KR101941686B1 - 전극 탭 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 탭 용접 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈 조립 후 재절곡을 실시하여 모듈의 조립 및 추가 부품 조립으로 인해 발생되는 전극탭의 공차 및 틀어짐을 방지하여 불량률은 감소시켜 생산성이 향상되는 전극 탭 용접 방법에 관한 것이다.

Description

전극 탭 용접 방법 {Method of welding electrode tab}
본 발명은 전극 탭 용접 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈의 조립 및 추가 부품 조립으로부터 발생되는 전극 탭 공차 및 틀어짐을 제거하여 불량이 낮아 생산성이 뛰어난 탭 용접 방법에 관한 것이다.
가솔린이나 중유를 주 연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해 발생을 줄이기 위하여 전기 자동차 또는 하이브리드(hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
최근 들어 고 에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차전지가 개발되고 있다. 전기 자동차 등과 같이 모터 구동을 위한 대전력을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있도록 고출력 이차전지 복수 개를 직렬로 연결하여 대용량인 이차전지를 구성하게 된다.
이와 같이, 하나의 대용량 이차전지(이하 '배터리 셀'이라 한다)는 복수 개의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈을 이루며, 배터리 모듈구조 형성 후, 셀 센싱 라인, 기타 전장품 및 부품을 조립하여 상기 배터리 모듈을 완성한다. 이 때, 배터리 모듈은 복수 개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭이 형성되며, 복수개의 배터리 셀은 클립, 압착, 용접, 볼트 체결 등 다양한 방법을 이용하여 연결된다.
종래 용접 방식은 전극 탭의 용접부가 배터리 셀의 수직한 방향으로 절곡되어 서로 겹쳐지도록 위치된 후, 전극 탭의 용접부 면에 수직한 방향으로 용접이 수행된다. 종래의 용접 방식은 직렬 또는 병렬 구조로 연결하는 과정에서 공차가 발생하여 불량이 발생할 수 있으며, 셀 센싱 라인 및 기타 부품 등을 추가로 덧대어서 용접하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 레이저 용접 방식의 경우 레이저 스팟 사이즈가 약 230㎛정도 밖에 되지 않아, 용접 부위가 그 안에 들어와야 하기 때문에 모듈 조립 과정에서 불량이 다량 발생하여 생산성이 크게 떨어지므로 정밀한 절곡이 필요하다.
따라서 용접 방법이 간단하고, 제조가 용이하여 생산성이 높은 전극 탭 용접 방법의 개발이 필요한 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 한국등록특허 제0889767호가 개시된 바 있다.
한국등록특허 제0889767호(특허 공개일 2009.03.13)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 배터리 모듈 조립 및 기타 부품 조립으로 인해 전극 탭의 공차 및 틀어짐이 발생하는 것을 방지하여 불량률이 낮아 생산성이 향상되는 전극 탭 용접 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 전극 탭 용접 방법은 전극 탭이 형성된 복수 개의 배터리 셀들이 상기 전극 탭이 연결되어 형성되는 배터리 모듈의 전극 탭 용접 방법에 있어서, 상기 전극 탭을 절곡하여 상기 전극 탭들이 서로 맞닿는 용접면을 형성하는 1차 절곡 단계; 상기 1차 절곡 단계 이후, 복수 개의 배터리 셀을 모듈로 조립하는 모듈 조립 단계; 상기 모듈 조립 단계 이후, 고정수단을 이용하여 상기 용접면의 위치를 바로잡는 전극 탭 정렬단계; 상기 전극 탭 정렬단계 이후, 절곡수단을 이용하여 상기 용접면의 가장자리가 일치하도록 상기 전극 탭을 재절곡하는 2차 절곡 단계; 및 용접면에 용접을 실시하는 용접단계;를 포함하며, 상기 1차 절곡 단계는 상기 전극 탭들의 중앙부가 상기 전극 탭들 사이의 공간부 내측으로 절곡되어 용접면을 형성하며, 상기 전극 탭들의 단부가 상기 전극 탭들 사이의 공간부 외측으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 고정수단은 용접면 양측을 가운데 방향으로 압착하는 압착수단이다.
또한, 상기 1차 절곡 단계는 상기 전극 탭들의 중앙부가 상기 전극 탭들 사이의 공간부 내측으로 절곡되어 용접면을 형성하며, 상기 전극 탭들의 단부가 상기 전극 탭들 사이의 공간부 외측으로 절곡된다.
상기 절곡수단은 단면이 삼각형인 프레스일 수 있으며, 단면이 사각형인 롤러일 수 있다.
또한, 상기 용접단계는 상기 고정수단을 유지한 상태로 용접을 실시하며, 레이저 용접을 실시할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 전극 탭 용접 방법은 배터리 모듈을 형성한 후, 2차 절곡 단계를 시행하므로 모듈 조립 및 기타 부품 조립에 의해 발생되는 전극 탭 간의 절곡 공차 및 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전극 탭 용접 방법은 용접단계에서 2차 절곡 단계에 사용된 고정수단을 그대로 유지한 상태로 용접을 실시하므로, 안정적으로 용접이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전극 탭 용접 방법은 전극 탭의 절곡 공차 및 뒤틀림을 방지하고 용접이 안정적으로 이루어짐으로써, 불량률이 감소하고 생산성이 향상될 수 있으며, 작업자의 작업이 용이해질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전극 탭 용접 방법으로 용접 된 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 단계도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 1차 절곡 단계 및 모듈 조립 단계를 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 2차 절곡 단계를 나타낸 정면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 다른 실시예의 절곡수단을 사용한 2차 절곡 단계를 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 용접단계를 나타낸 정면도.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일실시예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법으로 용접된 배터리 모듈(1000)의 사시도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 각 단계를 나타낸 단계도로, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법은 1차 절곡 단계(S10), 2차 절곡 단계(S40), 전극 탭 정렬단계(S30) 및 용접단계(S50)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법으로 용접된 배터리 모듈(1000)은 복수개의 배터리가 연결된 것을 의미하는 것으로서, 배터리 모듈(1000)은 둘 이상의 배터리 셀(100)들과, 각각의 배터리 셀(100)들로부터 연장되어 서로 용접되는 복수 개의 전극 탭(110)을 포함한다.
또한, 배터리 모듈(1000)은 이웃하는 음극의 전극 탭(110)과 양극의 전극 탭(110)이 서로 용접되는 직렬형태일 수 있으며, 이웃하는 동일한 극성의 전극 탭(110)이 용접되는 병렬형태일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 탭 용접 방법으로 용접된 배터리 모듈(1000)은 직렬형태이며, 본 발명에 따른 탭 용접 방법은 직렬형태 및 병렬형태에 관계없이 적용될 수 있어 배터리 모듈(1000)의 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 1차 절곡 단계(S10) 및 모듈 조립 단계(S20)를 나타낸 정면도로, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 1차 절곡 단계(S10) 및 모듈 조립 단계(S20)를 상세하게 설명한다.
1차 절곡 단계(S10)는 각각의 배터리 셀(100)들로부터 연장 형성된 전극 탭(110)들을 절곡하는 단계이다. 복수 개의 배터리 셀(100)들이 모듈을 이루기 위해서는 전극 탭(110)들이 서로 연결되어야 하며, 전극 탭(110)들이 서로 연결되기 위해서는 각각의 전극 탭(110)들을 절곡해야 할 필요성이 있다.
또한, 전극 탭(110)들은 절곡되어 용접을 위한 용접면(111)을 형성한다. 즉, 전극 탭(110)들은 중앙부가 전극 탭(110)들 사이의 공간부 내측으로 절곡되어 전극 탭(110)들 사이의 공간부 내측으로 경사지도록 형성된 제1절곡면(112)과, 전극 탭(110)들의 중앙부 상기 전극 탭(110)들의 중앙부가 맞닿도록 형성되는 용접면(111) 및 용접면(111)의 상측에서 전극 탭(110)들의 단부가 전극 탭(110)들 사이의 공간부 외측으로 절곡되어 경사지게 형성되는 제2절곡면(113)을 포함한다. 따라서, 전극 탭(110)들은 제1절곡면, 용접면 및 제2절곡면을 포함함으로써, 용접이 용이하며 충격흡수 작용 또한 가능한 효과가 있다.
배터리 모듈(1000)은 전극 탭(110)들이 절곡된 후, 복수 개의 배터리 셀(100)들이 모듈 형태를 이루어 용접됨으로써 형성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법은 1차 절곡 단계(S10) 이후, 모듈 조립 단계(S20)가 수행된다. 모듈 조립 단계(S20)는 복수 개의 배터리 셀(100)들을 모듈 형태로 조립하는 단계로, 모듈 조립 단계(S20)를 수행하면서 1차 절곡 단계(S10)에서 절곡된 전극 탭(110)들 사이에 용접면(111)까지 정확히 맞닿지 않아 공차가 발생할 수 있으며, 전극 탭(110)들이 비틀어질 수 있는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법은 2차 절곡 단계(S40)를 포함하므로, 모듈 조립 단계(S20)에서 발생된 공차 및 비틀어짐을 바로잡을 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 전극 탭 정렬단계(S30) 및 2차 절곡 단계(S40)를 나타낸 정면도로 도 4를 참조로 하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 전극 탭 정렬단계(S30) 및 2차 절곡 단계(S40)를 상세하게 설명한다.
전극 탭 정렬단계(S30)는 모듈 조립 단계(S20) 이후, 고정수단(200)을 이용하여 용접면(111)의 위치를 바로잡는다. 이 때, 고정수단(200)은 용접면(111)의 양측을 가운데 방향으로 압착하는 압착수단일 수 있으며, 압착수단으로는 지그가 사용될 수 있다. 고정수단(200)은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접방법에서는 압착 가능한 지그이나, 전극 탭(110)들을 고정하는 본 발명의 목적에 벗어남 없이 다양하게 변형실시 가능하다.
2차 절곡 단계(S40)는 전극 탭 정렬단계(S30) 이후에 수행되며, 모듈 조립 단계(S20)에서 조립된 배터리 모듈(1000)의 전극 탭(110)들을 재절곡 하는 단계로, 고정수단(200) 및 절곡수단(300a)을 이용한다. 2차 절곡 단계(S40)는 고정수단(200)으로 배터리 모듈(1000)의 용접면 양측을 압착하여 용접면(111)들의 위치를 정렬하며, 전극 탭(110)을 고정하고, 전극 탭(110)들이 고정된 상태에서 절곡수단(300a)을 이용해 전극 탭(110)들을 재절곡한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 절곡수단(300a)은 단면이 사각형인 롤러 형태일 수 있다. 도4에 도시한 바와 같이, 1차 절곡 단계(S10)가 수행 된 전극 탭(110)들은 상단부가 전극 탭(110)들 사이의 공간부 외측으로 절곡되어 전극 탭(110)들 사이에 삼각형 형상의 공간부가 형성된다. 2차 절곡 단계(S40)는 절곡수단(300a)이 전극 탭(110)들 사이에 형성된 공간부를 통과함으로써, 전극 탭(110)들 사이에 형성된 용접면(111)의 가장자리가 일치할 수 있도록 한다. 즉, 2차 절곡 단계(S40)는 모듈 조립 단계(S20)에서 발생된 전극 탭(110)들 사이의 공차 및 전극 탭(110)의 비틀어짐을 바로잡을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 절곡수단(300a)은 단면이 사각형인 롤러 형태로, 전극 탭(110)의 정밀한 재절곡에 있어 가장 이상적인 형태이나, 절곡수단(300a)의 단면은 전극 탭(110)들 사이에 형성된 공간부에 대응되는 형상으로 다양하게 변형실시 가능하며, 그 형태 또한 롤러 형태뿐 아니라 본 발명의 목적에 벗어남 없이 다양하게 변형실시 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 용접단계(S50)를 나타낸 정면도로, 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 용접단계(S50)를 상세하게 설명한다.
용접단계(S50)는 2차 절곡 단계(S40) 이후, 전극 탭(110)들 사이에 형성된 용접면(111)에 레이저를 조사하여 전극 탭(110)들을 용접하는 단계이다. 이 때, 2차 절곡 단계(S40)에서 전극 탭(110)을 고정한 고정수단(200)을 제거하지 않고 유지한 상태로 용접을 실시한다. 따라서, 본 발명의 일실시에에 따른 전극 탭 용접 방법은 용접단계(S50) 수행 중에 전극 탭(110)들이 어긋나는 것을 방지할 수 있어 안정적으로 용접이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭(110) 방법의 용접단계(S50)는 레이저를 조사하는 레이저 용접이나, 초음파 용접 등 본 발명의 목적에 벗어남 없이 다양하게 변형실시 가능하다.
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도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법의 다른 실시예의 절곡수단(300b)을 사용한2차 절곡 단계(S40)를 나타낸 정면도로, 도 6을 참조로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절곡수단(300b)을 상세하게 설명한다.
절곡수단(300b)의 주된 목적은 모듈 조립 단계(S20)에서 어긋나거나 틀어진 용접면(111)의 가장자리를 바로잡는 것으로, 절곡수단(300b)의 형상은 전극 탭(110)들 사이의 공간부와 대응되는 형태로 형성됨이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절곡수단(300b)은 단면이 삼각형인 막대 형상의 프레스 형태로 형성된다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 절곡수단(300b)이 프레스 형태일 경우, 한 번의 압착으로 용접면(111)의 가장자리를 바로 잡을 수 있으므로 신속하고 빠르게 2차 절곡 단계(S40)를 수행할 수 있는 장점이 있다.
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본 발명의 일실시예에 따른 전극 탭 용접 방법은 배터리 모듈(1000)을 형성한 후, 2차 절곡 단계(S40)를 시행하므로 모듈 조립 및 기타 부품 조립에 의해 발생되는 전극 탭(110) 간의 절곡 공차 및 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 전극 탭 용접 방법은 전극 탭(110)의 절곡 공차 및 뒤틀림을 방지하고 용접이 안정적으로 이루어짐으로써, 불량률이 감소하고 생산성이 향상될 수 있으며, 작업자의 작업이 용이해질 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 배터리 모듈
100 : 배터리 셀 110 : 전극 탭
111 : 용접면 112 : 제1절곡면
113 : 제2절곡면
200 : 고정수단
300a, 300b : 절곡수단
S10 ~ S50 : 본 발명의 전극 탭 용접 방법의 각 단계

Claims (8)

  1. 전극 탭이 형성된 복수 개의 배터리 셀들이 상기 전극 탭이 연결되어 형성되는 배터리 모듈의 전극 탭 용접 방법에 있어서,
    상기 전극 탭을 절곡하여 상기 전극 탭들이 서로 맞닿는 용접면을 형성하는 1차 절곡 단계;
    상기 1차 절곡 단계 이후, 복수 개의 배터리 셀을 모듈로 조립하는 모듈 조립 단계;
    상기 모듈 조립 단계 이후, 고정수단을 이용하여 상기 용접면의 위치를 바로잡는 전극 탭 정렬단계;
    상기 전극 탭 정렬단계 이후, 절곡수단을 이용하여 상기 용접면의 가장자리가 일치하도록 상기 전극 탭을 재절곡하는 2차 절곡 단계; 및
    용접면에 용접을 실시하는 용접단계;
    를 포함하며,
    상기 1차 절곡 단계는 상기 전극 탭들의 중앙부가 상기 전극 탭들 사이의 공간부 내측으로 절곡되어 용접면을 형성하며, 상기 전극 탭들의 단부가 상기 전극 탭들 사이의 공간부 외측으로 절곡되는 전극 탭 용접 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고정수단은 용접면 양측을 가운데 방향으로 압착하는 압착수단인 전극 탭 용접 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절곡수단은 단면이 삼각형인 프레스인 전극 탭 용접 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절곡수단은 단면이 사각형인 롤러인 전극 탭 용접 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 용접단계는 상기 고정수단을 유지한 상태로 용접을 실시하는 전극 탭 용접 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 용접단계는 레이저 용접을 실시하는 전극 탭 용접 방법.
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