JP2010510641A - 導電性部材を装置に接続する方法 - Google Patents

Abstract

導電性部材を装置に接続する方法
電気的接続用の導電性部材(「接続部材」)を所望の装置に溶接により連結する方法であって、該接続部材が、高導電性プレート本体上に形成された腐食防止被覆層、及び該接続部材の一端に形成されたエンボス加工された構造を包含し、該方法が、該エンボス加工された構造の突出部が該装置の予め決められた、該接続部材が該装置と接続される区域と接触するように該接続部材を配置すること、溶接ロッドを、該突出部に対向する窪みと接触させること、及び抵抗溶接を行うことを含んでなる、方法、及び該連結方法により連結された導電性接続部材を開示する。この連結方法には、価格競争力が低いニッケルを置き換え、溶接工程の際に引き起こされる問題を解決し、それによって、生産性を大きく向上させ、欠陥の可能性を大きく低下させるという効果がある。

Description

発明の分野

本発明は、電気的接続用の導電性部材(「接続部材」)を所望の装置に溶接により連結する方法であって、該接続部材が、高導電性プレート本体上に形成された腐食防止被覆層、及び該接続部材の一端に形成されたエンボス加工された構造を包含し、該方法が、該エンボス加工された構造の突出部が該装置の予め決められた、該接続部材が該装置と接続される区域と接触するように該接続部材を配置すること、溶接ロッドを、該突出部に対向する窪みと接触させること、及び抵抗溶接を行うことを含んでなる、方法、及び該連結方法により連結された導電性接続部材に関する。

発明の背景

可動装置が益々多く開発され、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、可動装置用のエネルギー源として二次バッテリーの需要も急速に増加している。

二次バッテリーが使用される外部装置の種類に応じて、二次バッテリーは、単一バッテリーの形態で、または複数の単位電池が互いに電気的に接続されている中または大型バッテリーパックの形態で使用することができる。例えば、小型の装置、例えば携帯電話、は、一個のバッテリーの出力及び容量で予め決められた時間操作することができる。他方、中または大型装置、例えばラップトップコンピュータ、電気自動車、及びハイブリッド電気自動車、では、高出力及び大容量が中または大型装置に必要なので、中または大型バッテリーパックを使用する必要がある。

中または大型バッテリーパックは、複数の単位電池が互いに直列または並列に電気的に接続されるバッテリー構造である。各単位電池の電極間の電気的接続には、ワイヤ、プレート、またはたわみ性プリント回路基板(FPCB)が使用される。

ワイヤは、線形状の導電性部材である。一般的に、線形状部材の外側表面上には絶縁性樹脂が塗布されており、従って、ワイヤには、容易に変形し、安価であるという利点がある。他方、ワイヤには、各バッテリーの電極とワイヤとの間の電気的接続をはんだ付けまたは溶接、例えばスポット溶接、超音波溶接、またはレーザー溶接、により行うのが困難であるという欠点がある。また、ワイヤには、溶接工程またははんだ付け工程の際に大量の熱がバッテリーに伝達され、バッテリーが損傷を受けることがあるという別の欠点もある。

プレートは、プレート形状の導電性部材である。プレートには、各バッテリーの電極とプレートとの間の接続が溶接により容易に達成されるという利点がある。他方、プレートには、組立工程の際に小さな誤差があっても、連結を達成できないという欠点がある。

最近使用が増加しているFPCBには、各バッテリーの電極とFPCBとの間の溶接による接続が、プレートと同様に、容易に達成されるという利点があり、FPCBは複雑な構造の接続に好適である。他方、FPCBには、高価であり、FPCBの変形性が非常に低く、組立工程が困難であるという欠点がある。

図1及び2は、複数のバッテリー同士を、ニッケルプレートを使用して互いに接続する方法を典型的に例示する図である。

図1に関して、バッテリー20と21は、ジグ10により固定されており、ニッケルプレート30は、バッテリー20の電極端子上に配置され、溶接チップ40でスポット溶接が行われる。バッテリー20と21は、互いに並列に接続されている。続いて、図2に示すように、別の並列バッテリー対22と23にスポット溶接を行う。第一並列バッテリー対20と21及び第二並列バッテリー対22と23を接続するために、第一並列バッテリー対20と21及び第二並列バッテリー対22と23を直角に配置し、ニッケルプレート20を90度曲げ、ニッケルプレート30を第二並列バッテリー対22と23に溶接により接続する。この工程を、第三並列バッテリー対24と25にも行う。従って、非常に熟練した技術及び特殊な構造のジグが必要であり、この溶接工程には多くの時間がかかる。溶接工程が完了した後、バッテリー対20、21、22、23、24、及び25を一列に並べる場合、バッテリーを図3及び4に示す構造に配置する。

図3は、3個のバッテリー対が、図1及び2に示すバッテリー間の電気的接続の後、3直列及び2並列接続様式で配置される構造に構築されたバッテリーパックを典型的に例示する図である。分かり易くするために、バッテリーパックの3直列及び2並列連結構造を分解組立図で示す。

図3に示すように、各対20と21が並列に接続されている3個のバッテリー対が、ニッケルプレート30を経由して互いに直列接続されている。

図4は、組立が完了したバッテリーパック50を例示する典型的な図である。それぞれのバッテリー20と21は、ニッケルプレート30及びFPCB 80に接続されたカソード導電性ワイヤ60及びアノード導電性ワイヤ70を経由して、保護回路モジュール90に接続されている。

上記のようなニッケルプレートを使用する従来のバッテリーパック製造方法では、「ニッケル」を電気的接続部材の主要材料として使用する。しかし、「ニッケル」は価格競争力が低い。さらに、ニッケルは内部抵抗が高く、変形性が非常に低い。

従って、上記の問題を解決するために、ニッケルの代替品に関する研究が鋭意行われている。例えば、銅は、導電性及び加工性が高く、価格競争力が高いので、ニッケルの代わりに銅を使用することができる。しかし、銅には、腐食することがあり、銅の高い導電率が、抵抗溶接工程の際に十分な発熱を妨害し、銅で溶接工程を行うのが非常に困難であるという欠点がある。さらに、銅は、溶接工程の際に溶接ロッドに付着することがあるので、作業性が大きく低下し、欠陥率が増加する。

従って、本発明は、上記の問題及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。

上記の問題を解決するための、様々な広範囲で集中的な研究及び実験の結果、本発明者らは、ニッケルに代用することができる新規な導電性接続部材を所望の装置に、溶接により連結する新規な方法を開発し、この連結方法が、高い価格競争力を有し、溶接工程の際に引き起こされる問題を解決することができ、それによって、生産性を大きく向上させ、欠陥の可能性を大きく低下させることを見出した。

特に、本発明の第一の目的は、従来の溶接工程の際に引き起こされる問題を解決することができる新規な構造の導電性接続部材を使用する、新規な溶接方法を提供することである。

本発明の第二の目的は、新規な構造を有し、高価なニッケルに置き換えることができる材料の導電性接続部材を提供することである。

本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、電気的接続用の導電性部材(「接続部材」)を所望の装置に溶接により連結する方法であって、該接続部材が、高導電性プレート本体上に形成された腐食防止被覆層、及び該接続部材の一端に形成されたエンボス加工された構造を包含し、該方法が、該エンボス加工された構造の突出部が該装置の予め決められた、該接続部材が該装置と接続される区域と接触するように該接続部材を配置すること、溶接ロッドを、該突出部に対向する窪みと接触させること、及び抵抗溶接を行うことを含んでなる、方法を提供することにより、達成される。

従って、本発明の連結方法には、プレート本体上に被覆層を形成することにより、接続部材の腐食を防止し、接続の一端にエンボス加工された構造を形成することにより、接続部材が溶接ロッドに付着するのを阻止し、それによって、欠陥率を大きく低下させる効果がある。

抵抗溶接には、一対の溶接ロッドを使用して抵抗溶接を行う限り、特に制限は無い。好ましい実施態様では、抵抗溶接は、異なった電極特性を有する一対の溶接ロッドにより行い、一方の溶接ロッド(a)を接続部材の窪みと接触させ、他方の溶接ロッド(b)を装置と直接接触させる。

抵抗溶接用の電源としては、交流、直流、または高周波電流を使用することができる。電流の流れる経路には特に制限は無いが、抵抗溶接用の電流は、溶接ロッド(a)、接続部材、装置、及び溶接ロッド(b)の順で流れるのが好ましい。

装置は、作動動力源として電気を使用する機器に多様に応用できる。好ましい実施態様では、装置は二次バッテリーであり、接続部材を二次バッテリーの電極端子に抵抗溶接により連結する。

本発明の別の態様では、二次バッテリーの電極端子に抵抗溶接により連結した導電性接続部材を提供するが、該接続部材は、高導電性プレート本体上に形成された腐食防止被覆層、及び該接続部材の一端に形成されたエンボス加工された構造を包含する。

エンボス加工された構造は、突出部及び／または窪みがプレート形状部材の片側または両側に形成されている。エンボス加工された構造は、プレート形状部材の片側に突出部が形成され、その突出部と反対側に窪みが形成されている構造を包含する。

従来技術では、二次バッテリーの電極端子に電気的接続するための導電性接続部材として、非常に高価なニッケルが使用される。ニッケルの使用により、バッテリーの製造コストが増加する。

従って、ニッケルの代わりに適切な材料を使用するのが好ましい。好ましい実施態様では、プレート本体を、ニッケルの導電率より高い導電率を有する金属材料から製造し、腐食防止被覆層をスズ系材料から製造する。

導電率は、金属の比抵抗に関連する。比抵抗値が増加するにつれて、導電率は低下する。従って、導電率がニッケルの導電率よりも高い金属材料は、ニッケルよりも小さい比抵抗値を有する。ニッケルの導電率より高い導電率を有する金属材料としては、例えば、亜鉛、アルミニウム、及び銅、またはそれらの合金からなる群から選択された一種または二種を使用することができる。好ましくは、ニッケルの導電率より高い導電率を有する金属材料は、銅系材料である。

銅系材料は、銅または主成分として銅を含む合金(銅合金)でよい。例えば、銅合金は、無酸素銅(OFC)、黄銅(60/40または70/30)、リン青銅(phosphorous bronze)、またはそれらの合金である。

銅系材料は、導電率及び加工性が高い。従って、銅系材料は、優れた電気的接続部材として使用することができる。しかし、銅を接続部材として使用する場合、下記の幾つかの問題が生じることがある。第一に、空気中で銅が酸化するか、または腐食することがある。第二に、銅の導電率が高いために、抵抗溶接の際に熱が十分に発生しないので、銅を電極端子に連結するための溶接工程を行うのが非常に困難になる。本発明は、上記の問題を次のようにして解決する。

第一に、酸化または腐食を防止するために、本発明により、プレート本体上に腐食防止被覆層を形成する。腐食防止被覆層は、酸化または腐食を防止しながら、銅の導電率を下げないように、スズまたは主成分としてスズを含む合金から製造する。状況に応じて、腐食防止被覆層は、主成分としてニッケルまたはニッケル含有合金から製造することもできる。

続いて、本発明により、抵抗溶接が容易に行われるように、接続部材の一端にエンボス加工された構造を形成する。抵抗溶接を行う区域に、エンボス加工された構造を形成すると、供給された電流がエンボス加工された構造の突出部部に集中する。その結果、抵抗値が突出部部上で増加し、従って、その突出部から熱が集中した様式で発生する。これによって、突出部部の温度が融解温度に達する。また、突出部部の温度は、突出部部に対向する窪みの温度より速く融解温度に達し、それによって、接続部材の溶接ロッドへの付着が阻止される。

腐食防止被覆層は、プレート本体の酸化及び腐食を防止するのに十分であるが、導電率は制限しない厚さに形成する。好ましくは、腐食防止被覆層の厚さは、2〜8μmである。

状況に応じて、腐食防止被覆層は、プレート本体の片側または両側に全体的または部分的に形成することができる。しかし、腐食防止被覆層は、プレート本体の両側に全体的に形成し、プレート本体の酸化または腐食防止効果を最大限にするのが好ましい。

エンボス加工された構造には、接続部材がバッテリーに適切に連結される限り、特に制限は無い。しかし、エンボス加工された構造は、半径0.4〜1 mmの半球状突出部の形状に形成するのが好ましい。

本発明の別の態様では、電気的接続が接続部材を使用して達成される二次バッテリーを提供する。

接続部材を使用できる二次バッテリーは、様々な形態に構築することができる。二次バッテリーは、好ましくは円筒形バッテリーまたはプリズム形バッテリー、より好ましくは円筒形バッテリーである。

二次バッテリーの構造及びその製造方法は、本発明が属する分野では良く知られているので、ここでは詳細に説明しない。

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。

好ましい実施態様の詳細な説明

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5は、本発明の好ましい実施態様による抵抗溶接工程を例示する典型的な図である。

図5に関して、導電性接続部材100は、バッテリー200の上側末端上に配置されている。また、一対の溶接ロッド310及び320が、導電性接続部材100及びバッテリー200の上側末端とそれぞれ接触している。具体的には、導電性接続部材100は、エンボス加工された構造の突出部110がバッテリー200の予め決められた、導電性接続部材100がバッテリー200に接続される区域と接触し、突出部110と反対側の窪みが上向きになるように、配置される。

抵抗溶接工程は、一対の溶接ロッド310及び320により行われる。溶接ロッド310は、突出部110と反対側の窪みと接触し、溶接ロッド320は、バッテリー200の上側末端と接触する。溶接ロッド310及び320は、電極特性は異なっている。抵抗溶接電流は、溶接ロッド310、接続部材100、バッテリー200、及び溶接ロッド320を順に通って流れ、抵抗溶接工程を行う。

図6は、本発明の好ましい実施態様による導電性接続部材の多層構造を例示する断面図である。

図6に関して、被覆層102及び103は、銅製のプレート本体101の両側に形成される。被覆層102及び103は、基礎材料として銅を有するプレート本体101の酸化及び腐食を防止する。被覆層102及び103は、被覆層102及び103の厚さが3μmになるように、プレート本体101の両側全体に形成する。

図7は、本発明の別の好ましい実施態様による導電性接続部材の一端を例示する部分的正面図である。

導電性接続部材100の一端に、エンボス加工された構造110a及び110bが形成されている。それぞれのエンボス加工された構造110a及び110bは、導電性接続部材100がバッテリーに溶接される溶接位置を示すマークとしても作用する。この実施態様では、2個のエンボス加工された構造110a及び110bが形成されているが、ただ1個のエンボス加工された構造または3個以上のエンボス加工された構造を導電性接続部材100に形成することもできる。

図8は、図7に示す導電性接続部材のエンボス加工された構造を例示する部分的断面図である。

図8に関して、バッテリー(図には示していない)と接続するためのエンボス加工された構造110は、導電性接続部材の一端に形成する。接続部材の底部に、バッテリーと接触する突出部111が形成されている。接続部材の、突出部111と反対側の上部に、溶接ロッド310及び320(図5参照)の一方、即ち溶接ロッド310、と接触する窪み112が形成されている。抵抗溶接機械(図には示していない)の溶接ロッド310及び320(図5参照)の一方、即ち溶接ロッド310、を通して電流を供給すると、その電流は、バッテリーと接触している突出部111上で集中するので、突出部111が先ず加熱され、従って、突出部111の温度が融解温度に達する。この時、導電性接続部材に物理的圧力を加え、導電性接続部材とバッテリーとの間の連結が達成される。

エンボス加工された構造110の突出部111は、半径0.4 mmの半球形状に形成される。無論、エンボス加工された構造110のサイズは、バッテリー200のサイズに応じて様々に調節することができる。

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。

上記の説明から明らかなように、本発明の接続部材を所望の装置に連結する方法には、価格競争力が低いニッケルを置き換え、溶接工程の際に引き起こされる問題を解決し、それによって、生産性を大きく向上させ、欠陥の可能性を大きく低下させるという効果がある。

図1は、従来の技術により、複数のバッテリー同士を、ニッケルプレートを使用して互いに接続する方法を典型的に例示する図である。 図2は、従来の技術により、複数のバッテリー同士を、ニッケルプレートを使用して互いに接続する方法を典型的に例示する図である。 図3は、図1及び2に示す方法により製造されたバッテリー間の連結を例示する分解組立図である。 図4は、従来技術により製造されたバッテリーパックを例示する典型的な図である。 図5は、本発明の好ましい実施態様による抵抗溶接工程を例示する典型的な図である。 図6は、本発明の好ましい実施態様による導電性接続部材の多層構造を例示する断面図である。 図7は、本発明の別の好ましい実施態様による導電性接続部材の一端を例示する部分的正面図である。 図8は、図7に示す導電性接続部材のエンボス加工された構造を例示する部分的断面図である。

Claims (16)

1. 電気的接続用の導電性部材(「接続部材」)を所望の装置に溶接により連結する方法であって、
   前記接続部材が、高導電性プレート本体上に形成された腐食防止被覆層と、及び前記接続部材の一端に形成されたエンボス加工された構造を包含してなり、
   前記方法が、
   前記エンボス加工された構造の突出部が前記装置の予め決められた区域で接触させてなり、その区域で、前記接続部材が前記装置と接続されてなるように、前記接続部材を配置し、
   溶接ロッドを、前記突出部に対向する窪みと接触させ、及び
   抵抗溶接を行うことを含んでなる、方法。
2. 前記抵抗溶接が、異なった電極特性を有する一対の溶接ロッドにより行われてなり、
   一方の溶接ロッド(a)を前記接続部材の前記窪みと接触させ、
   他方の溶接ロッド(b)を前記装置と直接接触させてなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記抵抗溶接用の電流が、前記溶接ロッド(a)と、前記接続部材と、前記装置と、及び前記溶接ロッド(b)の順で流れてなる、請求項２に記載の方法。
4. 前記装置が二次バッテリーであり、
   前記接続部材が、前記抵抗溶接により前記二次バッテリーの前記電極端子に連結されてなる、請求項１に記載の方法。
5. 抵抗溶接により二次バッテリーの電極端子に連結された導電性接続部材であって、
   前記接続部材が、高導電性プレート本体上に形成された腐食防止被覆層と、及び前記接続部材の一端に形成されたエンボス加工された構造を包含してなる、導電性接続部材。
6. 前記プレート本体が、ニッケルの導電率より高い導電率を有する金属材料から製造されてなり、
   前記腐食防止被覆層がスズ系材料から製造されてなる、請求項５に記載の接続部材。
7. 前記ニッケルの導電率より高い導電率を有する金属材料が、銅系材料である、請求項６に記載の接続部材。
8. 前記銅系材料が、銅、または主成分として銅を含む合金(銅合金) である、請求項７に記載の接続部材。
9. 前記銅合金が、無酸素銅、黄銅(60/40または70/30)、またはリン青銅である、請求項８に記載の接続部材。
10. 前記スズ系材料が、スズ、または主成分としてスズを含む合金である、請求項６に記載の接続部材。
11. 前記腐食防止被覆層の厚さが、2〜8μmである、請求項５に記載の接続部材。
12. 前記腐食防止被覆層がニッケルから製造される、請求項５に記載の接続部材。
13. 前記腐食防止被覆層が、前記プレート本体の片側または両側に全体的または部分的に形成される、請求項５に記載の接続部材。
14. 前記エンボス加工された構造が、半径0.4〜1 mmの半球状突出部の形状に形成される、請求項５に記載の接続部材。
15. 電気的接続が、請求項５〜１４のいずれか一項に記載の接続部材を使用して達成される二次バッテリー。
16. 前記二次バッテリーが円筒形バッテリーである、請求項１５に記載の二次バッテリー。

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