KR20080072443A - 용접식 고정 캡 및 이를 구비한 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속재질로 이루어진 원통형 전지의 양단에 부착되기 위한 용접식 고정 캡에 관한 것이다.
본 발명의 용접식 고정 캡은, 고리 형상의 측벽; 상기 측벽의 일단으로부터 바깥으로 확장되어 형성되는 차양면을 포함하되, 상기 차양면에는 용접시 용융되는 용접 돌기가 형성되며, 상기 측벽에는 내부 기체를 배출하기 위한 절개홀이 형성되는데, 상기 용접 돌기는 상기 절개홀이 존재하는 측벽의 바깥쪽 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용접식 고정 캡을 실시함에 의해, 충분한 강도를 가지면서도 접촉 저항 용접시 용접용 전류을 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.
고정 캡, 원통형 구조, 접촉 저항 용접, 누설 전류

Description

용접식 고정 캡 및 이를 구비한 전지 모듈{Fixing Cap by Welding and Cell Module equipped it}
도 1a는 원통형 구조체와 고정 캡을 결합한 모습을 도시한 단면도.
도 1b는 도 1a의 고정 캡을 결합한 원통형 구조체가 프레임에 설치된 상태를 도시한 사시도.
도 2a는 본 발명 일실시예에 따른 용접식 고정 캡을 도시한 사시도.
도 2b는 본 발명 일실시예에 따른 용접식 고정 캡을 도시한 단면도.
도 2c는 도 2a의 용접식 고정 캡의 절개부의 규격을 나타내는 단면도.
도 2d는 도 2a의 용접식 고정 캡을 상부에서 도시한 단면도.
도 3a는 본 발명의 사상을 따르지 않는 용접식 고정 캡의 용접 전류 누설 경로를 나타낸 사시도.
도 3b는 본 발명 일실시예에 따른 용접식 고정 캡의 용접 전류 누설 경로를 나타낸 사시도.
도 3c는 도 2a의 용접식 고정 캡의 용접 돌기 주위 영역의 두께를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명 일실시예에 따른 용접식 고정 캡을 원통형 전지에 용접 부착 하여, 전지 모듈을 구성한 상태를 도시한 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 차양면 111 : 용접 돌기 주위 영역
112 : 용접 돌기 114 : 절개홈
120 : 측벽 122 : 절개부
130 : 기저벽 132 : 연결 홀
134 : 나사산
본 발명은 원통형 전지의 양단에 용접 방식으로 고정되는 고정 캡에 관한 것으로, 특히, 전지 모듈을 구성하기 위해 다수개의 원통형 전지를 케이스에 끼워넣는 용도로 원통형 전지의 양단에 용접되는 고정 캡에 관한 것이다.
현대 일상생활에서 원통형 구조물을 많이 사용됨을 알 수 있다. 프레온 가스 저장통, 부탄가스통, 산소통 같은 기체의 압력 용기로, 알카라인 건전지, 니켈수소 전지 등 전기 에너지 저장 장치로 사용되는 등, 그 용도 및 내부 저장 물질은 매우 다양하다. 특히, 전지의 경우 제조가 편리하고, 충분한 강도의 확보가 용이하기 때문에 단위 전지로 원통형 전지를 사용한다.
하나의 단위 전지의 전압 또는 전류는 일정하므로, 충분한 전압 또는 전류를 얻기 위해서는, 다수개의 원통형 단위 전지를 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하는 것이 일반적이다. 특히, 소정의 케이스에 다수개의 원통형 전지들을 실장하는 작업은, 케이스에 소정의 실장 홈을 형성하고 상기 실장 홈에 끼워질 수 있도록, 상기 다수개의 원통형 전지들의 양단에 고정 캡을 부착한 후, 상기 케이스에 조립하는 방식으로 수행될 수 있다. 여기서, 상기 각 원통형 전지는 하나의 단위 전지일 수도 있으며, 다수개의 단위 전지가 직렬 연결된 원통형 직렬 전지일 수도 있다.
상기 고정 캡을 이용한 원통형 전지와 케이스간의 결함을 간략히 도시하면 도 1a 및 1b와 같다.
도시한 바와 같이, 케이스(40)의 실장용 공역(42)에 용이하게 끼워질 수 있도록, 상기 원통형 전지(20)는 양단에 접시형 결합부(12)가 돌출된 고정 캡(10)을 구비하도록 구현한다. 즉, 상기 체결 방법을 적용하기 위해서는 도 1a에 도시한 바와 같이 체결을 원하는 원통형 전지(20)의 양단에 상기 고정 캡(10, 30)을 부착시켜야 하며, 상기 원통형 전지(20)의 외벽이 금속 재질인 경우, 금속재질의 고정 캡(10, 30)의 부착 방법은 접촉 저항을 이용한 용접이 가장 편리하고 경제적이다.
이를 위해 먼저 원통형 전지의 양단에 고정 캡을 위치시키고, 상기 고정 캡을 접촉 저항을 이용한 용접으로 원통형 전지에 부착한다. 그런데, 상기 고정 캡은 강도 유지를 위해서 어느 정도 두께를 가져야 하는데, 두께를 가지는 고정 캡은 접촉 저항 용접시 용접용 전류가 누설되는 경로를 제공하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 충분한 강도를 가지면서도 접촉 저항 용접시 용접용 전류을 누설을 방지할 수 있는 용접식 고정 캡 및 이를 구비한 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 원통형 전지를 직렬 및/또는 병렬 연결시킨 전지 모듈을 구현하는데 있어 편리한 용접식 고정 캡 및 이를 구비한 전지 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접용 고정 캡은, 고리 형상의 측벽; 상기 측벽의 일단으로부터 바깥으로 확장되어 형성되는 차양면을 포함하며, 상기 차양면에는 용접시 용융되는 용접부인 용접 돌기가 형성되며, 상기 측벽에는 내부 기체를 배출하기 위한 절개홀이 형성되는데, 상기 용접 돌기는 상기 절개홀이 존재하는 측벽의 바깥쪽 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지 모듈은, 소정의 실장홀이 형성된 프레임; 및 양단에 상기 실장홀에 결합되는 고정 캡이 용접된 원통형 전지로 이루어지며, 상기 고정 캡은, 상기 실장홀에 접촉하며, 내부 기체를 배출하기 위한 절개홀이 형성된 측벽; 및 상기 원통형 전지의 끝면에 접촉하며, 상기 절개홀이 존재하는 측벽의 바깥쪽 영역에 용접시 용융되는 용접 돌기가 형성된 차양면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었다. 도면상에서 동일 부호는 유사하거나 동일한 요소를 지칭한다.
(실시예)
도 2a 내지 2d는 본 발명 일실시예에 따른 용접용 고정 캡을 도시한다.
도시한 용접식 고정 캡은 모자 형상을 가지고 있으며, 고리형상의 측벽(120); 상기 측벽(120)의 일단을 폐쇄하는 기저벽(130); 상기 측벽(120)의 타단의 바깥쪽으로 상기 측벽(120)과 수직면으로 형성되는 차양면(110)으로 이루어진다.
도시한 기저벽(130)의 중심부에는 고정하려는 원통형 구조체와 연결하기 위한 외부의 선형 구조물이 통과할 수 있는 연결 홀(132)이 형성될 수 있으며, 상기 연결 홀(132)의 내벽쪽에는 상기 선형 구조물이 고정될 수 있도록 나사산(134)이 형성될 수 있다. 상기 외부의 선형 구조물로는, 다른 원통형 전지들과 직렬 및/또는 병렬을 위한 전력 출력 라인이 될 수 있다.
도시한 차양면(110)의, 상기 측벽(120)에 대한 반대면에는 접촉 저항 용접을 위한 용접 돌기(112)가 형성된다. 접촉 저항 용접시 상기 용접 돌기(112)에 대한 상기 측벽(120)의 반대면 지점에 용접봉이 접촉된 상태에서 전류를 흐르게 한다. 그러면, 용접봉에서 용접 돌기(112)를 거쳐 용접 돌기(112)와 맞닿아 있는 고정하 려는 원통형 구조체의 외벽 상의 지점으로 전류가 흐르게 되고, 상기 용접 돌기(112)에서의 접촉 저항에 의해 용접 돌기(112)의 일부분이 용융되어 상기 원통형 구조체의 외벽에 붙게 된다.
상기 차양면(110)의 상기 용접 돌기(112)를 원형으로 감싸는 형상으로, 다른 차양면(110)의 두께보다 얇은 두께를 가지는 용접 돌기 주위 영역(111)을 형성할 수 있다.
또한, 용접 돌기간의 저항을 키우기 위하여, 상기 차양면(110)의 서로 이웃하는 2개의 용접 돌기(112) 사이에 절개홈(114)을 형성할 수 있다. 이는 용접시 이미 용접된 이웃한 다른 용접 돌기로의 전류 흐름을 방지하기 위함이다.
도시한 측벽(120)에는 라운딩 처리된 직사각형 형상으로 절개부(122)를 형성하는데, 상기 절개부(122)는 용접되는 원통형 전지가 니켈-수소 배터리의 경우 발생되는 폐가스나, 리튬-이온 배터리의 손상시 발생하는 고압 가스 등 내부 가스를 외부로 배출하기 위한 역할을 수행한다.
상기 용접 돌기(112)의 위치를 보다 엄밀히 규정하면, 상기 측벽(120) 상에서의 상기 각 절개홀(114)에 대한 2개의 접선(H, I)이 상기 차양면(110)과 수직으로 만나는 2 지점(J, K)에서, 상기 차양면(110) 상에 상기 측벽(120)에 수직인 2 방사선(L, M)을 그었을 때, 상기 2 방사선(L, M) 사이의 차양면(110) 상에 위치한다.
보다 바람직하게는, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 절개부(122)의 중심을 절단하는 수직면(VL)이 상기 용접 돌기(112)을 포함하도록 절개부(122)를 형성할 수 있다.
도 2c에서는 상기 절개부의 중심을 기준으로한 평면상에서, 상기 절개부의 경계면과 상기 용접 돌기의 경계면의 공통외접선(CL1, CL2)이, 상기 차양면에 대한 수직선(VL)에 대하여 이루는 각도(φ)를 나타내고 있다. 상기 공통외접선(CL1, CL2)과 상기 차양면에 대한 수직선(VL) 간의 각도는 20 ~ 60°의 각도를 유지하는 것이 바람직하며, 특히, 25 ~ 35°의 각도를 유지하는 것이 가장 최적의 성능을 나타낸다. 상기 각도가 작아지면 용접 성능이 나빠지며, 상기 각도가 커지면 고정 캡의 기계적 강도가 낮아진다.
또한, 상기 절개부(122)의 규격을 다른 관점에서 규정하면, 절개부(122)와 상기 차양면(110)의 도 2c의 단면도 상에서의 거리(g)는 2mm 이하이며, 도 2d에 도시한 원주 방향에서 관찰하였을때, 모든 절개부(122)의 원주방향 길이의 총합(p+q+r+s)은 측벽(120)의 원주 길이의 40 ~ 60% 가 되도록 구현하는 것이 바람직하다.
도 3a 및 3b는 상기 절개부(122)에 의한 저항의 증가를 설명하기 도면이다. 도 3a는 본 발명의 사상을 따르지 않는 경우로서 도시한 바와 같이 서로 대향되는 2개의 용접 돌기(112-a, 112-b) 사이의 전류 경로는 A가 되는데, 상기 경로 A는 두께 및 폭이 충분하여 저항이 크지 않다. 따라서, 용접시 용접봉에서 공급되는 전류의 상당 부분이 이미 용접되어 있는 대향하는 용접 돌기를 통해 누설되어 용접 성능을 떨어뜨리게 된다.
반면, 본 발명의 사상에 따른 도 3b의 경우 서로 대향되는 2개의 용접 돌기(112-c, 112-d) 사이의 전류 경로는 B가 되는데, 상기 경로 B는 절개부(122)에 의해 폭이 얇아지고 경로가 길어지게 되므로 저항이 커지게 된다. 따라서, 용접시 용접봉에서 공급되는 전류가 이미 용접되어 있는 대향하는 용접 돌기를 통해 누설되는 것이 완화되어, 용접 성능이 향상된다.
도 3c는 상기 용접 돌기 주위 영역(111)에 의한 저항의 증가를 설명하기 위한 도면이다. 도시한 바와 같이, 용접 돌기 주위 영역(111)의 두께 T2는 상기 차양면의 두께 T3보다 얇게 구현하며, 이 경우 상기 용접 돌기 주위 영역(111)의 저항이 얇아진 두께만큼 커져서, 용접봉에서 유입되는 전류의 누설을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명 일실시예에 따른 용접식 고정 캡(100)을 부착한 다수개의 원통형 전지가 케이스(80)에 실장되는 구조를 도시하고 있다. 여기서, 도시한 다수개의 원통형 전지 각각은, 하나의 단위 전지일 수도 있으며, 다수개의 단위 전지가 직렬 연결된 원통형 직렬 전지일 수도 있다.
상기 각 원통형 전지의 양단에는 본 발명의 사상에 따른 고정 캡이 접촉 저항 용접에 의해 부착되어 있다. 한편, 케이스(80)의 도시한 상부 뚜껑(90) 및 하부 바닥(미도시)에는, 원형의 실장홀(98)이 형성되어 있다. 상기 각 원통형 전지의 양단에 위치하는 고정 캡(10)의 접시형 결합부가 상기 실장홀(98)에 끼워지는 방식으로 케이스(80)에 다수개의 원통형 전지를 실장할 수 있게 된다.
상기 케이스(80)에 다수개의 원통형 전지가 실장된 후, 실장된 각 원통형 전 지의 고정 캡(10)의 연결 홀에 도선을 연결하고 적절한 배선을 수행하여, 각 원통형 전지들의 직렬 및/또는 병렬 연결 구조를 구성할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기 구성에 따른 본 발명의 용접식 고정 캡을 실시함에 의해, 충분한 강도를 가지면서도 접촉 저항 용접시 용접용 전류을 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.
특히, 원통형 전지를 직렬 및/또는 병결 연결시킨 전지 모듈을 구현하는데 있어, 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 고리 형상의 측벽;
    상기 측벽의 일단으로부터 바깥으로 확장되어 형성되는 차양면을 포함하고,
    상기 차양면에는 용접시 용융되는 용접부가 형성되며, 상기 측벽에는 내부 기체를 배출하기 위한 절개홀이 형성되는데,
    상기 용접 영역은 상기 절개홀이 존재하는 측벽의 바깥쪽 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는 접촉 저항 방식으로 용접되는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차양면에는,
    이웃하는 용접부 간의 저항을 키우기 위한 절개홈이 형성된 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용접 돌기 주위 영역은 상기 차양면 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절개부와 상기 차양면의 간격은 2mm 이하이며,
    상기 측벽을 원주 방향으로 40 ~ 60% 절개한 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절개부의 중심을 기준으로한 평면상에서, 상기 절개부의 경계면과 상기 용접부의 경계면의 공통외접선은, 상기 차양면에 대한 수직선에 대하여 20 ~ 60°의 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측벽의 타단을 폐쇄하는 기저벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기저벽의 중심부에는 고정하려는 원통형 구조체와 연결하기 위한 외부의 선형 구조물이 통과할 수 있는 연결 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연결 홀의 내벽쪽에는 상기 선형 구조물이 고정될 수 있도록 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용접부는,
    상기 측벽 상에서의 상기 각 절개홀에 대한 2개의 접선이 상기 차양면과 수직으로 만나는 2 지점에서, 상기 차양면상에 상기 측벽에 수직인 2 방사선을 그었 을 때, 상기 2 방사선 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 용접식 고정 캡.
  12. 다수개의 실장홀이 형성된 프레임; 및
    양단에 상기 실장홀에 결합되는 고정 캡이 용접된 원통형 전지
    로 이루어지며,
    상기 고정 캡은,
    상기 실장홀에 접촉하며, 내부 기체를 배출하기 위한 절개홀이 형성된 측벽; 및
    상기 원통형 전지의 끝면에 접촉하며, 상기 절개홀이 존재하는 측벽의 바깥쪽 영역에 용접시 용융되는 용접부가 형성된 차양면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 고정 캡은,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 고정 캡인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
KR1020070011239A 2007-02-02 2007-02-02 용접식 고정 캡 및 이를 구비한 전지 모듈 KR20080072443A (ko)

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