KR20170040559A - 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치 - Google Patents

용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 둘 이상의 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈에서 전지셀들의 전극단자들에 접속부재를 용접하기 위한 용접 장치로서, 저항 용접을 위한 제 1 용접봉과 제 2 용접봉이 구비되어 있는 저항 용접기; 및 하나 이상의 전지모듈을 내부에 정위치 고정하고, 전지셀의 전극단자들 상에 위치하는 각각의 접속부재의 위치에서, 용접을 위해 제 1 용접봉이 도입될 수 있는 제 1 관통구와 제 2 용접봉이 도입될 수 있는 제 2 관통구가 외면에 천공되어 있는 전기절연성의 용접 지그; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치를 제공한다.

Description

용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치 {Welding Apparatus for Improving Accuracy of Welding Position}
본 발명은 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
도 1에는 종래의 원통형 이차전지들에 스폿 용접을 수행한 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 따른 용접 예를 나타내는 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 원통형 이차전지들은 접속부재(20)의 하부에 위치하고 있고, 접속부재(20)는 이차전지들의 전극단자에 용접에 의해 전기적으로 접속된다.
셀 프레임(30)에는 접속부재(20)가 외부로 노출되도록 접속부재(20)의 외형에 대응하는 구멍이 천공되어 있다. 접속부재(20)에는 전압 센싱 단자(27)가 셀 프레임(30)의 측면으로 연장되어 있다.
용접봉들(41, 42)은 지그(10)의 용접 구멍(11)을 통해 통과하여 접속부재(20)에 용접을 수행한다. 원통형 이차전지들의 전극단자들 중 상측의 용접 부위들(44)은 정위치에서 일정한 간격을 두고 균일하게 용접이 되어 있으나, 하측의 용접 부위들(45)은 일정하지 않은 간격으로 한쪽으로 치우쳐 있고, 슬릿들(28, 29) 부위 및 프레임(30)과 접속부재(20)의 경계 부위와 같이 부정확한 위치에서 용접이 수행되어 있다.
용접봉들 사이에는 지지하거나 고정하는 부분이 없으므로 용접 과정 중에 용접봉들이 용접 위치에서 이탈하게 되어 치우치거나 용접이 이루어지지 않는 부분도 발생한다.
이와 같이, 용접이 부정확한 위치에서 수행된 균일하지 못한 용접은 외관의 미려함에 영향을 미치게 되어 신뢰감을 저하시키고, 용접 강도를 악화시켜 연결부위가 요구하는 강도를 갖지 못한다는 문제가 있다.
이는 이차전지의 품질에 영향을 미치게 되어 전지모듈 및 이를 포함하는 디바이스에 대해 신뢰성 및 안정성을 저해하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지모듈에서 전지셀들의 전극단자들에 접속부재를 위치시키고 정위치에서 용접을 수행하기 위해 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉이 구비되어 있는 저항 용접기 및 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉이 각각 제 1 관통구와 제 2 관통구가 천공되어 있는 관통구들에 각각 도입되는 용접 지그를 포함하는 용접 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치는,
둘 이상의 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈에서 전지셀들의 전극단자들에 접속부재를 용접하기 위한 용접 장치로서,
저항 용접을 위한 제 1 용접봉과 제 2 용접봉이 구비되어 있는 저항 용접기; 및
하나 이상의 전지모듈을 내부에 정위치 고정하고, 전지셀의 전극단자들 상에 위치하는 각각의 접속부재의 위치에서, 용접을 위해 제 1 용접봉이 도입될 수 있는 제 1 관통구와 제 2 용접봉이 도입될 수 있는 제 2 관통구가 외면에 천공되어 있는 전기절연성의 용접 지그;
를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치는, 정위치에서 용접을 수행하여 용접 강도를 강화시켜 전지모듈 및 이를 포함하는 디바이스에 대한 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전지셀은 원통형 전지일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 저항 용접기는,
상기 용접 지그를 용접 위치에서 고정하는 지그 클램프;
상기 용접 지그의 측면으로부터 이동하여 전극단자와 접속부재를 용접하는 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉;
상기 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉이 구비되어 있는 용접 헤드;
상기 용접 헤드에 구동력을 제공하는 구동부; 및
상기 구동부 및 용접 헤드가 장착되어 있는 본체;
를 포함하여 구성되어 있다.
이러한 구조에서, 상기 지그 클램프는 용접 지그의 외부 이탈을 방지하기 위해 용접 지그의 상하단 일부를 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
또, 상기 용접 헤드는 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉을 2열 이상 구비할 수 있다.
이 경우에, 상기 용접 헤드는 제 1 관통구들 및 제 2 관통구들이 천공되어 있는 용접 지그의 일 측면 또는 양 측면에서 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉을 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 용접 지그는 전지모듈을 내장한 상태에서 상호 조립되는 상부 지그와 하부 지그로 이루어질 수 있다.
상기 용접 지그는 하나 이상의 전지모듈을 내부에 수납하는 중공 육면체 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 용접 지그는 둘 이상의 전지모듈들을 전지모듈 별로 수납 고정하기 위한 기둥 형상의 격벽이 내면에 형성되어 있을 수 있다.
이 경우에, 상기 격벽의 높이는 전지셀 길이의 30% 내지 90% 크기일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 접속부재는, 전극단자와 접속부재가 상호 용접되는 용접부들 사이에, 일자형 슬릿이 형성되어 있는 금속 플레이트로 이루어져 있고; 상기 일자형 슬릿이 중간에 위치하도록 제 1 관통구와 제 2 관통구가 용접 지그에 천공될 수 있다.
이 때, 상기 접속부재의 일자형 슬릿은 용접 지그의 외부로 노출되지 않는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 관통구 및 제 2 관통구 중의 적어도 하나는 용접봉이 도입되는 방향으로 내경이 감소하는 하향 테이퍼 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 제 1 관통구 및 제 2 관통구의 최소 내경은 용접봉 직경의 110% 내지 150% 크기일 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통구와 제 2 관통구의 상호 이격 거리는 관통구 직경의 100% 내지 500% 범위일 수 있다.
경우에 따라, 상기 용접 헤드의 작동을 제어하는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 용접 장치를 사용하여 제조된 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치는, 전극단자에 위치하고 있는 접속부재에 대해 정위치에서 용접을 수행하여 용접 부위의 외관을 개선하고 용접 강도를 향상시키는 효과를 제공한다.
이에 따라, 용접 강도가 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 디바이스에 대해 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전지모듈에서 스폿 용접을 수행한 일부 모식도이다;
도 2는 도 1에 따른 예를 나타내는 일부 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈들을 포함하고 있는 용접 지그의 일부 모식도이다;
도 4는 도 3의 용접 지그의 모식도이다;
도 5는 본 발명에 따른 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치를 나타내는 일부 모식도이다;
도 6은 본 발명에 따른 용접 구멍들을 나타내는 모식도이다;
도 7은 도 6에 따른 하나의 예를 나타내는 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈들을 포함하고 있는 용접 지그의 일부 모식도 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 용접 지그의 모식도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 용접 지그(110)는 전지모듈들(105, 106)을 내부의 정위치에 고정하고, 전지셀(103)의 전극단자들 상에 위치하는 각각의 접속부재(120)의 위치에서, 용접을 위해 제 1 용접봉(도 7: 141)이 도입될 수 있는 제 1 관통구들(113)과 제 2 용접봉(도 7: 142)이 도입될 수 있는 제 2 관통구들(114)이 외면에 천공되어 있다.
용접 지그(110)는 전지모듈들(105, 106)을 내부에 수납하는 전기절연성의 중공 육면체 구조로 이루어져 있다.
용접 지그(110)는 전지모듈들(105, 106)을 전지모듈 별로 내부 공간에 수납 고정하기 위한 기둥 형상의 격벽들(117, 118)이 내면에 형성되어 있다. 격벽들(117, 118)의 높이(H2)는 셀 프레임들(130)이 전지셀(103)의 상하단을 일부 덮고 있는 전지셀(103) 길이(L2)의 90% 크기로 형성되어 있다.
용접 지그(110)는 전지모듈들(105, 106)을 내장한 상태에서 상호 조립되는 상부 지그(111) 및 상부에서 상부 지그(111)로 덮는 하부 지그(112)로 이루어져 있다.
접속부재(120)는, 전극단자와 접속부재(120)가 상호 용접되는 용접부들 사이에, 일자형 슬릿(128)이 형성되어 있는 금속 플레이트로 이루어져 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 용접 위치의 정확도가 향상된 용접 장치를 나타내는 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 용접 장치(100)는 용접봉들(도 7: 141, 142)이 구비되어 있는 저항 용접기(101) 및 전지모듈들(도 3: 105, 106)을 내부의 정위치에 고정하는 용접 지그(110)를 포함하여 구성되어 있다.
저항 용접기(101)는, 용접 지그(110)를 용접 위치에서 고정하는 지그 클램프(150), 제 1 용접봉(도 7: 141) 및 제 2 용접봉(142), 용접봉(142)이 구비되어 있는 용접 헤드(160), 용접 헤드(160)에 구동력을 제공하는 구동부(170), 및 구동부(170)와 용접 헤드(160)가 장착되어 있는 본체(190)를 포함하여 구성되어 있다.
저항 용접기(101)는 저항 용접을 위한 제 1 용접봉(도 7: 141) 및 제 2 용접봉(142)을 구비하고 있다.
지그 클램프(150)는 용접 지그(110)를 용접 위치에서 고정한다. 지그 클램프(150)는 용접 지그(110)의 이동 중 또는 용접 중 외부 이탈을 방지하기 위해 용접 지그(110)의 상하단 일부를 감싸는 구조이다.
제 1 용접봉(141) 및 제 2 용접봉(142)은 용접 지그(110)가 고정되면, 용접 지그(110)에 관통구들(도 4: 113, 114)이 천공되어 있는 측면으로부터 용접봉들(142)이 용접 지그(110)를 향해 이동하여 전극단자와 접속부재(120)를 용접한다.
용접 헤드(160)는 제 1 관통구들(113) 및 제 2 관통구들(114)이 천공되어 있는 용접 지그(110)의 측면에서 용접봉들(142, 143)을 각각 2열 구비하고 있다.
용접 헤드(160)는 구동부(170)로부터 구동력을 제공받아 용접봉들(142, 143)을 이동시키고, 구동부(170) 및 용접 헤드(160)는 본체(190)에 장착되어 있다. 저항 용접 장치(100)는 용접 헤드(160)의 작동을 제어하는 제어부(180)를 추가로 포함하여 구성되어 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 용접 구멍들을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 따른 용접 예를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 저항 용접봉들(140)은 제 1 용접봉(141) 및 제 2 용접봉(142)으로 구성되어 있다.
접속부재의 일자형 슬릿(128)은 용접 지그의 외부로 노출되지 않는 구조로서, 제 1 관통구(113)와 제 2 관통구(114)는 일자형 슬릿(128)이 중간에 위치하도록 용접 지그(110)에 천공되어 있다. 즉, 용접봉들(141, 142)이 관통구들(113, 114)을 관통하여 용접을 수행하는 방향을 기준으로, 접속부재(120)는 외부로 노출되어 있지 않지만 관통구들(113, 114)을 통해 외부에서 식별 가능하고, 접속부재(120)에 형성되어 있는 슬릿(128)은 관통구들(113, 114)의 중간 부위에 위치하므로 외부에서는 육안으로 식별되지 않는 구조이다.
제 1 관통구(113)와 제 2 관통구(114)는 일자형 슬릿(128)이 가운데 위치하면서 상호 이격 거리(L1)는 관통구 직경(D2)의 200% 길이이다. 제 1 관통구(113) 및 제 2 관통구(114)의 내경(D2)은 용접봉들(141, 142) 각각의 직경(D1)의 150% 크기이다.
제 1 관통구(113) 및 제 2 관통구들(114)은 용접봉(141, 142)이 도입되는 방향으로 내경이 감소하는 하향 테이퍼 구조 (직경이 D3에서 D2로 감소)로 이루어져 관통구들(113, 114)의 정위치에서 용접을 수행할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 둘 이상의 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈에서 전지셀들의 전극단자들에 접속부재를 용접하기 위한 용접 장치로서,
    저항 용접을 위한 제 1 용접봉과 제 2 용접봉이 구비되어 있는 저항 용접기; 및
    하나 이상의 전지모듈을 내부에 정위치 고정하고, 전지셀의 전극단자들 상에 위치하는 각각의 접속부재의 위치에서, 용접을 위해 제 1 용접봉이 도입될 수 있는 제 1 관통구와 제 2 용접봉이 도입될 수 있는 제 2 관통구가 외면에 천공되어 있는 전기절연성의 용접 지그;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 원통형 전지인 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 저항 용접기는,
    상기 용접 지그를 용접 위치에서 고정하는 지그 클램프;
    상기 용접 지그의 측면으로부터 이동하여 전극단자와 접속부재를 용접하는 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉;
    상기 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉이 구비되어 있는 용접 헤드;
    상기 용접 헤드에 구동력을 제공하는 구동부; 및
    상기 구동부 및 용접 헤드가 장착되어 있는 본체;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 지그 클램프는 용접 지그의 외부 이탈을 방지하기 위해 용접 지그의 상하단 일부를 감싸는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 헤드는 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉을 2열 이상 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 용접 헤드는 제 1 관통구들 및 제 2 관통구들이 천공되어 있는 용접 지그의 일 측면 또는 양 측면에서 제 1 용접봉 및 제 2 용접봉을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 지그는 전지모듈을 내장한 상태에서 상호 조립되는 상부 지그와 하부 지그로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 지그는 하나 이상의 전지모듈을 내부에 수납하는 중공 육면체 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 지그는 둘 이상의 전지모듈들을 전지모듈 별로 수납 고정하기 위한 기둥 형상의 격벽이 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 격벽의 높이는 전지셀 길이의 30% 내지 90% 크기인 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 접속부재는, 전극단자와 접속부재가 상호 용접되는 용접부들 사이에, 일자형 슬릿이 형성되어 있는 금속 플레이트로 이루어져 있고;
    상기 일자형 슬릿이 중간에 위치하도록 제 1 관통구와 제 2 관통구가 용접 지그에 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 접속부재의 일자형 슬릿은 용접 지그의 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 관통구 및 제 2 관통구 중의 적어도 하나는 용접봉이 도입되는 방향으로 내경이 감소하는 하향 테이퍼 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 관통구 및 제 2 관통구의 최소 내경은 용접봉 직경의 110% 내지 150% 크기인 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 관통구와 제 2 관통구의 상호 이격 거리는 관통구 직경의 100% 내지 500% 범위인 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 헤드의 작동을 제어하는 제어부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 용접 장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 따른 전지모듈을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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