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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

배터리 팩 조립 공정 시리즈 2 - 모듈 적층 및 압출

May 21 , 2025
배터리 팩 조립 공정 시리즈 2 - 모듈 적층 및 압출

1. 모듈 스태킹의 주요 단계
모듈 조립은 미리 정해진 설계 및 구조에 따라 여러 개의 셀을 결합하여 특정 기능과 성능을 갖춘 배터리 모듈을 형성하는 과정입니다. 이 과정에서 셀들은 다양한 연결 방식(용접, 기계적 고정 등)을 통해 견고하게 결합되며, 열 차폐막 및 절연 시트와 같은 보조 소재가 추가되어 전기적 성능, 열 관리 및 안전성 측면에서 모듈의 우수한 성능을 보장합니다.

1.1 모듈 스태킹

작동 목적: 셀 간의 전기적 연결과 기계적 안정성을 보장하면서 셀을 올바른 직렬-병렬 배열로 결합합니다.



일반적으로 리튬 이온 셀의 음극은 구리 금속을, 양극은 알루미늄 금속을 사용합니다. 모듈 내부 셀 배열은 배터리 팩의 요구 전압과 용량에 따라 설계됩니다.

예를 들어, 특정 에너지 저장 배터리 팩의 필요 용량과 전압이 314Ah, 332.8V인 경우, 배터리 팩에 104개의 셀을 직렬로 연결할 수 있습니다(리튬 철 인산철 셀의 공칭 전압은 3.2V). 이를 26열씩 4개의 모듈로 나누어 각 셀의 용량이 314Ah이므로 배터리 팩은 1P104S, 모듈은 1P26S입니다. 특히 모듈 내부에서 셀의 양극과 음극을 교대로 배열하는 데는 직렬 알루미늄 바를 사용하면 편리하며, 이를 통해 안정적으로 직렬 연결할 수 있습니다. 리튬 이온 배터리용 레이저 용접기 .

*생산 공정에서는 배터리 모듈의 손상, 성능 저하, 심지어 안전 사고를 일으킬 수 있는 극성 배열 오류를 반드시 방지해야 합니다.

극성 검사 방법: 극성 검출 올링 또는 CCD v 실제 발각


Battery stacking and pressing machine


이 모듈 적재 공정에서 자동 조립 기술은 중요한 역할을 합니다. 자동화 장비는 로봇 팔, 컨베이어 및 기타 장치를 통해 셀을 미리 정해진 위치에 정확하게 배치하고 효율적이고 안정적인 적재 작업을 달성할 수 있습니다.

모듈의 성능과 안전성을 더욱 향상시키기 위해 적층 과정에서 단열 시트와 절연 시트가 추가됩니다. 단열 시트와 절연 시트는 접착제를 통해 배터리 셀의 넓은 표면에 부착되며, 모듈 사이에 배터리 셀을 고정하고 리프팅 과정에서 배터리 셀이 떨어지는 것을 방지하는 역할을 합니다.

1.1.1 단열시트 자동조립 : 고온에서의 "방화벽"
핵심 기능

단열 시트는 일반적으로 세라믹 섬유나 특수 폴리머 복합 소재와 같은 고성능 단열 소재로 제작되어 배터리 셀 간의 열 전달을 효과적으로 줄이고, 배터리 셀 사이에 열 차단막을 형성하여 열 폭주 확산을 방지하고 최대 1200℃의 온도를 견딜 수 있어 배터리 성능 저하나 국부 과열로 인한 안전 위험을 방지할 수 있습니다.


1.1.2 단열 시트의 지능형 설치: 현재의 "교통 경찰"

재료 선택
일반적으로 두께가 0.2~0.5mm인 폴리이미드 필름(내전압 > 3kV), 에폭시 수지 보드 또는 테프론과 같이 절연성이 우수한 재료를 사용하여 배터리 셀 간의 단락을 방지하고 모듈의 전기적 안전을 확보합니다.

절연 시트와 열 절연 시트는 일반적으로 모듈의 배터리 셀 사이에 번갈아 붙여 배터리 셀 온도의 균형을 맞추고 힘이 균일하도록 합니다.

2. 압출 성형
배터리 스태킹 및 압출 기계 모듈 조립의 핵심 장비입니다. 적층된 배터리 셀 모듈을 엔드 플레이트, 강판 및 기타 구조 부품과 물리적 압력을 통해 단단히 고정하여 모듈의 전반적인 구조적 안정성과 전기적 성능을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 압출 성형 공정은 다음과 같습니다.

2.1 엔드 플레이트 설치 및 자동 압출
배터리 셀 적층이 완료되면 모듈은 자동 압출 스테이션으로 이동합니다. 엔드 플레이트는 압출 툴링에 설치되며, 전기 실린더로 구동되고 압력 센서와 연동하여 가압력을 실시간으로 모니터링합니다. 클램핑력이 설정값에 도달하면 제어 시스템은 자동으로 압출을 중단하고 현재 상태를 유지합니다.

재료 혁신:
  • 압출 알루미늄 합금 엔드 플레이트(압축 강도 > 300MPa), 강철보다 40% 가볍습니다.
  • 탄소 섬유 복합재 엔드 플레이트는 열팽창 계수가 배터리 셀과 일치하여 온도 변형을 줄입니다.
작업 목적:
  • 모듈의 길이를 제어하는 것은 용접 중 모듈 오프셋을 방지하고 후속 완제품 조립 공정에서 모듈을 원활하게 상자에 담아 설치할 수 있도록 하기 위한 것입니다.
  • 기둥의 평탄도를 제어한다는 것은 모선과 기둥 사이의 간극을 일정 범위 내로 제어하여 용접 품질의 일관성을 보장하고 간극이 너무 커서 발생하는 냉용접, 큰 스패터, 용융지 붕괴 등의 이상을 방지하는 것입니다.
  • 바닥 평탄도를 제어하는 것은 모듈이 바닥의 열전도성 재료(예: 가열 필름, 열 패드 등)와 완전히 접촉하도록 하여 열 관리 시 모듈의 온도 차이 문제를 제어하는 것입니다.

2.2 스틸 스트랩 고정
작업자는 이후 운송 및 조립 과정에서 모듈의 변형이나 변형을 방지하기 위해 강철 스트랩이나 스트래핑 테이프를 모듈에 부착합니다. 또한, 배터리 셀 간의 접촉 저항을 최적화하고 모듈의 전기적 성능과 충방전 효율을 향상시킬 수 있습니다.

이 과정에서 압출 압력, 속도, 모듈 크기와 같은 매개변수를 엄격하게 제어하고 추적을 위해 MES 시스템에 업로드해야 합니다.

3. 모듈 패키징

모듈 포장 방식은 모듈의 성능, 안전성 및 생산 효율성에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적인 포장 방식으로는 모듈 상자, 플라스틱 강판, 강판, 측면 패널 용접, 리벳 또는 볼트 체결 등이 있습니다.


작업 목적:
  • 모듈에 배터리 셀을 고정하고 충분한 구조적 안정성을 제공합니다.
  • 모듈 크기를 제한하여 압출 후 모듈 크기가 다시 튀어오르는 것을 방지하여 원활하게 박스형으로 제작할 수 있습니다.
4. 모듈 스태킹의 자동화 및 지능형 트렌드
신에너지 산업의 급속한 발전에 따라 배터리 팩 생산 효율과 품질에 대한 요구가 높아지고 있습니다. 모듈 조립에 자동화 및 지능형 기술을 적용하는 것은 생산 효율 향상, 비용 절감, 그리고 제품 품질 보장을 위한 핵심 수단으로 자리 잡았습니다.

현대의 리튬 이온 배터리 팩 조립 라인 일반적으로 자동 적재기, 용접 로봇, 시험 장비 등 고정밀 자동화 장비를 갖추고 있어 셀 적재, 적재, 용접부터 성형까지 전 공정을 자동화할 수 있습니다. 이러한 장치는 생산 속도와 일관성을 크게 향상시키고 인적 요소로 인한 오류를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 고급 센서와 제어 시스템을 통합하여 생산 공정의 다양한 변수를 실시간으로 모니터링하여 제품 품질의 정밀한 제어 및 추적성을 달성합니다.
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