KR101902132B1 - Quadrangular cell case for vehicle cell and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
차재 전지용의 각형 전지 케이스(1)로서, 1매의 소재 알루미늄 합금판으로부터, 바닥부(6), 측벽(2, 3, 4, 5), 개구부(7)를 각각 갖는, 횡단면 형상이 직사각형상인 케이스로 일체로 성형되고, 개구부(7)에 대한 캡의 봉지 용접에 앞서, 용접되는 측벽(2, 3, 4, 5)의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 두께가 전지 케이스의 내측을 향해 돌출하도록 부분적으로 후육화되어 있다. 차재 전지용 각형 전지 케이스(1)는, 알루미늄 합금제이고, 봉지 용접 시에 안정된 비드 형상의 형성이 가능하고, 건전한 용접부 형성이 가능하다.A rectangular battery case (1) for an on-vehicle battery, comprising: a single sheet of aluminum alloy plate having a bottom portion (6), side walls (2, 3, 4, 5) The thickness of the upper portions 2c, 3c, 4c and 5c of the side walls 2, 3, 4 and 5 to be welded is smaller than the thickness of the inner side of the battery case As shown in Fig. The rectangular battery case 1 for an on-vehicle battery is made of an aluminum alloy and can form a stable bead shape at the time of sealing welding, and a sound welded portion can be formed.
Description
본 발명은 전지 케이스끼리가 다수 병렬되어, 모듈에 내장되어서 사용되는 차재 전지용의 각형 전지 케이스 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a prismatic battery case for a vehicle battery which is used by being embedded in a plurality of battery cases so that a plurality of battery cases are arranged side by side and a manufacturing method thereof.
Li 이온 전지는 종래부터 휴대 전화나 노트 PC 등의 모바일 분야에서 주로 이용되어 왔지만, 근년에는 자동차용(차재용)으로서, HV차나, 플러그 인 하이브리드차, 전기 자동차에 이용되고 있다. Li-ion batteries have been conventionally used mainly in mobile fields such as cellular phones and notebook PCs, but in recent years, they have been used for HV cars, plug-in hybrid cars, and electric vehicles as vehicles (vehicle use).
이들 자동차용 Li 이온 전지는, 큰 전력이 필요하기 때문에, 한정된 차재 공간에 다수의 전지 케이스끼리가 서로 병렬되어, 모듈에 내장되어서 수납된다. 이 때문에, 서로 병렬하기 쉬워, 공간 효과가 높은 형상이고, 더욱이 실장 효율이 높고, 방열 성능도 우수하여, 과대한 온도 상승을 피하는 것이 중요해진다.These automotive Li-ion batteries require large electric power, so that a plurality of battery cases are arranged in parallel in a limited vehicle space, and are built in and stored in the module. Therefore, it is easy to be parallel to each other, to have a shape with a high spatial effect, to have a high mounting efficiency, and also to excellently radiate heat, and it is important to avoid an excessive increase in temperature.
이 때문에, 그 전지 케이스는 횡단면 형상이 직사각형(각형)이고, 측면의 광폭면의 폭과 협폭면의 폭의 비가 큰(장변에 비해서 단변이 현저히 작은) 편평형의 전지 케이스가 되고 있다. 이와 같은 박형(薄型)의 각형 전지 케이스를 이용한 각형 전지는 기기의 박형화나 경량화에 적합하고, 또한 공간 효과도 높다. 이상과 같은 자동차용의 Li 이온 전지 케이스를 이하에서는 차재 전지용의 각형 전지 케이스, 차재 전지용의 전지 케이스, 또는 간단히 각형 전지 케이스 또는 전지 케이스라고도 말한다.Therefore, the battery case is a flat battery case having a rectangular cross section (rectangular shape) and having a large ratio of the width of the wide surface to the width of the narrow surface of the side surface (the short side is significantly shorter than the long side). The prismatic battery using such a thin rectangular battery case is suitable for thinning and lightening the device, and also has a high spatial effect. The Li-ion battery case for an automobile as described above is hereinafter also referred to as a prismatic battery case for an on-vehicle battery, a battery case for an on-vehicle battery, or simply a prismatic battery case or a battery case.
이와 같은 차재 전지용의 각형 전지 케이스는 내부 공간에 전지박이나 전해액, 집전체 등의 내장물을 담은 후, 상기 개구부를 전지캡(이하, 간단히 캡이라고 말한다)으로 막고, 전지 케이스의 상기 개구부와 전지캡의 접합부를 레이저 용접을 사용하여 봉지(封止) 용접하는 것이 널리 행해지고 있다.The prismatic battery case for a vehicle battery includes a battery cap, a built-in object such as an electrolytic solution, a current collector, and the like. The opening is sealed with a battery cap (hereinafter simply referred to as a cap) It has been widely practiced to encapsulate the joint portion of the cap using laser welding.
종래부터, 이와 같은 각형 전지 케이스의 기능성을 높이기 위해서, 각형 전지 케이스 각 부의 육후(肉厚)의 배분을 궁리한 사례 등이 여러 가지 제안되어 있다.BACKGROUND ART [0002] Heretofore, various proposals have been made to devise a distribution of the thickness of square-shaped battery case parts in order to improve the functionality of such a rectangular battery case.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, 휴대 전화 등의 포터블 기기용의 각형 전지 케이스로서, 주로 탄소강의 냉연 강판 등의 철제의 금속 외장캔이 제안되어 있다. 동 문헌에서는, 전지 단품으로 사용하는 용도이기 때문에, 박육화된 각형 전지 케이스에서도 강도나 강성을 필요로 한다. 이 때문에, 캡에 의해 봉구(封口)되는 개구부 주변부의 벽 상부 두께(봉구부 주변측 두께)를, 봉구 강도를 향상시키기 위해서, 중간부(정상(定常)부)의 두께보다도, 약 25% 이하 정도, 부분적으로 두꺼워지도록 금속 외장캔을 제작하고 있다.For example,
여기에서, 차재 전지용의 각형 전지 케이스의 캡이나 본체(캔)를 강제로부터 알루미늄 합금제로 바꾸어, 알루미늄 합금판(냉연판) 소재를 일체로 프레스 성형한 성형품으로 구성하면, 내식성이나 경량화 및 가공성이나 비용면으로부터도 유리하다. 따라서, 근년, 검토가 진행되고 있다.If a cap or main body (can) of a prismatic battery case for an on-vehicle battery is changed from a forged aluminum alloy material to an aluminum alloy plate (cold rolled plate) material integrally formed by press molding, corrosion resistance, lightness, It is advantageous also from the aspect. Therefore, in recent years, review is proceeding.
또한, 알루미늄 합금제의 차재 전지용의 각형 전지 케이스의 보다 저비용화를 진행시키기 위해서, 박육화의 검토도 진행되고 있다. 구체적으로는, 이 전지 케이스의 측벽의 판 두께를 종래의 0.5∼1.0mm 정도로부터 0.2∼0.6mm 정도까지 얇게 하는 움직임이 있다.In order to further reduce the cost of the rectangular battery case made of an aluminum alloy for an on-vehicle battery, further studies for thinning have been made. Specifically, there is a movement in which the thickness of the side wall of the battery case is reduced to about 0.2 to 0.6 mm from the conventional 0.5 to 1.0 mm.
단, 차재 전지용의 각형 전지 케이스를 알루미늄 합금제로 한 경우, 상기한 박육화를 추구하면, 레이저에 의한 상기 봉지 용접 시의 용접이 안정되지 않는다고 하는, 강제에는 없는 알루미늄 합금제 특유의 과제가 생긴다.However, when the prismatic battery case for an on-vehicle battery is made of an aluminum alloy, there is a problem inherent in the aluminum alloy which is not forced, which means that welding at the time of sealing by the laser is not stabilized.
즉, 각형 전지 케이스의 측벽을 얇게 하면, 강보다도 용접성이 뒤떨어지는 알루미늄 합금에서는, 상기한 레이저에 의한 봉지 용접 시에 판의 열변형이 생겨 버린다. 따라서, 동일한 알루미늄 합금인 캡과의 용접이 안정되지 않아, 이음부가 파형이 되거나, 단차가 생기거나, 용접부의 측벽을 관통하는 것과 같은 불안정한 비드 형상이 되어, 전지 케이스의 내용물에 악영향이 있다. 이 때문에, 건전한 비드 형상이나 용접부로 하기 위해서, 레이저 조사 위치를 고정밀도로 위치 맞춤하는 등, 봉지 용접 시에 효율을 저하시키는 것과 같은 다대한 노력을 필요로 한다.That is, when the side wall of the rectangular cell case is made thinner, the aluminum alloy having weldability lower than that of steel is thermally deformed at the time of sealing by laser welding. Therefore, welding with the cap, which is the same aluminum alloy, is unstable, so that the joint portion may have a waveform, a step difference, or an unstable bead shape such as penetrating the side wall of the welded portion, which adversely affects the contents of the battery case. For this reason, in order to obtain a sound bead shape or a welded portion, it is necessary to make various efforts such as reducing the efficiency at the time of sealing by welding such as positioning the laser irradiation position with high accuracy.
알루미늄 합금은 융점이 낮아 용융되기 쉽다고 생각되지만, 알루미늄 합금의 비열 및 용융 잠열은, 강이나 다른 대다수의 금속보다도 커서, 열전도가 좋은 것과 상사(相俟)하여, 강의 5배나 열이 달아나기 쉽다. 이 때문에, 국부 가열이 어려워, 용융시키기 위해서는 강보다도 다량의 열을 공급할 필요가 있고, 이것이 상기한 봉지 용접이 안정되지 않아 불안정한 비드 형상이 되는 큰 요인이 된다.Aluminum alloys are thought to be easily melted due to their low melting point. However, the specific heat and latent heat of melting of aluminum alloys are larger than those of steel and most other metals, and they tend to coexist well with good thermal conductivity and easily escape five times as much heat as steel. For this reason, local heating is difficult, and in order to melt it, it is necessary to supply a larger amount of heat than steel, which is a large factor that the seal welding becomes unstable and becomes an unstable bead shape.
본 발명은 이와 같은 과제에 비추어 이루어진 것으로, 상기 봉지 용접을 안정되게 실시할 수 있어, 건전한 용접부 형성을 가능하게 하는, 알루미늄 합금제의 차재 전지용 각형 전지 케이스 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a prismatic battery case made of an aluminum alloy for a vehicle battery and capable of stably carrying out the sealing welding so as to form a sound welded part and a manufacturing method thereof .
상기 목적 달성을 위해서, 본 발명의 차재 전지용의 각형 전지 케이스의 요지는, 1매의 소재 알루미늄 합금판으로부터, 바닥부, 측벽, 개구부를 각각 갖는 횡단면 형상이 직사각형상인 케이스로 일체로 성형됨과 더불어, 상기 측벽의 두께가 0.2∼0.6mm의 범위로 박육화된 데다가, 상기 바닥부의 두께가 0.6∼1.0mm의 범위로 상기 측벽보다도 후육화되어 있고, 또 상기 측벽의 상부의 두께가, 상기 케이스의 내측을 향해 돌출하도록, 부분적으로 미리 후육화되어 있는 것이다.In order to achieve the above object, a prismatic battery case for a vehicle battery of the present invention is formed integrally from a single material aluminum alloy plate by a casing having a rectangular shape in cross section, each having a bottom portion, a side wall and an opening portion, The thickness of the bottom wall is thicker than that of the side wall in a range of 0.6 to 1.0 mm and the thickness of the top wall of the side wall is larger than the thickness of the inside of the case And is partially burnt in advance so as to protrude toward the center.
또한, 상기 목적 달성을 위해서, 본 발명의 차재 전지용의 각형 전지 케이스의 제조 방법의 요지는, 1매의 소재 알루미늄 합금판으로부터, 바닥부, 측벽, 개구부를 각각 갖는 횡단면 형상이 직사각형상인 케이스를 일체로 성형할 때에, 상기 측벽의 두께를 0.2∼0.6mm의 범위로 박육화한 데다가, 상기 바닥부의 두께를 0.6∼1.0mm의 범위로 상기 측벽보다도 후육화하고, 또 상기 측벽의 상부의 두께를, 각형 전지 케이스의 내측을 향해 돌출하도록, 부분적으로 미리 후육화한 것이다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a prismatic battery case for a vehicle battery according to the present invention is a method for manufacturing a rectangular battery case for a vehicle battery, comprising the steps of: forming a case having a rectangular cross section having a bottom, The thickness of the sidewall is reduced to a range of 0.2 to 0.6 mm and the thickness of the bottom is thickened to be larger than the sidewall in a range of 0.6 to 1.0 mm, And is partially thickened so as to protrude toward the inside of the battery case.
본 발명은, 알루미늄 합금판의 성형체로 이루어지는 각형 전지 케이스의 측벽의 상부를 알루미늄 합금제의 캡과 레이저에 의해 봉지 용접함에 앞서, 이 측벽의 상부의 두께를, 이 측벽의 정상부의 두께보다도, 비드의 형성량에 알맞은 분만큼, 각형 전지 케이스의 내측을 향해 부분적으로 후육화한다.The present invention is characterized in that the upper part of the sidewall of the rectangular battery case made of the aluminum alloy plate molded body is sealed with the cap made of the aluminum alloy by laser welding so that the thickness of the upper part of the sidewall is smaller than the thickness of the top part of the sidewall, The battery pack is partially thickened toward the inside of the prismatic battery case.
이에 의해, 상기 봉지 용접을 안정되게 실시할 수 있어, 측벽의 상부와 캡에 걸침과 더불어, 측벽의 상부를 관통하지 않는 비드를 형성할 수 있고, 건전한 용접부로 할 수 있다.As a result, the sealing can be stably performed, so that a bead that does not penetrate the upper portion of the sidewall can be formed along with the upper portion of the side wall and the cap, and a sound welded portion can be obtained.
도 1은 본 발명 각형 전지 케이스의 일 태양을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 본 발명 각형 전지 케이스의 캡의 용접의 일 태양을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명 각형 전지 케이스의 캡의 용접의 다른 태양을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명 각형 전지 케이스의 측벽의 후육화의 가공의 일 태양을 나타내는 단면도이다.
도 7은 종래의 각형 전지 케이스의 캡의 용접의 일 태양을 나타내는 단면도이다.
도 8은 종래의 각형 전지 케이스의 캡의 용접의 다른 태양을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명 각형 전지 케이스의 측벽의 후육화의 가공의 다른 바람직한 태양을 나타내는 단면도이다.1 is a perspective view showing an embodiment of a prismatic battery case according to the present invention.
2 is a sectional view taken along the line AA in Fig.
3 is a sectional view taken along line BB of Fig.
4 is a cross-sectional view showing an embodiment of welding a cap of a rectangular cell case of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing another aspect of the welding of the cap of the rectangular cell case of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing an embodiment of processing for thickening side walls of a rectangular cell case of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing an aspect of welding a cap of a conventional rectangular battery case.
8 is a cross-sectional view showing another aspect of the welding of the cap of the conventional rectangular battery case.
9 is a cross-sectional view showing another preferred embodiment of processing of thickening the side wall of the rectangular cell case of the present invention.
이하에 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복 설명을 생략한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description and the drawings, the same reference numerals are used to denote constituent elements having substantially the same functional configuration, and redundant description will be omitted.
각형 전지 케이스의 기본 구조: The basic structure of the prismatic battery case:
도 1∼3에 본 발명 각형 전지 케이스의 일 태양을 나타낸다. 본 발명에서 말하는 각형 전지 케이스란, 바닥부, 측벽, 개구부를 각각 갖는 횡단면 형상이 직사각형상인 알루미늄 합금제 전지 케이스를 말한다.1 to 3 show an embodiment of a prismatic battery case according to the present invention. The prismatic battery case referred to in the present invention refers to an aluminum alloy battery case having a bottom, side wall, and openings, each having a rectangular cross-sectional shape.
도 1∼3에 있어서, 각형 전지 케이스(1)는 전제로서 차재 전지용으로서 사용된다. 즉, 이 전지 케이스(1)끼리가 다수 병렬되어, 모듈에 내장되어서 사용된다. 이 때문에, 공간의 효율로부터, 바닥부, 측벽, 개구부를 각각 갖는 횡단면 형상이 직사각형상인, 편평하고 박형인 알루미늄 합금제 전지 케이스로 되어 있다.In Figs. 1 to 3, the
각형 전지 케이스(1)는, 기본적으로, 직사각형(평면시에 각형) 바닥부(6)와, 이 직사각형 바닥부(6)의 각 둘레부로부터 올라오는 4개의 각 측벽(2, 3, 4, 5)과, 이들 각 측벽(2, 3, 4, 5)의 상단부(2a, 3a, 4a, 5a)측의 직사각형상 개구부(7)를 일체로 가진 각통 형상으로 이루어진다.The square
본 발명에서 말하는 직사각형상이란, 이하의 기재도 포함해서, 직사각형 또는 사각의 형상이나, 이들 형상 그 자체가 아니더라도, 직사각형 또는 사각에 근사한 형상을 의미한다.The rectangular shape referred to in the present invention means a shape that is rectangular or rectangular, including the following description, or a shape approximate to a rectangle or a square, although not the shape itself.
도 1∼3의 각형 전지 케이스(1)에 있어서, 측벽(4, 5)은 크고 광폭인 벽면으로서 장변측에 있는 대향하는 2개의 측벽이며, 측벽(2, 3)은 작고 협폭인 벽면으로서 단변측에 있는 대향하는 2개의 측벽이다. 이들 측벽은, 벽면 형상이 각형이고, 광폭인 벽면의 폭과 협폭인 벽면의 폭의 비가 큰(장변측에 비해서 단변측이 현저히 작은), 직사각형이고 편평한 박형의 전지 케이스를 구성한다.The
직사각형 바닥부(6)의 두께(판 두께)(t6)는 0.6∼1.0mm의 범위, 각 측벽(2, 3, 4, 5)의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 두께(판 두께)(t2, t3, t4, t5)는 0.2∼0.6mm의 범위로부터 선택되고, 균일한 판 두께인 판의 상기한 성형에 의해 서로 차후(差厚)화되어 있다. 즉, 이들 각 부의 두께가 상이한 차후 각통 형상으로 이루어져 있다.The thickness (plate thickness) t6 of the
이 직사각형 바닥부(6)의 두께는, 박육화된 뒤에 입설(立設)되는 전지 케이스의 강도(강성)의 필요성으로부터, 상기 각 측벽보다도 후육화되어 있다. 또한, 다수의 전지 케이스(1)가 서로 조밀하게 나열되어서 모듈에 내장되어, 인접하는 전지 케이스의 측벽끼리 접해 있기 때문에, 강도가 비교적 낮아도 되는 장변측의 2개의 측벽(4b, 5b)의 각 두께(t4, t5)는 단변측의 2개의 측벽(2b, 3b)의 각 두께(t2, t3)보다도 얇게 해도 된다. 즉, 이들 직사각형 바닥부(6)나 측벽(2∼5)끼리는, 차재 전지용으로서, 각각의 두께를 상기한 범위 내에서 서로 변경하여 차후화해도 된다.The thickness of the
이들 각형 전지 케이스(1)는, 범용되는 공지의 제조 방법으로서, 균일한 두께(t1: 0.5∼1.2mm)의 1매의 소재 알루미늄 합금판(냉연판)을, 드로잉과 아이어닝 등을 순차적으로 조합한, 공지의 다단의 성형 가공에 의해 일체로 성형하여 얻을 수 있다. 덧붙여, 이들 다단의 성형 가공 자체는, 예를 들면, 일본 특허 제4119612호 공보, 일본 특허 제4325515호 공보, 소성가공학 2, W. 존슨, P. B. 멜러 공저, 1965년 10월 30일 바이후칸 발행, 「11·10 바닥 부착 용기의 재드로잉 가공」 26∼27페이지 등에 구체적으로 기재되어 있다. 이 각형 전지 케이스(1)의 소재가 되는 알루미늄 합금판은 후술하는 합금 중에서 선택된다.Each of these
캡의 장착: Mounting of the cap:
도 4, 5에 나타내는 대로, 각형 전지 케이스(1)의 직사각형 개구부(7)에는, 각형 전지 케이스(1)와는 다른 소재 알루미늄 합금판으로부터 성형된, 평면시에 직사각형상인 캡(8)이 장착된다. 덧붙여, 캡(8)은 반드시 판의 성형에 의하지 않아도 되고, 주조, 단조, 압출 등의 다른 제법으로 제작되어도 된다.As shown in Figs. 4 and 5, the rectangular opening 7 of the
이 도 4, 5는, 도 1의 각형 전지 케이스(1)에 캡(8)을 장착한 태양을, 도 1의 A-A 단면도를 이용하여, 각형 전지 케이스(1)의 A-A 단면측만을 부분적으로 나타내고 있다. 이하의 설명에서는, 도 1의 B-B 단면측에도 공통되는 기재도 있어, 그와 같은 경우에는, B-B 단면측의 부호를 A-A 단면측의 부호에 이어서 괄호 쓰기로 추가 기재한다.Figs. 4 and 5 partially show only the AA cross section side of the
이 캡(8)은 전지 케이스 상부의 평면시한 직사각형 형상과 동일하거나 또는 상사(相似)하는 직사각형(평면시) 형상을 갖고, 통상은 Li 이온 전지 케이스 등으로서 필요한 외부 양극, 전해액의 주입구나 커버, 안전 밸브 등의 다른 필요 부품을 구비한다. 이 때문에, 필요한 강도(강성)가 높아, 상기 각 측벽(2, 3, 4, 5) 또는 직사각형 바닥부(6)보다도 더 후육화되어 있고, 그 두께(판 두께)(t8)는 1.0∼2.0mm의 범위이다. 이 캡(8)의 소재가 되는 알루미늄 합금판도 후술하는 합금 중에서 선택된다.The
이 캡(8)의 장착에 있어서 범용되는 장착 방식으로서는, 대표적으로는 도 4와 같은 드롭 리드(drop-lid) 방식이다. 구체적으로는, 캡(8)을 각 측벽의 상단부(2a, 3a(4a, 5a))로 둘러싸는 공간 내에 수용하고, 캡(8)과 각 측벽의 상단부(2a, 3a(4a, 5a))를 동일한 평면의(면일의) 동일한 레벨로 해서 재치하는 방법이 있다. 또한, 도 5와 같은 재개(載蓋) 방식으로, 캡(8)을 각 측벽의 상단부(2a, 3a(4a, 5a)) 상에 재치하여, 이들 각 측벽의 상단부를 덮는 방법 등도 있다.A typical mounting method for mounting the
이 캡(8)의 장착에 있어서는, 도 4, 5의 화살표로 나타내는 용접 방향으로부터, 캡(8)의 둘레부(8a, 8b)와, 각 측벽의 상단부(2a, 3a) 또는 각 측벽의 상부(2c, 3c)가 서로, 그의 길이 방향 또는 평면시에서의 둘레에 걸쳐서, 레이저 용접에 의해 봉지 용접된다. 단, 도 3, 4에서 도시하고 있는 것은, 상기한 대로, 단변측 측벽(2, 3)의 상단부(2a, 3a) 또는 상부(2c, 3c)만이다.8 and 9 of the
도 4는, 캡(8)의 둘레부(8a, 8b)와, 각 측벽의 상단부(2a, 3a)의 경계(용접부)를 향해, 레이저가 상방으로부터 하방으로, 화살표로 나타내는 레이저 입사선 X와 같이 입사되는 상타(上打) 방식의 봉지 용접을 나타내고 있다.4 shows a state in which the laser is directed downward from the upper side of the
도 5는, 캡(8)의 둘레부(8a, 8b)와, 각 측벽의 상단부(2a, 3a) 또는 각 측벽의 상부(2c, 3c)의 경계(용접부)를 향해, 레이저가 가로 방향으로부터 수평으로, 화살표로 나타내는 레이저 입사선 X와 같이 입사되는 횡타(橫打) 방식의 봉지 용접을 나타내고 있다.5 shows a state in which the laser is moved from the horizontal direction to the boundary (welded portion) between the
이들 도 4, 5에서는 도시하고 있지는 않지만, 도 1에 있어서의 측벽(4, 5)의 상단부(4a, 5a)나, 상부(4c, 5c)도 마찬가지로 해서 캡(8)과 봉지 용접된다.Although not shown in Figs. 4 and 5, the
봉지 용접에 있어서의 레이저 용접은 공지의 것을 사용할 수 있고, 레이저 용접기로서, 반도체 여기 펄스 발신형 YAG 레이저, 디스크 레이저, 파이버 레이저 등을 사용하여, 레이저 용접의 스폿을 조사해서 순차적으로 용접한다. 예를 들면, 레이저 출력: 200∼500W, 섬유 직경=0.1∼0.4mm, 용접 속도=10∼20m/분, 실드 가스=Ar(0.1∼0.5L/s) 등의 조건에서, 연속 용접으로 행한다.As the laser welding in the sealing welding, a known one can be used. As the laser welding machine, a semiconductor excitation pulse originating type YAG laser, a disk laser, a fiber laser, or the like is used to sequentially weld the laser welding spot. For example, continuous welding is performed under conditions such as a laser output of 200 to 500 W, a fiber diameter of 0.1 to 0.4 mm, a welding speed of 10 to 20 m / min, and a shielding gas of Ar (0.1 to 0.5 L / s).
비드 형성: Bead Formation:
이 봉지 용접 시에, 도 4, 5와 같이, 각 측벽의 상부(2c, 3c(4c, 5c))와, 캡(8)의 예를 들면 둘레부(8a, 8b)에 걸침과 더불어, 그의 선단부(9a)가 각 측벽의 상부(2c, 3c(4c, 5c))를 전지 케이스 내부를 향해 관통하지 않는 것과 같은, 안정된 건전한 비드(9)가 형성되어 접합될 것이 필요하다. 이 비드(9)는, 캡(8)의 둘레부(8a, 8b)와 상기 각 측벽의 상부(2c, 3c(4c, 5c))의 봉지 용접되는 부분에 걸쳐서, 캡과 측벽 상단부나 측벽 상부의 길이 방향 또는 평면시에서의 둘레에 걸쳐서 형성된다.4 and 5, the
그러나, 측벽을 0.2∼0.6mm의 범위로 균일한 두께로 박육화한 종래예에서는, 이 측벽이 지나치게 얇아, 레이저에 의한 봉지 용접이 안정되지 않는다. 상기한 대로, 알루미늄 합금의 비열 및 용융 잠열은, 강이나 다른 대다수의 금속보다도 커서, 열전도가 좋은 것과 상사하여, 강의 5배나 열이 달아나기 쉽다. 이 때문에, 용접부인 측벽(21)이 얇아질수록, 국부 가열이 어려워, 용융시키기 위해서 강보다도 다량의 열을 공급할 필요가 있어, 레이저에 의한 봉지 용접이 안정되지 않게 된다.However, in the conventional example in which the sidewall is thinned to a uniform thickness in the range of 0.2 to 0.6 mm, the sidewall is too thin, and the sealing by laser is not stable. As described above, the specific heat and latent heat of melting of the aluminum alloy are larger than those of steel and most other metals, and the heat conduction is similar to that of the aluminum alloy. Therefore, as the
레이저 용접 조건에도 물론 의존하지만, 이 종류의 알루미늄 합금판제의 차재용 전지 케이스에 범용되는 레이저에 의한 봉지 용접의 조건 범위에서는, 후술하는 도 4, 5에 나타내는 비드의 용입 깊이 H는 이들 측벽의 두께의 80% 이상이 된다. 따라서, 측벽(21)의 두께가 상기 0.2∼0.6mm의 범위로 박육화될수록, 비드의 용입 깊이 H에 대한 측벽(21)의 두께에 여유가 없다. 그리고 알루미늄 합금의 상기 특성상, 레이저 출력이나 섬유 직경, 피크 출력, 용접 속도를 크게 하는 등의 용접 조건에 의해서는, 측벽의 상부(21a)를 그의 선단(22a)이 관통하는 것과 같은 불안정한 비드(22)의 형상이 되기 쉽다.The depth of penetration H of beads shown in Figs. 4 and 5 to be described later is in the range of the thickness of these sidewalls 80% or more. Therefore, as the thickness of the
도 7, 8에, 측벽의 상부(21a)도 정상부와 균일한 두께를 갖는 종래의 박육화한 측벽(21)의 용접부를 나타낸다. 이 도 7, 8에 나타내는 대로, 레이저 용접에 의한 봉지 용접이 안정되지 않으면, 측벽의 상부(21a)를 그의 선단(22a)이 관통하는 것과 같은 불안정한 비드(22)의 형상이 되기 쉽다. 이는 도 7과 같은 상타 방식이어도, 도 8과 같은 횡타 방식의 봉지 용접이어도 마찬가지이다.7 and 8, the
이와 같이, 그의 선단(22a)이 관통하는 것과 같은 불안정한 비드 형상이 된 경우에는, 접합 강도가 저하됨과 더불어, 스패터가 전지 케이스 내부에 튀어, 전지 케이스의 내용물에 커다란 손상이나 대미지를 준다.In this way, when the
이 때문에, 건전한 비드 형상이나 용접부로 하기 위해, 봉지 용접 시에 여분으로 다대한 노력이나 비용을 필요로 한다. 보다 구체적으로 말하면, 종래에는, 건전한 비드 형상이나 용접부로 하기 위해서, 용접 효율을 희생하여, 용접 전류나 용접 속도를 낮게 하고, 다단계로 세분화한 용접 공정으로 하거나, 높은 제어 정밀도의 보다 고가인 용접기가 필요했다.For this reason, in order to make a bead shape or a welded portion, extra efforts and cost are required at the time of sealing. More specifically, conventionally, in order to obtain a sound bead shape or a welded portion, a welding process in which the welding current and the welding speed are lowered at a sacrifice of the welding efficiency, a multi-step finely divided welding process, or a welder having a higher control accuracy I needed it.
측벽의 후육화: Thickening of side walls:
이에 비하여, 상기한 안정된 건전한 비드(9)의 형성을 위해, 본 발명에서는, 캡(8)과 봉지 용접되는 각 측벽(2, 3, 4, 5)의 상부를, 도 1∼3에 나타내는 2c, 3c, 4c, 5c와 같이, 상기 봉지 용접에 의해 형성되는 비드의 용입 깊이 H보다도 두꺼워지도록, 각 측벽의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 두께보다도, 부분적으로, 상기 봉지 용접에 앞서 미리 후육화한다.On the other hand, in order to form the above stable and stable bead 9, in the present invention, the upper portion of each
이들 각 측벽의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)는, 도 1∼3과 같이, 각형 전지 케이스(1)의 내측을 향해서만 돌출하도록 또는 부풀도록, 부분적으로 미리 후육화되어 있다. 따라서, 각 측벽의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 외측의 벽은, 바람직하게는 도 1∼3과 같이, 각 측벽의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 외벽과 동일하게 후육화에 의한 부풂이나 요철이 없는 평탄한 벽면이다. 또, 각 측벽의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 외측의 벽은, 상기 각 정상부의 외벽과 동일한 평면으로 이어져, 각형 전지 케이스(1)의 평탄한 외벽면을 각각 구성하고 있다.The
여기에서, 비드의 용입 깊이 H는, 도 4, 5에서 도시하듯이, 레이저의 입사 방향에 관계없이, 화살표로 나타내는 레이저의 입사선 X의 연장선상에 있는, 비드(9)의 외표면부(9b)로부터 그의 선단부(9a)까지의, 비드의 최대 깊이(최대의 용입 깊이)이다.Here, as shown in Figs. 4 and 5, the penetration depth H of the bead is set such that the outer surface portion of the bead 9 on the extension of the incident line X of the laser, indicated by an arrow, (The maximum penetration depth) of the beads from the
각 측벽의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 두께(판 두께): t2, t3, t4, t5는 상기한 대로 0.2∼0.6mm의 범위로부터 선택된다. 이에 대하여, 각 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 두께(판 두께): t2c, t3c, t4c, t5c는 이들 정상부의 두께(t2, t3, t4, t5)보다도 두껍게 한다. 이 기준으로서, 비드(9)의 형성량에 알맞은 분만큼, 이들 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)에 있어서의 각각의 비드의 용입 깊이 H보다도 두꺼워지도록, 부분적으로 후육화하는 것이 바람직하다.The thickness (plate thickness) t2, t3, t4, and t5 of the tops 2b, 3b, 4b, and 5b of each side wall are selected from the range of 0.2 to 0.6 mm as described above. On the contrary, the thicknesses (plate thicknesses) t2c, t3c, t4c and t5c of the
더욱이, 이 후육화는, 각형 전지 케이스(1)의 내측(내측 공간)을 향해서만 돌출하도록, 부분적으로 후육화하고 있다. 도 1의 본 발명 각형 전지 케이스는 도 2의 A-A 단면도에 있어서의 후육화 부분(2c, 3c)과 도 3의 B-B 단면도에 있어서의 후육화 부분(4c, 5c)을 갖는다.Further, the thickening is partially thickened so as to protrude only toward the inner side (inner space) of the rectangular
이와 같은 후육화에 의해, 안정된 레이저 용접이 가능해진다. 그리고, 상기 도 4, 5의 우측에 나타낸 바와 같이, 측벽의 상부(2c, 3c(4c, 5c))와 캡의 둘레부(8a, 8b)에 걸침과 더불어, 그의 선단부(9a)가 측벽의 상부(2c, 3c(4c, 5c))를 관통하지 않는 것과 같은, 안정된 건전한 비드(9)가 형성된다.By such thickening, stable laser welding becomes possible. As shown in the right side of Figs. 4 and 5, the
또한, 측벽의 상부(2c, 3c(4c, 5c))의 후육화에 의해, 측벽의 상부를 관통하지 않는 범위에서 허용되는 비드(9)의 용입 깊이 H(또는 허용되는 비드(9)의 크기)가, 박육화된 원래의 측벽 두께로부터 후육화된 두께로 크게 증대되는 효과도 크다.The thickening of the
또한, 측벽(2, 3, 4, 5)의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)를, 비드(9)의 용입 깊이 H 이상으로, 부분적으로 후육화하는 것에 의해, 용접 조건의 선택 범위나 허용 범위도 넓어져, 안정된 용접이 가능해지고, 안정된 건전한 비드(9)가 형성되는 효과도 있다.The
즉, 측벽의 상부를 비드(9)가 관통하지 않는 봉지 용접 조건의 허용 범위를 완화시켜, 용접 조건을 안정화시키는 효과도 크다. 본 발명에서는, 상기 각형 전지 케이스의 기본 구조(캡(8), 직사각형 바닥부(6), 측벽의 각 두께 범위도 포함해서)를 전제로 한 데다가, 안정된 레이저 용접을 가능하게 한다.That is, the allowable range of the sealing welding condition in which the bead 9 does not penetrate the upper part of the side wall is relaxed, and the effect of stabilizing the welding condition is also large. In the present invention, stable laser welding can be performed on the premise of the basic structure of the prismatic battery case (including the
또, 각 측벽의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)는, 각형 전지 케이스(1)의 내측을 향해서만 돌출하도록 또는 부풀도록 부분적으로 미리 후육화되어 있다. 이 때문에, 이들 각 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 외측의 벽면은, 각 측벽의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 외벽면과 동일하게 후육화에 의한 부풂이나 요철이 없는 평탄한 벽면이 되고 있다. 즉, 이들 측벽의 외측의 벽면은, 후육화되어 있는 측벽의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)를 포함해서, 동일한 평면(면일)으로 평탄화되어 있다.The tops 2c, 3c, 4c, and 5c of each side wall are partially thickened so as to protrude or inflate only toward the inside of the
이 결과, 상기 각 측벽의 정상부의 외벽면과 동일한 평면으로 이어져, 각형 전지 케이스(1)의 평탄한 외벽면을 각각 구성할 수 있다. 따라서, 자동차용의 Li 이온 전지로서, 한정된 차재 공간에 있어서도, 다수의 전지 케이스(의 외벽)끼리를 서로 병렬해서 재치하기 쉬워, 공간 효과가 높다는 특징도 있다.As a result, the flat outer wall surfaces of the
이와 같은 각 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 외측의 벽면의, 각 측벽의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 외벽면과의 동일한 평면에서의 평탄화는, 필수는 아니지만, 상기한 우수한 공간 효과를 갖는다.It is not essential to planarize the outer wall surface of each of the side
여기에서, 전지 케이스로서, 건전한 사용에 견딜 수 있기 위해서는, 봉지 용접부에 충분한 이음 강도가 필요하다. 이 이음 강도는 비드(9)의 용입 깊이 H에 의존한다. 레이저 용접 조건에도 물론 의존하지만, 범용되는 레이저에 의한 봉지 용접 조건의 범위에서는, 충분한 이음 강도를 확보하기 위해서는, 비드의 용입 깊이 H는, 측벽(2, 3, 4, 5)의 정상부의 두께(t2, t3, t4, t5)에 대하여, 이들 측벽의 두께의 60% 이상, 바람직하게는 80% 이상이 되는 것이 바람직하다.Here, in order to be able to withstand sound use as a battery case, sufficient sealing strength is required for the sealing welded portion. This joint strength depends on the penetration depth H of the bead 9. The penetration depth H of the bead is preferably set to be less than the thickness of the top portion of the
그러나, 측벽(2, 3, 4, 5)의 정상부의 두께(t2, t3, t4, t5)가 0.2∼0.6mm의 범위로 얇은 경우에는, 용접 시에 상기와 같은 열변형이 생기기 때문에, 용입이 불안정해지고, 일부에는 측벽을 비드가 관통해 버린다.However, when the thicknesses t2, t3, t4 and t5 of the tops of the
이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 레이저에 의한 봉지 용접부의 두께를 부분적으로 증가시켜, 열변형을 억제할 것이 필요해진다. 그리고, 이와 같은 용접의 문제는 상기 특허문헌 1과 같은 강판의 경우보다도 다량의 입열을 필요로 하는 알루미늄 합금판에 특유한 문제이다.In order to solve such a problem, it is necessary to partially increase the thickness of the sealing welded portion by laser to suppress thermal deformation. Such a welding problem is a problem peculiar to an aluminum alloy plate requiring a larger amount of heat input than the case of the steel sheet as in
이 때문에, 이들 측벽의 상부 후육부(2c, 3c, 4c, 5c)를 비드의 용입 깊이 H보다도 후육화하는 기준으로서, 각 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 두께(판 두께): t2c, t3c, t4c, t5c는 측벽(2, 3, 4, 5)의 정상부의 두께(t2, t3, t4, t5)의 30% 이상, 보다 바람직하게는 40% 이상, 부분적으로 후육화되어 있는 것이 바람직하다.Therefore, the thickness (thickness) of the
측벽(2, 3, 4, 5)의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 두께가 각각 상이한 경우에는, 후육화하는 측벽 자체(후육화하는 당해 측벽)의 정상부의 두께를 각각 기준으로 한다.When the thicknesses of the
이 후육화의 상한은, 내용적의 설계 한계나 후육화의 가공 한계로부터, 70% 정도이다. 즉, 이 후육화의 바람직한 범위는 상기 측벽 정상부 두께의 130∼170%, 보다 바람직하게는 140∼170%이다.The upper limit of this embossing is about 70% from the design limit of the internal volume or the processing limit of the thickening. That is, the preferable range of the thickening is 130 to 170%, more preferably 140 to 170% of the thickness of the side wall top portion.
이 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 후육화가 측벽(2, 3, 4, 5)의 정상부의 두께(t2, t3, t4, t5)의 30% 미만이면, 측벽(2, 3, 4, 5)의 두께가 0.2∼0.6mm의 범위인 알루미늄 합금판의 경우, 상기 레이저 용접 조건에서는, 열변형이 생겨 버려, 용입이나, 비드 깊이가 불안정해진다. 이 때문에, 레이저 출력이나 섬유 직경, 피크 출력, 용접 속도를 크게 하는 등의 용접 조건을 수정했다고 하더라도, 측벽의 상부(21a)를 그의 선단(22a)이 관통하는 것과 같은, 도 7, 8에 나타내는 불안정한 비드(22)의 형상이 되기 쉽다.If the thickening of the side wall
덧붙여, 상기 특허문헌 1에서는, 철제의 각형 전지 케이스로서, 캡에 의해 봉구되는 상부 개구부 주변부의 벽의 측 두께(봉구부 주변측 두께)를, 상기한 대로, 강도(강성)를 높이기 위해서, 중간부의 측 두께보다도, 약 25% 이하 정도 두꺼워지도록 하고 있다.In addition, in the above-described
이 특허문헌 1과 같이, 본 발명의 봉지 용접의 과제를 인식하지 않고서, 각형 전지 케이스의 강도, 강성만을 높이는 경우에는, 강성은 판 두께의 세제곱에 비례해서 증가하므로, 판 두께를 10% 두껍게 하면, 강성을 30% 이상 높일 수 있다.In the case where only the strength and rigidity of the prismatic battery case are increased without recognizing the problem of the sealing welding of the present invention as in
따라서, 상기 특허문헌 1에 있어서, 본 발명과 같은 30% 이상의 후육화는 전혀 불필요하며, 그의 기재 범위이기도 한, 25% 이하 정도의 가능한 한 적은 후육화로 끝내는 것이, 그의 목적이기도 한 경량화를 저해하지 않는 것으로도 이어진다.Therefore, in the above-mentioned
그러나, 본 발명과 같이, 그의 선단부(9a)가 각 측벽의 상부를 관통하지 않는 건전한 비드(9)의 형성을 위해서는, 용접 시의 열변형을 방지할 필요가 있고, 그 때문에, 측벽(2, 3, 4, 5)의 원래의 박육화도 고려하여, 보다 큰 후육화를 시킬 필요가 있다.However, as in the present invention, it is necessary to prevent thermal deformation during welding in order to form a sound bead 9 whose
이 후육화하는 각 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 연재 길이(영역)는, 상기 전지 케이스나 용접의 전제 조건 밑에서는, 적어도 비드가 미치는(형성되는) 범위, 바람직하게는 용접의 열영향부의 범위를 커버할 수 있는 것으로 하는 것이 바람직하다.The extended lengths (regions) of the
또, 이들 각 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 후육화가 각형 전지 케이스(1)의 외측을 향하는 것은, 벽면의 요철이 되어 벽면의 평활화와 평면화의 방해가 되므로 피하도록 한다. 즉, 어디까지나 각형 전지 케이스(1)의 내측(내측 공간)을 향해 부분적으로 후육화하고, 각형 전지 케이스(1)의 외측을 향해서는 후육화하지 않고서, 각형 전지 케이스(1)의 각 외벽면(측벽의 외표면)은 평활화와 평면화를 유지한다.The thickening of the
한편, 이 후육화는, 봉지 용접되어 비드(9)가 형성되는, 각 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)에 대하여 각각 전부, 그리고 전체 길이 내지 전체 폭에 걸쳐서 행해도 되지만, 봉지 용접되어 비드(9)가 형성되는 측벽 상부만 선택적으로 행해도 된다. 단, 후술하는 후육화 가공의 용이성 등과의 관계로, 봉지 용접되지 않는 각 측벽의 상부나 상단부를 후육화해도 된다.On the other hand, the thickening may be carried out over the whole of the
측벽 상부의 후육화 가공: Thickening of upper side wall:
이와 같은 측벽의 후육화는, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은, 측벽의 압축 가공에 의해 가능하다. 이 도 6에 나타내는 압축 가공 자체는 공지이고, 측벽(3)의 상부(3c)를 전지 케이스의 내측을 향해 후육화하는 태양을 나타내고 있다.Such thickening of the side wall can be achieved by compressing the side wall as shown in Fig. 6, for example. The compression process itself shown in Fig. 6 is known, and shows an aspect in which the
도 6에 있어서, 원래의 균일한 두께인 측벽(3)의 상부(3c)를 중심으로, 측벽(3)의 외측으로부터 형(12)에 의해, 측벽(3)의 내측으로부터 중자(11)에 의해 측벽(3)을 협지한 뒤에, 캠 구조(10)에 의해 측벽(3)의 상부(3c)를 상방으로부터 압축 가공하여, 각형 전지 케이스(1)의 내측(내측 공간)을 향해 부분적으로 후육화한다. 이 압축 가공은 후육화의 정도에 따라 복수단으로 나누어 행한다.6, the
이와 같은 가공에 의해, 도 1∼3에 나타내는 바와 같이, 각 측벽의 각 상부(2c, 3c, 4c, 5c)를 각형 전지 케이스(1)의 내측을 향해서만 부풀도록 부분적으로 미리 후육화시킨다. 그 결과, 이들 각 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 외측의 벽면은 각 측벽의 정상부(2b, 3b, 4b, 5b)의 외벽면과 동일한 평면(면일)이고, 후육화에 의한 부풂이나 요철이 없는 평탄한 벽면으로 하는 것이 가능하다.As shown in Figs. 1 to 3, the
측벽 상부의 후육화의 바람직한 가공 방법: Preferred processing methods of thickening the upper side wall:
각 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 후육화의 가공 방법으로서, 상기 도 6의 압축 가공보다도 바람직한 가공 방법을, 도 9(a)∼(e)에 가공 공정순으로 각 단면도로 나타낸다.As a processing method of thickening each of the side wall
이 가공 방법의 개요는, 각 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 후육화의 두께를, 각형 전지 케이스(1)의 내측을 향해, 부분적으로 미리 후육화함에 있어서, 각 측벽 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 상부 이외의, 당해 측벽의 부위에 아이어닝 가공을 가하여 두께를 감소시킨다. 또한 한편으로, 상기 각 측벽의 상부에는, 상기 아이어닝 가공을 가하지 않아, 원래의 측벽의 두께를 가짐과 더불어, 각형 전지 케이스(1)의 외측을 향해 돌출하는 후육부로서 그대로 남기는 것이다.The outline of this processing method is as follows. In order to partially thicken the thickening of each of the side
그리고, 그 뒤에, 더욱이 상기 측벽(2, 3, 4, 5)의 상부의 후육부에 가공을 가하여, 이 후육부의 돌출하는 방향을, 각형 전지 케이스(1) 내측을 향하도록 반전시킨다. 또, 상기 측벽(2, 3, 4, 5)의 상부의 후육부의 외측의 벽면은 상기 아이어닝 가공된 다른 측벽 부위의 외측의 벽면과 동일한 평면인 평탄면으로 성형한다.Then, the thick portions at the upper portions of the
이하에, 도 9를 이용하여 설명하지만, 도 9는, 도 9(a)와 같이, 후육화 가공 전의 전지 케이스, 즉 횡단면 형상이 대략 직사각형이 되도록 성형한 중간 성형품으로서의, 도 1의 B-B 단면에 있어서의 장변측 측벽(4, 5)과 직사각형 바닥부(6) 및 직사각형 개구부(7)만을 나타내고 있다.Fig. 9 is a sectional view taken along line BB in Fig. 1 as a battery case before the thickening process, that is, an intermediate molded product molded to have a substantially rectangular cross-sectional shape, as shown in Fig. 9 Only the
따라서, 이하의 가공 방법의 설명은 장변 측벽(4, 5)에 대해서만 행하지만, 상기한 단변 측벽(2, 3)에 대해서도 마찬가지의 가공이 행해져, 각형 전지 케이스(1)의 전체 측벽이, 상기 각 측벽 상부 후육부(2c, 3c, 4c, 5c)를 포함해서, 마찬가지의 형상, 구조로 성형되는 것이다.Although the description of the following processing method is performed only for the
도 9(b)는, 측벽(4, 5)의 바깥쪽으로부터의 아이어닝 다이(13, 13)와, 개구부(7)로부터 전지 케이스(1a)(이하, 간단히 케이스라고 말한다)의 내부 공간에 삽입한 펀치(14)의 협동으로, 측벽(4, 5)의 상부(4e, 5e) 이외의 측벽 부분(4b, 5b)에 아이어닝 가공을 순차적으로 실시해 가는 제 1 공정의 태양을 나타내고 있다.9 (b) is a sectional view showing the ironing dies 13 and 13 from the outside of the
이 제 1 공정에서는, 상기 측벽 상부(4e, 5e) 이외의 부분의 측벽(4b, 5b)은 상기 아이어닝 가공에 의해 박육화된다. 따라서, 상기 측벽 상부(4e, 5e)의 부분만이 아이어닝 가공을 받지 않고서, 원래의 측벽(4, 5)의 각 판 두께(육후)로서 남겨져, 아이어닝 가공된 다른 측벽(4b, 5b)의 부분에 비해서, 케이스의 외측을 향해 돌출하는 볼록부를 갖는 형상으로, 부분적으로 후육화된다.In this first step, the
도 9(c), (d), (e)는, 상기 측벽 상부(4e, 5e)의 후육화(후육부)의 돌출 방향을 케이스의 내측을 향하는 것으로 하기 위해, 상기한 케이스의 외측을 향하는 돌출 방향으로부터 반전시키는 제 2 공정의 태양을 나타내고 있다.9 (c), 9 (d), and 9 (e) show a state in which the projecting direction of the thickening (thicker portion) of the side wall
도 9(c)에서는, 우선 개구부(7)로부터 케이스 내에 펀치(15)를 삽입한다.In Fig. 9 (c), the
다음으로, 도 9(d)와 같이, 케이스 내에 삽입한 펀치(15)를 하강시켜, 펀치(15)의 하방의 주위에 배치한 환상 슬리브(16)의 내부 공간(내벽면)의 최하방측에 설치한 세공(16c) 내에, 그의 봉상의 선단부(15b)를 삽입한다.Next, as shown in Fig. 9 (d), the
그리고, 환상 슬리브(16)의 내벽면의, 상기 세공(16c)의 상방에 형성한 누두(漏斗)상의 (하방으로 축경(縮徑)하는) 테이퍼부(16b)에, 펀치(15)의 선단부(15b)의 상방에 위치하는 누두상의 (하방으로 축경하는) 테이퍼부(15a)를 압압하여, 환상 슬리브(16)(테이퍼부(16b))를 좌우 방향으로 넓혀서 확경한다.The tapered
동시에, 도 9(d)와 같이, 후육화된 측벽 상부(4e, 5e)(측벽 상부의 후육부(4e, 5e))의 벽면에, 바깥쪽으로부터 아이어닝 다이(18, 18)를 압압한다. 그리고, 그 한편으로, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 내측 벽면의 상부에, 펀치(15)의 상방에 설치한 환상 외주부(17)의 수직 방향으로 연재하는 평탄면을 당접시킨다. 또한, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 내측의 하부에는, 환상 슬리브(16)의 상부의 외주에 설치된, 하방으로 확경하는 테이퍼부(16a)를 당접시킨다.At the same time, the ironing dies 18, 18 are pressed against the wall surface of the thickened
그리고, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 벽면에 대한 아이어닝 다이(18, 18)의 압압과, 이에 수반하는 환상 외주부(17)의 상기 평탄면, 환상 슬리브(16) 상부의 테이퍼부(16a)에 대한 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 누르기를 행한다.The pressing of the ironing dies 18 and 18 against the wall surface of the
이들 작용에 의해, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 후육화의 방향을, 상기 케이스의 외측 방향으로부터 상기 케이스의 내측 방향을 향해 돌출하도록 반전시켜(움푹 들어가게 하여), 케이스의 외측 방향을 향해 돌출하는 볼록부를 갖는 형상인, 측벽 상부의 후육부(4c, 5c)로 성형한다.By these actions, the direction of thickening of the
동시에, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e(4c, 5c))의 외측의 벽면도, 상기 도 9(b)에서 아이어닝 가공된 다른 측벽(4b, 5b) 부분의 외측의 벽면과 동일한 평면(면일)인, 수직 방향으로 연재하는 평탄한 벽면으로 성형된다.At the same time, the outer wall surface of the
또한, 이들과 동시에, 상기 환상 외주부(17)의 평탄면에 의해, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e(4c, 5c))의 상부측을 수직 방향으로 연재하는 평탄한 벽면으로 성형하면서, 상기 하방으로 확경하는 테이퍼부(16a)에 의해, 측벽 상부의 후육부(4e, 5e(4c, 5c))의 하부측을 하방으로 확경하는 내벽면 테이퍼부(4d)로 성형한다.Simultaneously with this, the upper side of the
여기에서, 상기 아이어닝 다이(18, 18)로서, 상기 도 9(b)에서 아이어닝 가공에 이용한 아이어닝 다이(13, 13)를 이용해도 되고, 다른 아이어닝 다이를 이용해도 된다.Here, as the ironing dies 18 and 18, ironing dies 13 and 13 used for ironing in Fig. 9 (b) may be used, or other ironing dies may be used.
이들 제 2 아이어닝 가공 후에는, 펀치(15)의 측면이 평탄(길이 방향의 외경이 균일)해지도록, 캠 기구로 제어함으로써, 상기의 케이스 내측으로 후육화한 부분을 변형시키지 않고서, 펀치를 이탈시킬 수 있다.After the second ironing processing, the
도 9(e)는, 이상 설명한 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 성형 종료 후에, 개구부(7)로부터 펀치(15)를 이 캠 기구에 의해 취출하는 태양을 나타내고 있다.Fig. 9 (e) shows an embodiment in which the
즉, 상기 도 9(d)와는 반대로, 케이스 내에 삽입한 펀치(15)를 상승시켜, 펀치(15)의 하방에 배치한 환상 슬리브(16)의 구멍(16c) 내로부터 그의 선단부(15b)를 발출한다. 그리고, 펀치(15)의 누두상의 테이퍼부(15a)의 압압으로부터, 환상 슬리브(16)의 테이퍼부(16b)를 개방하고, 환상 슬리브(16)를 축경시켜, 펀치(15)를 케이스 내로부터 빠지기 쉽게 하고 있다.9 (d), the
이상 설명한 도 9의 일련의 가공 방법은 다른 각 측벽 상부(2c, 3c)의 후육부의 가공에도 그대로 적용할 수 있다.The above-described series of machining methods of FIG. 9 can be applied to the processing of the thick portions of the other
도 9의 가공 방법은, 측벽(4, 5)의 상부(4e, 5e) 이외의 측벽 부위(4b, 5b)에 아이어닝 가공을 가하여 판 두께를 감소시키고, 이 측벽 상부(4e, 5e)(후육부(4c, 5c))에는, 상기 아이어닝 가공을 가하지 않고서, 원래의 측벽(4, 5)의 각 판 두께(두께)로서 그대로 남기고 있다.9, ironing is applied to the
이와 같은 측벽 상부만을 부분적으로 케이스 외측으로 후육화하는 가공은 용이하게 할 수 있고, 상기 도 6의 압축 가공과 같이, 측벽에 큰 압축력을 가할 필요가 없기 때문에, 측벽이 좌굴(座屈)할 가능성이 낮고, 효율적으로 부분 후육화할 수 있다는 이점이 있다.Since it is not necessary to apply a large compressive force to the side wall as in the compression process of Fig. 6, it is possible to prevent buckling of the side wall, Is advantageous in that it is possible to carry out partial thickening efficiently.
또한, 아이어닝 가공에 의해 박육화된 측벽 부분도 가공 경화에 의해 고강도화되기 때문에, 판 두께의 감소에 수반하는 측벽 부분의 강도 저하가 적다.In addition, since the sidewall portion thinned by the ironing process is also strengthened by work hardening, the strength of the sidewall portion decreases with the reduction of the plate thickness.
또는, 알루미늄 합금 조성이나 아이어닝 가공량의 선택에 의해, 가공 경화의 정도를 제어하여, 측벽 부분이 박육화되더라도, 보다 고강도화하는 것도 가능해진다.Alternatively, the degree of work hardening can be controlled by selecting the composition of the aluminum alloy or the amount of ironing, and the strength of the work can be increased even if the sidewall portion is thinned.
이들 이점은 다른 각 측벽 상부(2c, 3c)의 후육부의 가공에서도 동일하다.These advantages are the same in the processing of the thick portions of the other side wall
다음으로, 일단 형성한 측벽 상부의 후육부(4e, 5e)의 후육화의 방향을, 케이스의 내측 방향을 향하도록, 상기 케이스의 외측 방향으로부터 반전시켜(움푹 들어가게 하여), 후육부(4c, 5c)로 하는 가공도 용이하다.Next, the direction of thickening of the
그리고, 동시에, 측벽 상부 후육부(4e, 5e)의 외측의 벽면을, 상기 도 9(b)에서 아이어닝 가공된 다른 측벽(4b, 5b) 부분의 외측의 벽면과 동일 평면으로 평탄화하는 성형도 용이하다.Simultaneously, the outer wall surface of the upper and
이들 이점은 다른 각 측벽 상부(2c, 3c)의 후육부의 가공에서도 동일하다.These advantages are the same in the processing of the thick portions of the other side wall
또, 상기 도 9의 일련의 가공 공정은, 사용하는 각 펀치와 각 다이의 상하 운동만으로 이루어지는, 1단 또는 다단의 연속적인 가공으로 행할 수 있다. 이 때문에, 통상의 전지 케이스 성형에 이용되는 트랜스퍼 프레스에 용이하게 내장하는 것이 가능하여, 고효율이고 염가로 가공을 할 수 있다는 이점이 있다.The series of machining steps shown in Fig. 9 can be carried out by one-step or multi-step continuous machining, in which each of the punches to be used and each die are vertically moved. Therefore, it is possible to easily embed in a transfer press used for forming a normal battery case, which is advantageous in that it can be processed at a high efficiency and inexpensively.
상기 도 9의 가공 공정에서 얻어진 전지 케이스(1a)도, 알루미늄 합금판의 성형체로 이루어지는 각형 전지 케이스의 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 두께를, 이 측벽의 정상부의 두께보다도, 비드의 형성량에 알맞은 분만큼, 각형 전지 케이스의 내측을 향해 부분적으로 후육화할 수 있다.The battery case 1a obtained in the processing step of FIG. 9 is also formed so that the thickness of the
이에 의해, 알루미늄 합금제의 캡(8)(도 9에서는 도시하지 않음)을 레이저에 의해 봉지 용접함에 있어서, 이 봉지 용접을 안정되게 실시할 수 있어, 상기 도 4, 5에서 나타낸 비드(9)를 형성할 수 있고, 건전한 용접부로 할 수 있다.Thus, when the cap 8 (not shown in Fig. 9) made of an aluminum alloy is sealed by laser welding, the sealing can be stably performed, and the bead 9 shown in Figs. So that a sound welded portion can be formed.
즉, 상기 도 4, 5에서 나타낸 바와 같이, 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)와 캡(8)에 걸침과 더불어, 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)를 관통하지 않는 비드(9)를 형성할 수 있다.That is, as shown in FIGS. 4 and 5, when the
그리고, 이들 효과를, 측벽의 상부(2c, 3c, 4c, 5c)의 후육부 이외에는 박육화하여, 사용하는 재료를 절약해서, 재료 비용을 저감하고서 실현할 수 있다.These effects can be realized by reducing the thickness of the portions other than the thick portions of the
소재 알루미늄 합금판: Material Aluminum alloy plate:
상기 소재 알루미늄 합금판은, 필요 강도와 성형성, 내식성, 내크리프성(내크리프변형성), 그리고 봉지 용접성 등의, 각형 전지 케이스용 소재로서의 요구 특성으로부터 선택된다.The material aluminum alloy plate is selected from the required characteristics as a material for a prismatic battery case, such as required strength, formability, corrosion resistance, creep resistance (creep deformability), and sealing weldability.
이 점, 실온에서의 기계적인 특성으로, 0.2% 내력이 30∼200MPa 및 전체 신도가 3∼20%인, JIS 내지 AA에 규격되는 1000계 또는 3000계의 알루미늄 합금판인 것이 바람직하다. 그 중에서도 A3003 알루미늄 합금이 바람직하고, JIS 내지 AA에 규격되는 1000계 알루미늄 합금, 그 중에서도 레이저 용접을 이용하여 봉구되는 경우에는, 순 알루미늄 합금인 A1050 합금이 바람직하다.In view of the mechanical properties at room temperature, it is preferable that the aluminum alloy sheet is a 1000-series or 3000-series aluminum alloy sheet having a 0.2% proof stress of 30 to 200 MPa and a total elongation of 3 to 20%. Among them, A3003 aluminum alloy is preferable, 1000-type aluminum alloy specified in JIS to AA, and A1050 alloy, which is pure aluminum alloy, when it is pinched by laser welding.
이들 알루미늄 합금판은, 균일한 두께의 냉연판을, 필요에 따라 용체화 및 담금질 처리나 시효 경화 처리 또는 소둔 등의 조질 처리를 실시하여, 상기 특성으로 한다. 단, 사용 조건이나 성형 조건에 따라서는, 이들 합금의 내크리프성(내크리프변형성) 등을 보다 개량한 합금이나, 2000계 또는 보다 고강도인 5000계나 6000계 알루미늄 합금을 이용해도 된다.These aluminum alloy plates are subjected to a tempering treatment such as solution solidification, quenching treatment, age hardening treatment or annealing, if necessary, to obtain the above characteristics. However, depending on the use conditions and molding conditions, alloys may be used in which the creep resistance (creep deformation resistance) of these alloys is further improved, or 2000 series or 5000 series or 6000 series aluminum alloys with higher strength may be used.
이상과 같이, 본 발명은 상기 봉지 용접 시에 안정된 비드 형상의 형성이 가능하고, 건전한 용접부 형성을 가능하게 하는 알루미늄 합금제의 차재 전지용 각형 전지 케이스 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다. 이 때문에, 차재용의 각형 전지 케이스나, 그의 제조 방법에 적합하게 사용할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can provide a prismatic battery case made of an aluminum alloy, which can form a stable bead shape at the time of encapsulation welding and can form a sound welded portion, and a method of manufacturing the same. Therefore, it can be suitably used for a prismatic battery case for a vehicle and a manufacturing method thereof.
1: 전지 케이스 2, 3, 4, 5: 측벽
2a, 3a, 4a, 5a: 측벽 상단부
2b, 3b, 4b, 5b: 측벽 정상부
2c, 3c, 4c, 5c: 측벽 상부(후육부)
6: 직사각형 바닥부 7: 직사각형 개구부
8: 캡 9: 비드
9a: 비드 선단부 9b: 비드 외표면
10: 캠 구조 11: 중자
12: 형 14, 15: 펀치
13, 18: 아이어닝 다이 16: 환상 슬리브
17: 환상 외주부 H: 비드 용입 깊이
X: 레이저 입사선1:
2a, 3a, 4a, 5a:
2b, 3b, 4b, 5b:
2c, 3c, 4c, and 5c: upper part of the side wall (thicker part)
6: Rectangular bottom 7: Rectangular opening
8: cap 9: bead
9a:
10: cam structure 11:
12:
13, 18: ironing die 16: annular sleeve
17: annular outer periphery H: bead penetration depth
X: Laser incidence line
Claims (8)
상기 측벽의 상부의 두께가, 이 측벽의 정상(定常)부의 두께의 30% 이상, 부분적으로 미리 후육화되어 있는 차재 전지용 각형 전지 케이스.The method according to claim 1,
Wherein a thickness of an upper portion of the side wall is at least 30% of a thickness of a steady portion of the side wall.
상기 측벽의 외측의 벽면은, 상기 후육화되어 있는 측벽의 상부를 포함해서 동일 평면으로 평탄화되어 있는 차재 전지용 각형 전지 케이스.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the outer side wall surface of the side wall is flattened to the same plane including the upper side of the thickened side wall.
상기 측벽의 상부의 두께를, 이 측벽의 정상부의 두께의 30% 이상, 부분적으로 미리 후육화한 차재 전지용 각형 전지 케이스의 제조 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the thickness of the upper portion of the side wall is at least 30% or more of the thickness of the top portion of the side wall.
상기 측벽의 상부의 두께를, 상기 케이스의 내측을 향해, 부분적으로 미리 후육화함에 있어서, 상기 측벽의 상부 이외의 부위에 아이어닝 가공을 가하여 두께를 감소시키는 한편, 상기 측벽의 상부는 상기 아이어닝 가공을 가하지 않아, 원래의 측벽의 두께를 가짐과 더불어 상기 케이스의 외측을 향해 돌출하는 후육부로서 그대로 남기고, 그 뒤에, 더욱이 상기 측벽의 상부의 후육부에 가공을 가하여, 상기 후육부가 돌출하는 방향을, 상기 케이스의 내측을 향하도록 반전시키는, 차재 전지용 각형 전지 케이스의 제조 방법.The method according to claim 4 or 5,
Wherein a thickness of the upper portion of the side wall is partially thickened toward the inside of the case by applying an ironing treatment to a portion other than the upper portion of the side wall to reduce the thickness, The upper surface of the side wall is not subjected to machining to have the original thickness of the side wall and to remain as the thicker portion protruding toward the outer side of the case and further to the thicker portion above the side wall, Direction of the battery case is reversed so as to face the inside of the case.
상기 아이어닝 가공에 있어서, 상기 측벽의 상부의 후육부의 외측의 벽면을, 상기 아이어닝 가공된 다른 측벽 부위의 외측의 벽면과 동일 평면으로 평탄화하는, 차재 전지용 각형 전지 케이스의 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein the outer wall surface of the thick portion on the upper side of the side wall is planarized to the same plane as the outer side wall surface of the other side wall portion in the ironing processing.
Applications Claiming Priority (5)
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