b, 110c)는 일체로 형성될 수 있으며, 정렬베이스(110a, 110b, 110c)의 형상에는 제한이 없다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1축 기준가이드(128)는 중앙부 정렬베이스(110c)의 상방으로 돌출되어 있고, 제2축 방향으로 길게 형성된다. 제1축 기준가이드(128)와 제1축 정렬가이드(120)는 제1축 방향으로 서로 마주보며 형성된다.
한편, 측부 정렬베이스(110a, 110b)에도 상면커버(12)가 안착된다. 측부 정렬베이스(110a, 110b)의 상면 양측에는 상면커버(12)가 안착되기 쉽도록 돌출부위가 형성된다.
제2축 정렬가이드(130)는 정렬베이스(110)의 하측에 위치하고 하부베이스(101) 상에 형성된다. 제2축 정렬가이드(130)는 상면커버(12)와 연결된 측면커버(14a, 14b)를 제2축 방향으로 정렬시키는데 필요한 구성이다. 제2축 정렬가이드(130)는 제2축 슬라이더(132), 제2축 슬라이더가이드(134) 및 가압부재를 포함한다.
제2축 슬라이더(132)는 가압부재가 측면커버(14a, 14b)의 일측을 가압하도록 도와주는 구성이다. 제2축 슬라이더(132)는 제2축 슬라이더연결부재(135)와 연결된다. 제2축 슬라이더(132)는 후술할 가압부재와 고정되어 있다.
제2축 슬라이더가이드(134)는 제2축 슬라이더(132)의 이동을 안내하는 것으로, 하부베이스(101의 상면에 고정된다. 제2축 슬라이더가이드(134)는 제2축 슬라이더연결부재(135)와 슬라이딩 이동가능하게 연결된다. 따라서, 제2축 슬라이더(132)는 제2축 슬라이더가이드(134)의 안내를 받아 제2축 방향으로 슬라이딩 이동이 가능하다.
가압부재는 제2축 슬라이더(132)의 이동에 따라 측면커버(14a, 14b)와 맞닿으면서 측면커버(14a, 14b)를 가압하는 부재로서, 롤러(136)와 롤러지지부(138)를 포함한다(도 7a 참조).
롤러(136)는 측면커버(14a, 14b)를 가압할 때 측면커버(14a, 14b)를 자연스럽게 벌어지도록 유도하고, 측면커버(14a, 14b)와의 충격을 감소하기 위한 구성이다. 롤러(136)는 롤러지지부(138)와 회전가능하게 연결된다.
롤러지지부(138)의 양측에는 롤러(136)의 회전축이 연결될 수 있는 측면부재가 형성된다. 측면부재의 일측에는 경사부(137)가 형성되며, 롤러(136)는 경사부(137)의 경사 방향을 따라 배치된다. 수직선을 기준으로 한 경사부(137)의 경사각은 상면커버(12)에 대한 측면커버(14a, 14b) 벌어진 각도와 동일하며, 이는 설계자의 의도에 따라 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 경사각은 후술할 제3축 정렬브라켓(141)의 경사각(θ)과 동일하며, 대략 45도 정도이다.
롤러지지부(138)의 측면부재와 연결된 후면부재는 제2축 슬라이더(132)와 연결되어 고정된다. 따라서, 제2축 슬라이더(132)와 롤러지지부(138)는 함께 이동한다.
한편, 가압부재는 측면커버(14a, 14b)를 가압하기만 한다면 그 구성에는 제한이 없다. 예를 들어, 가압부재는 롤러(136) 대신 볼(ball)로 구성되거나, 경사부를 갖는 일체형 탄성부재를 가질 수 있다.
제3축 정렬가이드(140)는 측면커버(14a, 14b)가 일정 각도로 벌어진 상태를 유지하도록 제3축 방향으로 정렬하는 구성이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제3축 정렬가이드(140)는 제3축 슬라이더(142), 제3축 슬라이더가이드(144) 및 제3축 정렬브라켓(141)을 포함한다.
제3축 슬라이더(142)는 측면커버(14a, 14b)의 일측 끝단을 가압하는 구성이다. 제3축 슬라이더(142)는 제3축 슬라이더연결부재(145)와 연결된다.
제3축 슬라이더가이드(144)는 제3축 슬라이더(142)의 이동을 안내하는 것으로, 제3축 정렬브라켓(141)에 고정된다. 제3축 슬라이더가이드(144)는 제3축 슬라이더연결부재(145)와 슬라이딩 이동가능하게 연결된다. 따라서, 제3축 슬라이더(142)는 제3축 슬라이더가이드(144)의 안내를 받아 제3축 방향으로 슬라이딩 이동이 가능하다.
제3축 정렬브라켓(141)은 하부베이스(101)의 일측에 고정된다. 제3축 정렬브라켓(141)은 제3축 슬라이더가이드(144)가 안착되는 면과 수직면 사이에 일정한 경사각이 형성되는데 이를 제2각도(θ)라 한다. 상술한 바와 같이, 제2각도(θ)는 롤러지지부(138)에 형성된 경사부의 경사각과 동일하다.
한편, 제1 내지 제3축 슬라이더연결부재(125, 135, 145)의 끝단에는 구동 액츄에이터와 연결되어 있으며, 별도의 제어부(미도시) 신호에 의해 제1 내지 제3축 슬라이더(122, 132, 142)가 자동으로 이동할 수 있다.
이하, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 정렬장치를 이용하여 버스바 프레임을 정렬하는 과정을 설명한다.
버스바 프레임(10)은 상면커버(12)와 측면커버(14a, 14b)가 힌지(h) 결합되어 있어 측면커버(14a, 14b)가 자유롭게 회전이 가능하므로 불안정한 상태(unstable state), 예를 들어 힌지 결합점을 중심으로 측면커버(14a, 14b)가 상면커버(12)에 대해 틀어진 상태이다. 따라서, 버스바 프레임(10)을 셀적층체(1)에 조립하기 전 일정한 형상을 유지하도록 정렬할 필요가 있다.
도 7a는 버스바 프레임(10)이 정렬베이스(110)에 안착되기 전 상태를 옆에서 바라본 도면이다. 이때, 제1축 내지 제3축 슬라이더(122, 132, 142)는 버스바 프레임(10)과 제1축 내지 제2축 정렬가이드(120, 130, 140) 간 간섭을 방지하도록 이동된 상태이다. 다만, 도 7a는 버스바 프레임 정렬장치(100)를 옆에서 바라본 도면이므로 제1축 슬라이더(122)가 이동된 상태가 명확하게 표현되어 있지 않다. 이후, 상면커버(12)가 정렬베이스(110)에 안착되도록 버스바 프레임(10)을 아래로 이동시킨다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 상면커버(12)가 정렬베이스(110)에 안착되면 측면커버(14a, 14b)는 중력에 의해 아래로 회전한다. 도 7b의 상태에서도 상면커버(12)와 측면커버(14a, 14b)는 정렬되지 않은 상태이다.
도 7c는 도 7b의 상태에서 상면커버(12)가 제1축 방향으로 정렬된 상태를 위에서 바라본 도면이다. 정렬베이스(110)에 안착된 상면커버(12)는 제1축 방향으로 정렬되지 않을 수 있다. 이때, 제1축 슬라이더(122)가 슬라이딩 이동하다가 상면커버(12)를 가압한다. 정렬베이스(110)의 타측에 위치한 제1축 기준가이드(128)는 고정되어 있으므로, 상면커버(12)는 제1축 기준가이드(128)와 제1축 슬라이더(122)에 의해 밀착됨으로써 제1축 방향으로 정렬된다.
도 7d는 도 7c의 상태에서 측면커버(14a, 14b)가 제2축 및 제3축 방향으로 정렬된 상태를 옆에서 바라본 도면이다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 제2축 슬라이더(132)는 가압부재가 측면커버(14a, 14b)를 가압하도록 양측(도 7d의 좌우측)으로 이동하다가 측면커버(14a, 14b)가 상면커버(12)에 대해 일정 각도 벌어진 상태에서 작동을 멈춘다. 측면커버(14a, 14b)는 롤러(136)에 안착되면서 제2축 방향으로 정렬된다. 측면커버(14a, 14b)가 벌어진 각도를 제1각도(δ)라 한다. 제1각도(δ)는 설계자의 의도에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 제1각도(δ)는 대략 135도이다.
한편, 측면커버(14a, 14b)는 제1각도(δ)로 벌어진 상태로 고정될 필요가 있다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 제3축 슬라이더(142)는 측면커버(14a, 14b)의 양측 끝단을 가압하도록 이동한다. 제3축 슬라이더(142)가 측면커버(14a, 14b)를 가압하게 되면 측면커버(14a, 14b)가 제1각도(δ)를 유지하도록 하는 제3축 정렬이 완료된다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임 조립장치를 이용하여 정렬된 버스바 프레임을 셀적층체에 조립하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 본 발명에 따른 버스바 프레임 조립장치의 작동 과정을 설명한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(10)은 제1축 내지 제3축 방향으로 정렬된 상태이다. 이 상태에서, 버스바 프레임 조립장치(200)는 이동수단(미도시)에 의해 버스바 프레임 정렬장치(100)의 상부까지 이동한 후 하강한다. 여기서, 버스바 프레임 조립장치(200)는 척유닛(210)의 척회전축(X1)이 버스바 프레임(10)의 상면커버(12)와 측면커버(14a, 14b) 간 힌지결합점과 일치되는 지점까지 하강한다.
이때, 버스바 프레임 조립장치(200)의 상태를 살펴본다. 구동실린더(220)에 의해 로드(224)는 완전히 후진되어 있으며 양측에 위치한 척유닛(210)은 서로 멀어지는 방향으로 회전된 상태이다. 그리퍼(216)는 수직선을 기준으로 일정한 각도를 가지고 경사진 자세를 취하는데 이때의 각도는 제2 각도(θ)로 설정된다. 즉, 로드(224)가 완전히 후진되었을 때의 그리퍼(216) 각도는 버스바 프레임 정렬장치(100)에 의해 정렬된 측면커버(14a, 14b)의 각도와 같다. 한편, 2개의 그리퍼(216) 사이의 거리는 측면커버(14a, 14b)의 길이(L)보다 더 길도록 그리퍼(216)가 이동되어 있다(도 8b 참조).
도 8b는 버스바 프레임 조립장치(200)가 버스바 프레임 정렬장치(100)에 안착되었을 때의 상태를 나타낸 도면이다. 도 8b에는 버스바 프레임 정렬장치(100)가 생략되어 있으나, 이는 발명의 설명을 용이하게 하기 위한 것이며, 버스바 프레임(10)은 버스바 프레임 정렬장치(100)에 장착된 상태임은 충분히 이해될 수 있다.
버스바 프레임 조립장치(200)가 안착된 후 진공펌프(미도시)가 작동하면 상면커버(12)는 진공패드(202)에 흡착된다.
측면커버(14a, 14b)의 양측에 위치한 2개의 그리퍼(216)는 측면커버(14a, 14b)와 동일한 각도로 기울어진 자세를 취하면서 서로 가까워지는 방향으로 이동한다. 이후, 그리퍼(216)가 측면커버(14a, 14b)에 밀착되면 그리퍼(216)에 형성된 그립홈(217) 내로 측면커버(14a, 14b)에 형성된 돌기(P)가 삽입된다. 이렇게 그리퍼(216)가 측면커버(14a, 14b)의 양측과 돌기결합되는 이유는, 추후 셀적층체(1)의 전극리드(3)가 버스바(16)에 삽입될 때 버스바(16)가 밀리거나 미끄러지는 현상을 방지하기 위함이다.
정리하면, 버스바 프레임(10)의 상면커버(12)는 진공패드(202)에 의해 흡착 고정되고, 측면커버(14a, 14b)는 척유닛(210)에 의해 고정된다.
한편, 버스바 프레임 조립장치(200)가 버스바 프레임 정렬장치(100)에 안착되어도 버스바 프레임(10)의 정렬 상태는 유지된다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(10)의 상면커버(12) 및 측면커버(14a, 14b)가 버스바 프레임 조립장치(200)에 의해 고정되면, 이동수단(미도시)에 의해 버스바 프레임 조립장치(200)는 상승한 후 목적 위치까지 이동한다. 여기서 목적 위치는 셀적층체(1)가 있는 위치이다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 셀적층체(1)는 배터리모듈베이스(300) 상에 놓여있고, 고정판(310)에 의해 고정되어 있다. 이동수단(미도시)은 버스바 프레임(10)이 셀적층체(1)에 조립될 수 있는 위치까지 이동하도록 버스바 프레임 조립장치(200)를 이동시킨다.
이후, 진공펌프(미도시)의 작동이 해제되면 진공패드(202)에 흡착된 상면커버(12)는 버스바 프레임 조립장치(200)로부터 구속되지 않으면서 셀적층체(1)의 상면을 덮게 된다.
이후, 구동실린더(220)에 의한 로드(224)의 전진으로 그리퍼(216)에 고정된 측면커버(14a, 14b)는 척유닛(210)과 함께 회전한다. 이때, 양측에 위치한 척유닛(210)의 회전방향은 서로 가까워지는 방향이다. 척유닛(210)은 회전하다가 댐퍼(204)에 의해 회전이 제한된다. 척유닛(210)의 회전이 멈추면 그리퍼(216)에 고정된 측면커버(14a, 14b)는 아래로 향하게 된다. 측면커버(14a, 14b)가 회전하면서 버스바(16)에는 전극리드(3a, 3b)가 삽입된다. 도 8d에는 우측에 위치한 척유닛(210)이 아래로 회전된 상태가 도시되어 있다. 다만, 양측에 위치한 척유닛(210)은 순차적으로 회전하거나 동시에 회전할 수 있다.
이후, 측면커버(14a, 14b)의 양측에 위치한 그리퍼(216)는 서로 멀어지는 방향으로 이동한다. 그러면 측면커버(14a, 14b)는 버스바 프레임 조립장치(200)로부터 구속이 해제되어 셀적층체(1)의 측면을 덮게 된다.
이후, 버스바 프레임(10)과 분리된 버스바 프레임 조립장치(200)는 버스바 정렬장치(100)로 다시 이동할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 버스바 프레임 정렬장치 200 : 버스바 프레임 조립장치
201 : 척장착플레이트 202 : 진공패드
203 : 척연결브라켓 204 : 댐퍼
205 : 스토퍼연결브라켓 206 : 스토퍼
208 : 실린더연결브라켓 210 : 척유닛
211 : 상부브라켓 212 : 측부브라켓
213 : 척실린더 214 : 이동부재
215 : 가이드부재 216 : 그리퍼
217 : 그립홈 220 : 구동실린더
224 : 로드 227 : 로드연결브라켓
230 : 이동수단연결부 232 : 연결부재

Claims (14)

  1. 상면커버 및 그 양측에 힌지결합된 측면커버를 포함하는 버스바 프레임을 배터리 셀적층체에 조립하기 위한 버스바 프레임 조립장치로서,
    상기 버스바 프레임의 상면커버가 흡착되는 척장착플레이트;
    상기 척장착플레이트에 회전가능하게 연결되고, 상기 측면커버를 그립하여 회전에 따라 상기 상면커버에 대해 상기 측면커버를 일정 각도로 벌어지도록 하는 척유닛; 및
    상기 척유닛을 회전시키도록 구동력을 인가하는 구동부;를 포함하고,
    상기 척장착플레이트에는 상기 척유닛의 회전을 제한하는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    버스바 프레임 조립장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 척장착플레이트에는 상기 상면커버를 진공 흡착하는 진공패드가 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 척유닛은,
    상기 구동부의 작동에 따라 회전하는 브라켓; 및
    상기 브라켓에 연결되고, 상기 측면커버를 그립하거나 그립해제할 수 있는 그리퍼;를 포함하는 버스바 프레임 조립장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브라켓은,
    상기 척장착플레이트와 회전가능하게 연결되는 측부브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 측부브라켓과 상기 척장착플레이트는 척연결브라켓에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 척연결브라켓에는 상기 척유닛의 회전시 충격을 흡수하도록 댐퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 그리퍼에는 상기 측면커버에 형성된 돌기가 삽입되도록 그립홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 그리퍼를 고정시키는 이동부재;
    상기 브라켓에 고정된 척실린더;
    상기 이동부재와 척실린더를 연결시켜 상기 척실린더를 기준으로 상기 이동부재가 슬라이딩 이동가능하도록 안내하는 가이드부재;를 더 포함하는 버스바 프레임 조립장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 그리퍼는 상기 이동부재에 대해 일정한 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    구동실린더; 및
    상기 구동실린더에 연결되어 전후진 가능하며, 일단이 상기 척유닛에 연결된 로드;를 포함하는 버스바 프레임 조립장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동실린더는 척장착플레이트와 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드의 일단은 상기 척유닛과 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 척장착플레이트에는 이동수단에 체결되거나 체결해제될 수 있는 이동수단연결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바 프레임 조립장치.
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