KR20130116562A - 전극단자의 레이저 용접장치 - Google Patents

전극단자의 레이저 용접장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지셀 또는 전지모듈의 판상형 전극단자들을 상호 용접하거나 또는 판상형 전극단자를 외부회로와 용접하기 위한 전극단자의 레이저 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접 헤드의 하측에 형성되며 상하로 이동 가능하게 형성되는 한 쌍의 가압롤러를 이용하여 두 전극을 밀착시킨 상태에서 이동하면서 연속으로 레이저 용접할 수 있도록 구성되어, 전극단자가 밀착된 상태로 레이저 용접되도록 하여 전극단자의 용접불량을 줄일 수 있는 전극단자의 레이저 용접장치에 관한 것이다.

Description

전극단자의 레이저 용접장치 {Laser welding apparatus for electrode terminal}
본 발명은 전극단자의 용접불량을 줄일 수 있는 전극단자의 레이저 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
그리고 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수개의 전지셀을 적층하고 이를 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
이와 같이 다수개의 전지셀들을 전기적으로 연결하기 위해 전지셀의 일측에 형성되는 판상형의 전극단자들은 절곡되어 서로 겹쳐진 상태로 레이저 용접에 의해 결합된다.
이러한 전극단자들을 용접하기 위한 기존의 레이저 용접장치는, 겹쳐진 전극단자들의 하측을 카운터 바로 지지하고 상측에는 레이저 용접을 위한 개구부가 형성된 클램프 바로 누른 상태에서 개구부에 레이저를 조사하여 용접되도록 함으로써 전극단자들이 밀착된 상태에서 용접되도록 하여 전극단자들을 용접하도록 구성된다.
그러나 이때 겹쳐진 전극단자들이 밀착되도록 하는 카운터 바 및 클램프 바는 길이가 길게 형성되고 겹쳐진 전극단자들의 상측 및 하측으로 삽입될 수 있도록 일측만이 지그에 고정되게 형성되므로, 겹쳐진 전극단자들의 밀착력이 저하되어 용접불량이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 전지셀의 양극단자와 음극단자는 서로 다른 소재로 이루어져 이들의 상호 용접시 전극단자간의 용접 결합력이 저하되는 경향이 있어, 이렇게 제조된 중대형 전지모듈은 진동 및 충격 등의 외력에 의해 용접 부위가 분리되어 단락이 발생할 수 있으므로, 용접되는 전극단자들 간의 밀착상태는 용접 결합력을 좌우하는 매우 중요한 요소이다.
이와 관련된 종래 기술로는 유럽공개특허(1779962)인 "이종금속 박판의 용접방법"이 개시되어 있다.
EP 1779962 A1 (2007.05.02.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극단자의 용접불량을 감소시킬 수 있는 전극단자의 레이저 용접장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치는, 레이저 용접 헤드; 상기 레이저 용접 헤드의 일측에 형성되어 상하로 이동 가능하게 형성되는 상하 이동부; 상기 상하 이동부의 하측에 형성되며 서로 일정거리 이격되게 형성되는 한 쌍의 텐션 바; 상기 텐션 바에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 가압 롤러; 및 상기 레이저 용접 헤드 또는 상하 이동부에 형성되어 상기 한 쌍의 가압 롤러 사이로 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사부; 를 포함한다.
또한, 상기 상하 이동부는, 상기 레이저 용접 헤드의 일측에 결합되는 액추에이터; 상기 액추에이터의 일측에 결합되고 상기 한 쌍의 텐션 바가 하측에 형성되는 이동 플레이트; 및 상기 이동 플레이트에 하측이 결합되고 상기 레이저 용접 헤드에 형성되는 관통공에 상측이 삽입되어 상하로 이동 가능하게 형성되는 가이드 로드; 를 포함한다.
또한, 전극단자들의 하측을 지지하는 하부 지지대를 더 포함한다.
또한, 전극단자들의 바깥쪽 측면을 지지하는 측면 지지대를 더 포함한다.
또한, 상기 한 쌍의 텐션 바는 서로 마주보는 방향으로 하측이 경사지게 절곡된 형태이거나, 하측의 폭이 좁은 경사진 형태 또는 곡선형으로 형성된다.
또한, 상기 텐션 바는 탄성재질로 형성된다.
또한, 상기 가압 롤러는 원판형 또는 원추형으로 형성된다.
본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치는, 전극단자가 밀착된 상태로 레이저 용접되도록 하여 전극단자의 용접불량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 전지셀 및 용접을 위한 전극단자들의 결합구조를 나타낸 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치 및 전극단자의 용접상태를 나타낸 측면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치 및 전극단자의 용접상태를 나타낸 정면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 전지셀 및 용접을 위한 전극단자들의 결합구조를 나타낸 사시도이다.
우선, 전지셀(10)은 다수개가 나란히 적층되고 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지모듈로 형성된다. 이때, 도시된 바와 같이 각각의 전지셀(10)들은 일측에 판상형의 전극단자(또는 전극탭, 20)가 형성되고 절곡되어 서로 겹쳐진 상태로 용접되어 전기적으로 연결된다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치 및 전극단자의 용접상태를 나타낸 측면도 및 정면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치(1000)는 레이저 용접 헤드(100); 상기 레이저 용접 헤드(100)의 일측에 형성되어 상하로 이동 가능하게 형성되는 상하 이동부(200); 상기 상하 이동부(200)의 하측에 형성되며 서로 일정거리 이격되게 형성되는 한 쌍의 텐션 바(300); 상기 텐션 바(300)에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 가압 롤러(400); 및 상기 레이저 용접 헤드(100) 또는 상하 이동부(200)에 형성되어 상기 한 쌍의 가압 롤러(400) 사이로 레이저 빔(Laser beam)을 조사하는 레이저 빔 조사부(500); 를 포함한다.
먼저, 레이저 용접 헤드(100)는 레이저 용접장치의 본체(미도시)에 전후 방향 및 좌우 방향으로 이동 가능하도록 결합될 수 있으며, 용접하고자 하는 위치나 용접되는 방향으로의 이동 및 위치의 고정이 가능하도록 형성된다. 즉, 적층된 전지셀(10)들 및 전극단자(20)들을 지지하는 하부 지지대(600)와 측면 지지대(700)가 고정된 상태에서 레이저 용접 헤드(100)가 이동하면서 전극단자(20)를 용접할 수 있다. 반대로 레이저 용접 헤드(100)가 고정되고 적층된 전지셀(10)들 및 전극단자(20)들을 지지하는 하부 지지대(600)와 측면 지지대(700)가 함께 이동하여 다수개의 용접부가 순차적으로 용접될 수도 있다.
상하 이동부(200)는 레이저 용접 헤드(100)의 일측에 결합되며 상하로 이동 가능하게 형성된다. 이때, 상하 이동부(200)는 상기 레이저 용접 헤드(100)의 일측에 결합되는 액추에이터(210); 상기 액추에이터(210)의 일측에 결합되고 상기 한 쌍의 텐션 바(300)가 하측에 형성되는 이동 플레이트(220); 및 상기 이동 플레이트(220)에 하측이 결합되고 상기 레이저 용접 헤드(100)에 형성되는 관통공(110)에 상측이 삽입되어 상하로 이동 가능하게 형성되는 가이드 로드(230); 를 포함한다.
여기에서 액추에이터(210)는 일반적인 공압 실린더가 사용될 수 있으며, 공압 실린더는 레이저 용접 헤드(100)의 하측 측면에 고정되고 실린더 로드(211)에 이동 플레이트(220)가 결합되어 공압 실린더의 작동에 의해 이동 플레이트(220)가 상하로 이동될 수 있도록 구성된다. 이때 이동 플레이트(220)는 상면 양측에 각각 가이드 로드(230)의 하측이 결합되고, 가이드 로드(230)의 상측은 레이저 용접 헤드(100)의 하측에 형성되는 관통공(110)에 각각 삽입되어 이동 플레이트(220)와 가이드 로드(230)가 함께 상하로 이동될 수 있다. 그리하여 이동 플레이트(220)는 한 쌍의 가이드 로드(230)에 의해 수평을 이룬 상태로 상하 이동될 수 있다.
텐션 바(300)는 상하 이동부(200)의 이동 플레이트(220) 하측에 형성되며, 서로 일정거리 이격되어 양측에 한 쌍으로 형성된다.
그리고 한 쌍의 텐션 바(300)에는 가압 롤러(400)가 회전 가능하게 결합된다. 즉, 가압 롤러(400)는 텐션 바(300)에 회전축 또는 힌지로 결합되어 전극단자(20)들을 누른 상태에서 이동하면 회전될 수 있도록 구성된다.
또한, 레이저 용접 헤드(100)의 하측 또는 상하 이동부(200)의 이동 플레이트(220) 하측에 레이저 빔 조사부(500)가 형성되어, 한 쌍의 가압 롤러(400) 사이로 레이저 빔(Laser beam)을 조사하여 전극단자(20)들을 용접할 수 있도록 구성된다.
그리하여 도 2 및 도 4와 같이 전극단자(20)의 상측에 일정거리 이격된 높이에서 상하 이동부(200)의 액추에이터(210)를 작동시키면 도 3 및 도 5와 같이 가압 롤러(400)가 전극단자(20)의 상측에 접촉되어 두 전극단자(20)를 밀착시키게 된다. 그 후 레이저 빔 조사부(500)에서 전극단자(20)로 레이저 빔을 조사하면서 레이저 용접 헤드(100)가 이동하면서 전극단자(20)들을 연속적으로 용접할 수 있다.
이때, 가압 롤러(400)는 전극단자(20)와 접촉되어 회전하면서 이동하고 레이저 빔은 한 쌍의 가압 롤러(400) 사이로 조사되어 전극단자(20)가 용접되므로, 용접부 양측에 국부적인 압력을 가하여 전극단자(20)들을 밀착된 상태로 용접할 수 있어 결합력이 향상되고 이로 인해 전극단자의 용접불량을 방지할 수 있다.
그리고 본 발명의 전극단자의 레이저 용접장치(1000)는 전극단자(20)들의 하측을 지지하는 하부 지지대(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 전극단자(20)들의 하측을 지지하도록 하부 지지대(600)를 삽입시킨 상태에서 가압 롤러(400)를 하측으로 이동하여 전극단자(20)들을 상측에서 밀착시키도록 할 수 있다.
또한, 전극단자(20)들의 바깥쪽 측면을 지지하도록 측면 지지대(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이는 전극단자(20)들이 가압 롤러(400)에 의해 밀착된 상태에서 가압 롤러(400)가 회전하면서 이동할 때 전극단자(20)들이 바깥쪽으로 밀려나지 않도록 하여 정확한 용접이 이루어지도록 하기 위함이다.
또한, 상기 한 쌍의 텐션 바(300)는 서로 마주보는 방향으로 하측이 경사지게 절곡된 형태이거나, 하측의 폭이 좁은 경사진 형태 또는 곡선형으로 형성될 수 있다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이 텐션 바(300)가 형성되어 가압 롤러(400)의 상측의 폭이 넓게 형성되므로, 용접시 레이저 빔의 조사상태 및 용접상태 등을 육안으로 확인하기 용이하며, 가압 롤러(400)가 바깥쪽으로 밀려나는 것을 방지할 수 있어 전극단자(20)의 용접부에 가장 가까운 양측을 가압하여 밀착시킬 수 있다.
또한, 상기 텐션 바(300)는 탄성재질로 형성될 수 있다. 이는 텐션 바(300)에 결합된 가압 롤러(400)의 하단의 높이가 제작시의 공차 또는 사용에 따른 마모 등으로 인해 양쪽이 차이가 있을 경우에, 전극단자(20)를 가압할 때 탄성을 갖는 텐션 바(300)에 의해 이 높이차를 보완할 수 있으므로 일측의 가압 롤러(400)가 전극단자(20)에 밀착되지 않는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가압 롤러는 원판형 또는 원추형으로 형성될 수 있다. 이는 가압 롤러(400)가 원통형으로 형성되는 경우에는 전극단자(20)를 가압할 때 선 접촉이 이루어져 누르는 힘이 분산되므로, 가압 롤러(400)가 원판형 또는 원추형으로 형성되면 국부적인 가압이 가능하므로 작은 힘으로도 전극단자(20)들의 밀착이 가능한 장점이 있다.
그리고 상하 이동부(200)의 가이드 로드(230)는 레이저 용접 헤드(100)의 관통공(110)의 직경보다 작게 형성되어, 가이드 로드(230)가 관통공(110)을 따라 상하로 원활하게 이동되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 가이드 로드(230) 및 관통공(110)은 두 쌍으로 구성되어 레이저 빔 조사부(500)를 중심으로 사각형의 모서리 부분에 각각 형성되도록 하여 상하 이동부(200)의 이동 플레이트(220)가 전후 방향 및 좌우 방향으로 수평을 이룬 상태에서 상하 이동되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 전극단자의 레이저 용접장치
10 : 전지셀 20 : 전극단자
100 : 레이저 용접 헤드 110 : 관통공
200 : 상하 이동부
210 : 액추에이터(실린더) 211 : 실린더 로드
220 : 이동 플레이트 230 : 가이드 로드
300 : 텐션 바
400 : 가압 롤러
500 : 레이저 빔 조사부
600 : 하부 지지대
700 : 측면 지지대

Claims (7)

  1. 레이저 용접 헤드;
    상기 레이저 용접 헤드의 일측에 결합되어 상하로 이동 가능하게 형성되는 상하 이동부;
    상기 상하 이동부의 하측에 형성되며 서로 일정거리 이격되게 형성되는 한 쌍의 텐션 바;
    상기 텐션 바에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 가압 롤러; 및
    상기 레이저 용접 헤드 또는 상하 이동부에 형성되어 상기 한 쌍의 가압 롤러 사이로 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사부; 를 포함하는 전극단자의 레이저 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상하 이동부는,
    상기 레이저 용접 헤드의 일측에 결합되는 액추에이터;
    상기 액추에이터의 일측에 결합되고 상기 한 쌍의 텐션 바가 하측에 형성되는 이동 플레이트; 및
    상기 이동 플레이트에 하측이 결합되고 상기 레이저 용접 헤드에 형성되는 관통공에 상측이 삽입되어 상하로 이동 가능하게 형성되는 가이드 로드; 를 포함하는 전극단자의 레이저 용접장치.
  3. 제1항에 있어서,
    전극단자들의 하측을 지지하는 하부 지지대를 더 포함하는 전극단자의 레이저 용접장치.
  4. 제1항에 있어서,
    전극단자들의 바깥쪽 측면을 지지하는 측면 지지대를 더 포함하는 전극단자의 레이저 용접장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 텐션 바는 서로 마주보는 방향으로 하측이 경사지게 절곡된 형태이거나, 하측의 폭이 좁은 경사진 형태 또는 곡선형으로 형성되는 전극단자의 레이저 용접장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 텐션 바는 탄성재질로 형성되는 전극단자의 레이저 용접장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가압 롤러는 원판형 또는 원추형으로 형성되는 전극단자의 레이저 용접장치.
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