KR102606432B1 - 적층 셀 풀링장치 및 그를 구비하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템 - Google Patents
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Abstract
적층 셀 풀링장치 및 그를 구비하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 셀 풀링장치는 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되는 스태킹 스테이지(stacking stage)를 구비하는 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되는 풀링장치 본체부; 풀링장치 본체부의 일측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 스태킹 스테이지 상에서 적층이 완료된 적층 셀(stacking cell)을 그립핑하는 풀링 그립핑 유닛(pulling gripping unit); 및 풀링 그립핑 유닛과 독립적으로 배치되되 풀링장치 본체부의 타측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 적층 셀에 대한 풀링 작업 시 분리막을 잡는 분리막 홀딩 유닛(separator holding unit)을 포함한다.
Description
본 발명은, 적층 셀 풀링장치 및 그를 구비하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 적층 셀(stacking cell)을 스태킹 스테이지(stacking stage)에서 꺼내는 풀링(pulling) 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는, 적층 셀 풀링장치 및 그를 구비하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템에 관한 것이다.
이차전지(secondary cell, 2차전지라고도 함)는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하기도 하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지를 가리킨다. 이차전지를 통상적으로 축전기라 부르기도 한다.
이러한 이차전지는 전극 조립체의 구조에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 예컨대, 이차전지는 스택형 구조, 권취형(젤리롤형) 구조, 스택/홀딩형 구조 등으로 분류될 수 있다.
다양한 분류 중에서 스택형 구조는 양극, 분리막, 음극을 차례로 적층하여 전극 조립체, 즉 셀(cell)을 형성한 것을 가리킨다. 이때, 분리막은 양극과 음극 사이마다 배치되는데, 이러한 스태킹(stacking) 공정을 위하여 셀 스태킹장치가 사용된다.
한편, 셀 스태킹장치에서 만들어진 셀(cell) 즉 적층이 완료된 상태의 적층 셀(stacking cell)을 스태킹 스테이지(stacking stage)에서 꺼내야 하는데, 이때 적층 셀 풀링장치(stacking cell pulling apparatus)가 사용될 수 있다.
이러한 적층 셀 풀링장치의 작용으로 적층 셀을 스태킹 스테이지에서 꺼낼 때는 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어지지 않게 잘 꺼내야 한다.
하지만, 현재 사용 중인 적층 셀 풀링장치는 공간적 제약으로 인해 지지점으로부터 멀리 떨어진 외팔보 형태의 구조로 되어 있어서 적층 셀을 스태킹 스테이지에서 꺼내는 풀링(pulling) 작업 시 처짐이 발생할 수 있고, 또한 고속 운전 시 떨림 현상이 발생하여 고속 이송이 어려워 이송 시간이 증가하는 등 여러 문제점이 발생한다.
그뿐만 아니라 종래기술의 경우에는 떨림 현상으로 인해 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어질 수 있는 등 그 품질에 악영향을 미칠 수 있다는 점을 고려해볼 때, 이러한 문제를 해결하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 적층 셀(stacking cell)을 스태킹 스테이지(stacking stage)에서 꺼내는 풀링(pulling) 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는, 적층 셀 풀링장치 및 그를 구비하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되는 스태킹 스테이지(stacking stage)를 구비하는 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되는 풀링장치 본체부; 상기 풀링장치 본체부의 일측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 스태킹 스테이지 상에서 적층이 완료된 적층 셀(stacking cell)을 그립핑하는 풀링 그립핑 유닛(pulling gripping unit); 및 상기 풀링 그립핑 유닛과 독립적으로 배치되되 상기 풀링장치 본체부의 타측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 적층 셀에 대한 풀링 작업 시 상기 분리막을 잡는 분리막 홀딩 유닛(separator holding unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치가 제공될 수 있다.
상기 풀링장치 본체부에는 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛의 양측 지지를 위한 한 쌍의 로봇 샤프트가 상호 이격되고 나란하게 마련될 수 있다.
상기 로봇 샤프트들의 일측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 그립핑 유닛 동기 구동부; 및 상기 로봇 샤프트들의 타측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 분리막 홀딩 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 홀딩 유닛 동기 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛 동기 구동부 및 상기 홀딩 유닛 동기 구동부의 작용 시 상기 분리막의 장력 유지를 위해 상기 한 쌍의 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛이 각기 독립적으로 이송될 수 있다.
상기 풀링 그립핑 유닛은, 집게 방식으로 상기 적층 셀을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼; 상기 그립퍼를 구동시키는 그립퍼 구동부; 및 상기 그립퍼와 상기 그립퍼 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 그립퍼 서포터 무버를 포함할 수 있다.
상기 그립퍼는, 사이에서 상기 적층 셀이 그립핑되는 복수 개의 그립핑 블록; 및 상기 그립핑 블록들을 구동 가능하게 지지하는 복수 개의 블록 지지대를 포함할 수 있다.
상기 분리막 홀딩 유닛은, 상기 분리막을 홀딩하는 진공패드와, 상기 진공패드의 주변에 함께 배치되는 진공홀을 구비하는 홀딩 바; 상기 홀딩 바를 구동시키는 바 구동부; 및 상기 홀딩 바와 상기 바 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 홀딩 바 서포터 무버를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되는 스태킹 스테이지(stacking stage)를 구비하는 셀 스태킹장치; 및 상기 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되며, 상기 셀 스태킹장치와 상호작용해서 상기 스태킹 스테이지 상의 적층 셀(stacking cell)을 풀링(pulling)하는 적층 셀 풀링장치를 포함하며, 상기 적층 셀 풀링장치는, 상기 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되는 풀링장치 본체부; 상기 풀링장치 본체부의 일측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 스태킹 스테이지 상에서 적층이 완료된 적층 셀(stacking cell)을 그립핑하는 풀링 그립핑 유닛(pulling gripping unit); 및 상기 풀링 그립핑 유닛과 독립적으로 배치되되 상기 풀링장치 본체부의 타측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 적층 셀에 대한 풀링 작업 시 상기 분리막을 잡는 분리막 홀딩 유닛(separator holding unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템가 제공될 수 있다.
상기 적층 셀 풀링장치는, 상기 로봇 샤프트들의 일측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 그립핑 유닛 동기 구동부; 및 상기 로봇 샤프트들의 타측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 분리막 홀딩 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 홀딩 유닛 동기 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛 동기 구동부 및 상기 홀딩 유닛 동기 구동부의 작용 시 상기 분리막의 장력 유지를 위해 상기 한 쌍의 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛이 각기 독립적으로 이송될 수 있으며, 상기 풀링장치 본체부에는 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛의 양측 지지를 위한 한 쌍의 로봇 샤프트가 상호 이격되고 나란하게 마련될 수 있다.
상기 풀링 그립핑 유닛은, 집게 방식으로 상기 적층 셀을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼; 상기 그립퍼를 구동시키는 그립퍼 구동부; 및 상기 그립퍼와 상기 그립퍼 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 그립퍼 서포터 무버를 포함할 수 있다.
상기 그립퍼는, 사이에서 상기 적층 셀이 그립핑되는 복수 개의 그립핑 블록; 및 상기 그립핑 블록들을 구동 가능하게 지지하는 복수 개의 블록 지지대를 포함할 수 있다.
상기 분리막 홀딩 유닛은, 상기 분리막을 홀딩하는 진공패드와, 상기 진공패드의 주변에 함께 배치되는 진공홀을 구비하는 홀딩 바; 상기 홀딩 바를 구동시키는 바 구동부; 및 상기 홀딩 바와 상기 바 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 홀딩 바 서포터 무버를 포함할 수 있다.
상기 적층 셀 풀링장치에 이웃하게 배치되며, 상기 분리막을 커팅하는 분리막 커팅장치를 더 포함할 수 있다.
상기 분리막 커팅장치는, 커팅장치 본체; 상기 커팅장치 본체 상에 마련되는 이송 전동레일; 및 상기 분리막을 커팅하는 커터와, 상기 커터를 지지하는 한편 상기 이송 전동레일에 연결되고 상기 이송 전동레일을 따라 이송되는 커터 홀더를 구비하는 분리막 커팅유닛을 포함할 수 있다.
상기 적층 셀에 대한 풀링 작업이 자동으로 진행될 수 있도록 상기 셀 스태킹장치, 상기 적층 셀 풀링장치 및 상기 분리막 커팅장치의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 시스템 컨트롤장치를 더 포함할 수 있다.
상기 셀 스태킹장치는, 양극 및 음극 사이에 배치되되 상기 양극 및 상기 음극과 함께 스태킹(stacking)되면서 이차전지 셀(cell)을 형성하는 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 및 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 상기 셀(cell)이 스태킹되게 하는 셀 스태킹 유닛(cell stacking unit)을 포함할 수 있다.
상기 셀 스태킹 유닛은, 상기 스태킹 스테이지와 연결되며, 상기 스태킹 스테이지를 틸팅(tilting) 구동시키는 스테이지 틸팅 구동부; 상기 스태킹 스테이지 및 상기 스테이지 틸팅 구동부와 연결되며, 상기 스태킹 공정이 진행될 때 상기 분리막이 역이동하는 것을 방지하도록 상기 스태킹 스테이지 및 상기 스테이지 틸팅 구동부를 선택적으로 업/다운(up/down) 구동시키는 스테이지 업/다운 구동부; 및 상기 스태킹 스테이지의 주변에 배치되며, 상기 스태킹 스테이지 상에 스태킹되는 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극 중 하나를 그립핑(gripping)하는 복수 개의 유닛 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 스테이지 틸팅 구동부는, 상기 스태킹 스테이지와 연결되고 상기 스태킹 스테이지의 회전축심을 형성하는 스테이지 회전축; 상기 스테이지 회전축의 일측 단부에 연결되고, 상기 스테이지 회전축의 회전을 위한 동력을 발생시키는 틸팅 모터; 및 상기 틸팅 모터의 반대편에서 상기 스테이지 회전축에 연결되고 해당 위치에서 상기 스테이지 회전축을 회전 가능하게 지지하는 회전 지지모듈을 포함할 수 있다.
상기 스테이지 업/다운 구동부는, 상호 이격 배치되고 해당 위치에 고정되는 복수 개의 고정 포스트; 상기 스태킹 스테이지 및 상기 스테이지 틸팅 구동부를 일체로 지지하는 한편 양측이 상기 복수 개의 고정 포스트에 업/다운(up/down)되게 연결되는 업/다운 빔(up/down beam); 상기 업/다운 빔에 연결되는 업/다운 볼 스크루; 상기 업/다운 볼 스크루에 연결되며, 상기 업/다운 볼 스크루를 매개로 상기 업/다운 빔이 업/다운되기 위한 동력을 발생시키는 업/다운 모터; 및 상기 고정 포스트와 상기 업/다운 빔에 연결되며, 상기 고정 포스트에 대한 상기 업/다운 빔의 업/다운(up/down) 동작을 가이드하는 업/다운 LM 가이드를 포함할 수 있다.
상기 셀 스태킹 유닛은, 상기 유닛 그립퍼들에 연결되고 상기 유닛 그립퍼들을 해당하는 것끼리 이동시키는 그립퍼 이동부; 및 상기 스태킹 스테이지에 연결되며, 상기 스태킹 스테이지 상에 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극이 하나씩 스태킹될 때, 상기 스태킹 스테이지를 단계적으로 업/다운(up/down) 구동시키는 스태킹 업/다운 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 셀 스태킹장치는, 상기 분리막 공급부의 일측에 이동 가능하게 배치되며, 상기 셀 스태킹 유닛과 협조해서 상기 스태킹 스테이지 상에 상기 양극을 스태킹하는 양극 스태킹 유닛; 및 상기 분리막 공급부의 타측에 이동 가능하게 배치되며, 상기 셀 스태킹 유닛과 협조해서 상기 스태킹 스테이지 상에 상기 음극을 스태킹하는 음극 스태킹 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 양극 스태킹 유닛은, 상기 양극이 얼라인되는 양극 얼라인 스테이지; 상기 양극 얼라인 스테이지 상의 양극을 상기 스태킹 스테이지로 전달하는 양극 트랜스퍼 핸드(transfer hand); 및 상기 양극 트랜스퍼 틸팅핸드에 마련되며, 상기 양극 트랜스퍼 틸팅핸드가 상기 스태킹 스테이지로 상기 양극을 전달하면서 상기 양극을 스태킹할 때 상기 양극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영하는 양극 비전 카메라를 포함할 수 있으며, 상기 양극 트랜스퍼 핸드가 소정의 제1 틸팅축을 축심으로 틸팅 구동하는 양극 트랜스퍼 틸팅핸드일 수 있다.
상기 음극 스태킹 유닛은, 상기 음극이 얼라인되는 음극 얼라인 스테이지; 상기 음극 얼라인 스테이지 상의 음극을 상기 스태킹 스테이지로 전달하는 음극 트랜스퍼 핸드(transfer hand); 및 상기 음극 트랜스퍼 틸팅핸드에 마련되며, 상기 음극 트랜스퍼 틸팅핸드가 상기 스태킹 스테이지로 상기 음극을 전달하면서 상기 음극을 스태킹할 때 상기 음극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영하는 음극 비전 카메라를 포함할 수 있으며, 상기 음극 트랜스퍼 핸드가 소정의 제2 틸팅축을 축심으로 틸팅 구동하는 음극 트랜스퍼 틸팅핸드일 수 있다.
상기 분리막 공급부는, 상기 양극과 상기 음극이 순차적으로 스태킹될 때, 그 사이로 상기 분리막이 연속적인 웹(web) 타입으로 공급되도록 하는 웹 타입 분리막 공급부일 수 있다.
본 발명에 따르면, 적층 셀(stacking cell)을 스태킹 스테이지(stacking stage)에서 꺼내는 풀링(pulling) 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 고속 셀 스태킹시스템의 측면 구성도이다.
도 2는 도 1에서 분리막 커팅장치를 제거한 상태의 평면도이다.
도 3은 도 2에서 풀링 그립핑 유닛과 분리막 홀딩 유닛이 스태킹 스테이지 쪽으로 이송된 상태의 도면이다.
도 4는 도 3의 사시도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 5의 P, Q 영역에 대한 확대도이다.
도 8은 분리막 커팅장치의 구조도이다.
도 9는 도 1의 이차전지 고속 셀 스태킹시스템에 대한 제어블록도이다.
도 10 내지 도 12는 셀 스태킹장치의 구조도로서 셀이 적층되는 과정을 도시한 도면들이다.
도 13 내지 도 17은 셀 스태킹 공정을 단계적으로 개략화해서 도시한 도면들이다.
도 18은 분리막 공급부의 구성도이다.
도 19는 셀 스태킹 유닛의 사시도이다.
도 20은 도 19의 평면도로서 음극 스태킹 촬영위치를 표기한 도면이다.
도 21은 도 19의 평면도로서 양극 스태킹 촬영위치를 표기한 도면이다.
도 22는 도 19의 측면도이다.
도 23은 도 19에서 고정 포스트를 제거한 도면이다.
도 24는 도 23의 정면도이다.
도 2는 도 1에서 분리막 커팅장치를 제거한 상태의 평면도이다.
도 3은 도 2에서 풀링 그립핑 유닛과 분리막 홀딩 유닛이 스태킹 스테이지 쪽으로 이송된 상태의 도면이다.
도 4는 도 3의 사시도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 5의 P, Q 영역에 대한 확대도이다.
도 8은 분리막 커팅장치의 구조도이다.
도 9는 도 1의 이차전지 고속 셀 스태킹시스템에 대한 제어블록도이다.
도 10 내지 도 12는 셀 스태킹장치의 구조도로서 셀이 적층되는 과정을 도시한 도면들이다.
도 13 내지 도 17은 셀 스태킹 공정을 단계적으로 개략화해서 도시한 도면들이다.
도 18은 분리막 공급부의 구성도이다.
도 19는 셀 스태킹 유닛의 사시도이다.
도 20은 도 19의 평면도로서 음극 스태킹 촬영위치를 표기한 도면이다.
도 21은 도 19의 평면도로서 양극 스태킹 촬영위치를 표기한 도면이다.
도 22는 도 19의 측면도이다.
도 23은 도 19에서 고정 포스트를 제거한 도면이다.
도 24는 도 23의 정면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 고속 셀 스태킹시스템의 측면 구성도이고, 도 2는 도 1에서 분리막 커팅장치를 제거한 상태의 평면도이며, 도 3은 도 2에서 풀링 그립핑 유닛과 분리막 홀딩 유닛이 스태킹 스테이지 쪽으로 이송된 상태의 도면이고, 도 4는 도 3의 사시도이며, 도 5는 도 4의 요부 확대도이고, 도 6 및 도 7은 각각 도 5의 P, Q 영역에 대한 확대도이며, 도 8은 분리막 커팅장치의 구조도이고, 도 9는 도 1의 이차전지 고속 셀 스태킹시스템에 대한 제어블록도이며, 도 10 내지 도 12는 셀 스태킹장치의 구조도로서 셀이 적층되는 과정을 도시한 도면들이고, 도 13 내지 도 17은 셀 스태킹 공정을 단계적으로 개략화해서 도시한 도면들이며, 도 18은 분리막 공급부의 구성도이고, 도 19는 셀 스태킹 유닛의 사시도이며, 도 20은 도 19의 평면도로서 음극 스태킹 촬영위치를 표기한 도면이고, 도 21은 도 19의 평면도로서 양극 스태킹 촬영위치를 표기한 도면이며, 도 22는 도 19의 측면도이고, 도 23은 도 19에서 고정 포스트를 제거한 도면이며, 도 24는 도 23의 정면도이다.
이들 도면을 참조하되 우선 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차전지 고속 셀 스태킹시스템은 적층 셀(stacking cell)을 스태킹 스테이지(140, stacking stage)에서 꺼내는 풀링(pulling) 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 이차전지 고속 셀 스태킹시스템은 셀 스태킹장치(100), 적층 셀 풀링장치(200), 분리막 커팅장치(300) 및 시스템 컨트롤장치(400)를 포함한다.
셀 스태킹장치(100)에 대해 먼저 살펴본다. 셀 스태킹장치(100)는 도 1 내지 도 4, 그리고 도 10 내지 도 24를 참조해서 알아본다.
셀 스태킹장치(100)는 분리막 공급부(170), 양극 스태킹 유닛(110), 음극 스태킹 유닛(120) 및 셀 스태킹 유닛(130, cell stacking unit)을 포함할 수 있다.
분리막 공급부(170)는 이차전지 셀(cell)을 형성하는 분리막을 공급하는 역할을 한다. 앞서 기술한 것처럼 전극 조립체, 즉 셀(cell)은 양극, 분리막, 음극을 차례로 적층, 즉 스태킹해서 제작하는데, 이때 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막을 분리막 공급부(170)가 공급한다.
다양한 형태의 분리막 공급부(170)가 적용될 수 있는데, 본 실시예에서는 웹 타입 분리막 공급부(170)로 적용하고 있다. 웹 타입 분리막 공급부(170)는 양극과 음극이 순차적으로 스태킹될 때, 그 사이로 분리막이 연속적인 웹(web) 타입으로 공급되도록 하는 역할을 한다.
다시 말해, 본 실시예에 적용되는 분리막은 낱장의 개별 조각이 아닌 예컨대, 장판과 같이 롤(roll) 형태로 된 웹 타입 분리막이다. 따라서 음극이 스태킹된 후, 웹 타입 분리막이 음극의 상부를 덮고 그 위로 다시 양극이 스태킹되면 다시 웹 타입 분리막이 양극의 상부를 덮는 형태로 음극 및 양극과 함께 웹 타입 분리막이 스태킹될 수 있는데, 이와 같은 웹 타입 분리막을 연속적으로 혹은 유기적으로 공급하기 위해 웹 타입 분리막 공급부(170)가 적용되는 것이다.
실시예이긴 하지만, 웹 타입 분리막 공급부(170)는 도 18에 도시된 바와 같이, 웹 타입 분리막을 공급하는 분리막 공급 유닛(171)과, 분리막 공급 유닛(171)과 연결되며, 웹 타입 분리막을 셀 스태킹 유닛(130)의 스태킹 스테이지(140)로 전달하는 분리막 공급 롤러(172)와, 분리막 공급 롤러(172)와 연결되며, 분리막 공급 롤러(172)의 동작을 구동 또는 정지시키는 롤러 구동부(173)를 포함한다. 롤러 구동부(173)는 모터를 포함하며, 모터의 온/오프(on/off) 동작으로 분리막 공급 롤러(172)가 동작 또는 정지되게 한다.
이처럼 롤투롤(roll to roll) 방식의 웹 타입 분리막 공급부(170)가 적용됨으로써 웹 타입 분리막을 공급하는 효율이 높아질 수 있는 이점이 있다.
분리막 공급 유닛(171)과 분리막 공급 롤러(172) 사이 또는 그 주변에는 위치별로 복수 개 배치되되 해당 위치에서 웹 타입 분리막을 가이드하는 복수의 가이드 롤러(174)가 마련된다. 가이드 롤러(174)들을 무동력 자유 회전롤러로 적용된다.
가이드 롤러(174)들 사이에는 웹 타입 분리막을 센터링하는 분리막 센터링부(175)가 마련된다. 분리막 센터링부(175)로 인해 웹 타입 분리막이 비뚤지 않고 바르게 공급될 수 있다.
가이드 롤러(174)들 사이에는 웹 타입 분리막의 공급량을 조절하는 분리막 버퍼부(176)가 마련된다. 분리막 버퍼부(176) 역시, 롤 형태를 가지며, 상하 동작되면서 웹 타입 분리막의 공급량을 조절한다.
양극 스태킹 유닛(110)은 도 10 내지 도 17에 도시된 것처럼 분리막 공급부(170)의 일측에 이동 가능하게 배치되며, 셀 스태킹 유닛(130)과 협조해서 스태킹 스테이지(140) 상에 양극을 스태킹하는 역할을 한다.
이러한 양극 스태킹 유닛(110)은 양극이 얼라인되는 양극 얼라인 스테이지(111)와, 양극 얼라인 스테이지(111) 상의 양극을 스태킹 스테이지(140)로 전달하는 양극 트랜스퍼 핸드(112, transfer hand)를 포함할 수 있다.
양극 얼라인 스테이지(111)는 양극이 얼라인되어 적재되는 장소를 이룬다.
본 실시예에서 양극 트랜스퍼 핸드(112)는 소정의 제1 틸팅축(113)을 축심으로 틸팅 구동하는 양극 트랜스퍼 틸팅핸드(112)로 적용된다.
그리고, 양극 트랜스퍼 틸팅핸드(112)에는 양극 트랜스퍼 틸팅핸드(112)가 스태킹 스테이지(140)로 양극을 전달하면서 양극을 스태킹할 때 도 21의 B로 표기된 위치에 놓인 양극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영하는 양극 비전 카메라(114)가 마련된다.
양극 비전 카메라(114)는 도 13처럼 양극 트랜스퍼 틸팅핸드(112)의 작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 양극이 스태킹될 때, 도 21의 B로 표기된 위치에 놓인 양극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영한다. 따라서, 양극의 스태킹 상태에 대한 영상 촬영에 따른 딜레이 타임(Delay Time)을 종래보다 줄일 수 있으며, 이로 인해 택트 타임(Tact Time) 감소에 따른 생산성 향상에 이바지할 수 있다.
음극 스태킹 유닛(120)은 분리막 공급부(170)의 타측에 이동 가능하게 배치되며, 셀 스태킹 유닛(130)과 협조해서 스태킹 스테이지(140) 상에 음극을 스태킹하는 역할을 한다.
음극 스태킹 유닛(120)은 음극이 얼라인되는 음극 얼라인 스테이지(121)와, 음극 얼라인 스테이지(121) 상의 음극을 스태킹 스테이지(140)로 전달하는 음극 트랜스퍼 핸드(122, transfer hand)를 포함할 수 있다.
음극 스태킹 유닛(120) 역시, 양극 얼라인 스테이지(111)와 마찬가지로 음극이 얼라인되어 적재되는 장소를 이룬다.
본 실시예에서 음극 트랜스퍼 핸드(122)는 소정의 제2 틸팅축(123)을 축심으로 틸팅 구동하는 음극 트랜스퍼 틸팅핸드(122)로 적용된다.
그리고, 음극 트랜스퍼 틸팅핸드(122)에는 음극 트랜스퍼 틸팅핸드(122)가 스태킹 스테이지(140)로 음극을 전달하면서 음극을 스태킹할 때 도 20의 A로 표기된 위치에 놓인 음극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영하는 음극 비전 카메라(124)가 마련된다.
음극 비전 카메라(124) 역시, 도 17처럼 음극 트랜스퍼 틸팅핸드(122)의 작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 음극이 스태킹될 때, 도 20의 A로 표기된 위치에 놓인 음극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영한다. 따라서, 음극의 스태킹 상태에 대한 영상 촬영에 따른 딜레이 타임(Delay Time)을 종래보다 줄일 수 있으며, 이로 인해 택트 타임(Tact Time) 감소에 따른 생산성 향상에 이바지할 수 있다.
한편, 셀 스태킹 유닛(130)은 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되게 하는 역할을 한다.
이러한 셀 스태킹 유닛(130)은 도 19 내지 도 24에 도시된 것처럼 스태킹 스테이지(140, stacking stage), 스테이지 틸팅 구동부(150) 및 스테이지 업/다운 구동부(160)를 포함할 수 있다.
스태킹 스테이지(140)는 셀이 스태킹되어 제작되는 장소를 형성한다. 진공압으로 양극, 분리막 및 음극이 스태킹되게 할 수 있다. 스태킹 스테이지(140) 상에 스태킹되는 전극이 흐트러지지 않게 복수 개의 유닛 유닛 그립퍼(131)가 스태킹 스테이지(140)의 주변에 배치된다.
즉 스태킹 스테이지(140)는 도 13에서 도 17처럼 틸팅 동작하는데, 이러한 틸팅 동작 시 스태킹 스테이지(140) 상에 이미 스태킹된 양극, 음극 혹은 분리막이 흐트러지지 않게 복수 개의 유닛 그립퍼(131)가 마련되는 것이다. 다시 말해, 유닛 그립퍼(131)는 스태킹 스테이지(140)의 주변에 배치되며, 스태킹 스테이지(140) 상에 스태킹되는 양극, 분리막 및 음극 중 하나를 그립핑(gripping)하는 역할을 한다.
유닛 그립퍼(131)에는 실린더(132)가 연결된다. 실린더(132)는 유닛 그립퍼(131)가 양극, 분리막 및 음극 중 하나를 그립핑할 때, 균일한 압력을 제공하는 역할을 한다.
그리고, 유닛 그립퍼(131)들에는 그립퍼 이동부(133)가 연결된다. 그립퍼 이동부(133)는 유닛 그립퍼(131)들에 연결되고 유닛 그립퍼(131)들을 해당하는 것끼리 이동시키는 역할을 한다. 그립퍼 이동부(133)는 모터와 볼 스크루 등의 구조로 적용될 수 있다.
스태킹 스테이지(140)에는 스태킹 업/다운 구동부(144)가 연결된다. 모터와 볼 스크루의 구조로 적용될 수 있는 스태킹 업/다운 구동부(144)는 스태킹 스테이지(140)에 연결되며, 스태킹 스테이지(140) 상에 양극, 분리막 및 음극이 하나씩 스태킹될 때, 스태킹 스테이지(140)를 단계적으로 다운(down) 구동시키는 역할을 한다. 예컨대, 스태킹 스테이지(140) 상에 양극이 한 장 스태킹되면 양극 한 장의 두께만큼 스태킹 업/다운 구동부(144)의 작용으로 스태킹 스테이지(140)가 다운(down)되고, 다시 음극이 음극이 한 장 스태킹되면 음극 한 장의 두께만큼 스태킹 업/다운 구동부(144)의 작용으로 스태킹 스테이지(140)가 다운(down)될 수 있다.
스테이지 틸팅 구동부(150)는 도 13에서 도 17처럼 스태킹 스테이지(140)와 연결되며, 스태킹 스테이지(140)를 틸팅(tilting) 구동시키는 역할을 한다.
이러한 스테이지 틸팅 구동부(150)는 스태킹 스테이지(140)와 연결되고 스태킹 스테이지(140)의 회전축심을 형성하는 스테이지 회전축(151)과, 스테이지 회전축(151)의 일측 단부에 연결되고, 스테이지 회전축(151)의 회전을 위한 동력을 발생시키는 틸팅 모터(152)와, 틸팅 모터(152)의 반대편에서 스테이지 회전축(151)에 연결되고 해당 위치에서 스테이지 회전축(151)을 회전 가능하게 지지하는 회전 지지모듈(153)을 포함할 수 있다.
이에, 틸팅 모터(152)가 구동되어 스테이지 회전축(151)을 시계 혹은 반시계 방향으로 회전시키면 이에 연동하여 스태킹 스테이지(140)가 도 13에서 도 17처럼 양극 스태킹 유닛(110) 혹은 음극 스태킹 유닛(120) 쪽으로 틸팅 구동할 수 있다.
스테이지 업/다운 구동부(160)는 스태킹 스테이지(140) 및 스테이지 틸팅 구동부(150)와 연결되며, 스태킹 공정이 진행될 때 분리막이 역이동하는 것을 방지하도록 스태킹 스테이지(140) 및 스테이지 틸팅 구동부(150)를 선택적으로 업/다운(up/down) 구동시키는 역할을 한다.
이러한 스테이지 업/다운 구동부(160)는 상호 이격 배치되고 해당 위치에 고정되는 복수 개의 고정 포스트(161)와, 스태킹 스테이지(140) 및 스테이지 틸팅 구동부(150)를 일체로 지지하는 한편 양측이 복수 개의 고정 포스트(161)에 업/다운(up/down)되게 연결되는 업/다운 빔(162, up/down beam)과, 업/다운 빔(162)에 연결되는 업/다운 볼 스크루(163)와, 업/다운 볼 스크루(163)에 연결되며, 업/다운 볼 스크루(163)를 매개로 업/다운 빔(162)이 업/다운되기 위한 동력을 발생시키는 업/다운 모터(164)와, 고정 포스트(161)와 업/다운 빔(162)에 연결되며, 고정 포스트(161)에 대한 업/다운 빔(162)의 업/다운(up/down) 동작을 가이드하는 업/다운 LM 가이드(165)를 포함한다.
즉 도 13처럼 양극 스태킹 유닛(110)과의 상호작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 양극이 스태킹된 후, 양극 위로 분리막이 스태킹되면서 스태킹 스테이지(140)가 도 14처럼 음극 스태킹 유닛(120) 쪽으로 틸팅하는데, 이때 분리막은 스태킹 스테이지(140)의 동작에 맞물려 역이동할 수밖에 없다. 하지만, 본 실시예의 경우, 스태킹 스테이지(140)가 도 14처럼 음극 스태킹 유닛(120) 쪽으로 틸팅할 때, 도 15처럼 스테이지 업/다운 구동부(160)에 의해 스태킹 스테이지(140) 및 스테이지 틸팅 구동부(150)가 다운(down) 동작하게 함으로써 분리막이 역이동하지 않게끔 한다. 따라서, 분리막의 장력 불균일 문제를 효과적으로 해소할 수 있게 되는 것이다.
한편, 적층 셀 풀링장치(200)는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 셀 스태킹장치(100)에 이웃하게 배치되며, 셀 스태킹장치(100)와 상호작용해서 스태킹 스테이지(140) 상의 적층 셀을 풀링(pulling)하는 즉 꺼내는 역할을 한다.
이러한 역할을 수행하는 적층 셀 풀링장치(200)는 풀링장치 본체부(210), 풀링 그립핑 유닛(230, pulling gripping unit) 및 분리막 홀딩 유닛(250, separator holding unit)을 포함할 수 있다.
풀링장치 본체부(210)는 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되는 스태킹 스테이지(140)를 구비하는 전술한 셀 스태킹장치(100)에 이웃하게 배치되는 구조물이다.
이러한 풀링장치 본체부(210)에는 풀링 그립핑 유닛(230)과 분리막 홀딩 유닛(250)의 양측 지지를 위한 한 쌍의 로봇 샤프트(211)가 상호 이격되고 나란하게 마련된다.
풀링 그립핑 유닛(230)과 분리막 홀딩 유닛(250), 그리고 이들을 구동하기 위한 수단들이 풀링장치 본체부(210)에 위치별로 탑재될 수 있다.
풀링 그립핑 유닛(230)은 풀링장치 본체부(210)의 일측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 스태킹 스테이지(140) 상에서 적층이 완료된 적층 셀(stacking cell)을 그립핑하는 역할을 한다.
풀링 그립핑 유닛(230)은 집게 방식으로 상기 적층 셀을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼(231)와, 그립퍼(231)를 구동시키는 그립퍼 구동부(232)와, 그립퍼(231)와 그립퍼 구동부(232)를 지지하되 양 사이드 영역이 한 쌍의 로봇 샤프트(211)에 이송 가능하게 연결되는 그립퍼 서포터 무버(233)를 포함한다. 그립퍼 서포터 무버(233)의 양 사이드 영역이 한 쌍의 로봇 샤프트(211)에 이송 가능하게 연결되는 형태라서 종전의 외팔보 방식보다 이송에 안정적이다. 따라서, 풀링 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
본 실시예에서 그립퍼(231)는 사이에서 적층 셀이 그립핑되는 복수 개의 그립핑 블록(231a)과, 그립핑 블록(231a)들을 구동 가능하게 지지하는 복수 개의 블록 지지대(231b)를 포함할 수 있다.
그리고, 그립퍼 구동부(232)는 집게 방식의 그립퍼(231)를 벌리거나 오므리기 위한 실린더일 수 있다.
이러한 풀링 그립핑 유닛(230)을 구동시키기 위해, 즉 전후진시키기 위해 홀딩 유닛 동기 구동부(260)가 마련된다. 홀딩 유닛 동기 구동부(260)는 로봇 샤프트(211)들의 일측에 각각 마련되며, 로봇 샤프트(211) 상에서 풀링 그립핑 유닛(230)을 동기 구동시키는 역할을 한다.
분리막 홀딩 유닛(250)은 풀링 그립핑 유닛(230)과 독립적으로 배치되되 풀링장치 본체부(210)의 타측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 적층 셀에 대한 풀링 작업 시 분리막을 잡는 역할을 한다.
이러한 분리막 홀딩 유닛(250)은 분리막을 홀딩하는 진공패드(252)와, 진공패드(252)의 주변에 함께 배치되는 진공홀(253)을 구비하는 홀딩 바(251)와, 홀딩 바(251)를 구동시키는 바 구동부(254)와, 홀딩 바(251)와 바 구동부(254)를 지지하되 양 사이드 영역이 한 쌍의 로봇 샤프트(211)에 이송 가능하게 연결되는 홀딩 바 서포터 무버(255)를 포함할 수 있다. 그홀딩 바 서포터 무버(255)의 양 사이드 영역이 한 쌍의 로봇 샤프트(211)에 이송 가능하게 연결되는 형태라서 종전의 외팔보 방식보다 이송에 안정적이다. 따라서, 풀링 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
홀딩 바(251)에 진공패드(252)와 진공홀(253)이 함께 적용되는 형태라서 분리막을 흡착해서 팽팽하게 잡아 당기는데 유리하다. 따라서, 분리막 커팅장치(300)에 의한 분리막 커팅작업에 오차가 없다.
이러한 분리막 홀딩 유닛(250)을 구동시키기 위해, 즉 전후진시키기 위해 홀딩 유닛 동기 구동부(260)가 마련된다. 홀딩 유닛 동기 구동부(260)는 로봇 샤프트(211)들의 타측에 각각 마련되며, 로봇 샤프트(211) 상에서 분리막 홀딩 유닛(250)을 동기 구동시키는 역할을 한다.
이때, 그립핑 유닛 동기 구동부(240) 및 홀딩 유닛 동기 구동부(260)의 작용 시 분리막의 장력 유지를 위해 한 쌍의 로봇 샤프트(211) 상에서 풀링 그립핑 유닛(230)과 분리막 홀딩 유닛(250)이 각기 독립적으로 이송될 수 있다.
다음으로, 분리막 커팅장치(300)는 도 1 및 도 8에 도시된 것처럼 적층 셀 풀링장치(200)에 이웃하게 배치되며, 분리막을 커팅하는 역할을 한다.
이러한 분리막 커팅장치(300)는 커팅장치 본체(310)와, 커팅장치 본체(310) 상에 마련되는 이송 전동레일(320)과, 분리막 커팅유닛(330)을 포함한다.
분리막 커팅유닛(330)은 실질적으로 분리막을 커팅하는 커터(331)와, 커터(331)를 지지하는 한편 이송 전동레일(320)에 연결되고 이송 전동레일(320)을 따라 이송되는 커터 홀더(322)를 포함한다. 커터 홀더(322)를 통해 커터(331)가 이송 전동레일(320) 상에서 이송하면서 분리막을 커팅하기 때문에 분리막의 커팅 품질을 높일 수 있다.
한편, 시스템 컨트롤장치(400)는 적층 셀에 대한 풀링 작업이 자동으로 진행될 수 있도록 셀 스태킹장치(100), 적층 셀 풀링장치(200) 및 분리막 커팅장치(300)의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 시스템 컨트롤장치(400)는 중앙처리장치(410, CPU), 메모리(420, MEMORY), 그리고 서포트 회로(430, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(410)는 본 실시예에서 적층 셀에 대한 풀링 작업이 자동으로 진행될 수 있도록 셀 스태킹장치(100), 적층 셀 풀링장치(200) 및 분리막 커팅장치(300)의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(420, MEMORY)는 중앙처리장치(410)와 연결된다. 메모리(420)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(430, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(410)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(430)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 시스템 컨트롤장치(400)는 적층 셀에 대한 풀링 작업이 자동으로 진행될 수 있도록 셀 스태킹장치(100), 적층 셀 풀링장치(200) 및 분리막 커팅장치(300)의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(420)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(420)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 이차전지 고속 셀 스태킹시스템의 작용을 설명한다.
우선, 셀 스태킹장치(100)에 의한 셀 스태킹공정이 진행된다. 즉 양극을 먼저 스태킹한다고 가정할 때, 양극의 스태킹을 위하여 스태킹 스테이지(140)가 도 13처럼 양극 스태킹 유닛(110) 쪽으로 틸팅된다. 이어, 양극 트랜스퍼 틸팅핸드(112)와의 상호작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 양극이 스태킹된다.
이때, 양극 비전 카메라(114)는 도 13처럼 양극 트랜스퍼 틸팅핸드(112)의 작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 양극이 스태킹될 때, 도 21의 B로 표기된 위치에 놓인 양극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영한다. 따라서, 양극의 스태킹 상태에 대한 영상 촬영에 따른 딜레이 타임(Delay Time)을 종래보다 줄일 수 있으며, 이로 인해 택트 타임(Tact Time) 감소에 따른 생산성 향상에 이바지할 수 있다.
다음, 양극 위로 분리막이 스태킹되면서 스태킹 스테이지(140)가 도 14처럼 음극 스태킹 유닛(120) 쪽으로 틸팅한다.
이때, 분리막은 스태킹 스테이지(140)의 동작에 맞물려 역이동해야 하지만, 본 실시예의 경우, 스태킹 스테이지(140)가 도 14처럼 음극 스태킹 유닛(120) 쪽으로 틸팅할 때, 도 15처럼 스테이지 업/다운 구동부(160)에 의해 스태킹 스테이지(140) 및 스테이지 틸팅 구동부(150)가 다운(down) 동작하게 함으로써 분리막이 역이동하지 않게끔 한다. 따라서, 분리막의 장력 불균일 문제를 효과적으로 해소할 수 있게 되는 것이다.
다음, 도 16처럼 계속되는 스태킹 스테이지(140)의 틸팅 동작에 의해 스태킹 스테이지(140)가 도 17처럼 음극 스태킹 유닛(120) 쪽으로 틸팅되면, 이어, 음극 트랜스퍼 틸팅핸드(122)와의 상호작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 음극이 스태킹된다.
이때, 음극 비전 카메라(124) 역시, 도 17처럼 음극 트랜스퍼 틸팅핸드(122)의 작용으로 스태킹 스테이지(140) 상에 음극이 스태킹될 때, 도 20의 A로 표기된 위치에 놓인 음극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영한다. 따라서, 음극의 스태킹 상태에 대한 영상 촬영에 따른 딜레이 타임(Delay Time)을 종래보다 줄일 수 있으며, 이로 인해 택트 타임(Tact Time) 감소에 따른 생산성 향상에 이바지할 수 있다.
한편, 위의 방법으로 스태킹 스테이지(140) 상에서 셀이 적층되고 나면 시스템 컨트롤장치(400)의 컨트롤에 의해 도 2에서 도 3처럼 적층 셀 풀링장치(200)가 동작한다. 즉 풀링 그립핑 유닛(230)이 적층 셀을 그립핑하는 한편, 분리막 홀딩 유닛(250)이 분리막을 잡는다. 이후, 도 3에서 도 2와 같은 동작을 통해 적층 셀은 풀링되고 분리막은 커팅될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 적층 셀(stacking cell)을 스태킹 스테이지(140, stacking stage)에서 꺼내는 풀링(pulling) 작업 시 처짐이 발생하거나 떨림 현상이 발생하는 것을 저지해서 고속 이송을 구현할 수 있음은 물론 이로 인해 이송 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 이바지할 수 있으며, 또한 종전처럼 적층 셀의 적층 상태 얼라인(Align)이 틀어져 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
100 : 셀 스태킹장치 110 : 양극 스태킹 유닛
120 : 음극 스태킹 유닛 130 : 셀 스태킹 유닛
140 : 스태킹 스테이지 144 : 스태킹 업/다운 구동부
150 : 스테이지 틸팅 구동부 160 : 스테이지 업/다운 구동부
170 : 분리막 공급부 200 : 적층 셀 풀링장치
210 : 풀링장치 본체부 211 : 로봇 샤프트
230 : 풀링 그립핑 유닛 231 : 그립퍼
231a : 그립핑 블록 231b : 블록 지지대
232 : 그립퍼 구동부 233 : 그립퍼 서포터 무버
240 : 그립핑 유닛 동기 구동부 250 : 분리막 홀딩 유닛
251 : 홀딩 바 252 : 진공패드
253 : 진공홀 254 : 바 구동부
255 : 홀딩 바 서포터 무버 260 : 홀딩 유닛 동기 구동부
300 : 분리막 커팅장치 310 : 커팅장치 본체
320 : 이송 전동레일 330 : 분리막 커팅유닛
331 : 커터 332 : 커터 홀더
400 : 시스템 컨트롤장치
120 : 음극 스태킹 유닛 130 : 셀 스태킹 유닛
140 : 스태킹 스테이지 144 : 스태킹 업/다운 구동부
150 : 스테이지 틸팅 구동부 160 : 스테이지 업/다운 구동부
170 : 분리막 공급부 200 : 적층 셀 풀링장치
210 : 풀링장치 본체부 211 : 로봇 샤프트
230 : 풀링 그립핑 유닛 231 : 그립퍼
231a : 그립핑 블록 231b : 블록 지지대
232 : 그립퍼 구동부 233 : 그립퍼 서포터 무버
240 : 그립핑 유닛 동기 구동부 250 : 분리막 홀딩 유닛
251 : 홀딩 바 252 : 진공패드
253 : 진공홀 254 : 바 구동부
255 : 홀딩 바 서포터 무버 260 : 홀딩 유닛 동기 구동부
300 : 분리막 커팅장치 310 : 커팅장치 본체
320 : 이송 전동레일 330 : 분리막 커팅유닛
331 : 커터 332 : 커터 홀더
400 : 시스템 컨트롤장치
Claims (25)
- 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되는 스태킹 스테이지(stacking stage)를 구비하는 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되는 풀링장치 본체부;
상기 풀링장치 본체부의 일측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 스태킹 스테이지 상에서 적층이 완료된 적층 셀(stacking cell)을 그립핑하는 풀링 그립핑 유닛(pulling gripping unit); 및
상기 풀링 그립핑 유닛과 독립적으로 배치되되 상기 풀링장치 본체부의 타측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 적층 셀에 대한 풀링 작업 시 상기 분리막을 잡는 분리막 홀딩 유닛(separator holding unit)을 포함하며,
상기 풀링장치 본체부에는 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛의 양측 지지를 위한 한 쌍의 로봇 샤프트가 상호 이격되고 나란하게 마련되는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 로봇 샤프트들의 일측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 그립핑 유닛 동기 구동부; 및
상기 로봇 샤프트들의 타측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 분리막 홀딩 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 홀딩 유닛 동기 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치. - 제3항에 있어서,
상기 그립핑 유닛 동기 구동부 및 상기 홀딩 유닛 동기 구동부의 작용 시 상기 분리막의 장력 유지를 위해 상기 한 쌍의 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛이 각기 독립적으로 이송되는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치. - 제4항에 있어서,
상기 풀링 그립핑 유닛은,
집게 방식으로 상기 적층 셀을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼;
상기 그립퍼를 구동시키는 그립퍼 구동부; 및
상기 그립퍼와 상기 그립퍼 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 그립퍼 서포터 무버를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치. - 제5항에 있어서,
상기 그립퍼는,
사이에서 상기 적층 셀이 그립핑되는 복수 개의 그립핑 블록; 및
상기 그립핑 블록들을 구동 가능하게 지지하는 복수 개의 블록 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치. - 제4항에 있어서,
상기 분리막 홀딩 유닛은,
상기 분리막을 홀딩하는 진공패드와, 상기 진공패드의 주변에 함께 배치되는 진공홀을 구비하는 홀딩 바;
상기 홀딩 바를 구동시키는 바 구동부; 및
상기 홀딩 바와 상기 바 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 홀딩 바 서포터 무버를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 셀 풀링장치. - 양극, 분리막 및 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 셀(cell)이 스태킹되는 스태킹 스테이지(stacking stage)를 구비하는 셀 스태킹장치; 및
상기 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되며, 상기 셀 스태킹장치와 상호작용해서 상기 스태킹 스테이지 상의 적층 셀(stacking cell)을 풀링(pulling)하는 적층 셀 풀링장치를 포함하며,
상기 적층 셀 풀링장치는,
상기 셀 스태킹장치에 이웃하게 배치되는 풀링장치 본체부;
상기 풀링장치 본체부의 일측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 스태킹 스테이지 상에서 적층이 완료된 적층 셀(stacking cell)을 그립핑하는 풀링 그립핑 유닛(pulling gripping unit); 및
상기 풀링 그립핑 유닛과 독립적으로 배치되되 상기 풀링장치 본체부의 타측에서 그 양측이 이송 가능하게 지지되며, 상기 적층 셀에 대한 풀링 작업 시 상기 분리막을 잡는 분리막 홀딩 유닛(separator holding unit)을 포함하며,
상기 풀링장치 본체부에는 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛의 양측 지지를 위한 한 쌍의 로봇 샤프트가 상호 이격되고 나란하게 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제8항에 있어서,
상기 적층 셀 풀링장치는,
로봇 샤프트들의 일측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 그립핑 유닛 동기 구동부; 및
상기 로봇 샤프트들의 타측에 각각 마련되며, 상기 로봇 샤프트 상에서 상기 분리막 홀딩 유닛을 동기 구동시키는 복수 개의 홀딩 유닛 동기 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제9항에 있어서,
상기 그립핑 유닛 동기 구동부 및 상기 홀딩 유닛 동기 구동부의 작용 시 상기 분리막의 장력 유지를 위해 상기 한 쌍의 로봇 샤프트 상에서 상기 풀링 그립핑 유닛과 상기 분리막 홀딩 유닛이 각기 독립적으로 이송되는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제10항에 있어서,
상기 풀링 그립핑 유닛은,
집게 방식으로 상기 적층 셀을 그립핑하는 복수 개의 그립퍼;
상기 그립퍼를 구동시키는 그립퍼 구동부; 및
상기 그립퍼와 상기 그립퍼 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 그립퍼 서포터 무버를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제11항에 있어서,
상기 그립퍼는,
사이에서 상기 적층 셀이 그립핑되는 복수 개의 그립핑 블록; 및
상기 그립핑 블록들을 구동 가능하게 지지하는 복수 개의 블록 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제10항에 있어서,
상기 분리막 홀딩 유닛은,
상기 분리막을 홀딩하는 진공패드와, 상기 진공패드의 주변에 함께 배치되는 진공홀을 구비하는 홀딩 바;
상기 홀딩 바를 구동시키는 바 구동부; 및
상기 홀딩 바와 상기 바 구동부를 지지하되 양 사이드 영역이 상기 한 쌍의 로봇 샤프트에 이송 가능하게 연결되는 홀딩 바 서포터 무버를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제8항에 있어서,
상기 적층 셀 풀링장치에 이웃하게 배치되며, 상기 분리막을 커팅하는 분리막 커팅장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제14항에 있어서,
상기 분리막 커팅장치는,
커팅장치 본체;
상기 커팅장치 본체 상에 마련되는 이송 전동레일; 및
상기 분리막을 커팅하는 커터와, 상기 커터를 지지하는 한편 상기 이송 전동레일에 연결되고 상기 이송 전동레일을 따라 이송되는 커터 홀더를 구비하는 분리막 커팅유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제14항에 있어서,
상기 적층 셀에 대한 풀링 작업이 자동으로 진행될 수 있도록 상기 셀 스태킹장치, 상기 적층 셀 풀링장치 및 상기 분리막 커팅장치의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 시스템 컨트롤장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제8항에 있어서,
상기 셀 스태킹장치는,
양극 및 음극 사이에 배치되되 상기 양극 및 상기 음극과 함께 스태킹(stacking)되면서 이차전지 셀(cell)을 형성하는 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 및
상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극의 스태킹(stacking) 공정을 통해 상기 셀(cell)이 스태킹되게 하는 셀 스태킹 유닛(cell stacking unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제17항에 있어서,
상기 셀 스태킹 유닛은,
상기 스태킹 스테이지와 연결되며, 상기 스태킹 스테이지를 틸팅(tilting) 구동시키는 스테이지 틸팅 구동부;
상기 스태킹 스테이지 및 상기 스테이지 틸팅 구동부와 연결되며, 상기 스태킹 공정이 진행될 때 상기 분리막이 역이동하는 것을 방지하도록 상기 스태킹 스테이지 및 상기 스테이지 틸팅 구동부를 선택적으로 업/다운(up/down) 구동시키는 스테이지 업/다운 구동부; 및
상기 스태킹 스테이지의 주변에 배치되며, 상기 스태킹 스테이지 상에 스태킹되는 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극 중 하나를 그립핑(gripping)하는 복수 개의 유닛 그립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제18항에 있어서,
상기 스테이지 틸팅 구동부는,
상기 스태킹 스테이지와 연결되고 상기 스태킹 스테이지의 회전축심을 형성하는 스테이지 회전축;
상기 스테이지 회전축의 일측 단부에 연결되고, 상기 스테이지 회전축의 회전을 위한 동력을 발생시키는 틸팅 모터; 및
상기 틸팅 모터의 반대편에서 상기 스테이지 회전축에 연결되고 해당 위치에서 상기 스테이지 회전축을 회전 가능하게 지지하는 회전 지지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제18항에 있어서,
상기 스테이지 업/다운 구동부는,
상호 이격 배치되고 해당 위치에 고정되는 복수 개의 고정 포스트;
상기 스태킹 스테이지 및 상기 스테이지 틸팅 구동부를 일체로 지지하는 한편 양측이 상기 복수 개의 고정 포스트에 업/다운(up/down)되게 연결되는 업/다운 빔(up/down beam);
상기 업/다운 빔에 연결되는 업/다운 볼 스크루;
상기 업/다운 볼 스크루에 연결되며, 상기 업/다운 볼 스크루를 매개로 상기 업/다운 빔이 업/다운되기 위한 동력을 발생시키는 업/다운 모터; 및
상기 고정 포스트와 상기 업/다운 빔에 연결되며, 상기 고정 포스트에 대한 상기 업/다운 빔의 업/다운(up/down) 동작을 가이드하는 업/다운 LM 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제18항에 있어서,
상기 셀 스태킹 유닛은,
상기 유닛 그립퍼들에 연결되고 상기 유닛 그립퍼들을 해당하는 것끼리 이동시키는 그립퍼 이동부; 및
상기 스태킹 스테이지에 연결되며, 상기 스태킹 스테이지 상에 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극이 하나씩 스태킹될 때, 상기 스태킹 스테이지를 단계적으로 업/다운(up/down) 구동시키는 스태킹 업/다운 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제17항에 있어서,
상기 셀 스태킹장치는,
상기 분리막 공급부의 일측에 이동 가능하게 배치되며, 상기 셀 스태킹 유닛과 협조해서 상기 스태킹 스테이지 상에 상기 양극을 스태킹하는 양극 스태킹 유닛; 및
상기 분리막 공급부의 타측에 이동 가능하게 배치되며, 상기 셀 스태킹 유닛과 협조해서 상기 스태킹 스테이지 상에 상기 음극을 스태킹하는 음극 스태킹 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제22항에 있어서,
상기 양극 스태킹 유닛은,
상기 양극이 얼라인되는 양극 얼라인 스테이지;
상기 양극 얼라인 스테이지 상의 양극을 상기 스태킹 스테이지로 전달하는 양극 트랜스퍼 핸드(transfer hand); 및
상기 양극 트랜스퍼 틸팅핸드에 마련되며, 상기 양극 트랜스퍼 틸팅핸드가 상기 스태킹 스테이지로 상기 양극을 전달하면서 상기 양극을 스태킹할 때 상기 양극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영하는 양극 비전 카메라를 포함하며,
상기 양극 트랜스퍼 핸드가 소정의 제1 틸팅축을 축심으로 틸팅 구동하는 양극 트랜스퍼 틸팅핸드인 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제22항에 있어서,
상기 음극 스태킹 유닛은,
상기 음극이 얼라인되는 음극 얼라인 스테이지;
상기 음극 얼라인 스테이지 상의 음극을 상기 스태킹 스테이지로 전달하는 음극 트랜스퍼 핸드(transfer hand); 및
상기 음극 트랜스퍼 틸팅핸드에 마련되며, 상기 음극 트랜스퍼 틸팅핸드가 상기 스태킹 스테이지로 상기 음극을 전달하면서 상기 음극을 스태킹할 때 상기 음극의 스태킹 상태에 대한 영상을 촬영하는 음극 비전 카메라를 포함하며,
상기 음극 트랜스퍼 핸드가 소정의 제2 틸팅축을 축심으로 틸팅 구동하는 음극 트랜스퍼 틸팅핸드인 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템. - 제17항에 있어서,
상기 분리막 공급부는,
상기 양극과 상기 음극이 순차적으로 스태킹될 때, 그 사이로 상기 분리막이 연속적인 웹(web) 타입으로 공급되도록 하는 웹 타입 분리막 공급부인 것을 특징으로 하는 이차전지 고속 셀 스태킹시스템.
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