KR101167822B1 - 밀폐형 전지 및 그 제조 방법, 그것을 탑재하는 차량, 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 밀폐형 전지는 전지 용기(4, 5)와, 전지 용기의 내부에 봉입된 발전 요소를 갖고 있고, 전지 용기에, 주액구(12)와, 주액구 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부(16)와, 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부(15)가 형성되어 있고, 환형상 오목부에 끼워 넣어져 주액구를 덮는 밀봉 마개(8)를 갖고, 밀봉 마개는 그 테두리 근처에서 전체 둘레에 걸쳐서 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합되어 있는 것이다. 환형상 능선부의 외벽면의 내측으로부터 외측으로는 열이 전해지기 어려우므로, 용접 시의 실질적인 열용량은 대부분, 환형상 능선부의 외벽면보다 내측의 부분의 구조만으로 결정되어 버린다. 따라서, 실질적인 열용량은 위치에 의하지 않고 대략 균일하다. 이에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서 일정한 용접 조건으로 개구부를 폐쇄할 수 있는 밀폐형 전지 및 그 제조 방법, 또한 그 밀폐형 전지를 탑재하는 차량, 기기가 제공되어 있다.

Description

밀폐형 전지 및 그 제조 방법, 그것을 탑재하는 차량, 기기 {SEALED BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND VEHICLES AND MACHINERY IN WHICH THE SAME IS INSTALLED}

본 발명은 전지 용기의 내부에 발전 요소를 봉입하여 밀폐한 밀폐형 전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전지 용기의 일부에, 예를 들어 주액용 등의 개구부가 형성되는 동시에, 그 개구부가 주액 등의 후에 캡에 의해 폐쇄되어 있는 밀폐형 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 그와 같은 밀폐형 전지를 탑재하는 차량, 기기에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어, 리튬 이온 2차 전지 등에서는, 전지 용기에 발전 요소를 수납하여 밀폐한 구조의 것이 다용되고 있다. 전지 용기에는 주액 등을 행하는 필요상, 개구부가 형성된다. 이 덮개 부재의 개구부는, 최종적으로는 폐쇄되게 된다. 이러한 종류의 밀폐형 전지의 전지 용기에는 한쪽이 개방되어 있는 용기 본체와, 그것을 폐쇄하는 덮개 부재로 이루어지는 것이 있다. 이 경우에 전술한 주액 등을 위한 개구부는 덮개 부재에 설치되게 된다.

이와 같은 것의 예로서, 특허문헌 1을 들 수 있다. 특허문헌 1의 기술에서는, 편평형의 밀폐형 전지에 있어서, 덮개 부재에 전해액 주액을 위한 원형의 개구부를 형성하고 있다. 그리고, 주액 후에 이 개구부에 밀봉 부재를 용접하여 폐쇄하는 것으로 하고 있다. 이 용접은 밀봉 부재의 테두리 근처의 전체 둘레에 걸쳐서 행해진다. 이에 의해, 개구부의 확실한 밀폐를 도모하고 있다.

일본 공개 특허 제2006-324108호 공보

그러나, 상기한 종래의 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다. 특허문헌 1의 기술에서는 편평형의 밀폐형 전지에 있어서 상기와 같이 개구부를 폐쇄하고 있다. 편평형의 밀폐형 전지이므로, 그 덮개 부재의 전체 형상은 당연히 대략 직사각형이다. 따라서, 개구부의 테두리 근처로부터 덮개 부재의 테두리 근처까지의 거리는 위치에 따라서 다르다. 이는, 용접 시에 있어서의 덮개 부재의 실질적인 열용량이 위치에 따라서 다른 것을 의미한다. 이로 인해, 용접 개소의 품질이 위치에 따라서 달라져 버리는 것이다.

예를 들어, 편평형의 장변측의 위치에서는 개구부의 테두리 근처로부터 덮개 부재의 테두리 근처까지의 거리가 짧다. 이로 인해, 투입한 열의 일부가 용이하게 대기에 도피되어 버리므로, 온도가 올라가기 어렵다. 즉, 실질적인 열용량이 크다. 한편, 편평형의 단변측의 위치에서는 개구부의 테두리 근처로부터 덮개 부재의 테두리 근처까지의 거리가 길다. 이로 인해, 열이 도피되기 어렵고, 온도가 올라가기 쉽다. 즉, 실질적인 열용량이 작다.

이와 같은 상황이므로, 온도가 올라가기 어려운 개소를 기준으로 용접 조건을 설정하면, 온도가 올라가기 쉬운 장소에서는 과열에 의한 스패터, 또는 두께 감소에 의한 강도 부족이 발생한다. 한편, 온도가 올라가기 쉬운 개소를 기준으로 용접 조건을 설정하면, 온도가 올라가기 어려운 장소에서는 용입이 얕고, 이것은 또한 강도 부족으로 된다. 일정한 용접 조건에서는 이들 양자를 만족시킬 수 없는 것이다. 위치에 따라서 용접 조건을 바꾸는 것도 생각되지만, 현실에서는 간단하지 않다. 각 부품의 공작 정밀도나 조립 정밀도에 의한 영향을 크게 받아 버려, 목적과 같은 결과가 좀처럼 얻어지지 않기 때문이다.

이 문제의 원인은 개구부의 테두리 근처로부터 덮개 부재의 테두리 근처까지의 거리뿐만이 아니다. 일반적으로 이러한 종류의 밀폐형 전지의 덮개 부재에는 전해액 주액구 이외에도, 단자나 안전 밸브 등의 다른 구조물도 설치된다. 이들의 존재도 실질적인 열용량에 영향을 미친다. 이로 인해 이들이 가까이 존재하고 있는 위치와 그렇지 않은 위치에서는 온도의 상승 용이성에 차이가 있다. 이 문제는 또한, 편평형 전지만의 문제라고도 할 수 없다. 원통형 전지의 경우에 개구부가 덮개 부재의 중심으로부터 벗어난 위치에 있으면 동일한 문제가 있다. 또한, 다른 구조물의 존재에 의해서도 동일한 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래의 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 그 과제로 하는 바는, 전체 둘레에 걸쳐서 일정한 용접 조건으로 개구부를 폐쇄할 수 있는 밀폐형 전지 및 그 제조 방법, 또는 그 밀폐형 전지를 탑재하는 차량, 기기를 제공하는 데 있다.

이 과제의 해결을 목적으로 하여 이루어진 본 발명의 일 형태에 있어서의 밀폐형 전지는 전지 용기와, 전지 용기의 내부에 봉입된 발전 요소를 갖고 있고, 전지 용기에, 개구부와, 개구부 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부와, 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부가 형성되어 있고, 환형상 오목부에 끼워 넣어져 개구부를 덮는 밀봉 부재를 갖고, 밀봉 부재는 그 테두리 근처에서 전체 둘레에 걸쳐서 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합되어 있는 것이다.

이 밀폐형 전지에서는, 개구부를 폐쇄하기 위한 밀봉 부재를 전지 용기에 접속할 때, 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부에 밀봉 부재가 끼워 넣어진다. 그리고 밀봉 부재는 그 테두리 근처에서 전체 둘레에 걸쳐서 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합되어 있다. 이 용접 시에 용접 개소에 투입된 열의 일부는 전지 용기를 타고 개구부로부터 멀어지는 방향으로 흘러 간다. 여기서, 전지 용기에 환형상 능선부가 형성되어 있음으로써, 환형상 능선부의 외벽면의 외측에서는, 전지 용기의 막 두께가 얇아, 열이 전해지기 어렵다. 이로 인해, 용접 시의 실질적인 열용량은 대부분, 환형상 능선부의 외벽면보다 내측의 부분의 구조만으로 결정되어 버려, 그것보다 외측의 부분의 영향을 그다지 받지 않는다. 따라서, 환형상 능선부의 외벽면보다 외측의 부분의 구조에 관계없이, 실질적인 열용량은 위치에 의하지 않고 대략 균일하다. 이로 인해, 전체 둘레에 걸쳐서 과부족이 없는 일정한 용접 조건으로 개구부를 폐쇄할 수 있어, 용접 품질의 위치에 의한 편차가 발생하지 않는다.

이 밀폐형 전지에 있어서는, 환형상 능선부의 외벽면의 외측이 환형상의 홈부로 되어 있는 것이 바람직하다. 전지 용기에 홈부를 형성함으로써, 환형상 능선부의 외벽면을 형성할 수 있기 때문이다.

이 밀폐형 전지에서는 환형상 능선부의 외벽면이, 정상면측이 소경이고 저면측이 대경인 경사면인 것이 바람직하다. 외벽면이 경사면인 것에 의해, 환형상 능선부의 정상면측을 지나치게 두껍게 하지 않고, 환형상 능선부의 저면측을 어느 정도 두껍게 할 수 있다. 이에 의해, 용접 품질의 균일성을 손상시키지 않고, 환형상 능선부의 강도를 확보할 수 있는 것이다. 그 경사면에 있어서의 정상면측과 저면측의 반경차는 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 10％ 이상인 것이 바람직하다.

이 밀폐형 전지에 있어서의 환형상 능선부의 정상면의 직경 방향의 폭은 환형상 능선부의 내벽면의 고저차보다 작은 것이 바람직하다. 환형상 능선부의 정상면이 지나치게 두꺼우면, 환형상 능선부의 외벽면이 용접 개소로부터 멀어, 환형상 능선부의 효과가 불충분해지기 때문이다. 또한, 환형상 능선부의 외벽면의 고저차가, 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 40％ 이상 100％ 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 환형상 능선부의 외벽면의 고저차라 함은, 환형상 능선부의 외벽면의 외측이 환형상의 홈부로 되어 있는 경우에는 그 홈의 깊이를 말하는 것이다. 이 홈이 지나치게 얕으면 환형상 능선부의 효과가 작고, 지나치게 깊으면 전지 용기의 강도에 영향을 미치기 때문이다.

이 밀폐형 전지에서는 또한, 이면에 있어서도 개구부 주위의 전체 둘레에 걸치는 환형상 홈을, 환형상 능선부의 내벽면의 바로 뒤보다도 직경 방향으로 외측의 위치에 형성해도 좋다. 이에 의해, 열전도에의 저항에 의한 열용량의 균일화의 효과가, 이면에 있어서도 발휘된다.

본 발명은 전지 용기의 내부에 발전 요소를 봉입하여 이루어지는 밀폐형 전지의 제조 방법이며, 전지 용기로서, 개구부와, 개구부 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부와, 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부가 형성된 것을 사용하여, 환형상 능선부의 내벽면에, 개구부를 덮는 밀봉 부재를 끼워 넣고, 밀봉 부재의 테두리 근처를 전체 둘레에 걸쳐서 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합하는 것에 의한 방법도 대상으로 한다.

본 발명은 또한, 전력의 공급을 받아 차륜을 회전 구동하는 모터와, 모터에 전력을 공급하는 전원부를 갖고, 전원부에, 전술한 밀폐형 전지가 포함되어 있는 차량도 대상으로 한다. 또한, 전력의 공급을 받아 동작하는 동작부와, 동작부에 전력을 공급하는 전원부를 갖고, 전원부에, 전술한 밀폐형 전지가 포함되어 있는 기기도 대상으로 한다.

본 발명에 따르면, 전체 둘레에 걸쳐서 일정한 용접 조건으로 개구부를 폐쇄할 수 있는 밀폐형 전지 및 그 제조 방법, 또는 그 밀폐형 전지를 탑재하는 차량, 기기가 제공되어 있다.

도 1은 본 형태에 관한 밀폐형 전지를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 형태에 관한 밀폐형 전지에 있어서의 덮개 부재를 도시하는 평면도이다.
도 3은 덮개 부재 및 밀봉 마개의 단면도이다.
도 4는 덮개 부재 및 밀봉 마개의 용접 전의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 홈이 없는 경우의 덮개 부재 및 밀봉 마개의 단면도(비교예)이다.
도 6은 비교예 및 실시예에 대한 내압 시험의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 7은 비교예 및 실시예에 있어서의 용접흔의 깊이의 측정 결과를 플롯한 그래프이다.
도 8은 도 4 중의 「W1」과 용접 후의 내압 강도의 관계의 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
도 9는 본 형태의 제1 변형예에 관한 덮개 부재 및 밀봉 마개의 단면도이다.
도 10은 본 형태의 제2 변형예에 관한 덮개 부재 및 밀봉 마개의 단면도이다.
도 11은 본 형태의 제3 변형예에 관한 덮개 부재 및 밀봉 마개의 단면도이다.
도 12는 덮개 부재의 이면에도 환형상의 홈을 형성한 예를 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 형태에 관한 밀폐형 전지의 조전지를 탑재하는 차량을 도시하는 투시 사시도이다.
도 14는 본 형태에 관한 밀폐형 전지를 탑재하는 해머 드릴을 도시하는 투시 사시도이다.

이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는 도 1에 도시하는 밀폐형 전지(1)에 본 발명을 적용한 것이다. 도 1의 밀폐형 전지(1)는 편평형의 전지 용기(2)의 내부에 발전 요소(3)를 봉입한 것이다. 전지 용기(2)는 케이스 본체(4)와, 덮개 부재(5)에 의해 구성되어 있다. 발전 요소(3)는 정부의 전극판과 세퍼레이터를 적층하여 감은 전극 권회체(혹은 전극 적층체라도 좋음)이다. 밀폐형 전지(1) 내의 발전 요소(3)에는 전해액이 함침되어 있다.

케이스 본체(4)는 직사각형 단면의 케이스이다. 케이스 본체(4) 그 자체는 도 1 중 상부가 개방된 것이지만, 덮개 부재(5)에 의해 폐쇄되어 밀폐 상태로 되어 있다. 덮개 부재(5)에는 정단자(6), 부단자(7), 밀봉 마개(8)가 설치되어 있다. 또한, 안전 밸브(9)가 형성되어 있다. 덮개 부재(5)의 평면도를 도 2에 도시한다. 도 2는 덮개 부재(5)에 있어서의 밀폐형 전지(1)의 외면측의 면을 도시하고 있다. 덮개 부재(5)에 있어서 정단자(6), 부단자(7)는 도 2 중 좌우 방향 대략 양단부 부근에 위치하고 있다. 덮개 부재(5)의 도 2 중 좌우 방향 중앙부에, 밀봉 마개(8)가 배치되어 있다. 안전 밸브(9)는 정단자(6)와 밀봉 마개(8) 사이의 위치에 형성되어 있다. 도 2 중 밀봉 마개(8)의 주위에는 환형상 능선부(16)가 형성되어 있다. 또한, 홈(10)의 내측에는 용접흔(11)이 환형상으로 형성되어 있다. 용접흔(11)은 밀봉 마개(8)의 테두리 근처를 덮개 부재(5)에 용접했을 때의 자국이다. 케이스 본체(4)와 덮개 부재(5)와 밀봉 마개(8)는 모두 금속제이다. 단, 케이스 본체(4)에 대해서는, 금속제인 것이 필수는 아니다.

덮개 부재(5)의, 도 2 중 A-A 위치의 단면도를 도 3에 도시한다. 도 3에는 케이스 본체(4)의 일부분도 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 덮개 부재(5)에는 관통 구멍(12)이 형성되어 있다. 관통 구멍(12)의 위치는 덮개 부재(5)에 있어서의 도 2 중 대략 중앙의, 밀봉 마개(8) 아래의 위치이다. 단, 도 2나 도 1에서는 밀봉 마개(8)에 가려져 보이지 않는다. 관통 구멍(12)은 전해액의 주액을 위한 주액구로[이하, 주액구(12)라고 함], 주액 종료 후에 밀봉 마개(8)로 폐쇄된 것이다. 밀봉 마개(8)는 돔 형상의 캡부(13)와 그 주위의 환형상의 플랜지부(14)를 갖고 있다. 밀봉 마개(8)의 플랜지부(14)의 테두리 근처에는 전체 둘레에 걸쳐서 용접흔(11)이 형성되어 있다. 용접흔(11)의 외측에 있는 것은 덮개 부재(5)의 환형상 능선부(16)이고, 홈(10)은 그 외측에 위치하고 있다.

도 3에 도시한 덮개 부재(5) 및 밀봉 마개(8)의, 용접 전의 상태에 있어서의 단면도를 도 4에 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 전의 덮개 부재(5)에는 그 도면 중 상측의 면, 즉 밀폐형 전지(1)에 있어서의 외측의 면에 환형상 오목부(15)가 형성되어 있다. 전술한 주액구(12)는 환형상 오목부(15)의 중앙에 위치하고 있다. 환형상 오목부(15)와 홈(10) 사이의 영역은 환형상 능선부(16)로 되어 있다. 환형상 오목부(15)와 환형상 능선부(16) 사이의 벽면(17)에, 밀봉 마개(8)의 플랜지부(14)의 외주(19)가 정확하게 끼워지도록 되어 있다. 또한, 환형상 오목부(15)의 깊이(D1)와 플랜지부(14)의 두께(T1)는 동등하다. 즉, 환형상 오목부(15)에 밀봉 마개(8)를 세트했을 때에, 환형상 능선부(16)와 플랜지부(14)가 동일면을 이루도록 되어 있다.

환형상 능선부(16)와 홈(10) 사이의 벽면(18)은 수직인 벽면이라도 좋고, 상측이 소경이고 하측이 대경인 경사면으로 해도 좋다. 도 4의 예는 경사면을 채용한 것이다. 그 경사 폭(상측과 하측에서의 반경차)(W1)은 환형상 오목부(15)의 깊이(D1)의 10 내지 100％의 범위 내가 바람직하다. 경사 폭(W1)이 지나치게 작은, 즉 벽면(18)이 세워져 있으면, 환형상 능선부(16)의 정상부의 폭(W2)이 작은 경우에 환형상 능선부(16)의 강도를 확보할 수 없게 된다. 반대로 경사 폭(W1)이 지나치게 큰, 즉 벽면(18)이 지나치게 쓰러져 있으면, 홈(10)이 없는 것과 그다지 차이가 없게 된다.

홈(10)의 깊이(D2)는 환형상 오목부(15)의 깊이(D1)의 40 내지 100％의 범위 내(도 4의 예에서는 100％)이다. 홈(10)이 지나치게 얕으면, 홈(10)의 효과를 충분히 기대할 수 없다. 반대로 홈(10)이 지나치게 깊으면, 덮개 부재(5) 자체의 강도가 부족할 우려가 있다. 환형상 능선부(16)의 정상부의 폭(W2)은 환형상 오목부(15)의 깊이(D1) 이하이다. 폭(W2)이 환형상 오목부(15)의 깊이(D1)를 초과하고 있으면, 홈(10)이 용접 개소로부터 멀어지게 된다. 이로 인해, 홈(10)의 효과가 불충분해, 용접 품질에 위치에 의한 편차가 생길 우려가 있다.

상기한 구조의 덮개 부재(5) 및 밀봉 마개(8)를 사용하는 밀폐형 전지(1)의 제조 수순은 개략, 이하와 같이 나타낸다.

1. 전극 권회체의 삽입

↓

2. 주액

↓

3. 주액구의 밀봉

상기한 「1.」에서는 케이스 본체(4)에 전극 권회체를 삽입한다. 그로 인해, 미리 덮개 부재(5)의 정단자(6) 및 부단자(7)에 발전 요소(3)가 되는 전극 권회체를 접속해 둔다. 단, 이 시점에서는, 밀봉 마개(8)는 아직 덮개 부재(5)에 세트되지 않는다. 그리고, 케이스 본체(4)에 전극 권회체를 삽입하여 케이스 본체(4)의 개구에 덮개 부재(5)의 테두리 근처를 세트한다. 그리고, 케이스 본체(4)와 덮개 부재(5)의 이음매를 전체 둘레에 걸쳐서 용접한다. 케이스 본체(4)가 금속제가 아닌 경우에는, 케이스 본체(4)와 덮개 부재(5)의 접합은 용접 이외의 다른 수단에 의한다. 이에 의해, 밀봉 마개(8)가 없는 것을 제외하고 도 1에 도시한 것과 동일한 외관의 것이 완성된다. 이 상태에서는 환형상 오목부(15)나 그 중앙의 주액구(12)가 노출되어 있다.

다음에, 「2.」의 주액을 행한다. 즉, 케이스 본체(4) 및 덮개 부재(5)로 이루어지는 전지 용기(2)의 내부에, 노출되어 있는 주액구(12)를 이용하여 전해액을 주입한다. 주입된 전해액은 전극 권회체에 함침되고, 전극 권회체는 발전 가능한 상태로 된다.

그리고, 「3.」의 밀봉을 행한다. 즉, 덮개 부재(5)의 환형상 오목부(15)에 밀봉 마개(8)를 세트하고, 밀봉 마개(8)의 플랜지부(14)의 테두리 근처와 덮개 부재(5)의 환형상 능선부(16)의 벽면(17)을 전체 둘레에 걸쳐서 용접한다. 용접의 방법은 레이저 용접이나 전자 빔 용접 등 공지의 것이라도 좋다. 이에 의해, 도 2, 도 3에 도시한 용접흔(11)이 형성된다. 또한, 주액구(12)는 폐쇄되고, 내부의 발전 요소(3)는 밀봉되게 된다. 이 상태가 도 1에 도시한 상태이다. 이렇게 하여 밀폐형 전지(1)가 제조된다.

계속해서, 상기와 같은 밀폐형 전지(1) 및 그 제조 방법에 있어서의, 덮개 부재(5)에 환형상의 홈(10)이 형성되어 있는 것에 의한 효과를 설명한다. 홈(10)의 존재에 의한 효과는 용접 시에 있어서의 덮개 부재(5)의 실질적인 열용량의 위치에 따른 차이를 경감시켜 균일화하는 것이다.

만약, 도 5에 도시한 바와 같이 홈(10)이 없으면, 용접 시에 있어서의 덮개 부재(5)의 실질적인 열용량이 위치에 따라서 크게 달라져 버린다. 왜냐하면 도 2로부터 명백한 바와 같이, 용접 개소[즉, 용접흔(11)의 개소]로부터 덮개 부재(5)의 테두리 근처까지의 거리가 위치에 따라서 크게 다르기 때문이다. 또한, 덮개 부재(5)에 있어서의 다른 구조물의 유무도 위치에 따라서 다르다. 예를 들어, 밀봉 마개(8)의 우측에는 안전 밸브(9)가 형성되어 있지만, 좌측에는 그것에 상당하는 것은 없다. 이로 인해, 용접 개소에 투입된 열의 방산의 정도가 위치에 따라서 달라, [발명이 해결하려고 하는 과제]의 란에 기재한 문제가 발생하는 것이다.

이에 대해 본 형태에서는 환형상 오목부(15)의 주위에 환형상으로 홈(10)을 형성함으로써, 이러한 문제를 완화시키고 있다. 즉, 도 3으로부터 이해되는 바와 같이, 홈(10)의 장소에서는 덮개 부재(5)의 두께가, 홈(10)의 깊이(D2)의 분만큼, 다른 개소보다 얇다. 이로 인해, 홈(10)은 용접 개소에 투입된 열이 덮개 부재(5)의 테두리 근처를 향해 전도되는 것에 대한 저항으로서 작용하는 것이다.

이로 인해, 용접에 의해 덮개 부재(5)의 환형상 능선부(16)에 투입된 열량 중, 홈(10)의 하부를 경유하여 홈(10)보다 외측으로 전도되는 열량은 적다. 이 결과, 용접 시에 있어서의 덮개 부재(5)의 실질적인 열용량에 대해, 홈(10)보다 외측의 구조가 그다지 기여하지 않는 것이다. 또한, 환형상 능선부(16)에 투입된 열의 대기로의 방산은 주로 환형상 능선부(16)와 홈(10) 사이의 벽면(18)으로부터 행해지게 된다. 이 벽면(18)의 형상이나 용접 개소로부터의 거리는 위치에 따르지 않고 균일하다. 이로 인해, 용접 시에 있어서의 덮개 부재(5)의 실질적인 열용량이 위치에 따르지 않고 대략 균일한 것이다.

그러므로, 1개의 용접 조건으로 전체 둘레에 걸쳐서 용접해도, 용접흔(11)의 폭이나 깊이는 전체 둘레에 걸쳐서 대략 동일해진다. 따라서, 용접 조건을 위치에 따라서 변경할 필요가 없다. 1개의 용접 조건으로 전체 둘레에 걸쳐서 양호한 용접을 행할 수 있는 것이다.

이것의 확인 시험을 행하였으므로 설명한다. 본 시험에서는, 도 4 중 W1, W2에 대해, 표 1에 나타내는 4종류의 피검체를 제작하여, 시험에 제공하였다. W1, W2 이외의 각 부의 치수는 모두 다음의 값으로 공통으로 하였다.

D1:0.50㎜

D2:0.25㎜

이들 4종류의 피검체는 각각 다음과 같은 것이다.

비교예:홈(10)을 갖지 않는 것(도 5 참조)

제1 실시예:벽면(18)이 수직이고, W2가 D1보다 작은 것

제2 실시예:벽면(18)이 수직이고, W2가 D1보다 큰 것

제3 실시예:벽면(18)이 경사면이고, W2가 D1보다 작은 것

시험에서는 각 종류 각각 5개씩의 피검체를 제작하여, 각각 밀봉 마개(8)를 용접하였다. 용접 조건은 모두 동일하게 하였다. 그리고, 용접 후의 내압 강도를 측정하였다. 각 피검체의 측정 결과, 종류마다의 그 평균값 및 편차(4σ)는 표 2와 같았다. 단위는 모두 [㎫]이다. 이 결과를 플롯한 것이 도 6의 그래프이다.

또한, 용접 개소 그 자체의 품질을 평가하기 위해, 각 종류의 피검체 중 피검체(1)에 대해, 용접에 의해 발생한 용접흔(11)의 깊이를 측정하였다. 1개의 피검체에 대한 용접의 스폿수는 전체 둘레에서 140점이었으므로, 이 140개소의 깊이를 측정하여 그 평균값과 편차(4σ)를 구하였다. 그 결과를, 표 3에 나타낸다. 이 결과를 플롯한 것이 도 7의 그래프이다.

이들로부터, 이하의 것을 알 수 있다.

「비교예」의 것에서는, 용접 편차 및 내압 편차가 모두, 「제1 실시예」 내지 「제3 실시예」의 것과 비교하여 크게 되어 있다. 이는 홈(10)이 없는 것에 의해, 전술한 이유로 실질적인 열용량이 위치에 따라서 변동되어 있었기 때문이라고 생각된다.

「제1 실시예」의 것에서는 용접 편차 및 내압 편차가 모두, 4종류의 피검체 중에서 최소로 되어 있다. 이는 홈(10)의 효과이다. 단, 내압 강도 자체는 4종류의 피검체 중에서 최약으로 되었다. 이는, 환형상 능선부(16)가 직경 방향으로 얇고 또한 그 외측의 벽면(18)이 수직으로 세워진 형상이기 때문에, 환형상 능선부(16) 자체가 다른 것과 비교하여 다소 약했기 때문이라고 생각된다. 실제로, 내압 시험 후의 상황은 용접 개소의 박리가 아니라, 환형상 능선부(16)의 파괴였다. 그러나, 이 내압 강도의 레벨은 밀폐형 전지(1)의 용도에 따라서는 반드시 부족한 것은 아니다. 그다지 대전류를 흘리지 않는 용도이거나, 전지를 냉각하는 수단이 충실한 용도이면 이것이라도 충분히 실용 가능하다. 오히려, 용접 편차가 작은 것의 장점의 쪽이 크다.

「제2 실시예」의 것에서는, 「제1 실시예」와 비교하여 내압 강도가 우수하다. 이는, 환형상 능선부(16)가 직경 방향으로 두꺼우므로, 환형상 능선부(16) 자체의 강도가 「제1 실시예」와 비교하여 높기 때문이라고 생각된다. 「비교예」의 내압 강도도 능가하고 있다. 반면, 용접 편차 및 내압 편차에 관해서는, 「제1 실시예」와 비교하여 크게 되어 있다. 그러나, 그렇다 해도 「비교예」와 비교하면 용접 편차, 내압 편차가 모두 작아, 홈(10)의 효과가 인정된다.

「제3 실시예」의 것에서는, 용접 편차 및 내압 편차가, 「제1 실시예」와 「제2 실시예」의 중간 정도로 되어 있다. 이는, 「비교예」의 용접 편차 및 내압 편차와 비교하면 상당히 작고, 균일성이 우수하다고 할 수 있다. 또한, 내압 강도에 있어서도 「제2 실시예」를 능가하고 있어, 이 점에서도 우수하다. 「제3 실시예」의 환형상 능선부(16)의 형상을 「제1 실시예」의 그것과 비교해 보면, 정상부의 폭은 그대로(W2→W2)이고 저부의 폭을 넓힌(W2→W1＋W2) 것이라고 할 수 있다. 이에 의해, 용접 후에 있어서의 내압 강도는 환형상 능선부(16)의 주로 저부의 폭에 의한 것이라고 생각된다. 거기에, 정상부의 폭이 크지 않은 것에 의해, 편차의 점에서 「제2 실시예」보다 우수한 것이다. 즉, 환형상 능선부(16)의 벽면(18)을 경사면으로 함으로써, 정상부의 폭(W2)을 넓히는 일 없이, 환형상 능선부(16)의 강도를 유지하고 있다고 할 수 있다.

계속해서, 환형상 능선부(16)의 벽면(18)의 경사 폭(W1)과 용접 후의 내압 강도의 관계에 대해, 재료 역학상의 시뮬레이션에 의해 검토한 결과를 설명한다. 결과는 도 8의 그래프에 도시된 바와 같았다. 이 그래프에 있어서의 횡축은 경사 폭(W1)의, 환형상 오목부(15)의 깊이(D1)에 대한 백분율이다. 또한, 이 시뮬레이션에 있어서는 간단하게 하기 위해, 용접 개소의 접합 강도는 무시하였으므로, 환형상 능선부(16) 자체의 계산상의 강도가 나타내어져 있다고 할 수 있다. 도 8로부터, D1에 대해 W1이 커지면 커질수록 내압 강도가 향상되고 있다. 보다 상세하게는, W1이 D1의 10％ 이상 있으면 유의한 차가 있다고 할 수 있다. 보다 바람직하게는, W1이 D1의 20％ 이상 있으면 더욱 좋다. 상기한 「제3 실시예」에서는 W1은 D1의 40％이므로, 경사의 효과가 충분히 있다고 할 수 있다. 한편, W1이 지나치게 커서 벽면(18)의 경사가 완만하면, 홈(10)이 없는 것과 크게 다르지 않게 된다. 이로 인해, W1은 D1의 100％ 이하로 하는 것이 좋다.

여기서, 본 형태의 변형예에 대해 설명한다. 도 9에 도시하는 제1 변형예는 환형상 능선부(16)의 벽면(18)을, 단면도 상에서 볼록 형상으로 팽창된 형상의 경사면으로 한 것이다. 이와 같은 것이라도, 전술한 경사의 효과가 발휘된다. 또한, 도 9와 반대로 단면도 상에서 오목 형상으로 오목해진 형상의 경사면이라도, 경사의 효과를 어느 정도 기대할 수 있다. 이에 의해, 본 발명에서 말하는 「정상면측이 소경이고 저면측이 대경인 경사면」에는 이들과 같은, 단면도 상에서 직선 형상을 이루지 않는 형상의 것을 포함하는 것으로 한다. 또한, 도 9에서는, 도 3 등에 있어서의 좌측 절반에 상당하는 부분만의, 용접 전의 상태를 도시하고 있다(도 10도 동일함).

도 10에 도시하는 제2 변형예는 환형상 오목부(15)의 중앙, 즉 주액구(12)의 주위에 있어서의 외면측에, 환형상의 리브(20)를 설치한 것이다. 도 11에 도시하는 제3 변형예는 홈(10)의 외벽을 없애고, 그것보다 외측을 홈(10)의 저면(22)과 동일면으로 한 것이다. 이와 같은 것은, 더 이상 「홈」이라고 부르는 것은 적절하지 않을지도 모르지만, 요는, 환형상 능선부(16)만 있으면 되는 것이다.

여기까지는 덮개 부재(5)의 외면측의 면에 홈(10)을 형성하는 것에 대한 설명을 하였다. 그러나, 이에 그치지 않고, 덮개 부재(5)의 내면측의 면(이하, 이면이라고 함)에도 환형상의 홈을 형성해도 좋다. 용접에 의해 덮개 부재(5)에 투입된 열의 테두리 근처를 향한 전도에는 이면도 기여하기 때문이다. 또한, 도 3 등에서는 간단하게 도시하고 있지만, 실제의 덮개 부재의 이면에는 발전 요소(3)와의 접속 부재의 설치나 강도 유지 등을 위한 다양한 형상(리브 등)이 형성되는 것이다. 이러한 형상은 당연히, 열전도에 대해 영향을 미치고, 주액구(12)에 대해 전체 방향으로 균등하게 존재할 수는 없다.

이로 인해, 도 12의 제4 변형예에 도시한 바와 같이, 이면에도 환형상의 홈(21)을 형성함으로써, 이면의 구조에 의한 영향을 경감시킬 수 있는 것이다. 또한, 도 12는 도 3 등과 달리, 도 2 중 B-B 위치의 단면도이다. 이면의 홈(21)의 위치는 용접 개소[용접흔(11)의 위치]의 바로 뒤보다도 직경 방향으로 외측일 필요가 있다. 또한, 표면의 홈(10)과 이면의 홈(21)은 표리가 동일한 위치가 아니라, 서로 어긋나게 한 위치에 형성하는 쪽이 좋다. 덮개 부재(5)의 강도에의 영향을 최소한으로 억제하기 위해서이다. 또한, 이면의 홈(21)을 표면의 홈(10)보다도 반경 방향으로 외측에 형성한 쪽이 좋다. 용접 개소의 부근에서는, 덮개 부재(5)를 반경 방향 외향으로 흐르는 열 중 대부분은 표면측을 흐르고 있고, 이면 부근을 흐르는 열량이 적기 때문이다.

상기한 각 형태에 관한 밀폐형 전지(1)는 복수개 조합한 조전지로서, 차량에 탑재할 수 있다. 그와 같은 차량의 예를 도 13에 도시한다. 이 차량(200)은 엔진(240), 프론트 모터(220) 및 리어 모터(230)를 병용하여 차륜을 구동하는 하이브리드 자동차이다. 이 차량(200)은 차체(290), 엔진(240), 이것에 설치된 프론트 모터(220), 리어 모터(230), 케이블(250), 인버터(260) 및 복수의 밀폐형 전지(1)를 내부에 갖는 조전지(100)를 갖고 있다. 조전지(100)로부터 인버터(260)를 통해 프론트 모터(220) 및 리어 모터(230)로 전력이 공급되게 되어 있다.

또한, 차량으로서는, 그 동력원의 전부 혹은 일부에 전지에 의한 전기 에너지를 사용하고 있는 차량이면 좋고, 예를 들어, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 철도 차량, 포크리프트, 전기 휠체어, 전동 어시스트 자전거, 전동 스쿠터를 들 수 있다.

상기한 각 형태에 관한 밀폐형 전지(1)는 다양한 전기 기기에 탑재할 수 있다. 그와 같은 전기 기기의 일례인 해머 드릴을 도 14에 도시한다. 이 해머 드릴(300)은 전술한 밀폐형 전지(1)를 포함하는 배터리 팩(310)을 탑재한 것으로, 배터리 팩(310), 본체(320), 동작부(323)를 갖는 전지 탑재 기기이다. 배터리 팩(310)으로부터 동작부(323)로 전력이 공급되도록 되어 있다. 또한, 배터리 팩(310)은 해머 드릴(300)의 본체(320) 중 저부(321)에 착탈 가능하게 수용되어 있다.

또한, 전지 탑재 기기로서는, 전지를 탑재하여 이것을 에너지원 중 적어도 1개로 하여 이용하는 기기이면 좋고, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 전지 구동의 전동 공구, 무정전 전원 장치 등 전지로 구동되는 각종 가전 제품, 오피스 기기, 산업 기기를 들 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 형태에 따르면, 덮개 부재(5)에 있어서의 주액구(12)의 주위에, 전체 둘레에 걸치는 환형상 홈(10)을 형성하고 있다. 이에 의해, 덮개 부재(5)에 있어서의, 환형상 홈(10)보다 외측의 부분의 형상이나 구조가, 밀봉 마개(8)의 용접 시에 있어서의 실질적인 열용량에 지나치게 영향을 미치지 않도록 하고 있다. 이에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서 일정한 용접 조건으로 주액구(12)를 폐쇄할 수 있는 밀폐형 전지(1) 및 그 제조 방법, 또는 그 밀폐형 전지(1)를 탑재하는 차량(200), 기기(300)가 실현되어 있다.

또한, 본 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 당연히, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다. 예를 들어, 밀봉 마개(8)는 도 10의 예의 경우를 제외하고, 캡부(13)를 갖지 않는 평탄한 것이라도 좋다. 또한, 밀폐형 전지의 전체 형상은 편평형이라도, 원통형이라도 좋다. 덮개 부재 또는 케이스 본체에 있어서의, 주액구 이외의 관통 구멍을 마찬가지로 막는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

1 : 밀폐형 전지
2 : 전지 용기
3 : 발전 요소
4 : 케이스 본체
5 : 덮개 부재
8 : 밀봉 마개
10 : 홈
12 : 주액구
15 : 환형상 오목부
16 : 환형상 능선부
17 : 벽면(내벽면)
18 : 벽면(외벽면)
21 : 홈

Claims (14)

1. 전지 용기와, 상기 전지 용기의 내부에 봉입된 발전 요소를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 상기 전지 용기에, 개구부와, 상기 개구부 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부와, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부가 형성되어 있고,
   상기 환형상 능선부의 외벽면이, 정상면측이 소경이고 저면측이 대경인 경사면이고,
   상기 환형상 오목부에 끼워 넣어져 상기 개구부를 덮는 밀봉 부재를 갖고,
   상기 밀봉 부재는 그 테두리 근처에서 전체 둘레에 걸쳐서 상기 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
2. 제1항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 외벽면에 있어서의 정상면측과 저면측의 반경차가, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 10％ 이상인 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
3. 전지 용기와, 상기 전지 용기의 내부에 봉입된 발전 요소를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 상기 전지 용기에, 개구부와, 상기 개구부 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부와, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부와, 상기 개구부 주위의 이면의 전체 둘레에 걸쳐서 상기 환형상 능선부의 내벽면의 바로 뒤보다도 직경 방향으로 외측에 형성된 환형상 홈이 형성되어 있고,
   상기 환형상 오목부에 끼워 넣어져 상기 개구부를 덮는 밀봉 부재를 갖고,
   상기 밀봉 부재는 그 테두리 근처에서 전체 둘레에 걸쳐서 상기 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 외벽면의 외측이 환형상의 홈부로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 정상면의 직경 방향의 폭이, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차보다 작은 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
6. 제4항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 정상면의 직경 방향의 폭이, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차보다 작은 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 외벽면의 고저차가, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 40％ 이상 100％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
8. 제4항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 외벽면의 고저차가, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 40％ 이상 100％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
9. 제5항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 외벽면의 고저차가, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 40％ 이상 100％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
10. 제6항에 있어서, 상기 환형상 능선부의 외벽면의 고저차가, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 고저차의 40％ 이상 100％ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
11. 전지 용기의 내부에 발전 요소를 봉입하여 이루어지는 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서,
    상기 전지 용기로서, 개구부와, 상기 개구부 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부와, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부가 형성되는 동시에, 상기 환형상 능선부의 외벽면이, 정상면측이 소경이고 저면측이 대경인 경사면으로 되어 있는 것을 사용하고,
    상기 환형상 능선부의 내벽면에, 상기 개구부를 덮는 밀봉 부재를 끼워 넣고,
    상기 밀봉 부재의 테두리 근처를 전체 둘레에 걸쳐서 상기 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지의 제조 방법.
12. 전지 용기의 내부에 발전 요소를 봉입하여 이루어지는 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서,
    상기 전지 용기로서, 개구부와, 상기 개구부 주위의 표면의 전체 둘레에 걸치는 환형상 능선부와, 상기 환형상 능선부의 내벽면의 내측의 환형상 오목부와, 상기 개구부 주위의 이면의 전체 둘레에 걸쳐서 상기 환형상 능선부의 내벽면의 바로 뒤보다도 직경 방향으로 외측에 형성된 환형상 홈이 형성된 것을 사용하고,
    상기 환형상 능선부의 내벽면에, 상기 개구부를 덮는 밀봉 부재를 끼워 넣고,
    상기 밀봉 부재의 테두리 근처를 전체 둘레에 걸쳐서 상기 환형상 능선부의 내벽면에 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지의 제조 방법.
13. 전력의 공급을 받아 차륜을 회전 구동하는 모터와,
    상기 모터에 전력을 공급하는 전원부를 갖고,
    상기 전원부에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 밀폐형 전지가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량.
14. 전력의 공급을 받아 동작하는 동작부와,
    상기 동작부에 전력을 공급하는 전원부를 갖고,
    상기 전원부에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 밀폐형 전지가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 기기.

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