KR100749477B1

KR100749477B1 - 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그

Info

Publication number: KR100749477B1
Application number: KR1020060016652A
Authority: KR
Inventors: 김형식; 유석윤; 전상은; 정동호; 이대회; 박진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-08-14

Abstract

본 발명은 이차 전지의 케이스와 캡 플레이트에 대한 고정 압력을 영역별로 달리 설정할 수 있도록 하여 두 부재 사이의 용접불량을 방지하고 양호한 용접 특성을 얻을 수 있도록, 이차전지의 케이스와 캡 플레이트의 용접을 위해 상기 케이스를 파지하는 지그에 있어서, 상기 케이스와 캡 플레이트의 용접 경로를 따라 배치되어 상기 케이스와 캡 플레이트를 파지하는 복수개의 클램프부재와, 상기 각 클램프부재에 연결설치되어 각 클램프부재에 개별적인 클램핑 압력을 가하기 위한 구동실린더를 포함하는 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그를 제공한다.

지그, 클램프부재, 구동실린더, 케이스, 캡 플레이트

Description

이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그{JIG FOR WELDING CAP PLATE OF SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트 용접을 위해 지그에 의해 이차 전지가 고정된 상태를 도시한 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트 용접용 지그에 이차 전지가 고정된 상태를 도시한 개략적인 평면도이다.

본 발명은 이차전지의 제조설비에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 캡 플레이트 용접시 케이스와 캡 플레이트를 적정한 압력으로 고정시킬 수 있도록 된 이차전지의 캡 플레이트 고정용 지그에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.

이러한 이차 전지는 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결한 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 등의 형상이 있다.

상기 이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군과 상기 전극군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 플레이트, 및 상기 캡 플레이트를 관통하여 돌출되고 상기 전극군에 구비된 양,음극의 집전체와 전기적으로 연결되는 양극 단자와 음극 단자를 포함한다.

상기한 이차 전지는 케이스 내부의 기밀유지를 위해 케이스에 대해 캡 플레이트를 용접하여 부착하게 된다.

통상 캡 플레이트의 용접에는 레이저 용접이 사용되는 데, 캡 플레이트를 케이스의 내측으로 끼워넣고 고정용 지그로 케이스의 외측을 고정한 상태에서 용접라인을 따라 레이저 용접이 이루어지게 된다.

그런데, 상기한 종래의 용접구조는 케이스와 캡 플레이트의 접촉면을 따라 레이저 용접이 진행될수록 레이저 용접시 발생되는 고열 등에 의해 용접 진행 경로상에 있는 케이스와 캡 플레이트 간의 접촉 간격이 점점 벌어지는 현상이 발생된다.

물론, 상기 지그가 케이스와 캡 플레이트가 용접라인을 일정한 압력으로 밀착시키게 되나, 상기한 종래의 지그는 용접라인 전영역에 대해 동일한 압력을 가하여 케이스와 캡 플레이트를 파지하고 있는 상태로, 상기와 같이 케이스와 캡 플레 이트 사이의 접촉간격이 점차 벌어져 용접라인을 따라 압력 조건이 달라지는 경우 이에 대한 대처가 어려운 문제가 있다.

이에 따라 캡 플레이트와 케이스 간의 용접불량으로 이차 전지가 성능이나 수명이 저하되고 심한 경우 전지로서의 사용이 불가한 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 케이스와 캡 플레이트에 대한 고정 압력을 영역별로 달리 설정할 수 있도록 하여 두 부재 사이의 용접불량을 방지하고 양호한 용접 특성을 얻을 수 있도록 된 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이차전지의 케이스와 캡 플레이트의 용접을 위해 상기 케이스를 파지하는 지그에 있어서, 상기 케이스와 캡 플레이트의 용접 경로를 따라 배치되어 상기 케이스를 파지하는 복수개의 클램프부재와, 상기 각 클램프부재에 연결설치되어 각 클램프부재에 각각 상이한 클램핑 압력을 가하기 위한 구동실린더를 포함할 수 있다.

여기서 상기 케이스와 캡 플레이트의 용접은 레이저 용접을 통해 이루어짐이 바람직하다.

이에 따라 케이스와 캡 플레이트의 용접 위치에 따라 적절한 압력을 가해 케이스와 캡플레이트의 용접 라인이 벌어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 클램프부재는 적어도 두 개 이상이 설치될 수 있으며, 상기 각 클램프 부재에 설치되는 구동실린더는 용접진행방향을 따라 점차적으로 케이스에 대한 압력이 커지도록 제어될 수 있다.

상기 이차 전지는 각형의 이차 전지일 수 있으며, 그 형태에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

여기서 상기 지그를 통해 제조되는 이차 전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트 용접을 위해 지그에 의해 이차 전지가 고정된 상태를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캡 플레이트 용접용 지그에 이차 전지가 고정된 상태를 도시한 개략적인 평면도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 이차 전지(10)는 직사각형태로 된 각형의 이차 전지로, 내부에 전극군이 수용되고 각형의 외형을 이루는 케이스(11)와, 상기 케이스(11)의 개구부에 용접으로 결합되어 이를 밀폐하며, 상기 케이스(11) 내부에 내장되는 전극군과 전기적으로 연결되는 외부단자가 관통 설치된 캡 조립체(12)를 포함한다.

상기 전극군은 띠 모양의 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 상태에서 이들을 감아 젤리롤 형태로 형성된 구조로 이에 대해서는 이미 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략한다.

여기서 상기 케이스(11)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 제작되고, 그 형상은 전극군이 위치하는 내부 공간부를 가진 육면체 또는 그 이외의 형상으로 이루어진다.

본 실시예에서는 직사각형태의 단면구조를 갖는 케이스(11)를 예로서 설명하고 있으나 반드시 이에 한정된 것은 아니며 상기 케이스(11)와 캡 조립체가 용접으로 결합되는 구조면 모두 적용가능하다 할 것이다.

그리고 상기 캡 조립체(12)는 상기 케이스(11)의 개구부에 기밀을 유지한 상태로 결합되어 케이스(11)를 밀폐하는 캡 플레이트(13)와, 상기 캡 플레이트(13)에 설치되어 상기 전극군과 전기적으로 결합되는 양극단자(14)와 음극단자(15)를 포함하며, 상기 캡 플레이트(13) 상에는 일정 압력 발생시 전지 내부의 가스를 외부로 배출하기 위한 밴트가 설치된 구조로 되어 있다.

상기 캡 조립체(12)의 캡 플레이트(13)는 케이스(11)의 개구부에 레이저 용접으로 부착된다. 미설명된 도면 부호 (100)는 레이저 용접기로 이차전지(10) 상부에서 케이스(11)와 캡 플레이트(13) 사이의 접면을 따라 진행되면서 두 부재를 용접시키게 된다.

한편, 상기한 이차 전지의 케이스(11)와 캡 플레이트(13)의 용접을 위해서는 케이스(11)와 케이스(11)의 개구부에 놓여진 캡 플레이트(13)를 지그로 가압하여 케이스(11)와 캡 플레이트(13)를 밀차시키게 된다.

이를 위한 상기 지그는 상기 케이스(11)의 양쪽 전면에 길이방향을 따라 놓여져 상기 케이스(11)와 캡 플레이트(13) 사이를 소정의 압력으로 가압하는 복수개의 클램프부재(20,21,22)와, 상기 각 클램프부재(20,21,22)의 후면에 연결설치되어 클램프부재(20,21,22)에 개별적으로 가압력을 인가하기 위한 구동실린더(23,24,25)를 포함한다.

이에 따라 구동실린더(23,24,25)가 제어작동되어 클램프부재(20,21,22)를 밀게 되면 클램프부재(20,21,22)가 소정의 압력으로 케이스(11)를 가압하여 케이스(11)와 케이스(11)의 개구부에 놓여진 캡 플레이트(13) 사이의 용접면을 밀착시키게 된다.

본 실시예에서 상기 클램프부재(20,21,22)는 3개가 한쌍으로 구비되어 이차전지의 케이스(11) 양쪽 전면에 대응되는 위치에 놓여지고, 각 면에 위치하는 클램프부재(20,21,22)는 서로 서로 근소한 간격을 두고 상기 케이스(11)와 캡 플레이트(13) 사이의 용접방향을 따라 나란하게 배치된다.

상기 클램프부재(20,21,22)의 설치 개수에 대해서는 본 실시예에 한정되지 않으며 예컨대, 4개 또는 5개 등 다양한 개수로 설치될 수 있다.

또한, 상기 구동실린더(23,24,25)는 유압 또는 공압으로 신축작동되어 상기 클램프부재(20,21,22)에 설정된 압력을 인가하기 위한 구동수단으로서, 구동실린더(23,24,25) 이외에 상기 클램프부재(20,21,22)를 직선왕복운동시킬 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.

여기서 상기 구동실린더(23,24,25)는 각 클램프부재(20,21,22)에 하나씩 설치되어 각 클램프부재(20,21,22)에 각각 개별적으로 클램핑 압력을 인가하는 구조로 되어 있다.

이하, 본 지그의 작용에 대해 설명한다.

구동실린더(23,24,25)가 제어작동되면 구동실린더(23,24,25)에 연결되어 있는 클램프부재(20,21,22)가 이차 전지의 케이스(11)쪽으로 이동되어 상기 케이스(11)를 파지하게 되고 케이스(11)의 개구부에 놓여진 캡 플레이트(13)와 케이스(11)를 밀착시키게 된다.

이 상태에서 이차 전지의 상부에 위치한 레이저 용접기가 작동되어 용접 진행 경로를 따라 이동되면서 케이스(11)와 캡 플레이트(13) 사이의 접면을 레이저 용접시키게 된다.

이 과정에서 용접 진행 라인을 따라 차례대로 각 구동실린더(23,24,25)의 클램핑 압력이 커지게 되어 용접이 진행되면서 케이스(11)와 캡 플레이트(13)를 계속해서 상호 밀착시킬 수 있게 된다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 도 2에 도시된 화살표의 방향으로 용접이 이루어지는 경우 용접 진행방향에 대해 처음에 위치하는 클램프부재(20)는 구동실린더(23)의 설정 압에 의해 케이스(11)와 캡 플레이트(13)를 밀착시키게 되고, 용접이 점차적으로 진행되어 용접위치가 중간에 위치하는 클램프부재(21)에 다다르게 되면 상기 중간에 위치하는 클램프부재(21)에 설치된 구동실린더(24)는 최초 처음에 위치한 구동실린더(23)보다 상대적으로 큰 압력을 중간에 위치하는 클램프부재 (21)에 인가하게 된다.

이에 중간에 위치하는 클램프부재(21)는 상기 처음에 위치하는 클램프부재(20)보다 큰 압력을 케이스(11)와 캡 플레이트(13)에 가하여 두 부재를 밀착시키게 된다. 따라서 용접 과정에서 발생되는 두 부재 사이의 간격 벌어짐 현상을 방지할 수 있게 된다.

마찬가지로 상기 레이저 용접기(100)가 계속 용접 진행 경로를 따라 이동되어 중간에 위치하는 클램프(21)를 지나 끝에 위치하는 클램프부재(22)에 다다르게 되면 상기 끝에 위치한 클램프부재(22)에 설치된 구동실린더(25)는 중간에 위치한 구동실린더(24)보다 상대적으로 큰 압력을 상기 끝에 위치한 클램프부재(22)에 인가하게 된다.

따라서 상기 끝에 위치한 클램프부재(22)는 중간에 위치한 클램프부재(21)보다 큰 압력을 케이스(11)와 캡 플레이트(13)에 가하여 두 부재를 지속적으로 밀착시킬 수 있게 된다.

즉, 용접이 진행되면 상기 케이스(11)와 캡 플레이트(13)의 사이는 점차적으로 벌어지게 되는 데, 용접 진행경로를 따라 구동실린더(23,24,25)가 단계적으로 좀더 큰 압력으로 클램핑부재(20,21,22)에 압력을 가하게 되어 클램핑부재는 앞선 클램핑부재보다 좀더 큰 압력으로 케이스(11)와 캡 플레이트(13)를 밀착시키게 된다.

따라서 용접이 진행되는 과정에서 케이스(11)와 캡 플레이트(13) 사이가 벌어지는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 케이스와 캡 플레이트의 용접 특성을 향상시킴으로써 전지의 기밀성 및 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

또한, 레이저 용접시 레이저빔에 의한 전극군의 파손을 방지할 수 있게 된다.

Claims

이차전지의 케이스와 캡 플레이트의 용접을 위해 상기 케이스를 파지하는 지그에 있어서,

상기 케이스와 캡 플레이트의 용접 경로를 따라 배치되어 상기 케이스와 캡 플레이트를 파지하는 복수개의 클램프부재와,

상기 각 클램프부재에 연결설치되어 각 클램프부재에 개별적인 클램핑 압력을 가하기 위한 구동실린더

를 포함하는 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그.
제1 항에 있어서,

상기 케이스와 캡 플레이트의 용접은 레이저 용접을 통해 이루어지는 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그.
제1 항에 있어서,

상기 구동실린더는 용접 진행 방향을 따라 단계적으로 클램핑 압력이 커지는 구조의 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그.
제1 항에 있어서,

상기 이차 전지는 각형인 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그.
제4 항에 있어서,

상기 이차 전지는 모터 구동용인 이차 전지의 캡 플레이트 용접용 지그.