KR20010041724A - 프리즈매틱 배터리 하우징 - Google Patents

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뱃선데이빗시
실레스키죤디
망크리챠드엠
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도날 비이 토빈
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Abstract

본 발명은 개방 단부가 구비된 신장된 프리즈매틱 캔(12)을 포함하는 도전성 하우징과, 상기 캔(12)의 개방 단부로 가압되어 정위치에서 용접된 하우징 커버(16)를 갖는 프리즈매틱 배터리(10)에 관한 것이다. 신규한 커버(16)는 그 원주 주위에 캔의 측부 연장 방향으로 연장되는 외측 플랜지(34)를 가지며, 이는 커버가 캔내로 가압되어 용접을 위해 양호한 접촉을 제공함에 따라 탄성가능하게 변형된다. 상기 커버는 셀의 내부 체적의 일부인 내부 포켓을 형성하는 2개의 상승 범프(36)를 갖는다. 상기 범프는 밀봉부/통기 조립체(18, 20, 22, 24, 26)의 회전을 방지하도록 배치된다. 일 실시예는 한쪽 범프(36)에 플러그형 충진 구멍(46)을 포함한다. 대응의 제조 방법도 서술될 것이다.

Description

프리즈매틱 배터리 하우징{PRISMATIC BATTERY HOUSING}
프리즈매틱 셀은 단면이 원형이라기 보다는 프리즈매틱이다. 이러한 프리즈매틱 셀의 실시예는 단면이 사각형인 셀룰러 폰과 같은 포터블 전자장치에 사용되고 있는 재충전가능한 F6 니켈 메탈 하이브리드(NiMH) 셀을 포함한다. 이러한 프리즈매틱 셀의 하우징은 전형적으로 하나이상의 전기 접점을 갖는 단단하고 평탄한 판 커버 조립체가 장착된 딥드로잉된(또는 길이방향으로 시임된) 캔을 포함한다. 상기 커버는 전형적으로 커버의 상부 엣지가 캔의 상부 엣지 약간 아래에 위치되어 정위치에서 용접(예를 들어, 레이저 용접)될 때까지 캔의 프리즈매틱 개방 단부로 가압된다. 하우징 재료로는 스텐레스 스틸이나 니켈 도금된 냉간 압연 강판(cold rolled carbon steel: CRS)을 들 수 있다.
커버의 전체 원주와 밀착하여 용접시 양호한 밀봉을 제공하기 위해 캔과 커버에는 정밀한 공차가 요구된다. 이상적으로, 부품들은 용접 시임을 따른 간극을 피하기 위해 직선정렬되거나 미세한 간섭결합을 위한 칫수를 갖는다. 만일 간섭이 과도하다면, 평탄한 판 커버는 전형적으로 접촉/통기 조립을 위해 천공된 구멍(들)을 통해 조여질 수 있다. 만일 커버가 심각하게 굴곡된다면, 이러한 구멍에서의 밀봉은 타협된다. 만일 커버와 캔 사이에 국부적인 간극이 과도하다면, 용접 처리에 사용된 충진 재료의 결여로 인해 연금 레이저(hermetic laser) 용접을 얻는 것이 힘들 것이다. 크리티컬 캔과 커버의 칫수는 매우 엄격한 칫수 공차를 요구하여 부품의 비용을 증가시키게 되므로 관심이 모아지게 된다. 현존의 F6 디자인의 일부는 예를 들어 모든 캔의 공차를 +/- 0,002 인치(0,05 ㎜)로 하고 있으므로, 이것은 딥 드로잉에서 경제적으로 달성하기가 매우 어렵다.
접촉/통기 조립체는 전형적으로 폴리머 밀봉된 커버와는 전기적으로 절연 및 밀봉된 평탄한 판 커버를 통해 천공된 둥근 구멍에 장착된다. 제조 및 사용시, 내부 단락을 초래하는 장착 구멍내에서의 접촉/통기 조립체의 회전을 방지하기 위해서는 상당한 주의를 기울여야만 한다.
특히, 통상의 F6 프리즈매틱 셀과 같은 얇은 셀에서, 용접 시임에 밀봉 엣지의 밀착근접으로 인해 용접 처리중 접촉/통기 조립체에서 밀봉 재료를 손상시키거나 왜곡시키지 않도록 주의를 기울여야만 한다. 밀봉부 근처 영역에서의 열 제한은 밀봉부의 왜곡을 감소시키고 밀봉부에서의 누설로 인한 거절 비율(reject rate)을 감소시키지만, 시임에서의 누설로 인해 높은 거절 비율이 나타나기도 한다.
F6 와 같은 많은 표준 프리즈매틱 셀 크기는 캔의 개방 단부 엣지에 대해 특정한 접점 높이를 필요로 한다. 커버가 정위치에 용접된 후, 때로는 커버와 외측 접점 사이에는 스페이서가 부가되어 이러한 칫수를 제어한다. 상기 커버는 활성 재료를 위해 최대한의 내부 셀 체적을 제공하기 위해 가능한한 외측으로 정밀하게 위치되는 것이 이상적이다.
본 발명은 프리즘 하우징을 구비한 배터리와 그 구조에 관한 것이다.
도 1 및 도 2 는 프리즈매틱 셀 하우징의 길이방향 단면도.
도 3 은 도 2 의 커버 조립체의 확대도.
도 4 는 도 5 의 선 4-4 를 따른 커버의 단면도.
도 5 는 커버의 평면도.
도 6 은 절연기가 없는, 도 2 의 영역(6)의 확대도.
도 7 은 커버의 상승부를 통해 플러그된 충진 구멍을 구비한 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 8 은 도 3 에 단면도시된 커버 조립체의 평면도.
본 발명은 커버/캔 칫수 공차에 대한 밀봉 처리의 민감도를 효과적으로 감소시킬 수 있는 동시에 밀봉부를 손상시키지 않고서도 높은 용접열도 사용할 수 있으며 또한 일부 실시예이긴 하지만 부가적인 내부 셀 체적과 상승한 커버부의 사용을 통한 밀봉부의 회전 방지를 제공할 수 있는 프리즈매틱 하우징 커버 구조를 제공한다.
본 발명은 캔 측부의 연장 방향으로 연장되는 그 외주 주위로 외측 플랜지를 구비한 프리즈매틱 셀 하우징을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 프리즈매틱 배터리는 프리즈매틱 캔과 하우징 커버를 갖는 도전성 하우징을 포함한다. 상기 캔은 캔과 대향하는 연장부 사이에 형성된 개방 단부를 가지며, 상기 하우징 커버는 캔의 개방 단부에서 대향측 사이에 위치되어 이에 대해 밀봉되므로 상기 캔과 커버는 체적을 형성하게 된다. 상기 커버는 그 원주 주위에 외측 플랜지를 가지며, 상기 플랜지는 일반적으로 캔 측부의 연장방향으로 연장되며, 상기 플랜지와 캔 측부는 플랜지의 말단 엣지에 용접 시임을 형성한다.
상기 커버는 활성 재료 및/또는 전해질을 위한 부가적인 내부 셀 체적을 제공하기 위해 밀봉된 체적과 유압연결된 내부 포켓을 형성한다.
배터리는 특정 용도에 대해서는 매우 얇다. 예를 들어 양호한 실시예에서 프리즈매틱 캔은 6 ㎜ 이하의 개방 단부의 대향측에서 최소 칫수를 갖는다. 양호한 실시예에서는 이러한 칫수가 5 ㎜ 이다.
본 발명의 여러 실시예는 다음과 같은 특징을 하나이상 포함한다. 상기 커버는 스탬프된 금속이다. 커버는 반경 코너를 갖는 사각형이다. 커버 플랜지는 하우징 캔의 측부와 플랜지 사이에 압력을 제공하기 위해 외측으로 경사져있다. 상승부는 커버를 통하는 충진 구멍을 가지며, 상기 충진 구멍에는 그 내부에 위치되어 충진 구멍을 밀봉하는 플러그(예를 들어, 금속 볼)가 구비된다.
일부 실시예에서, 커버는 관통 구멍을 형성하며, 배터리는 구멍에서 커버에 부착된 외부 전기 접점을 포함한다. 접점과 커버 사이의 밀봉부는 접점을 커버로부터 절연한다. 일부 경우에 있어서, 상승부는 커버에 대한 밀봉부의 회전을 방지하기 위해 밀봉부와 결합되도록 배치된다. 일 실시예에서, 상기 커버는 2개의 상승부와, 상기 2개의 상승부 사이에 위치되어 이에 의해 회전이 억제되는 밀봉부를 포함한다.
캔 측부 연장 방향으로의 플랜지 높이는 정상적인 커버 두께의 적어도 3개가 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 도전성 프리즈매틱 배터리 하우징을 구비한 배터리 구성 방법을 제공한다. 이러한 방법은 하우징 커버(상술한 바와 같이 적절한 플랜지를 보유)를 신장된 프리즈매틱 캔의 개방 단부에 가압하여 체적을 둘러싸는 단계와, 커버를 캔에 밀봉하기 위해 시임을 용접하는 단계를 포함한다.
용접 방법은 예를 들어 레이저 비임을 캔 측부의 연장 방향으로 지향시키므로써 실행된다.
상기 가압 단계는 캔의 측부를 캔 개방 단부에서 외측을 향하여 탄성가능하게 편향시키는 단계를 포함한다.
일부 경우에 있어서, 상기 상승부는 상술한 바와 같이 충진 구멍을 가지며, 상기 방법은 용접후 충진 구멍을 통해 포위 체적에 전해액을 부가하는 단계와, 포위 체적을 밀봉하기 위해 충진 구멍을 플러깅하는 단계를 부가로 포함한다. 플러깅하기 전에, 상기 포위 체적에는 충진 구멍을 통해 높은 테스트 압력이 부가된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 및 도 2 에 있어서, F6 프리즈매틱 셀(10)은 딥드로잉된 니켈판 CRS 캔(12)과 커버 조립체(14)를 포함한다. 셀의 내부 부품들은 도시되지는 않았지만, 전형적인 F6 셀로서, 적어도 2개의 전극을 포함한다. 상기 커버 조립체(14)는 스탬프된 니켈판 CRS 커버(16)와, 플라스틱 통기 밀봉부(18)와, 금속 리벳(20)과, 와셔(22)와, 통기 플러그(24)와, 금속 접점(핍)(26)을 포함한다. 조립중, 커버(16)는 캔(12)의 개방 단부(28)내로 가압되어 시임(30)을 따라 그 전체 원주 길이 주위로 용접되므로써 커버를 캔에 밀봉한다. 열수축 재료의 외측 절연기(32)는 조립후 하우징 위에 위치된다.
도 3 및 도 4 에 있어서, 커버(16)는 1,62 ㎜ 의 전체 높이(Hc)로 스탬프되었을 때 0,33 ㎜ 의 공칭 두께를 가지며, 커버의 넓은 쪽을 향해 연장되는 원주 립(34)을 포함한다. 상기 립(34)은 약 1,3 의 립 높이(HL)를 갖는다. 중앙에서 커버를 통해 천공되며 구멍(38)의 양측에 하나씩 있는 2개의 상승 범프(36)는 커버로 스탬프된다. 구멍(38)은 립과 범프를 형성하기 전에 그 외측으로부터 커버 블랭크를 통해 천공된다. 구멍을 커버의 외측으로부터 천공하므로써, 융기부(40)가 내측에 형성되며, 외측면(41)은 밀봉을 위해 평탄하게 남게 된다. 천공 동작은 밀봉부(18)의 삽입을 돕기 위해 커버의 외측에서 구멍의 엣지에 반경을 제공한다. 리벳(20)은 상기 밀봉부를 통해 삽입되며, 와셔(22)는 정위치에 세팅되며, 리벳의 작은 내측 플랜지는 리벳과 밀봉부와 와셔를 정위치에 지지하도록 형성된다. 통기 플러그(24)와 핍(26)은 정위치에 세팅되며, 상기 핍은 리벳(20)의 대형 외측 플랜지에 스폿 용접된다. 조립시, 밀봉부(18)와 와셔(22)는 커버가 셀 아노드와 전기 접촉되고 핍이 셀 캐소드와 전기접촉되었을 때 리벳과 핍을 커버로부터 전기적으로 절연시킨다. 립(34)은 도 6 을 참조로 하기에 서술되는 바와 같이 외측으로 약 2,5°의 경사각(θ)으로 경사져서 하우징 캔의 내측면과 안전 결합을 제공한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 통기 조립체 장착 구멍(38)과 대면하는 상승 범프(36)의 측부(42)는 아치형으로서 약 2,2 ㎜ 의 반경(R)을 갖는다. 이러한 굴곡 측부는 도 8 에 도시된 바와 같이 커버에 밀봉부와 핍을 조립한 후 타원형 통기 조립체{리벳(20)과 이에 접촉된 모든 것}가 구멍(38)내에서 회전하는 것을 억제한다. 밀봉부와 통기부의 회전 방지와 함께, 커버의 내측상에서 공동(44)(도 4)으로부터의 범프(36)는 부가적이 내부 셀 체적을 제공한다. 범프(36)와 립(34)은 커버의 굴곡 경도를 증가시켜 최종적인 전체 칫수인 WC와 LC가 각각 5 ㎜ 및 15,8 ㎜ 가 되게 하며, 이러한 칫수는 그 개방 단부에서 캔의 대향측 사이의 대응 칫수보다 약간 크다. 커버(16)의 4개 코너는 캔의 개구 코너에서 유사한 내경과 결합하기 위해 0,75 ㎜ 의 외경(r)을 갖는다.
도 6 에 있어서, 커버(16)의 외향경사진 립(34)은 커버가 캔(12)의 개방 단부내로 가압될 때 내측으로 탄성가능하게 편향되며, 캔의 측부는 외측으로 편향된다. 이러한 탄성 편향은 캔과 커버 사이에 접촉 부하를 제공하여 칫수 공차가 매우 큰 경우에도 시임(30)에서 밀착삽입을 보장한다. 예를 들어, 캔(12)은 신뢰성있는 가압삽입을 유지하면서 0.25°의 측부 드래프트 각도와 +/- 0,004 인치(0,1 ㎜)의 개구 공차로 드로잉될 수 있다. 가압된 후, 커버는 약 0,6 의 길이(XC)를 따라 캔(12)의 내측면과 접촉한다(2개의 인접한 벽의 두꺼운 벽 두께의 3배). 립(34)의 엣지가 도시된 바와 같이 캔(12)의 엣지와 평평하게 될 때까지 커버가 캔으로 가압된 후, 커버와 캔은 화살표(A) 방향으로 시임(30)을 향하는 레이저에 의해 서로 용접되므로써 점선(B)으로 도시된 용융 영역을 생성하여 시임을 밀봉한다. 레이저 비임은 시임(30)의 길이를 따라 이동(셀이나 레이저는 물리적으로 이동된다)하여 용접을 완성한다.
도 7 에 있어서, 커버 조립체의 제 2 실시예(14')는 상승 범프(36)의 한쪽에 플러그된 충진 구멍(46)을 갖는 커버(16')를 포함한다. 상기 충진 구멍은 압력 테스트에 사용되며, 캔에 커버 조립체(14')를 용접한 후 셀을 전해액으로 충진하며, 레이저나 TIG 용접에 의해 정위치에 용접되는 스텐레스 스틸 볼(48)(예를 들어, 약 1.6 ㎜ 의 직경)로 플러그된다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (17)

  1. 도전성 하우징을 갖는 프리즈매틱 배터리에 있어서,
    캔의 대향측 사이에 형성되어 이로부터 연장되는 개방 단부를 갖는 프리즈매틱 캔과,
    캔의 개방 단부에서 대향측 사이에 배치되어 이에 대해 밀봉되는 하우징 커버를 포함하며,
    상기 캔과 커버는 서로 둘러싸여 체적을 형성하며, 상기 커버는 그 원주 주위에 외측 플랜지를 가지며, 상기 플랜지는 캔의 측부 연장 방향으로 연장되어 용접 시임을 형성하는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 커버는 포위 체적과 유압연결되는 포켓을 형성하는 상승부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프리즈매틱 캔은 6 ㎜ 이하의 개방 단부에서 대향측 사이에 최소 칫수를 갖는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 커버는 스탬프된 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 커버는 반경방향 코너를 갖는 사각형인 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 커버는 관통 구멍을 형성하며, 상기 배터리는 상기 구멍에서 커버에 부착된 외부 전기 접점과, 상기 접점을 커버와 절연하기 위해 접점과 커버 사이에 배치된 밀봉부를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 상승부는 밀봉부가 커버에 대해 회전하는 것을 방지하기 위해 밀봉부와 결합하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  8. 제 7 항에 있어서, 2개의 상승부를 부가로 포함하며, 상기 밀봉부는 상기 2개의 상승부 사이에 배치되어 이에 대한 회전이 억제되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 플랜지는 캔의 하우징 측부와 플랜지 사이에 압력을 제공하기 위해 외측으로 경사진 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 상승부는 충진 구멍을 형성하며, 상기 배터리는 충진 구멍내에 배치되어 이를 밀봉하는 플러그를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 플러그는 금속 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  12. 제 1 항에 있어서, 캔의 측부 연장 방향으로 플랜지의 높이는 커버의 정상 두께의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 프리즈매틱 배터리
  13. 도전성 프리즈매틱 배터리 하우징을 구비한 배터리를 구성하는 방법에 있어서,
    포위 체적을 형성하도록 하우징 커버를 신장된 프리즈매틱 캔의 개방 단부에 가압하는 단계와,
    커버를 캔에 밀봉하기 위해 시임을 용접하는 단계를 포함하며,
    상기 개방 단부는 대향측 사이에 형성되어 이로부터 연장되며, 상기 커버는 그 원주 주위에 외측 플랜지를 가지며, 상기 플랜지는 캔의 측부 연장 방향으로 연장되어 시임을 형성하며, 상기 커버는 포위 체적과 유압연결되는 포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 구성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 용접 단계는 캔의 측부 연장 방향으로 레이저 비임을 시임에 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구성 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 가압 단계는 캔의 개방 단부에서 캔의 측부를 외측으로 탄성가능하게 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구성 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 상승부는 충진 구멍을 형성하며, 상기 방법은 용접후 충진 구멍을 통해 포위 체넉에 전해액을 부가하는 단계와, 포위 체적을 밀봉하기 위해 충진 구멍을 플러깅하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 플러깅하기 전에, 충진 구멍을 통해 포위 체적에 높은 테스트 압력을 인가하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구성 방법.
KR1020007009956A 1998-03-11 1999-03-04 프리즈매틱 배터리 하우징 KR20010041724A (ko)

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