KR20130056892A - 전지 블록 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 복수의 파이프 형상 부재를 포함한 금속 케이스와, 파이프 형상 부재(30)의 각각에 수용된 복수의 단전지(40)를 포함한 전지 블록(100)이며, 파이프 형상 부재(30)는 각각, 이음면에서 접합되어 있고, 그러면서 또 복수의 파이프 형상 부재(30)는, 서로 접합해서 일체화되어 있는, 전지 블록(100)이 제공된다. 본 발명에 의하면, 단전지의 수용 부재이며, 성형 정밀도가 높은 수용 부재가 제공되고, 또 그것을 간편하면서도 저비용으로 제조할 수 있다.

Description

전지 블록 및 그 제조 방법{CELL BLOCK AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 전지 블록 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
복수의 단전지(單電池)를 1개의 수용 부재에 수용함으로써 전지 블록을 얻고, 그것을 대용량의 축전지로 하는 것이 알려져 있다. 그러한 수용 부재로서, 원통 금속관끼리를 스폿 용접(spot welding)시킨 집합체나, 수용 구멍을 가지는 케이스(case)의 복수를 서로 면접합(面接合)시켜서 일체화한 집합체 등이 알려져 있다(특허 문헌 1).
그 외에도, 여러 가지 관련 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2~8 참조).
예를 들면, 특허 문헌 2에는, 복수의 축전지 셀(cell)이 소정의 배열로 배치되어, 인접하는 축전지 셀이, 외측 케이스에 의해, 부분적으로 서로 접합되어 있는 고온 축전지(高溫 蓄電池)가 개시되어 있다. 특허 문헌 3에도 특허 문헌 2와 동일한 발명이 개시되어 있다. 그러나 특허 문헌 2, 3에 개시된 발명에 의해서는, 축전지 셀은 외측 케이스와 몇 개의 점(點)에서만 접합되어 있기 때문에, 열을 확산시켜 국소적인 온도 상승을 억제하는 일은 곤란했다.
또 특허 문헌 4에는, 수납 용기 집합체의 용기 본체가, 폭(幅)방향의 단면이 반원(半圓) 형상인 박판(薄板)에 의해 사이에 끼이도록 해서 배치된, 나트륨 2차 전지 모듈이 개시되어 있다. 그러나 용기 본체와 박판의 접합 면적이 작아, 효율적으로 열확산하는 것이 곤란했다.
특허 문헌 5에는, 열교환기(熱交換機)의 헤더(header)에 이용하는 납땜 파이프의 제조 방법 및 열교환기의 제조 방법이 개시되어 있지만, 전지 블록과 공통된 과제는 시사되지 않았다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
(특허 문헌 1) 일본국 특개평 2－256174호 공보
(특허 문헌 2) 일본국 특개소 60-119084호 공보
(특허 문헌 3) 일본국 특개평 4-284370호 공보
(특허 문헌 4) 일본국 특개 2004-265743호 공보
(특허 문헌 5) 일본국 특개 2009-297722호 공보
(특허 문헌 6) 미국 특허 제 4546056호
(특허 문헌 7) 미국 2009-0255656호 공보
(특허 문헌 8) 미국 특허 5763116호
축전지의 단전지를 수용하는 부재에는, 단전지의 온도 분포를 재빠르게 균일화하거나, 단전지가 이상 발열(異常發熱)(단전지 내부에서의 단락(短絡) 등에 의해 일어날 수 있음)을 일으켰을 경우에 열을 확산시켜 국소적인 온도 상승을 억제하기 위해서, 높은 성형 정밀도가 요구된다. 또, 단전지가 수용되는 부분의 성형 정밀도는 중요하다. 단전지가 수용되는 부분의 성형 정밀도가 나쁘면, 진동을 받는 장소에 축전지가 설치된 경우에, 수용된 단전지가 진동하거나 하는 경우가 있다. 수용된 단전지가 진동하거나 함으로써, 단전지가 충분한 전지 기능을 발휘할 수 없기도 하고, 단전지의 열화가 앞당겨지거나, 전지 배선이 절단되거나 하는 등 하여, 축전지의 성능이 손상되는 일이 있었다.
또, 최근, 축전지의 대용량화가 강하게 요구되고 있다. 축전지의 대용량화를 위해서는, 수용 부재에 많은 단전지를 수용하지않으면 안 된다. 단위 체적당, 더욱 많은 단전지를 수용하려면, 단전지와 단전지의 간격을 좁힐 필요가 있다. 단전지와 단전지의 간격을 좁히기 위해서는, 수용 부재를 더욱 얇게 할 필요가 있다. 수용 부재가 얇아지면, 수용 부재의 성형 정밀도가 저하하기 쉽다.
그래서, 본 발명은, 복수의 단전지를 수용하는 부재이며, 성형 정밀도가 높은 수용 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1은, 이하에 나타내는 전지 블록에 관한 것이다.
［1］복수의 파이프 형상 부재를 포함한 금속 케이스와, 상기 파이프 형상 부재의 각각에 수용된 복수의 단전지를 포함하는 전지 블록이며,
파이프 형상 부재는 각각, 이음면에서 접합되어 있고, 그러면서 또 복수의 파이프 형상 부재는, 서로 접합해서 일체화되어 있는, 전지 블록.
［2］파이프 형상 부재의 이음면에서의 접합 및 파이프 형상 부재끼리의 접합은, 어느 것도 납땜 접합인, [1]에 기재한 전지 블록.
［3］파이프 형상 부재는, 심재(心材)와 납재층(蠟材層)을 포함한 금속판을 굽힘 가공해서 파이프 형상으로 하고, 이음면에서 납땜한 부재인, ［1］또는［2］에 기재한 전지 블록.
［4］파이프 형상 부재는, 금속판을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 하고, 이음면에서 접착제에 의한 접착, 금속 용접 또는 확산 접합한 부재인, ［1］에 기재한 전지 블록.
［5］파이프 형상 부재는, 알루미늄, 동, 놋쇠(眞鍮) 또는 스텐레스제인, ［1］~［4］의 어느 것인가에 기재한 전지 블록.
［6］파이프 형상 부재는, 원형 파이프 또는 다각형 파이프인, ［1］~［5］의 어느 것인가에 기재한 전지 블록.
［7］파이프 형상 부재는, 관통구(貫通口) 또는 노치(notch) 부분을 가지는, ［1］~［6］의 어느 것인가에 기재한 전지 블록.
［8］이음면에서의 틈새는, 0.05mm이상 0.2mm이하인, ［1］에 기재한 전지 블록.
［9］파이프 형상 부재는 각각, 이음면에 있어서 중공(中空) 내면에 돌기(突起)가 형성되어 있는, ［1］에 기재한 전지 블록.
본 발명의 제2는, 이하에 나타내는 전지 블록의 제조 방법에 관한 것이다.
［10］심재와 납재층을 포함한 금속판을 굽힘가공하여 이음면을 형성하고, 납재층을 외주면으로 하는 파이프 형상 금속판을 복수 얻는 단계와, 복수의 파이프 형상 금속판을, 서로 접촉시켜 고정하여 파이프 형상 금속판의 집합체를 얻는 단계와, 파이프 형상 금속판의 집합체를 가열해서, 파이프 형상 금속판의 이음면을 납땜 접합하여 파이프 형상 부재로 하고, 그러면서 또 파이프 형상 금속판끼리를 남땜 접합하여 전지 케이스를 얻는 단계를 포함하는, 전지 블록의 제조 방법.
［11］금속판을 굽힘가공해서 이음면을 형성하고, 파이프 형상 금속판을 복수 얻는 단계와, 복수의 파이프 형상 금속판을, 서로 접촉시켜 고정하여 파이프 형상 금속판의 집합체를 얻는 단계와, 집합체의 외주면에, 납재를 배치하는 단계와, 납재가 배치된 집합체를 가열해서, 파이프 형상 금속판의 이음면을 납땜 접합하여 파이프 형상 부재로 하고, 그러면서 또 파이프 형상 금속판끼리를 납땜 접합하여 전지 케이스를 얻는 단계를 포함하는, 전지 블록의 제조 방법.
［12］전지 케이스의 파이프 형상 부재의 중공부(中空部)에, 단전지를 수용하는 단계를 더 포함하는, ［10］또는［11］에 기재한 전지 블록의 제조 방법.
본 발명의 전지 블록은, 단전지의 수용 용기인 금속 케이스의 성형 정밀도가 높기 때문에, 단전지의 온도 분포가 신속하게 균일화되어, 단전지가 이상 발열을 일으켰을 경우에, 열을 확산시켜 국소적인 온도 상승이 억제된다. 또, 단전지가 수용되는 부분의 성형 정밀도도 높기 때문에, 수용된 단전지의 진동이 억제되고 있다. 그 때문에, 축전지로서의 성능이 손상되지 않는다. 따라서, 진동을 받기 쉬운 환경에 있어서 이용되는 축전지로서도 유효한 전지 블록이 제공된다. 진동을 받기 쉬운 환경에 있어서 이용되는 축전지란, 예를 들면 자동차용 축전지이다.
도 1a는 본 발명의 전지 블록의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 전지 블록의 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 파이프 형상 부재의 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 파이프 형상 부재의 배열 상태를 나타내는 도면이다.
도 4a는 파이프 형상 부재의, 이음면을 나타내는 도면이다.
도 4b는 파이프 형상 부재의, 이음면을 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 외주면에 납재를 배치한 파이프 형상 부재를 얻는 수법을 설명하는 도면이고, 도 5d는 이음면에 있어서의 접합으로 형성된 돌기를 나타내는 도면이다.
도 6a는 파이프 형상 부재의, 이음면에 있어서의 틈새를 나타내는 도면이다.
도 6b는 파이프 형상 부재의, 이음면에 있어서의 틈새를 나타내는 도면이다.
도 6c는 파이프 형상 부재의, 이음면에 있어서의 틈새를 나타내는 도면이다.
도 7a는 관통구를 가지는 파이프 형상 부재를 나타내는 도면이다.
도 7b는 노치를 가지는 파이프 형상 부재를 나타내는 도면이다.
도 8a, 도 8b는 금속 케이스를 구성하는 복수의 파이프 형상 부재에 있어서의 이음면의 위치를 나타내는 도면이다.
도 9a는 복수의 파이프 형상 부재의 집합체를 틀(frame)로 가고정(假固定)한 상태를 나타내는 도면이다.
도 9b는 복수의 파이프 형상 부재의 집합체를 틀로 가고정한 상태를 나타내는 도면이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c는 복수의 파이프 형상 부재와 함께 파이프 형상 부재끼리의 틈새에 삽입된 금속 부재를 가지는 금속 케이스를 나타내는 도면이다.
도 11은 금속 케이스에 있어서의 파이프 형상 부재끼리의 틈새에 냉매(冷媒)를 흘리는 도면이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d는, 본 발명의 전지 블록의 금속 케이스의 제조 흐름의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 금속 케이스에, 복수의 단전지를 수용한 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 전지 블록은, 금속 케이스와 복수의 단전지를 가진다. 금속 케이스는, 복수의 파이프 형상 부재를 가지고, 각 파이프 형상 부재의 중공부에, 단전지가 수용되어 있다. 전지 블록에 포함되는 단전지는 축전 성능을 가지고 있고, 따라서, 전지 블록은 고용량의 축전지로서 기능하는 것이 바람직하다.
［전지 블록］
도 1a, 도 1b에는, 본 발명의 전지 블록 예의 개요가 표시된다. 도 1a는, 본 발명의 전지 블록(100)의 사시도이다. 도 1b는, 전지 블록(100)의 분해 사시도이다. 도 1b에 나타내는 것처럼, 전지 블록(100)은, 전극판(10)과, 홀더(20)와, 파이프 형상 부재 31a, 31b,…31t의 집합체(31)와, 복수의 단전지(40)(40a, 40b,…40t)와, 홀더(50)와, 전극판(60)을 포함한다.
단전지(40a, 40b,…40t)는, 각각 대응하는 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)에 수용된다. 수용된 단전지(40)는, 홀더(20) 및 홀더(50)로 지지된다. 단전지의 한쪽 전극(41)은 전극판(10)에 접속하고, 다른쪽 전극(42)은 전극판(60)에 접속된다.
도 1b에 나타내는 것처럼, 단전지(40a, 40b,…40t)는, 각각 대응하는 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)에 수용된다. 복수의 파이프 형상 부재로 되어있는 집합체(31)가, 본 발명의 전지 블록에 있어서의 금속 케이스를 구성한다. 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)는, 서로 접촉한 상태로 고정되어, 일체화되어 있는 것이 바람직하다.
금속 케이스를 구성하는 복수의 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)는, 서로 접합되어 일체화되어, 집합체로 되어 있는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 복수의 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)의 각각의 측면끼리가 접합되어 일체화되어 있다. 1개의 전지 케이스에 포함되는 파이프 형상 부재의 집합체(31)는, 2 이상의 파이프 형상 부재로 구성되어 있으면 좋고, 특히 상한(上限)은 제한되지 않는다. 또, 금속 케이스는, 파이프 형상 부재의 집합체(31)를 둘러싸는 틀(400)을, 더 가지고 있어도 좋다(후술하는 도 9a참조).
파이프 형상 부재(31)는, 도 2a에 나타내는 것 같은, 예를 들면 원형 파이프(31－1)이어도 좋고, 도 2b에 나타내는 것 같은, 사각형 등의 다각형 파이프(31－2)이어도 좋다. 각 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)의 내부는, 파이프의 축방향을 따라 공동(空洞)으로 되어 있다. 각 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)에는, 각각 단전지(40a, 40b,…40t)가 수용된다. 각 단전지(40a, 40b,…40t)는, 통상은 원통형이다.
복수의 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)는, 서로 접촉되도록 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)의 배열 형태는 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31t)가 원형 파이프인 경우에는, 도 3a에 나타내는 것처럼 최밀 충전 배열(最密 充塡 配列)시켜도 좋다. 또 도 3b에 나타내는 것처럼, 각 파이프 형상 부재(31a, 31b,…31u)를 정방 배열(正方配列)시켜도 좋다. 또한, 도 3a, 도 3b에 있어서, 접합면(35)의 도면표시는 생략되어 있다.
파이프 형상 부재(31)는 금속제인 것이 바람직하다. 파이프 형상 부재(31)를 구성하는 금속은, 열전도성이 높은 금속인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 알루미늄, 동, 놋쇠, 스텐레스 또는 그것들의 합금 등이다. 파이프 형상 부재를 경량으로 하기 위해, 바람직한 것은 알루미늄이다.
파이프 형상 부재(31)를 구성하는 판(板)의 두께는, 0.2mm~0.8mm인 것이 바람직하고, 예를 들면 약 0.4mm이다. 두께가 얇을수록, 금속 케이스를 경량화할 수 있으므로 바람직하지만, 과잉하게 얇으면 케이스로서의 강도를 얻을 수 없다.
파이프 형상 부재(31)의 중공 사이즈는, 그것에 수용되는 단전지(40)의 크기에 따라 설정된다. 즉, 중공의 단면의 직경은, 그것에 수용되는 단전지(40)의 단면의 직경보다, 약간 큰 것이 바람직하다. 중공부에, 단전지를 수용할 필요가 있기 때문이다. 파이프 형상 부재(31)의 중공 단면(斷面)의 직경과, 그것에 수용되는 단전지(40)(단전지를 절연 시트로 감싸는 경우에는, 그 절연 시트를 포함한다)의 단면의 직경과의 차(差)(클리어런스)는, 0.01mm이상 0.38mm이하인 것이 바람직하다. 클리어런스가 너무 크면, 수용된 단전지가 진동하거나 하기 때문에, 바람직하지 않다. 클리어런스가 너무 작으면, 단전지를 수용할 수 없는 경우가 있다.
도 2a, 도 2b에 나타내는 것처럼, 파이프 형상 부재(31)는, 각각 이음면(35)을 가지고 있으며, 이음면에 있어서 접합되어 있다. 「이음면(35)」이란, 예를 들면, 도 4a에 나타내는 등의, 1매의 금속 평판(200)을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 했을 때의, 서로붙인 면(35)이다. 또 「이음면(35)」이란, 예를 들면 도 4b에 나타내는 등의, 2개의 하프 파이프 형상 금속판(300)을 서로 붙여 파이프 형상으로 했을 때의, 서로 붙인 면(35)이다.
상술한대로, 파이프 형상 부재(31)는, 금속 평판을 굽힘가공해서 이음면을 접합하거나(도 4a참조), 하프 파이프 형상의 부재를 서로 붙여서 얻을 수 있다(도 4b참조). 이음면(35)에서의 접합 수단은, 납땜, 접착제에 의한 접착, 금속 용접, 또는 확산 접합 등일 수 있지만, 바람직한 것은 납땜이다. 납땜에 의하면, 파이프재 부재끼리의 접합(후술) 공정과 동일한 공정으로, 이음면을 접합할 수 있다.
［접합 방법과 돌기의 관계］
도 2a, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 파이프 형상 부재(31)(31-1, 31-2)는, 이음면(35)에 있어서, 파이프의 중공 내면에 돌기(38)를 가지고 있어도 좋다. 돌기(38)는, 특히 한정되지 않지만, 이음면(35)에 있어서의 접합에 의해 생기는 돌기인 것이 바람직하다. 이하에, 도 5a~도 5d를 참조하면서, 접합 방법과 돌기(38)의 관계를 설명한다.
1) 납땜에 의한 접합의 경우
파이프 형상 부재(31)는, 이음면(35)을 가지는 미접합(未接合) 파이프 형상 부재(파이프 형상 금속판)(30a)의 외주면에 납재를 배치하고, 더욱 가열해서 납땜시킴으로써 얻을 수 있다. 외주면에 납재를 배치한, 미접합의 파이프 형상 부재(30a)는, 예를 들면 이하의 제법 a), b), c)에 의해, 제조할 수 있다. 또한, 「납재」란, 심재(心材)를 구성하는 금속보다 융점(融點)이 낮은 합금이다.
a) 도 5a에 나타내는 것처럼, 심재(210)와, 납재층(220)을 포함한 금속판(230)을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 할 수 있다.
b) 도 5b에 나타내는 것처럼, 금속 평판(200)을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 하여, 납 시트(박(箔)납재)(240)를 감아도 좋다.
c) 도 5c에 나타내는 것처럼, 금속 평판(200)을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 하여, 납 페이스트(브레이징 페이스트)(250)를 도포해도 좋다.
이와 같이 해서, 외주면에 납재를 배치한, 미접합의 파이프 형상 부재(파이프 형상 금속판)(30a)를 준비한다. 또한, 미접합의 파이프 형상 부재(파이프 형상 금속판)(30a)의 제조 방법은, 상술한 제법(製法)에 특히 한정되는 것은 아니다.
이음면(35)을 가지는 파이프 형상 금속판(30a)의 이음면(35)에 있어서, 파이프 형상 금속판(30a)의 폭 방향의 단부끼리를 완전하게 밀착시키지 않고, 틈새를 마련하는 것이 바람직하다. 외주면에 납재를 배치한 파이프 형상 금속판(30a)을 가열하여, 이음면을 납땜한다. 납땜은, 납재의 융점보다 높은 온도로까지 파이프를 가열함으로써 행해진다. 납땜 공정에 있어서, 이음면에 있어서의 틈새에 납재가 흘러들어, 다시, 납재가 중공 내면으로 리크해서 돌기를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 해서, 이음면(35)에 있어서의 접합과, 납재의 잔부(殘部)로 되어있는 돌기(38)의 형성이 행해질 수 있다(도 5d참조).
도 6a에 나타내는 것처럼, 이음면(35)에 있어서의 파이프 형상 금속판(30a)의 틈새의 간격 t1은, 0.05mm이상 0.2mm이하인 것이 바람직하다. 모세관 현상을 이용해, 납재가 틈새로 침입하기 쉽게 하기 위해서이다. 틈새가 너무 좁으면, 틈새로 납재가 흘러들기 어려워져, 돌기를 형성할 수 없는 경우가 있다. 한편, 틈새가 너무 넓으면, 모세관 현상이 생기지 않고, 또 납땜을 할 수 없게 된다.
또, 돌기를 확실하게 형성하기 위해서, 이음면(35)에 있어서의 틈새의 형상을 조정하여, 납재가 흘러들기 쉽도록 해도 좋다. 예를 들면, 도 6b에 나타내는 것처럼, 이음면(35)을 파이프 형상 금속판(30a)의 주면(主面) 평면에 대해서 비스듬하게 해도 좋다. 이 경우의 파이프 형상 금속판(30a)의 틈새 간격 t2는, 0.05mm이상 0.2mm이하인 것이 바람직하다. 도 6a와 동일한 이유에 의한다.
또 도 6c에 나타내는 것처럼, 이음면(35)을 다단(多段)으로 해도 좋다. 이음면(35)에 있어서의 틈새의 형상을 조정함으로써, 틈새로 납재가 흘러들기 쉽게 되어, 적절한 돌기가 형성되기 때문이다. 이 경우의 틈새 간격 t3은, 0.2mm이하가 바람직하다. 틈새 간격 t4는, 0.05mm이상 0.2mm이하인 것이 바람직하다. 틈새 간격 t5는, 0.05mm이하인 것이 바람직하다.
2) 접착제에 의한 접합의 경우
파이프 형상 부재(31)는, 이음면(35)을 가지는 파이프 형상 금속판(30a)의 이음면(35)에 접착제를 도포하여, 이음면(35)을 접착시켜서 얻을 수 있다. 이 접착에 있어서, 도포한 접착제가 중공 내면으로 리크해서 돌기를 형성한다. 즉, 접착제의 잔부로 되어있는 돌기가 형성된다.
3) 용접에 의한 접합의 경우
파이프 형상 부재(31)는, 이음면(35)을 가지는 파이프 형상 금속판(30a)의 이음면(35)을, 금속 용접시켜서 얻을 수 있다. 금속 용접의 수단은 특히 한정되지 않고, TIG 용접이나 레이저 용접 등일 수 있다. 금속 용접을 행하는 경우에는, 이음면(35)에 있어서 금속판은 밀착하고 있는 것이 바람직하다. 밀착해 있는 이음면(35)을 금속 용융시켜서 용접하면, 「용접 돌기」라고 불리는 돌기가 형성되는 경우가 있다. 이 용접 돌기를 적극적으로 형성함으로써, 중공 내면에 돌기를 형성한다.
4) 확산 접합(擴散 接合)에 의한 접합의 경우
파이프 형상 부재(31)는, 이음면(35)을 가지는 파이프 형상 금속판(30)의 이음면(35)을, 확산 접합시켜서 얻을 수 있다. 확산 접합이란, 이음면(35)에 있어서 겹쳐진 금속판끼리를 가압(加壓) 및 가열(加熱)함으로써 행해진다. 가압할 때에, 이음면에 돌기를 압력 성형(成形)하면 된다.
파이프 형상 부재(31)의 이음면에 있어서의 돌기(38)(도 2a, 도 2b 참조)의 높이는, 파이프 형상 부재(31)의 중공 단면의 직경과, 그것에 수용되는 단전지(단전지를 절연 시트로 감싸는 경우에는, 그 절연 시트를 포함함)의 단면의 직경과의 차(클리어런스)에 따라 설정되는 것이 바람직하고, 클리어런스보다 크게 하면 좋다. 기준으로서 돌기(38)의 높이는, 「클리어런스와, 단전지를 감싸는 절연 시트의 두께의 1/5과의 합」이상으로 하고, 「클리어런스와, 단전지를 감싸는 절연 시트의 두께의 1/3과의 합」이하로 하면 좋다. 돌기(38)는, 파이프 형상 부재(31)의 중공부에 수용된 단전지의 진동이나 회전을 억제한다.
도 7a에 나타내는 것처럼, 파이프 형상 금속판(30a)의 측면의 일부에 관통구(32)를 설치해도 좋다. 또 도 7b에 나타내는 것처럼, 긴 방향의 양단부에, 각각 노치(33)를 설치해도 좋다. 관통구(32) 또는 노치(33)를 통해, 내부에 수용되는 단전지(도면 표시 없음)에 외부 부재(온도 센서 등)를 접속할 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이, 전지 블록을 구성하는 금속 케이스는 복수의 파이프 형상 부재를 가진다. 복수의 파이프 형상 부재는, 각각이 서로에게 접촉하여 일체화되어 있다. 구체적으로는, 각 파이프 형상 부재는, 각 파이프 형상 부재의 측면에 있어서 서로 접합되어, 일체화되어 있다.
파이프 형상 부재끼리의 접합은, 납땜, 접착제에 의한 접착 또는 금속 용접 등에 의해 행해지지만, 바람직한 것은 납땜에 의해 행한다. 예를 들면 외주면에 납재를 배치한 복수의 파이프 형상 금속판을, 서로 접촉시켜 가고정(假固定)해서 집합체로 하고, 집합체를 가열함으로써, 파이프 형상 부재(파이프 형상 금속판)끼리가 접합될 수 있다.
가고정되어 집합체로 되는 파이프 형상 부재는, 이음면(35)에 있어서의 접합 후의 것이어도 접합전의 것이어도 좋다. 접합전의 이음면(35)을 가지는 복수의 파이프 형상 부재(파이프 형상 금속판)를 가고정해서 집합체로 하면, 이음면(35)에 있어서의 접합과, 파이프 형상 부재(31)가 되는 파이프 형상 금속판(30)끼리의 접합을, 동일 공정으로 행할 수 있으므로 바람직하다.
도 8a에 나타내는 것처럼, 복수의 파이프 형상 부재가 되는 파이프 형상 금속판(30)(30a, 30b,…30e)의 이음면(35)은, 각각 동일 방향으로 규칙적으로 배치되고 있어도 좋고, 도 8b에 나타내는 것처럼 랜덤하게 배치되어 있어도 좋다. 도 8a에서는, 이음면(35)이, 도면 상방으로 배치되어 있다. 이음면(35)이 동일 방향으로 배치되어 있으면, 예를 들면, 이음면(35)의 틈새로 납재가 흘러들기 쉬워진다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
파이프 형상 금속판(30)(30a, 30b,…30e)을 가고정하려면, 도 9a에 나타내는 것처럼 지그(jig)로서의 틀(400)로 집합체를 고정하면 된다. 틀(400)의 내면에는, 납재를 배치해 두어도 좋고, 배치해 두지 않아도 좋다. 지그로서의 틀(400)은, 파이프 형상 부재끼리를 접합한 후에 떼어내도 좋고, 전지 블록의 금속 케이스의 일 부재로서 이용해도 좋다.
틀(400)은, 파이프 형상 부재끼리를 납땜 접합할 때의 지그로서 이용된다. 그 때문에, 틀(400)의 선팽창 계수(線膨脹 係數)는, 파이프 형상 부재의 선팽창 계수와 동일한 것이 바람직한 경우가 있다. 납땜 접합의 가열중에, 틀이 파이프 형상 부재의 집합체를 확실하게 보지(保持)하면서, 또 파이프 형상 금속판(30)(30a, 30b,…30e)에 응력(應力)을 가하지않도록 하기 위해서이다. 그래서, 예를 들면, 도 9b에 나타내는 것처럼, 스텐레스판(400－1)과 알루미늄 틀(400－2)을 조합시킨 틀을 이용해서, 틀의 선팽창 계수를 조정한다. 스텐레스판(400－1)은, 파이프 형상 부재(30)와 알루미늄 틀(400－2)이, 접합하는 것을 방지한다.
집합체는, 도 10a~도 10c에 나타내는 것처럼, 복수의 파이프 형상 부재와 함께, 파이프 형상 부재끼리의 틈새에 삽입된 금속 부재(450)(450a, 450b, 450c)를 가져도 좋다. 틈새에 삽입된 금속 부재(450)를 마련함으로써, 금속 케이스의 열용량(熱容量)을 높일 수 있기 때문이다. 구체적으로는 도 10a에 나타내는 것처럼, 틈새에 금속 부재(450a)를 삽입함으로써, 틈새를 완전하게 막아도 좋다. 또한, 금속 케이스의 열용량을 높일 수가 있다면, 틈새를 완전하게 막지 않아도 좋다. 예를 들면 도 10b에 나타내는 것처럼 삼각기둥 형상의 금속 부재(450b)를 삽입하거나 도 10c에 나타내는 것처럼 원주 형상의 금속 부재(450c)를 삽입함으로써, 틈새를 완전하게 막지 않아도 좋다.
한편, 집합체에 있어서의 파이프 형상 부재끼리의 틈새는, 중공인 채로 여도 좋다. 틈새로 냉매를 흘리거나 히터를 배치하거나 함으로써, 전지 블록을 가열 또는 냉각하기 쉬워지기 때문이다. 예를 들면, 도 11에 나타내는 것처럼, 냉매 가스(500)를 틈새로 흘리도록 해도 좋다.
파이프 형상 금속판 30a, 30b,…의 집합체(30)를 가열하여 납땜 접합해서 금속 케이스가 얻어지면, 파이프 형상 부재(31)의 각각에 단전지를 수용하고, 그 외 전지로서의 부재를 부가함으로써, 전지 블록으로 한다. 단전지는, 통상, 금속제의 케이스로 감싸여 있지만, 더욱 절연 시트로 감싸여 있어도 좋다. 절연 시트는, 통상, 수지막이지만, 그 두께는 45μm~75μm이다.
［전지 블록의 제조 방법］
이하에, 일례로서의, 본 발명의 전지 블록(금속 케이스)의 제조 방법을, 도 12a~도 12d, 도 13을 참조하면서 설명한다.
(가) 우선 도 12a에 나타내는 등의, 심재(210)와, 납재층(220)을 포함한 금속판(230)(도 12a)을 준비한다. 그 후, 금속판(230)을 굽힘가공해서 이음면(35)을 형성한다. 그리고 도 12b에 나타내는 것처럼, 납재층(220)을 외주면으로 하는 파이프 형상 금속판(30a)을 얻는다. 이러한 공정을 반복함으로써, 복수의 파이프 형상 금속판(30a, 30b,…30e)을 얻는다.
(나) 복수의 파이프 형상 금속판 30a, 30b,…30e를, 서로 접촉시켜 고정하여 파이프 형상 금속판 30a, 30b,…30e의 집합체(30)를 얻는다. 구체적으로는, 파이프 형상 금속판 30a, 30b,…30e를 서로 접촉시켜 가고정하여 집합체(30)로 한다. 그리고 도 12c에 나타내는 것처럼, 집합체(30)를 틀(400)로 고정시킨다.
(다) 파이프 형상 금속판의 집합체(30)를 가열한다. 그리고 파이프 형상 금속판 30a, 30b,…30e의 이음면(35)을 납땜 접합해서 파이프 형상 부재 31a, 31b,…31e의 집합체(31)로 한다. 또 파이프 형상 금속판 30a, 30b,…30e끼리를 납땜 접합한다. 이것에 의해 도 12d에 나타내는 것 같은, 납재로 되어있는 돌기(38)가 형성된다. 이상에 의해, 금속 케이스가 얻어진다.
(라) 또, 도 13에 나타내는 것처럼, 도 12d의 금속 케이스의 복수의 파이프 형상 부재31a, 31b,…31e에, 각각 단전지(40a, 40b,…40e를 수용한다. 그 후, 전지로서의 필요한 부재를 부가한다. 이상에 의해, 전지 블록이 제조된다. 또한, 단전지(40)는, 단전지를 감싸는 절연 시트(45)를 가지고 있어도 좋다.
이상, 전지 블록의 제조 방법에 대해 설명했지만, 전지 블록의 제조 방법은, 상술한 제조 방법으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 (가) 공정을 대신하여, 도 5b에 나타내는 것처럼, 금속판(200)을 굽힘가공해 이음면(35)을 형성하여, 파이프 형상 금속판(30a)을 얻는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 상술한 (나) 공정 후, (다) 공정으로 진행되기 전에, 집합체의 외주면에 납재를 배치하는 것이 바람직하다.
다음에, 종래의 전지 블록의 제조 방법과의 대비에 있어서, 본 발명에 따른 전지 블록의 제조 방법의 작용 효과에 대해서 설명한다.
종래, 파이프 형상 부재를 주물로 했을 경우, 거푸집의 원료가 모래이기 때문에 형태의 면정도((面精度)가 나빠, 그 전사물(傳寫物)인 파이프 형상 부재의 면정도도 저하해 있었다. 또, 알루미늄제 파이프 형상 부재를 얻는 경우에는, 알루미늄 용탕의 성분 격차 등 때문에, 공동(空洞)도 발생하는 경우가 있었다. 그 때문에, 면정도를 높이기 위해 2차 가공이 필요하게 되는 등, 발생한 공동을 해소하는 것이 곤란했다. 또, 파이프 형상 부재를 인발 가공(引拔加工)에 의해 얻는 것도 생각되지만, 파이프 형상 부재의 두께를 낮추려고 하면, 성형 정밀도가 저하하기쉬워, 성형 자체가 곤란했다.
그것에 비해, 본 발명에 따른 전지 블록의 제조 방법에 의하면, 금속판을 굽힘가공 등 하여, 파이프 형상 부재를 얻기 때문에, 간이하게, 전지 블록의 단전지가 수용되는 부분의 성형 정밀도를 높일 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 전지 블록의 제조 방법에 의해 얻어진 전지 블록은, 수용된 단전지의 진동을 억제할 수가 있으므로, 전지 블록 축전지로서의 성능이 손상되기 어렵다. 또 이 전지 블록은, 경량이고 컴팩트(compact)하다. 이러한 특성을 살릴 수 있는 전지 블록의 용도로서는, 예를 들면 자동차에 탑재되는 축전지를 들 수 있다.
본 출원은, 동(同) 출원인에 의해 먼저 된 일본국 특허 출원, 즉, 특허출원 2011－120473호(출원일 2011년 5월 30일)에 기초하는 우선권 주장을 수반하는 것이며, 이것의 명세서의 내용을 참조하여 본 발명의 일부로서 여기에 조합시키는 것으로 한다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 전지 블록은, 복수의 단전지와, 그것을 수용하는 금속 케이스를 가지며, 금속 케이스의 성형 정밀도가 높다. 따라서, 수용된 단전지의 진동 등이 억제되어 각 단전지의 기능이 적절하게 발휘된다. 게다가, 금속 케이스를 간편하면서도 저비용으로 제조할 수 있다.
10: 전극판 20: 홀더
30: 파이프 형상 금속판 31: 파이프 형상 부재
30－1: 원형 파이프 30－2: 다각형 파이프
32: 관통구 33: 노치(notch)
35: 이음면 38: 돌기
40: 단전지 41: 전극
2: 전극 45: 단전지를 감싸는 절연 시트
50: 홀더 60: 전극판
100: 전지 블록 200: 금속 평판
210: 심재 220: 납재층
230: 금속판 240: 납 시트
250: 납 페이스트 300: 하프 파이프 형상 금속판
400: 틀 400－1: 스텐레스 판
400－2: 알루미늄 틀 450: 금속 부재
500: 냉매 가스

Claims (12)

  1. 복수의 파이프 형상 부재를 포함한 금속 케이스와, 상기 파이프 형상 부재의 각각에 수용된 복수의 단전지를 포함한 전지 블록이며,
    상기 파이프 형상 부재는 각각, 이음면에서 접합되어 있고, 그러면서 또 상기 복수의 파이프 형상 부재는, 서로 접합해서 일체화되어 있는, 전지 블록.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재의 이음면에서의 접합 및 파이프 형상 부재끼리의 접합은, 어느 것도 납땜 접합인, 전지 블록.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재는, 심재와 납재층을 포함한 금속판을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 하고, 이음면에서 납땜한 부재인, 전지 블록.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재는, 금속판을 굽힘가공해서 파이프 형상으로 하고, 이음면에서 접착제에 의한 접착, 금속 용접 또는 확산 접합한 부재인, 전지 블록.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재는, 알루미늄, 동, 놋쇠 또는 스텐레스제인, 전지 블록.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재는, 원형 파이프 또는 다각형 파이프인, 전지 블록.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재는, 관통구 또는 노치 부분을 가지는, 전지 블록.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이음면에서의 틈새는, 0.05mm이상 0.2mm이하인, 전지 블록.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 파이프 형상 부재는 각각, 상기 이음면에 있어서 중공 내면에 돌기가 형성되어 있는, 전지 블록.
  10. 심재와 납재층을 포함한 금속판을 굽힘가공해서 이음면을 형성하고, 납재층을 외주면으로 하는 파이프 형상 금속판을 복수 얻는 단계와,
    상기 복수의 파이프 형상 금속판을, 서로 접촉시켜 고정하여 파이프 형상 금속판의 집합체를 얻는 단계와,
    상기 파이프 형상 금속판의 집합체를 가열하여, 상기 파이프 형상 금속판의 이음면을 납땜 접합해서 파이프 형상 부재로 하고, 그러면서 또 상기 파이프 형상 금속판끼리를 납땜 접합해서 전지 케이스를 얻는 단계를 포함한, 전지 블록의 제조 방법.
  11. 금속판을 굽힘가공해서 이음면을 형성하여, 파이프 형상 금속판을 복수 얻는 단계와,
    상기 복수의 파이프 형상 금속판을, 서로 접촉시켜 고정하여 파이프 형상 금속판의 집합체를 얻는 단계와,
    상기 집합체의 외주면에, 납재를 배치하는 단계와,
    상기 납재가 배치된 집합체를 가열하여, 상기 파이프 형상 금속판의 이음면을 납땜 접합해서 파이프 형상 부재로 하고, 그러면서 또 상기 파이프 형상 금속판끼리를 납땜 접합해서 전지 케이스를 얻는 단계를 포함한, 전지 블록의 제조 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 전지 케이스의 파이프 형상 부재의 중공부에, 단전지를 수용하는 단계를 더 포함하는, 전지 블록의 제조 방법.
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