KR101570275B1 - 납축전지용 타공 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납축전지용 극판에 사용되는 기판에 관한 것으로, 러그와 인접한 세로 와이어는 방사형 구조로 하단부까지 연결하여 집전효율을 향상시키며, 러그와 먼 부위 즉, 이웃하는 극판의 러그와 마주보는 부위의 세로와이어는 기판성장을 억제하기 위해 수직형태로 형성시키어 기판의 기계적 강도를 개선하였으며, 세로와이어와 가로와이어가 이루는 공극의 크기 편차를 감소시키기 위하여, 하측으로 갈수록 가로와이어 사이의 폭을 좁게 형성시켜 원자재비용 대비 집전효율을 개선한 것이다.

Description

납축전지용 타공 기판{Punched grid for lead acid battery}

본 발명은 납축전지의 극판에 사용되는 기판에 관한 것으로, 우수한 전기적 특성 및 인장강도를 유지하도록 구성된 납축 전지용 기판, 특히 연판을 타공하여 형성시키는 타공 기판에 관한 것이다.

보통 납축전지의 기판 제조 공정은 납물을 몰드(Mold)에 부어 식힌 후 몰드로부터 분리시키는 법인 중력주조(Casting) 방식, 압착된 스트립을 찢어 늘리어 기판을 만드는 방법인 익스팬디드(Expanded metal forming)방식, 그리고 타공(Stamping, Punching) 방식이 이용되고 있는 바, 본 발명은 타공 방식으로 제조되는 기판에 관한 것이다.

중력주조 방식은 강도가 우수한 반면, 납물의 흐름을 고려해야 함으로 자유로운 와이어 배열이 어려우며, 거친 표면과 내부 조직이 치밀하지 않아 부식이 빠를 뿐 아니라 단속적 공법으로 생산량이 제한되며 품질이 균일하지 못하다는 단점을 가지고 있다.

익스팬디드 방식으로 제조하는 기판은 압연공법으로 스트립을 제작하여 조직이 치밀해 내부식성이 높고, 연속적 생산이 가능하다는 장점을 갖는 반면, 좌우의 외각 프레임이 없어 기판 성장으로 인한 단락의 위험성이 높으며, 와이어가 마름모형(다이아몬드형) 패턴을 가질 수 밖에 없어 와이어 배열을 자유롭게 하지 못한다는 단점이 있다.

이러한 기판 제조 방식의 문제점을 보완하기 위해 개발된 타공 방식은 압연 스트립에 구멍을 뚫어 기판을 성형하는 방식으로 중력주조 방식처럼 좌우 프레임을 보유하고 있어 극판성장을 억제한다는 장점과, 익스팬디드 방식에서 사용되는 압착된 연판을 사용하기 때문에 기판 표면이 매끄러워 제품 사용 중 부식에 강하다는 장점을 가지고 있다. 더불어 타공방식은 와이어의 배열이 자유롭다는 장점을 가지고 있다. 이처럼 타공방식은 자유로운 와이어의 배열이 장점으로 작용하는 만큼 다양한 형태로 제작이 가능하나, 그러한 와이어의 배열은 활물질에서 발생하는 전기를 집전시키는 효율에 직접적인 영향을 미치며 그로 인해 납축전지의 성능이 좌우되는 결정적 요소로 작용함에 따라 와이어의 배열에 대한 고안이 타공 기판 제조의 핵심기술이라 할 수 있다.

그리하여, 미국 특허 제5,989,749호와 미국특허 제6,203,948호는 활물질에서 발생하는 전기가 출구인 러그(Lug)로 집중되는 효율을 향상시키고자 세로와이어를 러그 쪽으로 기울도록 방사형으로 설치하여서 된 기판(Grid)을 제공하고 있다.

통상 배터리 사용중에 단락의 원인은 음극과 마주보는 양극 기판의 러그 우측부에서 기판성장이 발생되어 단락을 일으키고 있다. 그런데, 위의 기술들은 모든 세로 와이어들이 방사형으로 형성되어 있어 반대극의 기판과 마주보는 부분에서의 기판 성장 즉, 기판이 하측으로 늘어남에 취약하다는 단점이 있으며, 러그와 가까운 상부 쪽에만 집전이 집중되어 있어 기판의 하부에서는 활물질에서 발생한 전기를 러그로 집전시키는 효율이 만족스럽지 못하다는 결점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 극판에서 발생한 전기를 러그로 집전시킴에 있어서 높은 집전효율을 갖는 동시에 기판이 하측으로 늘어나는 성장을 억제하여 내구성이 우수한 기판을 제공하여야 한다는 과제를 해결하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은,

상변(1)과 하변(2) 및 좌변(3)과 우변(4)으로 구성되는 프레임과, 상변(1) 일측에 형성되는 러그(5)와 프레임의 내부에 형성되는 가로 및 세로 와이어로 구성되고, 세로 와이어는, 러그(5)방향으로 기우는 기울기를 가지는 좌측부(6)와 상변(1)과 직각을 이루는 우측부(7)로 구분되게 배열되고, 세로 와이어의 기울기로 인해 좌측부(6)의 하부(8)로 갈수록 공극이 커지는 일을 방지하기 위해 가로 와이어의 간격을 점점 좁혀 각 공극의 크기 편차를 감소시켜서 되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 타공 기판을 제공한다.

나아가 본 발명은 세로와이어 개수를 가로와이어의 개수보다 많게 설치하여 러그로의 집전에 이르기까지 병목현상을 최소화 시키는 납축전지용 기판을 제공한다.

이상의 설명처럼, 본 발명은 압연된 스트립으로 타공방식을 사용하여 기판을 제조함으로써 내부식성이 우수하며, 기판이 늘어지는 성장을 제한하는 장점을 가진다.

특히, 본 발명은 세로와이어 개수를 가로와이어의 개수보다 많게 설치하여 러그로의 집전에 이르기까지 병목현상을 최소화 시키면서, 러그를 중심으로 우측에는 상변과 직각을 이루도록 세로와이어를 형성시킴으로서 기판의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 하단부로 갈수록 집전 효율이 다소 낮은 현상을 해소하기 위해 기판의 하부와 가까워질수록 가로와이어 사이의 폭을 점차 감소시키는 기판을 제공함으로써 하단부의 집전효율을 높일 수 있게 하는 효과와 더불어 러그쪽으로 기울어진 세로와이어의 하단부에 형성되는 공극을 폭이 좁은 상단부에 형성된 공극과 동일하게 갖는 기판을 제공함으로써 극판 전역에서 활물질의 이용률을 높여 재충전 효율을 높임으로서 납축전지의 성능 및 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 극판의 평면도

이와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은

상변(1)과 하변(2) 및 좌변(3)과 우변(4)으로 구성되는 프레임과, 상변(1) 일측에 형성되는 러그(5)와 프레임의 내부에 형성되는 가로 및 세로 와이어로 구성되고,

세로 와이어는, 러그(5)방향으로 기우는 기울기를 가지는 좌측부(6)와 상변(1)과 직각을 이루게 설치되는 우측부(7)로 구분되게 배열되고,

세로 와이어의 기울기로 인해 좌측부(6)의 하부(8)로 갈수록 공극이 커지는 일을 방지하기 위해 가로 와이어의 간격을 점점 좁혀 각 공극의 크기 편차를 감소시켜서 되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 타공 기판을 제공한다.

세로와이어가 러그(5)방향으로 기우는 기울기를 가지는 좌측부(6)는,

러그(5)의 폭 범위의 직하부에 설치되며 상변(1)과 직각이 되는 방향으로 설치되고 세개의 세로와이어로 되는 중심세로와이어부(가)와,

이에 양측으로 이웃하며 점점 기울기를 크게 하는 경사세로와이어부로 구성되고,

중심세로와이어부(가)로부터 좌변(3) 방향의 경사세로와이어부는 중심세로와이어부(가)를 기준으로하여 1~20° 범위에서 외측으로 갈수록 점차 경사를 크게 하여 형성되고, 중심세로와이어부(가)로부터 우변(4) 방향의 경사세로와이어는 역시 중심세로와이어부(가)를 기준으로하여 1~15°의 범위에서 외측으로 갈수록 경사가 크게 형성되며,

우측부(7)는 세로 와이어들이 상변(1)과 직각을 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.

세로와이어의 개수는 가로와이어의 개수의 1.5배 내지 2.0배인 것이 바람직하다.

세로 와이어는 상변(1)과 접하는 부위의 폭(9)이 하변(2)에 접하는 부위의 폭(10)보다 20~60% 넓게 형성되는 것임이 바람직하다.

중심세로와이어부(가)의 세개의 세로와이어(11)는 그 폭을 다른 세로와이어의 폭보다 140~160% 크게 형성시켜서 된 것 임이 바람직하다.

그리고, 좌측부(6)의 세로와이어는 하측으로 내려갈수록 방사상으로 퍼지게 되므로 공극의 크기가 커질 수 있다. 그리하여 본 발명은, 하부(8)로 갈수록 공극이 커지는 일을 방지하기 위해, 하부(8)의 가로 와이어(12,13,14,15,16,17,18)는 하변(2)에 가까워질 수록 하부(8)의 상측 가로와이어들의 간격에 비해 5~30% 적은 간격으로 설계되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 세로 와이어를 방사상과 수직형을 혼합하여 설치하여서 되는 본 발명의 기판은 기계적 강도가 크게 향상될 뿐만 아니라 활물질에서 발생되는 전기를 효율적으로 집전시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한 본 발명은 세로와이어 설치 수효를 가로와이어 설치 수효보다 1.5배 증가시켜서 설치시켜서 되는 기판을 제공한다. 이는 우측부(7)의 와이어들을 수직으로 배설함에 기인한다.

세로와이어는 집전 역할과 더불어 기판의 기계적 강도를 결정하는 중요한 요소로서 설치 수효를 증가시키게 되면 상하 방향으로 기판이 성장할 때, 세로와이어가 기판 성장을 억제하는 효과와 더불어 활물질에서 발생하는 전기가 러그까지 도달하는데 있어서 통로 역할을 하기 때문에 병목현상을 줄일 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은, 세로와이어를 설치함에 있어서, 좌변과 가장 인접한 세로와이어(19)와, 우측부에 설치되는 수직형 세로와이어 중 좌측부(6)에 최근접하는 세로와이어(20)가 좌변이나 하변에 직접 접하지 않고 가로와이어와 만나도록 구성된 기판을 제공한다. 이는 공극이 지나치게 적게 형성되는 일을 방지하기 위함이다.

1. 상변
2. 하변
3. 좌변
4. 우변
5. 러그
6. 좌측부
7. 우측부
8. 하부

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 상변(1)과 하변(2) 및 좌변(3)과 우변(4)으로 구성되는 프레임과, 상변(1) 일측에 형성되는 러그(5)와 프레임의 내부에 형성되는 가로 및 세로 와이어로 구성되고,
   세로 와이어는, 러그(5)방향으로 기우는 기울기를 가지는 좌측부(6)와 상변(1)과 직각을 이루게 설치되는 우측부(7)로 구분되게 배열되고,
   세로 와이어의 기울기로 인해 좌측부(6)의 하부(8)로 갈수록 공극이 커지는 일을 방지하기 위해 가로 와이어의 간격을 점점 좁혀 각 공극의 크기 편차를 감소시키고, 세로와이어가 러그(5)방향으로 기우는 기울기를 가지는 좌측부(6)는,
   러그(5)의 폭 범위의 직하부에 설치되며 상변(1)과 직각이 되는 방향으로 설치되고 세개의 세로와이어로 되는 중심세로와이어부(가)와,
   이에 양측으로 이웃하며 점점 기울기를 크게 하는 경사세로와이어부로 구성되고,
   중심세로와이어부(가)로부터 좌변(3) 방향의 경사세로와이어부는 1~20° 범위에서 외측으로갈수록 점차 경사를 크게 하여 형성되고, 중심세로와이어부(가)로부터 우변(4) 방향의 경사세로와이어는 1~15°의 범위에서 외측으로 갈수록 경사가 크게 형성되며, 세로와이어의 개수는 가로와이어의 개수의 1.5배 내지 2.0배이며, 세로 와이어는 상변(1)과 접하는 부위의 폭(9)이 하변(2)에 접하는 부위의 폭(10)보다 20~60% 넓게 형성되는 것임을 특징으로 하는 납축전지용 타공 기판.
5. 제 4항에 있어서,
   중심세로와이어부(가)의 세개의 세로와이어(11)는 그 폭을 다른 세로와이어의 폭보다 140~160% 크게 형성시켜서 된 것 임을 특징으로 하는 납축전지용 타공 기판.
   
   
6. 제 4항에 있어서,
   하부(8)로 갈수록 공극이 커지는 일을 방지하기 위해, 하부(8)의 가로 와이어(12,13,14,15,16,17,18)는 하변(2)에 가까워질 수록 하부(8)의 상측 가로와이어들의 간격에 비해 5~30% 적은 간격으로 설계된 것을 특징으로 하는 납축전지용 타공 기판.
   
   

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