JP5982488B2 - 相互連結アセンブリー及び電池モジュールにおいて相互連結アセンブリーを形成する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、相互連結アセンブリー及び電池モジュールにおいて相互連結アセンブリーを形成する方法に係り、特に、第１金属からなる、第１電池セルの第１セルタブ（ｆｉｒｓｔ ｃｅｌｌ ｔａｂ）、第１セルタブに対向して配置されており、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する第２金属からなる、第２電池セルの第２セルタブ（ｓｅｃｏｎｄ ｃｅｌｌ ｔａｂ）、第２セルタブに対向して配置されている相互連結部材（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｍｅｍｂｅｒ）、及び溶接助力層（ｗｅｌｄ ａｓｓｉｓｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）であって、第１及び第２セルタブが溶接助力層と相互連結部材との間に配置されるようにし、溶接結合部（ｗｅｌｄｉｎｇ ｊｏｉｎｔ）が第１及び第２セルタブ、相互連結部材、及び溶接助力層に形成される時、第１セルタブの変形を抑えるように、第１セルタブに対向して配置されている溶接助力層を備えている、相互連結アセンブリー（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に関する。
電池モジュールは、電池端子と共に電気的に結合するために相互連結部材を使用する。しかし、相互連結部材がアルミニウムのような相対的に柔軟な金属からなる電池端子に超音波溶接される時、電池端子を相互連結部材に溶接する過程で超音波溶接用ホーン（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｏｒｎ）が電池端子を通って大きく動くことがある。
そこで、発明者は、上記問題点を最小化及び／又は除去するために、向上した相互連結アセンブリーの必要性を認識することになった。
本発明は、上記のような従来技術の問題点、及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本発明の実施例に係る相互連結アセンブリーを提供する。前記相互連結部材アセンブリーは、第１電池セルの第１セルタブを備える。第１セルタブは、第１金属からなる。また、相互連結アセンブリーは、第２電池セルの第２セルタブを備える。第２セルタブは、第１セルタブに対向して配置されている。第２セルタブは、第２金属からなる。第２セルタブは、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する。また、相互連結部材アセンブリーは、第２セルタブに対向して配置されている。相互連結部材アセンブリーは、さらに、溶接助力層を備えており、この溶接助力層は、第１及び第２セルタブが溶接助力層と相互連結部材との間に配置されるように第１セルタブに対向して配置されている。溶接結合部が第１及び第２セルタブ、相互連結部材、及び溶接助力層に形成される時、溶接助力層が第１セルタブの変形を抑える。
他の実施例は、電池モジュールにおいて相互連結アセンブリーを形成する方法を提供する。第１電池セルの第１セルタブ、第２電池セルの第２セルタブ、相互連結部材及び溶接助力層を提供する過程を含む。前記第１セルタブは、第１金属からなっており、前記第２セルタブは第２金属からなっている。前記第２セルタブは、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する。また、第２セルタブを第１セルタブに対向して配置する過程を含む。相互連結部材を第２セルタブに対向して配置する過程を含む。第１及び第２セルタブが溶接助力層と相互連結部材との間に配置されるように、溶接助力層を第１セルタブに対向して配置する過程を含む。また、超音波溶接機を用いて、第１及び第２セルタブ、相互連結部材及び溶接助力層を共に超音波溶接する過程を含む。
さらに他の実施例に係る相互連結アセンブリーを提供する。相互連結アセンブリーは、第１電池セルの第１セルタブを備える。第１セルタブは、第１金属からなる。相互連結アセンブリーは、さらに、第１セルタブに対向して配置される第２電池セルの第２セルタブを備える。前記第２セルタブは、第２金属からなる。前記第２金属は、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する。相互連結アセンブリーは、また、Ｕ字状部位、及び該Ｕ字状部位の端部に結合されている延長部位を有する。第１セルタブの少なくとも一部位と第２セルタブの少なくとも一部位が、Ｕ字状部位により定義された開口領域内に配置されており、Ｕ字状部位に接触している。溶接結合部が第１及び第２セルタブ、相互連結部材、及びＵ字状部位に形成される時、Ｕ字状部位は第１セルタブの変形を抑える。
さらに他の実施例は、電池モジュールにおいて相互連結アセンブリーを形成する方法を提供する。第１電池セルの第１タブ、第２電池セルの第２セルタブ、Ｕ字状部位と前記Ｕ字状部位の第１端部に結合されて延びている延長部位を有する相互連結部材を提供する過程を含む。第１セルタブは、第１金属からなっており、第２セルタブは、第２金属からなっている。第２金属は、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する。また、第１及び第２部位がＵ字状部位に接触するように、第１セルタブの少なくとも一部位と第２セルタブの少なくとも一部位を、相互連結部材のＵ字状部位により定義された開口領域内に配置する過程を含む。また、超音波溶接機を用いて、第１及び第２セルタブと相互連結部材のＵ字状部位を共に超音波溶接する過程を含む。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明するが、これは、本発明のより容易な理解を助けるためのもので、本発明の範ちゅうを限定するものではない。
図１を参照すると、一実施例に係る電池モジュール１０、超音波溶接機２０が示されている。電池モジュール１０の利点は、以下に詳しく説明されるように、向上した相互連結アセンブリーを使用することにある。電池モジュール１０は、電池セル２８，３０，３２，３４，３６，３８、回路基板６０、及び相互連結部材７４，７６，７８を備える。ここにいう「金属」は、純粋な金属、又は合金のいずれかを意味する。
電池セル２８〜３８はいずれも同一構造を有している。それぞれの電池セル２８〜３８は、パウチ形本体（図示せず）、及びパウチ形本体から延びた一対のセルタブを有している。例えば、電池セル３２は、パウチ形本体、セルタブ１０２、及びパウチ形本体から延びた他のセルタブ（図示せず）を有している。一実施例において、セルタブ１０２はアルミニウムからなっている。また、例えば、電池セル３４は、パウチ形本体、セルタブ１０４、及びパウチ形本体から延びた他のセルタブ（図示せず）を有している。他の実施例において、セルタブ１０４は、アルミニウムの硬度よりも大きい硬度を有する銅からなっている。
回路基板６０は、電池セル２８〜３８上に配置されており、電池セルからセルタブを受け入れるために回路基板を通って延びている貫通口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）１０７，１０８，１０９を有している。
図１〜図５を参照すると、相互連結部材７４，７６，７８は、電池セルのセル２８〜３８のセルタブに電気的に結合されるために提供される。相互連結部材７４，７６，７８の構造はいずれも同一になっている。一実施例において、相互連結部材７４，７６，７８は銅からなっている。勿論、他の実施例において、相互連結部材７４，７６，７８は、例えば、ステンレススチール又はニッケル合金のように、アルミニウムの硬度よりも大きい硬度を有する他の金属からなっていてもよい。説明の簡潔化のため、相互連結部材７６のみをより詳しく以下に説明する。相互連結部材７６は、Ｕ字状部位１２０、延長部位（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）１２２、及び結合タブ（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔａｂ）１２４，１２６，１２８，１３０を有する。
Ｕ字状部位１２０は、セルタブ１０２，１０４を受け入れるための開口領域（ｏｐｅｎ ｒｅｇｉｏｎ）１２１を定義する。Ｕ字状部位１２０は、実質的に互いに平行な壁１４０，１４２を含み、弓状部位（ａｒｃｕａｔｅ−ｓｈａｐｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）１４４は、壁１４０，１４２の間に設けられる。一実施例において、壁１４０，１４２の厚さは、互いに実質的に同一である。他の実施例において、向上した溶接結合部（ｗｅｌｄ ｊｏｉｎｔ）が相互連結アセンブリー１４９に形成されるように、壁１４０は壁１４２よりも薄い厚さを有する。
延長部位１２２は、壁１４０から延びており、Ｕ字状部位１２０により定義された開口領域１２１にセルタブ１０２，１０４を誘導する役割を担う。
結合タブ１２４，１２６，１２８，１３０は、Ｕ字状部位１２０の壁１４２から延びており、回路基板６０に相互連結部材７６を連結するために回路基板６０におけるそれぞれの貫通口に入るようになっている。
相互連結部材７６が超音波溶接機２０によりセルタブ１０２，１０４に溶接される時、相互連結部材７６及びセルタブ１０２，１０４は相互連結アセンブリー１４９を構成する。
相互連結アセンブリーの利点は、超音波溶接をする間に、壁１４０、セルタブ１０２，１０４及び壁１４２間に溶接結合部を形成する前にアルミニウムセルタブ１０２を超音波溶接用ホーンが貫通しないように、アルミニウムセルタブ１０２を保護するために、アルミニウムよりも大きい硬度の銅又はその金属（例えば、ニッケル合金又はステンレススチール）からなる壁１４０を使用するということにある。
図１を参照すると、超音波溶接機２０は、超音波溶接用ホーン１６０及びアンビル（ａｎｖｉｌ）１６２を備えている。セルタブ１０２，１０４に相互連結部材７６を超音波溶接する間に、超音波溶接用ホーン１６０は相互連結部材７６の壁１４０に接触し、アンビル１６２は相互連結部材７６の壁１４２に接触する。
図６を参照して、一実施例に係る相互連結アセンブリー１４９を形成する方法を説明する。
工程１８０において、電池セル３２のセルタブ１０２、電池セル３４のセルタブ１０４、及び相互連結部材７６を提供する。相互連結部材７６は、Ｕ字状部位１２０、及びＵ字状部位１２０の第１端部に結合されている延長部位１２２を有する。セルタブ１０２は第１金属（例えば、アルミニウム）からなっており、セルタブ１０４は第２金属（例えば、銅）からなっている。第２金属は、第１の金属の硬度よりも大きい硬度を有する。
工程１８２において、第１及び第２部位がＵ字状部位１２０に接触するように、セルタブ１０２の少なくとも第１部位とセルタブ１０４の少なくとも第２部位が、相互連結部材７６のＵ字状部位１２０により定義された開口領域１２１内に配置される。
工程１８４において、超音波溶接機２０は。セルタブ１０２，１０４と相互連結部材７６のＵ字状部位１２０とを超音波溶接する。
図７及び図８を参照すると、他の実施例に係る電池モジュール２００及び超音波溶接機２０が示されている。電池モジュール２００の利点は、次に詳しく説明されるように、電池モジュール２００が、向上した相互連結アセンブリーを使用するという点である。電池モジュール２００は、電池セル２１０，２１２，２１４，２１６，２１８，２２０、回路基板２３０、相互連結部材２４０，２４２，２４４、及び溶接助力層（ｗｅｌｄ ａｓｓｉｓｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）２５０，２５２，２５４を備えている。
電池セル２１０〜２２０はいずれも同一の構造を有している。それぞれの電池セル２１０〜２２０は、パウチ形本体（図示せず）、及びパウチ形本体から延びた一対のセルタブを有している。例えば、電池セル２１４は、パウチ形本体（図示せず）、セルタブ２７４、及びパウチ形本体から延びた他のセルタブ（図示せず）を有している。一実施例において、セルタブ２７４はアルミニウムからなっている。また、例えば、電池セル２１６は、パウチ形本体（図示せず）、セルタブ２７６、及びパウチ形本体から延びた他のセルタブ（図示せず）を有している。他の実施例において、セルタブ２７６はアルミニウムの硬度よりも大きい硬度を有する銅からなっている。
回路基板２３０は、電池セル２１０〜２２０上に配置されており、これら電池セルからセルタブを受け入れるために回路基板を通って延びている貫通口２３１，２３２，２３４を有している。
相互連結部材２４０，２４２，２４４は、電池セル２１０〜２２０のセルタブに電気的に結合するために提供される。相互連結部材２４０，２４２，２４４の構造はいずれも同一である。一実施例において、相互連結部材２４０，２４２，２４４は銅からなっている。勿論、他の実施例において、相互連結部材２４０，２４２，２４４は、アルミニウムよりも大きい硬度の他の金属（例えば、ニッケル合金又はステンレススチール）からなっていてもよい。説明の簡潔化のため、相互連結部材２４２のみが以下に詳しく説明される。相互連結部材２４２は、壁２９０，２９２、結合タブ２９４、及びその他結合タブ（図示せず）を有する。壁２９２は、壁２９０の端部から延びており、壁２９０に実質的に垂直に配置されている。結合タブ２９４は、壁２９２の端部から延びており、壁２９２に実質的に垂直に配置されている。結合タブ２９４とその他結合タブ（図示せず）は、回路基板２３０に相互連結部材２４２を連結するように構成されている。
溶接助力層２５０，２５２，２５４は、溶接助力層２５２、セルタブ２７４，２７６及び相互連結部材２４２間に溶接結合部が形成される間に、超音波溶接用ホーン１６０がアルミニウムセルタブに穴を開けることを防止するために、アルミニウムセルタブに隣接して配置されている。溶接助力層２５２は、扁平壁部（ｆｌａｔ ｗａｌｌ ｐｏｒｔｉｏｎ）３００、及び扁平壁部３００の端部から延びた弓状部位３０２を有する。扁平壁部３００は、セルタブ２７４に隣接して配置され、弓状部位３０２は、セルタブ２７４，２７６の上端部の上で延びている。一実施例において、各溶接助力層２５０，２５２，２５４の厚さは、相互連結部材２４２の壁２９０の厚さと実質的に同一である。他の実施例において、各溶接助力層２５０，２５２，２５４の厚さは、相互連結アセンブリー３０５において向上した溶接が可能となるように、相互連結部材２４２の壁２９０の厚さよりも薄くてもよい。
溶接助力層２５２と相互連結部材２４２が超音波溶接機２０によりセルタブ２７４，２７６に溶接される時、溶接助力層２５２、セルタブ２７４，２７６及び相互連結部材２４２は、相互連結アセンブリー３０５を構成する。相互連結アセンブリー３０５の利点は、超音波溶接をする間に、溶接助力層２５２、セルタブ２７４，２７６及び相互連結部材２４２間に溶接結合部を形成する前に超音波溶接用ホーン１６０がアルミニウムセルタブ２７４を貫通しないように、アルミニウムセルタブ２７４を保護するためにアセンブリーが溶接助力層２５２を使用するということにある。
図９を参照して、他の実施例に係る相互連結アセンブリー３０５の形成方法を説明する。
工程３２０において、電池セル２１４のセルタブ２７４、電池セル２１６のセルタブ２７６、相互連結部材２４２、及び溶接助力層２５２を提供する。セルタブ２７４は、第１金属（例えば、アルミニウム）、セルタブ２７６は第２金属（例えば、銅）からなっている。第２金属は第１の金属の硬度よりも大きい硬度を有する。
工程３２２において、セルタブ２７６をセルタブ２７４に対向して配置する。
工程３２４において、相互連結部材２４２をセルタブ２７６に対向して配置する。
工程３２６において、セルタブ２７４，２７６が溶接助力層２５２と相互連結部材２４２との間に配置されるように、溶接助力層２５２をセルタブ２７４に対向して配置する。
工程３２８において、超音波溶接機２０を用いてセルタブ２７４，２７６、相互連結部材２４２及び溶接助力層２５２を共に超音波溶接する。
本発明の属した分野における通常の知識を有する者にとっては上記の内容に基づいて本発明の範ちゅう内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上説明した通り、上記の相互連結アセンブリー及び相互連結アセンブリーを形成する方法は、他のアセンブリー及び方法に比べて格別な利点を提供する。特に、上記の相互連結アセンブリー及び方法は、超音波溶接用ホーンが、アルミニウムのように相対的に柔軟な金属からなるセルタブに穴を開けることを防止できるように、相互連結部材又は溶接助力層を使用する技術的な効果を提供する。
１０，２００ ・・・電池モジュール
２０ ・・・超音波溶接機
２８，３０，３２，３４，３６，３８，２１０，２１２，２１４，２１６，２１８，２２０ ・・・電池セル
６０，２３０ ・・・回路基板
７４，７６，７８，２４０，２４２，２４４ ・・・相互連結部材
１０２，１０４，２７４，２７６ ・・・セルタブ
１０７，１０８，１０９，２３１，２３２，２３４ ・・・貫通口
１２０ ・・・Ｕ字状部位
１２１ ・・・開口領域
１２２ ・・・延長部位
１２４，１２６，１２８，１３０，２９４ ・・・結合タブ
１４０，１４２，２９０，２９２ ・・・壁
１４４，３０２ ・・・弓状部位
１４９，３０５ ・・・相互連結アセンブリー
１６０ ・・・超音波溶接用ホーン
１６２ ・・・アンビル
２５０，２５２，２５４ ・・・溶接助力層
３００ ・・・扁平壁部
２０ ・・・超音波溶接機
２８，３０，３２，３４，３６，３８，２１０，２１２，２１４，２１６，２１８，２２０ ・・・電池セル
６０，２３０ ・・・回路基板
７４，７６，７８，２４０，２４２，２４４ ・・・相互連結部材
１０２，１０４，２７４，２７６ ・・・セルタブ
１０７，１０８，１０９，２３１，２３２，２３４ ・・・貫通口
１２０ ・・・Ｕ字状部位
１２１ ・・・開口領域
１２２ ・・・延長部位
１２４，１２６，１２８，１３０，２９４ ・・・結合タブ
１４０，１４２，２９０，２９２ ・・・壁
１４４，３０２ ・・・弓状部位
１４９，３０５ ・・・相互連結アセンブリー
１６０ ・・・超音波溶接用ホーン
１６２ ・・・アンビル
２５０，２５２，２５４ ・・・溶接助力層
３００ ・・・扁平壁部
Claims (19)
- 第１金属からなる、第１電池セルの第１セルタブと、
前記第１セルタブに対向して配置されており、前記第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する第２金属からなる、第２電池セルの第２セルタブと、
第２セルタブに対向して配置されている相互連結部材と、
溶接助力層であって、前記第１セルタブ及び前記第２セルタブが溶接助力層と相互連結部材との間に配置されるようにし、溶接結合部が前記第１セルタブ及び前記第２セルタブ、相互連結部材、及び溶接助力層に形成される時、第１セルタブの変形を抑えるように、前記第１セルタブに対向して配置されている溶接助力層と、
を備えている、電池モジュールにおける相互連結アセンブリーにおいて、
前記溶接助力層、前記第１セルタブ、前記第２セルタブ、及び前記相互連結部材は、前記溶接助力層及び前記相互連結部材が超音波溶接機により前記第１セルタブ及び前記第２セルタブに溶接された前記相互連結アセンブリーを構成し、
前記溶接助力層の厚さは、前記相互連結アセンブリーにおける改善された溶接を可能にするために前記相互連結部材の厚さより薄いことを特徴とする、電池モジュールにおける相互連結アセンブリー。 - 前記第１金属は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１に記載の相互連結アセンブリー。
- 前記第２金属は、銅であることを特徴とする、請求項１に記載の相互連結アセンブリー。
- 前記溶接助力層は、扁平壁部、及び該扁平壁部から延びた弓状部位を有していることを特徴とする、請求項１に記載の相互連結アセンブリー。
- 前記溶接助力層は、第２金属又は前記第１金属及び前記第２金属と異なる第３金属からなることを特徴とする、請求項１に記載の相互連結アセンブリー。
- 前記相互連結部材は、第２金属又は前記第１金属及び前記第２金属と異なる第３金属からなることを特徴とする、請求項１に記載の相互連結アセンブリー。
- 電池モジュールにおいて相互連結アセンブリーを形成する方法であって、
第１金属からなる、第１電池セルの第１セルタブ、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する第２金属からなる、第２電池セルの第２セルタブ、相互連結部材、及び溶接助力層を提供する過程と、
前記第２セルタブを前記第１セルタブに対向して配置する過程と、
前記相互連結部材を第２セルタブに対向して配置する過程と、
前記第１セルタブ及び前記第２セルタブが前記溶接助力層と前記相互連結部材との間に配置されるように、前記溶接助力層を前記第１セルタブに対向して配置する過程と、
超音波溶接機を用いて、前記第１セルタブ及び前記第２セルタブ、前記相互連結部材、及び溶接助力層を共に超音波溶接する過程と、
を含み、
前記溶接助力層、前記第１セルタブ、前記第２セルタブ、及び前記相互連結部材は、前記溶接助力層及び前記相互連結部材が超音波溶接機により前記第１セルタブ及び前記第２セルタブに溶接された前記相互連結アセンブリーを構成することを特徴とする、方法。 - 前記第１金属は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記第２金属は、銅であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記溶接助力層は、第２金属又は前記第１金属及び前記第２金属と異なる第３金属からなることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記相互連結部材は、第２金属又は前記第１金属及び前記第２金属と異なる第３金属からなることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 第１金属からなる、第１電池セルの第１セルタブと、
前記第１セルタブに対向して配置されており、前記第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する第２金属からなる、第２電池セルの第２セルタブと、
Ｕ字状部位、及び該Ｕ字状部位の端部に結合されている延長部位を有する相互連結部材であって、溶接結合部が前記第１セルタブ及び前記第２セルタブ、該相互連結部材、及びＵ字状部位に形成される時、前記Ｕ字状部位が第１セルタブの変形を抑えるように、前記第１セルタブの少なくとも一部位及び前記第２セルタブの少なくとも一部位が、Ｕ字状部位により定義された開口領域内に配置されており、Ｕ字状部位に接触している相互連結部材と、
を備えており、
前記相互連結部材、前記第１セルタブ、及び前記第２セルタブは、前記相互連結部材が超音波溶接機により前記第１セルタブ及び前記第２セルタブに溶接された相互連結アセンブリーを構成し、
前記Ｕ字状部位は、互いに略平行である第１壁及び第２壁と、前記第１壁と前記第２壁との間に連結された弓状部位と、を含み、
前記第１壁は、改善された溶接結合部が前記相互連結アセンブリーに形成されることを可能にするために、前記第２壁の厚さより薄い厚さを有することを特徴とする、電池モジュールにおける相互連結アセンブリー。 - 前記第１金属は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１２に記載の相互連結アセンブリー。
- 前記第２金属は、銅であることを特徴とする、請求項１２に記載の相互連結アセンブリー。
- 前記相互連結部材は、第２金属又は前記第１金属及び前記第２金属と異なる第３金属からなることを特徴とする、請求項１２に記載の相互連結アセンブリー。
- 電池モジュールにおいて相互連結アセンブリーを形成する方法であって、
第１金属からなる、第１電池セルの第１セルタブ、第１金属の硬度よりも大きい硬度を有する第２金属からなる、第２電池セルの第２セルタブ、及びＵ字状部位と該Ｕ字状部位の第１端部に結合されている延長部位を有する相互連結部材を提供する過程と、
第１及び第２部位がＵ字状部位に接触するように、第１セルタブの少なくとも一部位と第２セルタブの少なくとも一部位を、前記相互連結部材のＵ字状部位により定義された開口領域内に配置する過程と、
超音波溶接機を用いて、前記第１セルタブ及び前記第２セルタブと前記相互連結部材のＵ字状部位を共に超音波溶接する過程と、
を含み、
前記相互連結部材、前記第１セルタブ、及び前記第２セルタブは、前記相互連結部材が超音波溶接機により前記第１セルタブ及び前記第２セルタブに溶接された前記相互連結アセンブリーを構成することを特徴とする、方法。 - 前記第１金属は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記第２金属は、銅であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記相互連結部材は、第２金属又は前記第１金属及び前記第２金属と異なる第３金属からなることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
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