JP2014203825A - 電池ユニット及びそれを用いた電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】電極端子の組立性が改善され、製造コストを節減できる電池ユニット及びそれを用いた電池モジュールを提供する。
【解決手段】この電池ユニットは、電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、前記開口を覆い、上下方向に貫通された端子挿入部を有するキャッププレートと、集電部と端子部とを連結する連結部を有する端子部材と、前記端子挿入部に位置し、前記端子部材を前記キャッププレートに固定する固定部材と、を備え、前記集電部が、前記端子挿入部を通じて前記ケースの内部に挿入され、前記電極組立体に電気的に接続され、前記端子部が、前記キャッププレートの外部に露出され、前記キャッププレートの上面と並んで延ばされ、前記固定部材は、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、樹脂を前記端子挿入部に射出することによって形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、電池ユニット及び多数の電池ユニットが連結されて構成される電池モジュールに関する。
一般的に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電が可能な電池である。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、無停電電源装置(Uninterruptible Power Supply)のようなエネルギー源として使われ、適用される外部機器の種類によって、単一電池の形態で使われてもよく、多数の電池をバスバー(Bus Bar)を利用して電気的に連結して、一つの単位にまとめる電池モジュールの形態で使われてもよい。
携帯電話のような小型モバイル機器は、単一電池の出力及び容量で所定時間作動が可能であるが、電力消耗の多い電気自動車、ハイブリッド自動車のように、長時間の駆動、高電力駆動が必要な場合には、出力及び容量の問題で電池モジュールが好まれる。電池モジュールは、内蔵された電池の個数によって、出力電圧や出力電流が大きくなる。このような電池モジュールは、多数の電池を直列連結または並列連結させることによって要求される出力電圧や出力電流を得る。
本発明は、電極端子の組立性が改善され、製造コストを節減できる電池ユニット及びそれを用いた電池モジュールを提供する。
(1)前記課題を達成するために、本発明の第一の態様に係る電池ユニットは、電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、前記開口を覆い、上下方向に貫通された端子挿入部を有するキャッププレートと、集電部と端子部とを連結する連結部を有する端子部材と、前記端子挿入部に位置し、前記端子部材を前記キャッププレートに固定する固定部材と、を備え、前記集電部が、前記端子挿入部を通じて前記ケースの内部に挿入され、前記電極組立体に電気的に接続され、前記端子部が、前記キャッププレートの外部に露出され、前記キャッププレートの上面と並んで延ばされ、前記固定部材は、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、樹脂を前記端子挿入部に射出することによって形成される。
(2)上記(1)に記載の電池ユニットは、前記端子部が、前記キャッププレートの上面から離隔していてもよい。
(3)上記(2)に記載の電池ユニットは、前記端子部が、前記キャッププレートの長辺方向に延びてもよい。
(4)上記(3)に記載の電池ユニットは、前記連結部が、前記端子部から下方に延びた第1折曲部と、前記第1折曲部から前記長辺方向に延びた第2折曲部と、を備え、前記集電部が、前記第2折曲部の前記キャッププレートの短辺方向の端部から下方に延びてもよい。
(5)上記(4)に記載の電池ユニットは、前記第2折曲部が、部分的に前記固定部材に埋め込まれてもよい。
(6)上記(4)に記載の電池ユニットは、前記第2折曲部が、全体的に前記固定部材に埋め込まれてもよい。
(7)上記(2)に記載の電池ユニットは、前記固定部材が、前記端子挿入部を充填する第1固定部と、前記端子部と前記キャッププレートの上面との間を充填する第2固定部と、を備えてもよい。
(8)上記(7)に記載の電池ユニットは、前記第2固定部が、前記第1固定部の上部まで延びてもよい。
(9)上記(8)に記載の電池ユニットは、前記第2固定部が、前記端子挿入部の端部を越えて形成されてもよい。
(10)上記(1)に記載の電池ユニットは、前記端子部材が、正極端子部材と負極端子部材とを有してもよい。
(11)上記(10)に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とが、同じ金属で形成されてもよい。
(12)上記(11)に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とが、異種の金属で形成されてもよい。
(13)上記(12)に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材が、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材が、銅で形成されてもよい。
(14)上記(12)に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうちいずれか一つの端子部の上面に、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、他の一つと同じ金属からなる溶接層が設けられてもよい。
(15)本発明の第二の態様に係る電池モジュールは、上記(1)に記載の多数の電池ユニットと、隣接する前記電池ユニットの端子部を互いに連結するバスバーと、を備える。
(16)上記(15)に記載の電池モジュールは、前記端子部が、前記キャッププレートの上面から離隔していてもよい。
(17)上記(16)に記載の電池モジュールは、前記端子部が、前記キャッププレートの長辺方向に延びてもよい。
(18)上記(16)に記載の電池モジュールは、前記固定部材が、前記端子挿入部を充填する第1固定部と、前記端子部と前記キャッププレートの上面との間を充填する第2固定部と、を備えてもよい。
(19)上記(18)に記載の電池モジュールは、前記第2固定部が、前記第1固定部の上部まで延びてもよい。
(20)上記(19)に記載の電池モジュールは、前記第2固定部が、前記端子挿入部の端部を越えて形成されてもよい。
(21)上記(15)に記載の電池モジュールは、前記バスバーが、前記端子部に溶接
されてもよい。
(22)上記(21)に記載の電池モジュールは、前記端子部材が、正極端子部材と負極端子部材とを有してもよい。
(23)上記(22)に記載の電池モジュールは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とが、異なる金属で形成されてもよい。
(24)上記(23)に記載の電池モジュールは、前記バスバーが、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、いずれか一つと同じ金属で形成されてもよい。
(25)上記(24)に記載の電池モジュールは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、前記バスバーと異なる金属で形成された部材の端子部の上面に、前記バスバーと同じ金属からなる溶接層が設けられてもよい。
(26)上記(25)に記載の電池モジュールは、前記正極端子部材が、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材が、銅で形成され、前記バスバーが、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材の端子部の上面に、アルミニウムからなる溶接層が設けられてもよい。
本発明の一実施形態による電池ユニットの分解斜視図である。 図1のX−X'による断面図である。 電極組立体の一例を示す斜視図である。 正極端子部材及び負極端子部材の一実施形態を示す斜視図である。 正極集電部及び負極集電部が電極組立体の同じ側面に接続される配置形態を示す斜視図である。 正極集電部及び負極集電部が電極組立体の同じ側面に接続される配置形態を示す斜視図である。 正極集電部及び負極集電部が電極組立体の同じ側面に接続される配置形態を示す斜視図である。 正極集電部及び負極集電部が電極組立体の異なる側面に接続される配置形態を示す斜視図である。 正極集電部及び負極集電部が電極組立体の異なる側面に接続される配置形態を示す斜視図である。 正極集電部及び負極集電部が電極組立体の異なる側面に接続される配置形態を示す斜視図である。 インサート射出整形方式によって固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。 インサート射出整形方式によって固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。 インサート射出整形方式によって固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。 端子部材の本発明の他の実施形態の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池ユニットの断面図である。 図10に示されたキャップ組立体の部分斜視図である。 インサート射出整形方式によって、図10に示された固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。 キャップ組立体の一実施形態の部分斜視図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態による電池ユニット及び電池モジュールについて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態による電池ユニット1の分解斜視図であり、図2は、図1のX−X'による断面図である。図3は、電極組立体10の一例を示す斜視図である。
図1及び図2を参照すれば、電池ユニット1は、電極組立体10と、電極組立体10を収容するケース20と、ケース20の上段を閉鎖するキャップ組立体30と、を含む。
電池ユニット1は、例えば、リチウムイオン電池のような二次電池である。この場合、円筒形電池ユニット、角形電池ユニット、またはポリマー電池など、多様な形態の電池ユニットが適用され、いずれか一つの形態に限定される必要はない。
図3を参照すれば、電極組立体10は、正極板11と、負極板12と、正極板11と負極板12との間に介在されるセパレータ13と、を含む。例えば、正極板11、負極板12、及びセパレータ13の積層体は、ゼリーロール状に巻き取られる。
正極板11は、正極集電体11aと、正極集電体11aの少なくとも一面に形成された正極活物質層11bと、を含む。正極集電体11aの幅方向に沿って、一端には、正極活物質層11bが形成されていない正極無地部11cが設けられる。負極板12は、負極集電体12aと、負極集電体12aの少なくとも一面に形成された負極活物質層12bと、を含む。負極集電体12aの幅方向に沿って、一端には、負極活物質層12bが形成されていない負極無地部12cが設けられる。正極無地部11c及び負極無地部12cは、電極組立体10の幅方向に相互離隔して配される。例えば、正極無地部11c及び負極無地部12cは、電極組立体10の幅方向の両側端部にそれぞれ配される。
キャップ組立体30は、キャッププレート310と、電極組立体10と電気的に連結される端子部材320,330と、端子部材320,330をそれぞれキャッププレート310に固定する固定部材340,350と、を含む。
ケース20には、電極組立体10が挿入されるように開口21が設けられ、キャッププレート310は、ケース20に結合されることによって、開口21を塞ぐ。そのために、キャッププレート310の端部311は、開口21を形成するケース20の上側端部22と結合される。その状態で、例えば、レーザ溶接によってキャッププレート310をケース20に結合することによって、電極組立体10が収容されるハウジングが形成される。キャッププレート30には、ケース20の内部圧力が設定基準を超えれば、ガスの排出経路を提供するように、破断可能に設計された安全扉32が設けられる。また、キャッププレート30には、ケース20内に電解液を注入するための電解液注入口33が設けられる。電解液注入が完了した以後に、シーリング栓34によって電解液注入口33が閉鎖される。
端子部材320,330は、それぞれ正極端子部材と負極端子部材である。正極端子部材320と負極端子部材330は、それぞれ電極組立体10の正極無地部11c及び負極無地部12cと電気的に連結される。正極端子部材320及び負極端子部材330によって、電極組立体10の正極無地部11c及び負極無地部12cは、電気的にケース20の外部に露出される。端子挿入部35,36は、それぞれ正極端子挿入部と負極端子挿入部である。端子挿入部35,36は、キャッププレート310を上下方向に貫通して形成される。正極端子部材320及び負極端子部材330は、端子挿入部35,36にそれぞれ挿入され、正極固定部材340及び負極固定部材350によって、キャッププレート310に固定される。
図4は、端子部材320,330の一例を示した斜視図である。端子部材320,330は、一般的に、その形状が同一か、または相互対称である。したがって、図4では、負極端子部材330の構成要素を表す参照符号と共に、( )内に正極端子部材320を構成する構成要素の参照符号を併記する。
図1、図2、及び図4を参照すれば、正極端子部材320は、正極端子部321、正極集電部324、及び正極端子部321と正極集電部324とを連結する正極連結部325を含む。負極端子部材330は、負極端子部331、負極集電部334、及び負極端子部331と負極集電部334とを連結する負極連結部335を含む。負極端子部331と正極端子部321とは、キャッププレート310の上面312と平行に延びる。正極端子部材320及び負極端子部材330は、導電性を有する金属で形成される。例えば、正極端子部材320及び負極端子部材330は、金属板材をプレス加工方式によって、所望の形状に切断、折り曲げることによって形成される。
負極端子部331は、横方向、すなわち、キャッププレート310の長辺方向(第1方向)に延び、負極集電部334は、下方、すなわち、キャッププレート310の厚手方向(第2方向)に延びる。負極連結部335は、負極端子部331から折り曲げられて、負極端子部331と負極集電部334とを連結する。負極連結部335は、負極端子部331の第1方向と逆方向(第3方向)の端部331aから下方(第2方向)に折り曲げられて延びた第1負極折曲部332と、第1負極折曲部332の第2方向の端部332aから第3方向に折り曲げられて延びた第2負極折曲部333と、を含む。負極集電部334は、第2負極折曲部333の第1方向及び第3方向と交差する方向、すなわち、キャッププレート310の短辺方向(第4方向)の端部333aから下方(第2方向)に折り曲げられて延びる。そのような構成によれば、負極集電部334の厚さ部334cではない大面積部334bが電極構造体10の負極無地部12cと並んで位置する。大面積部334bの幅Wは、大面積部334bと負極無地部12cとの接触面積が可能な限り広くなるように決定される。したがって、負極集電部334と負極無地部12cとの接触面積を大きく確保できるので、接触抵抗の低減に有利である。
図5A〜図5Cは、正極端子部材320及び負極端子部材330の配置形態の例を示した斜視図である。図5A〜図5Cに示された配置形態は、正極集電部324及び負極集電部334が電極組立体10と同じ側面に接続される配置形態である。
図5Aに示したように、正極端子部材320及び負極端子部材330は、正極端子部321と負極端子部331とが相互対向して配される。図5Bに示したように、正極端子部材320及び負極端子部材330は、正極端子部321と負極端子部331とが反対方向に向かうように配される。図5A及び図5Bに示された配置形態の場合、正極端子部材320及び負極端子部材330は、長辺方向に相互対称的な形状を有する。図5Cに示したように、正極端子部材320及び負極端子部材330は、正極端子部321と負極端子部331とが同じ方向に向かうように配される。この場合、正極端子部材320と負極端子部材330の形状は、同一である。
図6A〜図6Cは、正極端子部材320及び負極端子部材330の配置形態の例を示した斜視図である。図6A〜図6Cに示された配置形態は、正極集電部324及び負極集電部334が電極組立体10と異なる側面に接続される配置形態である。図6A及び図6Bに示された配置形態の場合、正極端子部材320と負極端子部材330の形状は、長辺方向に相互対称的である。図6Cに示された配置形態の場合、正極端子部材320と負極端子部材330との形状は、同一である。
正極端子部材320の形状が負極端子部材330と同じである場合、図4に示したように、正極端子部材320は、第1方向に延びた正極端子部321と、第2方向に延びた正極集電部324と、正極端子部321から折り曲げられて正極端子部321と正極集電部324とを連結する正極連結部325と、を備える。正極連結部325は、正極端子部321の第3方向の端部321aから第2方向に折り曲げられて延びた第1正極折曲部322と、第1正極折曲部322の第2方向の端部322aから第3方向に折り曲げられて延びた第2正極折曲部323と、を含む。正極集電部324は、第2正極折曲部323の第4方向の端部323aから第2方向に折り曲げられて延びる。このような構成によれば、正極集電部324の厚さ部324cではない大面積部324bが、電極組立体10の正極無地部11cと並んで位置する。大面積部324bの幅Wは、大面積部324bと正極無地部11cとの接触面積が可能な限り広くなるように決定される。したがって、正極集電部324と正極無地部11cとの接触面積を大きく確保できるので、接触抵抗の低減に有利である。
正極端子部材320の形状が負極端子部材330の形状と対称になっている場合、図4に点線で示したように、正極集電部324は、第2正極折曲部323の第4方向と逆方向である第5方向の端部323bから第2方向に折り曲げられて延びる。
正極端子部材320及び負極端子部材330は、正極端子挿入部35及び負極端子挿入部36にそれぞれ挿入される。正極端子部321及び負極端子部331は、キャッププレート310の上方に、正極集電部324及び負極集電部334は、キャッププレート310の下方に位置する。その状態で、正極端子部材320及び負極端子部材330は、端子挿入部35,36にそれぞれ挿入される正極固定部材340及び負極固定部材350によって、キャッププレート310に固定される。固定部材340,350は、例えば、電気絶縁性プラスチックで形成される。正極端子部321及び負極端子部331は、キャッププレート310の上方に突出して、正極端子部321及び負極端子部331とキャッププレート310の上面312との間には、間隔G1,G2が形成される。これにより、正極端子部321及び負極端子部331がキャッププレート310に固定され、間隔G1,G2及び電気絶縁性の固定部材340,350によって、正極端子部321及び負極端子部331は、キャッププレート310と電気的に絶縁される。
電気絶縁性プラスチックは、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC:Polyvinyl chloride)、ポリスチレン(Polystyrene)、高密度ポリエチレン(High Density Polyethylene)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS:Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer)などの汎用プラスチック;ポリアセタール(Polyacetal)、ポリフェニレンオキシド(PPO:Polyphenylene Oxide)、ポリフェニレンエーテル(PPE:Polyphenyleneether)、ポリアミド(Pam:Polyamide)、ポリカーボネート(PC:Polycarbonate)、ポリブチレンテレフタレート(PBT:Polybutylene Terephthalate)などの汎用エンジニアリングプラスチック;Uポリマー、ポリスルホン(PSF:Polysulfone)、ポリフェニレンスルファイド(PPS:Polyphenylenesulfide)、ポリエーテルイミド(PEI:Polyetherimide)、ポリエーテルサルフォン(PES:Polyethersulfone)、非晶ポリアリレート(PAR:Polyarylate)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK:Polyetheretherketone)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE:Polytetrafluoroethylene)などの高性能エンジニアリングプラスチック;ポリアミドイミド(PAI:Polyamideimide)、ポリイミド(PI:Polyimide)などの超耐熱性エンジニアリングプラスチックである。一例として、固定部材340,350は、PPSにグラスファイバー(Glass Fiber)を40%添加した樹脂で形成される。
固定部材340,350は、正極端子部材320と負極端子部材330とが端子挿入部35,36にそれぞれ挿入された状態で、前述したプラスチック樹脂を端子挿入部35,36に射出して整形するインサート射出整形方式によって形成される。例えば、図7Aないし図7Cには、インサート射出整形方式によって固定部材340,350を形成しながら、正極端子部材320及び負極端子部材330をキャッププレート310に固定する過程の一例が示されている。
図7Aを参照すれば、射出金型の上側コア1001と下側コア1002とが互いに離隔している状態、すなわち、金型が開かれた状態で、キャッププレート310を下側コア1002の下側パーティングラインPL2上に置き、正極端子部材320と負極端子部材330とを、それぞれ端子挿入部35,36を通じて、キャッププレート310を貫通して下側コア1002に挿入する。下側コア1002には、正極集電部324と負極集電部334とをそれぞれ支持する支持溝1002a,1002bが設けられている。正極集電部324と負極集電部334とがそれぞれ支持溝1002a,1002bに支持されれば、正極端子部321及び負極端子部331は、キャッププレート310の上面312から離隔して位置する。正極端子部321及び負極端子部331とキャッププレート310の上面312との隙間1009,1010にプラスチック樹脂を充填されないように、その隙間1009,1010は、上側コア1001によって充填されることが必要である。隙間1009,1010は、上側コア1001の作動方向に対して、アンダーカット部に当たる。隙間1009,1010は、上側コア1001が作動する時に、作動方向と交差する方向に移動するスライドコア1003,1004によって充填される。すなわち、上側コア1001が下側コア1002に接近、あるいは離隔される時には、スライドコア1003,1004が上側コア1001の作動方向と交差する方向に移動して、隙間1009,1010を充填するか、またはそれから離間される。
図7Bに示したように、キャッププレート310、正極端子部材320、及び負極端子部材330が下側コア1002に支持された状態で、上側コア1001を下側コア1002に接近させる。上側コア1001と下側コア1002とが噛み合えば、上側パーティングラインPL1及び下側パーティングラインPL2によって、固定部材340,350がそれぞれ形成される整形空間1005,1006が画成される。隙間1009,1010は、スライドコア1003,1004によって充填される。ゲート1007,1008を通じて、整形空間1005,1006に樹脂を注入する。所定の冷却時間が経過すれば、整形空間1005,1006に充填された樹脂が硬化しながら、正極端子部材320及び負極端子部材330をキャッププレート310に固定させる固定部材340,350が形成される。
次に、図7Cに示したように、上側コア1001を下側コア1002から離隔させ、キャップ組立体30を下側コア1002から分離する。
図2を参照すれば、正極端子部321及び負極端子部331は、キャッププレート310の上面312から上方に離隔して位置し、その間に間隔G1,G2をそれぞれ形成する。間隔G1,G2は、同一でもある。固定部材340,350は、正極連結部325及び負極連結部335を部分的に、または全体的に取り囲む。また、正極連結部325及び負極連結部335と、キャッププレート310の端子挿入部35,36の端部との間に固定部材340,350が形成され、樹脂が充填される。これにより、正極端子部材320及び負極端子部材330は、全体的にキャッププレート310と電気的に絶縁される。第2正極折曲部323及び第2負極折曲部333は、固定部材340,350に部分的に、または全体的に(図2の点線を参照)埋め込まれる。このように折り曲げられた形態が固定部材340,350の内部に埋め込まれることによって、固定部材340,350と、端子部材320,330と、キャッププレート310と、の結合強度を向上させる。
キャップ組立体30の形成が完了した後に、電極組立体10と正極端子部材320及び負極端子部材330とを電気的に連結する。正極無地部11cには、正極集電部324が電気的に連結され、負極無地部12cには、負極集電部334が電気的に連結される。正極無地部11cへの正極集電部324の結合と、負極無地部12cへの負極集電部334の結合とは、例えば、超音波溶接によって行われる。
キャップ組立体30と電極組立体10とが結合された状態で、電極組立体10が開口21を通じてケース20に挿入され、キャッププレート310がケース20に、例えば、レーザ溶接方式によって結合されることによって開口21が閉鎖され、電極組立体10が正極端子部材320及び負極端子部材330によって、電気的にケース20の外部に露出される。電解液注入口33を通じて電解液を注入した後に、シーリング栓34を利用して電解液注入口33を塞ぐことによって、電池ユニット1の製造が完了される。
前述した電池ユニット1によれば、各端子部材320,330が単一の金属板材によって形成される。すなわち、集電部324,334から端子部321,331に達する端子部材320,330のすべての要素が、同じ金属で形成される。したがって、溶接による結合過程なしに、端子部材320,330を形成して、製造コストの削減はもとより、集電部324,334から端子部321,331までの電流経路の電気的特性を均一に維持する。また、プラスチック樹脂を利用したインサート射出整形方式によって、端子部材320,330をキャッププレート310に結合することによって、キャッププレート310と端子部材320,330との結合と、それら間の電気的な絶縁とを同時に形成する。また、横方向に延びた形態の端子部321,331を採用することによって、後述するように、多数の電池ユニット1の組合せによって電池モジュール2(図8)を形成する時に、隣接する電池ユニット1の端子部321,331を容易に連結できる。また、横方向に延びた形態の正極端子部321及び負極端子部331は、溶接のための十分な面積の確保に有利である。
図8は、本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。図8を参照すれば、電池モジュール2は、列をなして配列された多数の電池ユニット1を含む。例えば、電池モジュール2は、一方向に沿って配列された電池ユニット1を含み、1列または2列以上配列された電池ユニット1を含む積層構造を有する。
隣接する電池ユニット1の正極端子部321と負極端子部331とを直列、または並列に連結することによって、多数の電池ユニット1が電気的に相互連結される。例えば、図8に示したように、バスバー400を利用して、隣接する一組の電池ユニット1の異なる極性の端子部を連結することによって、多数の電池ユニット1を直列に連結する。そのために、多数の電池ユニット1は、バスバー400の連結方向Aに端子部の極性が交互に配される。バスバー400は、例えば、端子部321,331に溶接によって結合される。図面には示していないが、バスバー400を利用して隣接する一組の電池ユニット1の同じ極性の端子部を連結することによって、多数の電池ユニット1を並列に連結してもよい。
バスバー400は、導電性に優れた金属素材で形成され、均一な組成を有する金属素材で形成される。この時、正極端子部321と負極端子部331とが共にバスバー400と同じ金属で形成されれば、各正極端子部321及び負極端子部331とバスバー400との間には、同じ金属での溶接が行われる。同じ金属としては、例えば、アルミニウム、または銅である。
正極端子部321と負極端子部331とは、異なる金属で形成されてもよい。バスバー400が正極端子部321及び負極端子部331と異なる金属で形成された場合、正極端子部321とバスバー400との間、及び負極端子部331とバスバー400との間には、異なる金属による結合が形成される。バスバー400が正極端子部321及び負極端子部331のうちいずれか一つと同じ金属で形成された場合、バスバー400と正極端子部321及び負極端子部331のうちいずれか一つとの間には、異なる金属による結合が形成される。
例えば、アルミニウム同士、または銅同士のような同じ金属間では、レーザ溶接を通じて十分な溶接強度が得られる。しかし、アルミニウム−銅のような異なる金属間でレーザ溶接を適用すれば、溶接性が低下して、十分な溶接強度が得られない。異なる金属間では、レーザ溶接を代替して摩擦撹拌接合(FSW)が行われる。摩擦撹拌接合は、高速回転しながら、母材内部に挿入される接合工具(図示せず)を利用する。接合工具と母材との摩擦熱によって、接合工具の周辺の母材が軟化し、接合工具の回転力による撹拌作用に起因する塑性流動によって、二つの母材の境界面を基にして、二つの母材が強制的に混入される。摩擦撹拌接合を通じて、溶接性が劣る異なる金属間でも十分な溶接強度が得られる。
一例として、正極端子部321は、電気化学的に正極に適したアルミニウム、負極端子部331は、電気化学的に負極に適した銅で形成され、バスバー400は、アルミニウムで形成されている。正極端子部321とバスバー400との結合は、レーザ溶接によって、負極端子部331とバスバー400との結合は、摩擦撹拌接合によって行われる。それにより、正極端子部321及び負極端子部331とバスバー400との十分な溶接強度が得られる。当然この場合においても、正極端子部321及び負極端子部331がいずれも摩擦撹拌接合によってバスバー400と結合されてもよい。
図9は、本発明の一実施形態による電池ユニット1に適用される端子部材320,330の他の実施形態を示した斜視図である。正極端子部321及び負極端子部331が異なる金属で形成され、バスバー400が正極端子部321及び負極端子部331のうちいずれか一つと同じ金属で形成される場合、正極端子部321及び負極端子部331のうちいずれか一つには、バスバー400と同じ金属で形成される溶接層326,336が設けられる。例えば、正極端子部321は、電気化学的に正極に適したアルミニウム、負極端子部331は、電気化学的に負極に適した銅、バスバー400は、アルミニウムで形成された場合、負極端子部331の上面には、バスバー400と同じアルミニウムからなる溶接層336が設けられる。当然、バスバー400が銅で形成された場合、正極端子部321の上面に、バスバー400と同じ銅からなる溶接層326が設けられる。溶接層326,336は、正極端子部321または負極端子部331に、レーザ溶接、摩擦撹拌接合のような方式によって形成される。この場合、正極端子部321及び負極端子部331の最終的な上面の高さを同一にするために、間隔G1とG2と(図2)の高さは異なる。このような構成によれば、バスバー400と正極端子部321及び負極端子部331との結合が同じ金属間での結合となるので、レーザ溶接によっても十分な溶接強度を確保することができる。
図10は、本発明の一実施形態による電池ユニットの他の実施形態を示した断面図であり、図11は、図10に示されたキャップ組立体30の部分斜視図である。図10及び図11を参照すれば、固定部材340,350が端子挿入部35,36の内側から、端子部321,331とキャッププレート310の上面312との間の間隔G1,G2とまで形成される。すなわち、固定部材340,350は、端子挿入部35,36を充填する第1固定部341,351と、端子部321,331とキャッププレート310の上面312との間の間隔G1,G2を充填する第2固定部342,352と、を備える。
このような固定部材340,350は、インサート射出整形方式によって形成される。例えば、図12に示したように、射出金型の上側コア1001と下側コア1002とが相互離隔した状態、すなわち、金型が開かれた状態で、キャッププレート310を下側コア1002に挿入し、正極端子部材320と負極端子部材330とを、それぞれ端子挿入部35,36を通じて、キャッププレート310を貫通して下側コア1002に挿入する。そして、上側コア1001を下側コア1002に接近させる。上側コア1001と下側コア1002とが噛み合えば、上側パーティングラインPL1及び下側パーティングラインPL2によって、固定部材340,350がそれぞれ形成される整形空間1005,1006が画成される。正極端子部321及び負極端子部331と、キャッププレート310の上面312との隙間1009,1010には、樹脂が充填されて、正極端子部321及び負極端子部331と整形空間1005,1006とが連結される。ゲート1007,1008を通じて、整形空間1005,1006及び隙間1009,1010に樹脂を注入する。所定の冷却時間が経過すれば、整形空間1005,1006及び隙間1009,1010に充填された樹脂が硬化しながら、正極端子部材320及び負極端子部材330をキャッププレート310に固定させる第1固定部341,351及び第2固定部342,352を備える固定部材340,350が形成される。次いで、上側コア1001を下側コア1002から離隔させ、キャップ組立体30を下側コア1002から分離する。
このような構成によれば、端子部材320,330とキャッププレート310との結合強度を向上させることができる。すなわち、第2固定部342,352は、端子部材320,330及びキャッププレート310と固定部材340,350との接触面積を増大させることによって、端子部材320,330とキャッププレート310との結合強度を向上させることができる。また、バスバー400が正極端子部321及び負極端子部331に溶接のような方式によって結合される時に、溶接工具によって、正極端子部321及び負極端子部331に下方に押し出す圧力が加えられるが、正極端子部321及び負極端子部331が、第2固定部342,352によってキャッププレート310に支持されるので、結合過程で、固定部材340,350が端子挿入部35,36から離脱する可能性を少なくする。
溶接過程で、正極端子部321及び負極端子部331に伝えられる熱を、第2固定部342,352を通じて分散させることができる。
第2固定部342,352によって端子部321,331が支持されるので、バスバー400を溶接する過程で、端子部321,331が下方に折り曲げられることを防止する。これにより、端子部321,331とバスバー400との結合品質を向上させ、端子部材320,330とキャッププレート310との電気的な絶縁性を向上させることができる。
図13は、本発明の一実施形態による電池ユニットに適用されるキャップ組立体30の部分斜視図である。図13を参照すれば、第2固定部342,352は、第1固定部341,351の上方まで延びて、端子挿入部35,36を完全に覆う。すなわち、第2固定部342,352は、キャッププレート310の長辺方向及び短辺方向に、端子挿入部35,36の端部35a,36aを越えて延びる。このような構成によれば、固定部材340,350と端子挿入部35,36との隙間を通じて、水分がケース20の内部に浸透して、キャッププレート310、電極組立体10、集電部324,334、ケース20などの腐食を招く可能性を少なくすることができる。
以上の説明は、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、本発明による電池ユニット及び電池モジュールを実施するための一つの実施形態に過ぎないものであって、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的分野が及ぶとみなされる。
本発明は、電源関連の技術分野に好適に適用可能である。
1 電池ユニット
10 電極組立体
11 正極板
11a 正極集電体
11b 正極活物質層
11c 正極無地部
12 負極板
12a 負極集電体
12b 負極活物質層
12c 負極無地部
20 ケース
21 開口
22 上側端部
30 キャップ組立体
32 安全扉
33 電解液注入口
34 シーリング栓
35,36 端子挿入部
310 キャッププレート
311 端部
320,330 端子部材
340 正極固定部材
350 負極固定部材

Claims (16)

  1. 電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、
    前記開口を覆い、上下方向に貫通された端子挿入部を有するキャッププレートと、
    集電部と端子部とを連結する連結部を有する端子部材と、
    前記端子挿入部に位置し、前記端子部材を前記キャッププレートに固定する固定部材と、
    を備え、
    前記集電部が、前記端子挿入部を通じて前記ケースの内部に挿入され、前記電極組立体に電気的に接続され、
    前記端子部が、前記キャッププレートの外部に露出され、前記キャッププレートの上面と並んで延ばされ、
    前記固定部材は、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、樹脂を前記端子挿入部に射出することによって形成される
    ことを特徴とする電池ユニット。
  2. 前記端子部は、前記キャッププレートの上面から離隔していることを特徴とする請求項1に記載の電池ユニット。
  3. 前記端子部は、前記キャッププレートの長辺方向に延びることを特徴とする請求項2に記載の電池ユニット。
  4. 前記連結部は、前記端子部から下方に延びた第1折曲部と、前記第1折曲部から前記長辺方向に延びた第2折曲部と、を備え、前記集電部は、前記第2折曲部の前記キャッププレートの短辺方向の端部から下方に延びることを特徴とする請求項3に記載の電池ユニット。
  5. 前記第2折曲部は、部分的に前記固定部材に埋め込まれることを特徴とする請求項4に記載の電池ユニット。
  6. 前記第2折曲部は、全体的に前記固定部材に埋め込まれることを特徴とする請求項4に記載の電池ユニット。
  7. 前記固定部材は、前記端子挿入部を充填する第1固定部と、前記端子部と前記キャッププレートの上面との間を充填する第2固定部と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の電池ユニット。
  8. 前記第2固定部は、前記第1固定部の上部まで延びることを特徴とする請求項7に記載の電池ユニット。
  9. 前記第2固定部は、前記端子挿入部の端部を越えて形成されることを特徴とする請求項8に記載の電池ユニット。
  10. 前記端子部材は、正極端子部材と負極端子部材とを有することを特徴とする請求項1に記載の電池ユニット。
  11. 前記正極端子部材と前記負極端子部材とは、同じ金属で形成されることを特徴とする請求項10に記載の電池ユニット。
  12. 前記正極端子部材と前記負極端子部材とは、異なる金属で形成されることを特徴とする請求項11に記載の電池ユニット。
  13. 前記正極端子部材は、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材は、銅で形成されることを特徴とする請求項12に記載の電池ユニット。
  14. 前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうちいずれか一つの端子部の上面には、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、他の一つと同じ金属からなる溶接層が設けられることを特徴とする請求項12に記載の電池ユニット。
  15. 請求項1〜14の1項に記載の多数の電池ユニットと、前記多数の電池ユニットのそれぞれの隣接する前記電池ユニットに前記多数の電池ユニットの前記電池ユニットの前記端子部を連結するバスバーと、を備える電池モジュール。
  16. 前記バスバーは、前記端子部に溶接されることを特徴とする請求項15に記載の電池モジュール。
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