KR101026902B1 - 전지 및 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법 - Google Patents

전지 및 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지에 관한 것으로, 특히, 하우징에 적어도 하나의 셀 및 상기 적어도 하나의 셀에 전기적으로 결합 되고 상기 하우징 벽을 통하여 통과된 접촉 부재를 구비하며, 상기 접촉 부재 각각은 플라스틱 밀봉 부재로 압출 코팅되고, 상기 플라스틱 밀봉 부재 각각은 상기 하우징 벽 위에 평평하게 놓여 있는 지지 표면을 갖는 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전지에 대한 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 셀에 전기적으로 연결되고 상기 하우징 벽을 통하여 통과된 접촉 단자를 갖는 전지에 대한 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법에 관한 것이다.
Figure R1020057023981
투과성 레이저 용접, 하우징 벽, 플라스틱 밀봉 부재

Description

전지 및 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법{Battery and method for producing a sealed contact terminal bushing}
본 발명은 전지에 관한 것으로, 특히, 하우징에 적어도 하나의 셀 및 상기 적어도 하나의 셀에 전기적으로 결합되고 상기 하우징 벽을 통하여 통과된 접촉 부재를 구비하며, 상기 접촉 부재 각각은 플라스틱 밀봉 부재로 압출 코팅되고, 상기 플라스틱 밀봉 부재 각각은 상기 하우징 벽 위에 평평하게 놓여 있는 지지 표면을 가지는 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전지에 대한 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 셀에 전기적으로 연결되고 상기 하우징 벽을 통하여 통과된 접촉 단자를 갖는 전지에 대한 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법에 관한 것이다.
셀과 접촉하기 위해 사용된 전극 볼트(pole bolt)가 열 가소성 플라스틱으로 구성된 몸체(body)로 압출 코팅(extrusion-coated)되는 전지에서 가스-기밀(gas-tight) 및 액체-기밀(liquid-tight) 전극 밀봉(pole seal)은 DE 28 33 416 B1과 EP 0 105 416 B1에서 알려졌다. 상기 몸체는 상기 전지의 하우징 커버와 접촉되고, 열 공구(hot-tool) 용접 공정을 이용하여 용접되며 상기 몸체와 상기 커버 사이의 바깥 쪽에 원주의(circumferential) 용접된 가장자리를 형성한다. 초음파 용접 공정 또는 마찰(friction) 용접 공정은 열 공구 용접 공정 대신 제안되어져 왔다.
이런 전극 밀봉(pole seal)은 납 축전지에는 적합하지만, 사용된 물질(예로, 니켈, 알루미늄, 구리, 강철) 때문에 니켈-수소(NiMH) 전지와 리튬 이온 전지에 대해서는 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 하우징에 적어도 하나의 셀과 밀봉이 형성된 하우징 벽을 통하여 통과된 접촉 부재를 가지는 개선된 전지 특히, 니켈-수소 전지 및 리튬이온 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전지에서 밀봉된 접촉 단자 부싱의 개선된 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 지지 표면은 상기 지지 표면에 바로 가까이 인접한 상기 하우징 벽에 제 1 용접부로써 투과성 레이저 용접(transmission laser-welded)되고, 상기 지지 표면과 상기 하우징 벽 사이에 접촉 면 위의 상기 접촉 부재 주위를 둘러싸는 용착 비드에 의한 제 2 용접부를 구비하며, 상기 두 개의 용접부 중 어느 하나는 적어도 부분적으로 상기 레이저 빔을 적어도 부분적으로 투과하고, 다른 용접부는 상기 레이저 광을 흡수하여 상기 지지 표면은 상기 레이저 빔이 다른 인접한 용접부를 통하여 통과함으로써 상기 하우징 벽에서 상기 지지 표면상에 레이저 빔 및 흡수에 의해 용접되는 일반적인 형태의 전지에 의한 본 발명에 따라 달성된다.
수직 관(vertical tubular)의 연결 및/또는 레이저 투과(laser-transparent)로 구성된 벽 부재 및/또는 레이저 흡수(laser-absorbent) 플라스틱에 대해 DE 199 16 786 A1로부터 기본적으로 알려진 상기 투과성 레이저 용접법으로, 상기 플라스틱 밀봉 부재와 가능한 적은 열이 도입된 하우징 벽 사이에 접촉이 없고(non-contacting), 착용이 자유로운(wear-free) 접합을 만드는 게 가능하다. 상기 투과성 레이저 용접법은 짧은 공정 시간이 요구되어 상대적으로 빠르다. 더욱이, 도구 사용(tooling) 비용이 낮기 때문에 상기 투과성 레이저 용접법은 제작하는 동안 높은 유연성을 제공한다.
일반적인 열-공구(hot-tool) 용접으로 만들어진 상기 용착 비드 대신 상기 지지 표면과 상기 하우징 벽 사이의 상기 접촉 면 상에 용착 비드에 의해 상기 하우징 벽에 상기 플라스틱 밀봉 부재의 지지 표면을 용접하는 것은 외부 가장자리에 사각(dead space)이 요구되지 않는 장점이 있고, 상기 플라스틱 밀봉 부재는 상기 투과성 레이저 용접법으로 상기 하우징 벽에 용접될 수 있다.
상기 플라스틱 밀봉 부재 주위에 원형 돌기를 갖는 것은 상기 접촉 부재와 돌기를 완벽하게 둘러싸기 위한 상기 플라스틱 밀봉 부재에 적합하다. 이것은 가스와 액체에 대한 밀봉이 매끄러운 접촉 부재의 압출 코팅을 이용할 때보다 나은 결과를 초래한다. 이러한 목적에 대해 양자 택일 또는 부가적으로, 상기 접촉 부재는 주위에 원형의 함몰부(depression)를 가지고, 상기 플라스틱 밀봉 부재는 상기 함몰부를 완전하게 충진한다. 상기 접촉 부재는 상기 돌기 및/또는 함몰의 영역에서 상기 접촉 부재 주위에 압출 코팅된다.
흡수력을 향상시키기 위해, 상기 플라스틱 밀봉 부재의 지지 표면 및/또는 상기 하우징 벽은 결합된 지지 표면 영역에서 첨가제 또는 충진재를 갖는다. 이러한 목적을 위해 양자택일 또는 부가적으로, 레이저 광을 흡수하는 컬러 층은 흡수력을 향상시키기 위해 상기 지지 표면 위 및/또는 상기 지지 표면 위에 직접 접경하는 상기 하우징 벽의 지지 표면 위에 제공될 수 있다.
상기 레이저 광은 레이저 광을 투과하는 상기 하우징 벽을 관통하여 통과할 때 레이저 광을 흡수할 수 있는(laser-light-absorbent) 상기 플라스틱 밀봉 부재의 지지 표면에 부분적으로 반사되고, 그 결과, 상기 지지 표면은 가열되어 상기 인접한 하우징 벽에 용접된다.
그러나, 상기 레이저 빔은 상기 하우징 벽 전체 표면을 가열하기 위해 상기 하우징 벽과 상기 플라스틱 밀봉 부재 사이의 경계 표면에 흡수될 수 있다.
상기 하우징 벽을 홀딩(holding)하기 위한 홈을 갖는 것은 상기 플라스틱 밀봉 부재에 대해 특히 적합하다. 상기 플라스틱 밀봉 부재는 상기 하우징 벽을 관통하여 간극의 영역에서 홈에 의해 액체-기밀법으로 상기 하우징 벽에 죄어질 수 있다. 상기 실시 예는 상기 중간 벽을 관통하여 하나의 셀에서 상기 인접한 셀까지 통과된 셀 커넥터에 특히 적합하다. 이 경우, 그것은 상기 하우징 벽에 용접된 홈에 전적으로 필요하지는 않는다. 상기 홈은 제작되는 동안 상기 투과성 레이저 용접법을 이용할 수 없는 영역에서 사용될 수 있다.
상기 접촉 부재는 상기 하우징 커버를 통해 밖으로 통과된 전극 볼트 또는 인접한 셀의 연결을 위한 전지 하우징에서 중간 벽을 통하여 통과된 셀 커넥터이다.
전지에 대한 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법은 다음과 같다.
- 상기 하우징 벽 위에 평평하게 놓일 수 있는 지지 표면을 갖는 상기 플라스틱 밀봉 부재로 상기 접촉 단자를 압출 코팅시키는 단계;
- 상기 하우징 벽에 상기 플라스틱 밀봉 부재의 지지 표면을 적용시키는 단계; 및
- 상기 적어도 부분적으로 투명한 하우징 벽을 통하여 상기 지지 표면을 때리는 레이저 빔에 의해 바로 가까이 인접한 하우징 벽에 상기 지지 표면을 투과성 레이저 용접시키는 단계를 포함하며, 상기 지지 표면은 투영되어 상기 접촉 부재 주위에 형성되고 상기 지지 표면과 상기 하우징 벽 사이의 접촉면 상에 놓인 용착 비드로 용접된다.
본 발명에 따라, 상기 플라스틱 밀봉 부재로 압출 코팅된 일반적인 접촉 단자 부싱에서, 상기 하우징 벽 위에 놓인 상기 플라스틱 밀봉 부재는 투과성 레이저 용접법에 의해 적절히 용접된다. 이 경우, 상기 레이저 광은 적어도 부분적으로 투명한 하우징 벽을 관통하여 광을 흡수하는 지지 표면까지 통과한다. 상기 지지 표면은 흡수 및 상기 레이저 광의 부분적 반사에 의해 가열되어 상기 지지 표면과 상기 하우징 벽 사이의 접촉 면 위에 인접한 하우징 벽에 용접된다.
상기 흡수력을 향상시키기 위해, 첨가제 또는 충진재는 상기 접촉 단자의 압출 코팅(extrusion coating) 전에 상기 플라스틱 재료 속에 도입될 수 있다. 그러나, 상기 흡수력을 향상시키기 위해서는 상기 지지 표면 및/또는 상기 지지 표면과 접촉되는 상기 하우징 벽의 표면까지 레이저 광을 흡수하는 컬러 층을 적용할 수 있다.
특히, 상기 투과성 레이저 용접법을 이용할 수 없는 곳에서는 액체-기밀법(liquid tight manner)으로 상기 하우징 벽 위에 상기 접촉 단자 부싱을 마운트(mount)하기 위해, 상기 플라스틱 밀봉 부재에 홈을 결합하고 상기 홈에 의해 상기 하우징 벽 위에 상기 플라스틱 밀봉 부재를 죄는 게 적당하다. 이때, 상기 홈의 영역에서는 더 이상 용접이 수행되지 않는다.
본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 이하의 문장에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 플라스틱 하우징과 상기 플라스틱 하우징 밖으로 통과된 전극 볼트로 이루어진 전지의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 전지의 상세 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전지 2 : 플라스틱 하우징
3a, 3b : 전극 볼트 4 : 하우징 커버
5 : 플라스틱 밀봉 부재 6 : 용착 비드
7 : 셀 커넥터 8a : 좌측 셀
8b : 우측 셀 9 : 중간 벽
10 : 홈 11 : 충전구
12 : 밸브구
도 1은 액체-기밀 및 가스-기밀 되도록 밀폐된 플라스틱 하우징(2)으로 이루어진 전지(1)를 나타내는 도면이다. 전극 볼트(3a, 3b)는 상기 전지(1)의 전기적 결합을 위해 통과된다. 상기 전극 볼트(3a, 3b)는 상기 플라스틱 하우징(2)의 하우징 커버(4)를 통하여 밖으로 통과된다. 상기 전극 볼트(3a, 3b)는 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)로 압출 코팅되고, 그 중 일부는 상기 하우징 커버(4)에 있는 홀을 통하여 밖으로 통과된다.
본 발명에 따르면, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 레이저 광에 대해 적어도 부분적으로 투명한 상기 하우징 커버(4)를 통하여 레이저 빔이 통과하는 투과성 레이저 용접법(transmission laser welding method)을 이용하여 상기 하우징 커버(4)에 용접된다. 상기 레이저 빔은 상기 하우징 커버(4) 위에 있는 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면을 때린다. 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면이 레이저 광을 흡수하면 열이 발생 되어 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면을 녹이고 상기 하우징 커버(4)에 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면을 용접한다. 이런 방법으로 만들어지는 용착 비드(6)는 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면과 상기 하우징 커버(4) 사이의 접촉 면에 위치하고, 전극 볼트(3a, 3b) 주위에 어떠한 이음 자리 없이 원형으로 형성된다. 이러한 용착 비드(6)를 만들기 위해, 상기 하우징 커버(4)는 클램핑 장치(clamping apparatus)에 의해 상기 플라스틱 밀봉 부재(5) 위에 눌려지고, 접촉은 투과성 레이저 용접 동안 상기 지지 표면과 상기 하우징 커버(4) 사이에 유지된다.
상기 접촉 면의 적당한 흡수를 유지하기 위해, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 지지 표면 위에 적당한 첨가제 또는 충진재를 갖는다. 그러나, 첨가제 또는 충진재를 갖는 것은 흡수 및 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)와 레이저 광을 흡수하는 컬러 층을 이용하는 잉크의 사용으로 인해 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면과 상기 하우징 벽, 이를 테면, 상기 하우징 커버(4) 사이에 접촉 면의 반사 특성을 증가시킨다.
도 2는 도 1에 도시된 전지(1)의 상세 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 액체-기밀 및 가스-기밀 전극 볼트(3)의 원둘레 주변에 압출 코팅된다. 이 경우, 주위의 홈(circumferential groove) 형성에 있어서 함몰부는 상기 전극 볼트(3)의 원 둘레 위에 제공되고, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)에 의해 완전하게 충진된다. 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 상기 하우징 커버(4)의 내부 면 위에 평평하게 놓인 지지 표면으로 플랜지(flange)를 갖는다. 상기 플랜지 영역에서, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 투과성 레이저 용접법을 이용하여 이음매가 없는 원형의 용착 비드(6)에 의해 상기 하우징 커버(4)에 결합된다. 이것 은 하우징 커버(4)를 관통하여 전극 볼트(3)에 대한 액체-기밀 및 가스-기밀 부싱을 확보한다.
도 2에 보여 진 바와 같이, 상기 셀 커넥터(7)는 좌측 셀(8a)과 우측 셀(8b)의 전기적인 결합을 위해 제공된다. 이러한 셀 커넥터(7)는 상기 셀 커넥터(7)를 위한 간극이 있는 중간 벽(9)을 통하여 통과된다. 상기 셀 커넥터(7)는 추가 함몰부 또는 홈이 제공되는 경우 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)로 압출 코팅되고, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)로 완벽하게 충진된다.
상기 홈(10)은 상기 중간 벽(9) 위에 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)를 쌓기 위해 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 측면 모서리와 아래쪽 모서리 위에 제공되어 액체-기밀 된다. 상기 홈(10)의 영역에서 용접을 위해 어떤 것도 필요하지 않다. 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 상기 투과성 레이저 용접법으로 단지 상기 하우징 커버(4)에서 지지 표면 위에 용접된다.
상기 셀 커넥터(7)는 하나 또는 그 이상의 부품으로 형성된다. 접촉은 스크류(screw), 리벳(rivet), 용접(weld), 클린치(clinch), 프레싱(pressing) 또는 베벨 밴드 결합(bevel-bend joining)으로 알려진 방법에서 분리할 수 있는 방법 또는 고정된 방법을 이용하여 셀 커넥터(7)를 만든다.
상기와 같이 접촉 부재는 상기 전극 볼트(3) 또는 셀 커넥터(7)이고, 하우징 벽은 상기 하우징 커버(4) 또는 중간 벽(9)이다.
충전구(filling opening)(11) 및 밸브구(valve opening)(12)는 상기 하우징 커버(4)에서 알려진 방법으로 제공된다. 이러한, 충전구(11) 및 밸브구(12)는 적절히 투과성 레이저 용접될 수 있다.

Claims (12)

  1. 하우징(2)에 적어도 하나의 셀(8a, 8b) 및 상기 적어도 하나의 셀(8a, 8b)에 전기적으로 접속되며 하우징 벽을 통하여 통과되는 접촉 부재를 구비하며, 상기 접촉 부재 각각은 플라스틱 밀봉 부재(5)로 압출 코팅되고, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5) 각각은 상기 하우징 벽 위에 평평하게 놓인 지지 표면을 갖는 전지(1)에 있어서,
    상기 지지 표면은 상기 지지 표면에 바로 가까이 인접한 상기 하우징 벽에 제 1 용접부로써 투과성 레이저 용접되고, 상기 지지 표면과 상기 하우징 벽 사이에 상기 접촉 면 위의 상기 접촉 부재 주위를 둘러싸고 있는 용착 비드에 의한 제 2 용접부를 구비하며, 상기 두 개의 용접부 중 어느 하나는 상기 레이저 빔을 적어도 부분적으로 투과하고, 다른 용접부는 상기 레이저 광을 흡수하여, 상기 지지 표면은 상기 레이저 빔이 다른 인접한 용접부를 통하여 통과함으로써 상기 하우징 벽에서 상기 지지 표면상에 레이저 빔 및 흡수에 의해 용접되는 것을 특징으로 하는 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는 주위에 원형 돌기를 가지고, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 상기 돌기를 완전하게 둘러싸는 것을 특징으로 하는 전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는 주위에 원형의 함몰부를 가지며, 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)는 상기 함몰부를 완전하게 충진하는 것을 특징으로 하는 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 밀봉 부재(5) 또는 상기 하우징 벽의 적어도 하나의 지지 표면은 흡수력을 향상시키기 위해 결합된 지지 표면 영역에 첨가제 또는 충진재를 갖는 것을 특징으로 하는 전지(1).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 표면 또는 상기 지지 표면 위에 직접적으로 접촉하는 상기 하우징 벽의 표면의 적어도 하나는 흡수력을 향상시키기 위해 레이저 광을 흡수하는 컬러 층을 갖는 것을 특징으로 하는 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는 하우징 벽을 홀딩하기 위한 홈을 가지고, 상기 접촉 부재는 상기 하우징 벽을 관통하는 각 간극의 영역에서 상기 홈에 의해 액체-기밀법으로 상기 하우징 벽에 죄어지는 것을 특징으로 하는 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는 전극 볼트(3) 또는 셀 커넥터(7)이고, 상기 하우징 벽은 하우징 커버(4) 또는 중간 벽(9)인 것을 특징으로 하는 전지.
  8. 적어도 하나의 셀(8a, 8b)에 전기적으로 접속되고, 하우징 벽을 통하여 통과된 접촉 부재를 갖는 전지(1)의 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법에 있어서,
    - 상기 하우징 벽에 평평하게 놓일 수 있는 지지 표면을 갖는 플라스틱 밀봉 부재(5)로 상기 접촉 부재를 압출 코팅시키는 단계;
    - 상기 하우징 벽에 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 지지 표면을 적용시키는 단계;
    - 상기 적어도 부분적으로 투명한 하우징 벽을 통하여 상기 지지 표면을 때리는 레이저 빔에 의해 바로 가까이 인접한 하우징 벽에 상기 지지 표면을 투과성 레이저 용접시키는 단계를 포함하며, 상기 지지 표면은 투영되어 상기 접촉 부재 주위에 형성되고 상기 지지 표면과 상기 하우징 벽 사이의 접촉면 상에 놓인 용착 비드로 용접되는 것을 특징으로 하는 전지의 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    흡수력을 향상시키기 위해 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 플라스틱 재료에 첨가제 또는 충진재를 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    흡수력을 향상시키기 위해 상기 지지 표면 또는 상기 지지 표면과 접촉되는 상기 하우징 벽의 표면의 적어도 하나에 레이저 광을 흡수하는 컬러 층을 적용시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징 벽을 지지하기 위해 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)에 홈을 도입하고, 상기 하우징 벽을 통해 간극의 영역에서 상기 홈에 의해 상기 하우징 벽에 상기 플라스틱 밀봉 부재(5)의 액체-기밀 죄임 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 접촉 부재는 전극 볼트(3) 또는 셀 커넥터(7)이고, 상기 하우징 벽은 하우징 커버(4) 또는 중간 벽(9)인 것을 특징으로 하는 전지의 밀봉된 접촉 단자 부싱의 제조 방법.
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