KR20240085011A

KR20240085011A - 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법

Info

Publication number: KR20240085011A
Application number: KR1020220169994A
Authority: KR
Inventors: 송영숙; 김정연; 김창희; 염동욱
Original assignee: 주식회사 모아; 주식회사 모아이에스
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-06-14

Abstract

본 발명은 배터리셀의 양측 테라스를 기준으로 탭의 전체 길이에 맞춰 가공하는 것으로 배터리셀 적층시 양단으로 돌출되는 탭의 돌출 편차를 줄일 수 있는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법은, 배터리셀을 정렬유닛에 위치 정렬시켜 파지하는 배터리셀 파지 단계; 상기 정렬유닛에 파지된 상기 배터리셀의 양단 부분을 비전 촬영하여 배터리셀의 전체 길이를 측정하는 비전 촬영 단계; 상기 비전 촬영 단계에서 촬영된 영상에 기초하여 상기 배터리셀이 중앙에 위치되도록 안착 위치를 조정하는 위치 정렬 단계; 상기 위치 정렬 단계를 통해 위치 정렬된 상기 배터리셀의 전체 길이에 맞춰 상기 배터리셀 양단의 탭을 절단 가공하는 탭 가공 단계; 및 상기 정렬유닛에 파지된 상기 배터리셀의 고정을 해제하여 배출하는 배출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법{Battery cell Vision Alignment and Tap Processing Method for Electric Vehicles}

본 발명은 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차용 배터리 모듈을 제조하는 공정에서 파우치형 배터리셀의 위치를 정렬하고, 배터리셀 탭을 기준에 맞추어 가공하는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차에 적용되는 배터리는 복수 개의 파우치형 배터리셀(이하 '배터리셀'이라 한다)을 연결하여 대용량의 배터리가 구성되게 되는데, 이렇게 복수 개의 배터리셀을 연결하기 위해 인접하는 배터리셀의 탭을 서로 직접 연결하여 용접되거나, 또는 부스바 등의 연결부재에 배터리셀의 탭을 조립한 다음 탭과 부스바가 상호 용접되게 된다.

위와 같이 복수 개의 배터리셀의 탭을 용접하여 연결하기 위해서는 배터리셀의 탭 형상과 치수가 일정하게 담보되어야 하는데, 배터리셀 제조 공정에서 제조되어 배터리 모듈 제조 공정으로 제공되는 배터리셀의 경우 탭의 형상과 치수가 일정하지 않은 채 제공되기 때문에 후속 공정 진행시 불량이 발생하게 되는 문제가 있다.

따라서 배터리셀의 탭의 형상과 치수를 일정하게 보정하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있는데, 이러한 목적의 종래기술로는 등록특허공보 제1828632호의 전극 탭 평탄 장치 및 전극 탭 평탄화 방법(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.

상기 특허문헌은 베이스와, 상기 베이스의 상면에 구비되고, 상면에 배터리 셀이 안착되는 안착홈이 형성된 안착부와, 상기 베이스의 상면에 구비되고, 상기 안착부와 인접한 위치에 구비되는 지지부와, 상기 지지부에 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되는 탄성지지부와, 상기 탄성지지부와 연결되어 상기 탄성지지부의 이동에 따라 상기 안착홈에 안착된 배터리 셀의 전극 탭을 가압하는 가압부 및 상기 베이스에 구비되어 상기 안착부를 전후 방향으로 이동시키는 이동부를 포함하고, 상기 지지부는 상기 이동부에 의해 상기 안착부가 슬라이딩 이동되는 방향을 기준으로 전방에 위치하여, 상기 탄성지지부를 지지하며, 상기 가압부는 상기 배터리 셀의 제1 전극 탭을 가압하는 제1 가압부재와, 상기 배터리 셀의 제2 전극 탭을 가압하는 제2 가압부재를 포함하고, 상기 제1 가압부재 및 상기 제2 가압부재는 롤러로 마련되며, 상기 안착부는 상기 안착홈에 마련되어 상기 안착부의 이동 시 상기 배터리 셀이 움직이지 않도록 탄성 지지하는 탄성 부재를 포함하는 것으로 이루어진다.

그러나 상기 특허문헌은 승강되는 제1, 2 가압부재를 통해 배터리셀의 탭의 상면을 가압하여 형상을 보정하는 것이나, 배터리셀이 동일한 위치에 일정하게 고정되지 않으면 제1, 2 가압부재를 통해 탭이 동일한 기준으로 보정될 수 없는 구조적인 한계가 있다.

또한, 탭의 형상이 보정됨에 따라 배터리셀 탭 간의 전체 길이가 달라지므로 배터리셀 적층시 양단으로 돌출되는 탭 간의 돌출 편차가 발생하여 배터리모듈 제조 공정시 조립 불량 등이 발생하게 되는 문제가 있다.

따라서 배터리셀 적층시 양단으로 돌출되는 탭 간의 돌출 편차를 줄일 수 있도록 배터리셀을 정확하게 위치 정렬하여 동일한 조건하에서 탭을 가공할 수 있는 배터리셀 정렬 및 탭 가공 방법의 개발이 요구된다.

KR 10-1828632 B1 (2018. 02. 06.) KR 10-2016-0015751 A (2016. 02. 15.) KR 10-0579382 B1 (2006. 05. 04.) KR 10-1999-0000463 A (1999. 01. 15.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 전기자동차용 배터리셀 제조방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배터리셀의 양측 테라스를 기준으로 탭의 전체 길이에 맞춰 가공하는 것으로 배터리셀 적층시 양단으로 돌출되는 탭의 돌출 편차를 줄일 수 있는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법은, 배터리셀을 정렬유닛에 위치 정렬시켜 파지하는 배터리셀 파지 단계; 상기 정렬유닛에 파지된 상기 배터리셀의 양단 부분을 비전 촬영하여 배터리셀의 전체 길이를 측정하는 비전 촬영 단계; 상기 비전 촬영 단계에서 촬영된 영상에 기초하여 상기 배터리셀이 중앙에 위치되도록 안착 위치를 조정하는 위치 정렬 단계; 상기 위치 정렬 단계를 통해 위치 정렬된 상기 배터리셀의 전체 길이에 맞춰 상기 배터리셀 양단의 탭을 절단 가공하는 탭 가공 단계; 및 상기 정렬유닛에 파지된 상기 배터리셀의 고정을 해제하여 배출하는 배출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 위치 정렬 단계가 상기 비전 촬영 단계에서 촬영된 상기 배터리셀 양단의 테라스간 이격된 길이를 1/2하여 X축 중간선을 생성하고, 상기 탭의 높이를 1/2하여 Y축 중간선(을 생성하며, 생성된 상기 X축 중간선과 상기 Y축 중간선을 기준으로 상기 배터리셀이 상기 정렬유닛의 중앙에 위치되도록 정렬시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 탭 가공 단계가 양측 상기 탭 간에 이격된 총 길이가 미리 설정된 길이와 일치되도록 상기 X축 중간선을 기준으로 양측 상기 탭의 절단 가공이 진행되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 배출 단계가 상기 배터리셀을 이송컨베어로 배출하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 배출 단계가 상기 배터리셀의 전체 길이를 기준으로 적층핸드의 가운데 부분이 상기 배터리셀의 가운데에 위치되도록 상기 정렬유닛의 위치가 조절된 다음, 상기 정렬유닛의 고정이 해제되어 상기 배터리셀을 상기 적층핸드에 적층하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전기자동차용 배터리 모듈 공정에서 파우치형 배터리셀을 운반하여 적층시킬 때, 배터리셀의 위치를 일정하게 정렬한 다음, 비전카메라를 이용하여 배터리셀의 전체 길이를 측정하고, 측정된 길이를 기준으로 배터리셀이 정렬유닛의 중앙에 위치하도록 정렬한 다음, 미리 설정된 탭 간의 전체 길이를 기준으로 양단의 탭을 절단 가공하여 탭 간의 전체 길이를 일정하게 하며, 이를 통해 배터리모듈 제조시 적층되는 배터리셀 간의 탭 돌출 편차를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법의 예를 보인 공정순서도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 배터리셀 파지 단계의 예를 보인 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 비전 촬영 단계의 예를 보인 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 탭 가공 단계의 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 배터리셀의 양측 테라스를 기준으로 탭의 전체 길이에 맞춰 가공하는 것으로 배터리셀 적층시 양단으로 돌출되는 탭의 돌출 편차를 줄일 수 있는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 배터리셀 파지 단계(S10), 비전 촬영 단계(S20), 위치 정렬 단계(S30), 탭 가공 단계(S40) 및 배출 단계(S50)를 포함한다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 도 2 및 도 3을 기준으로 배터리셀(1)의 길이 방향을 'X축' 방향으로 지칭하여 설명하고, 배터리셀(1)의 폭 방향을 'Y축' 방향으로 지칭하여 설명하며, 배터리셀(1)의 두께 방향을 'Z축' 방향으로 지칭하여 설명한다.

(1) 배터리셀 파지 단계(S10)

이 단계는 배터리셀(1)을 낱개로 파지함과 동시에 파지되는 배터리셀(1)을 정렬유닛(10)에 위치 정렬시키는 것으로, 이를 위한 정렬유닛(10)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 배터리셀(1)의 Y축(폭) 방향 일측면이 밀착되는 소정 크기의 안착부(11)와, 상기 안착부(11)의 X축(길이) 방향 일단을 따라 구비되어 배터리셀(1)의 Z축(두께) 방향 일측면이 밀착되는 소정 길이의 제1 기준정렬부(12)와, 상기 안착부(11)의 X축(길이) 방향 타단을 따라 설치되어 배터리셀(1)을 제1 기준정렬부(12) 쪽으로 가압하여 밀착시키는 가압고정부(13)와, 상기 안착부(11)의 X축 방향 양측에 선택적으로 위치되면서 배터리셀(1)을 X축 방향으로 가압하여 위치 정렬하는 제2 기준정렬부(14) 및 상기 안착부(11)와 마주하도록 선택적으로 위치되면서 배터리셀(1)의 Z축 방향을 정렬하는 제3 기준정렬부(15)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 안착부(11)에는 복수 개의 진공 흡착판이 설치되고, 이러한 진공 흡착판을 통해 배터리셀(1)의 일측면이 진공 흡착되도록 구성될 수 있다.

또한, 제1, 2, 3 기준정렬부(12, 14, 15)를 통해 배터리셀(1)이 일측으로 가압되어 기준선(AL)에 맞추어 수평 및 수직이 되도록 정렬되고, 이렇게 배터리셀(1)의 위치 정렬이 완료되고 나면, 제2 기준정렬부(14)는 안착부(11)로부터 소정 간격 이격되도록 이동되며, 이를 통해 후술되는 비전 촬영 단계(S20)를 통해 배터리셀(1)의 탭(1A)이 촬영되더라도 제2 기준정렬부(14)에 간섭을 받지 않게 된다.

이에 더해 제1, 3 기준정렬부(12, 15)는 후술되는 보정 단계(S40)를 통해 탭(1A) 형상 보정이 완료될 때까지 배터리셀(1)을 가압 고정시킨 상태로 유지되고, 이를 통해 탭(1A) 형상이 보정되는 동안 배터리셀(1)이 임의로 움직이지 않게 된다.

이하에서는 정렬유닛(10)을 통해 배터리셀(1)이 안착되어 위치 정렬된 상태로 고정(파지)되는 예에 대하여 설명한다.

공급부에 적층된 배터리셀(1) 쪽으로 정렬유닛(10)이 이동되어 안착부(11)에 배터리셀(1)의 일측면이 접촉되도록 밀착되고, 이 상태에서 가압고정부(13) 또는 제3 기준정렬부(15)에 의해 배터리셀(1)이 가압되어 Y축 또는 Z축 방향이 위치 정렬되게 된다.

이후 배터리셀(1) 양단의 탭(1A) 형상의 처짐 등을 보정한 다음, 제2 기준정렬부(14)를 통해 배터리셀(1)의 일단 쪽으로 가압하여 X축 방향이 위치 정렬되게 된다.

위와 같이 배터리셀(1)의 X, Y, Z축 방향이 기준선(AL)에 맞추어 정렬이 완료되면, 가압고정부(13) 또는 제3 기준정렬부(15)를 통해 배터리셀(1)을 가압하여 배터리셀(1)의 위치를 고정하게 되고, 이를 통해 후술되는 비전 촬영 단계(S20)와 탭 가공 단계(S40)가 진행될 때, 배터리셀(1)이 임의로 움직이지 않도록 고정되게 된다.

(2) 비전 촬영 단계(S20)

이 단계는 위 배터리셀 파지 단계(S10)를 통해 배터리셀(1)이 위치 정렬된 상태로 파지되고 나면, 도 4에 도시된 바와 같이 비전카메라(C)를 통해 배터리셀(1)의 양단 부분을 촬영하는 것이다.

이때 비전카메라(C)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 배터리셀(1)의 탭(1A)을 기준으로 Z축 방향과 Y축 방향에 각각 설치되고, 양측 비전카메라(C) 간의 이격된 거리와 비전카메라(C)를 통해 촬영되는 영상의 중심점(도시하지 않음)을 이용하여 배터리셀(1)의 전체 길이(L)가 측정될 수 있으며, 이를 통해 배터리셀(1)의 X, Y축 중간선(CL1, CL2)이 측정되고, 이렇게 측정된 X, Y축 중간선(CL1, CL2)을 기준으로 후술되는 위치 정렬 단계(S30)를 통해 배터리셀(1)이 정렬유닛(10)의 중앙(가운데)에 위치되도록 정렬되게 된다.

(3) 위치 정렬 단계(S30)

이 단계는 비전 촬영 단계(S20)에서 촬영되어 측정된 X, Y축 중간선(CL1, CL2)을 기준으로 배터리셀(1)을 정렬유닛(10)의 중앙(가운데)에 위치시키는 것이다.

이때 배터리셀(1)의 위치 정렬은 후술되는 탭 가공 단계(S40)의 탭 가공기(20)를 이용하여 위치 정렬될 수 있고, 또 다르게는 정렬유닛(10)의 제2 기준정렬부(14)를 통해 위치 정렬될 수 있다.

(4) 탭 가공 단계(S40)

이 단계는 위 위치 정렬 단계(S30)를 통해 배터리셀(1)의 위치가 정렬되고 나면, 배터리셀(1)의 탭(1A) 간의 이격된 길이를 미리 설정된 길이 값에 맞추어 가공(절단)하는 것이다.

이러한 탭 가공 단계(S40)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 정렬유닛(10)의 양측에 탭 가공기(20)가 각각 위치되고, 배터리셀(1) 양단에 구비되는 테라스(도면부호 없음)를 기준으로 양측 탭(1A)의 돌출 길이가 동일하도록 탭 가공기(20)가 위치 이동되어 가공(절단)이 진행되게 된다.

이때 탭 가공기(20)는 탭(1A)의 Z축 방향 양측면을 가압여 절단하도록 구성될 수 있다.

(5) 배출 단계(S50)

이 단계는 위 탭 가공 단계(S40)를 통해 탭(1A)의 돌출 길이가 가공되고 나면, 정렬유닛(10)의 위치를 이동하여 배터리셀(1)을 후속 공정 쪽으로 배출하는 것이다.

이때 정렬유닛(10)은 가압고정부(13)의 고정을 해제하여 이송컨베어(도시하지 않음)로 배터리셀(1)을 배출하도록 제어될 수 있고, 또 다르게는 적층핸드(도시하지 않음)에 적층시키도록 제어될 수 있다.

또한, 적층핸드에 배터리셀(1)을 적층시킬 때에는 미리 측정된 배터리셀(1)의 전체 길이(L)를 기준으로 적층핸드의 중앙(가운데)에 배터리셀(1)의 중앙(가운데)이 위치되도록 정렬유닛(10)의 X축 위치가 조절되고, 이후 정렬유닛(10)의 고정이 해제되어 배터리셀(1)을 적층핸드에 적층시키도록 제어될 수 있으며, 이에 의해 적층핸드에 적층되는 배터리셀(1) 양측의 탭(1A)이 돌출되는 길이의 편차를 줄일 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차용 배터리 모듈 공정에서 파우치형 배터리셀을 운반하여 적층시킬 때, 배터리셀의 위치를 일정하게 정렬한 다음, 비전카메라를 이용하여 배터리셀의 전체 길이를 측정하고, 측정된 길이를 기준으로 배터리셀이 정렬유닛의 중앙에 위치하도록 정렬한 다음, 미리 설정된 탭 간의 전체 길이를 기준으로 양단의 탭을 절단 가공하여 탭 간의 전체 길이를 일정하게 하며, 이를 통해 배터리모듈 제조시 적층되는 배터리셀 간의 탭 돌출 편차를 줄일 수 있게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 배터리셀 1A: 탭
10: 정렬유닛 11: 안착부
12: 제1 기준정렬부 13: 가압고정부
14: 제2 기준정렬부 15: 제3 기준정렬부
20: 탭 가공기 A1: 제1 비전촬영부
A2: 제2 비전촬영부 AL: 기준선
C: 비전카메라 CL1: X축의 중간선
CL2: Y축의 중간선 L: 배터리셀의 길이

Claims

배터리셀(1)을 정렬유닛(10)에 위치 정렬시켜 파지하는 배터리셀 파지 단계(S10);
상기 정렬유닛(10)에 파지된 상기 배터리셀(1)의 양단 부분을 비전 촬영하여 배터리셀(1)의 전체 길이를 측정하는 비전 촬영 단계(S20);
상기 비전 촬영 단계(S20)에서 촬영된 영상에 기초하여 상기 배터리셀(1)이 중앙에 위치되도록 안착 위치를 조정하는 위치 정렬 단계(S30);
상기 위치 정렬 단계(S30)를 통해 위치 정렬된 상기 배터리셀(1)의 전체 길이에 맞춰 상기 배터리셀(1) 양단의 탭(1A)을 절단 가공하는 탭 가공 단계(S40); 및
상기 정렬유닛(10)에 파지된 상기 배터리셀(1)의 고정을 해제하여 배출하는 배출 단계(S50);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 위치 정렬 단계(S30)는,
상기 비전 촬영 단계(S20)에서 촬영된 상기 배터리셀(1) 양단의 테라스간 이격된 길이를 1/2하여 X축 중간선(CL1)을 생성하고, 상기 탭(1A)의 높이를 1/2하여 Y축 중간선(CL2)을 생성하며, 생성된 상기 X축 중간선(CL1)과 상기 Y축 중간선(CL2)을 기준으로 상기 배터리셀(1)이 상기 정렬유닛(10)의 중앙에 위치되도록 정렬시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 탭 가공 단계(S40)는,
양측 상기 탭(1A) 간에 이격된 총 길이가 미리 설정된 길이와 일치되도록 상기 X축 중간선(CL1)을 기준으로 양측 상기 탭(1A)의 절단 가공이 진행되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 배출 단계(S50),
상기 배터리셀(1)을 이송컨베어로 배출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 배출 단계(S50)는,
상기 배터리셀(1)의 전체 길이를 기준으로 적층핸드의 가운데 부분이 상기 배터리셀(1)의 가운데에 위치되도록 상기 정렬유닛(10)의 위치가 조절된 다음, 상기 정렬유닛(10)의 고정이 해제되어 상기 배터리셀(1)을 상기 적층핸드에 적층하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리셀 비전 정렬 및 탭 가공 방법.