KR101029772B1 - 중대형 이차전지의 전극용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 전기자동차 등에 사용되는 중대형 이차전지의 전극리드에 전극단자를 용접하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 전극용접장치는 작업대(1), 작업대(1) 위에 놓이는 베드(2), 베드(2)의 일측에 결합되는 용접대(3), 작업대(1)의 한쪽 위에 고정되는 승강장치(4), 그리고 승강장치(4)의 상단에 결합된 헤드(5)로 구성된다. 용접대(3)는 상면(31)이 원호를 이루고, 길이방향으로 단열홈(32)이 형성되어 있고, 내부에는 냉각수구멍(33)이 형성되어 있다. 헤드(5)는 승강장치(4)의 상단에 결합되어, 승강장치의 작동에 따라 상승 또는 하강한다. 헤드는 헤드몸체(51)의 가장자리 쪽에 두 개의 누름판(52)이 부착되고, 두 누름판(52)의 사이에는 용접헤드(53)가 장착된다. 누름판(52)의 끝단은 원호로 가공하여 전극단자와 밀착을 좋게 한다.

본 발명의 중대형 이차전지의 전극용접장치는 용접을 할 동안 전극리드와 전극단자가 잘 밀착된 상태를 유지하여 용접불량의 염려가 없고, 용접시 용접부위에 발생하는 열이 전지셀의 내부로 전달되지 않아 안전하고, 또한 자동화에 의하여 작업능률을 크게 향상시킬 수 있다.

이차전지, 전극리드, 전극단자, 용접, 플라즈마, 열

Description

중대형 이차전지의 전극용접장치{Electrode Welding Equipment for Medium and Large Size Secondary Cell}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 전기자동차 등에 사용되는 중대형 이차전지의 전극리드에 전극단자를 용접하는 장치에 관한 것이다.

최근 전기자동차 등에 사용할 목적으로 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 통상적인 이차전지는 하나의 전지셀이 내는 전압과 축전할 수 있는 전기에너지의 양에 한계가 있으므로, 여러 개의 전지셀을 직렬로 연결하여 필요한 전압을 얻고, 또한 직렬로 연결된 진지셀들을 다시 병렬로 연결하여 필요한 전기에너지를 축전할 수 있게 하여 사용하고 있다.

전기 자동차용으로 사용되는 중대형 이차전지의 전지셀은 도 1에 도시한 바와 같이, 전해액과 전극이 봉입되어 있는 납작한 사각 봉지에 음극과 양극의 두 전극리드가 외부로 돌출된 형태로 제작된다. 전극리드는 아주 얇은 금속판으로 유연하다.

상기와 같이 제작된 전지셀을 직렬 또는 병렬로 다수 개를 연결하기 위하여 전극리드에 강성이 있는 전극단자를 부착하는데, 통상적으로 전극단자는 일정두께의 금속판을 ㄱ-자로 구부려서 제작하고, 그 상면에 전선 등을 고정할 수 있는 고정구멍이 뚫려있다.

통상적으로 두께가 얇은 두 판을 접합하는데 전기압접 방법이 많이 사용되는데, 전기압접은 용접중에 많은 전기가 용접을 하고자 하는 물체에 흐르게 되므로 전해액이 충진된 상태의 이차전지의 전극 용접에 적용할 수 없다. 그외 전극리드에 전극단자를 기계적으로 접합하는 방법을 생각할 수 있으나, 작업능률이 떨어지고 접합이 불확실한 문제가 있다.

전극리드에 전극단자를 부착하는 방법으로는 전극리드와 전극단자를 겹쳐놓고 용접을 하는 방법이 작업능률과 접합의 신뢰성 측면에서 가장 바람직하다. 그러나 용접을 할 동안 과도한 열이 전지셀로 전달될 경우 전지셀이 손상되거나 폭발하는 등의 사고가 발생할 수 있다. 그리고 전극리드와 전극단자가 잘 밀착되지 않을 경우 용접접착이 잘 되지 않는 불량이 발생할 수가 있다.

지금까지 전기자동차 등에 사용되는 중대형 이차전지의 전극을 용접하는데 적당한 별도의 용접장치는 개발된 바가 없다.

상기와 같이 이차전지 전지셀의 전극리드에 전극단자를 용접하기 위해서는, 용접을 할 동안 전극리드와 전극단자가 잘 밀착된 상태를 유지하여야 하고, 용접시 용접부위에 발생하는 열이 전지셀의 내부로 전달되지 않아야 한다.

따라서 용접을 할 동안 전극리드와 전극단자가 잘 밀착된 상태를 유지하도록 하고, 용접시 용접부위에 발생하는 열이 전지셀의 내부로 전달되지 않도록 하고, 능률적으로 용접작업을 할 수 있게 하는 중대형 이차전지의 전극용접장치가 요구된다.

본 발명의 전극용접장치는 작업대(1), 작업대(1) 위에 놓이는 베드(2), 베드(2)의 일측에 결합되는 용접대(3), 작업대(1)의 한쪽 위에 고정되는 승강장치(4), 그리고 승강장치(4)의 상단에 결합된 헤드(5)로 구성된다.

용접대(3)는 상면(31)이 원호를 이루고, 길이방향으로 단열홈(32)이 형성되어 있고, 내부에는 냉각수구멍(33)이 형성되어 있다. 헤드(5)는 승강장치(4)의 상단에 결합되어, 승강장치의 작동에 따라 상승 또는 하강한다. 헤드는 헤드몸체(51)의 가장자리 쪽에 두 개의 누름판(52)이 부착되고, 두 누름판(52)의 사이에는 용접헤드(53)가 장착된다. 누름판(52)의 끝단은 원호로 가공하여 전극단자와 밀착을 좋게 한다.

승강장치(4)가 올려진 상태에서 용접을 하고자 하는 전지셀을 베드(2)위에 올려두면 전극리드가 용접대(3)의 상면에 위치하게 된다. 두 개의 전극리드 위에 전극단자를 각각 올려서 겹쳐놓고 승강장치(4)를 작동하여 헤드(5)를 내리면, 헤드(5)의 누름판(52)이 전극단자의 앞뒤를 누르게 되고, 그에 따라 서로 겹쳐진 전 극단자와 전극리드가 도 5의 (b)와 같이 용접대(3)의 상면(31)의 곡면을 따라 휘면서 서로 밀착된다. 이와 같이 전극단자와 전극리드가 용접대(3)의 상면(31)에 밀착된 상태에서 용접헤드(53)에서 플라즈마가 조사되어 전극리드의 용접이 이루어진다. 용접대(3)의 상면(31)에는 단열홈(32)이 형성되어 있으므로 용접시 발생하는 열이 용접대(3)로 많이 전달되지 않고, 전극리드가 용접대(3)의 상면(31)에 용착되지 않는다. 그리고 용접대(3)의 내부로는 냉각수가 흐르고 있어 낮은 온도를 유지하고 있으므로, 전극리드를 따라 전달되는 열은 용접대(3)의 상면(31)에서 흡수되어 전지셀로 전달되지 않는다.

본 발명의 중대형 이차전지의 전극용접장치는 용접을 할 동안 전극리드와 전극단자가 잘 밀착된 상태를 유지하여 용접불량의 염려가 없고, 용접시 용접부위에 발생하는 열이 전지셀의 내부로 전달되지 않아 안전하고, 또한 자동화에 의하여 작업능률을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 전극용접장치는 도 2의 사시도 및 도 3의 단면도에 도시한 바와 같이, 작업대(1), 작업대(1) 위에 놓이는 베드(2), 베드(2)의 일측에 결합되는 용접대(3), 작업대(1)의 한쪽 위에 고정되는 승강장치(4), 그리고 승강장치(4)의 상단에 결합된 헤드(5)로 구성된다.

작업대(1)는 작업에 편리한 높이의 테이블 형상이다.

베드(2)는 상기 작업대(1) 위에 장착되는데, 그 위에 용접작업을 하고자 하는 전지셀이 놓인다. 베드(2)의 면에는 전지셀이 잘 고정되도록 자리홈(21)을 형성하는 것이 좋다.

용접대(3)는 전지셀의 전극리드와 이에 용접하고자 하는 전극단자가 올려져서 용접이 이루어지는 곳으로서, 상기 베드(2)의 측면에 부착되고, 상면(31)이 원호를 이루는 일정 길이의 블록이다. 용접대(3)의 상면(31) 중심부에는 길이방향으로 일정 폭과 깊이를 가진 단열홈(32)이 형성되어 있다. 그리고 용접대(3)를 냉각시키기 위하여, 용접대(3)의 내부에 냉각수구멍(33)이 형성되고 그 입구와 출구에 냉각수연결구(34)를 구비하여 용접시 냉각수를 순환시키는 것이 좋다.

용접대(3)의 상면 한쪽에는 고정턱(35)을 형성하여, 용접하고자하는 전극단자가 흘러내리지 않게 하는 것이 좋다. 이 고정턱(35)은 내측면을 일정 각도로 경사지게 하여 전극단자를 고정하였을 때 전극단자와 잘 밀착되도록 한다. 용접대(3)는 용접을 하고자하는 전지셀을 베드(2)위에 올렸을 때 전극리드가 용접대의 상면(31)에 위치할 수 있는 폭과 높이를 갖도록 한다.

승강장치(4)는 상기 용접대(3)가 있는 쪽의 상기 작업대(1)의 상면에 장착되는데, 상하방향으로 상승 또는 하강할 수 있다. 승강장치(4)로는 상승 또는 하강할 수 있는 각종 장치가 사용될 수 있으나, 자동화가 용이한 유압실린더 또는 공압실린더를 사용하는 것이 좋다.

헤드(5)는 상기 승강장치(4)의 상단에 결합되어, 승강장치의 작동에 따라 상 승 또는 하강한다. 헤드의 주요부위 저면 형상은 도 4에 도시한 바와 같은데, 헤드몸체(51)의 가장자리 쪽에 두 개의 누름판(52)이 부착되고, 두 누름판(52)의 사이에는 용접헤드(53)가 장착된다. 누름판(52)의 끝단은 원호로 가공하여 전극단자와 밀착을 좋게 한다.

전극단자의 용접은 용접부위만 순간적으로 가열하여 전극리드와 전극단자가 서로 용착되고, 용접시 발생한 열이 주변으로 많이 전달되지 않는 용접방법을 선택하여야 한다. 이러한 목적의 용접방법으로는 플라즈마 용접방법이 가정 적당하다. 헤드(5)의 내부에는 플라즈마 용접기가 장착되고, 고에너지의 플라즈마가 용접헤드(53)를 통하여 조사(照射)된다. 용접헤드(53)는 용접 길이만큼 좌우로 이동할 수 있도록 부착하는 것이 좋다.

상기와 같이 구성된 전극용접장치는 다음과 같이 운용한다.

승강장치(4)가 올려진 상태에서 용접을 하고자 하는 전지셀을 베드(2)위에 올려두면 도 5의 (a)와 같이 전극리드가 용접대(3)의 상면에 위치하게 된다. 두 개의 전극리드 위에 전극단자를 각각 올려서 겹쳐놓고 승강장치(4)를 작동하여 헤드(5)를 내리면, 헤드(5)의 누름판(52)이 전극단자의 앞뒤를 누르게 되고, 그에 따라 서로 겹쳐진 전극단자와 전극리드가 도 5의 (b)와 같이 용접대(3)의 상면(31)의 곡면을 따라 휘면서 서로 밀착된다.

상기와 같이 전극단자와 전극리드가 용접대(3)의 상면(31)에 밀착된 상태에서 용접헤드(53)로부터 플라즈마가 조사되어 전극리드의 용접이 이루어진다. 용접대(3)의 상면(31)에는 단열홈(32)이 형성되어 있으므로 용접시 발생하는 열이 용접 대(3)로 많이 전달되지 않고, 전극리드가 용접대(3)의 상면(31)에 용착되지 않는다. 그리고 용접대(3)의 내부로는 냉각수가 흐르고 있어 낮은 온도를 유지하고 있으므로, 전극리드를 따라 전달되는 열은 용접대(3)의 상면(31)에서 흡수되어 전지셀로 전달되지 않는다.

전극단자의 용접은 음극단자와 양극단자에서 동시에 이루어지게 하는 것이 능률적이다.

상기와 같이 용접작업이 완료되면 승강장치(4)를 작동하여 헤드(5)를 올리고, 전극단자 용접이 완료된 전지셀을 제거하고, 다음 전지셀을 다시 베드(2)에 올리고 용접 작업을 한다.

본 발명의 이차전지의 전극용접장치는 전지셀과 전극단자의 자동 이송장치를 구비하고, 승강장치(4)의 작동과 용접헤드(53)의 플라즈마 조사를 제어하는 제어장치를 구비할 경우, 용접정치를 자동화할 수 있다.

본 발명의 이차전지의 전극용접장치는 전기자동차용으로 사용되는 것과 같은 중대형 이차전지의 제작에 이용될 수 있고, 그외 유사한 목적의 박판 용접에 이용될 수 있다.

도 1은 중대형 이차전지 형상이다.

도 2는 본 발명인 전극용접장치의 사시도이다.

도 3은 본 발명인 전극용접장치의 단면도이다.

도 4는 헤드의 저면도이다.

도 5는 본 발명인 전극용접장치의 작동도이다.

<중요 구성품 번호>

1 : 작업대, 2 : 베드, 3 : 용접대, 4 : 승강장치, 5 : 헤드,

21 : 자리홈, 31 : 상면, 32 : 단열홈, 33 : 냉각수구멍,

34 : 냉각수연결구, 35 : 고정턱,

51 : 헤드몸체, 52 : 누름판, 53 : 용접헤드.

Claims (2)

1. 일정 높이의 작업대(1);

   상기 작업대(1) 위에 놓이는 것으로서, 용접작업을 하고자 하는 전지셀이 놓이는 베드(2);

   상기 베드(2)의 일측에 결합되어 전지셀의 전극리드와 이에 용접하고자 하는 전극단자가 올려져서 용접이 이루어지는 곳으로서, 일정 길이의 블록 형상이며, 상기 베드(2)의 측면에 부착되고, 상면(31)은 원호를 이루고, 상면(31)의 중심부에는 길이방향으로 단열홈(32)이 형성되어 있는 용접대(3);

   상기 용접대(3)가 있는 쪽의 상기 작업대(1)의 상면에 장착되고, 상하방향으로 상승 또는 하강할 수 있는 기능을 구비한 승강장치(4);

   그리고, 상기 승강장치(4)의 상단에 결합되어, 승강장치의 작동에 따라 상승 또는 하강하고, 헤드몸체(51)의 가장자리 쪽에 두 개의 끝단이 둥글게 가공된 누름판(52)이 부착되고, 내부에 플라즈마 용접장치를 내장하여 두 누름판(52)의 사이에 플라즈마를 조사하는 용접헤드(53)가 장착되는 헤드(5);

   를 포함하여 구성되는, 이차전지의 전극용접장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용접대(3)는, 내부에는 냉각수구멍(33)이 형성되어 있고, 냉각수구멍(33)의 입구와 출구에는 냉각수연결구(34)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 이차전지의 전극용접장치.

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