JP7068723B2 - 電池の導電性フレーム - Google Patents

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Description

本発明は、セルの接続に用いられ、且つ、セルの接続過程においてセルの損傷を回避可能な電池の導電性フレームを提供する。
二次電池には、主に、ニッケル水素電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池が含まれる。リチウム電池は、エネルギー密度が高く、操
作電圧が高く、使用温度範囲が広く、メモリー効果がなく、長寿命であり、複数回の充放電に耐え得る等の利点を有する。また、例えば、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のポータブル式電子製品に幅広く使用されており、近年では更に自動車分野にも利用されている。
セル(Cell)の構造には、主に、正極材、電解液、負極材、セパレータ及びハウジングが含まれる。セパレータは、正極材と負極材を隔離して短絡を回避するためのものである。また、電解液は、多孔質のセパレータ内に設置され、イオンの電荷を伝導する役割を担う。ハウジングは、上記の正極材、セパレータ、電解液及び負極材を覆うために用いられる。一般的に、ハウジングは金属材質からなるのが常である。
使用時には、電池の導電性フレームを介して複数のセルを直列及び/又は並列に接続することでセル群を形成し、セル群によって製品に必要な電圧を出力可能とする。一般的には、電気溶接によって電池の導電性フレームとセルを接続する。電気溶接の過程では、電池の導電性フレームとセルの温度を上げ、電池の導電性フレームをセルの正極又は負極のハウジングに向かって押し付けることで、電池の導電性フレームとセルの接続を完了させる必要がある。しかし、上記の電池の導電性フレームとセルの接続過程では、往々にしてセルのハウジングが過度に大きな圧力及び/又は過度に高い温度を受けて破損し、更にはセルの破損を招来してしまう。
本発明の目的の一つは、第1導電部及び複数の第2導電部を含み、第1導電部が溶接部を介して第2導電部に接続される電池の導電性フレームを提供することである。第1導電部及び第2導電部はそれぞれ異なる金属材質からなり、第2導電部の抵抗は第1導電部の抵抗よりも大きい。本発明で記載する電池の導電性フレームを応用すれば、電気溶接により電池の導電性フレームとセルを接続する際の消費エネルギーを低下させられる。また、更には、電気溶接過程におけるセル構造の損傷を減少させられるため、製品の歩留まり及び信頼性が向上する。
本発明の目的の一つは、主に、第1導電部及び複数の第2導電部を含み、第2導電部が第1導電部と完全に重なり合うとともに、第1導電部の表面に突起を形成する電池の導電性フレームを提供することである。電池の導電性フレームは、第2導電部を介してセルに接続される。第1導電部とセルの間には隙間が形成されるため、故障したセルから噴き出した電池の液体やガスを隙間から排出可能である。また、電池の液体やガスと電池の導電性フレーム又はその他のセルとの接触の機会及びそれに伴う被害が低減する。
本発明の目的の一つは、複数のセルを直列及び/又は並列に接続するための電池の導電性フレームであって、セルが、正極、負極及び絶縁リングを含んでおり、絶縁リングがセルの正極と負極を隔離するために用いられる電池の導電性フレームを提供することである。電池の導電性フレームは、第2導電部を介してセルの正極に接続可能である。第2導電部の断面積は、正極又は絶縁リングにより形成される囲繞領域の断面積よりも小さい。
本発明は、第1導電部と、第1の面及び第2の面を有し、第1の面が溶接部を介して第1導電部に接続される複数の第2導電部と、第2導電部の第2の面に設置されてセルとの接続に用いられる少なくとも1つの突出溶接部、を含み、第1導電部及び第2導電部が異なる材質からなり、且つ、第2導電部の抵抗が第1導電部の抵抗よりも大きい電池の導電性フレームを提供する。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第2導電部は、第2導電部の第1の面に位置する少なくとも1つの凹部を含み、凹部の位置は突出溶接部に対応している。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第2導電部と第1導電部は部分的に重なり合う。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第2導電部上の突出溶接部は第1導電部と重ならない。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第2導電部は、第1導電部と完全に重なり合うとともに、第1導電部とこれに接続されるセルとの間に隙間が備わるよう、第1導電部の表面に突起を形成する。
上記の電池の導電性フレームは、セルの正極と負極を隔離するための絶縁リングを含む。絶縁リングは囲繞領域を有し、セルの正極は囲繞領域内に位置する。且つ、第2導電部の断面積は絶縁リングの囲繞領域又は正極の断面積以下である。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第2導電部は、第2導電部の第1の面に位置する少なくとも1つの凹部を含む。凹部の位置は突出溶接部に対応しており、溶接部は、第2導電部の第1の面と凹部に接続される。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第1導電部は、各第2導電部にそれぞれ接続される複数の分岐を含む。
上記の電池の導電性フレームにおいて、第1導電部は、複数のサブ分岐が接続される複数の分岐を含み、サブ分岐を介して第2導電部に接続される。
図1は、本発明における電池の導電性フレームの一実施例の平面図である。 図2は、本発明における電池の導電性フレームとセルの一実施例の側面図である。 図3は、本発明における電池の導電性フレームとセルの一実施例の接続時の側面図である。 図4は、本発明における電池の導電性フレームの更なる実施例の平面図である。 図5は、本発明における電池の導電性フレームの更なる実施例の平面図である。 図6は、本発明における電池の導電性フレームとセルの更なる実施例の側面図である。 図7は、本発明における電池の導電性フレームとセルの一実施例の接続時の側面図である。 図8は、本発明における電池の導電性フレームの更なる実施例の平面図である。
本発明における電池の導電性フレームの一実施例の平面図及び側面図である図1及び図2を参照する。図示するように、電池の導電性フレーム10は、主に、第1導電部11、少なくとも1つの第2導電部13及び少なくとも1つの突出溶接部151を含む。第1導電部11及び第2導電部13は異なる材質からなり、且つ、溶接部12を介して第1導電部11と第2導電部13が接続される。
第2導電部13は、第1の面131と第2の面133を含む。例えば、第1の面131及び第2の面133は第2導電部13上の対向する2つの面である。第2導電部13の一
部の第1の面131が溶接部12を介して第1導電部11に接続されることで、電池の導電性フレーム10の本体構造が形成される。例えば、溶接(welding)によって第1導電部11と第2導電部13を接続すればよい。
本発明の一実施例において、第2導電部13の第1の面131には少なくとも1つの突出溶接部155を設置すればよい。突出溶接部155は第2導電部13の第1の面131から突出する突起とすればよい。第2導電部13は、突出溶接部155を介して第1導電部11に接続可能である。実際に応用する際には、抵抗溶接によって第1導電部11と第2導電部13を接続すればよい。例えば、第2導電部13の第1の面131に位置する突出溶接部155を第1導電部11の下面に接触させ、第1導電部11を通じて第2導電部13に電気を供給すればよい。これにより、第2導電部13の突出溶接部155及びこれと接触する第1導電部11の温度を上昇させて、第1導電部11と第2導電部13の間に溶接部12を形成する。
また、第2導電部13の第2の面133には少なくとも1つの突出溶接部151を設置する。突出溶接部151は、第2導電部13の第2の面133から突出する突起とすればよい。第2導電部13は、突出溶接部151を介してセル17のハウジング171に接続可能であり、例えばハウジングの正極又は負極に接続される。
本発明の一実施例では、スタンピング成形によって、第2導電部13の第1の面131及び第2の面133にそれぞれ突出溶接部155/151を形成すればよい。また、第2導電部13の第2の面133及び第1の面131には少なくとも1つの凹部157/153を形成する。凹部157/153の位置は、突出溶接部155/151の位置に対応している。
言うまでもなく、スタンピング成形による第2導電部13の製造は本発明の一実施例にすぎず、本発明の権利範囲を制限するものではない。よって、本発明は、第2導電部13の第1の面131及び第2の面133が少なくとも1つの凹部153/157を有する場合に限定しない。実際に応用する場合には、その他の方式で第2導電部13を製造してもよい。例えば、鋳造によって第2導電部13を製造し、第2導電部13の第1の面131及び第2の面133に凹部153/157を存在させない。
本発明の実施例において、第2導電部13と第1導電部11は部分的に重なり合うが、第2導電部13の突出溶接部151及び/又は凹部153は第1導電部11と重ならない。具体的には、突出溶接部151及び/又は凹部153を第2導電部13における第1導電部11とは重ならない領域に設置すればよい。これにより、第1導電部11と第2導電部13を接続する溶接部12が第2導電部13の凹部153と接触することがない。
実際に応用する際には、主に溶接によって、第2導電部13、突出溶接部151及びセル17のハウジング171を接続する。溶接は、加熱又は加圧によって異質の金属を接合するプロセス技術である。
本発明の一実施例では、抵抗溶接によって、第2導電部13、突出溶接部151及びセル17のハウジング171を接続すればよい。まず、第2導電部13上の突出溶接部151をセル17に接触させる。例えば、セル17の正極又は負極のハウジング171に接触させる。なお、ハウジング171は金属材質からなる。
次に、第2導電部13、突出溶接部151及びセル17のハウジング171に電流を供給する。第2導電部13、突出溶接部151及びセル17のハウジング171はいずれも金属材質からなり、電気抵抗を有している。そのため、電流が第2導電部13、突出溶接
部151及びセル17のハウジング171を流れる際に、突出溶接部151及びこれと接触するセル17のハウジング171の温度が上昇する。
第2導電部13、突出溶接部151及びセル17のハウジング171の温度が特定の値に達すると、溶融によって溶融池が形成される。次に、第2導電部13及び突出溶接部151を介してセル17のハウジング171に圧力を付与すると、第2導電部13上の突出溶接部151がセル17のハウジング171に嵌入する。そして、第2導電部13、突出溶接部151及びセル17のハウジング171の温度が低下することで、第2導電部13とセル17との接続が完了する。
一般的には、電池の導電性フレームを通じてセルが充放電する際のエネルギーロスを低下させるために、電池の導電性フレームは、低抵抗且つ高導電率特性の材質を選択して製造するのが常である。しかし、抵抗溶接によって低抵抗の電池の導電性フレーム及びこれと接触するセルのハウジングを接続する場合には、電池の導電性フレーム及びセルのハウジングに比較的大きな電流を供給する必要があり、電池の導電性フレームとセルを溶接する際の消費エネルギーが増大してしまう。
また、通常、電池の導電性フレームは、断面積を増大させて電気抵抗を低下させるために、比較的分厚くなっている。しかし、電池の導電性フレームは、厚さが増大するにつれて構造強度が上昇するため、セルのハウジングと接続する際に変形が生じにくい。このことから、電池の導電性フレームを介してセルのハウジングに圧力を付与する際に、セルのハウジングを大きく変形させる恐れがある。例えば、電池の導電性フレーム上の突出溶接部が、セルのハウジングをより深く又は広く凹陥させることがある。
上記より、電池の導電性フレームとセルを接続する過程でセルのハウジング構造が破壊される恐れがある。例えば、セルのハウジングに金属の亀裂が生じる結果、セルの信頼性及び耐用性に支障をきたすことがある。しかし、電池の導電性フレームとセルを溶接する際に発生する上記の課題を回避するために高抵抗且つ低導電率の電池の導電性フレームを選択すると、電池の導電性フレームを通じてセルが充放電する際のエネルギーロスが増大する。
上記の課題を解決するために、本発明では2つの異なる材質で電池の導電性フレーム10を製造することを提案する。第1導電部11及び第2導電部13はそれぞれ異なる材質からなり、第2導電部13の抵抗及び/又は抵抗係数は第1導電部11よりも大きい。即ち、第1導電部11の導電率は第2導電部13よりも高い。例えば、第1導電部11を銅とし、第2導電部13をニッケルとすればよい。
第2導電部13は比較的大きな電気抵抗を有する。そのため、抵抗溶接により電池の導電性フレーム10の第2導電部13及びこれと接触するセル17のハウジング171を接続する際に、第2導電部13に供給する電流を低下させることができる。これにより、抵抗溶接により第2導電部13とセル17のハウジング171を接続できるため、電池の導電性フレーム10とセル17を接続する際の消費エネルギーを効果的に低下させられる。
このほか、第2導電部13の厚さを小さくすることも可能なため、第2導電部13の構造強度が低下する。例えば、第2導電部13の厚さ又は断面積を第1導電部11の厚さ又は断面積よりも小さくする。抵抗溶接により第2導電部13とセル17のハウジング171を接続する際には、第2導電部13とセル17のハウジング171の双方が変形するため、セル17のハウジング171の変形度合を低下させられる。例えば、第2導電部13上の突出溶接部151が抵抗溶接の過程で変形するため、図3に示すように、突出溶接部151からセル17のハウジング171に圧力を付与する際に発生する変形部173の深
さ及び/又は面積を小さくすることができる。これにより、電池の導電性フレーム10とセル17の接続過程でセル17のハウジング171の構造が破壊されるとの事態を回避可能となる。例えば、セル17のハウジング171における金属の亀裂を防止可能となるため、セル17の耐用性及び信頼性が向上する。
このほか、第1導電部11は電気抵抗値が比較的低いため、電池の導電性フレーム10の電気抵抗値が第2導電部13の設置により大幅に増大することはない。よって、電池の導電性フレーム10を通じてセル17が充放電する際のエネルギーロスを減少させられる。
本発明の図1の実施例において、第1導電部11の外観はフィッシュボーン形状に類似しており、複数の分岐111を有している。第1導電部11の各分岐111は、それぞれ溶接部12を介して第2導電部13に接続される。例えば、第1導電部11は6つの分岐111を含み、6つの分岐111を介して6つの第2導電部13にそれぞれ接続してもよい。また、6つの第2導電部13がそれぞれセル17に接続されることで、電池の導電性フレーム10は直列及び/又は並列に6つのセル17に接続される。
本発明の他の実施例では、図4に示すように、第1導電部11の各分岐111にそれぞれ複数のサブ分岐113を設置してもよい。各サブ分岐113がそれぞれ第2導電部13に接続されることで、第1導電部11の各分岐111はそれぞれ複数の第2導電部13に接続される。例えば、第1導電部11は6つの分岐111を含み、各分岐111にそれぞれ2つのサブ分岐113を接続してもよい。また、各サブ分岐113をそれぞれ第2導電部13に接続することで、各分岐111は2つの第2導電部13を介してセル17に接続される。
具体的に、第1導電部11上の分岐111及びサブ分岐113の数、第1導電部11に接続される第2導電部13及びセル17の数は、いずれも本発明の権利範囲を制限するものではない。
本発明における電池の導電性フレームの更なる実施例の平面図及び側面図である図5及び図6を参照する。図示するように、電池の導電性フレーム20は、主に、第1導電部21、少なくとも1つの第2導電部23及び少なくとも1つの突出溶接部251を含む。第1導電部21及び第2導電部23は異なる材質からなっており、且つ溶接部22を介して互いに接続される。
具体的に、第2導電部23は、第1の面231と第2の面233を含む。第2導電部23の第1の面231が溶接部22を介して第1導電部21に接続されることで、電池の導電性フレーム20の本体構造が形成される。
本発明の一実施例において、第2導電部23の第1の面231には少なくとも1つの突出溶接部255を設置すればよい。突出溶接部255は第2導電部23の第1の面231から突出する突起とすればよい。第2導電部23は、突出溶接部255を介して第1導電部21に接続可能である。実際に応用する際には、抵抗溶接によって第1導電部21と第2導電部23を接続すればよい。例えば、第2導電部23の第1の面231に位置する突出溶接部255を第1導電部21の下面に接触させ、第1導電部21を通じて第2導電部23に電気を供給すればよい。これにより、第2導電部23の突出溶接部255及びこれと接触する第1導電部21の温度を上昇させて、第1導電部21と第2導電部23の間に溶接部22を形成する。
本発明の実施例では、図6に示すように、第2導電部23の断面積A2が第1導電部2
1の断面積A1よりも小さい。第2導電部23は第1導電部21と完全に重なり合うとともに、第1導電部21の表面に突起を形成する。例えば、第1導電部21と第2導電部23の第1の面231及び/又は第2の面233が完全に重なり合う。第2導電部23が溶接部22を介して第1導電部21に接続されると、第2導電部23が、第1導電部21の表面(例えば下面)に突出した導電部を形成する。
第2導電部23の第2の面233には少なくとも1つの突出溶接部251が設置される。突出溶接部251は、第2導電部213の第2の面233から突出する突起とすればよい。また、第2導電部23の第1の面23には少なくとも1つの凹部253を設置すればよい。凹部253の設置位置は突出溶接部251の設置位置に対応している。なお、別の実施例では、第2導電部23の第1の面231に凹部253を存在させなくともよい。
第2導電部23と第1導電部21は完全に重なり合うため、第2導電部23上の突出溶接部251及び/又は凹部253もまた第1導電部21と重なり合う。第2導電部23の第1の面231が凹部253を有する場合には、第1導電部21と第2導電部23を接続する溶接部22を第2導電部23の第1の面231にのみ位置させればよく、凹部253内には溶接部22を設置しない。なお、別の実施例では、第2導電部23の第1の面231及び凹部253の双方に溶接部22を設置する
本発明の一実施例では、抵抗溶接によって、第2導電部23、突出溶接部251及びセル27のハウジング271を接続することで、第2導電部23とセル27との接続を完了すればよい。本発明の実施例では、2つの異なる材質で電池の導電性フレーム20を製造する。第2導電部23の抵抗及び/又は抵抗係数は第1導電部21よりも大きい。即ち、第1導電部21の導電率は第2導電部23よりも高い。例えば、第1導電部21を銅とし、第2導電部23をニッケルとすればよい。
そのため、抵抗溶接により電池の導電性フレーム20及びこれと接触するセル27のハウジング271を接続する際に、第1導電部21から第2導電部23及びセル27のハウジング271に供給する電流を低下させることができる。これにより、電池の導電性フレーム20とセル27を接続する際の消費エネルギーを効果的に低下させられる。
このほか、第2導電部23の厚さを小さくすることも可能なため、第2導電部23の構造強度が低下する。これにより、第2導電部23上の突出溶接部251も抵抗溶接の過程で変形するため、図7に示すように、突出溶接部251からセル27のハウジング271に圧力を付与する際に発生する変形部273の深さ及び/又は面積を小さくすることができる。よって、接続時におけるセル27のハウジング構造の破壊が回避される。
本発明の図5の実施例において、第1導電部21の外観はフィッシュボーン形状に類似しており、複数の分岐211を有している。また、第1導電部21の各分岐211には、それぞれ溶接部22を介して第2導電部23が接続される。各第2導電部23は、これらに接続される第1導電部21の分岐211とそれぞれ完全に重なり合う。
本発明の他の実施例では、図8に示すように、第1導電部21の各分岐211にそれぞれ複数のサブ分岐213を接続してもよい。各サブ分岐213はそれぞれ第2導電部23に接続される。これにより、第1導電部21の各分岐211は、それぞれ複数の第2導電部23に接続されるとともに、複数の第2導電部23を介してセル27に接続される。
具体的に、第1導電部21上の分岐211及びサブ分岐213の数、第1導電部21に接続される第2導電部23及びセル27の数は、いずれも本発明の権利範囲を制限するものではない。
第2導電部23は第1導電部21と完全に重なり合うとともに、第1導電部21の表面(例えば下面)から突出する。そのため、電池の導電性フレーム20を第2導電部23を介してセル27のハウジング271に接続すると、図7に示すように、第1導電部21とこれに接続されるセル27との間に隙間Gが形成される。よって、セル27が破損して電池の液体やガスが噴き出した場合には、噴き出した電池の液体やガスを第1導電部21とセル27との隙間Gから排出可能である。また、電池の液体やガスと電池の導電性フレーム20及び/又はその他のセル27との接触時間又は接触機会が低減するため、その他のセル27に対する被害が減少する。
本発明の一実施例において、セル27は正極272と負極274を含み、且つ、絶縁リング275によってセル27の正極272と負極274を隔離すればよい。具体的に、絶縁リング275は囲繞領域24を形成可能であり、セル27の正極272が絶縁リング275の囲繞領域24内に位置している。且つ、正極272の面積は囲繞領域24の面積以下である。また、負極274は絶縁リング275の外部に位置する。
本発明の一実施例において、第2導電部23の断面積A2は絶縁リング275の内部の囲繞領域24の断面積A3以下である。即ち、第2導電部23の断面積A2はセル27の正極272の断面積以下である。電池の導電性フレーム20をセル27の正極に接続する際には、第2導電部23のみが絶縁リング275内に位置する正極と接触する。
一般的に、セル27が故障すると、セル27内の電池の液体やガスが正極272及び負極274と境を接する絶縁リング275を通じてセル27から噴き出すことが常である。しかし、本発明の実施例では、第2導電部23が絶縁リング275内の正極272にのみ接続されており、第1導電部21とセル27の絶縁リング275及びハウジング271との間には隙間Gが備わっている。そのため、セル27から噴き出した電池の液体やガスを隙間Gから外部に伝達可能である。
以上は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。即ち、本発明の特許請求の範囲に記載する形状、構造、特徴及び精神に基づきなされる等価の変形及び補足は、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。
10 電池の導電性フレーム
11 第1導電部
111 分岐
113 サブ分岐
12 溶接
13 第2導電部
131 第1の面
133 第2の面
151 突出溶接部
153 凹部
17 セル
171 ハウジング
173 変形部
20 電池の導電性フレーム
21 第1導電部
211 分岐
213 サブ分岐
22 溶接
23 第2導電部
231 第1の面
233 第2の面
24 囲繞領域
251 突出溶接部
253 凹部
27 セル
271 ハウジング
272 正極
273 変形部
274 負極
275 絶縁リング
A1 断面積
A2 断面積
A3 断面積
G 隙間

Claims (7)

  1. 第1導電部、
    第1の面及び第2の面を含み、前記第1の面が溶接部を介して前記第1導電部に接続される複数の第2導電部、及び
    前記第2導電部の前記第2の面に設置されてセルとの接続に用いられる少なくとも1つの突出溶接部、を含み、
    前記第1導電部及び前記第2導電部は異なる材質からなり、且つ、前記第2導電部の抵抗は前記第1導電部の抵抗よりも大きく、
    前記第2導電部は、前記第1導電部と完全に重なり合うとともに、前記第1導電部とこれに接続される前記セルとの間に隙間が備わるよう、前記第1導電部の表面に突起を形成する、電池の導電性フレーム。
  2. 前記第2導電部は、前記第2導電部の前記第1の面に位置する少なくとも1つの凹部を含み、前記凹部の位置は前記突出溶接部に対応している、請求項1に記載の電池の導電性フレーム。
  3. 前記セルの正極と負極を隔離するための絶縁リングを含み、前記絶縁リングは囲繞領域を有し、前記セルの前記正極は前記囲繞領域内に位置し、且つ、前記第2導電部の断面積は前記絶縁リングの前記囲繞領域又は前記正極の断面積以下である、請求項に記載の電池の導電性フレーム。
  4. 前記第2導電部は、前記第2導電部の前記第1の面に位置する少なくとも1つの凹部を含み、前記凹部の位置は前記突出溶接部に対応しており、前記溶接部は、前記第2導電部の前記第1の面と前記凹部に接続される、請求項に記載の電池の導電性フレーム。
  5. 前記第1導電部は、各前記第2導電部にそれぞれ接続される複数の分岐を含む、請求項1に記載の電池の導電性フレーム。
  6. 前記第1導電部は、複数のサブ分岐が接続される複数の分岐を含み、前記サブ分岐を介して前記第2導電部に接続される、請求項1に記載の電池の導電性フレーム。
  7. 前記第2導電部の厚さ又は断面積は、前記第1導電部の厚さ又は断面積よりも小さい、請求項1に記載の電池の導電性フレーム。
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