WO2019156520A1 - 스팟 용접용 지그 - Google Patents

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WO2019156520A1
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welding
spot welding
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laser
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PCT/KR2019/001639
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홍대지
이강일
윤한종
양재훈
조영범
최항준
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • a spot welding jig may be provided that includes a transmission portion through which a welding laser passes and a predetermined number of partition walls vertically dividing an inner space of the transmission portion.
  • the electrode lead welding jig not only the adhesion of the electrode leads around the respective spot welding patterns can be maintained, but also the space where the spot welding is to be performed is partitioned, such as a spatter. Interference due to can be prevented.
  • FIG. 3 is a plan view of the spot welding jig of FIG.
  • Figure 4 is a partially exploded perspective view of the spot welding jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially exploded perspective view of a spot welding jig according to another embodiment of the present invention.
  • the spot welding jig 10 bends one end of the electrode leads 21 of the pouch-type battery cells 20 to perform the spot welding on the bus bar 31. It may mean a jig in charge of the function of pressing them close to the bus bar 31. However, the spot welding jig 10 according to the present invention may be used among other welding base materials that require close contact during spot welding in addition to the electrode leads 21 of the pouch-type battery cells 20.
  • FIG. 1 is a perspective view from above of a spot welding jig 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view from above of a spot welding jig 10 of FIG. 1
  • FIG. 4 is a plan view of the spot welding jig 10 of the spot welding jig 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the second transmission part 210 may have a space vertically divided by a predetermined number of partitions 220.
  • partitions 220 For example, as illustrated in FIGS. 1 and 3, in the second transmission part 210, five partition walls 220 are arranged at equal intervals along the width direction (Z-axis direction) of the electrode leads 21 on which spot welding is to be performed. It can be installed and its internal space can be divided into six.
  • the welding laser may be sequentially irradiated onto the welding surface of the electrode lead 21 through the space divided into six parts.
  • the five partition walls 220 extend to the lower end of the welding guide block 200, that is, the pressing surface 230 that will come into contact with the electrode leads 21.
  • the electrode leads 21a and 21b superimposed on the busbar may be pressed in the first direction (Z-axis direction) parallel to the direction in which spot welding is performed. It may also be pressed in a second direction (Y-axis direction) that intersects with the first direction.
  • Z-axis direction the first direction
  • Y-axis direction a second direction that intersects with the first direction.
  • the welding guide block 200 can be mounted or detached in a snap-fit (snap-fit) manner to the jig main body 100 can be replaced as much as possible.
  • the welding guide block 200 when the welding guide block 200 is configured to be replaced with respect to the jig main body 100, various types of compatible welding guide blocks 200 may be attached to the jig main body 100.
  • the welding guide block 200 having the two partition walls 220 in the second transmission part 210 is attached to the jig main body 100 so that (tornado) spot welding is performed in groups of two at a time. It can also be done.
  • the welding guide block 200 without the partition wall 220 is attached to the second transmission part 210 to perform preliminary welding, or the welding guide block 200 having a different size is jig main body 100. ), It can also be used for the electrode leads 21 different in size from the present embodiment.
  • the jig main body 100 may include a wing portion 140 having an upper end extending in both side directions with respect to a body on which the first transmission part 110 is formed.
  • the wing 140 is used as a place to install the connecting rod 300.
  • the pressure rod 330 is provided in a cylindrical shape having an insertion hole into which the support rod 310 is inserted, and the other end of the support rod 310 is provided larger than the size of the insertion hole so that the pressure rod 330 and the support rod 310 are provided.
  • Mutual deviation may be limited.
  • one side of the pressing rod 330 may be connected to the laser generating device body. Therefore, the welding jig 10 may move in the up, down, left and right directions or rotate in the forward and reverse directions in conjunction with the laser generating apparatus main body.
  • each spot welding point may be partitioned by the welding guide block 200, and the spot welding may be performed in a state in which adhesiveness is secured by being individually pressed around the spot.
  • the tornado pattern W may be cleanly formed at the correct position without lifting or interference between the electrode lead 21 and the bus bar 31.
  • FIG. 9 is a partially exploded perspective view of a jig 10 for welding electrode lead 21 according to another exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a jig 10 for welding electrode lead 21 according to another exemplary embodiment of the present invention. Partly exploded perspective view of the.
  • the welding jig 10 ′ according to another embodiment of the present invention further includes a mask 130 that can more easily and quickly form a tornado pattern than in the above-described embodiment.
  • the mask 130 is a light control means for selectively blocking or reflecting the laser output from the laser generator 50 '.
  • the mask 130 may be provided at the lower end of the jig main body 100, and may include a laser blocking part 131 absorbing a laser and a pattern forming part 132 passing the laser. .
  • the pattern forming unit 132 is a portion in which an opening is formed so that the laser can be irradiated to the welding surface of the electrode lead 21 in a desired shape.
  • a plurality of pattern forming units 132 are provided in the form of a tornado pattern, and are positioned in one-to-one correspondence with the second transmission unit divided into six parts of the welding guide block 200.
  • the scope of the present invention should not be limited to the pattern forming unit 132 taking the form of a tornado pattern. That is, the pattern forming unit 132 may be determined according to the desired welding width and welding length.
  • the spot welding in the form of a tornado pattern can be performed simply by irradiating a laser having a predetermined width to the first transmission unit 110 in a scanning manner.
  • Spot welding operation time can be significantly shorter than the welding jig 10 of the embodiment.

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Abstract

본 발명은 스팟 용접용 지그를 개시한다. 본 발명에 따른 스팟 용접용 지그는, 버스바 상에 겹쳐지는 배터리 셀들의 전극 리드들에 폭 방향을 따라 스팟 용접을 수행 시 상기 버스바 상에 상기 전극 리드들이 밀착되게 가압하는 스팟 용접용 지그로서, 용접용 레이저가 통과하는 투과부와, 상기 투과부의 내부 공간을 수직으로 분할하는 미리 결정된 개수의 격벽을 포함할 수 있다.

Description

스팟 용접용 지그
본 발명은 스팟 용접용 지그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 파우치형 이차전지 셀의 전극 리드에 대한 레이저 스팟 용접 수행시 용접 품질을 향상시킬 수 있는 스팟 용접용 지그에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 02월 12일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0017033호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 내연 기관 및/또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 전기 자동차에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 상기 전기 자동차에는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 내연 기관없이 전기 모터와 배터리로만 구동되는 순수 전기 자동차 등이 포함된다.
이차 전지가 전기 자동차에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지를 직렬 및/또는 병렬로 연결한 배터리 모듈을 구성하게 된다. 이때, 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
일반적으로 배터리 모듈은 이차 전지들을 전기적으로 연결시키기 위해 레이저 용접 방식을 채택하고 있다. 예컨대, 대한민국 특허공개공보 제10-2013-01316558호에 개시되어 있는 바와 같이 적층된 이차 전지들은 그 양단으로 양극과 음극의 전극 리드가 돌출되어 있고 이들 전극 리드가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 적층된다. 적층된 이차 전지들의 전극 리드들은 절곡하여 서로 겹치게 한 후 절곡된 전극 리드 부분들을 레이저 발생기에서 출력되는 레이저로 융착시킨다. 이때, 전극 리드들 간의 융착은 전극 리드 연결부위에 길이방향을 따라 연속해서 용접하는 선용접 또는 불연속적으로 용접하는 스팟 용접 방식으로 이루어질 수 있는데, 최근에는 스팟 용접이 선용접에 비해 속도가 빠르고 용접 모재에 손상이 적어 선호되고 있다.
한편, 레이저 용접 과정에서 전극 리드들 간에 들뜸이 발생하면 밀착성이 저하되거나 구멍이 발생할 수 있다. 종래에 이에 대한 해결방안으로, 용접용 지그를 사용하여 전극 리드들을 버스바 상에서 가압해줌으로써 들뜨지 않게 하고 있다. 그러나 버스바에 대한 전극 리드들의 벤딩 상태가 불완전하거나, 버스바의 조립 상태가 양호하지 않아 용접용 지그에 의해 전극 리드들이 버스바에 평탄하게 가압되지 않을 수 있고, 이러한 경우, 여전히 전극 리드들과 버스바 간에 들뜸 때문에 밀착성 저하 내지 구멍이 발생하는 등 용접 품질이 저하될 수 있다. 특히, 스팟 용접 시에는 각 용접 대상 영역들을 중심으로 그 주변 둘레의 밀착성이 중요한 데, 종래의 용접용 지그는 이러한 점을 반영하지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 스팟 용접시 전극 리드들의 밀착성을 유지하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 스팟 용접용 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 버스바 상에 겹쳐지는 배터리 셀들의 전극 리드들에 폭 방향을 따라 스팟 용접을 수행 시 상기 버스바 상에 상기 전극 리드들이 밀착되게 가압하는 스팟 용접용 지그로서,
용접용 레이저가 통과하는 투과부와, 상기 투과부의 내부 공간을 수직으로 분할하는 미리 결정된 개수의 격벽을 포함하는 스팟 용접용 지그가 제공될 수 있다
상기 투과부는 제1 투과부와 제2 투과부를 포함하며, 상기 제1 투과부를 구비하는 지그 본체; 및 상기 지그 본체의 하부에 결합하는 상단부와, 상기 제1 투과부와 연통하는 제2 투과부와 상기 버스바의 사이즈에 대응하는 사이즈로 형성된 하단부를 구비하는 용접 가이드 블록을 포함하며, 상기 격벽은 상기 제2 투과부에 형성될 수 있다.
상기 용접 가이드 블록은, 상기 다수의 격벽이 상기 전극 리드들과 접촉하게 될 하단부까지 연장될 수 있다.
상기 용접 가이드 블록은 상기 지그 본체에 탈부착 가능하게 마련될 수 있다.
상기 지그 본체의 양쪽 측면과 상기 용접 가이드 블록의 양쪽 측면 중 적어도 어느 하나에는 걸림턱이 마련되고, 나머지 하나에는 걸림홈이 마련될 수 있다.
레이저 발생 장치 본체에 상기 지그 본체를 연결시키는 커넥팅 로드를 더 포함하며, 상기 커넥팅 로드는 상기 지그 본체의 상면 양쪽 가장자리에 각각 하나씩 마련되고, 상기 지그 본체의 상면에서 코일 스프링이 끼워진 상태로 수직으로 연장 배치되는 지지로드와, 상기 지지로드의 길이 방향을 따라 병진 운동 가능하게 상기 지지로드에 연결되는 가압로드를 포함할 수 있다.
상기 용접 가이드 블록은, 상기 지그 본체보다 두께가 상대적으로 얇게 형성될 수 있다.
상기 지그 본체의 하단부에 마련되고, 상기 용접용 레이저를 흡수하는 차단부와 상기 레이저를 통과시키는 패턴 형성부를 구비하는 마스크를 더 포함할 수 있다.
상기 패턴 형성부는 다수의 토네이도 패턴으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 스팟 용접용 지그를 포함하는 레이저 용접 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스팟 용접시 전극 리드들의 밀착성을 유지하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 전극 리드 용접용 지그가 제공될 수 있다.
상기 전극 리드 용접용 지그에 의하면 각각의 스팟 용접 패턴들을 중심으로 그 주변 둘레의 전극 리드의 밀착성이 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 스팟 용접이 수행될 공간이 구획화되어 있어 스파터(spatter)와 같이 이물에 의한 간섭을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팟 용접용 지그를 아래에서 위로 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1의 스팟 용접용 지그를 위에서 아래로 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1의 스팟 용접용 지그의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팟 용접용 지그의 부분 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 스팟 용접용 지그의 사용예를 도시한 사시도와 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 가이드 블록에 의해 밀착된 상태에서 토네이도 스팟 용접이 행해진 전극 리드들을 바라본 도면이다.
도 8은 도 7에 대응하는 도면으로 본 발명의 일 실시예의 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스팟 용접용 지그의 부분 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스팟 용접용 지그의 사용예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명할 스팟 용접용 지그(10)는 예컨대, 파우치형 배터리 셀(20)들의 전극 리드(21)들의 일단부를 벤딩시켜 버스바(31)에 스팟 용접을 수행할 때, 전극 리드(21)들을 버스바(31) 상에 밀착되게 가압하는 기능을 담당하는 지그를 의미할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 스팟 용접용 지그(10)는 파우치형 배터리 셀(20)들의 전극 리드(21) 이외에도 스팟 용접시 밀착이 필요한 다른 용접 모재들 간에도 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 용접용 지그(10)는, 중공 구조로 형성되어 레이저가 통과할 수 있는 투과부(110,210)와 상기 투과부(110,210)를 수직으로 분할하는 미리 결정된 개수의 격벽(220)을 포함할 수 있다.
자세히 후술하겠지만, 본 발명에 따른 용접용 지그(10)는, 용접용 레이저가 상기 투과부(110,210)를 통해 전극 리드(21) 상의 지정된 위치에 조사될 수 있게 가이드하고, 스팟 용접 수행 중 용접 모재 주변의 밀착성을 확보하며, 스파터(spatter) 발생시 주변 스팟 용접 영역들을 보호함으로써 스팟 용접 품질을 높이는 데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팟 용접용 지그(10)를 아래에서 위로 바라본 사시도, 도 2는 도 1의 스팟 용접용 지그(10)를 위에서 아래로 바라본 사시도, 도 3은 도 1의 스팟 용접용 지그(10)의 평면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팟 용접용 지그(10)의 부분 분해 사시도이다.
이들 도면들을 참조하여, 상기 투과부(110,210)와 다수의 격벽(220)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 용접용 지그(10)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 용접용 지그(10)는, 지그 본체(100)와 상기 지그 본체(100)의 하부에 위치하는 용접 가이드 블록(200), 그리고 상기 지그 본체(100)를 지지하며 레이저 발생 장치 본체(미도시)에 지그 본체(100)를 연결하는 커넥팅 로드(300)를 포함할 수 있다.
지그 본체(100)는 소정의 두께를 가진 장방형의 금속 블록으로 구성될 수 있다. 지그 본체(100)에는 속이 뚫린 제1 투과부(110)가 형성되어 있고, 길이방향 양쪽 끝부분의 상면에는 레이저 발생 장치 본체에 연결될 수 있는 커넥팅 로드(300)가 조립될 수 있다.
상기 제1 투과부(110)는 용접용 레이저를 통과시키는 부분으로서, 용접 대상 전극 리드(21)의 폭에 대응하는 장공 구조로 형성될 수 있다.
제1 투과부(110)는 용접 가이드 블록(200)에 구비되는 제2 투과부(210)와 연통한다. 따라서 레이저는 제1 투과부(110)와 제2 투과부(210)를 차례대로 통과할 수 있다. 본 실시예에서 격벽(220)은 상기 제1 투과부(110)와 제2 투과부(210) 중 제2 투과부(210)에만 마련되어 있다.
이와 같이 격벽(220)을 제2 투과부(210)에만 적용함으로써, 버스바(31)에 전극 리드(21)를 선 용접하고자 할 때, 용접 가이드 블록(200)을 분리하고 지그 본체만을 이용하여 선용접을 수행할 수도 있다.
용접 가이드 블록(200)은 전극 리드(21)들과 접촉하여 전극 리드(21)들을 버스바(31) 상에 밀착시키는 역할을 하는 구성으로서, 상기 지그 본체(100)의 하부에 결합하는 상단부와, 내부에 상기 제1 투과부(110)와 연통하는 제2 투과부(210)와 상기 버스바(31)의 사이즈에 대응하는 사이즈로 형성된 하단부를 구비한다. 여기서 상기 하단부는 전극 리드와 접촉하는 가압면(230)으로 기능할 수 있다.
또한, 용접 가이드 블록(200)은 지그 본체(100)에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성될 수 있다. 즉, 용접 가이드 블록(200)은 그 폭이 버스바(31)의 폭 규격에 맞게 슬림하게 제작될 수 있고, 지그 본체(100)는 커넥팅 로드(300) 설치 및 자체 구조 강건성 확보를 위해 용접 가이드 블록(200)보다 두껍게 제작될 수 있다.
상기 제2 투과부(210)는 미리 지정된 개수의 격벽(220)에 의해 공간이 수직으로 분할될 수 있다. 이를테면, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 투과부(210)는 스팟 용접이 수행될 전극 리드(21)들의 폭 방향(Z 축 방향)을 따라 5개의 격벽(220)이 등 간격으로 설치되어 그 내부 공간이 6개로 분할될 수 있다. 용접용 레이저는 상기 6개로 분할되어 구획화된 공간을 통해 전극 리드(21) 용접면에 순차적으로 조사될 수 있다.
상기 5개의 격벽(220)은 용접 가이드 블록(200)의 하단부 즉, 전극 리드(21)들과 접촉하게 될 가압면(230)까지 연장된다. 이러한 구성에 의하면, 도 7과 같이, 버스바 상에 겹쳐진 전극 리드(21a,21b)들은 스팟 용접이 수행되는 방향과 나란한 제1 방향(Z축 방향)으로 가압될 수 있을 뿐만 아니라. 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)으로도 가압될 수 있다. 다시 말하면, 전극 리드(21) 용접면이 격자상으로 가압됨으로써, (토네이도)스팟 용접 패턴(W)을 중심으로 그 주변 둘레가 긴밀하게 밀착될 수 있다. 또한, (토네이도)스팟 용접이 각각 격벽(220)에 의해 구획화된 공간 내에서 수행되기 때문에 스팟 용접 수행 과정에서 발생할 수 있는 스파터(spatter)등의 이물질이 주변에 튀는 것이 방지될 수 있어 용접 품질이 향상될 수 있다.
한편, 용접 가이드 블록(200)은 상기 지그 본체(100)에 탈착 가능하게 마련될 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 가이드 블록(200)은 지그 본체(100)에 스냅-핏(snap-fit) 방식으로 장착 또는 장착 해제가능하여 얼마든지 교체가 가능하다.
예컨대, 지그 본체(100)의 양쪽 측면부와 용접 가이드 블록(200)의 양쪽 측면부 중 적어도 어느 하나에는 걸림턱(120)이 마련되고, 나머지 하나에는 걸림홈(240)이 마련될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 걸림턱(120)을 지그 본체(100)의 양쪽 측면부에 하나씩 마련하였고, 상기 걸림홈은 용접 가이드 블록(200)의 양쪽 측면부에 하나씩 마련하였다. 물론, 본 실시예의 탈부착 방식에 본 발명의 권리범위가 한정되어야 하는 것은 아니며, 용접 가이드 블록(200)을 지그 본체(100)에 대해 용이하게 탈부착할 수 있는 방식이라면 어떠한 방식을 적용하더라도 무방할 수 있다.
이와 같이 지그 본체(100)에 대해 용접 가이드 블록(200)을 교체할 수 있게 구성하면, 호환 가능한 여러 가지 형태의 용접 가이드 블록(200)을 지그 본체(100)에 부착하여 사용할 수 있다. 예컨대, 도 8과 같이, 제2 투과부(210) 내에 2개의 격벽(220)을 갖는 용접 가이드 블록(200)을 지그 본체(100)에 부착하여, (토네이도)스팟 용접을 한번에 2개씩 그룹 단위로 수행할 수도 있다. 또한, 도면에 도시하지 않았으나, 제2 투과부(210) 내에 격벽(220)이 없는 용접 가이드 블록(200)을 부착하여 선용접을 수행하거나, 사이즈가 다른 용접 가이드 블록(200)을 지그 본체(100)에 부착하여 본 실시예와 사이즈가 다른 전극 리드(21)에도 사용될 수 있다. 또한, 용접용 지그(10) 사용중 용접 가이드 블록(200)이 손상될 경우, 용접 가이드 블록(200)을 새것으로 교체하면 정상 사용 가능해지므로, 일체형으로 제작된 경우에 비해 제품 전체를 폐기하지 않아도 되어 로스(loss)가 줄어들 수 있다.
커넥팅 로드(300)는 레이저 발생 장치 본체(미도시)에 지그 본체(100)를 연결시키며, 지그 본체(100) 및 이에 연결되어 있는 용접 가이드 블록(200)에 탄성력을 부여하기 위한 구성이다.
다시 도 1 내지 도 2 및 도 6을 참조하여, 본 실시예의 커넥팅 로드(300)를 살펴보면, 상기 커넥팅 로드(300)는 상기 지그 본체(100)의 상단부 양쪽 가장자리에 각각 하나씩 한 쌍으로 마련된다. 그리고 각 커넥팅 로드(300)는 지그 본체(100)의 상단부에서 코일 스프링(320)이 끼워진 상태로 수직으로 연장 배치되는 지지로드(310)와, 상기 지지로드(310)의 길이 방향을 따라 병진 운동 가능하게 상기 지지로드(310)에 연결되는 가압로드(330)를 포함한다. 따라서 코일 스프링(320)은 가압로드(330)가 지지로드(320)에 대해 병진 운동시 압축 또는 압축 해제될 수 있다.
지그 본체(100)는 제1 투과부(110)가 형성된 몸체를 기준으로 상단부가 양쪽 사이드 방향으로 연장된 형성된 윙부(140)를 구비할 수 있다. 상기 윙부(140)는 커넥팅 로드(300)를 설치할 수 있는 장소로 활용된다.
지지로드(310)는 나사산이 형성되어 있는 일단이 너트로 윙부(140)의 하면에 고정되고 나머지 부분은 윙부(140)를 관통하여 윙부(140)에 대해 수직으로 배치될 수 있다. 코일 스프링(320)은 이러한 지지로드(310)에 끼워져 윙부(140)의 상면에 배치될 수 있다.
가압로드(330)는 상기 지지로드(310)가 삽입 가능한 삽입구을 갖는 원통 형상으로 마련되되, 지지로드(310)의 타단은 상기 삽입구의 사이즈보다 크게 마련되어 있어 가압로드(330)와 지지로드(310)는 상호 이탈이 제한될 수 있다.
한편, 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 가압로드(330)의 일측은 레이저 발생 장치 본체에 연결될 수 있다. 따라서 용접용 지그(10)는 레이저 발생 장치 본체와 같이 연동하여 상,하,좌,우 방향으로 이동하거나 정,역 방향으로 회전할 수 있다.
이러한 커넥팅 로드(300)는 코일 스프링(320)의 작용으로 전극 리드(21)들과 버스바(31) 간의 밀착을 위한 탄성력을 제공할 수 있다. 따라서 버스바(31)에 대한 전극 리드(21)들의 벤딩 상태가 불완전하거나, 버스바(31)의 조립 상태가 다소 양호하지 않더라도 전극 리드(21)의 용접면을 버스바(31)에 나란하게 밀착시킬 수 있어 전극 리드(21)들과 버스바(31) 간의 들뜸 문제를 효과적으로 해소할 수 있다.
이하에서 도 5 내지 도 7를 참조하여 본 실시예에 따른 스팟 용접용 지그(10)의 사용예를 간략히 설명하기로 한다.
배터리 모듈은 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 구성된다. 이때 이차 전지로는 적층이 용이한 파우치형 이차 전지(20)가 많이 이용될 수 있다. 적층된 이차 전지들의 전/후면부에는 다수의 버스바(31)들을 포함한 ICB(Inter connection borad) 조립체(30)가 부착될 수 있으며, 이차 전지들의 전극 리드(21)들은 ICB 조립체(30)의 슬롯을 통과하여 전면에 배치된 버스바(31)에 부착될 수 있다. 상기 이차 전지들은 레이저 스팟 용접에 의해 버스바(31) 상에 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 스팟 용접용 지그(10)는 이러한 레이저 스팟 용접시 이차 전지들의 전극 리드(21)와 버스바(31) 간의 들뜸을 방지하고 레이저 조사 범위를 가이드하기 위해 사용된다.
도 5와 같이, 레이저 발생 장치가 상,하,좌,우로 이동하여 배터리 모듈의 용접 부위에 로딩되면, 도 6과 같이, 용접용 지그(10)가 절곡되어 겹쳐진 전극 리드(21a,21b)들을 버스바(31) 상에 밀착시킨다. 그 다음, 용접용 레이저가 지그 본체(100)의 제1 투과부(110)와, 용접 가이드 블록(200)의 제2 투과부(210)를 차례대로 통과하여 전극 리드(21)의 용접면에 스팟 용접을 수행한다. 여기서 스팟 용접은, 도 7과 같은, 토네이도 스팟 용접이 적용될 수 있다. 토네이도 스팟 용접은 일반적인 스팟 용접에 비해 용접 면적이 넓어 용접 강도가 우수하고 깊이 조정이 매우 용이하여 피용접물이 비산하거나 구멍이 발생하는 경우가 매우 적다.
한 지점의 토네이도 스팟 용접이 끝나면, 레이저 발생기(50)가 격벽(220)에 의해 구획된 다음 스팟 용접 지점에 대응하는 위치로 옮겨 가서 레이저를 조사하여 토네이도 패턴(W)을 형성한다.
이때, 전술한 바와 같이, 각 스팟 용접 지점들은 용접 가이드 블록(200)에 의해 구획되고 개별적으로 그 주변이 가압되어 밀착성이 확보된 상태로 스팟 용접이 수행될 수 있다. 이에 따라 전극 리드(21)와 버스바(31) 간의 들뜸이나, 스파터(spatter)에 의한 간섭이 없어 토네이도 패턴(W)들이 정확한 위치에 깨끗하게 형성될 수 있다.
이어서, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 용접용 지그(10)의 구성에 대해 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 리드(21) 용접용 지그(10)의 부분 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 리드(21) 용접용 지그(10)의 부분 분해 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 용접용 지그(10')는, 전술한 실시예의 경우보다, 토네이도 패턴을 보다 쉽고 빠르게 형성시킬 수 있는 마스크(130)를 더 포함한다. 상기 마스크(130)는 레이저 발생기(50')로부터 출력되는 레이저를 선택적으로 차단 또는 반사하는 광 제어 수단이다.
본 실시예에서 상기 마스크(130)는 지그 본체(100)의 하단부에 마련될 수 있으며, 레이저를 흡수하는 레이저 차단부(131)와, 레이저를 통과시키는 패턴 형성부(132)를 포함할 수 있다.
레이저 차단부(131)는 레이저 용접 시에 레이저가 전극 리드(21) 용접면에 조사되지 않도록 하는 부분이다. 레이저 차단부(131)는 레이저를 흡수할 수 있는 재질로 이루어지며, 예컨대, 내열 수지인 플라스틱 재질이거나, 레이저 완전 흡수의 차광창(laser shield plate)으로 사용되는 재질, 혹은 크롬과 같은 금속일 수 있다.
패턴 형성부(132)는 레이저가 전극 리드(21)의 용접면에 원하는 형태로 레이저가 조사될 수 있게 개구가 형성된 부분이다. 예컨대, 본 실시예에서 패턴 형성부(132)는 토네이도 패턴 형태로 복수 개가 마련되며, 용접 가이드 블록(200)의 6개로 분할된 제2 투과부에 일대일 대응하는 곳에 위치한다. 물론, 본 발명의 권리범위가 토네이도 패턴 형태를 취하는 패턴 형성부(132)에 한정되어야 하는 것은 아니다. 즉, 패턴 형성부(132)는 원하는 용접 폭, 용접 길이에 따라 결정될 수 있다.
이러한 마스크(130)를 구비한 용접용 지그(10) 구성에 의하면, 제1 투과부(110)로 입사된 레이저가 패턴 형성부(132)를 선택적으로 통과하여 제2 투과부(210)를 통해 전극 리드(21) 용접면에 조사될 수 있다. 따라서 도 10과 같이, 소정의 폭을 갖는 레이저를 스팟 용접용 지그(10')의 제1 투과부(110)에 스캔 방식으로 조사하면, 원하는 토네이도 패턴으로 전극 리드(21)가 버스바(31)에 융착될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 스팟 용접용 지그(10')를 사용하면, 소정 폭의 레이저를 제1 투과부(110)에 스캔 방식으로 조사하는 것만으로도 토네이도 패턴 형태의 스팟 용접이 가능해져 전술한 실시예의 용접용 지그(10)보다 스팟 용접 작업 시간이 크게 단축될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 마스크(130)가 지그 본체(100)의 하면을 구성하는 것으로 설계하였으나, 대안적 실시예로 마스크(130)를 용접 가이드 블록(200)의 상단부에 마련하거나, 마스크(130)를 별개의 부품으로 지그 본체(100)와 용접 가이드 블록(200) 사이에 장착할 수 있게 구성할 수도 있을 것이다. 이 경우, 마스크(130)를 보다 쉽게 교체할 수 있을 것이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (10)

  1. 버스바 상에 겹쳐지는 배터리 셀들의 전극 리드들에 폭 방향을 따라 스팟 용접을 수행 시 상기 버스바 상에 상기 전극 리드들이 밀착되게 가압하는 스팟 용접용 지그로서,
    용접용 레이저가 통과하는 투과부와, 상기 투과부의 내부 공간을 수직으로 분할하는 미리 결정된 개수의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투과부는 제1 투과부와 제2 투과부를 포함하며,
    상기 제1 투과부를 구비하는 지그 본체; 및
    상기 지그 본체의 하부에 결합하는 상단부와, 상기 제1 투과부와 연통하는 제2 투과부와 상기 버스바의 사이즈에 대응하는 사이즈로 형성된 하단부를 구비하는 용접 가이드 블록을 포함하며,
    상기 격벽은 상기 제2 투과부에 구비되는 것을 특징으로 스팟 용접용 지그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용접 가이드 블록은,
    상기 다수의 격벽이 상기 전극 리드들과 접촉하게 될 하단부까지 연장된 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 용접 가이드 블록은 상기 지그 본체에 탈부착 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지그 본체의 양쪽 측면과 상기 용접 가이드 블록의 양쪽 측면 중 적어도 어느 하나에는 걸림턱이 마련되고, 나머지 하나에는 걸림홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  6. 제2항에 있어서,
    레이저 발생 장치 본체에 상기 지그 본체를 연결시키는 커넥팅 로드를 더 포함하며,
    상기 커넥팅 로드는 상기 지그 본체의 상면 양쪽 가장자리에 각각 하나씩 마련되고, 상기 지그 본체의 상면에서 코일 스프링이 끼워진 상태로 수직으로 연장 배치되는 지지로드와, 상기 지지로드의 길이 방향을 따라 병진 운동 가능하게 상기 지지로드에 연결되는 가압로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 용접 가이드 블록은, 상기 지그 본체보다 두께가 상대적으로 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 지그 본체의 하단부에 마련되고, 상기 용접용 레이저를 흡수하는 차단부와 상기 레이저를 통과시키는 패턴 형성부를 구비하는 마스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스팟 용접용 지그.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패턴 형성부는 다수의 토네이도 패턴으로 형성된 것을 특징으로 스팟 용접용 지그.
  10. 제1항 내지 제9항에 중 적어도 어느 한 항에 따른 스팟 용접용 지그를 포함하는 레이저 용접 장치.
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