特表 2024-539982 溶接装置、溶接方法、バッテリー製造装置及び自動車製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-31

(54)【発明の名称】溶接装置、溶接方法、バッテリー製造装置及び自動車製造装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/0622 20140101AFI20241024BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20241024BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20241024BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

B23K26/0622

B23K26/21 A

B23K26/00 P

B23K26/21 N

H01M50/289 101

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024524733

(86)(22)【出願日】2023-07-07

(85)【翻訳文提出日】2024-04-24

(86)【国際出願番号】 KR2023009708

(87)【国際公開番号】W WO2024010427

(87)【国際公開日】2024-01-11

(31)【優先権主張番号】10-2022-0084677

(32)【優先日】2022-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0136866

(32)【優先日】2022-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】チャン－ジェ・イ

(72)【発明者】

【氏名】ミン－ジェ・カン

(72)【発明者】

【氏名】グ－チョル・キム

【テーマコード（参考）】

4E168

5H040

【Ｆターム（参考）】

4E168BA00

4E168BA21

4E168BA87

4E168CB24

4E168DA02

4E168DA42

4E168DA43

4E168DA52

5H040AA03

5H040AS07

5H040AT06

5H040AY05

5H040JJ10

(57)【要約】

バッテリー製造過程での溶接効率を向上させることができる溶接装置及び溶接方法と、このような溶接装置を含むバッテリー製造装置及び自動車製造装置を提供する。本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザーを照射するように構成されたレーザー照射部と、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを溶接部に照射するように前記レーザー照射部を制御するように構成されたレーザー出力制御部と、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザーを照射するように構成されたレーザー照射部と、
ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを溶接部に照射するように前記レーザー照射部を制御するように構成されたレーザー出力制御部と、
を含む、溶接装置。

【請求項2】

前記レーザー出力制御部は、
前記溶接部が液体状態を維持するように前記レーザー照射部を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項3】

前記レーザー出力制御部は、
前記ピーク出力レーザー及び前記ベース出力レーザーを交互に前記溶接部に照射するように前記レーザー照射部を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項4】

前記ピーク出力レーザーは、
前記溶接部にキーホールを形成できる出力を有し、
前記ベース出力レーザーは、
前記溶接部に溶け込みが形成されない出力を有する、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項5】

前記ベース出力レーザーは、
前記溶接部が液体状態を維持できる出力を有する、請求項４に記載の溶接装置。

【請求項6】

前記レーザー出力制御部は、
前記ベース出力レーザーのパルス幅を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項7】

前記レーザー出力制御部は、
前記ベース出力レーザーのパルス周波数を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項8】

前記レーザー出力制御部は、
前記ベース出力レーザーの出力を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項9】

前記溶接装置は、
前記溶接装置によって溶接が完了した後に、前記溶接部での溶接状態を検査するように構成された検査部をさらに含み、
前記レーザー出力制御部は、
前記検査部から提供された溶接状態検査情報に応じて前記ベース出力レーザーの出力を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項10】

前記溶接装置は、
前記溶接装置による溶接中に前記溶接部での溶接状態を検査するように構成された検査部をさらに含み、
前記レーザー出力制御部は、
前記検査部から提供された溶接状態検査情報に応じて前記ベース出力レーザーの出力を制御するように構成される、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項11】

ピーク出力レーザーを溶接部に照射するステップと、
ベース出力レーザーを前記溶接部に照射するステップと、
を含む、溶接方法。

【請求項12】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶接装置を含む、バッテリー製造装置。

【請求項13】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶接装置を含む、自動車製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は溶接装置、溶接方法、バッテリー製造装置及び自動車製造装置に関し、より詳しくは、溶接効率を向上させることができる溶接装置及び溶接方法と、このような溶接装置を含むバッテリー製造装置及び自動車製造装置に関する。

【0002】

本出願は、２０２２年７月８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００８４６７７号、及び２０２２年１０月２１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－０１３６８６６号に基づく優先権を主張し、当該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。

【背景技術】

【0003】

一般に、溶接装置は、レーザー光源と、レーザー光源から照射されたレーザーのエネルギー密度を高めるための焦点レンズなどの光学部品とを含む。

【0004】

このような溶接装置は、例えば、バッテリーモジュールを構成する部品間の結合のために用いることができる。一例として、バッテリーモジュールは、高電圧及び高電流を提供するように複数のバッテリーセル（例：二次電池）をそのもの又はカートリッジなどに装着した状態で重畳又は積層して密集構造にした後、これを電気的に接続して構成することができる。

【0005】

このようなバッテリーモジュールにおいて、安定した構造のバッテリーモジュールを構成するためには、バッテリーセルが収容されたモジュールケースと、バッテリーセルを電気的に接続するバスバーをカバーするように構成されたエンドプレートとの間の溶接が良好に行われることが重要である。一例として、溶接部（例：モジュールケースとエンドプレートとの間）のキーホールを溶接するための溶接装置を構成することができる。

【0006】

一方、従来の溶接装置の場合、モジュールケースとエンドプレートとの間の溶接は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザー溶接方式によって行われている。このようなＣＷレーザー溶接方式の場合、溶接時間によって溶接部での入熱エネルギーの蓄積が増加する場合がある。この場合、溶接部での入熱エネルギーの過剰な蓄積により溶接部で溶接不良が発生するという問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、溶接効率を向上させることができる溶接装置及び溶接方法と、このような溶接装置を含むバッテリー製造装置及び自動車製造装置を提供することをその目的とする。

【0008】

ただし、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、以下に記載された発明の説明から当業者であれば明確に理解できるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る溶接装置は、レーザーを照射するように構成されたレーザー照射部と、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを溶接部に照射するように前記レーザー照射部を制御するように構成されたレーザー出力制御部と、を含む。

【0010】

望ましくは、前記レーザー出力制御部は、前記溶接部が液体状態を維持するように前記レーザー照射部を制御するように構成され得る。

【0011】

望ましくは、前記レーザー出力制御部は、前記ピーク出力レーザー及び前記ベース出力レーザーを交互に前記溶接部に照射するように前記レーザー照射部を制御するように構成され得る。

【0012】

望ましくは、前記ピーク出力レーザーは、前記溶接部にキーホールを形成できる出力を有し、前記ベース出力レーザーは、前記溶接部に溶け込みが形成されない出力を有し得る。

【0013】

望ましくは、前記ベース出力レーザーは、前記溶接部が液体状態を維持できる出力を有し得る。

【0014】

望ましくは、前記レーザー出力制御部は、前記ベース出力レーザーのパルス幅を制御するように構成され得る。

【0015】

望ましくは、前記レーザー出力制御部は、前記ベース出力レーザーのパルス周波数を制御するように構成され得る。

【0016】

望ましくは、前記レーザー出力制御部は、前記ベース出力レーザーの出力を制御するように構成され得る。

【0017】

望ましくは、前記溶接装置は、前記溶接装置によって溶接が完了した後に、前記溶接部での溶接状態を検査するように構成された検査部をさらに含み、前記レーザー出力制御部は、前記検査部から提供された溶接状態検査情報に応じて前記ベース出力レーザーの出力を制御するように構成され得る。

【0018】

望ましくは、前記溶接装置は、前記溶接装置による溶接中に前記溶接部での溶接状態を検査するように構成された検査部をさらに含み、前記レーザー出力制御部は、前記検査部から提供された溶接状態検査情報に応じて前記ベース出力レーザーの出力を制御するように構成され得る。

【0019】

本発明の一態様に係る溶接方法は、ピーク出力レーザーを溶接部に照射するステップと、ベース出力レーザーを前記溶接部に照射するステップと、を含む。

【0020】

本発明の一態様に係るバッテリー製造装置は、上述のような本発明の一態様に係る溶接装置を含むことができる。

【0021】

本発明の一態様に係る自動車製造装置は、上述のような本発明の一態様に係る溶接装置を含むことができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の実施形態によれば、従来に比べて、溶接部での入熱エネルギーの過剰な蓄積を防止して溶接不良を最小化するとともに、溶接過程で溶接部の液体状態を維持して溶接部のレーザー吸収率を高めることで、従来と同一の溶接速度及び溶接生産性を維持することができる。

【0023】

さらに、本発明の種々の実施形態によって、他の様々な追加の効果を達成することができる。このような本発明の様々な効果については各実施形態で詳しく説明するか、当業者が容易に理解できる効果についてはその説明を省略する。

【0024】

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形態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ものであるため、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。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係る溶接装置を示す図である。

【図2】図１の溶接装置によるレーザー出力変化を示す図である。

【図3】図２におけるレーザー出力変化による溶接部におけるキーホールの生成を示す図である。

【図4】レーザー発振モードによる溶接部でのエネルギー蓄積量の差を示す図である。

【図5】従来のパルスレーザーの発振によるレーザー出力変化を示す図である。

【図6】温度変化による純アルミニウムのレーザー吸収率を示す図である。

【図7】熱伝導溶接とキーホール溶接の境界値に対するシミュレーション結果を示す図である。

【図8】図１の溶接装置に備えられたレーザー出力制御部の制御によるレーザーのパルス幅の変化を例示的に示す図である。

【図9】図１の溶接装置に備えられたレーザー出力制御部の制御によるレーザーのパルス周波数の変化を例示的に示す図である。

【図10】図１の溶接装置に備えられたレーザー出力制御部の制御によるレーザーの出力変化を例示的に示す図である。

【図11】本発明の溶接装置によるレーザーの他の制御方式を示す図である。

【図12】本発明の溶接装置によるレーザーの他の制御方式を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲において使用される用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、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じた意味及び概念で解釈されるものである。

【0027】

図１は、本発明の一実施形態に係る溶接装置１０を示す図であり、図２は、図１の溶接装置１０によるレーザー出力変化を示す図であり、図３は、図２におけるレーザー出力変化による溶接部ＷでのキーホールＫの生成を示す図である。

【0028】

図１から図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る溶接装置１０は、レーザーを照射して溶接部Ｗでの溶接を行わせるための構成であり得る。

【0029】

前記溶接部Ｗは、一例として、バッテリーモジュール（図示せず）の構成部品間の結合部を意味し得る。このとき、バッテリーモジュールは、内部に少なくとも１つの二次電池を備えることができる。

【0030】

例示として、バッテリーモジュールの構成部品間の溶接は、公知のキーホール（ｋｅｙ ｈｏｌｅ）溶接方式で行うことができる。より具体的に、溶接装置１０は、二次電池を内部に収納するためのバッテリーモジュールのモジュールケース（図示せず）及びエンドプレート（図示せず）の間の溶接を行うことができるが、これに限定されない。

【0031】

例示として、モジュールケース及びエンドプレートは、アルミニウム材料を含むことができる。すなわち、溶接部Ｗは、アルミニウム材料を含むことができる。ただし、溶接部Ｗは、アルミニウムに限定されず、アルミニウム及びその合金を含むこともできる。

【0032】

前記溶接装置１０は、図１に示すように、レーザー照射部１００及びレーザー出力制御部２００を含むことができる。このようなレーザー照射部１００の一部はハウジングＨ内に収容され得る。また、レーザー出力制御部２００はハウジングＨの外面に備えられ得る。

【0033】

前記レーザー照射部１００は、レーザーを照射するように光学系の形態で構成され得る。詳しくは図示されていないが、前記レーザーは、Ｗにビームの形で照射され得る。

【0034】

一実施形態において、前記レーザー照射部１００は、レーザー光源（図示せず）及び焦点レンズ（図示せず）を含むことができる。

【0035】

前記レーザー光源は、前記レーザーを発生し得る。

【0036】

前記焦点レンズは、レーザー光源で発生したレーザーのエネルギー密度を向上させることができる。このとき、レーザーは焦点レンズを透過して溶接部Ｗに照射され得る。

【0037】

前記レーザー出力制御部２００は、図２に示すように、ピーク出力（ｐｅａｋ ｐｏｗｅｒ）のレーザー及びベース出力（ｂａｓｅ ｐｏｗｅｒ）のレーザーを溶接部Ｗに照射するようにレーザー照射部１００を制御することができる。ここで、ベース出力は、ピーク出力よりも低い大きさを有する出力であり得る。すなわち、レーザー出力制御部２００は、互いに異なる大きさの出力を同一の溶接部Ｗに照射するようにレーザー照射部１００を制御することができる。一例として、レーザー出力制御部２００は、プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を含むことができる。

【0038】

また、レーザー照射部１００は、図３でのように、レーザー出力制御部２００の制御によって、溶接部Ｗで１つの溶接ラインに対して２つ以上のキーホールＫが重畳して形成されるようにピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを照射することができる。ここで、キーホールＫは、レーザービームの焦点区間でエネルギー多重反射及び吸収を用いたものであり、略鍵穴状に形成され得る。このとき、１つの溶接ラインに対してレーザー照射部１００が移動しながら溶接部Ｗにレーザーを照射するように、ハウジングＨは別途の移動ステージ（図示せず）によって移動し得る。

【0039】

また、１つの溶接ラインに対して溶接が完了した後、レーザー照射部１００を収容するハウジングＨは、溶接部Ｗ上の他の溶接ラインに移動し得る。その後、レーザー照射部１００は、レーザー出力制御部２００の制御によって、溶接部Ｗ上の他の溶接ラインに対して上述した動作を繰り返して行うことができる。

【0040】

図４の（ａ）でのように、従来のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザー溶接方式の場合、溶接部に対するレーザーの照射時間が増加することによって溶接部に過剰なエネルギーが蓄積される。このとき、図４の（ａ）のグラフで表示された面積は、レーザーの照射時間によって溶接部に蓄積された入熱エネルギーを意味する。

【0041】

この場合、溶接部での溶接金属（溶接部の一部分で溶接中に溶融固化した金属部分）が過剰に溶け込み、溶接金属が局所的に脱落する溶け落ち現象が発生する可能性がある。

【0042】

一方、図４の（ｂ）を参照すると、本発明の溶接装置１０によるレーザー溶接方式の場合、レーザー照射部１００がピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを溶接部Ｗに照射する。これによって、従来のＣＷレーザー溶接方式に比べて、レーザーの照射時間に応じた溶接部Ｗでの入熱エネルギーの蓄積が相対的に遅く行われる。このような本発明の溶接装置１０によるレーザー溶接方式は、ＣＷレーザー溶接方式とＰＷ（Ｐｕｌｓｅ Ｗａｖｅ）レーザー溶接方式を組み合わせた形態でレーザーを照射する方式であり、準パルス（Ｑｕａｓｉ－Ｐｕｌｓｅ）レーザー溶接方式と言える。

【0043】

すなわち、本発明の溶接装置１０による溶接方法は、ピーク出力レーザーを溶接部Ｗに照射するステップと、ベース出力レーザーを溶接部Ｗに照射するステップとを含む。

【0044】

このように準パルスモードで溶接部Ｗにレーザーを照射する場合、ピーク出力レーザーを溶接部Ｗに照射する区間の間に、ピーク出力レーザーよりも相対的に低い出力を有するベース出力レーザーを溶接部Ｗに照射することができる。よって、本発明の溶接装置１０の場合、溶接部Ｗでの入熱エネルギーが過剰に蓄積されることを防止することで、溶接不良を最小化することができる。

【0045】

図５は、従来のパルスレーザーの発振によるレーザー出力変化を示す図であり、図６は、温度変化による純アルミニウムのレーザー吸収率を示す図である。

【0046】

図５を参照すると、従来のＰＷレーザー溶接方式の場合、パルスレーザーが周期的にオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）する形態で溶接部に照射される方式である。

【0047】

前記ＰＷレーザー溶接方式において、図５の（ａ）に矢印で示された部分のように、パルスレーザーの発振がオン状態である区間では、パルスレーザーの照射によって溶接部が溶融することで固体状態から液体状態に変化する。このとき、溶接部には、キーホールが生成されると言える。

【0048】

一方、図５の（ｂ）に矢印で示された部分のように、パルスレーザーの発振がオフ状態である区間では、溶接部に投入されるエネルギーがないため、溶接部が液体状態からまた固体状態に変化すると言える。

【0049】

図６を参照すると、純アルミニウムに対して一定の波長（例：１．０６μｍ）でのパルスレーザーの発振が行われる場合、純アルミニウムの溶融点境界温度（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を基準に溶接部の液体状態に対する固体状態でのレーザーの吸収率は少なくとも３．８倍低い場合がある。

【0050】

したがって、図５の（ｃ）に矢印で示された部分のように、パルスレーザーの発振がまたオン状態になる区間では、図５の（ｂ）の区間で固体状態に変化した溶接部を再び溶融させなければならない場合がある。これによって、固体状態での溶接部におけるレーザー吸収率が液体状態での溶接部におけるレーザー吸収率よりも相対的に低く、溶融効率が低下する。これにより溶接速度が遅くなるという問題がある。

【0051】

一方、本発明の溶接装置１０に備えられたレーザー出力制御部２００は、溶接部Ｗが液体状態を維持するようにレーザー照射部１００を制御する構成を有し得る。

【0052】

すなわち、本発明の溶接装置１０において、レーザー出力制御部２００は、順にピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを溶接部Ｗに照射するようにレーザー照射部１００を制御することによって、溶接部Ｗが液体状態から固体状態に変化することなく、液体状態を維持するように誘導することができる。このために、本発明の溶接装置１０の場合、従来のＰＷレーザー溶接方式とは異なり、レーザーの発振が完全にオフ状態になる区間が発生することを防止することができる。

【0053】

具体的に、図２の（ａ）に矢印で示された部分を参照すると、レーザー出力制御部２００の制御によって、レーザー照射部１００は、溶接部Ｗにピーク出力レーザーを照射することができる。これによって、溶接部Ｗが溶融することで固体状態から液体状態に変化することができる。このとき、溶接部Ｗには、図３の（ａ）でのように、キーホールＫが生成され得る。

【0054】

また、図２の（ｂ）に矢印で示された部分を参照すると、レーザー出力制御部２００の制御によって、レーザー照射部１００は、溶接部Ｗにベース出力レーザーを照射することができる。このように、溶接部Ｗにピーク出力よりも相対的に低い出力を有するベース出力レーザーを照射することで、溶接部Ｗが液体状態から固体状態に再び変化することを抑制することができる。

【0055】

このとき、溶接部Ｗには、図３の（ｂ）でのように、さらなる溶け込みが発生しないこともある。これについては後述する関連説明でより詳しく説明する。

【0056】

また、図２の（ｃ）に矢印で示された部分を参照すると、レーザー出力制御部２００の制御によって、レーザー照射部１００は、溶接部Ｗにピーク出力レーザーを再び照射することができる。このとき、図２の（ｂ）におけるベース出力レーザーの照射によって溶接部Ｗの液体状態が維持されるため、図２の（ｃ）におけるようなピーク出力レーザーの照射時に、溶接部ＷでのキーホールＫの生成がより容易に行われる。一方、溶接部Ｗには、図３の（ｃ）でのように、図３の（ａ）で生成されたキーホールＫと少なくとも一部分が重畳するようにキーホールＫが形成され得る。

【0057】

このような実施形態によれば、従来に比べて、溶接部Ｗでの入熱エネルギーの過剰な蓄積を防止して溶接不良を最小化するとともに、溶接過程で溶接部Ｗの液体状態を維持して溶接部Ｗのレーザー吸収率を高めることで、従来と同一の溶接速度及び溶接生産性を維持することができる。

【0058】

図２を再び参照すると、レーザー出力制御部２００は、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを交互に溶接部Ｗに照射するようにレーザー照射部１００を制御することができる。

【0059】

具体的に、レーザー照射部１００は、レーザー出力制御部２００の制御によって、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを交互に連続して溶接部Ｗに照射することができる。

【0060】

これによって、従来に比べて少ないエネルギーを溶接部Ｗに投入しながらもレーザーの照射がオフとなる区間がないようにし、溶接過程における溶接部Ｗでの液体状態をより確実に維持することができる。

【0061】

図７は、熱伝導溶接とキーホール溶接の境界値に対するシミュレーション結果を示す図である。

【0062】

図７を参照すると、本発明の溶接装置１０において、ピーク出力レーザーは、溶接部ＷにキーホールＫを形成できる出力を有し得る。また、ベース出力レーザーは、溶接部Ｗに溶け込みが形成されない出力を有し得る。すなわち、ベース出力レーザーは、図７のように、溶接部Ｗに貫通深さ（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）がほとんど形成されない程度の出力を有し得る。よって、ベース出力レーザーは、図７のように、溶接部Ｗに貫通深さがほとんど形成されない程度の出力を有し得るため、溶接部Ｗに溶け込みが形成されない出力を有すると言える。一方、レーザー照射部１００から照射されるレーザーの出力が、キーホールＫが形成される程度の出力値未満である場合、溶接部Ｗは、熱伝導溶接の形態で溶接が行われ得る。

【0063】

一例として、本発明の溶接装置１０でのピーク出力は、２．２ｋＷ／ｍｍ^２以上に設定することができる。前記ピーク出力値の場合、アルミニウム材料を含む溶接部ＷでのキーホールＫを形成できる最小値であり得る。また、本発明の溶接装置１０におけるベース出力は、約０．９２ｋＷ／ｍｍ^２～１．４２ｋＷ／ｍｍ^２の範囲内で設定することができる。

【0064】

すなわち、本発明の溶接装置１０では、ベース出力レーザーが溶接部Ｗに照射される区間で、溶接部Ｗの溶け込みが形成されない低い出力のベース出力レーザーだけでも溶接部Ｗを液体状態に維持することができる。これは、図７でベース出力（例：０．９２ｋＷ／ｍｍ^２～１．４２ｋＷ／ｍｍ^２の出力範囲）のレーザーを溶接部Ｗに照射した場合に、溶接部Ｗの貫通深さ（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）が発生しないか、又は溶接部Ｗの貫通深さが非常に小さい点から確認することができる。

【0065】

したがって、図３の（ｃ）のレーザーの照射区間で形成されたキーホールＫでの貫通深さは、図３の（ａ）のレーザーの照射区間で形成されたキーホールＫでの貫通深さと略同一であり得る。

【0066】

このような実施形態によれば、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを交互に溶接部Ｗに照射することで、従来と同一の溶接速度を達成しながらも、ベース出力レーザーが溶接部Ｗに照射される区間で溶接部Ｗに溶け込みが形成されないようにし、溶接部Ｗの特定領域での過剰な溶け込みを防止することができる。これによって、溶け落ちによる溶接不良を最小化することができる。

【0067】

特に、ベース出力レーザーは、溶接部Ｗが液体状態を維持できる出力を有し得る。

【0068】

すなわち、ベース出力レーザーは、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを交互に溶接部Ｗに照射する過程で、溶接部Ｗが液体状態を維持できる最小出力を有し得る。

【0069】

図８は、図１の溶接装置１０に備えられたレーザー出力制御部２００の制御によるレーザーのパルス幅の変化を例示的に示す図である。このとき、図８の（ａ）は、ベース出力レーザーのパルス幅が調節される前の状態を示し、図８の（ｂ）は、ベース出力レーザーのパルス幅が調節された後の状態を示す。

【0070】

図８を参照すると、本発明の溶接装置１０のレーザー出力制御部２００は、ベース出力レーザーのパルス幅を制御するように構成され得る。

【0071】

本発明の一実施形態において、溶接部Ｗがレーザーに対してより敏感に反応する材料（例：アルミニウムよりも融点の低い金属材料など）を含む場合、例示された出力範囲（０．９２ｋＷ／ｍｍ^２～１．４２ｋＷ／ｍｍ^２の出力範囲）のベース出力レーザーが溶接部Ｗに照射される区間で、溶接部Ｗに溶け込みが発生する可能性がある。

【0072】

このとき、レーザー出力制御部２００は、溶接部Ｗの特性に応じてベース出力レーザーのパルス幅を調節することで、ベース出力レーザーが溶接部Ｗに照射される区間で溶接部Ｗに溶け込みが発生することを防止することができる。例示として、溶接部Ｗがレーザーに対してより敏感に反応する材料を含む場合、レーザー出力制御部２００は、図８の（ｂ）に矢印及び斜線で示された部分のように、ベース出力レーザーのパルス幅がより小くなるように調節することができる。

【0073】

このような実施形態によれば、溶接部Ｗの特性に応じてベース出力レーザーのパルス幅を制御することで、溶接部Ｗの特定領域での過剰な溶け込みを防止することができる。これによって、溶け落ちによる溶接不良を最小化することができる。

【0074】

図９は、図１の溶接装置１０に備えられたレーザー出力制御部２００の制御によるレーザーのパルス周波数の変化を例示的に示す図である。このとき、図９の（ａ）は、ベース出力レーザーのパルス周波数が調節される前の状態を示し、図９の（ｂ）は、ベース出力レーザーのパルス周波数が調節された後の状態を示す。

【0075】

図９を参照すると、レーザー出力制御部２００は、ベース出力レーザーのパルス周波数を制御するように構成され得る。

【0076】

上述したように、レーザー照射部１００は、図３でのように、レーザー出力制御部２００の制御によって、溶接部Ｗで１つの溶接ラインに対して２つ以上のキーホールＫが重畳して形成されるように、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを照射することができる。

【0077】

本発明の溶接装置１０において、ベース出力レーザーのパルス周波数を調節する場合、溶接部Ｗでの少なくとも２つ以上のキーホールＫの間の重畳面積が変化し得る。このとき、レーザー照射部１００は、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを溶接部Ｗに交互に照射するため、ベース出力レーザーのパルス周波数を調節する場合、ピーク出力レーザーのパルス周波数もともに調節することができる。

【0078】

例示として、レーザー出力制御部２００は、図９の（ｂ）のように、ベース出力レーザーのパルス周波数が増加するように調節することができる。このとき、ピーク出力レーザーのパルス周波数もともに増加するように調節することができる。

【0079】

このような実施形態によれば、ベース出力レーザーのパルス周波数を増加させる場合、溶接部ＷでのキーホールＫの重畳面積を増加させることができるため、溶接部Ｗでの溶接をより安定して行うことができる。また、溶接部Ｗでの溶接部位が小さい場合、ベース出力レーザーのパルス周波数を増加させて溶接速度を増加させながらも、溶接部Ｗでの入熱エネルギーの過剰な蓄積を最小化することができる。

【0080】

図１０は、図１の溶接装置１０に備えられたレーザー出力制御部２００の制御によるレーザーの出力変化を例示的に示す図である。このとき、図１０の（ａ）は、ベース出力レーザーの出力が調節される前の状態を示し、図１０の（ｂ）は、ベース出力レーザーの出力が調節された後の状態を示す。

【0081】

図１０を参照すると、レーザー出力制御部２００は、ベース出力レーザーの出力を制御するように構成され得る。

【0082】

本発明の一実施形態において、溶接部Ｗがレーザーに対してより敏感に反応する材料（例：アルミニウムよりも融点の低い金属材料など）を含む場合、例示された出力範囲（０．９２ｋＷ／ｍｍ^２～１．４２ｋＷ／ｍｍ^２の出力範囲）のベース出力レーザーが溶接部Ｗに照射される区間で、溶接部Ｗに溶け込みが発生する可能性がある。

【0083】

このとき、レーザー出力制御部２００は、溶接部Ｗの特性に応じてベース出力レーザーの出力を調節することで、ベース出力レーザーが溶接部Ｗに照射される区間で溶接部Ｗに溶け込みが発生することを防止することができる。例示として、溶接部Ｗがレーザーに対してより敏感に反応する材料を含む場合、レーザー出力制御部２００は、図１０の（ｂ）に矢印及び斜線で示された部分のように、ベース出力レーザーの出力がより小くなるように調節することができる。

【0084】

このような実施形態によれば、溶接部Ｗの特性に応じてベース出力レーザーの出力を制御することで、溶接部Ｗの特定領域での過剰な溶け込みを防止することができる。これによって、溶け落ちによる溶接不良を最小化することができる。

【0085】

図１を参照すると、本発明の溶接装置１０は、検査部３００をさらに含むことができる。

【0086】

前記検査部３００は、溶接装置１０による溶接完了後の溶接部Ｗでの溶接状態を検査するように構成され得る。一例として、検査部３００は、プロセッサ、カメラ（例：赤外線カメラ）、Ｘ線透過装置などを含むことができる。また、検査部３００は、上述したハウジングＨの外面に備えられ得る。

【0087】

例えば、溶接装置１０によって溶接が完了した後に、検査部３００が溶接部Ｗの特定領域で過剰な溶け込みが発生したことを検出した場合、検査部３００は、このような溶接状態検査情報をレーザー出力制御部２００に伝送することができる。

【0088】

このとき、レーザー出力制御部２００は、検査部３００から提供された溶接状態検査情報に応じて、ベース出力レーザーの出力を制御するように構成され得る。すなわち、レーザー出力制御部２００は、溶接装置１０により次回の溶接を行う際に溶接不良などが発生しないようにベース出力レーザーの出力を制御することができる。

【0089】

一方、レーザー出力制御部２００は、検査部３００から提供された溶接状態検査情報に応じて、ベース出力レーザーのパルス幅又はパルス周波数を制御するように構成することもできる。

【0090】

一方、前記検査部３００は、溶接装置１０による溶接中に溶接部Ｗでの溶接状態を検査するように構成することもできる。

【0091】

例えば、溶接装置１０による溶接中に、検査部３００が溶接部Ｗの特定領域で過剰な溶け込みが発生したことを検出した場合、検査部３００は、このような溶接状態検査情報をレーザー出力制御部２００に伝送することができる。

【0092】

このとき、レーザー出力制御部２００は、検査部３００から提供された溶接状態検査情報に応じて、ベース出力レーザーの出力を制御するように構成され得る。すなわち、レーザー出力制御部２００は、溶接装置１０による溶接中に、これ以上溶接不良などが発生しないようにベース出力レーザーの出力を制御することができる。

【0093】

一方、レーザー出力制御部２００は、検査部３００から提供された溶接状態検査情報に応じて、ベース出力レーザーのパルス幅又はパルス周波数を制御するように構成することもできる。

【0094】

図１１及び図１２は、本発明の溶接装置１０によるレーザーの他の制御方式を示す図である。

【0095】

本発明の場合、ピーク出力レーザーを溶接部Ｗに照射する区間の間に、ベース出力レーザーを溶接部Ｗに照射するため、溶接過程全体で溶接部Ｗの液体状態を維持することができる。

【0096】

このとき、本発明の溶接装置１０の場合、図１１に示すように、レーザー出力制御部２００は、時間の経過とともに、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーの出力が減少するように、レーザー照射部１００によるレーザーの照射を制御することもできる。或いは、本発明の溶接装置１０の場合、図１２に示すように、レーザー出力制御部２００は、時間の経過とともに、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーのパルス幅が減少するように、レーザー照射部１００によるレーザーの照射を制御することもできる。また、本発明の溶接装置１０の場合、レーザー出力制御部２００は、時間の経過とともに、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーの出力とパルス幅の両方が減少するように、レーザー照射部１００によるレーザーの照射を制御することもできる。

【0097】

このように本発明の溶接装置１０の場合、図１１又は図１２に示すようにレーザーの照射を制御しても、ベース出力レーザーの溶接部Ｗへの照射によって溶接部Ｗの液体状態を維持することができる。よって、従来に比べて、より少ないエネルギーを溶接部Ｗに投入しながらも溶接不良を最小化することができる。

【0098】

以下、本発明の溶接装置１０による効果をより具体的に示すために、実施例及び比較例を挙げてより詳しく説明する。ただし、本発明による実施例は、様々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が以下で説明する実施例に限定されると解釈されるべきではない。

【0099】

（実施例１から実施例１０）
図１に示すように、溶接部Ｗに対して、溶接装置（モデル名：レーザー（Ｔｒｕｍｐｆ ＴｒｕＤｉｏｄｅ ４００６）、光学系（Ｔｒｕｍｐｆ ＢＥＯ Ｄ７０ ０゜Ｋ２００ Ｆ２００ Ｔ９５０））を用いて溶接を行った。

【0100】

このとき、すべての実施形態において、溶接部Ｗは、純アルミニウム材料から構成し、圧出品であるＭｏｎｏ－ｆｒａｍｅ ＡＬ６０６３のＴｏｐ／Ｂｏｔｔｏｍの厚さは２．０ｍｍにし、Ｓｉｄｅの厚さは３．２ｍｍにした。また、ダイキャスト（ｄｉｅ－ｃａｓｔ）で製造されたＥｎｄｐｌａｔｅ ＡＤＣ１２は、Ｍｏｎｏｆｒａｍｅの各面の厚さに対応するように加工した。また、溶接部Ｗの全長は、片側を５６２ｍｍにし、両側を１１２４ｍｍにした。また、溶接部Ｗの全幅は、ビード幅を２．０ｍｍ～４．０ｍｍにした。また、１つの溶接ラインの長さは、Ｔｏｐ側を８０ｍｍ、Ｓｉｄｅ側を９６ｍｍ、Ｂｏｔｔｏｍ側を２１０ｍｍにした。また、溶接部Ｗは、バッテリーモジュール（図示せず）の構成部品間の結合部にした。具体的に、溶接部Ｗは、モジュールケース（図示せず）及びエンドプレート（図示せず）間の結合部にした。

【0101】

また、溶接装置が、図２に示すように、溶接部Ｗにピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを交互に連続して照射するようにした。このとき、ピーク出力レーザーの出力は、Ｔｏｐ／Ｂｏｔｔｏｍ側の厚さ２．０ｍｍの区間で３３００Ｗ±２００Ｗにし、Ｓｉｄｅ側の厚さ３．２ｍｍの区間で３６００Ｗ±２００Ｗにした。ベース出力レーザーの出力は、Ｔｏｐ／Ｂｏｔｔｏｍ側の厚さ２．０ｍｍの区間で１２００Ｗ±２００Ｗにし、Ｓｉｄｅ側の厚さ３．２ｍｍの区間で２０００Ｗ±２００Ｗにした。また、１つの溶接ラインにおける溶接回数は１回であり、１つの溶接ラインに対する溶接速度は６０ｍｍ／ｓｅｃ、全溶接長は１１２４ｍｍ、全溶接時間は１８．７秒にした。また、少なくとも１つの溶接ラインを含む１つの溶接部Ｗに対する溶接回数は１回であり、１つの溶接部Ｗに対する全溶接時間はＴｏｐ側８０ｍｍ区間で１．３３秒、Ｓｉｄｅ側９６ｍｍの区間で１．６秒、Ｂｏｔｔｏｍ側の２１０ｍｍの区間で３．５秒にした。また、ピーク出力レーザーの照射時間及びベース出力レーザーの照射時間は同じ比率にした。

【0102】

また、溶接装置が、図３に示すように、１つの溶接ラインに対して２つ以上のキーホールＫが重畳して形成されるように、ピーク出力レーザー及びベース出力レーザーを交互に照射するようにした。

【0103】

本発明の実施形態によって、上記のような方式で溶接を行って溶接部Ｗを形成し、形成された溶接部Ｗに対して溶接の品質を測定した。より具体的には、１０週間にわたって、１週間ごとに上記のような方式で複数のサンプルを製作し、製作されたサンプルの溶接部Ｗに対して溶接欠陥が発生したサンプルの数を数え、その結果を表１に記載した。すなわち、表１には、計１０週間にわたって実験したデータとして、１週間ごとに実施例１から実施例１０と表示し、実施形態ごとに、１週間で生産されたバッテリーモジュールの数と、生産されたバッテリーモジュール、すなわち各サンプルに含まれた溶接部Ｗでの溶接欠陥（例：溶け落ち）の発生数を示す。

【0104】

（比較例）
一方、比較例の場合、図５に示された従来のＰＷ（Ｐｕｌｓｅ Ｗａｖｅ）レーザー溶接方式によってピーク出力レーザーのみを溶接部に照射して溶接を行った場合を示す。このとき、溶接部は、純アルミニウム材料から構成し、圧出品であるＭｏｎｏ－ｆｒａｍｅ ＡＬ６０６３のＴｏｐ／Ｂｏｔｔｏｍの厚さは２．０ｍｍにし、Ｓｉｄｅの厚さは３．２ｍｍにした。また、ダイキャスト（ｄｉｅ－ｃａｓｔ）で製造されたＥｎｄｐｌａｔｅ ＡＤＣ１２は、Ｍｏｎｏｆｒａｍｅの各面の厚さに対応するように加工した。また、溶接部の全長は、片側を５６２ｍｍにし、両側を１１２４ｍｍにした。また、溶接部の全幅は、ビード幅を２．０ｍｍ～４．０ｍｍにした。また、１つの溶接ラインの長さは、Ｔｏｐ側を８０ｍｍ、Ｓｉｄｅ側を９６ｍｍ、Ｂｏｔｔｏｍ側を２１０ｍｍにした。また、溶接部は、バッテリーモジュール（図示せず）の構成部品間の結合部にした。具体的に、溶接部は、モジュールケース（図示せず）及びエンドプレート（図示せず）間の結合部にした。

【0105】

また、ピーク出力レーザーの出力は、Ｔｏｐ／Ｂｏｔｔｏｍ側の厚さ２．０ｍｍの区間で３３００Ｗ±２００Ｗにし、Ｓｉｄｅ側の厚さ３．２ｍｍの区間で３６００Ｗ±２００Ｗにした。また、１つの溶接ラインにおける溶接回数は１回であり、１つの溶接ラインに対する溶接速度は１０ｍｍ／ｓｅｃ、全溶接長は１１２４ｍｍ、全溶接時間は１１２．４秒にした。また、少なくとも１つの溶接ラインを含む１つの溶接部に対する溶接回数は１回であり、１つの溶接部に対する全溶接時間はＴｏｐ側の８０ｍｍ区間で８秒、Ｓｉｄｅ側の９６ｍｍの区間で９．６秒、Ｂｏｔｔｏｍ側の２１０ｍｍの区間で２１秒にした。また、ピーク出力レーザーの照射時間及びレーザーが照射されない区間での時間は同じ比率にした。

【0106】

【表1】

【0107】

前記表１の結果を参照すると、実施例１から実施例１０の場合、溶接欠陥の発生率が非常に低かった一方、比較例の場合は、実施例１から実施例１０に対して溶接欠陥の発生率が遥かに高かったことが分かる。

【0108】

より具体的に検討すると、実施例１の場合、１週間で２，５６０個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は１回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０４％に過ぎない。

【0109】

実施例２の場合、１週間で１５，２８５個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は６回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０４％に過ぎない。

【0110】

実施例３の場合、１週間で１６，９８７個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は７回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０４％に過ぎない。

【0111】

実施例４の場合、１週間で２０，２００個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は０回であった。

【0112】

実施例５の場合、１週間で２０，４１６個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は７回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０３％に過ぎない。

【0113】

実施例６の場合、１週間で２０，４２１個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は８回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０４％に過ぎない。

【0114】

実施例７の場合、１週間で３０，５６２つのバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は９回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０３％に過ぎない。

【0115】

実施例８の場合、１週間で２８，０９３つのバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は６回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０２％に過ぎない。

【0116】

実施例９の場合、１週間で３４，２２０個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は９回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０３％に過ぎない。

【0117】

実施例１０の場合、１週間で２３，８８９個のバッテリーモジュールを生産し、この場合、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数は３回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．０１％に過ぎない。

【0118】

すなわち、上記表１を見ると、各実施形態において、バッテリーモジュールの生産量に関わらず、溶接部Ｗでの溶接欠陥の発生数はほとんどないこと（１０回未満）が分かった。

【0119】

特に、実施例１の２２週目に２，５６０個の製品を生産したとき、１回の溶接欠陥が発生したが、実施例７の２８週目に３０，５６２個の製品を生産したとき、実施例１に対して１０倍以上に製品生産量を増加させたにも関わらず、９回の溶接欠陥のみ発生したことが分かった。

【0120】

一方、前記表１を参照すると、比較例の場合、バッテリーモジュールの量産過程において、１週間で生産したバッテリーモジュールに対する溶接部での溶接欠陥の発生数を示すものである。

【0121】

具体的に、比較例の場合、１週間で１０，０４０個の製品を生産し、この場合、溶接部での溶接欠陥の発生数は２７回であった。この場合、溶接欠陥の発生率は約０．２７％である。また、このような溶接欠陥の発生率は、実施例１から実施例１０での溶接欠陥の発生率の平均である０．０２８％に比べて遥かに高い結果であると言える。

【0122】

特に、比較例の場合、比較例で生産した製品数の約２０％程度である実施例１での溶接欠陥の発生数よりも多くの溶接欠陥が発生したことが分かった。

【0123】

また、比較例の場合、比較例で生産した製品数よりも約５，０００個程度多く製品を生産した実施例２での溶接欠陥の発生数よりも多くの溶接欠陥が発生したことが分かった。

【0124】

このような結果より分かるように、本発明の実施例による溶接装置１０の場合、従来のレーザー溶接方式に比べて溶接部Ｗでの溶接不良を最小化することができる。

【0125】

本発明によるバッテリー製造装置は、上述した溶接装置１０を含むことができる。また、本発明によるバッテリー製造装置は、上述した溶接装置１０以外に、バッテリーモジュールを製造するための公知の各種装置（例：バッテリーモジュール検査装置）をさらに含むことができる。

【0126】

本発明による自動車製造装置は、上述した溶接装置１０を含むことができる。また、本発明による自動車製造装置は、上述した溶接装置１０以外に、自動車を製造するための公知の各種装置（例：自動車検査装置）をさらに含むことができる。

【0127】

以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的な思想と下記の特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

【0128】

一方、本発明で上、下、左、右、前、後などの方向を示す用語が使用されたが、これらの用語は説明の便宜上のものであり、対象となる物体の位置や観察者の位置などによって変わり得ることは本発明の当業者に自明である。

【符号の説明】

【0129】

１０ 溶接装置
１００ レーザー照射部
２００ レーザー出力制御部
３００ 検査部

【図1】

【図2】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図3(c)】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】