KR102609747B1

KR102609747B1 - 전기 자동차용 입체형 부스바 제조를 위한 용접장치 및 용접방법

Info

Publication number: KR102609747B1
Application number: KR1020230061242A
Authority: KR
Inventors: 안중진; 홍석원
Original assignee: (주) 제이엠비
Priority date: 2023-05-11
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2023-12-05

Abstract

본 발명은 전기 자동차에 사용되는 부스바(BUS-BAR) 제조과정에서 두 개 이상의 부스바를 용접방식으로 연결하는 기술에 관한 것으로, 저항용접기를 이용하고 지르코늄 + 타타늄 합금으로 전극을 구성한 후 연결바와 지지바 사이에 필러메탈을 삽입하여 브레이징 방식으로 용접되도록 함으로써 효과적인 용접을 가능하게 하는 용접장치와 용접방법에 관한 것이다.

Description

전기 자동차용 입체형 부스바 제조를 위한 용접장치 및 용접방법{Welding equipment and welding method for manufacturing three-dimensional busbars for electric vehicles}

본 발명은 전기 자동차에 사용되는 부스바(BUS-BAR) 제조과정에서 두 개 이상의 부스바를 용접방식으로 연결하는 경우에 구리 재질의 부스바를 브레이징 방식으로 효과적인 용접을 가능하게 하는 용접장치와 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 부스바는 전기 자동차나 각종 전기장치 등의 전기회로에서 전기적 에너지를 전달하기 위해 전도체(Conductor)와 같은 역할을 하는 Conduct (도관 : 전기 배선관)의 일종으로서, 동상 구리재질로 만들어진다.

이러한 부스바는 제일 간단한 형태인 일직선 형으로 구성되기도 하지만, 회로의 복잡성과 배치상의 문제로 여러 번 절곡되는 형태로 만들어지기도 하는데, 이와 같이 절곡된 부위가 여러 부분으로 구성되는 복잡한 형태의 부스바인 경우에 이를 한 번에 일체형으로 만들면 제조원가가 크게 상승하므로 여러 조각으로 분리하여 만든 다음 이를 용접하여 일체화하는 방식을 취하고 있다.

통상 구리를 용접함에 있어서는 구리라는 재질의 특성상 열전도율이 높아 용접부위에 가해진 열이 모재에 빠르게 분산되어버리므로 용접에 필요한 충분한 융화를 얻기 어렵고 열에 의한 변형과 냉각 수축시의 변형이 많은 단점이 있다.

따라서 구리를 용접함에 있어서는 일반적으로 가스를 이용한 용접이 주로 사용되는데, 전기 자동차에 사용되는 부스바는 두께가 상당히 굵은 형태이므로 가스를 이용한 용접에는 생산효율이 매우 낮은 문제로 이어진다.

본 발명이 주목한 용접방법은 저항용접인데, 저항용접은 원하는 용접부위에 압력과 전류를 가하고 이때 발생하는 저항열로 접합부를 가열하여 용접하는 방식이다.

이러한 저항용접을 본 발명이 추구하는 부스바 용접에 적용하기에는 문제가 있는데, 통상의 저항용접기는 전극이 구리재질로 구성되어 있으므로 용접할 모재 또한 구리인 부스바를 용접하려면 저항열이 발생하지 않는다는 것이다.

대한민국 등록특허 제10-2165089호(등록일자 2020년10월06일)

상기 문제점을 감안하여 안출된 본 발명은 절곡된 부위가 여러 부분으로 구성되는 복잡한 형태의 부스바인 경우에 이를 한 번에 일체형으로 만들면 제조원가가 크게 상승하는 것을 감안하여 직선형의 연결바와, 용접부 및 고정부 등으로 구성된 입체형의 지지바로 분리하여 만든 다음 이를 용접하여 일체화하는 방식의 부스바 용접에 있어서, 부스바 용접이라는 재질 상의 특성을 감안하고 용접 생산성이 높은 저항용접을 이용하여 용접을 실시하되, 저항용접을 효과적으로 실시할 수 있는 장치와 방법을 제공함으로써, 전기 자동차에 사용되는 많은 숫자의 부스바를 효율적으로 생산할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일직선형으로 된 연결바와 상기 연결바의 양단에 연결되도록 입체형으로 성형된 지지바를 용접하여 부스바를 일체화시키는 용접에 있어서, 용접을 위하여 저항용접기를 사용하되, 연결바 및 지지바에 접촉하는 상하부 전극은 지르코늄 + 티타늄 합금을 이용하고, 지지바와 연결바의 사이에는 은납 소재이고 납작한 단면형태를 가진 필러메탈을 투입하며, 상하 전극에 압력을 가하면서 전류를 흐르게 하면 전극에서 발생한 저항 열이 필러메탈을 가열하게 되어 필러메탈이 순간적으로 용해됨과 동시에 압력을 받아 밀착되면서 연결바의 저면과 지지바의 상면 사이가 융착되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 구리 재질로 된 부스바를 용접방법으로 연결할 수가 있어서 제조원가의 절감을 이룩할 수 있고, 신속하면서도 강력한 용접효과를 얻을 수 있어서, 복잡한 형태로 구성되는 부스바의 효율적인 생산과 저렴한 가격으로 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의해 용접된 부스바를 나타낸 정면도
도 2는 본 발명에 의해 용접된 부스바의 일부 사시도
도 3은 본 발명에 의하여 용접되는 과정의 설명도
도 4는 본 발명에 의한 용접지그 사용상태도

이하, 본 발명의 전기 자동차용 입체형 부스바 제조를 위한 용접장치 및 용접방법에 대한 구성을 첨부된 도면을 기준으로 상세히 설명하고자 하는바, 이어지는 설명은 본 발명을 구현하기 위한 실시 예를 기준으로 한 것으로, 본 발명의 권리범위는 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 작용 및 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

본 발명의 용접장치 및 방법에 대하여 바람직한 구성 실시 예를 상세히 살펴본다.

본 발명은 부스바(10)를 일직선형으로 된 연결바(11)와, 용접부(12-1)와 고정부(12-2) 그리고 상기 용접부(12-1)와 고정부(12-2)를 경사각을 갖고 연결되는 경사부(12-3)로 구성된 지지바(12)로 분리 구성한 후 이를 용접하는데 적용된다.

본 발명은 용접을 위하여 저항용접기를 사용하되, 연결바(11) 및 지지바(12)에 접촉하는 상하부 전극(20)(20')은 지르코늄 + 티타늄 합금을 이용한다.

상기 전극(20)(20')의 소재가 되는 지르코늄 + 티타늄 합금(Zr-Ti)은 진공관의 게터(getter), 의료용 정밀부품 및 자동차 에어백의 기폭제뿐 아니라 각종 화약제조의 원료로써 산업에서 광범위하게 사용되고 있다.

티타늄은 전기 저항에 의해 열이 잘 발생하지만 열에 의한 형상의 변형이 심한 단점을 갖고, 지르코늄은 열에 강하지만 전기적 전도성이 부족한 단점이 있는 물질이다.

이에 따라서 본 발명에서 선택된 물질이 지르코늄 + 티타늄 합금이며, 이를 이용하여 본 발명에서 상하부 전극(20)(20')으로 활용하는 것이다.

그리고 부스바(10)를 구성하는 연결바(11)와 지지바(12)를 용접시 하부 전극(20')의 위에 지지바(12)의 용접부(12-1)를 안착시키고 그 위에 연결바(11)를 안착시켜 용접하되, 지지바(12)와 연결바(11)의 사이에는 은납(silver solder; 銀蠟) 소재이고 납작한 단면형태를 가진 필러메탈(30)을 투입하는데, 롤 형태로 권취된 필러메탈(30)을 준비한 후 연속 자동공급방식으로 연결바(11)와 지지바(12) 사이에 용접시 필요한 길이만큼 자동으로 공급되도록 제어하는 것이다.

이와 같이 지지바(12)의 용접부(12-1)와 연결바(11)의 사이에 필러메탈(30)을 공급한 상태에서 상하 전극이 압력을 가하면서 전류를 흐르게 하면 전극에서 발생한 저항 열이 연결바(11)와 지지바(12)의 용접부(12-1)를 가열하고 연결바(11)와 지지바(12)에 비하여 용융점이 낮은 필러메탈(30)을 가열하게 되는데, 이러한 과정에서 연결바(11)와 지지바(12) 사이의 필러메탈(30)이 순간적으로 용해됨과 동시에 압력을 받아 넓게 도포되면서 연결바(11)의 저면과 지지바(12)의 용접부(12-1) 상면 사이가 용융된 필러메탈(30)에 의해 강력하게 융착되는 것이다.

이와 같은 작용에 의하여 연결바(11)와 지지바(12)가 브레이징 방식으로 일체화되면서 신속하고 저렴한 비용으로 강력히 용접된 부스바(10)를 완성할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 방법으로 용접하는 경우의 용접지그에 관한 실시예를 나타낸 것으로, 용접지그(50)는 하부에 하부 전극(20')이 삽입되어 위치를 결정하는 전극구멍(51)이 형성되었고, 전극구멍(51)의 상단과 일치되는 높이에는 지지바(12)의 용접부(12-1)를 삽입하는 측면구멍(52)과 용접부(12-1)의 선단이 삽입되어 위치가 결정되게 하는 걸림턱(53)을 형성하였으며, 상부에는 연결바(11)의 끝단이 정확한 위치로 안착될 수 있는 상부공간(54)과 받침턱(55)을 형성한 것이다.

10: 부스바
11: 연결바
12: 지지바
20: 상부 전극
20': 하부 전극
30: 필러메탈

Claims

부스바의 양단에 절곡된 형태의 지지부를 갖는 입체형 부스바를 제조함에 있어서,
부스바를 일직선형으로 된 연결바(11)와, 상기 연결바(11)의 양단에 연결되도록 용접부(12-1)와 고정부(12-2)를 갖고 상기 용접부(12-1)와 고정부(12-2)를 경사부(12-3)로 연결하는 형태의 지지바(12)를 분리하여 구성한 후 용접하여 일체화시키며,
용접을 위하여 저항용접기를 사용하되, 연결바(11) 및 지지바(12)의 용접부(12-1)에 접촉하는 상하부 전극(20)(20')은 지르코늄 + 티타늄 합금을 이용하고, 연결바(11)와 지지바(12)의 용접부(12-1) 사이에는 필러메탈(30)을 삽입하여 용접하며,
용접지그(50)는 하부에 하부전극(20')이 삽입되는 전극구멍(51)이 형성되고, 전극구멍(51)의 상단과 일치되는 높이에는 지지바(12)를 삽입하는 측면구멍(52)과 지지바(12)의 선단이 삽입되어 위치가 결정되게 하는 걸림턱(53)을 형성하며, 용접지그의 상부에는 연결바(11)의 끝단이 정확한 위치로 안착될 수 있는 상부공간(54)과 받침턱(55)을 형성한 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 입체형 부스바 제조를 위한 용접장치.
부스바의 양단에 절곡된 형태의 지지부를 갖는 입체형 부스바를 제조함에 있어서,
부스바를 일직선형으로 된 연결바(11)와, 상기 연결바(11)의 양단에 연결되도록 용접부(12-1)와 고정부(12-2)를 갖고 상기 용접부(12-1)와 고정부(12-2)를 경사부(12-3)로 연결하는 형태의 지지바(12)를 분리하여 구성한 후 용접하여 일체화시키되,
용접을 위하여 저항용접기를 사용하되, 연결바(11) 및 지지바(12)에 접촉하는 상하부 전극(20)(20')은 지르코늄 + 티타늄 합금을 이용하고,
용접지그(50)를 이용하여 연결바와 지지바를 용접하되, 용접지그는 하부에 하부전극(20')이 삽입되어 위치를 결정하는 전극구멍(51)이 형성되고, 전극구멍(51)의 상단과 일치되는 높이에는 지지바(12)를 삽입하는 측면구멍(52)을 형성하며, 용접지그의 상부에는 연결바(11)의 끝단이 정확한 위치로 안착될 수 있는 상부공간(54)을 형성하며,
지지바의 용접부를 지그의 측면구멍으로 삽입한 후, 용접부의 위에 지그의 상부공간에 연결바의 끝부분을 얹어 용접을 하되, 지지바(12)의 용접부와 연결바(11)의 사이에는 은납(silver solder; 銀蠟) 소재이고 납작한 단면형태를 가진 필러메탈(30)을 공급한 상태에서 상하 전극이 압력을 가하면서 전류를 흐르게 하면 전극에서 발생한 저항 열이 연결바(11)와 지지바(12)를 가열하고 그 열이 필러메탈(30)을 가열하게 되어 연결바(11)와 지지바(12) 사이의 필러메탈(30)이 순간적으로 용해됨과 동시에 압력을 받아 밀착되면서 연결바(11)의 저면과 지지바(12)의 용접부 상면 사이가 필러메탈에 의해 융착되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 입체형 부스바 제조를 위한 용접방법.