JP2020522848A - レーザービーム遮断ブロックを備えたレーザー溶接装置 - Google Patents

レーザービーム遮断ブロックを備えたレーザー溶接装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、バッテリーモジュールの少なくとも一つ以上の二次電池の電極リードと、複数の二次電池同士を電気的に接続するように構成されたメインバスバーとを相互溶接するように構成されたレーザー溶接装置を開示する。前記の目的を達成するための本発明によるレーザー溶接装置は、前記電極リード及び前記メインバスバーにレーザービームを照射するようにレーザー発光素子を備えたレーザービーム発光部と、前記電極リードが前記メインバスバーに密着するように左右方向へ移動する密着棒を備えた密着ジグと、前記密着棒の左右方向へ移動した位置に応じて、前記レーザービーム発光部から発生したレーザービームが前記二次電池に到達しないように遮断するか、または前記発生したレーザービームが通過するように開放される遮断ブロックと、を含む。

Description

本発明は、レーザービーム遮断ブロックを備えたレーザー溶接装置に関し、より詳しくは、レーザービームによるバッテリーモジュールの損傷を防止することができるレーザー溶接装置に関する。
本出願は、２０１８年１月５日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０００１９３１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いなどの長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを介して配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分けることができる。
なお、最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池を電気的に接続する。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、軽いという長所からパウチ型二次電池がよく用いられる。
例えば、バッテリーモジュールの内部で二次電池が電気的に接続するためには、電極リードが相互接続し、そのような接続状態を維持するために接続部分が溶接され得る。さらに、このようなバッテリーモジュールは、二次電池間の並列及び／または直列の電気的接続を有し得、このために電極リードの一端部は、二次電池同士の電気的接続のためのバスバーに溶接するなどの方式で接触固定され得る。
ここで、二次電池同士の電気的接続は、電極リードをバスバーに接合する方式で構成される場合が多い。即ち、複数の二次電池を並列に電気的に接続するためには、同じ極性の電極リードを相互接続して接合し、直列に電気的に接続するためには、異なる極性の電極リードを相互接続して接合する。
一方、従来技術のバッテリーモジュールは、電極リードとバスバーとの溶接のためにレーザービームを溶接部位に照射するレーザー溶接方式を採択していた。
しかし、このようなレーザー溶接方式は、二次電池の電極リードとバスバーとの溶接工程中にレーザー溶接装置が誤作動を起こす場合、バッテリーモジュールの正位置に溶接ジグが位置しない状態でレーザービームが照射されることがあった。これによって、誤って照射されたレーザービームは、バッテリーモジュールの二次電池に直接照射されることで、二次電池が損傷するか、ひどい場合、二次電池が発火してしまうことがあり、危険性が非常に大きかった。
そこで、前述した従来技術の問題を解決するために、レーザー溶接装置の誤作動によってバッテリーモジュールにおける誤った位置にレーザービームが照射されることを防止できる技術が必要な実情である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、レーザービームによるバッテリーモジュールの損傷を防止することができるレーザー溶接装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるレーザー溶接装置は、
バッテリーモジュールの少なくとも一つ以上の二次電池の電極リードと、複数の二次電池同士を電気的に接続するように構成されたメインバスバーとを相互溶接するように構成されたレーザー溶接装置であって、
前記電極リード及び前記メインバスバーにレーザービームを照射するようにレーザー発光素子を備えたレーザービーム発光部と、
前記電極リードが前記メインバスバーに密着するように左右方向へ移動する密着棒を備えた密着ジグと、
前記密着棒の左右方向へ移動した位置に応じて、前記レーザービーム発光部から発生したレーザービームが前記二次電池に到達しないように遮断するか、または前記発生したレーザービームが通過するように開放される遮断ブロックと、を含み得る。
また、前記密着ジグは、前記密着棒と左右方向の所定の距離へ離隔して位置固定された支持棒と、前記密着棒と前記支持棒との間に介在される弾性部材と、をさらに備え得る。
さらに、前記遮断ブロックは、水平方向へ移動可能に構成され、上下方向へ長く延びたプレート形状を有する遮断板と、前記遮断板の一側と連結され、水平方向へ長く延びたバーの形態で構成されたヒンジ連結部材と、を含み得る。
そして、前記ヒンジ連結部材は、一端部が前記密着棒の一側とヒンジ結合し、他端部が前記遮断板の一側とヒンジ結合した連結バーと、前記連結バーの中央部位とヒンジ結合し、位置固定された回転中心部と、が備えられ得る。
また、前記バッテリーモジュールは、前記電極リードを基準にして前記メインバスバーの位置の反対側に位置した加圧バスバーをさらに備え得る。
さらに、前記密着棒は、前記加圧バスバーの少なくとも一部を収容するよう、左右方向の一側で前記加圧バスバーが位置した方向へ突出した突出構造を備えたグリップ部が形成され得る。
そして、前記レーザービーム発光部は、前記電極リードの前方へ突出した端部と前記メインバスバーの左右方向の側部とが相互結合するようにレーザービームを照射するように構成されるか、または前記電極リードの前方へ突出した端部と、前記メインバスバー及び前記加圧バスバーの左右方向の側部とが相互結合するようにレーザービームを照射するように構成され得る。
さらに、前記バッテリーモジュールは、前記メインバスバー及び前記加圧バスバーを前面に取り付けるように構成されたバスバーフレームをさらに含み得る。また、前記バスバーフレームには、前記加圧バスバーの上部及び下部の各々に形成され、前方へ突出し、前記加圧バスバーの左右方向の移動をガイドできるように左右方向へ長く延びたガイド突起が形成され得る。
また、前記レーザー溶接装置は、前記密着棒を左右方向へ移動させるように前記密着棒の一側と連結され、水平方向への移動力を発生させるジグ移送部を備え得る。
さらに、前記レーザー溶接装置は、前記密着ジグ及び前記遮断ブロックが搭載されるベースプレートと、前記ベースプレートから上方へ延びて形成され、前記バッテリーモジュールの電極リード及び前記メインバスバーが外部に露出するように開口されたモジュール装着部と、を備え得る。
なお、前記の目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュール製造システムは、前記レーザー溶接装置を含み得る。
本発明の一面によれば、レーザー溶接装置は、誤作動によって、バッテリーモジュールの密着ジグが正位置に位置しない状態でレーザービーム発光部からレーザービームが発生して照射されても、発生したレーザービームを遮断ブロックで遮断することで、バッテリーモジュールに備えられたパウチ型二次電池の損傷や発火を防止することができる。
また、本発明のこのような面によれば、レーザー溶接装置は、支持棒が密着棒の電極リードに加える加圧力による反作用の力を安定的に支持することで、電極リードをメインバスバーに安定的に密着させることができる。
さらに、本発明の一面によれば、ヒンジ連結部材は、密着棒の左右方向へ移動する力が遮断板の水平方向へ移動する力に転換されるように、前記連結バー及び回転中心部を備えることで、前記密着棒の移動によって前記遮断板のレーザービームの通過可否を決定する開閉が行われるようにすることができる。
そして、本発明の一面によれば、レーザービーム発光部は、加圧バスバーが電極リードの端部を加圧した状態でメインバスバーの側部に結合可能であるため、高い溶接信頼性を確保することができる。
さらに、本発明の一面によれば、レーザー溶接装置は、加圧バスバー及びメインバスバーと、その間に介在された電極リードの端部とを溶接することで、電極リードとバスバーとの結合力を高めることができ、外部衝撃による電極リードとバスバーとの分離現象を減らすことができる。
また、本発明の他面によれば、レーザー溶接装置は、密着棒の左右方向の移動によって、有機的に、遮断板がレーザービームの通過を許容するか、またはレーザービームを遮断できるため、レーザー溶接装置の誤作動によるバッテリーモジュールの損傷を効果的に防止することができる。
さらに、本発明の他面によれば、レーザー溶接装置は、上部ベースプレート及び下部ベースプレートの各々に密着ジグ及び遮断ブロックを形成することで、下部ベースプレートのみに４個の密着ジグ及び４個の遮断ブロックを形成した場合に比べて、本発明のレーザー溶接装置の内部構成が占める空間を効果的に活用することができるという利点がある。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるレーザー溶接装置を概略的に示す正面斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す正面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるセルアセンブリーを概略的に示す平面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるパウチ型二次電池を概略的に示す側面図である。 本発明の一実施例によるレーザー溶接装置にバッテリーモジュールが装着された様子を概略的に示す正面斜視図である。 本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の一部構成を概略的に示す部分拡大図である。 本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の一部構成を概略的に示す一部平面図である。 本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の作動を示すための一部構成を概略的に示す部分拡大図である。 本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の作動を示すための一部構成を概略的に示す部分平面図である。 本発明の他の実施例によるレーザー溶接装置を概略的に示す斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例によるレーザー溶接装置を概略的に示す正面斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す正面図である。図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるセルアセンブリーを概略的に示す平面図である。そして、図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるパウチ型二次電池を概略的に示す側面図である。
図１〜図５を参照すれば、本発明によるレーザー溶接装置３００は、バッテリーモジュール２００の少なくとも一つ以上の二次電池１１０の電極リード１１１と、バスバーアセンブリー２１０に備えられたメインバスバー２１２とを相互溶接するように構成され得る。
ここで、前記バッテリーモジュール２００は、セルアセンブリー１００を含み得る。
具体的に、前記セルアセンブリー１００は、複数の二次電池１１０を備え得る。また、前記二次電池１１０は、パウチ型二次電池１１０であり得る。特に、このようなパウチ型二次電池１１０は、電極組立体（図示せず）、電解質（図示せず）及びパウチ外装材１１５を備え得る。
ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板がセパレーターを挟んで配置されて構成され得る。より具体的に、前記電極組立体は、一つの正極板と一つの負極板とがセパレーターと共に巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板とがセパレーターを挟んで相互積層された積層型などに分けられ得る。
また、パウチ外装材１１５は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備えて構成され得る。このようなパウチ外装材１１５は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質の補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜が含まれた形態で構成され得る。
そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池１１０の内部の構成要素や二次電池１１０の外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁物質から形成された絶縁層の間に介在され得る。
特に、パウチ外装材１１５は、シーリング部を基準で水平方向の両側に位置した二つのパウチで構成され得、前記二つのパウチの少なくとも一つには、凹んだ形態の内部空間が形成され得る。そして、このようなパウチ外装材１１５の内部空間には、電極組立体が収納され得る。そして、二つのパウチの外周面にはシーリング部Ｓが備えられ、このようなシーリング部Ｓが相互溶着することで、電極組立体が収容された内部空間を密閉できる。
各々のパウチ型二次電池１１０は、電極リード１１１を備え得、このような電極リード１１１には、正極リード１１１Ａ及び負極リード１１１Ｂが含まれ得る。
より具体的に、前記電極リード１１１は、パウチ外装材１１５の前方または後方の外周縁に位置したシーリング部Ｓから前方または後方へ突出するように構成され得る。そして、前記電極リード１１１は、前記二次電池１１０の電極端子として機能できる。例えば、図５に示したように、一つの電極リード１１１Ａが二次電池１１０から前方へ突出するように構成され得、他の一つの電極リード１１１Ｂが二次電池１１０から後方へ突出するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、一つの二次電池１１０において、正極リードと負極リードとの間における干渉がなくなり、電極リード１１１の面積を広げることができ、電極リード１１１とメインバスバー２１２との溶接工程などがより容易になる。
また、パウチ型二次電池１１０は、バッテリーモジュール２００に複数個が含まれ、少なくとも一方向へ積層されるように配列され得る。例えば、図４に示したように、複数のパウチ型二次電池１１０が左右方向へ並んで積層されるように構成され得る。この際、各々のパウチ型二次電池１１０は、図４のＦ方向から見たとき、二つの広い面が左右側に各々位置し、上部及び下部、前方及び後方には、シーリング部Ｓが位置するように地面にほぼ垂直に立てられて配置され得る。即ち、各二次電池１１０は、上下方向へ立てられて構成され得る。
ここで、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、Ｆ方向から見ることを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向に区分して示す。
前述したパウチ型二次電池１１０の構成については、本願発明が属する技術分野における当業者にとって自明な事項であるため、より詳細な説明は省略する。そして、本発明によるセルアセンブリー１００には、本願の出願時点における公知の多様な二次電池１１０を採用することができる。
また、図３を参照すれば、前記メインバスバー２１２は、前記複数の二次電池１１０同士の電気的接続をなすように複数の電極リード１１１と溶接され得る。具体的に、前記メインバスバー２１２は、電気伝導性が高い金属素材を含み得る。例えば、前記金属素材は、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルなどを含み得る。
また、図１〜図４を参照すれば、本発明のレーザー溶接装置３００は、レーザービーム発光部３１０、密着ジグ３２０及び遮断ブロック３３０を含み得る。但し、前記レーザー溶接装置３００の構成は、各々一つのみが備えられたことに限定されず、溶接部位の個数に応じて複数個が備えられ得る。
ここで、前記レーザービーム発光部３１０は、レーザービームＢを照射するレーザー発光素子３１２を備え得る。また、前記レーザービーム発光部３１０は、前記電極リード１１１と前記メインバスバー２１２にレーザービームＢを照射し得る。即ち、前記レーザービーム発光部３１０は、前記電極リード１１１の少なくとも一部と、前記メインバスバー２１２の一部とを相互接合するようにレーザービームＢを照射し得る。
例えば、図１及び図３に示したように、前記レーザービーム発光部３１０は、前記電極リード１１１と前記メインバスバー２１２とが接合される箇所に向けてレーザービームＢを照射し得る。また、Ｆ方向から見る場合、前記レーザービーム発光部３１０は、前記電極リード１１１の端部と前記メインバスバー２１２の左右方向の側部とを相互接合するようにレーザービームＢを照射し得る。
図６は、本発明の一実施例によるレーザー溶接装置にバッテリーモジュールが装着された様子を概略的に示す正面斜視図である。
図６を参照すれば、前記密着ジグ３２０は、左右方向Ｗへ移動するように構成された密着棒３２１を備え得る。但し、前記密着棒３２１は、必ずしも左右方向のみへ移動することではなく、前方または後方へも移動可能に構成され得る。
そして、前記密着棒３２１は、前記電極リード１１１が前記メインバスバー２１２に密着するように加圧力を前記電極リード１１１の一側へ伝達するように構成され得る。この際、前記密着棒３２１は、前記電極リード１１１の一側を直接的に接触加圧するか、または他の別の部材を介して間接的に加圧力を伝達することができる。
また、前記遮断ブロック３３０は、前記密着棒３２１の左右方向へ移動した位置に応じて、前記レーザービーム発光部３１０で発生したレーザービームＢが前記二次電池１１０に到達しないように遮断できる。
具体的に、前記遮断ブロック３３０は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を加圧しない位置へ移動する場合、前記レーザービーム発光部３１０で発生したレーザービームＢが前記二次電池１１０に到達しないように位置移動し得る。この際、前記電極リード１１１及び前記メインバスバー２１２の代わりに、前記遮断ブロック３３０の一面に前記レーザービームＢが照射され得る。即ち、このような構成によって、本発明は、前記レーザービームＢが遮断ブロック３３０によって意図しない部位（バッテリーモジュール）に照射されることを防止することができる。
逆に、前記遮断ブロック３３０は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を加圧する位置に移動する場合、前記レーザービーム発光部３１０で発生したレーザービームＢが前記電極リード１１１及び前記メインバスバー２１２に到達するように位置移動し得る。
例えば、図６示したように、二つの遮断ブロック３３０は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を加圧しない位置へ移動する場合、レーザービームＢが遮断されるように左右方向Ｗの経路で前記二つの密着棒３２１の内側位置へ移動し得る。逆に、後述する図１０に示したように、二つの遮断ブロック３３０は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を加圧する位置へ移動する場合、レーザービームＢが通過可能な位置へ移動し得る。これについては、追って詳しく説明する。
したがって、本発明のこのような構成によれば、レーザー溶接装置３００の誤作動によって、前記バッテリーモジュール２００の密着ジグ３２０が正位置に位置しない状態で前記レーザービーム発光部３１０からレーザービームＢが発生して照射されても、発生したレーザービームＢを前記遮断ブロック３３０で遮断することで、前記バッテリーモジュール２００に備えられたパウチ型二次電池１１０の損傷や発火を防止することができる。
また、図６を参照すれば、前記密着ジグ３２０は、前記密着棒３２１が、前記電極リード１１１を前記メインバスバー２１２に密着させる加圧力を伝達するとき、前記加圧力の反作用の力（逆方向の力）を支持するように位置固定された支持棒３２３が備えられ得る。
また、前記支持棒３２３は、前記密着棒３２１と左右方向の所定の距離だけ離隔して位置し得る。そして、前記密着棒３２１と前記支持棒３２３との間には、弾性部材３２５が介在され得る。即ち、前記弾性部材３２５は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を弾力的に加圧する力を発生させることができる。さらに、前記弾性部材３２５は、前記密着棒３２１の加圧力による反作用の力を緩衝する役割を果すことができる。
例えば、図６に示したように、二つの密着ジグ３２０の各々には、密着棒３２１が備えられ得る。そして、前記密着棒３２１と左右方向Ｗの所定の距離へ離隔した位置に支持棒３２３が形成され得る。さらに、前記密着棒３２１と前記支持棒３２３との間には、弾性部材３２５が介在され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記支持棒３２３は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を前記メインバスバー２１２に密着させる加圧力による反作用の力を安定的に支持することで、前記電極リード１１１と前記メインバスバー２１２との密着を安定的になすことができる。
また、前記弾性部材３２５は、前記加圧力による反作用の力を緩衝することができ、前記加圧力による前記電極リード１１１の損傷を最小化できるという利点がある。さらに、前記弾性部材３２５は、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１の加圧部位におけるある一個所に加圧力が集中せず均一に加圧されるようにする。
また、図６を参照すれば、前記遮断ブロック３３０は、遮断板３３１を含み得る。
具体的に、前記遮断板３３１は、水平方向へ移動可能に構成され得る。また、前記遮断板３３１は、レーザー溶接が必要な部位を正面に向かい合う位置から外れるように移動するか、またはレーザー溶接が必要な部位を正面に向かい合う位置へ移動するように、水平方向へ移動できる。例えば、前記遮断板３３１は、左方向及び前方向へ移動するか、または右方向及び前方向へ移動し得る。
例えば、図６に示したように、前記レーザー溶接装置３００は、二つの遮断ブロック３３０が備えられ得る。また、前記二つの遮断ブロック３３０の各々には遮断板３３１が備えられ得る。このうち、左側に位置した遮断板３３１は、前記密着棒３２１の左右方向の移動によって、前後・左右方向へ移動可能に構成され得る。残りの右側に位置した遮断板３３１は、前記密着棒３２１の左右方向の移動によって、前後・左右方向へ移動可能に構成され得る。
また、前記遮断板３３１は、上下方向へ長く延びたプレート形状を有し得る。さらに、前記遮断板３３１の下部は、左右方向へ長く延びた形態を有し得る。即ち、前記遮断板３３１は、上下方向へ長く延びたプレート形状の上部と、前記左右方向へ長く延びた形態を有する下部とを有し得る。
例えば、図６に示したように、二つの遮断板３３１のうち、左側に位置した遮断板３３１は、上下方向へ延びたプレート形状の上部と、左方向へ延びた下部を有し得る。また、右側に位置した遮断板３３１は、上下方向へ延びたプレート形状の上部と右方向へ延びた下部とを有し得る。即ち、図１のＦ方向から見た場合、前記遮断板３３１は、「Ｌ」字形であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記遮断板３３１の上部は、上下方向へ延びたプレート形状を用いて発生したレーザービームＢを効果的に遮断することができる。また、前記遮断板３３１の下部は、前記レーザービームＢの通過を許容できるように前記遮断板３３１の位置移動に適して構成されている。
図７は、本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の一部構成を概略的に示す部分拡大図である。そして、図８は、本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の一部構成を概略的に示す一部平面図である。
図６と共に、図７及び図８を参照すれば、前記遮断ブロック３３０は、ヒンジ連結部材３３３をさらに含み得る。
具体的に、前記ヒンジ連結部材３３３は、前記遮断板３３１の位置移動の力を伝達するように前記遮断板３３１の一側と連結され得る。また、前記ヒンジ連結部材３３３は、水平方向へ長く延びたバー（ｂａｒ）の形態であり得る。より具体的に、前記ヒンジ連結部材３３３は、水平方向に前後方向へ長く延びたバーの形態であり得る。
そして、前記ヒンジ連結部材３３３は、前記密着棒３２１の左右方向へ移動する力が前記遮断板３３１が水平方向へ移動する力に転換されるように構成され得る。具体的に、前記ヒンジ連結部材３３３は、連結バー３３５及び回転中心部３３７を備え得る。
ここで、前記連結バー３３５は、一端部（後端部）が前記密着棒３２１の一側とヒンジ結合し得る。ここで、ヒンジ結合とは、結合した二つの部材が相互移動（動き）を制限せず結合した状態で回転運動可能に構成されたことを意味する。
そして、前記連結バー３３５の一端部には、前記密着棒３２１の一側とヒンジ回動可能に貫通口Ｈ１が形成され得る。
さらに、前記連結バー３３５の一端部が結合した前記密着棒３２１の一側にも貫通口が形成され得る。また、前記連結バー３３５の一端部及び前記密着棒３２１の一側の各々に形成された貫通口Ｈ１には、ボルト３７０が挿入されて前記連結バー３３５と前記密着棒３２１とが相互ヒンジ結合をなし得る。
さらに、前記連結バー３３５は、他端部が前記遮断板３３１の一側とヒンジ結合し得る。そして、前記連結バー３３５の他端部には、前記遮断板３３１の一側とヒンジ回動可能に貫通口Ｈ２が形成され得る。
さらに、前記連結バー３３５の他端部が結合した前記遮断板３３１の一側にも貫通口Ｈ２が形成され得る。そして、前記連結バー３３５の他端部及び前記遮断板３３１の一側の各々に形成された貫通口Ｈ２には、ボルト３７０が挿入されて前記連結バー３３５と前記遮断板３３１とが相互ヒンジ結合をなし得る。
例えば、図８に示したように、前記レーザー溶接装置３００は、二つのヒンジ連結部材３３３が備えられ得る。また、前記ヒンジ連結部材３３３は、一端部が前記密着棒３２１の一側とヒンジ結合し、他端部が前記遮断板３３１の一側とヒンジ結合した連結バー３３５が備えられている。
そして、前記ヒンジ連結部材３３３は、前記連結バー３３５の中央とヒンジ結合した回転中心部３３７が備えられ得る。さらに、前記回転中心部３３７は、位置が固定されるように構成され得る。即ち、前記回転中心部３３７は、前記連結バー３３５の中央とヒンジ結合でき、前記回転中心部３３７の位置が固定されるように構成されることで、前記連結バー３３５の水平方向の回転運動の回転軸の役割を果すことができる。
このために、前記連結バー３３５の中央には、挿入口Ｈ３が形成され得、前記挿入口Ｈ３には、前記回転中心部３３７の回転軸が挿入され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記ヒンジ連結部材３３３は、前記密着棒３２１が左右方向へ移動する力が、前記遮断板３３１が水平方向へ移動する力に転換されるように構成された前記連結バー３３５と、前記回転中心部３３７とを備えることで、前記密着棒３２１の移動によって前記遮断板３３１のレーザービームＢの通過可否を決定する開閉を行い得る。
これによって、複雑な構造の構成なく、前記密着棒３２１の位置によって遮断板３３１の開閉が有機的に行われることで、レーザービームＢによるバッテリーモジュール２００の損傷を効果的に防止することができる。
また、図２及び図３と共に図７を参照すれば、前記バッテリーモジュール２００のバスバーアセンブリー２１０は、加圧バスバー２１４をさらに備え得る。
具体的に、前記加圧バスバー２１４は、前記電極リード１１１を基準で前記メインバスバー２１２の位置の左右方向の反対側に位置し得る。また、前記加圧バスバー２１４は、前記電極リード１１１の左右方向の一側を加圧することで、前記電極リード１１１が前記メインバスバー２１２の左右方向の一側に密着するように構成され得る。
なお、前記加圧バスバー２１４は、電気伝導性が高い金属素材を含み得る。例えば、前記金属素材は、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルなどを含み得る。
例えば、図３に示したように、一つのメインバスバー２１２の左右方向の両側の各々には、前記電極リード１１１が位置し得る。また、前記加圧バスバー２１４は、前記電極リード１１１を基準で前記メインバスバー２１２の位置の反対側に位置し得る。即ち、前記電極リード１１１は、前記メインバスバー２１２と前記加圧バスバー２１４との間に介在されて位置し得る。
また、図７及び図８を参照すれば、前記密着棒３２１は、前記加圧バスバー２１４が位置した方向へ突出した突出構造が備えられたグリップ部３２７が備えられ得る。即ち、前記グリップ部３２７は、前記加圧バスバー２１４の少なくとも一部を収容するように前記加圧バスバー２１４と接触する前記密着棒３２１の一部に前記突起構造が形成され得る。また、前記グリップ部３２７は、前記密着棒３２１の左側部または右側部に形成され得る。
例えば、図７に示したように、図１のＦ方向から見る場合、二つの密着棒３２１のうち、左側に位置した密着棒３２１のグリップ部３２７は、左側部で右方向へ突出した二つの突起構造が形成され得る。そして、右側に位置した密着棒３２１のグリップ部３２７は、右側部から左方向へ突出した二つの突起構造が形成され得る。二つの密着棒３２１は、グリップ部３２７を用いて隣接した加圧バスバー２１４を左右方向へ加圧するように構成され得る。
図１及び図３をさらに参照すれば、本発明のレーザービーム発光部３１０は、前記電極リード１１１の前方へ突出した端部と前記メインバスバー２１２の左右方向の側部とが相互結合するようにレーザービームＢを照射するように構成され得る。
例えば、一つのメインバスバー２１２の両側の各々には、電極リード１１１の前方へ突出した端部が位置し得る。この際、前記レーザービーム発光部３１０は、レーザービームＢを照射して前記メインバスバー２１２を基準で左側に位置した電極リード１１１の端部の右側面と前記メインバスバー２１２の左側部２１２ａとを相互結合させ得る。
また、前記レーザービーム発光部３１０は、レーザービームＢを照射して前記メインバスバー２１２を基準で右側に位置した電極リード１１１の端部の左側面と前記メインバスバー２１２の右側部２１２ｂとを相互結合させ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記レーザービーム発光部３１０は、前記加圧バスバー２１４が前記電極リード１１１の端部を加圧した状態で前記メインバスバー２１２の左右方向の側部に結合できるため、高い溶接信頼性を確保することができる。
また、前記レーザービーム発光部３１０は、前記電極リード１１１の前方へ突出した端部と、前記メインバスバー２１２及び前記加圧バスバー２１４の各々の左右方向の側部と、が相互結合するようにレーザービームＢを照射できる。
例えば、前記レーザービーム発光部３１０は、レーザービームＢを照射し、前記メインバスバー２１２を基準で左側に位置した電極リード１１１の端部と、前記電極リード１１１の左側に位置した加圧バスバー２１４の右側部及び前記メインバスバー２１２の左側部２１２ａとを相互結合させることができる。
また、前記レーザービーム発光部３１０は、レーザービームＢを照射し、前記メインバスバー２１２を基準で右側に位置した電極リード１１１の端部と、前記電極リード１１１の右側に位置した加圧バスバー２１４の左側部及び前記メインバスバー２１２の右側部２１２ｂとを相互結合させることができる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記メインバスバー２１２と前記電極リード１１１の端部のみを結合する場合に比べ、前記加圧バスバー２１４及び前記メインバスバー２１２と、その間に介在された電極リード１１１の端部とを全て溶接する場合、結合力をさらに高めることができるので、外部衝撃による前記電極リード１１１とバスバーとの分離を防止することができる。
また、他の形態のメインバスバー２１２Ｓは、前記加圧バスバー２１４の一部に接触するように接触構造が形成され得る。例えば、前記メインバスバー２１２Ｓの上端部及び下端部の各々には、前記加圧バスバー２１４Ｓの上端及び下端に接触するように左右方向へ延びた延長部２１２Ｐが備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記メインバスバー２１２Ｓの延長部２１２Ｐは、前記電極リード１１１と前記メインバスバー２１２との電気経路の面積を広げることができ、前記電極リード１１１とメインバスバー２１２との電気経路の電気抵抗を効果的に減少させることができる。
図９は、本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の作動を示すための一部構成を概略的に示した部分拡大図である。そして、図１０は、本発明の一実施例によるレーザー溶接装置の作動を示すために一部構成を概略的に示した部分平面図である。
図１と共に図９及び図１０を参照すれば、前記レーザー溶接装置３００は、前記密着棒３２１を左右方向へ移動させるジグ移送部３５０を備え得る。
具体的に、前記ジグ移送部３５０は、前記密着棒３２１を左右方向へ移動させるように構成され得る。この際、前記遮断板３３１は、前記密着棒３２１が移送された方向と反対方向へ移送され得る。即ち、前記密着棒３２１の一側及び前記遮断板３３１の一側と連結された連結バー３３５は、前記密着棒３２１の移動方向と反対方向へ前記遮断板３３１を移送できる。
これによって、前記ジグ移送部３５０によって、前記密着棒３２１が前記加圧バスバー２１４の一側を加圧するように移動した場合、前記遮断板３３１は、前記レーザービームＢが前記電極リード１１１及び前記メインバスバー２１２まで到達するように、左方向または右方向へ移動し得る。
例えば、図１０に示したように、二つの密着棒３２１のうち、左側に位置した密着棒３２１が右方向へ移動した場合、前記連結バー３３５によって前記遮断板３３１は左方向へ移動することで、前記レーザービームＢの通過を許容できる。また、二つの密着棒３２１のうち、右側に位置した密着棒３２１が左方向へ移動した場合、前記連結バー３３５によって前記遮断板３３１は、右方向へ移動することで、前記レーザービームＢの通過を許容できる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記密着棒３２１の左右方向への移動によって、有機的に前記遮断板３３１が前記レーザービームＢの通過を許容するか、または前記レーザービームＢを遮断できるので、レーザー溶接装置３００の誤作動によって前記バッテリーモジュール２００の損傷が発生することを効果的に防止することができる。
そして、前記ジグ移送部３５０は、水平方向（左右方向）へ移動する力を発生させる移送ユニットを備え得る。例えば、前記移送ユニットは、油圧によってピストンまたはプランジャー（ｐｌｕｎｇｅｒ）を往復直線運動させて機械的なことを行うようにする油圧シリンダーであり得る。または、前記移送ユニットは、ピストンを左右方向へ移動させる電動シリンダーであり得る。
また、前記ジグ移送部３５０は、前記密着棒３２１の左右方向の一側と連結され得る。さらに、前記油圧シリンダーのピストンまたはプランジャーの一端部が前記密着棒３２１と連結され得る。これによって、前記油圧シリンダーに油圧を増加または減少させる場合、ピストンまたはプランジャーは、左右方向へ移動することで、前記密着棒３２１を左右方向へ移動させることができる。この際、前記油圧シリンダーに油圧を増加また減少させるための油圧装置は、別に図示していないが、通常使用する油圧装置が適用可能である。
そして、左右方向に移動した前記密着棒３２１は、前記加圧バスバー２１４の一部を加圧するように構成され得る。具体的に、前記密着棒３２１の下部は、前記ジグ移送部３５０が水平方向へ移動する力によって左右方向へ移動し得る。また、前記密着棒３２１の上部は、前記弾性部材（図６の３２５）の弾性力によって前記加圧バスバー２１４を加圧するように構成され得る。
図１及び図９に図示したように、前記レーザー溶接装置３００は、二つのジグ移送部３５０を備え得る。そして、二つのジグ移送部３５０のうち、左側に位置したジグ移送部３５０は、前記密着棒３２１を右方向へ移動させるように構成され得、右方向に位置したジグ移送部３５０は、前記密着棒３２１を左方向へ移動させるように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記ジグ移送部３５０は、精密に前記密着棒３２１を左右方向へ移動させ得る移送ユニットを備え、前記密着ジグ３２０は、前記密着棒３２１が前記弾性部材３２５によって前記電極リード１１１が前記メインバスバー２１２の一側に密着するように弾性的に加圧することで、前記密着棒３２１が前記電極リード１１１を加圧する力が、ある一方へ偏向することなく均一に伝わる。
また、図１を参照すれば、前記レーザー溶接装置３００は、ベースプレート３６０及びモジュール装着部３６２を備え得る。
具体的に、前記ベースプレート３６０は、上下面が相対的に水平方向の側面よりも広く構成されて横たえられたプレート形態であり得る。また、前記ベースプレート３６０の上面または下面には、前記密着ジグ３２０、前記ジグ移送部３５０及び前記遮断ブロック３３０が搭載されるように構成され得る。
さらに、前記レーザー溶接装置３００は、上部及び下部の各々に位置した二つのベースプレート３６０を備え得る。このように、前記レーザー溶接装置３００の下部のみならず、上部にもベースプレート３６０を備えることで、設定された範囲から外れたレーザービームＢが外部に照射されることを遮断することができるという利点がある。
さらに、前記モジュール装着部３６２は、前記ベースプレート３６０から上方または下方へ延びて形成された側壁３６２ａを備え得る。そして、前記モジュール装着部３６２は、前記バッテリーモジュール２００の電極リード１１１及び前記メインバスバー２１２が前記レーザービーム発光部３１０に露出するように開口Ｏ１が形成され得る。即ち、前記モジュール装着部３６２は、前記バッテリーモジュール２００における溶接が必要な部位が前記開口Ｏ１に露出するように前記モジュール装着部３６２に位置させ得る。
例えば、図１に示したように、前記レーザー溶接装置３００の上部及び下部には、上部ベースプレート３６０Ａ及び下部ベースプレート３６０Ｂが備えられ得る。また、前記上部ベースプレート３６０Ａと前記下部ベースプレート３６０Ｂとの間及び後方に、モジュール装着部３６２が備えられ得る。ここで、前記モジュール装着部３６２は、前記バッテリーモジュール２００のバスバーアセンブリー２１０に隣接するように配置され得る。
さらに、前記モジュール装着部３６２は、前記上部ベースプレート３６０Ａと前記下部ベースプレート３６０Ｂとを連結する二つの側壁３６２ａで形成され得る。そして、前記二つの側壁３６２ａの間には、前記バッテリーモジュール２００の電極リード１１１及び前記メインバスバー２１２が外部に露出するように開口Ｏ１が形成され得る。
また、図２及び図３を参照すれば、前記バッテリーモジュール２００のバスバーアセンブリー２１０は、前記メインバスバー２１２及び前記加圧バスバー２１４を前面に取り付けるように構成されたバスバーフレーム２１６をさらに含み得る。
具体的に、前記バスバーフレーム２１６は、電気絶縁性の素材を含み得る。前記電気絶縁性の素材は、例えば、電気絶縁性のプラスチックであり得る。
また、前記バスバーフレーム２１６には、前記加圧バスバー２１４の左右方向の移動をガイドできるようにガイド突起２１６Ｐが形成され得る。さらに、前記ガイド突起２１６Ｐは、前記加圧バスバー２１４の上部及び下部の各々に形成され得る。そして、前記ガイド突起２１６Ｐは、前記バスバーフレーム２１６の外側面で前方へ突出するように形成され得、左右方向へ長く延びた形態であり得る。
例えば、図３に示したように、前記バスバーフレーム２１６の外側面には１６個のガイド突起２１６Ｐが形成され得る。また、前記１６個のガイド突起２１６Ｐは、前記加圧バスバー２１４の上端部または下端部に接するように位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記バスバーフレーム２１６に形成されたガイド突起２１６Ｐは、前記レーザー溶接装置３００の密着棒３２１の加圧による前記加圧バスバー２１４の左右方向の移動をガイドすることで、前記加圧バスバー２１４が前記電極リード１１１の端部の左右方向の側部を容易に加圧でき、前記加圧バスバー２１４が前記バスバーフレーム２１６から離脱することを防止することができる。
図１１は、本発明の他の一実施例によるレーザー溶接装置を概略的に示す斜視図である。
図１１を参照すれば、本発明の他の一実施例によるレーザー溶接装置３００Ｂは、上部ベースプレート３６０Ａ及び下部ベースプレート３６０Ｂを含む。また、前記下部ベースプレート３６０Ｂの上面には、密着ジグ３２０Ｂ及び遮断ブロック３３０Ｂが搭載され得る。さらに、前記上部ベースプレート３６０Ａの下面３６０Ａｂには、密着ジグ３２０Ａ及び遮断ブロック３３０Ａが搭載され得る。
ここで、前記上部ベースプレート３６０Ａの下部に搭載された前記密着ジグ３２０Ａは、密着棒３２１Ａを備え得る。また、前記密着棒３２１Ａは、前記下部ベースプレート３６０Ｂの上部に搭載された密着ジグ３２０Ｂの密着棒３２１Ｂと連結された構造を有し得る。
さらに、前記上部ベースプレート３６０Ａに搭載された密着棒３２１Ａと前記下部ベースプレート３６０Ｂに搭載された密着棒３２１Ｂとの間には、二つの弾性部材３２５Ｂが備えられ得る。そして、二つの弾性部材３２５Ｂの各々は、前記下部ベースプレート３６０Ｂに搭載された密着棒３２１Ｂが左方向へ加圧する力と、前記上部ベースプレート３６０Ａに搭載された密着棒３２１Ａが右方向へ加圧する力とを発生させる。
例えば、図１１に図示したように、前記下部ベースプレート３６０Ｂの上面３６０Ｂｂには、二つの密着ジグ３２０Ｂ及び二つの遮断ブロック３３０Ｂが搭載され得る。さらに、前記上部ベースプレート３６０Ａの下面３６０Ａｂには、二つの密着ジグ３２０Ａ及び二つの遮断ブロック３３０Ａが搭載され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記上部ベースプレート３６０Ａ及び前記下部ベースプレート３６０Ｂの各々に密着ジグ３２０及び遮断ブロック３３０を搭載することで、前記下部ベースプレート３６０Ｂのみに４個の密着ジグ３２０Ｂ及び４個の遮断ブロック３３０Ｂを搭載した場合と比べて、前記レーザー溶接装置３００の内部構成が占める空間を効果的に活用できるという利点がある。さらに、二つの密着棒３２１Ａ、３２１Ｂを相互連結することで、別の前記支持棒の構成を省略することができ、前記レーザー溶接装置３００の製造コストを節減することができる。
一方、本発明はさらに、バッテリーモジュール製造システムを提供する。具体的に、前記バッテリーモジュール製造システムは、前記レーザー溶接装置及び前記レーザー溶接装置の作動を制御するコンピューター装置を含み得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明は、レーザー溶接装置及びこれを含むバッテリーモジュール製造システムに関する。また、本発明は、二次電池を複数個具備したバッテリーモジュールを製造する製造産業に利用可能である。
１００ セルアセンブリー
１１０ 二次電池
１１１ 電極リード
２００ バッテリーモジュール
２１０ バスバーアセンブリー
２１２ メインバスバー
２１４ 加圧バスバー
２１６ バスバーフレーム
３００ レーザー溶接装置
３１０ レーザービーム発光部
３２０ 密着ジグ
３２１ 密着棒
３２７ グリップ部
３２３ 支持棒
３２５ 弾性部材
３３０ 遮断ブロック
３３１ 遮断板
３３３ ヒンジ連結部材
３３５ 連結バー
３３７ 回転中心部
３５０ ジグ移送部
３６０ ベースプレート
３６２ モジュール装着部
Ｂ レーザービーム

Claims (11)

  1. バッテリーモジュールの少なくとも一つ以上の二次電池の電極リードと、複数の二次電池同士を電気的に接続するように構成されたメインバスバーとを相互溶接するように構成されたレーザー溶接装置であって、
    前記電極リード及び前記メインバスバーにレーザービームを照射するようにレーザー発光素子を備えたレーザービーム発光部と、
    前記電極リードが前記メインバスバーに密着するように左右方向へ移動する密着棒を備えた密着ジグと、
    前記密着棒の左右方向へ移動した位置に応じて、前記レーザービーム発光部から発生したレーザービームが前記二次電池に到達しないように遮断するか、または前記発生したレーザービームが通過するように開放される遮断ブロックと、を含むことを特徴とするレーザー溶接装置。
  2. 前記密着ジグが、
    前記密着棒と左右方向の所定の距離へ離隔して位置固定された支持棒と、
    前記密着棒と前記支持棒との間に介在される弾性部材と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接装置。
  3. 前記遮断ブロックは，
    水平方向へ移動可能に構成され、上下方向へ長く延びたプレート形状を有する遮断板と、
    前記遮断板の一側と連結され、水平方向へ長く延びたバーの形態で構成されたヒンジ連結部材と、を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザー溶接装置。
  4. 前記ヒンジ連結部材は、
    一端部が前記密着棒の一側とヒンジ結合し、他端部が前記遮断板の一側とヒンジ結合した連結バーと、
    前記連結バーの中央部位とヒンジ結合し、位置固定された回転中心部と、が備えられたことを特徴とする請求項３に記載のレーザー溶接装置。
  5. 前記バッテリーモジュールは、前記電極リードを基準にして前記メインバスバーの位置の反対側に位置した加圧バスバーをさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置。
  6. 前記密着棒は、前記加圧バスバーの少なくとも一部を収容するよう、左右方向の一側で前記加圧バスバーが位置した方向へ突出した突出構造を備えたグリップ部が形成されたことを特徴とする請求項５に記載のレーザー溶接装置。
  7. 前記レーザービーム発光部は、前記電極リードの前方へ突出した端部と前記メインバスバーの左右方向の側部とが相互結合するようにレーザービームを照射するように構成されるか、または前記電極リードの前方へ突出した端部と、前記メインバスバー及び前記加圧バスバーの左右方向の側部とが相互結合するようにレーザービームを照射するように構成されたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザー溶接装置。
  8. 前記バッテリーモジュールは、前記メインバスバー及び前記加圧バスバーを前面に取り付けるように構成されたバスバーフレームをさらに含み、
    前記バスバーフレームには、前記加圧バスバーの上部及び下部の各々に形成され、前方へ突出し、前記加圧バスバーの左右方向の移動をガイドできるように左右方向へ長く延びたガイド突起が形成されたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置。
  9. 前記レーザー溶接装置は、前記密着棒を左右方向へ移動させるように前記密着棒の一側と連結され、水平方向への移動力を発生させるジグ移送部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置。
  10. 前記レーザー溶接装置は、
    前記密着ジグ及び前記遮断ブロックが搭載されるベースプレートと、
    前記ベースプレートから上方へ延びて形成され、前記バッテリーモジュールの電極リード及び前記メインバスバーが外部に露出するように開口されたモジュール装着部と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のレーザー溶接装置を含む、バッテリーモジュール製造システム。
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