KR20230143865A - 두께가 상이한 이종소재 용접방법 - Google Patents

Abstract

게시된 내용은 두께가 상이한 이종소재의 배터리 cell-busbar를 단면적(두께를 말함) 변화없이 전류 강하되는 것을 억제시켜 용접하기 위한 두께가 상이한 이종소재 용접방법에 관한 것으로,
본 명세서의 일 실시예에 따른 두께가 상이한 이종소재 용접방법은
두께가 상이한 이종소재 용접방법에 있어서,
임의두께를 갖는 제1피용접부재의 용접부위에 용접홈을 임의깊이로 형성하는 단계;
상기 제1피용접부재의 두께보다 얇은 박판의 제2피용접부재를 상기 용접홈이 형성된 상기 제1피용접부재의 이면에 접촉시키키는 단계;
상기 용접홈을 통해 상기 제1,2피용접부재의 상호 접촉면을 1차 용접하는 단계;
상기 용접홈을 2차 용접하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께가 상이한 이종소재 용접방법을 제공한다.

Description

두께가 상이한 이종소재 용접방법{welding method of different materials}

본 명세서는 이종소재 용접방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 두께가 상이한 이종소재의 배터리 cell-busbar를 단면적(두께를 말함) 변화없이 전류 강하되는 것을 억제시켜 용접하기 위한, 두께가 상이한 이종소재 용접방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로, 버스바(busbar)는 다수의 배터리 셀들을 직렬, 또는 병렬로 연결하는 전기적 통로로 사용되며, 배터리 셀의 단자와 버스바의 연결을 위한 연결부에는 볼팅 체결 방식이 적용된다.

볼팅 체결 방식의 경우, 단자와 버스바의 접촉저항이 상대적으로 크고, 이에 따라 높은 전류가 버스바에 흐를때 버스바가 과열되어 본래의 성능을 발휘하지 못하는 문제점이 발생될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 볼팅 체결 방식 대신 용접 방식이 적용될 수 있다.

용접방식의 경우, 연결부가 단자와 금속적으로 하나가 되면서 저항이 상당히 낮아지므로 높은 전류가 인가되더라도 볼팅 체결 방식 대비 온도 상승이 낮아질 수 있다.

또한, 용접방식은 높은 에너지 밀도로 용접하는 방식으로서, 볼팅 체결에 비해 신속하게 연결부를 형성하여 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 배터리모듈의 버스바의 연결방식은 셀 리드의 폴딩 후 카운터 바를 이용하여 용접에 의해 접합하는 직렬 연결방식과, 셀 리드가 버스바에 관통하여 셀 리드와 버스바를 용접하는 병렬 연결방식이 사용된다.

도 1에서와 같이, 두께가 상이한 이종소재의 배터리 cell-busbar를 밀착시켜 레이저 용접(laser welding)할 경우 발생되는 용접 열에 의해 용접 후면에 백 비드가 발생되어 외관 품질이 떨어지는 문제점을 갖는다.

또한, 도면에는 미 도시 되었으나, 배터리(cell) 내부에 쇼트 발생으로 인해 절연 파괴 가능성이 높아지고, 또한 안전성이 떨어지는 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1298830호(2013.8.23)에 배터리모듈의 버스바 연결방법 및 이에 의한 배터리모듈이 등록공고되어 있다.

본 명세서의 실시예는, 배터리 cell-busbar와 같이 두께 차이가 있는 이종소재를 용접시 발생되는 용접 열 및 전류 강하되는 것을 최소화시킴에 따라 용접 열에 의한 용접 후면에 백 비드가 발생되는 것을 방지하고, 배터리 cell 내부에 쇼트 발생을 최소화할 수 있도록 한, 두께가 상이한 이종소재 용접방법과 관련된다.

상기 및 기타 본 명세서의 목적을 달성하기 위하여 본 명세서의 일 실시예에 따르면,

두께가 상이한 이종소재 용접방법에 있어서,

임의두께를 갖는 제1피용접부재의 용접부위에 용접홈을 임의깊이로 형성하는 단계;

상기 제1피용접부재의 두께보다 얇은 박판의 제2피용접부재를 상기 용접홈이 형성된 상기 제1피용접부재의 이면에 접촉시키키는 단계;

상기 용접홈을 통해 상기 제1,2피용접부재의 상호 접촉면을 1차 용접하는 단계;

상기 용접홈을 2차 용접하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께가 상이한 이종소재 용접방법을 제공한다.

전술한 구성을 갖는 본 명세서의 실시예에 따른 두께가 상이한 이종소재 용접방법은 아래와 같은 이점을 갖는다.

배터리 cell-busbar와 같이 두께 차이가 있는 이종소재를 용접시 발생되는 용접 열 및 전류 강하되는 것을 최소화시킴에 따라 용접 열에 의한 용접 후면에 백 비드가 발생되는 것을 방지하여 품질을 높이고, 배터리 cell 내부에 쇼트 발생을 줄임에 따라 절연 파괴로 인한 불량 발생을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 두께가 상이한 이종소재의 배터리 cell-busbar를 용접시 용접 열에 의한 용접 후면에 백 비드가 발생되는 것을 나타내는 도면대용사진,
도 2는 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 두께가 상이한 이종소재 용접방법의 흐름도,
도 3은 도 1에 도시된 두께가 상이한 이종소재 용접방법의 작업공정도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 두께가 상이한 이종소재 용접방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 두께가 상이한 이종소재 용접방법은

두께가 상이한 이종소재 용접방법에 있어서,

비철금속재(일 예로서, 구리(Cu), 알루미늄(Al)재로 형성되고 이로 제한하는 것을 의미하지는 않는다)의 임의두께를 갖는 제1피용접부재(10)의 용접부위에 상부가 개방된 채널형태의 용접홈(20)을 임의깊이(d)로 형성하는 단계(S10);

제1피용접부재(10)의 두께보다 얇은 박판(薄板)의 비철금속재(일 예로서, 알루미늄(Al)재로 형성되고 이로 제한하는 것을 의미하지는 않는다)의 제2피용접부재(30)를 용접홈(20)이 형성된 제1피용접부재(10)의 이면에 접촉시키키는 단계(S20);

용접홈(20)을 통해 제1,2피용접부재(10,30)의 상호 접촉면을 1차 용접하는 단계(S30);

용접홈(20)을 2차 용접하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 제1피용접부재(10)는 버스바(busbar)이고, 제2피용접부재(30)는 배터리 셀(battery cell)(배터리 셀의 '음극, 양극' 단자를 말함)인 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1피용접부재(10)의 두께는 1∼1.8mm범위로 형성되고, 제2피용접부재(30)의 두께는 0.4∼0.6mm범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 제1피용접부재(10)의 두께를 1mm이하로 형성할 경우, 용접홈(20)의 깊이 확보가 곤란할 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.

이와 반면에, 제1피용접부재(10)의 두께를 1.8mm이상으로 형성할 경우, 제1,2피용접부재(10,30)의 상호 접촉면을 용접시 전류가 강하될 수 있는 문제점과, 제1,2피용접부재(10,30)의 상호 접촉면의 2차 용접시 2차 용접열이 과도하게 발생할 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.

즉, 전술한 후면의 백비드 발생, 셀의 내부 쇼트를 발생시킬 수 있는 문제점과, 제1피용접부재(10)의 제조 시 제조 원가 상승의 문제점이 발생될 수 있다.

이하에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 두께가 상이한 이종소재 용접방법을 첨부도면에 따라 설명한다.

도 2의 S10 및 도 3에서와 같이, 황동재 또는 알루미늄재로 형성되는 임의두께를 갖는 제1피용접부재(10)(busbar를 말함)의 용접부위에 상부가 개방된 채널형태의 용접홈(20)을 임의깊이(d)로 형성한다.

도 2의 S20 및 도 3에서와 같이, 제1피용접부재(10)의 두께보다 얇은 비철금속재(일 예로서, 알루미늄(Al)재)의 박판의 제2피용접부재(30)(battery cell을 말함)를 용접홈(20)이 형성된 제1피용접부재(10)의 이면에 소정의 지그(jig)를 이용하여 접촉시킨다.

도 2의 S30 및 도 3에서와 같이, 제1피용접부재(10)의 용접홈(20)을 통해 제1,2피용접부재(10,30)의 상호 접촉면을 1차 용접한다.

도 2의 S40 및 도 3에서와 같이, 제1피용접부재(10)의 용접홈(20)을 2차 용접한다.

이때, 전술한 제1,2피용접부재(10,30)의 상호 접촉면과, 제1피용접부재(10)의 용접홈(20)을 용접하는 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에 의해 사용되는 용접 접합이므로 이들의 구성 및 용접방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이 본 명세서의 실시예에 의한 두께가 상이한 이종소재 용접방법에 의하면,

임의두께의 제1피용접부재(10)(busbar)와, 제1피용접부재(10)의 두께보다 얇은 박판의 제2피용접부재(30)(배터리 cell)와 같이 두께 차이가 있는 이종소재를 용접할 경우, 제1피용접부재(10)에 형성된 용접홈(20)을 통해 제1,2피용접부재(10,30)의 상호 접촉면을 1차 용접한 후, 용접홈(20)을 2차 용접함에 따라, 제1,2피용접부재(10,30)를 용접시 발생되는 용접 열 및 전류 강하되는 것을 최소화시킬 수 있어 용접 열에 의한 용접 후면에 백비드가 발생되는 것을 방지할 수 있고 배터리 cell 내부에 쇼트 발생을 줄일 수 있게 된다.

전술한 본 명세서에서는 바람직한 기술 사상을 예시적으로 참조하여 설명하였지만, 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 명세서의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 명세서의 보호 범위는 청구범위의 기술적사상에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10; 제1피용접부재
20; 용접홈
30; 제2피용접부재

Claims (3)

1. 두께가 상이한 이종소재 용접방법에 있어서,
   임의두께를 갖는 제1피용접부재의 용접부위에 용접홈을 임의깊이로 형성하는 단계;
   상기 제1피용접부재의 두께보다 얇은 박판의 제2피용접부재를 상기 용접홈이 형성된 상기 제1피용접부재의 이면에 접촉시키키는 단계;
   상기 용접홈을 통해 상기 제1,2피용접부재의 상호 접촉면을 1차 용접하는 단계;
   상기 용접홈을 2차 용접하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께가 상이한 이종소재 용접방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1피용접부재는 버스바이고, 상기 제2피용접부재는 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 두께가 상이한 이종소재 용접방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1피용접부재의 두께는 1∼1.8mm범위로 형성되고,
   상기 제2피용접부재의 두께는 0.4∼0.6mm범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 두께가 상이한 이종소재 용접방법.

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