KR20180040574A

KR20180040574A - 배터리 셀 하우징 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20180040574A
Application number: KR1020187002131A
Authority: KR
Inventors: 베른트 울만
Original assignee: 슐러 프레쎈 게엠베하
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2018-04-20
Also published as: US10673026B2; DE102015110244A1; CN107851739A; CN107851739B; US20180287102A1; DE102015110244B4; KR102599146B1; WO2016207027A1

Abstract

본 발명은 하우징 쉘(16) 및 하우징 커버(17)를 포함하는 배터리 셀 하우징(15)에 관한 것이다. 지탱면(32) 및 제 1 연결면(33)은 적어도 2개의 상호 대면 측벽들(19) 또는 모든 측벽들(19)에서 상기 하우징 쉘(16)에 제공되고, 상기 표면들은 수직 방향(H)으로 서로로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 하우징 커버(17) 상의 접촉면(39)은 각각의 지탱면(32)과 관련되고 하우징 커버(17) 상의 제 2 연결면(40)은 제 1 연결면(33)과 관련된다. 상기 접촉면(39)의 그리고 상기 제 2 연결면(40)의 상대 위치는 상기 제 1 연결면(33)의 그리고 상기 지탱면(32)의 상대 위치에 적응된다. 따라서, 접촉면(39) 및 제 2 연결면(40)은 수직 방향(H)으로 이격될 수 있고 그리고/또는 제 2 연결면(40)은 수직 방향(H)으로 하향으로 하우징 쉘(16)의 베이스(18)까지 연장되는 에지측 스트립(41)에 제공된다. 이 방식에서, 제 2 연결면(40)은 스트립(41)의 내측 또는 하측 상에 배치될 수 있다.

Description

배터리 셀 하우징 및 그 제조 방법

본 발명은 전기 에너지를 제공하는 배터리 셀의 코어 재료를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징에 관한 것이다. 예를 들어, 이것은 권선 셀을 위한 배터리 셀 하우징일 수 있다.

플라스틱 재료로 제조된 배터리 셀 하우징은 공개공보 DE 69705174 T2로부터 공지되어 있다. 이는 서로 용접되는 하우징 쉘 및 커버를 포함한다. 이를 달성하기 위해, 저항 가열 요소가 커버와 하우징 쉘 사이에 개재된다. 저항 가열 요소에 전압을 인가함으로써, 하우징 커버와 하우징 쉘을 외부로부터 접근할 수 없는 위치에서 함께 용접하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 공개공보 JP 11260326A는 하우징 커버가 저항 용접에 의해 하우징 쉘에 연결되는 배터리 셀 하우징을 설명한다.

공개공보 DE 10 2013 290 246 A1은 전해질 용액을 수용하도록 배치된 직육면체 형상을 갖는 배터리 셀 하우징을 구비한 배터리 셀을 개시한다. 하우징은 하우징 개구를 갖는 하우징 쉘을 포함한다. 하우징 개구는 하우징 커버에 의해 유체 기밀 방식으로 폐쇄되며, 이 경우 하우징 커버는 하우징 쉘에 용접될 수 있다.

하우징 커버를 하우징 쉘에 용접하는 것은 비용이 많이 든다. 특히, 용접될 부분이 고도로 제한된 초점 범위 내에서 레이저 빔 용접에 의해 결합되는 경우에, 배터리 셀 하우징으로 봉입된 내부 공간을 조심스럽게 그리고 단단히 밀봉할 수 있도록 하기 위해서, 용접 전 또는 용접 중에 하우징 쉘 상의 하우징 커버의 정확한 위치를 보장할 필요가 있다.

이를 고려하여, 본 발명의 목적은 개선된 배터리 셀 하우징 뿐 아니라, 특히 제조 중에 배터리 셀의 취급을 단순화하는, 배터리 셀 하우징의 제조 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 배터리 셀의 코어 재료의 수용을 위한 배터리 셀 하우징이 제공된다. 배터리 셀은 1차 셀 또는 2차 셀일 수 있다. 배터리 셀 하우징은 하우징 쉘 뿐만 아니라 하우징 커버를 포함한다. 하우징 쉘은 수직 방향으로 4개의 측벽을 연장하는 직사각형 바닥을 갖는다. 측벽 및 바닥은 이음매 및 조인트없이 균일한 재료로 일체로 제조되는 것이 바람직하다. 특히, 하우징 커버는 하우징 쉘과 동일한 재료, 바람직하게는 금속 또는 금속 합금, 및 예를 들어 강 또는 알루미늄으로 이루어진다.

서로 결합되는 2개의 인접한 측벽은 수직 방향으로 연장되는 공통 연결 위치를 가지며, 상기 연결 위치는 반경 내에서 잠재적으로 둥글게 된다. 반경은, 예를 들어, 0.1 ㎜ 내지 25.0 ㎜의 범위일 수 있고, 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 범위일 수 있다.

바닥 및 측벽은 직육면체 형상을 갖는 내부 공간을 한정한다. 내부 공간은 하우징 개구가 하우징 커버에 의해 폐쇄되기 전에 하우징 개구에서 바닥과 마주하는 측면에서 접근 가능하다. 밀봉 전에, 전기 에너지를 제공하는 배터리 셀의 코어는 배터리 셀 하우징 안으로 삽입되고 그리고/또는 충전된다.

적어도 2개, 바람직하게는 모든 측벽은 하우징 개구에 인접한 상부 섹션에서 하우징 커버를 위한 지탱면 및 추가적으로 제 1 연결면을 갖는다. 상기 하우징 커버는 적어도 하나의 연결면을 갖는다. 상기 하우징 커버는 적어도 2개의 커버측 영역에 및 바람직하게는 4개의 커버측 영역 모두에 각각의 지탱면에 대한 접촉면과 각각의 기존의 제 1 연결면에 대한 제 2 접촉면을 갖는다. 접촉면은 각각의 지탱면에 접한다. 각각의 제 1 연결면은 서로 향하고 바람직하게는 서로에 대해 또한 접하는 제 2 연결면과 관련된다. 2개의 연결면은 용접 연결에 의해 재료 접합 방식으로 서로 연결된다. 바람직하게는, 4개의 제 1 연결면 및 4개의 제 2 연결면이 제공되며, 각각은 링의 형태로 폐쇄되는 연결면 배열체를 형성한다. 각각의 연결면 배열체는 수직 방향을 중심으로 둘레 방향으로 볼 때 폐쇄된다. 이들 2개의 환형으로 폐쇄된 연결면 배열체가 함께 용접될 때, 하우징의 내부 공간은 주위환경에 대해 완전하고 기밀하게 밀봉된다.

상기 접촉면 및 제 2 연결면은 하우징 커버에서 서로로부터 거리를 두고 수직 방향으로 오프셋 배치되며 따라서 서로를 향하여 직접 접하지 않는다. 대안적으로 또는 추가로, 제 2 연결면은 하우징 쉘의 바닥을 향하는 방향으로 수직 방향에 대해서 비스듬하게 또는 직각으로 연장되는 에지측 스트립에 형성된다.

접촉면과 제 2 연결면이 수직 방향으로 서로로부터 거리를 두고 배치되어 있기 때문에, 한편으로는 하우징 쉘 상의 하우징 커버의 기계적 접촉과, 다른 한편으로는, 용접을 위해 존재하는 연결면 사이에 공간 분리를 제공할 수 있다. 지탱면에 대한 접촉면의 접하는 것을 통해, 지지부가 생성되고, 하우징 커버는 용접 공정 동안 커버 상에 작용하는 가압력에 대항하여 하우징 쉘 상에 지지될 수 있다. 이 가압력과는 별도로, 제 1 연결면 및 제 2 연결면을 포함하는 각각의 기존의 2 쌍 내지 4 쌍은 서로에 대해 또는 이들에 대해 최소 거리로 접하여, 그 지점에서 재료 접합된 연결이 매우 간단한 방식으로 레이저 용접에 의해 생성될 수 있다. 이들의 기능과는 독립적으로, 따라서 공간적으로 분리된 상이한 면이 하우징 커버 및 하우징 쉘 모두에 제공된다.

수직 방향으로의 접촉면 및 제 2 연결면의 오프셋에 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 연결면은 또한 하우징 커버의 에지측 스트립 상에 제공될 수 있으며, 상기 스트립은 바닥 방향을 향하여 연장한다. 이렇게 할 때, 제 2 연결면은 특히 이 스트립의 하부 또는 내부에 의해 형성될 수 있다. 이 스트립은 하우징 개구 외부에 위치하며, 하우징 커버가 가압력으로 하우징 쉘에 대해 가압될 때 각각의 대향 벽으로부터 인접한 하우징 벽의 눌름 또는 벌어짐(pushing-away or bulging away)을 제한한다.

에지측 스트립으로 인하여, 그에 따라서 상기 하우징 개구에 인접하는 하우징 쉘의 단부 섹션의 경계부가 생성될 수 있다. 이러한 경계부는 하우징 커버가 하우징 쉘 상으로 가압될 때 하우징 쉘의 넓어짐이 방지되는 추가 장점을 가진다.

이 두 가지, 바람직하게는 결합된 조치들로 인해, 연결면을 정확하게 용접하는 것이 가능하다. 특히 레이저 용접에서, 연결면의 정확한 위치가 유지되고 연결면이 레이저 빔의 초점 범위 내에 있는 것이 중요하다. 따라서, 2개의 연결면의 조인트에서의 레이저 빔의 원하는 깊이 효과가 보장된다.

지탱면의 법선 벡터와 접촉면의 법선 벡터가 역평행한 경우가 유리하다. 그 결과, 지탱면과 각각의 관련 접촉면 사이의 평탄한 접촉이 보장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 연결면의 법선 벡터와 각각의 관련 제 2 연결면의 법선 벡터가 역평행한 경우가 유리하다. 이것 역시 조인트에서 평면 접함이 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 각각의 제 1 연결면 및 각각의 관련 제 2 연결면은 용접 연결이 생성되기 전에 서로 접촉한다.

하나의 예시적인 실시예에서, 지탱면 및 제 1 연결면의 법선 벡터들이 서로 평행하다. 이렇게 할 때, 바람직하게는, 지탱면 및 제 1 연결면은 수직 방향에 대한 직각에서 서로에 대해서 오프셋되는 평면들에서 연장된다. 따라서, 이렇게 할 때, 접촉면의 그리고 제 2 연결면의 법선 벡터들은 또한 서로 평행하게 배향된다.

바람직한 실시예에서, 하우징 커버는 적어도 2개의 홈형 오목부를 갖는다. 바람직하게는, 하나의 홈형 오목부가 하우징 커버의 각 커버측에 평행하게 연장되며, 이러한 오목부는 하우징 커버의 코너 영역에서 서로 변이된다. 각 접촉면은 각각의 홈형 오목부의 홈 바닥에 의해 형성된다. 따라서, 접촉면은 하우징 커버의 외부 윤곽 내에 위치하다. 따라서, 접촉면과 관련된 지탱면은 측벽의 돌출부 또는 단부 영역 상에 위치되고, 상기 단부 영역은 홈형 오목부 내로 연장된다. 적어도 하나의 홈형 오목부는 각각 인접한 외면 또는 커버측 표면으로부터 일정 거리에 배치된다.

제 2 연결면이 에지측 스트립의 내부에 배치되면, 접촉면은 제 2 연결면에 직접 인접할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 제 1 연결면은 지탱면과 유사하게 인접하다.

각 측벽의 최대 벽 두께가 인접한 하부 섹션에서 동일한 측벽의 최대 벽 두께보다 상부 섹션에서 더 큰 경우에 유리하다. 측벽의 하부 섹션은 하우징 쉘의 상부 섹션을 바닥에 연결한다. 바람직하게는, 측벽의 하부 섹션의 벽 두께는 일정하다. 측벽의 상부 섹션의 벽 두께는 하나 이상의 영역에서 일정해야 한다.

예를 들어, 상부 섹션 내의 벽 두께는 상부 섹션 내의 최대 벽 두께보다 측벽의 상부 측면으로부터 제 1 연결면 또는 지탱면까지 수직 방향으로 연장되는 단부 영역에서 보다 작을 수 있다. 이 결과, 측벽의 상부 측면에 인접하여 오프셋이 형성될 수 있다. 이 오프셋은 내부 공간을 향하여 개방되거나 내부 공간으로부터 외부를 향해 개방될 수 있다.

벽 두께가 다르기 때문에 재료를 절약할 수 있다. 상부 섹션에서 측벽의 제 1 연결면 및 지탱면이 형성되고 상부 섹션이 필요한 벽 두께를 사용가능하게 하는 반면에, 측벽의 하부 섹션에서의 벽 두께를 이와 같이 감소시켜서, 측벽의 필요한 안정성을 제공하고 가능한 한 하부 섹션에서 재료의 사용을 감소시킬 수 있다.

이와 연계하여, 수직 방향으로의 하부 섹션의 높이가 상부 섹션의 높이보다 큰 경우에 특히 유리하다.

또한, 제 1 연결면이 외면 평면에 대해 비스듬히 및/또는 거리를 두고 연장되고, 내부 공간으로부터 멀어지게 향하는 관련 측벽의 외면이 연장되는 것이 유리하다. 따라서, 제 1 연결면은 본질적으로 완전히 관련 측벽의 외면의 평면 외부에 있다. 이 결과, 용접 동안, 즉 레이저 용접 동안 특히 레이저 빔에 의한 접근 가능성이 개선되어 연결면에 대한 접근성이 향상된다.

또 다른 유리한 실시예에서, 하우징 커버는 각각의 접촉면에 인접하여, 법선 벡터가 인접한 경사면의 법선 벡터에 대해 비스듬히 배향된 하나의 경사면을 각각 갖는다. 2개의 마주하는 커버측상의 경사면은 수직 방향으로 그리고 하우징 쉘의 바닥을 향하는 방향으로 서로 접근한다. 이러한 경사면의 도움으로, 하우징 쉘 상의 하우징 커버를 특정 위치로 이동시키는 것을 가능하게 하는 위치 설정 보조물이 제공될 수 있다.

예를 들어, 경사면이 하우징 커버의 홈형 오목부의 홈 측면에 의해서 형성되는 것이 유리하다. 바람직하게는, 이는 더 내부에 위치하는 홈 측면이다. 이렇게 할 때, 홈 바닥은 이미 전술한 바와 같이 각각의 관련 접촉면을 형성할 수 있다.

전술한 실시예들에 추가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있는 본 발명의 배터리 하우징의 다른 실시예에서, 배터리 셀 하우징은 바닥을 가진 하우징 쉘 및 바닥으로부터 수직 방향으로 연장되는 4개의 측벽들을 포함한다. 바닥과 반대편 측면에, 측벽들의 단부 영역은 하우징 개구를 봉입한다. 하우징 개구는 측벽의 각각의 단부 영역과 함께 용접되고 이에 따라 재료 접합 방식으로 연결되는 하우징 커버에 의해 폐쇄된다. 2개의 반대 측벽들은 2개의 다른 반대 측벽들보다 작은 최소 벽 두께를 갖는다. 한 측벽의 최소 벽 두께는 배터리 셀 생산 중 또는 나중에 조립 위치에 있을 때 - 배터리 셀 하우징에 외부 힘이 작용하면 그 안정성을 결정한다. 이렇게 할 때, 영향을 미치는 외부 힘이 주로 동일한 방향으로 배터리 셀 하우징에 항상 작용하기 때문에 안정성을 결정하는 최소 벽 두께를 4개의 측벽 중 2개에 제공하는 것만으로 충분하다. 2개의 다른 측벽의 최소 벽 두께는 더 작을 수 있으며, 그 결과 재료가 절약된다. 그럼에도 불구하고, 하우징 쉘은 조립 위치에서 그리고 하우징 커버가 가압되는 동안 전체적으로 충분한 치수 안정성을 나타낸다.

더 큰 벽 두께를 갖는 2개의 측벽의 섹션은 바람직하게는 최소의 벽 두께를 나타내는 지점에서 각각 볼 때 보다 작은 벽 두께를 갖는 2개의 다른 측벽의 섹션보다 작다.

본 발명의 유리한 실시예는 종속항, 상세한 설명 및 도면으로부터 추론될 수 있다. 이하, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 하우징 쉘, 하우징 커버 뿐 아니라 하우징 쉘 내에 배치된 배터리 셀의 코어 재료를 포함하는 배터리 셀 하우징의 고도의 개략 사시도.
도 2는 하우징 쉘의 하우징 벽의 하부 섹션을 통해 수직 방향에 대해 직각으로 교차 평면에서 교차 라인 II-II를 따른 도 1의 하우징 쉘의 단면도.
도 3 및 도 4는 배터리 셀 하우징의 일 실시예에서 하우징 쉘의 측벽들 중 하나뿐만 아니라 하우징 커버의 부분 섹션의 각각의 개략도.
도 5 내지 도 9는 배터리 셀 하우징의 다른 예시적인 실시예에서의 측벽 및 하우징 커버의 부분 섹션의 각각의 추가 개략도.

도 1은 배터리 셀 하우징(15)의 예시적인 실시예의 개략도이다. 배터리 셀 하우징은 전반적으로 프리즘형 윤곽을 갖고, 예에 따라 직육면체의 윤곽을 갖는다. 하우징은 용접에 의해 재료 접합 방식으로 서로 연결된 하우징 쉘(16) 및 하우징 커버(17)를 포함한다. 도 1에서, 하우징 커버(17)는 하우징 쉘(16)로부터 떨어져 있는 분해도로 도시되어 있다.

하우징 쉘은 직사각형 바닥(18)을 가진다. 측벽(19)은 바닥(18)의 각 측면으로부터 연장된다. 바닥(18)에 인접하는, 각각의 측벽(19)은 하부 섹션(20) 및 상기 하부 섹션과 수직 방향(H)으로 인접하는 상부 섹션(21)을 갖는다(예를 들어 도 3 참조). 하부 섹션(20)은 수직 방향(H)으로 제 1 높이(h1)를 갖고, 상부 섹션은 제 2 높이(h2)를 갖는다. 제 2 높이(h2)의 치수는 제 1 높이(h1)의 치수보다 작다. 수직 방향(H)에 대해 직각으로 측정된 하부 섹션(20)은 예시적인 실시예에서 일정한 제 1 벽 두께(w1)를 가지며, 따라서 하부 섹션(20)의 최대 벽 두께에 대응한다. 상부 섹션(21)은 제 2 벽 두께(w2)로 지칭되는 최대 벽 두께를 갖는다. 제 2 벽 두께(w2)의 치수는 제 1 벽 두께(w1)의 치수보다 크다.

상부 섹션(21)은 수직 방향(H)에 대해 직각으로 연장되는 적어도 하나의 표면 섹션(22)을 갖는다. 존재하는 표면 섹션(22) 중 적어도 하나는 측벽(19)의 상부 측면(23)을 형성한다. 4개의 측벽(19)의 4개의 상부 측면(23)은 하우징 쉘(16)에 있는 하우징 개구(24)를 봉입한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 섹션(21) 상에 또 다른 표면 섹션(22)이 존재하는 한, 이 추가의 표면 섹션(22)은 상부 측면(23)에 대해 수직 방향(H)으로 거리를 두고 또는 오프셋 방식으로 배치된다. 그 결과, 상부 측면(23)에 인접하여, 상부 섹션에 오프셋(25)이 형성된다. 오프셋(25)은 일부 예시적인 실시예(도 3 내지 도 5)에서 하우징 쉘의 외부를 향해 개방되거나, 또는 대안적으로 하우징 쉘(16) 및 하우징 커버(17)에 의해 한정된 배터리 셀 하우징(15)의 내부 공간(26)을 향하여 개방될 수 있다.

배터리 셀 하우징(15)의 내부 공간(26)은 바닥(18), 측벽(19) 및 하우징 커버(17)에 의해 한정되며, 코어 재료(27). 예를 들어 배터리 셀의 전기 에너지를 제공하도록 배치된 적어도 하나의 권취 몸체를 수용하도록 배치된다. 대안 실시예에서, 코어 재료(27)는 또한 유체 재료일 수 있다.

도 2는 측벽(19)이 하부 섹션(20)에서 상이한 제 1 벽 두께(w1)를 갖는 하우징 쉘(16)의 예시적인 실시예를 도시한다. 2개의 마주하는 측벽들은 보다 작은 제 1 벽 두께(w1a)를 가지며, 반면에 다른 2개의 마주하는 측벽들은 보다 큰 제 1 벽 두께(w1b)를 갖는다. 바람직하게는, 길이방향(L)에서 수직 방향(H)에 대해 직각으로 측정된 작은 제 1 벽 두께(w1a)를 갖는 측벽(19)은 길이(x)를 가지며, 가로방향(Q)에서 수직 방향(H)에 대해 그리고 길이방향(L)에 대해 직각에서 측정된 - 보다 큰 제 1 벽 두께(w1b)를 갖는 측벽들은 폭(y)을 갖는다. 이렇게 할 때, 예에 따른 폭(y)의 치수는 길이(x)의 치수보다 작다. 이렇게 할 때, 배터리 셀 하우징(15)의 조립 위치에서, 힘이 주로 배터리 셀 하우징(15)에 작용하고, 상기 힘이 가로방향(Q)으로 배향되어, 큰 제 1 벽 두께(w1b)를 갖는 2개의 측벽에 의해 지지된다. 재료를 절약하기 위해, 따라서, 길이방향(L)으로 연장되는 측벽(19)은 더 작은 제 1 벽 두께(w1b)로 구성된다.

상부 섹션(21)에서, 모든 측벽들은 동일한 형상을 가질 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 벽 두께들(w1a, w1b)이 측벽(19)의 하부 섹션(20)에서 상이한 치수를 갖는지 또는 갖지 않는지와 무관하게 동일 두께를 가진다.

예에 따라, 적어도 2개의 마주하는 측벽들(19) 및 모든 측벽(19) 상에서, 각각 하나 또는 제공된 표면 섹션들(22) 중 하나가 지탱면(32)을 형성한다. 도 3에 의해 도시된 예시적인 실시예에서, 지탱면(32)은 각각의 상부 측면(23)에 의해 형성된다. 또한, 상부 섹션(21)에는, 다른 표면 섹션(22)에 의해 형성될 수 있는 제 1 연결면(33)이 있다. 대안으로, 제 1 연결면(33)은 또한 지탱면(32)에 인접하고 지탱면(32)에 대해서 경사 방식으로 또는 직사각형으로 배향되는 표면 영역에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 연결면(33)은 상부 측면(23)에 인접하는 관련 측벽(19)의 외면(34)의 영역에 의해서 형성될 수 있고, 이 경우에, 외면(34)은 배터리 셀 하우징(도 8 및 도 9)의 내부 공간(26)으로부터 멀어지게 향한다.

도 3 내지 도 7에 따른 예시적인 실시예에서, 지탱면(32) 뿐 아니라 제 1 연결면(33)은 각각 법선 벡터(N1 및 N2)를 가지며, 이들은 서로에 대해 평행하게 배향된다(도 3). 다시 말해서, 지탱면(32)과 제 1 연결면(33)은 서로 평행하게 연장된다. 지탱면(32)의 제 1 법선 벡터(N1)와 제 1 연결면(33)의 제 2 법선 벡터(N2)는 바닥(18)으로부터 멀리 지향된다. 지탱면(32)과 제 1 연결면(33)은 서로 거리를두고 또는 서로 수직 방향(H)으로 오프셋되게 배치되며, 상기 거리는 제 3 높이(h3)로 언급된다. 제 3 높이(h3)는 또한 상부 섹션(21) 내의 단부 섹션(35)의 높이를 지시한다. 도 3 내지 도 7에 따른 예시적인 실시예에서, 이 단부(35)의 벽 두께는 상부 섹션(21) 및 제 2 벽 두께(w2)의 최대 벽 두께보다 각각 감소되거나 작다. 따라서, 이 제 3 높이(h3)는 오프셋(25)의 높이에 대응한다.

도 3 내지 도 5에 따른 예시적 실시예에서, 제 1 연결면(33)은 지탱면(32)보다 바닥(18)에 더 가깝다. 이렇게 할 때, 오프셋(25)은 외부를 향하여 개방된다. 도 6 및 도 7에 따른 예시적 실시예에서, 오프셋(25)은 내부을 향해 개방되고, 지탱면(32)은 제 1 연결면(33)보다 바닥(18)에 더 가깝다.

도 6 및 도 7에 따른 예시적인 실시예에서, 상부 측면(23)은 제 1 연결면(33)을 형성한다. 단부 섹션(35)에서, 측벽(19)의 벽 두께는 바람직하게는 제 1 벽 두께(w1)에 대략 대응하는 제 3 벽 두께(w3)에 대응한다.

도 8 및 도 9에 따른 예시적인 실시예에서, 감소된 제 3 벽 두께(w3)를 갖는 단부 섹션(35)은 생략된다. 이 경우, 상부 섹션(21)은 상부 측면(23)에 인접하는 제 2 벽 두께(w2)를 갖는다.

이미 설명된 바와 같이, 모두 4개의 측벽(19)에서의 상부 섹션(21)의 치수 및 형태는 바람직하게는, 하부 섹션(20)이 각각 제 2 벽 두께(w2a 및 w2b)를 갖는지 여부와 무관하게 동일하다.

하우징 쉘(16)에 적합하게, 하우징 커버(17)는 직사각형 면을 갖는다. 바람직하게는, 상기 커버는 판형 구성요소로서 구성된다. 하우징 커버(17)는 제 3 법선 벡터(N3)를 갖는 접촉면(39)을 갖는다(도 3). 또한, 제 4 법선 벡터(N4)를 갖는 제 2 연결면(40)이 하우징 커버(17) 상에 존재한다. 여기서 설명된 양호한 실시예에서, 제 3 법선 벡터(N3)는 지탱면(32)의 제 1 법선 벡터(N1)와 역평행하게 배향된다. 제 2 연결면(40)의 법선 벡터(N4)는 제 1 연결면(33)의 제 2 법선 벡터(N2)와 역평행하게 배향된다.

도 3 내지 도 7에 따른 예시적인 실시예에서, 접촉면(39)과 제 2 연결면(40)은 서로 평행하게 배향되므로, 그것들의 법선 벡터(N3, N4)도 서로 평행하게 연장된다. 수직 방향(H1)에서, 접촉면(39)과 제 2 연결면(40)은 서로 거리를 두고 배치되며, 이 경우에 상기 거리는 바람직하게는 제 1 연결면(33)과 관련 측벽(19) 및 하우징 쉘(16)의 지탱면(32) 사이의 거리 만큼 크다. 대안적으로, 접촉면(39)과 제 2 연결면(40) 사이의 거리는 제 1 연결면(33)과 지탱면(32) 사이의 거리보다 약간 작을 수 있어서, 접촉면(39)이 관련 지탱면(32)과 접하면 - 2개의 연결면(33, 40)은 서로 접하거나 서로 사이의 최소 거리를 나타낸다. 이 지점에서, 도면의 개략도는 정확한 실척이 아니며, 그 설명은 단지 원리의 설명을 위해 사용된다는 것을 주의해야 한다.

도 3 내지 도 5, 도 8 및 도 9에 따른 예시적인 실시예에서, 각각의 제 2 연결면(40)은 에지측 스트립(41) 상에 제공된다. 각각의 스트립(41)은 하우징 커버(17)의 각각의 커버측을 따라 가로방향(Q) 또는 길이방향(L)으로 연장된다. 따라서, 에지측 스트립(41)은 마주보는 커버측 상에 쌍으로 위치된다.

도 3 내지 도 5의 예시적인 실시예에서, 제 4 법선 벡터(N4)는 수직 방향(H)으로 향하고, 제 2 연결면(40)은 에지측 스트립(41)의 하측에 배치된다. 접촉면(39)은 에지측 스트립에 인접하여, 길이방향(L) 및 가로방향(Q)으로 각각 배치된다. 도 3, 도 4 및 도 8에 따른 예시적인 실시예에서와 같이, 상기 접촉면(39)은 홈형 오목부(42)에 제공될 수 있고, 이 경우에 접촉면(39)은 홈 바닥(43)에 의해 형성된다. 홈 바닥(43)에 인접하는, 하나의 홈 측면이 있고, 이는 반대편 측면에 인접하며, 이 경우에 하나의 홈 측면은 에지측 스트립(41)에 제공되고 반대의 홈 측면(44)은 하우징 커버(17)의 에지로부터 내향으로 오프셋되어 배치되고 내부 홈 측면으로 지칭될 수 있다. 2개의 홈 측면(44)의 이 내부 홈 측면은 바람직하게는 제 3 법선 벡터(N3)에 대해 90°보다 작고 0°보다 크고 바람직하게는, 70°보다 작고 25°보다 큰 각도로 배향된 제 5 법선 벡터(N5)를 갖는 경사면(45)이다. 홈형 오목부(42)는 법선 벡터(N3)의 방향, 즉 하우징 셀(16)을 향하는 방향으로 홈 바닥 (43)으로부터 시작하여 경사면(45)을 통해 넓어진다.

바람직하게는, 홈형 오목부(42)는 길이방향(L)으로 연장되는 2개의 커버측을 따라 연장되고, 또한 가로방향(Q)으로 연장되는 2개의 커버측을 따라 연장되어, 원주 방향 홈이 형성된다. 이렇게 할 때, 경사면(45)은 하우징 커버(17)의 중심부(46)를 봉입하며, 상기 중심부는 하우징 쉘(16)을 향해 테이퍼진다.

중심부(46) 또는 경사면(45)은 하우징 개구(24)를 밀봉하기 위해 하우징 커버(17)가 하우징 쉘(16) 상에 배치될 때 위치 설정 보조물로서 사용될 수 있다. 길이방향(L) 또는 가로방향(Q)으로 측정된 - 2개의 경사면(45)과 인접한 홈 바닥(43) 사이의 2개의 에지들의 거리는 상부 측면(23)에 의해 길이방향(L) 및 가로방향(Q)으로 각각 제한된 하우징 개구(24)의 치수에 대응한다. 이러한 방식으로, 하우징 커버(17)는 예에 따라, 각각 4 쌍의 하나의 지탱면(32)과 하나의 관련 접촉면(32)이 서로 접할 때 중심부(46)가 하우징 개구(24)에 결합되는 방식으로 하우징 쉘(16) 상에 배치될 수 있다. 하우징 커버(17)가 길이방향(L) 및/또는 가로방향(Q)으로 이상적인 위치에 대해 약간 오프셋되어 부착될 때, 적어도 하나의 경사면(45)은 삽입 가이드로서 작용하고, 상기 하우징 쉘(16)의 상부 측면(32)의 내부 에지가 상기 삽입 가이드를 따라서 활주하고, 상기 내부 에지는 상기 하우징 개구(24)를 한정한다.

또한, 각각의 커버측이 예에 따라 길이방향(L) 및 가로방향(Q)으로 각각 연장되는 에지측 스트립(41)을 갖는다는 사실의 결과로 인하여, 각각의 커버측이 단부 섹션의 내부 주위로 도달하고 에지측 스트립(41)은 외부 주위로 도달한다. 이 실시예는 -하우징 커버(17)와 하우징 쉘(16) 사이의 재료 접합 연결부를 형성하기 전에 - 정확히 규정된 상대 위치 설정을 달성하기 위한 특히 바람직한 변형예이다. 마찬가지로, 하우징 커버(17)가 하우징 쉘(16)에 대해 힘으로 가압되면, 이 실시예에서 하우징 개구가 확장되지 않는다. 제 1 연결면(33) 및 제 2 연결면(40)을 각각 포함하는 4개의 쌍은 서로에 대해 한정된 위치에 있고 하우징 커버(17)가 부착된 후에 신뢰성있는 공정으로 서로 용접될 수 있으므로, 배터리 셀 하우징(15)의 내부 공간(26)은 주위환경에 대해 밀봉된다.

도 6에 따른 예시적인 실시예에서, 하나의 경사면(45)은 또한 내부의 접촉면(39)에 인접하며, 이 경우 모두 4개의 경사면(45)이 함께 중심부(46)를 한정한다. 이 실시예에서, 경사면(45) 반대편의 홈 측면(44)이 생략되어 있고, 말하자면 관련 측벽(19)을 향하여 개방된 단차가 경사면(45)과 접촉면(39)에 의해 형성되어 있다. 이 단차는 제 2 연결면(40)이 상기 접촉면(39)으로부터 거리를 두고 수직 방향으로 오프셋되게 배치되는 추가 단차와 인접하고, 상기 제 2 연결면은 상기 하우징 커버(17)의 외측 에지까지 직접 연장된다.

도 7은 중심부(46)가 없고 경사면(45)이 없는 도 6의 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 모든 접촉면(39)은 하우징 커버(17)의 중심 평탄면의 외측 에지에서 연장되고, 상기 평탄면은 내부 공간(26)을 향한다.

도 3 내지 도 7에 따른 예시적인 실시예에서, 서로 관련되는 2개의 연결면(33, 40)은 본질적으로 각각의 측벽의 외면(34)에 대해 직각으로 배터리 셀 하우징(15)으로 향하는 레이저 빔에 의해 함께 용접된다.

도 8 및 도 9에 따른 2개의 예시적인 실시예에서, 각 측벽(19)의 상부 측면(23)은 수직 방향(H)으로 서로에 대해 오프셋된 표면 섹션에 의해 형성되지 않는다. 전술한 바와 같이, 외면(34)의 상부 영역을 나타내는 제 1 연결면(33)은 상부 측면(32)에 인접하고 상부 측면(32)에 대해서 직각으로 배향된다. 따라서, 하우징 커버(17) 상의 제 2 연결면(40)은 이러한 예시적인 실시예들에서 에지측 스트립(41)의 내면에 의해 형성된다. 이렇게 할 때, 각각의 관련 외면(34)의 내면은 각각의 측벽(19)을 향하고, 수직 방향(H)에 대해 직각으로 연장되는 법선 벡터를 갖는다.

배터리 셀을 제조하기 위해, 하우징 쉘(16)과 하우징 커버(17)가 먼저 분리되어 제조된다. 이는 1 차 성형 공정 또는 블랭크를 사용하는 성형 공정에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 하우징 쉘(16) 및/또는 하우징 커버(17)는 충격 압출에 의해 제조될 수 있다.

차후에, 코어 재료(27)가 하우징 개구(14)를 통해서 하우징 쉘(16) 안으로 도입된다. 코어 재료(27)를 도입한 후에, 하우징 커버(17)는 원하는 상대 위치에 도달할 때까지 하우징 쉘(16) 상에 놓여지고, 하우징 커버(17)의 각각의 접촉면(39)은 하우징 쉘(17)의 관련 지탱면(32)에 접한다. 마지막으로, 하우징 커버(17) 상에 존재하는 각각의 제 2 연결면(40)은 특히 레이저 용접에 의해서 하우징 쉘(16) 상의 각각의 관련 제 1 연결면(33)과 각각 용접된다. 레이저 용접 대신 마찰 용접, 전자기 펄싱, 초음파 용접 또는 유도 용접에 의해서 재료 접합 연결을 생성할 수도 있다. 용접 공정 전 및 도중에, 하우징 커버(17)는 바람직하게는 하우징 쉘(16)에 대해 수직 방향(H)의 압축력에 의해 가압되어 바람직하게는 자동적으로 중심설정되고, 이는 - 예를 따라서 - 하우징 커버(17) 상에 존재하는 경사면(45)에 의해 달성될 수 있다

도시된 예시적인 실시예의 변형 예에서, 하우징 커버(16)의 중심부(46) 상의 경사면에 추가적으로 또는 대안으로 중심설정 보조물로서 하우징 쉘(16) 상의 하우징 개구(24)를 향해 원뿔형으로 넓어지는 영역을 제공할 수도 있다.

본 발명은 하우징 쉘(16) 및 하우징 커버(17)를 포함하는 배터리 셀 하우징(15)에 관한 것이다. 지탱면(32) 및 그것에 분리된 제 1 연결면(33)은 적어도 2개의 서로 마주하는 측벽들(19) 또는 모든 측벽들(19) 상의 하우징 쉘(16)에 제공되고, 상기 표면들은 수직 방향(H)으로 서로로부터 이격되어 배치될 수 있다. 하우징 커버(17) 상의 접촉면(39)은 각각의 지탱면(32)과 관련되고, 하우징 커버(17) 상의 제 2 연결면(40)은 제 1 연결면(33)과 관련된다. 제 2 연결면(40)의 그리고 접촉면(39)의 상대 위치는 지탱면(32)과 제 1 연결면(33)의 상대 위치에 적합하게 되어 있다. 접촉면(39)과 제 2 연결면(40)은 수직 방향(H)으로 이격될 수 있고 그리고/또는 제 2 연결면(40)은 수직 방향(H)으로 하우징 쉘(16)의 바닥(18)까지 하향 연장되는 에지측 스트립(41)에 제공된다. 이러한 방식으로, 제 2 연결면(40)은 스트립(41)의 하측 또는 내측에 배치될 수 있다.

15: 배터리 셀 하우징
16: 하우징 쉘
17: 하우징 커버
18: 바닥
19: 측벽
20: 측벽의 하부 섹션
21: 측벽의 상부 섹션
22: 표면 섹션
23: 상부 측면
24: 하우징 개구
25: 오프셋
26: 내면
27: 코어 재료
32: 지탱면
33: 제 1 연결면
34: 외면
35: 단부 섹션
39: 접촉면
40: 제 2 연결면
41: 에지측 스트립
42: 오목부
43: 홈 바닥
44: 홈 측면
45: 경사면
46: 중심부
H 수직 방향
h1 제 1 높이
h2 제 2 높이
h3 제 3 높이
L 길이방향
N1 제 1 법선 벡터
N2 제 2 법선 벡터
N3 제 3 법선 벡터
N4 제 4 법선 벡터
N5 제 5 법선 벡터
Q 가로방향
w1 제 1 벽 두께
w1a 작은 제 1 벽 두께
w1b 큰 제 1 벽 두께
w2 제 2 벽 두께
w3 제 3 벽 두께
x 길이
y 폭

Claims

전기 에너지를 제공하는 배터리 셀의 코어 재료(27)의 수용을 위한 배터리 셀 하우징(15)으로서,
직사각형 바닥(18) 및 상기 바닥(18)으로부터 멀리 수직 방향(H)으로 연장되는 4개의 측벽들(19)로서, 상기 바닥(18) 및 상기 측벽들(19)이 직육면체 형태를 구비한 내부 공간을 규정하는 하우징 쉘(16)을 형성하는, 상기 바닥 및 상기 4개의 측벽들; 및
상기 바닥(18) 반대편의 상기 하우징 쉘(16)의 모든 측벽들(19)의 측면까지 재료 접합 방식으로 용접에 의해서 연결되는 직사각형 하우징 커버(17)를 구비하고,
상기 측벽들(19) 중 적어도 2개가 상기 하우징 커버(17)와 관련된 그 상부 섹션(21) 상에서, 상기 하우징 커버(17)를 위한 적어도 하나의 지탱면(32) 및 제 1 연결면(33)을 각각 구비하고,
상기 하우징 커버(17)는 적어도 2개의 커버측들 상에서 적어도 하나의 접촉면(39) 및 제 2 연결면(40)을 각각 구비하고, 각각의 접촉면(39)은 상기 관련 지탱면(32)과 접하고, 그리고 각각의 제 1 연결면(33)은 제 2 연결면(40)과 관련되며, 이들은 용접 조인트에 의해서 서로 연결되고, 그리고
상기 접촉면(39) 및 상기 제 2 연결면(40)은 수직 방향(H)으로 서로에 대해서 거리를 두고 배치되며, 그리고/또는 상기 제 2 연결면(40)은 상기 바닥(18)을 향하는 방향으로 연장되는 에지측 스트립(41) 상에 제공되는, 배터리 셀 하우징.
제 1 항에 있어서,
상기 지탱면(32)의 법선 벡터(N1) 및 상기 각각의 관련 접촉면(39)의 법선 벡터(N3)는 역평행하는 것, 그리고 상기 제 1 연결면(33)의 법선 벡터(N2) 및 상기 각각의 관련 제 2 연결면(40)의 법선 벡터(N4)는 역평행한 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 연결면(33) 및 상기 각각의 관련 제 2 연결면(40)은 상기 용접 조인트를 생성하기 전에 서로에 대해서 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지탱면(32)의 법선 벡터(N1) 및 상기 제 1 연결면(33)의 법선 벡터(N2)는 서로 평행한 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 4 항에 있어서,
각각의 접촉면(39)의 법선 벡터(N3) 및 각각의 제 2 연결면(40)의 법선 벡터(N4)는 서로 평행한 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉면들(39)은 상기 하우징 커버(17)의 적어도 하나의 홈형 오목부(42)의 홈 바닥(43)에 의해서 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
측벽(19)의 상부 섹션(21)의 최대 벽 두께(w2)는 상기 측벽(19)의 인접 하부 섹션(20)의 최대 벽 두께(w1)보다 크고, 상기 하부 섹션은 상기 상부 섹션(21)을 상기 바닥(18)에 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 7 항에 있어서,
상기 상부 섹션(21) 내의 벽 두께(w3)는 상기 상부 섹션(21) 내의 최대 벽 두께(w2)보다, 상기 측벽(19)의 제 1 상부 측면(23)으로부터 상기 제 1 연결면(33)까지 또는 상기 지탱면(32)까지 수직 방향(H)으로 연장되는, 단부 섹션(35)에서 작은 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 하부 섹션(20)의 높이(h1)는 상기 상부 섹션(21)의 높이(h2)보다 수직 방향(H)으로 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 연결면(33)은 상기 관련 측벽(19)의 외면(34)이 연장되는, 외면 평면으로부터 거리를 두고 또는 비스듬하게 연장되고, 상기 외벽은 상기 내부 공간(26)으로부터 멀리 향하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징 커버(17)는 인접하는 각각의 접촉면(39), 상기 인접 접촉면(39)의 법선 벡터(N3)에 대해서 경사 방식으로 배향되는 법선 벡터(N5)를 갖는, 각각의 하나의 경사면(45)을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
제 11 항에 있어서,
상기 각각의 경사면(45)은 상기 하우징 커버(17)의 홈형 오목부(42)의 각각의 하나의 홈 측면(44)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 하우징.
전기 에너지를 제공하는 배터리 셀의 코어 재료(27)의 수용을 위한 배터리 셀 하우징(15)으로서,
직사각형 바닥(18) 및 상기 바닥(18)으로부터 멀리 수직 방향(H)으로 연장되는 4개의 측벽들(19)로서, 상기 바닥(18) 및 상기 측벽들(19)은 직육면체 형태를 갖는 내부 공간을 한정하는 하우징 쉘(16)을 형성하는, 상기 바닥 및 상기 4개의 측벽들; 및
상기 바닥(18) 반대편의 상기 측벽들(19)의 측면까지 재료 접합 방식으로 용접에 의해서 연결되는 하우징 커버(17)를 구비하고,
2개의 마주하는 측벽들(19)은 적어도 상기 바닥(18)과 직접 인접하는 하부 섹션(20)에서 다른 2개의 마주하는 측벽들의 두께(w1b)보다 작은 최소 벽 두께(w1a)를 구비하는, 배터리 셀 하우징.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀 하우징(15)을 갖는 배터리 셀을 제조하기 위한 방법에 있어서,
직육면체 형태를 갖는 내부 공간(26)을 한정하는 하우징 쉘(16)을 제조하는 단계;
직사각형 하우징 커버(17)를 제조하는 단계;
전기 에너지를 제공하는 코어 재료(27)를 상기 하우징 쉘(16) 안으로 도입하는 단계;
적어도 2개의 접촉면들(39)을 갖는 상기 하우징 커버(17)를 적어도 2개의 지탱면들(32) 상에 놓음으로써 그리고 상기 하우징 커버(17)를 수직 방향(H)으로 상기 하우징 쉘(16)을 향하여 가압함으로써 상기 하우징 쉘(16)의 개구를 덮는 단계;
적어도 2개의 제 1 연결면들(33)을 재료 접합 방식으로 각각의 관련 제 2 연결면(40)에 용접함으로써 연결하는 단계를 포함하는, 제조 방법.