KR20220025417A

KR20220025417A - 용접 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220025417A
Application number: KR1020200106094A
Authority: KR
Inventors: 이명안; 류덕현
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US20230087053A1; EP4088858A4; EP4088858A1; WO2022045626A1; CN115087516A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치는, 용접봉; 상기 용접봉의 온도를 측정하는 온도 측정 지그부; 및 상기 용접봉을 냉각시키는 용접봉 쿨러부를 포함한다.

Description

용접 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR WELDING}

본 발명은 용접 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지를 제조하는 용접 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.

전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

한편, 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

이러한 다양한 종류의 이차 전지를 제조할 경우 용접 장치를 이용해 부품들을 결합할 수 있다. 종래의 용접 장치는, 용접봉이 외부로 노출되어 있고 용접시 발생하는 열의 관리가 되지 않아 다음 용접 진행 전 용접봉이 과열된 상태로 준비됨으로 인해, 용접 재료에 따라 열이 많이 발생하게 될 경우 용접 부분의 전극 또는 분리막이 손상될 가능성이 있다.

또한 종래의 용접 장치는 상부 용접봉에 온도 측정 기구부가 마련되지 않아,용접봉의 온도 변화시 저항의 변동이 생겨 균일한 전류의 인가가 어려울 수 있으며, 온도 측정을 한다고 해도 설비의 이동 속도가 빠르고 상부 용접봉의 외경이 상대적으로 작아 상부 용접봉의 온도를 측정하기 어려운 문제가 있었다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 이차 전지의 용접시 발생하는 용접봉의 잡열을 관리하여 용접 불량을 최소화하는 용접 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치는, 용접봉; 상기 용접봉의 온도를 측정하는 온도 측정 지그부; 및 상기 용접봉을 냉각시키는 용접봉 쿨러부를 포함한다.

상기 온도 측정 지그부는, 본체부; 상기 본체부 상단에 위치한 온도 센서; 및 상기 본체부를 회전시켜 상기 온도 센서를 상기 용접봉의 하단부에 위치시키는 회전축부를 포함할 수 있다.

상기 회전축부는 상기 본체부 상에 형성되고, 상기 회전축부를 중심으로 상기 본체부를 수평 방향으로 회전시킬 수 있다.

상기 회전축부는 상기 본체부를 0도 내지 90도 사이에서 회전시킬 수 있다.

상기 용접봉은 상부 용접봉 및 하부 용접봉으로 형성되고, 상기 온도 센서는 회전을 통해 상기 상부 용접봉의 하단과 밀착하여 상기 상부 용접봉의 온도를 측정할 수 있다.

상기 용접봉 쿨러부는, 쿨링 패널; 및 상기 쿨링 패널에 형성된 복수개의 쿨링 홀을 포함하고, 상기 쿨링 홀은 블로워와 연결되고, 상기 블로워를 통해 유입된 냉기가 상기 쿨링 홀을 통과하여 상기 용접봉으로 송풍될 수 있다.

상기 쿨링 패널은 상기 용접봉의 하단부를 향해 휘어진 형상으로 형성되어 상기 냉기가 상기 상부 용접봉의 하단으로 송풍될 수 있다.

상기 복수개의 쿨링 홀은 5개 이하로 형성될 수 있다.

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 방법은, 온도 측정 지그부가 상부 용접봉의 하단에 밀착되어 상기 상부 용접봉 하단의 온도를 측정하는 단계; 상기 온도 측정 지그부가 회전을 통해 상기 상부 용접봉의 하단에서 벗어나는 단계; 상기 상부 용접봉이 하부 용접봉이 위치한 방향으로 이동하여 용접 공정을 수행하는 단계; 상기 용접 공정이 완료된 후 상기 상부 용접봉이 상측으로 되돌아 가는 단계; 및 상기 온도 측정 지그부가 회전을 통해 상기 상부 용접봉의 하단에 밀착되어 상기 상부 용접봉 하단의 온도를 다시 측정하는 단계를 포함한다.

용접봉 쿨러부가 상기 상부 용접봉의 하단부를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치 및 방법은, 상부 용접봉과 맞닿는 부분에 온도 센서가 부착되어 상부 용접봉의 온도를 측정할 수 있으며, 용접봉 쿨러부는 부채꼴 형상으로 형성되어 상부 용접봉 하단을 집중적으로 냉각시켜 용접봉의 온도를 효율적으로 관리할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 지그부가 용접이 끝난 상부 용접봉의 하단부에 들어와 상부 용접봉의 온도를 측정하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 지그부가 온도 측정을 완료하고 상부 용접봉의 하단부를 벗어난 후 상부 용접봉이 다시 용접을 진행하는 모습을 나타낸 도면이다.

이하에서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치의 구성에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 용접 장치는, 용접봉(100), 용접봉(100)의 온도를 측정하는 온도 측정 지그부(200) 및 용접봉(100)을 냉각시키는 용접봉 쿨러부(300)를 포함한다.

용접봉(100)은 상부 용접봉(110) 및 하부 용접봉(120)을 포함하고, 상부 용접봉(110)과 하부 용접봉(120) 사이에서 용접 공정이 수행될 수 있다. 후술할 용접봉(100)은 상부 용접봉(110)을 의미할 수 있다.

온도 측정 지그부(200)는 막대 형상으로 형성된 본체부(210), 본체부(210) 상단에 위치한 온도 센서(220) 및 본체부(210)를 회전시켜 온도 센서(220)를 용접봉(100)의 하단부에 위치시키는 회전축부(230)를 포함할 수 있다. 온도 측정 지그부(200)에 위치한 온도 센서(220)를 통해 용접봉(100) 하단의 온도를 측정할 수 있다.

종래 용접 장치에는 온도 센서가 마련되어 있지 않아 용접봉의 온도 변화시 저항의 변동이 생겨 용접봉에 균일한 전류의 인가가 어려운 문제가 있었다. 또한 온도 센서를 설치한다고 하더라도 상부 용접봉의 외경이 하부 용접봉보다 상대적으로 작아 상부 용접봉의 하단부의 정확한 온도 측정이 어려운 문제가 있었다. 또한 일반적인 전지 생산 공정에서 용접봉을 복수개 사용하여 생산 속도를 증가시킬 수 있는데, 복수개의 용접봉의 온도를 균일하게 유지하여 용접 구간 마다의 균일한 용접 품질을 구현할 필요가 있었다.

이에 본 실시예에 따르면, 본체부(210)의 상단에 위치한 온도 센서(220)를 이용하여 용접봉(100)의 하단부의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 통해 용접봉의 온도를 조절함으로써 용접 품질의 균일성을 확보할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 용접봉 쿨러부(300)는, 쿨링 패널(310) 및 쿨링 패널(310)에 형성된 복수개의 쿨링 홀(320)을 포함하고, 쿨링 홀(320)은 블로워(330)와 연결되고, 블로워(330)를 통해 유입된 냉기가 쿨링 홀(320)을 통과하여 용접봉(100) 하단으로 송풍될 수 있다.

종래 용접 장치에는 용접봉에 대한 냉각 수단이 별도로 존재하지 않았으며, 에어컨 방식의 블로워를 사용하기도 하였으나 에어컨 방식의 블로워의 경우 원하는 위치에 집중적으로 냉각시키기 어려운 문제가 있었다. 또한 전지 생산 공정에서 용접 사이클이 빠르게 반복되므로 용접봉의 신속한 냉각이 필요할 수 있었다. 본 실시예에 따르면, 상기 용접 사이클은 1초 이내에 한 사이클이 순환되는 속도로 진행될 수 있다.

이에 본 실시예에 따르면, 용접봉(100)의 하단부를 향해 곡률을 가지도록 형성된 쿨링 패널(310)에 형성된 복수개의 쿨링 홀(320)이 블로워(330)와 연결되고, 블로워(330)를 통해 유입된 냉기가 용접봉(100)의 하단부를 향해 형성된 쿨링 홀(320)을 통과하여 상대적으로 발열이 심한 용접봉의 하단부에 집중적으로 송풍됨으로써 용접봉을 신속하게 냉각시키고 용접 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 지그부 및 용접봉 쿨러부의 동작에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 지그부가 용접이 끝난 상부 용접봉의 하단부에 들어와 상부 용접봉의 온도를 측정하는 모습을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 지그부가 온도 측정을 완료하고 상부 용접봉의 하단부를 벗어난 후 상부 용접봉이 다시 용접을 진행하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 온도 측정 지그부(200)에서, 회전축부(230)는 본체부(210) 상에 형성되고, 회전축부(230)를 중심으로 본체부(210)를 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 회전축부(230)는 용접 장치 외부의 특정 위치에 고정될 수 있다.

이때 회전축부(230)는 본체부(210)를 0도 내지 90도 사이에서 회전시킬 수 있다. 본체부(210)의 회전이 90도가 넘어갈 경우, 이격되어 있던 본체부(210)가 온도 측정을 위해 상부 용접봉의 하단부로 되돌아오는데 상대적으로 많은 동력이 필요하므로, 본체부(210)의 회전 각도는 90도 이내로 형성됨이 바람직하다. 또한 본체부(210)의 회전 각도는 온도 측정이 이루어지지 않을 시 적어도 용접봉(100)과 이격될 수 있는 정도의 각도로 회전되어 본체부(210)와 온도 측정 지그부(200)가 서로 이격되도록 위치되는 각도를 유지함이 바람직하다.

본체부(210)의 끝단 상면부에는 온도 센서(220)가 장착되고, 온도 센서(220)는 회전을 통해 용접봉(100)의 하단과 밀착하여 용접봉(100)의 온도를 측정할 수 있다.

따라서, 용접봉(100)이 용접을 수행할 때, 회전축부(230)를 중심으로 한 본체부(210)의 끝단부는 용접봉(100)의 하단부와 이격된 위치에 자리잡고 있다가, 용접이 완료된 후 상부 용접봉(110)이 하부 용접봉(120)과 이격되면, 도 2에 도시된 바와 같이 회전축부(230)를 중심으로 본체부(210)를 회전시켜 본체부의 끝단부에 장착된 온도 센서(220)를 상부 용접봉(110)의 하단부에 위치시킬 수 있다. 또한 온도 센서(220)를 통해 온도 측정이 완료된 후에는, 도 3에 도시된 바와 같이 회전축부(230)를 중심으로 본체부(210)를 용접봉의 바깥 방향으로 다시 회전시켜, 본체부(210)를 용접봉(100)과 이격된 위치에 자리잡도록 할 수 있다. 상술한 본체부(210)의 회전 단계는, 반복적인 용접 진행 횟수와 비례하도록 반복적으로 시행될 수 있다.

이때 온도 센서(220)는 상부 용접봉(110)의 하단부와 맞닿도록 위치할 수 있다. 따라서 회전축부(230) 및 본체부(210)는 용접이 수행되지 않을 시 상부 용접봉(110)의 하단부가 위치하는 부분과 동일한 수평면 상에 위치할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 회전축부(230)를 통한 본체부(210)의 회전은 용접봉(100)의 길이 방향과 수직인 방향으로 회전하여, 용접봉(100)과 온도 측정 지그부(200) 간의 간섭을 최소화시킬 수 있다.

용접봉 쿨러부(300)를 구성하는 쿨링 패널(310)은 용접봉(100)의 하단부를 향해 휘어진 형상으로 형성될 수 있다. 쿨링 패널(310)은 일정한 곡률 반경(R)을 가지도록 형성될 수 있다. 이때 용접봉의 종류에 따라 곡률 반경(R)을 조절하여 쿨링 패널(310)의 휨 각도롤 조정할 수 있다. 이를 통해 다양한 크기 및 형상을 가진 용접봉의 종류에 맞게 쿨링 패널(310)의 휨 각도를 조정하여, 쿨링 패널(310)의 휘어진 표면에 형성된 쿨링 홀(320)으로부터 안내되는 냉기를 발열이 심한 부위에 집중적으로 송풍시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 복수개의 쿨링 홀(320)을 5개 이하로 형성될 수 있다. 쿨링 패널(310)에 형성된 쿨링 홀(320)의 개수가 5개를 초과하면 쿨링 홀(320)을 통과해 송풍되는 냉기들 간의 간섭이 일어나 용접봉(100)의 하단부의 냉각이 제대로 이루어지지 않을 수 있는바, 쿨링 홀(320)의 개수는 5개 이하로 형성됨이 바람직하다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 방법에 대해 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 용접 방법은, 온도 측정 지그부(200)가 상부 용접봉(110)의 하단에 밀착되어 상부 용접봉(110) 하단부의 온도를 측정하는 단계, 온도 측정 지그부(200)가 회전을 통해 상부 용접봉(110)의 하단에서 벗어나는 단계, 상부 용접봉(110)이 하부 용접봉(120)이 위치한 방향으로 이동하여 용접 공정을 수행하는 단계, 용접 공정이 완료된 후 상부 용접봉(110)이 상측으로 되돌아가는 단계 및 온도 측정 지그부(200)가 회전을 통해 상부 용접봉(110)의 하단에 밀착되어 상부 용접봉(110) 하단의 온도를 다시 측정하는 단계를 순차적으로 진행할 수 있다.

상술한 바와 같이 온도 센서(220)가 본체부(210)의 반복적인 회전 운동을 통해 상부 용접봉(110)의 하단부에 주기적으로 위치하도록 함으로써, 반복된 용접 공정 사이사이에 변할 수 있는 상부 용접봉 하단의 온도를 반복적으로 측정할 수 있어 용접봉의 온도를 보다 세밀하게 관리할 수 있으며 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상술한 용접 방법의 각 단계들에서, 용접봉 쿨러부(300)가 상부 용접봉(110)의 하단부를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서 용접 공정 사이클이 반복적으로 이루어지고, 그에 따른 온도 측정이 주기적으로 이루어짐과 동시에, 상부 용접봉(110)의 하단부를 용접봉 쿨러부(300)를 통해 지속적으로 냉각시킴으로써 전반적인 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100: 용접봉
110: 상부 용접봉(용접봉)
120: 하부 용접봉
200: 온도 측정 지그부
210: 본체부
220: 온도 센서
230: 회전축부
300: 용접봉 쿨러부
310: 쿨링 패널
320: 쿨링 홀
330: 블로워

Claims

용접봉;
상기 용접봉의 온도를 측정하는 온도 측정 지그부; 및
상기 용접봉을 냉각시키는 용접봉 쿨러부를 포함하는 용접 장치.
제1항에서,
상기 온도 측정 지그부는,
본체부;
상기 본체부 상단에 위치한 온도 센서; 및
상기 본체부를 회전시켜 상기 온도 센서를 상기 용접봉의 하단부에 위치시키는 회전축부를 포함하는 용접 장치.
제2항에서,
상기 회전축부는 상기 본체부 상에 형성되고, 상기 회전축부를 중심으로 상기 본체부를 수평 방향으로 회전시키는 용접 장치.
제3항에서,
상기 회전축부는 상기 본체부를 0도 내지 90도 사이에서 회전시키는 용접 장치.
제2항에서,
상기 용접봉은 상부 용접봉 및 하부 용접봉으로 형성되고,
상기 온도 센서는 회전을 통해 상기 상부 용접봉의 하단과 밀착하여 상기 상부 용접봉의 온도를 측정하는 용접 장치.
제1항에서,
상기 용접봉 쿨러부는,
쿨링 패널; 및
상기 쿨링 패널에 형성된 복수개의 쿨링 홀을 포함하고,
상기 쿨링 홀은 블로워와 연결되고, 상기 블로워를 통해 유입된 냉기가 상기 쿨링 홀을 통과하여 상기 용접봉으로 송풍되는 용접 장치.
제6항에서,
상기 용접봉은 상부 용접봉 및 하부 용접봉으로 형성되고,
상기 쿨링 패널은 상기 상부 용접봉의 하단부를 향해 휘어진 형상으로 형성되어 상기 냉기가 상기 상부 용접봉의 하단으로 송풍되는 용접 장치.
제6항에서,
상기 복수개의 쿨링 홀은 5개 이하로 형성되는 용접 장치.
온도 측정 지그부가 상부 용접봉의 하단에 밀착되어 상기 상부 용접봉 하단의 온도를 측정하는 단계;
상기 온도 측정 지그부가 회전을 통해 상기 상부 용접봉의 하단에서 벗어나는 단계;
상기 상부 용접봉이 하부 용접봉이 위치한 방향으로 이동하여 용접 공정을 수행하는 단계;
상기 용접 공정이 완료된 후 상기 상부 용접봉이 상측으로 되돌아 가는 단계; 및
상기 온도 측정 지그부가 회전을 통해 상기 상부 용접봉의 하단에 밀착되어 상기 상부 용접봉 하단의 온도를 다시 측정하는 단계를 포함하는 용접 방법.
제9항에서,
용접봉 쿨러부가 상기 상부 용접봉의 하단부를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 용접 방법.