JP2009515298A - 中及び大型バッテリーモジュール用の二次バッテリー - Google Patents

Abstract

中または大型バッテリーモジュール用の二次バッテリーを開示する。バッテリーモジュールを製造する時点で使用する電気的接続部材を、二次バッテリーの電極端子の少なくとも一個に予め溶接した状態で、二次バッテリーを組み立てる。

Description

発明の分野

技術分野
本発明は、中または大型バッテリーモジュール用の二次バッテリーに、より詳しくは、バッテリーモジュールを製造する際に使用する電気的接続部材を二次バッテリーの電極端子の少なくとも一個に予め溶接した状態で組み立てることができる、二次バッテリーに関する。

背景技術
最近、充電及び放電可能な二次バッテリーが、ワイヤレス携帯装置用のエネルギー供給源として広く使用されている。また、二次バッテリーは、化石燃料を使用する既存のガソリン及びディーゼル車により引き起こされる大気汚染のような問題を解決するために開発された電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の動力源としても非常に大きな関心を集めている。

小型の可動装置は、各装置に一個または数個の小型単位電池を使用している。他方、中または大型装置、例えば車両、は、高出力及び大容量が必要なので、複数の単位電池を互いに電気的に接続した、中または大型バッテリーモジュールを使用する。

外部形状に応じて、単位電池は、一般的に円筒形バッテリー、プリズム形バッテリー、及び小袋形バッテリーに分類される。小袋形バッテリーは、高集積度に積み重ねることができるので、需要が増加している。小袋形バッテリーの形状は、容易に変えることができ、小袋形バッテリーの重量は小さく、小袋形バッテリーの製造コストは低い。

一般的に、小袋形バッテリーは、カソード、アノード、及びセパレータを包含する電極アセンブリーを小袋形状シート中に置き、その小袋形状シートを密封することにより、製造される。小袋形バッテリーは、電極コレクタから突き出た複数の電極タップを対応する電極リード線に溶接することにより構築された電極端子を包含する。単位電池として小袋形バッテリーを使用してバッテリーモジュールを製造する時、小袋形バッテリーの電極端子を母線に溶接し、小袋形バッテリー間の電気的接続を達成する。

図1は、従来技術により小袋形バッテリーを使用してバッテリーモジュールを製造する方法の一部を例示する典型的な図である。
図1に関して、小袋形バッテリー1のカソード端子4は、母線6を経由して隣接する小袋形バッテリー1aのアノード端子5aに接続され、小袋形バッテリー1と小袋形バッテリー1aとの間の電気的接続を達成する。小袋形バッテリー1のカソード端子4は、カソードコレクタ2から突き出たカソードタップ3に溶接されたカソードリード線により構築されている。上記の構造を有する小袋形バッテリー1では、カソードリード線4は、カソードタップ3に溶接されたカソードリード線と同じ目的を有する。従って、電極端子は、下記の説明では、電極リード線とも呼ぶ。

小袋形バッテリー1及び1aは、バッテリーモジュールを製造するためには、互いに電気的に接続しなければならない。このために、母線6を、小袋形バッテリー1のカソード端子4に、及び小袋形バッテリー1aのアノード端子5aに、溶接により接続する。小袋形バッテリー間の電気的接続は、電極端子4及び5a間の接触抵抗が最少に抑えられるので、溶接により行うのが好ましい。

一般的に、小袋形バッテリー1のカソード端子4はアルミニウムから製造する。小袋形バッテリー1aのアノード端子5aは銅から製造する。母線6は、主として銅から製造する。しかし、異なった材料間の溶接は、同じ材料間の溶接程容易ではない。これは、溶接の際に発生する熱のためにバッテリーの内側が損傷を受けるか、または溶接の品質が低下するためである。

上記の問題を解決するために、従来技術の幾つかは、溶接区域から発生する高熱がバッテリー1に伝導されないように、高い熱伝導性を有する材料を、電極リード線4及び5aが母線6に溶接により接続される区域の下端と一時的に接触する状態で、溶接を行う技術を提案している。しかし、これらの技術は、バッテリーモジュールの組立工程を複雑にし、バッテリーモジュールの製造コストを増加させる。

発明の開示
技術的問題
従って、本発明は、上記の問題および他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
具体的には、本発明の目的は、溶接により発生した熱の二次バッテリー中への伝達を最少に抑え、溶接の品質が高い二次バッテリーを提供することである。

本発明の別の目的は、接続部材が、二次バッテリーの対応する電極端子に予め溶接されている状態で、二次バッテリーを組み立てる、二次バッテリーを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、 二次バッテリーを使用するバッテリーモジュールを提供することである。

技術的解決策
本発明の一態様により、上記及び他の目的は、中または大型バッテリーモジュール用の二次バッテリーであって、該バッテリーモジュールを製造する時点で使用する電気的接続部材が、該二次バッテリーの電極端子の少なくとも一個に予め溶接されている状態で、該二次バッテリーが組み立てられる、二次バッテリーを提供することにより、達成される。
好ましくは、二次バッテリーは、高重合体樹脂層及び金属層を包含する小袋形シートケース中に電極アセンブリーが取り付けられている小袋形バッテリーである。

電極アセンブリーは、カソード／セパレータ／アノード構造で構築されている。カソードは、その一端に、カソードコレクタから突き出たカソードタップを備えている。アノードは、その一端、アノードコレクタから突き出たアノードタップを備えている。カソードタップ及びアノードタップは、カソードタップ及びアノードタップが互いに間隔を置いて配置された状態で、電極アセンブリーの一端に配置されている。

本発明では、電極端子は、電極タップ自体でよい。あるいは、電極端子は、電極タップに溶接された電極リード線、すなわちカソードおよびアノードリード線、でよい。電極端子が電極タップ自体である場合、複数の電極タップが電気的接続部材に直接溶接されている。電極端子が電極リード線である場合、電極リード線は、複数の電極タップが電極リード線に溶接された状態で、電気的接続部材に溶接されている。

接続部材は、様々な形状を有することができる。接続部材の形状には、接続部材と隣接する単位電池の電極端子との間の電気的接続、および／または接続部材と外部の入力及び出力端子との間の電気的接続が、バッテリーモジュールを製造する時点で容易に達成されるのであれば、特に制限は無い。

本発明では、溶接の種類に特に制限は無い。例えば、超音波溶接、レーザー溶接、スポット溶接、及びシーム溶接を使用できる。
好ましい実施態様では、接続部材は、容易に溶接できる母線である。接続部材は、溶接の際に比較的高い熱が発生する、および／または比較的長い時間溶接する必要がある、電極端子に連結する。

例えば、小袋形二次バッテリーのカソード端子がアルミニウム製であり、二次バッテリーのアノード端子が銅製であり、母線が銅製である場合、母線をカソード端子に溶接した後に、二次バッテリーを組み立てるのが好ましい。これは、2種類の異なった金属を互いに溶接する場合、比較的高い熱が必要とされるため、および／または金属の融点が異なるために溶接時間が増加し、従って、大量の熱が溶接中に発生するためである。言い換えれば、溶接の時点で発生する熱の、バッテリー中への伝達を最少に抑えるために、母線を、高熱が発生する電極端子に予め溶接した状態でバッテリーを組み立てる。

一般的に、小袋形二次バッテリーのカソード端子はアルミニウム製であり、二次バッテリーのアノード端子は銅製であり、母線は銅製である。そのため、母線を、バッテリーの組立時点で、カソード端子に溶接するのが好ましい。
接続部材は、その一端に、外部の入力及び出力端子に電気的に接続される接続連結部品を備えている。

好ましくは、接続連結部品は、その外側表面または内側表面上に形成されたねじ山を有する突き出た部材でよい。前者の突き出た部材は、ボルト構造に構築されており、後者の突き出た部材は、ナット構造に構築されている。従って、接続連結部品は、接続連結部品に対応する構造を有する区域、例えば外部の入力及び出力端子接続区域、と容易に連結することができる。
状況に応じて、単位電池は、接続部材が、隣接する単位電池の電極端子に接続された状態で、組み立てることができる。特に、第一及び第二単位電池は、接続部材が、第一単位電池のカソード端子及び第二単位電池のアノード端子に溶接された状態で、組み立てることができる。

本発明の別の態様では、上記の小袋形二次バッテリーを単位電池として使用して構築されたバッテリーモジュールを提供する。
バッテリーモジュールは、2個以上のバッテリーの組合せを包含する中または大型バッテリーパックに使用することができる。中または大型バッテリーパックは、中型装置、例えばラップトップコンピュータ、ならびに大型装置、例えば電気自動車またはハイブリッド電気自動車、に使用することができる。

本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。

発明の様式
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
図2は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーを例示する典型的な図であり、図3は、電極リード線を対応する電極タップに接続することにより、二次バッテリーを組み立てる方法の一部を例示する典型的な図である。
図2及び3に関して、小袋形二次バッテリー100は、電極アセンブリー101が小袋型シートケース102中に密封された状態で取り付けられた構造で構築されている。従来技術では、電極アセンブリー101のカソードコレクタから突き出た複数のカソードタップ10が、カソードリード線30に先ず溶接される。本発明では、電極アセンブリー101のカソードコレクタから突き出た複数のカソードタップ10が、母線50が予め溶接されているカソードリード線30に溶接される。具体的には、カソードリード線30と母線50との間の溶接を行い、次いで、カソードリード線30とカソードタップ10との間の溶接を行う。一方、アノードコレクタから突き出た複数のアノードタップ20は、アノード端子40に溶接される。

小袋形二次バッテリー100のカソードタップ10及びカソードリード線30は、アルミニウム製である。小袋形二次バッテリー100のアノードタップ20及びアノードリード線40は、銅製である。母線50は銅製である。異なった材料から製造されたカソード端子線30と母線50との間の溶接を最初に行う(破線の長円参照)。その結果、カソード端子線30と母線50との間の溶接中に発生した高熱は、カソードタップ10を経由して電極コレクタ102に伝達されない。

図4は、図３の小袋型二次バッテリー互いに電気的に接続し、バッテリーモジュールを製造する方法の一部を例示する典型的な図である。
図4に関して、単位電池100のカソード端子30に予め溶接された母線50は、隣接する単位電池100aのアノード端子40aに溶接され(破線の長円参照)、バッテリーモジュール300を製造する。
バッテリーモジュール300の反対側に配置された単位電池100aおよび100bの電極リード線30aおよび40bに溶接された母線50aおよび50bは、外部の入力及び出力端子（図には示していない）に連結される接続連結部品60を備えている。接続連結部品60は、ボルト構造に構築されている。従って、外部の入力及び出力端子（図には示していない）がナット構造に構築されていれば、接続連結部品60を、外部の入力及び出力端子に容易に連結することができる。

図5は、本発明の別の好ましい実施態様により、二次バッテリーを単位電池として使用するバッテリーモジュールを製造する方法の一部を例示する典型的な図である。
図5に関して、小袋形バッテリー200及び200aは、2個の電極リード線30及び40aが母線50に予め溶接されている状態で、組み立てられる。具体的には、母線50をバッテリー200のカソードリード線30に予め溶接する。母線50は、隣接するバッテリー200aのアノードリード線40aにも予め溶接する。バッテリー200及び200aが母線50を使用するアセンブリーである場合、バッテリーモジュール400は、図4のバッテリーモジュール300と同じ構造に製造する。

本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加及び置き換えが可能である。

産業上の利用可能性
上記の説明から明らかなように、本発明により、中または大型バッテリーモジュールを製造する時点で実質的に使用する電気的接続部材を、高温で、および／または長時間溶接する必要がある電極端子に予め溶接する。その結果、本発明により、バッテリーモジュールを製造する時点で溶接により発生する高熱の、バッテリー中への伝達を最少に抑えることができる。

図１は、従来技術的による小袋形バッテリーを使用するバッテリーモジュールの製造方法を例示する典型的な図である。 図２は、本発明の好ましい実施態様による中または大型バッテリーモジュール用の二次バッテリーを例示する典型的な図である。 図３は、二次バッテリーの電極リード線、該リード線の少なくとも一個には、図2に示すように接続部材が予め溶接されている、を電極タップに接続することにより、二次バッテリーを組み立てる方法の一部を例示する典型的な図である。 図４は、図３の二次バッテリー互いに電気的に接続し、バッテリーモジュールを製造する方法の一部を例示する典型的な図である。 図５は、本発明の別の好ましい実施態様により、中または大型バッテリーモジュール用の二次バッテリーを組み立てる方法の一部を例示する典型的な図である。

Claims (9)

1. 中型または大型バッテリーモジュール用の二次バッテリーであって、
   前記バッテリーモジュールを製造する時点で使用される電気的接続部材が、前記二次バッテリーの電極端子の少なくとも一個に予め溶接されて、前記二次バッテリーが組み立てられてなる、二次バッテリー。
2. 前記二次バッテリーが、高重合体樹脂層及び金属層を備えてなる小袋形シートケース中に電極アセンブリーが取り付けられている小袋形バッテリーである、請求項１に記載の二次バッテリー。
3. 前記接続部材が母線である、請求項１に記載の二次バッテリー。
4. 前記接続部材が、溶接の際に比較的高い熱が発生し、および／または比較的長い時間溶接する必要がある電極端子に連結されてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
5. 前記二次バッテリーのカソード端子がアルミニウム製であり、前記二次バッテリーのアノード端子が銅製であり、前記母線が銅製である場合、
   前記母線を前記カソード端子に溶接した後に、前記二次バッテリーを組み立てる、請求項１に記載の二次バッテリー。
6. 前記接続部材が、前記接続部材の一端に、外部の入力及び出力端子に電気的に接続される接続連結部品を備えてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
7. 前記二次バッテリーの前記電極端子が、複数の電極タップに接続された電極リード線である、請求項１に記載の二次バッテリー。
8. 前記接続部材が前記二次バッテリーのカソードおよびアノード端子に溶接された状態で、前記二次バッテリーが組み立てられてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の二次バッテリーを使用して構築されたバッテリーモジュール。

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