KR20120007263A - 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부싱의 부싱상부 높이와 안착부 폭을 크게 하여 터미널의 주조에 의한 성형 시간을 단축하고 금형을 안정되게 고정하며 케이스의 열화를 방지하고 배터리의 수명이 종료될 때까지 누액을 차단하는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 극주, 부싱, 터미널, 케이스를 포함하는 배터리의 터미널 시스템에 있어서 부싱은, 중앙 내부에 관통홀을 형성하는 부싱상부와, 부싱상부의 하단 외주연에 환형으로 형성되고 부싱상부의 하단 밑에서부터 상단 끝까지의 전체 높이 값에 80 % 내지 120 % 범위의 값을 외주연으로부터 환형끝단까지의 폭 값으로 하는 안착부 및 안착부의 하단에 구비되고 부싱상부의 관통홀을 연장 형성하며 결합부의 하단에 환형으로 형성되는 하나 이상의 고정부를 구비하는 부싱하부를 포함하여 이루어지는 특징에 의하여 용융상태의 터미널 납 용액으로부터 발산하는 열이 케이스에 전달되지 않도록 차단하므로 부싱과 케이스와의 결합력을 유지하여 전해액이 누액되지 않고, 부싱의 높이를 최적으로 높이므로 터미널의 주조 성형시간을 단축하고 생산성을 높이며, 안착부 폭을 크게 하여 주조 성형용 금형을 안전하게 안착시키므로 터미널 성형의 불량률을 줄이고, 성형이 완성된 터미널의 후가공에 의한 표면처리 과정에서 토치로부터 인가되는 용접 열을 차단하여 케이스를 연화 및 열화로부터 보호하며, 하나 이상의 결합부를 형성하여 케이스와의 결합력을 높이고 차단홈, 모따기부를 형성하여 누액의 발생을 차단하며 안착부를 돌출 형성하여 케이스와 터미널의 구분을 명확하게 하는 효과가 있다.

Description

배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법{A battery terminal system and manufacturing method thereof}

본 발명은 차량용 배터리에서 전류를 입출력하는 터미널 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 터미널용 부싱의 부싱상부 높이와 안착부 폭을 크게 하여 터미널의 주조에 의한 성형 시간을 단축하고 금형을 안정되게 안착하며 케이스의 연화를 방지하고 배터리의 수명이 종료될 때까지 누액을 차단하는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.

배터리(battery)는 충전(charging)된 전류를 방전(discharge)에 의하여 공급하고 방전이 진행됨에 따라 내부에서 전압강하(voltage drop)가 발생하며 내부전압이 설정된 최저 전압이 될 때까지 방전하고, 허용된 최저 전압이 되기 전에 다시 충전하며 다시 방전에 의하여 전류를 공급하는 과정을 허용된 횟수 동안 반복하므로 반복 재사용이 가능한 이차전지(secondary battery) 또는 축전지(이하, ‘배터리’라 한다.)라고 한다.

배터리는 양극과 음극 및 전해질로 사용되는 재료에 의하여 다양한 종류로 분류되고 납과 황산을 사용하는 납 배터리가 가장 일반적이다.

납 배터리는 크게 양극판, 양극 극주, 음극판, 음극 극주, 격리판, 케이스, 양극과 음극 터미널 및 전해액을 포함하는 구성이다.

양극판은 이산화납과 묽은 황산으로 반죽하여 만든 페이스트를 납판에 도포하여 판 형태로 성형하고 건조시켜 제조된 것으로 결정성 미립자의 집합체이고 다공성이므로 전해액의 확산 침투가 양호하지만 결합력이 약하며, 오래 사용함에 따라 극판에서 조금씩 떨어져 나가므로 성능이 계속 저하된다.

양극 극주는 다수의 양극판을 주물 금형을 이용하여 물리적으로 연결하고 전기적으로 접속한 것이며 양극판과 동일한 재질로 이루어지고 입출력 단자의 양극이 되며 최대 출력전류의 용량에 비례하여 굵기가 굵어진다.

음극판은 납 분말을 묽은 황산으로 반죽하여 만든 페이스트를 납판에 도포하고 판 형태로 성형하며 건조시켜 다공성이고 화학 반응이 잘 이루어지는 해면상 납으로 제조한 것으로 양극판 보다 강한 결합력을 보이고, 오래 사용함에 따라 다공성이 점차 상실되어 용량이 계속 저하한다.

양극판이 음극판 보다 화학적 활성도가 높으므로 단위 전압을 출력하는 셀 단위로 음극판을 양극판보다 1 장 더 많게 구성하여 화학적 평형을 유지하는 것이 일반적이다.

음극 극주는 다수의 음극판을 물리적으로 연결하여 전기적으로 접속한 것이고 음극판과 동일한 재질로 이루어지며 입출력 단자의 음극이 되고 최대 출력전류의 용량에 비례하여 굵기가 굵어진다.

격리판은 두께가 2 mm 정도의 부도체로 양극판과 음극판 사이에 설치되어 극판이 단락하는 것을 방지하는 정도의 기계적 강도가 있어야 한다.

격리판은 과산화납의 탈락(또는 부식)을 방지하고 전해액의 확산이 잘 이루어지도록 하기 위하여 홈이 있는 면을 양극판 쪽이 되도록 설치하며 비전도성이고, 전해액의 확산이 잘 되며 극판에 좋지 않은 물질을 내뿜지 않고 전해액의 확산을 위하여 다공성이며 부식되지 않는 재질이고 일례로, 강화 섬유, 다공성 고무, 합성 섬유, 합성수지, 유리섬유 매트 등을 사용할 수 있다.

케이스는 합성수지류 또는 에보나이트로 이루어지고, 충격과 내산성이 크며 음극판, 양극판, 격리판을 각각 다수 구비하고 전해액을 포함하여 하나의 셀 단위로 구분하고 다수의 셀로 구성된다.

터미널은 단자 또는 포스트(이하, ‘터미널’이라고 한다.)라고 하며 음극 극주에 성형되는 음극(-) 터미널과 양극 극주에 성형되는 양극(+) 터미널이 있고, 황동, 스테인리스 등이 사용될 수 있으나 합금납으로 이루어지는 것이 일반적이다.

용량이 큰 대형 납 배터리의 터미널은 극주 위에 주조(casting)와 냉간 단조 방식 중에서 어느 하나의 방식으로 성형한다.

차량용 배터리의 터미널은 극주, 부싱, 터미널 및 케이스를 포함하여 터미널 시스템을 구성한다.

터미널 시스템의 부싱(bushing)에 관련된 선행기술로 국내 특허등록 제10-0879532호(2009. 01. 13.)에 의한 ‘배터리용 터미널’이 있다.

도 1 은 종래 기술의 일 실시 예에 의한 차량용 배터리의 부싱에 대한 구성 상태 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 종래 기술에 의한 부싱(C)은 내부 중앙에 관통된 중공(11)을 형성하고, 몸체(10), 돌기부로 구성된다.

돌기부는 환형으로 돌출 형성되어 인서트 사출로 배터리의 케이스에 결합되는 것으로 밑봉돌기(20)와 토크저항돌기(30)를 포함한다.

밑봉돌기(20)는 배터리 케이스와의 결합력을 높이면서 전해액이 누설되는 것을 방지한다.

토크저항돌기(30)는 다수의 요철을 형성하여 외부로부터 터미널에 인가되는 회전력에 강하게 저항한다.

그러나 차량용 터미널은 KS C 8504 규격이 정하는 기준에 의하여 17 mm 의 높이를 유지하여야 하므로 부싱(C)에 성형작업을 부가하여 터미널을 완성한다.

터미널의 성형작업에 의하여 터미널을 완성하는 방식에는 냉간단조방식과 주조(casting)방식이 있다.

터미널을 냉간단조 방식으로 성형하는 경우 부싱(c) 주위에 추가 성형되는 부분의 두께가 얇게 되어 크랙(crack)이 발생할 수 있으며 특히, 대용량 배터리의 경우 부싱의 직경이 더 커지므로 추가되는 부분의 두께는 더욱 얇아지고 결합력이 약해져 불량률이 높으며 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

냉간단조 방식에서의 문제를 일부 해결하기 위하여 주조방식을 사용할 수 있으며, 이러한 경우에는 용융상태의 납의 용액으로부터 발생되는 열에 의하여 부싱과 케이스의 결합력이 약해지고 약해진 결합력에 의하여 미세한 틈이 형성되며 틈을 통하여 배터리의 전해액이 외부로 누출되는 문제가 있다.

또한, 터미널을 성형하는 과정에서 발생된 열의 세기가 큰 경우 배터리 케이스를 연화 또는 열화시켜 수명을 단축하는 문제가 있다.

따라서 주조방식으로 차량용 배터리의 터미널을 성형하는데 있어서, 부싱과 케이스와의 결합력을 높이고 전해액의 누액을 차단하며 특히, 성형과정에서 발생하는 열이 케이스에 전달되지 않도록 하는 기술을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 종래 기술에 의한 문제점 및 필요성을 해소하기 위한 것으로 인서트 사출된 부싱에 주조 방식으로 터미널을 성형하는데 있어서, 주조 과정에서 용융된 터미널용 금속 용액의 열이 케이스에 전달되지 않도록 차단하는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 배터리 터미널의 주조 성형 시간을 단축시켜 생산성을 높이는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

한편, 본 발명은 배터리의 터미널을 주조 성형하는 금형을 안전하게 안착시켜 터미널의 성형 불량률을 줄이므로 생산성을 높이는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 주조 성형이 완료된 배터리의 터미널을 토치를 이용하여 열로 후가공하므로 표면처리하는 과정에서 토치의 용접 열이 케이스에 전달되지 않도록 차단하는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

그리고 본 발명은 터미널과 케이스 사이의 결합력을 높이므로 외력에 의하여 회전되거나 전해액이 누액되지 않도록 차단하는 배터리 터미널 시스템 및 그 제조방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 극주, 부싱, 터미널, 케이스를 포함하는 배터리의 터미널 시스템에 있어서 부싱은, 중앙 내부에 관통홀을 형성하는 부싱상부와, 부싱상부의 하단 외주연에 환형으로 형성되고 부싱상부의 하단 밑의 외주연에서부터 부싱상부의 상단 끝의 외주연까지의 전체 높이 값에 80 % 내지 120 % 범위의 값을 외주연으로부터 환형 끝단까지의 폭 값으로 하는 안착부 및 안착부의 하단에 구비되고 부싱상부의 관통홀을 연장 형성하며 결합부의 하단에 환형으로 형성되는 하나 이상의 고정부를 구비하는 부싱하부를 포함하여 이루어지는 배터리 터미널 시스템을 제시한다.

바람직하게, 부싱하부에 환형으로 돌출하여 형성되나 환형의 직경이 안착부의 직경보다 작고 그 외주연에 다수의 요철을 형성한 하나 이상의 결합부를 더 포함하여 이루어진다.

그리고 하나 이상의 결합부는 그 사이에 배터리 전해액의 누출을 차단하는 차단홈을 구비하여 이루어진다.

여기서 케이스는, 안착부의 하단 이하를 인서트 사출하여 안착부가 케이스의 상단 표면으로부터 상부로 돌출되게 함으로써 단턱부를 형성하는 구성으로 이루어진다.

또한, 부싱상부의 높이는 안착부 위에 형성된 터미널 전체 높이의 50 내지 60 % 범위의 값으로 이루어진다.

한편, 부싱하부는 관통홀의 개방된 일측단에 모따기부를 형성하는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 극주, 부싱, 터미널, 케이스를 포함하는 배터리의 터미널 시스템 제조방법에 있어서, 부싱의 안착부 하단과 부싱하부, 결합부, 차단홈, 고정부, 모따기부를 함입하여 배터리의 케이스에 인서트 사출하는 단계와, 부싱의 중앙 내부에 형성된 관통홀에 배터리의 극주를 삽입하는 단계와, 극주가 삽입된 부싱의 안착부 상단에 주조 금형을 안착하고 부싱상부의 외주연과 상측 단면에 합금납 용액을 주입하여 터미널을 성형하는 단계 및 주조 금형을 제거한 터미널의 외주연을 토치로 후가공하여 표면처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 배터리 터미널 시스템의 제조방법을 제시한다.

바람직하게, 사출하는 단계는 부싱하부의 내부 중앙에 형성된 관통홀에서 모따기부가 함입되도록 일직선으로 연장하여 인서트 사출하고, 후가공하는 단계는 성형된 터미널의 표면을 토치 열로 녹여 표면처리 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 부싱에 일정한 폭과 두께의 고정턱을 형성하여 용융상태의 터미널 납 용액으로부터 발산하는 열이 케이스에 전달되지 않도록 차단하므로 부싱과 케이스와의 결합력을 유지하여 전해액이 누액되지 않는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 부싱의 높이를 최적으로 높이므로 터미널의 주조 성형시간을 단축하고 생산성을 높이는 사용상 편리한 효과가 있다.

한편, 상기와 같은 구성의 본 발명은 부싱의 안착부 폭을 크게 하여 주조 성형용 금형을 안전하게 안착시키므로 터미널 성형의 불량률을 줄이는 사용상 편리한 효과가 있다.

그리고 상기와 같은 구성의 본 발명은 부싱의 안착부 폭을 크게 하여 성형이 완성된 터미널의 후가공에 의한 표면처리 과정에서 토치로부터 인가되는 용접 열을 차단하여 케이스를 연화 및 열화로부터 보호하는 산업적 이용효과가 있다.

무엇보다 상기와 같은 구성의 본 발명은 부싱에 하나 이상의 결합부를 형성하여 케이스와의 결합력을 높이고 차단홈, 모따기부를 형성하여 누액의 발생을 차단하며 안착부를 돌출 형성하여 케이스와 터미널의 구분을 명확하게 하는 사용상 편리한 효과가 있다.

도 1 은 종래 기술의 일 실시 예에 의한 차량용 배터리의 부싱에 대한 구성 상태 도시도,
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 부싱의 정면도와 평면도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 대용량 배터리의 부싱이 케이스에 인서트 사출된 상태에서 극주를 제공하는 상태 도시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 극주가 제공된 부싱에 금형을 이용하여 터미널을 주조 성형하는 상태 도시도,
그리고
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 성형이 완료된 터미널 시스템의 표면처리를 위하여 토치로 후가공하는 상태 도시도 이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 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. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명과 도면 도시는 생략한다.

인서트(insert) 사출은 합성수지류를 원재료로 하고 사출금형으로 사출하는데 있어서 다른 물체를 함입 상태로 함께 사출하는 방식이다.

부싱(bushing)은 전기에서 배선을 위한 관을 표현하고 기계에서는 베어링의 일종으로 사용되는 것으로 본 발명에서는 배터리의 극주가 삽입되고 배터리 터미널의 기초가 되는 것을 부싱이라고 한다.

배터리는 반복 재사용이 가능하므로 이(2)차 전지라 하고, 사용되는 전해질 및 양극(+)과 음극(-)으로 사용되는 재료에 의하여 일례로 납(PbO2-Pb), 니켈수소(Ni-MH), 니켈카드늄(Ni-Cd), 리튬이온(LIB), 리튬폴리머(LPB), 리튬이온폴리머(LIPB), 니켈철(NiOOH-Fe), 니켈아연(NiOOH-Zn), 산화은-아연(AgO-Zn), 산화은-카드늄(AgO-Cd), 나트륨-황, 나트륨-금속염화물(FeCl2-Na), 아연-염소(Br2-Zn), 아연-브롬(Be2-Zn), 알루미늄-공기(O2-Al), 니켈-수소(NiOOH-H2), 리튬 2차(고분자-Li) 배터리 등으로 호칭된다.

배터리에서 대용량의 분류 기준은 시간당 6 암페어(A)의 전류를 20 시간(HR) 동안 흘릴 수 있는 120AH/20HR 이상의 용량부터 포함된다.

한국의 기술표준원에서 KS C 8504 로 정하는 차량용 배터리의 대한민국 표준규격에 의하면 대용량의 양극 터미널은 높이 17.5 +- 0.3 mm, 하부외경의 길이는 19.5 mm, 기울기를 표시하는 테이퍼는 1/9 +- 0.01 범위를 만족하여야 한다.

음극 터미널의 경우는 높이 16.0 +- 0.3 mm, 하부외경의 길이는 17.9 mm, 테이퍼는 1/9 +- 0.01 로 규격화되어 있다.

이하의 설명에서는 양극 터미널을 기준으로 설명하기로 한다.

극주는 양극(+) 극주와 음극(-) 극주가 있으며, 양극 극주는 배터리에 내장된 다수의 양극판을 물리적으로 연결하여 전기적으로 접속한 것이고, 음극 극주는 다수의 음극판을 물리적으로 연결하여 전기적으로 접속한 것이다.

배터리의 용량이 커짐에 따라 음극 및 양극의 극판에 연결된 극주는 흐르는 전류에 비례하여 굵어야 하고, 표준규격에 의한 터미널을 성형하는 경우, 극주 위에 덧대어지는 터미널의 두께가 얇아지므로 완성된 터미널이 용이하게 파손되는 문제가 있다.

배터리의 터미널은 합금납을 사용하는 것이 일반적이며 순수한 납의 용융 온도는 섭씨 327 도이고, 합금납의 용융 온도는 섭씨 450 도 전후이다.

합금납은 용융 온도 450 도를 기준으로 이하의 온도에서 녹는 납은 연(soft) 납이고, 이상의 온도에서 녹는 납은 경(hard) 납으로 구분한다.

배터리의 케이스는 합성수지 종류의 폴리프로필렌(PP)으로 이루어지는 것이 일반적이고 폴리프로필렌의 용융온도는 혼합된 물질에 따라 차이가 있으나 섭씨 160 도 내지 290 도 범위에서 용융된다.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 부싱의 정면도와 평면도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 부싱(1000)은 부싱상부(110), 안착부(120), 결합부(130, 135), 차단홈(140), 부싱하부(150), 고정부(160, 165)를 포함하는 구성이다.

배터리의 터미널 시스템은 극주와 부싱(1000)과 터미널 및 케이스를 포함하여 이루어지고, 부싱(1000)은 인서트 사출에 의하여 케이스에 함입 사출되므로 결합되고 고정된다.

부싱상부(110)는 KS C 8504 규격에서 정하는 대용량 터미널 높이인 17 mm 의 50 % 내지 60 % 범위의 값에 해당하는 높이로 이루어지고, 중앙 내부에는 일직선으로 관통된 관통홀(115)을 구비한 원통형상이다.

여기서 부싱상부(110)의 높이는 10 mm 로 형성하고, 두께는 관통홀(115)에 삽입되는 극주의 직경에 적합하게 가변하는 것이 바람직하다.

부싱상부(110)의 높이를 10 mm 로 형성하는 것은 터미널(6000)을 KS C 8504 규격에 의한 17 mm 높이로 성형하기 위하여 합금납 용액을 약 7 mm 만 더 높게 주입하여 성형하면 되고, 그러므로 주조시간을 단축하여 생산성을 높이는 장점이 있다.

이때, 부싱상부(110)의 높이가 너무 높으면 터미널(6000)을 성형하기 위하여 주입할 합금납 용액의 용량이 적어지므로 생산성은 증가한다.

그러나 주조 성형된 터미널(6000)과 부싱상부(110) 및 극주(3000)와의 용착이 잘 이루어지지 않아 서로 분리되는 불량발생률이 증가하므로 생산성은 오히려 떨어진다.

부싱상부(110)의 높이를 터미널(6000) 전체 높이의 50 % 내지 60% 범위로 성형하는 경우 용융된 합금납 용액과 융착이 잘 이루어지는 것으로 확인되었다.

여기서 극주(3000)는 부싱상부(110)의 끝단까지 형성되는 것으로 설명한다.

실험에 의하여 전체 17 mm 의 높이 중에서 극주를 포함하는 부싱상부(110)를 10 mm 높이로 하고, 나머지 부분을 용융된 합금납 용액으로 주입하는 경우에도 융착이 잘 이루어지며 성형된 상태에서 불량 발생률이 적고 사용 중에 터미널이 분리되지 않는 것으로 확인하였다.

안착부(120)는 부싱상부(110)의 외주연에 도넛(doughnut) 모양의 환형으로 돌설 부착한다.

부싱상부(110)의 하단 밑에서부터 상단 끝까지의 높이 값에 80 % 내지 120 % 범위의 값을 부싱상부(110)의 외주연으로부터 돌설된 안착부(120) 환형의 폭 값으로 한다.

바람직하게는 부싱상부(110)의 높이 값을 폭 값으로 한다.

부싱상부(110)는 주조용 금형 또는 용접용 금형(이하, ‘금형’이라 한다.)을 이용하고 용융된 합금납을 주입하여 주조 성형하는 터미널(6000)의 기초가 되는 부분이다.

즉, 기초가 되는 부싱상부(110)의 상측에 터미널을 주조하여 용착하므로 하나로 접합되도록 성형한다.

터미널은 KS C 8504 규격에서 정하는 바에 의하면 대용량의 경우 하단 외경의 지름이 6.2 mm 이고 외경의 둘레 길이가 19.5 mm 이어야 하며, 1/9 테이퍼를 형성하여야 한다.

그러므로 부싱상부(110)의 외주연을 감싸는 금형을 안착부(120)에 안치하고 금형에 용융된 합금납을 KS C 8504 규격에서 정하는 높이가 되도록 주입한 후 냉각시켜 터미널의 성형을 완료한다.

이때, 금형의 안치를 용이하게 하고 용융된 합금납의 열이 케이스를 형성하는 합성수지에 전달되지 않도록 하기 위하여 안착부(120)는 도넛 모양과 같은 환형형상을 하며 폭은 가능한 넓고, 두께는 가능한 두껍게 하는 것이 바람직하다.

그러나 안착부(120)의 폭과 두께의 값을 너무 크게 하면 비효율적이며 오히려 불량발생률이 증가하여 생산성이 떨어진다.

본 발명에서는 부싱상부(110)의 높이 값에 80 % 내지 120 % 범위의 값을 안착부의 폭 값으로 하고, 부싱상부(110)의 평균 두께를 안착부(120)의 평균 두께로 한다.

부싱상부(110)의 높이 값을 안착부(120)의 폭 값으로 결정하는 것이 바람직한 것으로 확인하였다.

또한, 안착부(120)는 터미널의 주조 성형이 완성된 상태에서 후가공으로 터미널을 표면처리하는 토치의 불길을 차단하므로 합성수지로 이루어지는 케이스를 열화로부터 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다.

그리고 안착부(120)는 사출금형에 의하여 배터리의 케이스에 인서트 사출하는 경우, 사출금형으로부터 인가되는 압력에 의하여 부싱(1000)이 변형되지 않도록 하고, 터미널과 케이스를 분리하는 단턱부를 형성하게 한다.

결합부(130, 135)는 제 1 결합부(130)와 제 2 결합부(135)를 포함하여 이루어지고 안착부(120)의 하단에 인접한 상태로 구비되며 다수의 요부와 철부를 포함한다.

여기서 결합부(130, 135)의 철부는 돌기부(131)를 형성하고 요부는 홈부(132)를 형성하여 합성수지로 이루어지는 케이스에 함입되며 결합력을 높인 상태로 고정된다.

그러므로 부싱(1000)이 케이스와 견고하게 결합하고 회전 외력이 인가되는 경우에도 회전하지 않고 고정된 상태를 견고하게 유지한다.

본 발명의 설명에서 제 1 및 제 2 결합부(130, 135)를 구성하는 것으로 설명하였으나 필요에 의하여 제 3 또는 제 4 결합부를 더 구성할 수 있음은 명확하다.

차단홈(140)은 제 1 및 제 2 결합부(130, 135)의 사이에 형성되고, 배터리의 전해액이 틈새로 유출되거나 외부로부터 이물질 용액이 유입되지 못하도록 차단한다.

즉, 결합부(130, 135)는 부싱(1000)에 인가되는 외부의 회전력에 대한 저항력을 높이기 위한 것이므로 성형이 완성된 터미널의 지름보다 크게 형성하고 안착부(120)의 지름보다는 작게 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 제 1 결합부(130) 및 제 2 결합부(135)는 인접한 상태로 형성하고 그 사이에 차단홈(140)을 형성하여 내부의 전해액이 외부로 누출(누액)되거나 외부에서 액체, 기체 등이 유입되는 것을 차단하기에 적합하도록 하는 것이 바람직하다.

부싱하부(150)는 부싱상부(110)의 하단에 구비하고 내부 중심에는 관통홀(115)이 직선으로 연장되어 형성된다.

이때, 부싱하부(150)의 관통홀(115) 끝단에는 모따기부(155)를 형성하고, 모따기부(155)는 1/8 테이퍼(taper)로 형성하는 것이 바람직하다.

모따기부(155)는 배터리의 수명이 다할 때까지 전해액에 의한 용액 또는 기체 등이 외부로 누출되지 못하도록 차단한다.

여기서 부싱상부(110)와 부싱하부(150)와의 사이에 제 1 및 제 2 결합부(130, 135)를 형성한다.

고정부(160, 165)는 부싱하부(150)의 외주연에 환형으로 형성되는 것으로 제 1 고정부(160)와 제 2 고정부(165)를 포함하는 구성이며, 필요에 의하여 추가로 제 3 또는 제 4 고정부를 더 구성할 수 있다.

고정부(160, 165)는 부싱(1000)이 외력에 의하여 함입된 케이스로부터 분리되어 이탈되지 않도록 하는 것으로, 다수인 경우 서로 균일한 간격을 유지하도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 대용량 배터리의 부싱이 케이스에 인서트 사출된 상태에서 극주를 제공하는 상태 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 합성수지로 이루어지는 배터리의 케이스(2000)에 전극으로 사용할 기초가 되는 부싱(1000)을 함입상태로 인서트 사출한 상태가 도시되어 있다.

부싱(1000)의 안착부(120) 하단에는 단턱부(210)가 사출로 형성된다.

단턱부(210)는 터미널과 케이스(2000)를 구분하도록 하는 동시에 액체로 이루어지는 이물질이 배터리의 내부로 유입되지 못하도록 한다.

극주(3000)는 다수의 극판(310)을 연결한 것이고, 부싱(1000)의 모따기부(155)가 형성된 관통홀(115)의 하단으로부터 삽입되어 상단의 끝 부분까지 도달하는 길이로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서 부싱(1000)의 관통홀(115)이 직선으로 연장되는 상태가 되도록 케이스(2000)를 구성하는 합성수지를 사출하므로 1/8 테이퍼를 형성한 모따기부(155)는 케이스(2000)의 사출물에 함입되는 상태가 된다.

모따기부(155)는 배터리의 수명이 다할 때까지 전해액이 외부로 유출되지 않도록 차단하므로 배터리의 수명을 연장하는 장점이 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 극주가 제공된 부싱에 금형을 이용하여 터미널을 주조 성형하는 상태 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 극주(3000)가 제공된 부싱(1000)의 안착부(120)에 금형(4000)을 안착하고 합금 납 용액(5000)을 주입하여 터미널(6000)의 형상으로 주조한다.

차량용 배터리에서 사용되는 부싱(1000), 극주(3000)와 주입하는 납 용액(5000)의 경우에도 모두 합금납을 사용하므로 용융상태에서는 섭씨 450 도 범위를 유지하는 것이 일반적이다.

합금 납 용액(5000)으로부터 발생된 열은 부싱(1000) 및 극주(3000)의 해당 표면과 접촉하고 접촉된 표면을 녹인 상태에서 융착하므로 서로 부착되며, 융착된 상태를 냉각하므로 터미널(6000)의 성형이 완료된다.

여기서 합금 납 용액(5000)의 냉각되기 전까지 포함하는 열이 케이스에 전달되는 경우, 케이스가 연화되어 약해지므로 부싱과 케이스의 결합상태가 느슨하게 될 수 있다.

이때, 안착부(120)가 열의 전달을 차단(protect), 지연(delay) 또는 감쇄(attenuation) 시킬 수 있고 그러기 위하여 일정한 폭과 두께를 형성하는 것이 바람직하지만, 폭이 너무 넓고 두께가 두꺼운 경우, 비효율적이며 불량률을 높이므로 최적의 값을 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 환형을 하는 안착부(120)의 폭 값을 부싱상부(110)의 외주연으로부터 부싱상부(110)의 높이 값에 80 % 내지 120 % 범위의 값으로 결정하고 바람직하게는 부싱상부(110)의 높이 값과 동일하게 형성한다.

또한, 안착부(120)의 두께는 부싱상부(110)의 평균 두께 값과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 안착부(120)에 의하여 합금 납 용액(5000)의 열기가 케이스(2000)에 전달되지 않도록 하여 부싱(1000)과 케이스(2000)와의 결합상태를 견고하게 유지하는 장점이 있다.

또한, 단턱부(210)에 의하여 형성된 간격은 납 용액(5000)의 열기 전달을 더욱 지연 또는 감쇄하는 장점이 있다.

도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 성형이 완료된 터미널 시스템의 표면처리를 위하여 토치로 후가공하는 상태 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 납 용액을 이용하여 부싱(1000)과 극주(3000)에 용착하도록 주조하고 냉각하여 성형이 완료된 터미널(6000)의 표면은 정밀하게 표면 처리된 금형(4000)을 사용하는 경우에도 성형된 터미널의 일부 표면은 거칠 수 있다.

특히, 성형이 완료된 터미널(6000)의 상단은 납 용액(5000)의 온도, 주변온도, 주입 속도 등과 같은 환경에 의하여 표면 형상이 균일하지 않을 수 있으며 금형(4000)의 상태에 따라 측면에 틈새가 있을 수 있고, 이러한 틈새로 납 용액(5000)이 누출되며 식은 상태에서 부분적으로 날카롭거나 모진 부분이 성형 될 수 있다.

이러한 터미널(6000)의 표면을 후가공하여 자연스러운 상태로 매끄럽게 표면 처리하기 위하여 가스를 연료로 이용하는 토치(7000)를 사용하며, 토치(7000)로부터 발생된 용접 불꽃의 열에 의하여 합금납으로 이루어지는 터미널의 전체 표면이 약간 녹으면서 다시 냉각되므로 후가공에 의하여 자연스러운 외관으로 표면 처리된 터미널 시스템(8000)이 최종적으로 완성된다.

토치(7000)로부터 발생된 용접 불꽃의 열기는 터미널(6000) 주변의 케이스(2000)에 전달되고 케이스(2000)를 부분적으로 열화 또는 연화시키므로 케이스(2000)와 터미널(6000)의 결합력을 약하게 하여 누액 발생 등의 원인이 될 수 있다.

여기서 터미널(6000)은 부싱(1000)과 극주(3000)를 포함하는 의미로 사용한다.

이때, 안착부(120)는 토치(7000)로부터 발생된 용접 열의 전달을 차단, 지연, 감쇄하므로 케이스(2000)가 연화되거나 열화 되는 불량이 발생하지 않는다.

또한, 단턱부(210)에 의하여 형성된 간격은 토치(7000)의 용접 열이 전달되는 것을 더욱 지연 또는 감쇄하는 장점이 있다.

그러므로 본 발명은 부싱(1000)과 극주(3000)와의 용착을 위하여 주입되는 납 용액(5000)으로부터 발생된 열과 터미널(6000)을 후가공으로 표면처리하는 과정에서 토치(7000)로부터 발생된 용접 열이 안착부(120)에 의하여 지연되고 감쇄된 상태로 케이스(2000)에 전달되므로 케이스(2000)가 연화되거나 열화되지 않는 동시에 터미널(6000)과 케이스(2000)와의 결합력이 약해지지 않는 장점이 있다.

또한, 안착부(120)의 충분한 폭에 의하여 금형(4000)이 안정되게 안착하므로 주조에 의한 터미널(6000)의 성형을 용이하게 하는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 배터리 터미널 시스템의 제조방법을 상세히 설명하면, 본 발명에 의하여 제공되는 부싱을 사출금형을 이용하여 합성수지로 이루어지는 케이스에 함입된 상태로 인서트 사출한다(a).

케이스에 함입 상태로 인서트 사출되고 성형된 부싱의 중앙에는 관통홀이 형성되어 있고, 함입되는 부분에는 하나 이상의 결합부, 차단홈, 부싱하부, 하나 이상의 고정부 및 모따기부가 포함되며, 관통홀은 직선으로 연장된 상태가 유지된다.

하나 이상의 결합부가 케이스에 함입된 상태로 인서트 사출되므로 결합력이 증가하여 외부의 회전력을 견디고 차단홈에 의하여 내부의 전해액이 유출되거나 외부의 이물질 용액이 유입되지 못하며, 하나 이상의 고정부에 의하여 부싱이 케이스와 분리되지 않고 견고하게 결합된 상태를 유지하는 장점이 있다.

특히, 모따기부를 케이스에 함입 사출하므로 내부의 전해액이 배터리의 수명이 다할 때까지 외부로 유출되지 않는다.

부싱의 관통홀에 다수의 극판을 전기적으로 연결하는 극주를 삽입한다(b).

극주는 양극과 음극이 있을 수 있으며, 해당 극판의 재질과 동일한 재질로 이루어지고 원형 막대 형상을 하며 입출력되는 전류 크기에 따라 굵기가 다른 것이 일반적이다. 즉, 전류가 크면 굵기도 굵어진다.

극주를 관통홀에 삽입한 부싱의 안착부에 주조용 금형을 안착하고 부싱상부의 외주연과 상단면에 합금으로 이루어지는 납 용액을 빈틈없이 주조방식으로 주입하며, 주조가 완료된 터미널은 냉각에 의하여 성형이 완성된다(c).

터미널의 냉각이 완료되면 금형을 제거하며, 일반적으로 금형에는 미세한 틈새가 있을 수 있고 특히, 오래 반복 사용하는 경우 틈새는 더욱 커지며, 금형의 표면을 매끄럽게 하는 경우에도 반복 사용에 의하여 거칠어지는 것이 일반적이다.

그러므로 성형이 완료된 터미널의 외주연 표면에는 부분적으로 날카롭거나 돌출된 부분 및 미세한 요철이 있을 수 있다.

성형이 완료된 터미널의 외주연 및 상단을 가스를 연료로 사용하는 토치로부터 발생된 불꽃의 용접 열을 이용하여 후가공하므로 깨끗하게 표면처리 한다(d).

그러므로 본 발명에 의한 차량용 배터리의 터미널 시스템(8000)이 최종적으로 완성된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

110 : 부싱상부 115 : 관통홀
120 : 안착부 130 : 제1결합부
135 : 제2결합부 140 : 차단홈
150 : 부싱하부 155 : 모따기부
160 : 제1고정부 165 : 제2고정부
210 : 단턱부 310 : 극판
1000 : 부싱 2000 : 케이스
3000 : 극주 4000 : 금형
5000 : 납 용액 6000 : 터미널
7000 : 토치 8000 : 터미널 시스템

Claims (8)

1. 극주, 부싱, 터미널, 케이스를 포함하는 배터리의 터미널 시스템에 있어서,
   상기 부싱은,
   중앙 내부에 관통홀을 형성하는 부싱상부;
   상기 부싱상부의 하단 외주연에 환형으로 형성되고 상기 부싱상부의 하단 밑의 외주연에서부터 부싱상부의 상단 끝의 외주연까지의 전체 높이 값에 80 % 내지 120 % 범위의 값을 상기 외주연으로부터 환형끝단까지의 폭 값으로 하는 안착부; 및
   상기 안착부의 하단에 구비되고 상기 부싱상부의 관통홀을 연장 형성하며 상기 결합부의 하단에 환형으로 형성되는 하나 이상의 고정부를 구비하는 부싱하부; 를 포함하여 이루어지는 배터리 터미널 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부싱하부에 환형으로 돌출하여 형성되나 환형의 직경이 상기 안착부의 직경보다 작고 그 외주연에 다수의 요철을 형성한 하나 이상의 결합부; 를 더 포함하여 이루어지는 배터리 터미널 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 결합부는 그 사이에 배터리 전해액의 누출을 차단하는 차단홈; 을 구비하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 배터리 터미널 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는,
   상기 안착부의 하단 이하를 인서트 사출하여 상기 안착부가 케이스의 상단 표면으로부터 상부로 돌출되게 함으로써 단턱부를 형성하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 터미널 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 부싱상부의 높이는 안착부 위에 형성된 상기 터미널 전체 높이의 50 % 내지 60 % 범위의 값으로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 배터리 터미널 시스템.
   
6. 제 2 항에 있어서, 상기 부싱하부는,
   상기 관통홀의 개방된 일측단에 모따기부를 형성하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 터미널 시스템.
   
7. 극주, 부싱, 터미널, 케이스를 포함하는 배터리의 터미널 시스템 제조방법에 있어서,
   상기 부싱의 안착부 하단과 부싱하부, 결합부, 차단홈, 고정부, 모따기부를 함입하여 배터리의 케이스에 인서트 사출하는 단계;
   상기 부싱의 중앙 내부에 형성된 관통홀에 배터리의 극주를 삽입하는 단계;
   상기 극주가 삽입된 부싱의 안착부 상단에 주조 금형을 안착하고 부싱상부의 외주연과 상측 단면에 합금납 용액을 주입하여 터미널을 성형하는 단계; 및
   상기 주조 금형을 제거한 터미널의 외주연을 토치로 후가공하여 표면처리하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 배터리 터미널 시스템의 제조방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 사출하는 단계는 상기 부싱하부의 내부 중앙에 형성된 관통홀에서 모따기부가 함입되도록 일직선으로 연장하여 인서트 사출하고,
   상기 후가공하는 단계는 상기 성형된 터미널의 표면을 토치 열로 녹여 표면처리하는 것을 특징으로 하는 배터리 터미널 시스템의 제조방법.
   

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