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WO2019050173A1 - 레이저 용접 지그 및 이를 포함하는 레이저 용접 장치 - Google Patents

레이저 용접 지그 및 이를 포함하는 레이저 용접 장치 Download PDF

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WO2019050173A1
WO2019050173A1 PCT/KR2018/009111 KR2018009111W WO2019050173A1 WO 2019050173 A1 WO2019050173 A1 WO 2019050173A1 KR 2018009111 W KR2018009111 W KR 2018009111W WO 2019050173 A1 WO2019050173 A1 WO 2019050173A1
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WO
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bolt
lead
welding
bus bar
jig
Prior art date
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Application number
PCT/KR2018/009111
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English (en)
French (fr)
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이정훈
강달모
류상우
문정오
박진용
지호준
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LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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Publication date
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Priority to PL18854421.7T priority patent/PL3613535T3/pl
Priority to JP2019546361A priority patent/JP6750127B2/ja
Priority to US16/469,381 priority patent/US11413712B2/en
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a laser welding jig and a laser welding apparatus including the same.
  • lithium secondary batteries As secondary battery cells, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries are currently commercially available. Among them, lithium secondary batteries have less memory effect than nickel- Discharge is free, self-discharge rate is very low, and energy density is high.
  • the lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an outer cover material, that is, a battery pouch outer cover material, which encapsulates the electrode assembly together with the electrolyte solution.
  • a lithium secondary battery can be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can, and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the casing.
  • secondary batteries are widely used not only in small-sized devices such as portable electronic devices, but also in medium to large-sized devices such as automobiles and electric power storage devices.
  • a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output.
  • pouch-type secondary batteries are widely used because they are easy to laminate in such a middle- or large-sized apparatus.
  • the electrode leads are interconnected and the connecting portion can be welded to maintain such connection.
  • the battery module may have a parallel and / or series electrical connection between the secondary batteries.
  • one end of the electrode lead may be fixed to the bus bar for electrical connection between the secondary batteries by welding or the like .
  • the electrical connection between the secondary batteries is made by bonding the electrode leads to the bus bars.
  • the electrode leads of the same polarity are connected and bonded to each other, and the electrode leads of the other polarity are connected and bonded to each other to electrically connect in series.
  • the electrode leads that should not be connected to each other in such a bonding process are brought into contact with each other, an internal short circuit may occur to damage the battery pack and, in severe cases, ignition or explosion may occur.
  • the electrode leads to be connected to each other are separated from each other, the power supply from the battery module can not be properly supplied, so that the power supply may not be fully discharged or the capacity or output of the battery module may be reduced. In this way, when the power source is non-responsive, the operation of a device equipped with the battery module, such as an automobile, may be stopped, which may lead to a serious accident.
  • the contact state of the electrode leads needs to be stably maintained as originally intended, and unintended electrode lead contact or separation should not occur. Further, in the case of a battery module used in an automobile or the like, development of a battery module capable of stably maintaining the connection state of the electrode leads even under vibration or impact is continuously demanded because it is frequently exposed to vibration or impact.
  • the battery module it is necessary to ensure the stability of connection between the electrode leads and the weldability. For example, even if the connection between the electrode leads is stable, if the welding is performed very hardly, the productivity of the battery module may deteriorate, and the possibility of failure may increase.
  • a lead bus bar may be provided for electrically connecting the secondary batteries, and the lead bus bar needs to be in contact with the electrode leads to be welded to the electrode leads. Therefore, during the manufacturing process of the battery module, it is necessary to provide a structure for facilitating the welding operation to the joint portion between the electrode lead and the lead bus bar so that the connection between the electrode lead and the lead bus bar can be well performed have. Further, in order to stably maintain the connection state of the plurality of electrode leads and the lead bus bar, a coupling process such as laser welding may be performed. In this case, it is preferable that a module structure having excellent weldability is provided.
  • one end of the electrode lead is bent so that one side of a relatively large area of the electrode lead contacts the lead bus bar so that the electrode lead of the secondary battery stably bonds with the lead bus bar. It is inevitable to bond the bent side and the front surface of the lead bus bar.
  • the above-mentioned bent portions of the electrode leads have caused a need for more work space in the welding process.
  • a welding spot between the bent portion of the electrode lead and the lead bus bar a tolerance for such a welding spot, welding for bonding the electrode lead to the lead bus bar in a bent form A jig arrangement space and the like are required, and the welding work space becomes narrower, which leads to deterioration of welding efficiency.
  • the space for the bonding process of the electrode lead and the lead bus bar becomes narrower. That is, when the bent direction of the one end of the electrode lead coincides with the stacking direction of the secondary cells, the thickness of the secondary battery in the stacking direction is thin, and it is easy to cause interference or damage of adjacent secondary batteries, And the like.
  • a plasma display panel including a plurality of battery cells
  • a welding jig comprising: a jig main body for covering the bus bar unit when welding; A plurality of welding slits formed in the jig body for exposing the electrode leads and the at least one lead bus bar to the outside of the jig body for welding; A plurality of bolt insertion portions provided between the plurality of welding slits and having at least one bolt insertion hole into which at least one pressing bolt is inserted; And a pair of lead adhering blocks provided on a rear surface of each of the bolt inserting portions and spaced apart from each other according to insertion of the pressing bolts to closely contact the electrode leads to the lead bus bar. do.
  • the pair of the lead adhering blocks may be mounted on the jig body so as to be slidable along the longitudinal direction of the jig body.
  • the pair of lead adhering blocks may gradually be spaced apart from each other according to insertion of the at least one pressing bolt.
  • the at least one pressing bolt includes: a bolt head having a diameter corresponding to an inner diameter of the bolt insertion hole; A bolt leg having a smaller diameter than the bolt head; And a bolt taper connecting the bolt leg and the bolt head and gradually decreasing in diameter from the bolt head toward the bolt leg.
  • At least one insertion guide groove spaced apart from each other in accordance with the insertion of the at least one pressing bolt, wherein the pair of the lid-fitting blocks are spaced apart from each other to form a space with which the bolt leg can pass; .
  • the bus bar unit may be provided with at least one bolt groove which is disposed behind the at least one bolt insertion hole in the bus bar unit cover of the jig body and into which the at least one pressing bolt is inserted.
  • the welding may be laser welding performed in the plurality of welding slits.
  • the present invention provides a laser welding apparatus comprising: a laser welding jig according to the above-described embodiments; The at least one pressure bolt; And a welding laser for irradiating the laser for the welding.
  • the electrical connection between the electrode lead and the lead bus bar can be reliably connected without forming a bent structure in the electrode lead of the battery cell.
  • the joining step for manufacturing the battery module of the present invention it is possible to omit the operation of bending the electrode lead and bringing it into contact with the lead bus bar, and the bending operation of the electrode lead and the bending jig structure become unnecessary, Can be reduced, and the working time can be shortened.
  • FIG. 1 is a view for explaining welding of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front perspective view of a laser welding jig of the laser welding apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a rear perspective view of the laser welding jig of Fig.
  • FIG. 4 is a rear view of the laser welding jig of Fig. 3;
  • FIGS. 5 and 6 are views for explaining sliding of a pair of lead adhering blocks of the laser welding jig of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the press bolt of the laser welding apparatus of FIG.
  • Figs. 8 to 11 are views for explaining welding of the battery module through the laser welding apparatus of Fig. 1. Fig.
  • FIG. 2 is a front perspective view of a laser welding jig of the laser welding apparatus of FIG. 1
  • FIG. 3 is a front perspective view of the laser welding jig of FIG.
  • FIG. 4 is a rear view of the laser welding jig of FIG. 3
  • FIGS. 5 and 6 are views for explaining the sliding of the pair of lead adhering blocks of the laser welding jig of FIG. 4, 1 is a cross-sectional view of a press bolt of the laser welding apparatus of Fig. 1;
  • the battery module 1 may include at least two or more battery cells 10 and a bus bar unit 30.
  • the plurality of battery cells 10 may be a pouch type secondary battery.
  • the plurality of battery cells 10 may be stacked so as to be electrically connected to each other.
  • the electrode leads 15 may protrude from the plurality of battery cells 10, respectively.
  • the bus bar unit 30 covers one side of the plurality of battery cells 10 and may be electrically connected to the electrode leads 15 of the plurality of battery cells 10 for voltage sensing or the like.
  • the bus bar unit 30 may include a unit body 32, a lead bus bar 34, a lead slot 36, and a bolt groove 38.
  • the unit body 32 may be mounted on one side of the plurality of battery cells 10 so as to cover one side of the plurality of battery cells 10.
  • the lead bus bar 34 is provided on the front surface of the unit body 32 and may be provided in plurality.
  • the plurality of lead bus bars 34 may be electrically connected to the electrode leads 15 of the two battery cells 10, respectively. This electrical connection can be performed through laser welding through the laser welding apparatus 50 described below.
  • the lead slots 36 are formed in the unit body 32 and may be provided in a plurality of units.
  • the plurality of lead slots 36 may be provided between the lead bus bars 32.
  • the electrode leads 15 of each battery cell 10 may protrude to a predetermined length forward of the unit body 32 after passing through the respective lead slots 36.
  • the bolt grooves 38 are formed in the unit body 32 and may be provided in plural.
  • the plurality of bolt grooves 38 are arranged behind a plurality of bolt insertion holes 165 which will be described later when the bus bar unit 30 of the jig main body 120 of the laser welding jig 100 is covered .
  • a plurality of pressing bolts 300 of a laser welding apparatus 50 described later may be inserted into the plurality of bolt grooves 38.
  • the laser welding apparatus 50 for welding between the electrode leads 15 of the battery cells 10 and the lead bus bars 34 of the bus bar unit 30 will be described in detail .
  • the laser welding apparatus 50 may include a laser welding jig 100, a pressing bolt 300, and a welding laser 500 (see FIG. 11).
  • the laser welding jig 100 includes electrode leads 15 of at least two battery cells 10 of the battery cells 10 and a bus bar unit 30 covering one side of the battery cells 10. [ And at least one lead bus bar (34) of the bus bar unit (30).
  • the laser welding jig 100 may include a jig body 120, a welding slit 140, a bolt inserting portion 160, and a lead adhering block 180.
  • the jig body 120 may cover the bus bar unit 30 during the welding. Specifically, the jig body 120 may cover the front surface of the unit body 32 of the bus bar unit 30 during the welding.
  • the welding slits 140 are formed in the jig main body 120 and may be provided in a plurality of. Each of the welding slits 140 is connected to one of the two electrode leads 15 of the battery cells 10 and the lead bus bars 34 of the bus bar unit 30, The bar 34 can be exposed to the front of the jig main body 120.
  • the bolt inserting portion 160 is formed on the jig main body 120 and may be provided in plural.
  • the plurality of bolt inserting portions 160 are provided between the plurality of welding slits 140 and include at least one bolt insertion hole 165 to be inserted into at least one pressing bolt 300 to be described later .
  • the plurality of bolt insertion holes 165 may be spaced apart from each other by a predetermined distance along the vertical direction of the bolt insertion portions 160.
  • a plurality of the lead adhering blocks 180 may be provided and a pair of the lead adhering blocks 180 may be provided behind the jig main body 120 and concretely on the rear surface of each bolt inserting portion 160.
  • the pair of lead adhering blocks 180 are spaced apart from each other according to the insertion of at least one pressing bolt 300 to be described later so that the electrode leads 15 in each welding slit 140 are connected to the lead bus bar 34 ).
  • the pair of lead adhering blocks 180 may be mounted on the jig main body 120 so as to be slidable along the longitudinal direction of the jig main body 120. Specifically, the pair of the lead adhering blocks 180 may be slid so as to be gradually separated from each other according to the insertion of the at least one pressing bolt 300.
  • the two electrode leads 15 in the welding slits 140 are electrically connected to the lead bus bars 34 by the sliding of the pair of lead adhering blocks 180 provided in the respective bolt inserting portions 165 As shown in Fig.
  • the pair of lead adhering blocks 180 may be formed with a pair of insertion guide grooves 185 for guiding passage of the press bolt 300, which will be described later.
  • the pair of insertion guide grooves 185 are disposed to face each other and form a space having a size such that the bolt leg 340 of the pressing bolt 300 to be described later passes before the pressing bolt 300 passes And may be spaced apart from each other upon insertion of a press bolt 300 described later.
  • a plurality of the pressing bolts 300 may be provided and the electrode leads 15 may be inserted into the bolt insertion holes 165 and the bolt grooves 38 to closely contact the lead bus bars 34 have.
  • the plurality of pressing bolts 300 may include a bolt head 320, a bolt leg 340, and a bolt taper 360, respectively.
  • the bolt head 320 may have a diameter B1 corresponding to the inner diameter of the bolt insertion hole 165.
  • the bolt leg 340 may have a diameter B2 smaller than the diameter B1 of the bolt head 320.
  • the bolt taper 360 connects the bolt leg 340 and the bolt head 320 and may be formed so as to be gradually reduced in diameter from the bolt head 320 toward the bolt leg 340. [ have.
  • the welding laser 500 (see FIG. 11) is used to weld the electrode leads 15 of the battery cells 10 and the lead bus bar 34 of the bus bar unit 30 within the plurality of welding slits 140 ) Can be welded and connected.
  • the welding laser 500 may irradiate a laser for the welding.
  • Figs. 8 to 11 are views for explaining welding of the battery module through the laser welding apparatus of Fig. 1. Fig.
  • an operator or the like mounts the laser welding jig 100 of the laser welding apparatus 50 on the front surface of the bus bar unit 30 when the battery module 1 is welded. At this time, the electrode leads 15 and the lead bus bar 34 may be exposed forward in the welding slits 140 of the laser welding jig 100. Thereafter, the operator inserts the bolts 300 into the bolt insertion holes 165 of the bolt insertion portions 160.
  • the lead closing blocks 180 are slid near the lead bus bar 34, And may be close to the electrode leads 15 on both sides of the bar 34.
  • the operator or the like may further insert the pressing bolts 300 to pass the pressing bolts 300 to the bolt grooves 38 of the bus bar unit 30 .
  • the lead contact blocks 180 are further moved toward the lead bus bar 34 so that the electrode leads 15 on both sides of the lead bus bar 34 are brought into close contact with the lead bus bar 34 .
  • the operator or the like welds the welding laser 500 to the welding
  • the electrode leads 15 and the lead bus bar 34 may be laser welded to each other in the slits 140.
  • the laser welding apparatus 50 is configured such that, through the sliding of the lead-close blocks 180 of the laser welding jig 100 according to the insertion of the pressing bolts 300, The contact state between the lead bus bar 15 and the lead bus bar 34 can be more stably achieved and the laser welding efficiency during welding can be further improved.
  • the bending process of the electrode leads 15 is not required when welding the electrode leads 15 and the lead bus bar 34, The welding process can be simplified. Thus, in this embodiment, the time and cost of the welding process can be further reduced.
  • the joining step for manufacturing the battery module 1 of the present invention it is possible to omit the operation of bending the electrode lead 15 to make contact with the lead bus bar 34, And the bending jig configuration become unnecessary, the manufacturing cost can be reduced and the working time can be shortened.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 지그는, 용접 시 버스바 유닛을 커버하는 지그 본체, 지그 본체에 형성되며 용접을 위해 배터리 셀들의 전극 리드들과 적어도 하나의 리드 버스바를 지그 본체 밖으로 노출시키는 복수 개의 용접 슬릿들, 복수 개의 용접 슬릿들 사이 사이에 구비되며, 적어도 하나의 가압 볼트가 삽입되는 적어도 하나의 볼트 삽입홀이 마련되는 복수 개의 볼트 삽입부들 및 각각의 볼트 삽입부의 후면에 마련되며, 가압 볼트 삽입에 따라 상호 이격되어 전극 리드들을 리드 버스바에 밀착시키는 한 쌍의 리드 밀착 블록들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 용접 지그 및 이를 포함하는 레이저 용접 장치
본 발명은 레이저 용접 지그 및 이를 포함하는 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 09월 11일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2017-0116064호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
배터리 셀로서, 현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
배터리 모듈 내부에서 이차 전지가 전기적으로 연결되기 위해서는, 전극 리드가 상호 연결되고, 그러한 연결 상태를 유지하기 위해 연결 부분이 용접될 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈은 이차 전지들 간의 병렬 및/또는 직렬의 전기적 연결을 가질 수 있는데, 이를 위해 전극 리드의 일단부는 각 이차 전지들 간의 전기적 연결을 위한 버스바에 용접 등의 방식으로 접촉 고정될 수 있다.
이차 전지 사이의 전기적 연결은 전극 리드를 버스바에 접합 시키는 방식으로 구성되는 경우가 많다. 이때, 이차 전지를 병렬로 전기적으로 연결시키기 위해서는 동일 극성의 전극 리드를 서로 연결 접합시키고 직렬로 전기적으로 연결시키기 위해서는 다른 극성의 전극 리드를 서로 연결 접합시킨다.
이러한 접합 공정에서, 서로 연결되지 않아야 할 전극 리드가 서로 접촉하게 된다면, 내부 단락이 발생하여 배터리 팩이 손상되는 것은 물론, 심한 경우 발화나 폭발이 일어날 수 있다. 반면, 서로 연결되어야 할 전극 리드가 서로 분리된다면, 배터리 모듈로부터 전원이 제대로 공급되지 못하게 되므로, 전원 무감 현상이 발생하거나 배터리 모듈의 용량이나 출력을 떨어뜨릴 수 있다. 이처럼, 전원 무감 현상 등이 발생하는 경우, 배터리 모듈이 장착된 장치, 이를테면 자동차 등의 작동이 멈추게 될 수 있으며, 이는 큰 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 전극 리드의 접촉 상태는, 원래 의도된 대로 안정적으로 유지될 필요가 있으며, 의도되지 않은 전극 리드 간 접촉이나 분리가 일어나서는 안 된다. 더욱이, 자동차 등에 이용되는 배터리 모듈의 경우, 진동이나 충격 등에 자주 노출될 수 있기 때문에, 진동이나 충격에도 전극 리드의 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있는 배터리 모듈의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
또한, 배터리 모듈에 있어서는, 이러한 전극 리드 사이의 연결에 대한 안정성과 더불어 용접성이 확보될 필요가 있다. 예를 들어, 전극 리드 사이의 연결이 안정적이더라도 그 용접이 매우 어렵게 수행되어야 한다면, 배터리 모듈의 생산성이 떨어질 수 있고, 불량이 발생할 가능성이 증가할 수 있다.
특히, 배터리 모듈에 있어서, 이차 전지들을 전기적으로 연결하기 위해 리드 버스바가 구비될 수 있는데, 이러한 리드 버스바는 전극 리드와 용접되기 위해 전극 리드와 접촉될 필요가 있다. 따라서, 배터리 모듈의 제조 과정 중, 이러한 전극 리드와 리드 버스바 사이의 연결이 잘 이루어질 수 있도록, 전극 리드와 리드 버스바 사이의 접합 부분에 대하여 용접 작업을 용이하게 하기 위한 구조가 마련될 필요가 있다. 나아가, 복수의 전극 리드와 리드 버스바는 연결 상태가 안정적으로 유지되기 위해 레이저 용접 등의 결합 공정이 수행될 수 있는데, 이 경우, 용접성이 우수한 모듈 구조가 마련되는 것이 바람직하다.
그러나, 종래 기술의 배터리 모듈은, 이차 전지의 전극 리드가 리드 버스바와 안정적인 접합되기 위해, 전극 리드의 비교적 넓은 면적의 일측면이 리드 버스바에 접촉하도록 전극 리드의 일단부를 절곡한 뒤, 전극 리드의 절곡된 일측면과 리드 버스바의 전면을 접합시키는 것이 불가피하였다.
이러한 접합 공정에서는, 전극 리드를 절곡시켜 리드 버스바와 접촉 시키는 작업을 추가적으로 실시해야 하며, 이러한 작업을 위해 추가적인 절곡 지그 구성이 필요하였다. 이에 따라, 전극 리드와 리드 버스바 간의 용접 접합 공정이 복잡해지고, 작업 시간과 비용이 증가되는 문제가 있었다.
또한, 리드 버스바와 전극 리드 간의 접합을 위해 레이저 용접 등의 작업을 수행하는데 있어, 적층된 이차 전지들의 전극 리드들 사이는 매우 협소한 공간임으로, 용접 작업 중에 전극 리드들 간에 서로 접선 되기가 쉬웠고, 이차 전지가 손상되지 않도록 용접을 행하는 것은 매우 까다로운 작업이었다.
더욱이, 상기 언급한 전극 리드의 절곡된 부위는, 용접 공정에서 더 많은 작업 공간을 필요로 하게 되는 원인이 되었다. 예를 들어, 접합을 위해 용접 공정을 수행할 경우, 전극 리드의 절곡된 부위와 리드 버스바 간의 용접 타점, 이러한 용접 타점을 위한 여유 공차, 전극 리드를 절곡된 형태로 리드 버스바와 밀착시키기 위한 용접 지그의 배치 공간 등이 필요하게 되어, 용접 작업 공간이 더욱 협소 해져 용접 효율성이 저하의 원인이 되고 있다.
특히, 최근 경량화 추세에 따라 이차 전지의 두께가 점차 감소됨에 따라, 전극 리드와 리드 버스바와의 접합 공정을 위한 공간이 더욱 협소해지고 있다. 즉, 전극 리드의 일단부의 절곡된 방향이 이차 전지들의 적층 방향과 일치할 경우, 적층 방향의 이차 전지의 두께가 얇아, 인접한 이차 전지들의 간섭 내지 손상을 일으키기가 쉬워 용접 작업이 매우 어려워지고 공정 시간의 소요가 증대되는 등의 문제가 발생되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전극 리드와 리드 버스바 간의 전기적 연결의 신뢰성과 더불어 향상된 용접 효율성이 확보될 수 있는 레이저 용접 지그 및 이를 포함하는 레이저 용접 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일실시예에 따른 적어도 2개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 상기 배터리 셀들의 일측면을 커버하는 버스바 유닛의 적어도 하나의 리드 버스바를 용접하기 위한 레이저 용접 지그로서, 상기 용접 시 상기 버스바 유닛을 커버하는 지그 본체; 상기 지그 본체에 형성되며, 상기 용접을 위해 상기 전극 리드들과 상기 적어도 하나의 리드 버스바를 상기 지그 본체 밖으로 노출시키는 복수 개의 용접 슬릿들; 상기 복수 개의 용접 슬릿들 사이 사이에 구비되며, 적어도 하나의 가압 볼트가 삽입되는 적어도 하나의 볼트 삽입홀이 마련되는 복수 개의 볼트 삽입부들; 및 각각의 볼트 삽입부의 후면에 마련되며, 상기 가압 볼트 삽입에 따라 상호 이격되어 상기 전극 리드들을 상기 리드 버스바에 밀착시키는 한 쌍의 리드 밀착 블록들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그를 제공한다.
상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들은, 상기 지그 본체의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 상기 지그 본체에 장착될 수 있다.
상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들은, 상기 적어도 하나의 가압 볼트의 삽입에 따라 점차적으로 상호 이격될 수 있다.
상기 적어도 하나의 가압 볼트는, 상기 볼트 삽입홀의 내경에 대응되는 직경을 갖는 볼트 헤드; 상기 볼트 헤드보다 작은 직경을 갖는 볼트 레그; 및 상기 볼트 레그와 상기 볼트 헤드를 연결하며, 상기 볼트 헤드로부터 상기 볼트 레그를 향해 점진적으로 직경이 작아지는 볼트 테이퍼;를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들에는, 상호 대향 배치되어 상기 볼트 레그가 통과할 수 있는 크기의 공간을 형성하며, 상기 적어도 하나의 가압 볼트의 삽입에 따라 상호 이격되는 적어도 하나의 삽입 가이드홈;이 마련될 수 있다.
상기 버스바 유닛에는, 상기 지그 본체의 상기 버스바 유닛 커버 시 상기 적어도 하나의 볼트 삽입홀의 후방에 배치되며, 상기 적어도 하나의 가압 볼트가 삽입되는 적어도 하나의 볼팅홈;이 마련될 수 있다.
상기 용접은, 상기 복수 개의 용접 슬릿들 내에서 수행되는 레이저 용접일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 레이저 용접 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 레이저 용접 지그; 상기 적어도 하나의 가압 볼트; 및 상기 용접을 위해 레이저를 조사하는 용접 레이저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀의 전극 리드에 절곡된 구조를 형성시키지 않아도 전극 리드와 리드 버스바 간의 전기적 연결성을 신뢰할 수 있는 접합을 이룰 수 있다.
따라서, 본 발명의 배터리 모듈을 제조하기 위한 접합 공정에서는, 전극 리드를 절곡시켜 리드 버스바와 접촉 시키는 작업을 생략할 수 있으며, 전극 리드의 절곡 작업 및 절곡 지그 구성이 불필요해짐에 따라, 제조 비용을 줄이고, 작업 시간을 단축 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 종래 기술과 같이 리드 버스바와 접합되는 전극 리드의 절곡 부위로 인해 용접 공정을 위한 더 많은 작업 공간을 필요로 하게 되어, 제조 효율성이 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 용접을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 레이저 용접 장치의 레이저 용접 지그의 전방 사시도이다.
도 3은 도 2의 레이저 용접 지그의 후방 사시도이다.
도 4는 도 3의 레이저 용접 지그의 후면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 레이저 용접 지그의 한 쌍의 리드 밀착 블록들의 슬라이딩을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 레이저 용접 장치의 가압 볼트의 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 도 1의 레이저 용접 장치를 통한 배터리 모듈의 용접을 설명하기 위한 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 안 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 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 용접을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 레이저 용접 장치의 레이저 용접 지그의 전방 사시도이며, 도 3은 도 2의 레이저 용접 지그의 후방 사시도이며, 도 4는 도 3의 레이저 용접 지그의 후면도이며, 도 5 및 도 6은 도 4의 레이저 용접 지그의 한 쌍의 리드 밀착 블록들의 슬라이딩을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 1의 레이저 용접 장치의 가압 볼트의 단면도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 배터리 모듈(1)은, 적어도 2개 이상, 즉, 복수 개의 배터리 셀들(10) 및 버스바 유닛(30)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(10)은 파우치형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(10)은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 상호 적층될 수 있다. 그리고, 상기 복수 개의 배터리 셀들(10)에는 각각 전극 리드들(15)이 돌출될 수 있다.
상기 버스바 유닛(30)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(10)의 일측면을 커버하며, 전압 센싱 등을 위해 상기 복수 개의 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 상기 버스바 유닛(30)은, 유닛 본체(32), 리드 버스바(34), 리드 슬롯(36) 및 볼팅홈(38)을 포함할 수 있다.
상기 유닛 본체(32)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(10)의 일측면을 커버할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들(10)의 일측면에 장착될 수 있다.
상기 리드 버스바(34)는 상기 유닛 본체(32)의 전면에 구비되며, 복수 개로 마련될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 리드 버스바들(34)은, 각각, 두 개의 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)과 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전기적 연결은 후술하는 레이저 용접 장치(50)를 통한 레이저 용접을 통해 수행될 수 있다.
상기 리드 슬롯(36)은, 상기 유닛 본체(32)에 형성되며, 복수 개로 마련될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 리드 슬롯들(36)은 상기 리드 버스바들(32) 사이 사이에 구비될 수 있다. 각각의 배터리 셀(10)의 전극 리드(15)는 각각의 리드 슬롯(36)을 통과한 후 상기 유닛 본체(32)의 전방으로 소정 길이로 돌출될 수 있다.
상기 볼팅홈(38)은, 상기 유닛 본체(32)에 형성되며, 복수 개로 마련될 수 있다. 상기 복수 개의 볼팅홈들(38)은, 후술하는 레이저 용접 지그(100)의 지그 본체(120)의 상기 버스바 유닛(30) 커버 시, 후술하는 복수 개의 볼트 삽입홀(165)의 후방에 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 볼팅홈들(38)에는 후술하는 레이저 용접 장치(50)의 복수 개의 가압 볼트들(300)이 삽입될 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 배터리 셀들(10)의 상기 전극 리드들(15)과 상기 버스바 유닛(30)의 상기 리드 버스바들(34) 사이의 용접을 위한 레이저 용접 장치(50)에 대해 자세히 살펴 본다.
상기 레이저 용접 장치(50)는, 레이저 용접 지그(100), 가압 볼트(300) 및 용접 레이저(500, 도 11 참조)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 용접 지그(100)는, 상기 배터리 셀들(10) 중 적어도 2개의 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)과 상기 배터리 셀들(10)의 일측면을 커버하는 버스바 유닛(30)의 적어도 하나의 리드 버스바(34)를 용접시키기 위한 것으로서, 상기 용접 시 상기 버스바 유닛(30)의 전방에 장착될 수 있다.
이러한 상기 레이저 용접 지그(100)는, 지그 본체(120), 용접 슬릿(140), 볼트 삽입부(160) 및 리드 밀착 블록(180)를 포함할 수 있다.
상기 지그 본체(120)는 상기 용접 시 상기 버스바 유닛(30)을 커버할 수 있다. 구체적으로, 상기 지그 본체(120)는 상기 용접 시 상기 버스바 유닛(30)의 유닛 본체(32)의 전면을 커버할 수 있다.
상기 용접 슬릿(140)은 상기 지그 본체(120)에 형성되며, 복수 개로 마련될 수 있다. 각각의 용접 슬릿(140)은, 각각, 상기 용접을 위해 상기 배터리 셀들(10)의 두 개의 전극 리드들(15)과 상기 버스바 유닛(30)의 리드 버스바들(34) 중 하나의 리드 버스바(34)를 상기 지그 본체(120) 전방 밖으로 노출시킬 수 있다.
상기 볼트 삽입부(160)는 상기 지그 본체(120)에 형성되며, 복수 개로 마련될 수 있다. 상기 복수 개의 볼트 삽입부들(160)은 상기 복수 개의 용접 슬릿들(140) 사이 사이에 구비되며, 후술하는 적어도 하나의 가압 볼트(300)과 삽입되는 적어도 하나의 볼트 삽입홀(165)이 마련될 수 있다.
상기 볼트 삽입홀(165)은 복수 개로 마련될 수 있으며, 상기 복수 개의 볼트 삽입홀들(165)은, 각각의 볼트 삽입부(160)의 상하 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 리드 밀착 블록(180)은, 복수 개로 마련되며, 상기 지그 본체(120)의 후방, 구체적으로, 각각의 볼트 삽입부(160)의 후면에 한 쌍씩 마련될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들(180)은 후술하는 적어도 하나의 가압 볼트(300) 삽입에 따라 상호 이격되어 각각의 용접 슬릿(140) 내의 전극 리드들(15)을 상기 리드 버스바(34)에 밀착시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들(180)은, 상기 지그 본체(120)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 상기 지그 본체(120)에 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들(180)은, 상기 적어도 하나의 가압 볼트(300) 삽입에 따라 점차적으로 상호 이격되게끔 슬라이딩될 수 있다. 각각의 볼트 삽입부(165)에 마련되는 이러한 한 쌍의 리드 밀착 블록들(180)의 슬라이딩에 따라, 상기 용접 슬릿들(140) 내의 두 개의 전극 리드들(15)은 상기 리드 버스바(34)에 밀착될 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들(180)에는, 후술하는 가압 볼트(300)의 통과를 가이드하는 한 쌍의 삽입 가이드홈들(185)이 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 삽입 가이드홈들(185)은 상호 대향 배치되며, 상기 가압 볼트(300)의 통과 이전에 후술하는 가압 볼트(300)의 볼트 레그(340)가 통과할 수 있는 크기의 공간을 형성하며, 후술하는 가압 볼트(300)의 삽입에 따라 상호 이격될 수 있다.
상기 가압 볼트(300)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 상기 볼트 삽입홀(165) 및 상기 볼팅홈(38)에 삽입되면서 상기 전극 리드들(15)을 상기 리드 버스바(34)에 밀착시킬 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 가압 볼트들(300)은, 각각, 볼트 헤드(320), 볼트 레그(340) 및 볼트 테이퍼(360)를 포함할 수 있다.
상기 볼트 헤드(320)는 상기 볼트 삽입홀(165)에 내경에 대응되는 직경(B1)을 가질 수 있다. 상기 볼트 레그(340)는 상기 볼트 헤드(320)의 직경(B1)보다 작은 직경(B2)을 가질 수 있다. 상기 볼트 테이퍼(360)는, 상기 볼트 레그(340)와 상기 볼트 헤드(320)를 연결하며, 상기 볼트 헤드(320)로부터 상기 볼트 레그(340)를 향해 점직적으로 직경이 작아지도록 형성될 수 있다.
상기 용접 레이저(500, 도 11 참조)는 상기 복수 개의 용접 슬릿들(140) 내에서 상기 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)과 상기 버스바 유닛(30)의 상기 리드 버스바(34)를 용접시켜 연결시킬 수 있다. 이러한 용접을 위해, 상기 용접 레이저(500)는 상기 용접을 위해 레이저를 조사할 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 레이저 용접 장치(50)를 통해 상기 배터리 모듈(1)의 용접 공정에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 8 내지 도 11은 도 1의 레이저 용접 장치를 통한 배터리 모듈의 용접을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 작업자 등은 상기 배터리 모듈(1) 용접 시 상기 레이저 용접 장치(50)의 상기 레이저 용접 지그(100)를 상기 버스바 유닛(30)의 전면에 장착시킨다. 이때, 상기 레이저 용접 지그(100)의 상기 용접 슬릿들(140)에는 상기 전극 리드들(15)과 상기 리드 버스바(34)가 전방으로 노출될 수 있다. 이후, 상기 작업자 등은 상기 볼트 삽입부들(160)의 상기 볼트 삽입홀들(165) 내로 가압 볼트들(300)을 삽입시킨다.
도 9를 참조하면, 상기 가압 볼트들(300)의 상기 버스바 유닛(30) 측으로의 삽입에 따라, 상기 리드 밀착 블록들(180)은 상기 리드 버스바(34) 가까이로 슬라이딩되면서 상기 리드 버스바(34) 양측의 전극 리드들(15)에 근접될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 작업자 등은 상기 가압 볼트들(300)을 보다 더 삽입시켜 상기 가압 볼트들(300)을 상기 버스바 유닛(30)의 상기 볼팅홈들(38)로 통과시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 리드 밀착 블록들(180)은 상기 리드 버스바(34) 측으로 보다 더 이동되면서 상기 리드 버스바(34) 양측의 전극 리드들(15)을 상기 리드 버스바(34)에 밀착시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 리드 밀착 블록들(180)에 의해 상기 리드 버스바(34)에 상기 전극 리드들(15)에 밀착된 상태에서, 상기 작업자 등은 상기 용접 레이저(500)를 상기 용접 슬릿들(140) 내에서 상기 전극 리드들(15)과 상기 리드 버스바(34)를 레이저 용접시켜 연결시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 레이저 용접 장치(50)는, 상기 가압 볼트(300)의 삽입에 따른 상기 레이저 용접 지그(100)의 상기 리드 밀착 블록들(180)의 슬라이딩을 통해, 상기 전극 리드들(15)과 상기 리드 버스바(34)의 접촉 상태를 보다 안정적으로 도모하여 상기 용접 시 레이저 용접 효율을 보다 높일 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 레이저 용접 장치(50)에서는, 상기 전극 리드들(15)과 상기 리드 버스바(34)의 용접 시 상기 전극 리드들(15)의 벤딩 공정이 요구되지 않기에, 용접 공정이 보다 간편해질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 용접 공정에 따른 시간 및 비용이 보다 더 줄어들 수 있다.
또한, 벤딩 공정 삭제에 따라, 종전 벤딩 공정에서 불가피하게 발생되었던 데드 스페이스를 줄일 수 있어, 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 슬림한 배터리 모듈(1)을 생산할 수 있다.
이상 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(10)의 전극 리드(15)에 절곡된 구조를 형성시키지 않아도 전극 리드(10)와 리드 버스바(34) 간의 전기적 연결성을 신뢰할 수 있는 접합을 이룰 수 있다.
따라서, 본 발명의 배터리 모듈(1)을 제조하기 위한 접합 공정에서는, 전극 리드(15)를 절곡시켜 리드 버스바(34)와 접촉 시키는 작업을 생략할 수 있으며, 전극 리드(15)의 절곡 작업 및 절곡 지그 구성이 불필요해짐에 따라, 제조 비용을 줄이고, 작업 시간을 단축 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 종래 기술과 같이 리드 버스바(34)와 접합되는 전극 리드(15)의 절곡 부위로 인해 용접 공정을 위한 더 많은 작업 공간을 필요로 하게 되어, 제조 효율성이 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

  1. 적어도 2개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 상기 배터리 셀들의 일측면을 커버하는 버스바 유닛의 적어도 하나의 리드 버스바를 용접하기 위한 레이저 용접 지그에 있어서,
    상기 용접 시 상기 버스바 유닛을 커버하는 지그 본체;
    상기 지그 본체에 형성되며, 상기 용접을 위해 상기 전극 리드들과 상기 적어도 하나의 리드 버스바를 상기 지그 본체 밖으로 노출시키는 복수 개의 용접 슬릿들;
    상기 복수 개의 용접 슬릿들 사이 사이에 구비되며, 적어도 하나의 가압 볼트가 삽입되는 적어도 하나의 볼트 삽입홀이 마련되는 복수 개의 볼트 삽입부들; 및
    각각의 볼트 삽입부의 후면에 마련되며, 상기 가압 볼트 삽입에 따라 상호 이격되어 상기 전극 리드들을 상기 리드 버스바에 밀착시키는 한 쌍의 리드 밀착 블록들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들은,
    상기 지그 본체의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 상기 지그 본체에 장착되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들은,
    상기 적어도 하나의 가압 볼트의 삽입에 따라 점차적으로 상호 이격되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 볼트는,
    상기 볼트 삽입홀의 내경에 대응되는 직경을 갖는 볼트 헤드;
    상기 볼트 헤드보다 작은 직경을 갖는 볼트 레그; 및
    상기 볼트 레그와 상기 볼트 헤드를 연결하며, 상기 볼트 헤드로부터 상기 볼트 레그를 향해 점진적으로 직경이 작아지는 볼트 테이퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 리드 밀착 블록들에는,
    상호 대향 배치되어 상기 볼트 레그가 통과할 수 있는 크기의 공간을 형성하며, 상기 적어도 하나의 가압 볼트의 삽입에 따라 상호 이격되는 적어도 하나의 삽입 가이드홈;이 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 버스바 유닛에는,
    상기 지그 본체의 상기 버스바 유닛 커버 시 상기 적어도 하나의 볼트 삽입홀의 후방에 배치되며, 상기 적어도 하나의 가압 볼트가 삽입되는 적어도 하나의 볼팅홈;이 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용접은,
    상기 복수 개의 용접 슬릿들 내에서 수행되는 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 레이저 용접 지그.
  8. 레이저 용접 장치에 있어서,
    제1항에 따른 레이저 용접 지그;
    상기 적어도 하나의 가압 볼트; 및
    상기 용접을 위해 레이저를 조사하는 용접 레이저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
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