KR100825908B1

KR100825908B1 - 단전지 사이의 접속 구조

Info

Publication number: KR100825908B1
Application number: KR1020060029865A
Authority: KR
Inventors: 히로시 카와노; 이사오 마츠모토; 케이스케 아오키; 요시미츠 히로시마; 히로시 나루사와
Original assignee: 가부시키가이샤 엠앤지 에코 배터리
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-04-29
Also published as: JP5015455B2; US7887947B2; CN100565976C; JP2007179816A; KR20070068976A; EP1804312A2; EP1804312A3; US20070184342A1; CN1992389A

Abstract

본 발명은, 전지 사이의 저항을 큰 폭으로 저감하여, 기계적 강도를 향상시킨 전지 사이의 접속 구조를 제공한다. 한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스(2, 5)와, 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스(2, 5)의 개구부를 폐색하는 봉구판(3)을 구비한 전지(B1, B2)를 복수개 직렬로 접속하는 단전지 사이의 접속 구조에 있어서,　한쪽 전지(B1)의 전지 케이스(2) 바닥부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전(導電) 가능하도록 접합되고, 다른 쪽 전지(B2)의 봉구판(3) 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링(1b)이 도전 가능하도록 접합되고, 상기 제1 금속제 링(1a)과 상기 제2 금속제 링(1b)이 끼워맞춤된 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조로 한다.

Description

단전지 사이의 접속 구조{CONNECTION STRUCTURE BETWEEN UNIT CELLS}

도 1은 본 발명에 의한 단전지 사이의 접속 구조의 접속전 상태를 나타낸 개략 단면도이다.

도 2는 플랜지를 구비한 제1 및 제2 금속제 링을 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 단전지 사이의 접속 구조의 접속 상태를 나타낸 개략 단면도이다.

도 4는 나삿니끼움에 의한 접속의 경우의 단전지 사이의 접속 구조의 접속전 상태를 나타낸 개략 단면도이다.

도 5는 인접하는 단전지의 접속 구조를 나타낸 개략 단면도이다.

도 6은 고정프레임을 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a: 제1 금속제 링 　　

1b: 제2 금속제 링

2:　바닥이 있는 원통형 케이스(단전지의 하부)

3:　봉구판

4:　개스킷

5:　바닥이 있는 원통형 케이스(단전지의 상부)

6:　고무 밸브 본체

7:　연통구

8: 암나사구멍

9: 수나사구멍

11, 12: 연결용 볼트

13, 14: 암나사 가공부

15: 연결판

1c: 제1 연결구

1d: 제2 연결구

17: 연통구멍

18: 고정프레임

A: 접속 상태에 있어서의 플랜지 사이의 거리

본 발명은, 원통형 전지를 복수개 직렬로 접속한 모듈 전지를 구성하는 접속 구조에 관한 것으로, 특히, 단전지 사이의 저항을 큰 폭으로 저감하여, 기계적 강 도를 향상시킨 단전지 사이의 접속 구조에 관한 것이다.

종래부터, 복수개의 단전지를 직렬로 접속하여 원하는 출력전압을 얻는 축전지 모듈을 형성하는 경우, 단전지 사이를 접속하기 위한 접합체가 사용되어 왔다. 일반적인 전지는 원주형상의 일단면을 제외한 전체를 외장하는 금속 케이스가 전지의 음극 단자를 겸하고, 전지 케이스의 일단면의 개구부가 정극 단자로 되는 봉구판에 의해 절연성 개스킷을 개입하여 폐색되어 있다. 이와 같이 단전지 2개를 전기적으로 접속하는 방법으로서, 한쪽 단전지의 정극 단자와 다른 쪽 단전지의 음극 단자를 접속체를 개입하여 스폿 용접에 의해 접속하는 방법이 현재에도 적용되고 있다.

스폿 용접 방법은 2매의 금속판을 상하로부터 접속하는 경우에는 비교적 용이하게 용접할 수 있지만, 전술한 바와 같은 단전지를 용접하는 경우에는 1매의 금속판과 금속판 모양이 아닌 전지 단자를 용접하는 것으로 되어, 기본적으로 상하로부터 용접하는 것은 곤란하게 된다. 따라서, 한쪽에서부터 2개의 용접봉을 근접시켜 용접 전류를 흘려, 금속판이 용융될 때까지 발열시켜 전지 단자에 금속판을 용접하는 방법이 채용되고 있다. 이 방법에는 금속판을 용융시킬 때까지 온도를 상승시키는 것이 필요하여, 접속하는 금속판의 두께가 두꺼운 경우에는 확실하게 용접시키는 것이 매우 곤란해지고, 만일 용접할 수 있어도 용접 전류에 의해 단전지의 온도 상승이 커져, 전지 특성의 열화 원인이 된다.

상기 방법은 접속자가 박판(약 300 ㎛이하)인 경우로 한정하고, 발열도 적고 용접을 용이하게 할 수 있고, 비교적 작은 전류에 사용하는 용도에 대해서는 문제가 되지 않기 때문에 널리 실용화되고 있다. 그러나, 단전지 사이의 전기저항값이 문제가 될 것 같은 대전류 방전이 요구되는 용도에서는 상술한 스폿 용접 방법으로는 용접부 사이의 거리가 길어져 전기 저항이 커지는 결과 방전 전압의 저하, 출력 특성의 저하의 원인이 된다. 또한, 단전지의 접속부에 있어서의 기계적 강도도 약하기 때문에, 진동이 문제가 되는 자동차용의 용도에는 별도의 기계적 강도를 향상시키는 조치를 강구할 필요성이 있다.

이와 같은 배경으로부터, 일본 특허공개 평10－106533호 공보 및 일본 특허공개 2000－149907호 공보에 개시된 전지에 있어서는, 프로젝션 용접 방법이 개시되어 있다. 이들 방법은 어느 경우에도, 평면에서 접하는 부분에 돌기를 마련하여, 용접 전류를 집중적으로 흐르게 하도록 고안한 것이다.

상기 일본 특허공개 평10－106533호 공보 및 일본 특허공개 2000－149907호 공보 등은, 모두 단전지를 완성한 후에, 단전지 사이를 용접하는 방법이다. 전기저항을 저하시키거나 기계적 강도를 높이기 위해서는 용접 전류를 크게 하여 접속체를 견고하게 용접할 필요가 있다. 또한, 단전지의 접속에 필요한 접속체와 단전지의 봉구판을 용접하는 경우나 상기 접속체와 전지 케이스를 용접하는 경우에 있 어서, 용접 전류를 흐르게 하는 장소의 두께를 동일한 정도로 하지 않으면 견고하게 용접할 수 없는 문제도 있다. 바꾸어 말하면, 전지의 봉구판, 전지 케이스와 접속체의 용접 부분은 동일한 정도의 두께로 하는 것이 견고하게 용접할 수 있게 된다. 따라서, 접속체만을 두터운 두께의 전기저항이 작은 재료를 사용하면, 견고한 용접을 할 수 없는 문제가 남게 된다.

나아가, 견고하게 용접하기 위해서는 용접 전류를 증대시키는 방법으로 개선하는 것을 용이하게 생각할 수 있으나, 용접 전류가 증대함으로써 용접부의 발열이 커지고, 열전도에 의해 전지의 온도가 상승하는 것은 불가피하다. 전지의 온도가 상승하는 경우, 전지 내의 압력이 비정상으로 상승할 때에 외부로 가스를 방출시키는 고무 밸브 본체의 변형이나 전지를 외부에서 밀폐하고 있는 개스킷의 변형이 일어난다. 이들에 의해, 전지 특성의 저하 원인이 됨으로써, 단지 용접 전류를 증대시켜 견고하게 용접하는 것에는 한계가 있다.

여기서, 본 발명은 단전지를 연결하기 위한 접속체, 특히 전기 저항이 작은 두꺼운 재료로도 용접이 가능하므로, 용접하는 시점에서는 온도 상승을 수반하지만, 상기 전지 특성에 나쁜 영향을 미치지 않고 견고하게 용접되는 결과, 전기저항을 큰 폭으로 저감할 수 있는 단전지 사이의 접속 구조가 필요하게 되었다.

이 밖에, 이런 종류의 전지는 대전류의 충방전이 요구되므로, 작동중에는 전지의 온도 상승이 커지게 된다. 일반적으로 전지에 사용되는 재료의 내열성이라든지 전지 특성을 고려한 경우, 전지 온도는 상온 부근이 바람직하므로, 고온인 경우 에는 어떠한 냉각 방법이 필요하게 된다. 그러나, 종래 기술의 일례인 일본 특허공개 평10－106533호 공보에서는 단전지 사이의 전기저항을 저하시키기 위해서 단전지 사이의 거리를 극히 짧게 하는 방법을 채용하고 있기 때문에, 연결하고 있는 단전지 사이에서의 방열 효과가 기대되는 구조를 필요로 하고 있다.

본 발명은 한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스와, 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판을 구비한 전지를 복수개 직렬로 접속하는 단전지 사이의 접속 구조에 있어서,　한쪽 전지의 전지 케이스 바닥부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고, 다른 쪽 전지의 봉구판 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고, 상기 제1 금속제 링과 상기 제2 금속제 링이 끼워맞춤된 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조이다.

또한, 본 발명은 한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스와, 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판을 구비한 전지를 복수개 직렬로 접속하는 단전지 사이의 접속 구조에 있어서,　한쪽 전지의 전지 케이스 바닥부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고, 다른 쪽 전지의 봉구판 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고,　상기 제1 및 상기 제2 금속제 링 가운데, 한쪽 링의 원통부 외측면 및 다른 쪽 링의 원통부 내측면에 나사구멍이 새겨지고, 상기 제1 및 상기 제2 금속제 링이 나삿니끼움 된 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조이기도 하다.

나아가, 본 발명에서는 단전지를 연결하기 위한 금속제 링을 용접할 때에 온도 상승을 수반하지만, 전지를 제조하기 전의 단계에서 전지 케이스 및 봉구판에 금속제 링이 접합되어 있다. 그 결과, 상술한 바와 같이 상기 전지 특성에 나쁜 영향을 미치지 않으면서, 견고하게 용접되는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은, 상기 제1 및 상기 제2 금속제 링의 적어도 한쪽 플랜지의 접합면에 링 내부가 대기에 연통할 수 있는 연통구멍을 구비한 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조이다.

본 발명의 단전지 사이의 접속구조에서는 봉구판을 금속제 링으로 둘러싸는 구조로 이루어진다. 그러나, 플랜지의 접합면에 링 내부가 대기에 연통할 수 있는 연통구멍을 구비하기 때문에, 전지의 내압이 상승하더라도 그 압력을 빠져나가게 할 수 있다.

본 발명은 상기 제1 금속제 링과 상기 제2 금속제 링이 용접되어 있는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 용접은 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조이다. 나아가, 상기 제1 금속제 링의 플랜지와 상기 제2 금속제 링의 플랜지의 거리가 3 mm 이상이고, 연결된 단전지 사이를 2점 이상으로 고정할 수 있 어, 공기 유통을 할 수 있는 절연성 수지 고정프레임을 구비한 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조이다.

나아가, 금속제 링이 끼워맞춤 또는 나삿니끼움에 의해 고정된 후에, 기계적 강도의 향상과 접속부의 전기 저항을 감소시킬 목적으로 주변으로의 열전도가 작은 레이저 용접 등이 가능한 구조로 되어 있다.

본 발명에 의한 단전지 접속 구조에서는 종래의 접속 구조와 비교하여 견고한 기계적 강도를 얻을 수 있기 때문에, 이웃한 단전지 사이의 거리를 종래와 비교하여 길게 할 수 있다. 그 결과, 단전지 사이에 방열 효과가 기대되어 전지 특성의 저하 요인인 온도 상승이 억제되는 구조가 된다.

또한, 본 발명은 한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스의 바닥부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링을 도전 가능하도록 접합하는 단계 및/또는 다른 쪽 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판의 상부에 플랜지를 지닌 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합하는 단계; 및

상기 전지 케이스 내에 전극, 세퍼레이터(seperator), 전해액을 포함한 발전(發電)요소를 채우고, 상기 전극을 상기 전지 케이스 및 상기 봉구판에 전기적으로 접속해서, 상기 전지 케이스의 개구부를 상기 봉구판에 의해 폐색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단전지의 제조 방법을 제공한다.

종래에는 전지의 발전요소를 전지 케이스 내에 삽입 후, 전지를 밀폐한 상태 에서 단전지를 전기적으로 접속시키고 있다. 본 발명에 의하면, 플랜지를 구비한 금속제 링과 바닥이 있는 원통형 케이스나 봉구판과의 용접이 발전요소인 전극이나 세퍼레이터를 바닥이 있는 원통형 케이스에 삽입하기 전, 또는 개스킷을 개입하여 봉구판으로 전지를 밀폐하기 전에 이루어지는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의해, 용접 시점에서는 금속과 비교하여 내열성이 낮은 합성 수지로 이루어진 세퍼레이터 또는 개스킷이 존재하지 않으므로, 용접 출력을 높일 수 있어 견고한 용접을 할 수 있다. 그 결과, 용접부의 기계적 강도를 강하게 할 수 있어 이동이나 진동 등을 수반하는 용도에 있어서 유효한 방법이라고 할 수 있다. 또, 접속부의 전기 저항을 감소시키므로, 대전류의 충방전이 필요한 용도에 대해서도, 유효한 방법이라고 할 수 있다.

본 발명은, 플랜지를 구비한 금속제 링으로 단전지를 접속하는 구조로, 종래의 접속 구조와 비교하여, 단전지 사이의 거리를 길게 해도, 접속부의 전기저항은 증가되지 않는 구성을 얻을 수 있다. 상기 구성에 의해, 단전지 사이의 용접이 레이저 용접과 같은 용접부에 비접촉으로 출력 밀도가 높은 용접 방법을 채용할 수 있다. 또, 출력 밀도가 높은 용접이 가능하므로, 용접 강도의 향상과 용접 부분을 집중화시킬 수 있어 용접부 주변의 온도를 억제할 수 있다. 종래의 단전지 사이의 접속 방법으로는 용접 불량이 생길 경우, 적어도 2개 이상의 단전지가 불량이 되었지만, 본 발명에서는 전지의 부품으로서의 불량이 된다. 용접 불량율이 같은 경우에는 불량에 대한 손출 금액이 적게 되어, 공업적으로도 가치가 크다고 할 수 있 다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 단전지 사이의 접속 구조의 접속전 상태를 나타낸 개략 단면도이다. 상부에 나타낸 전지(B1)에서는, 바닥이 있는 원통형 케이스(2)의 밑면에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링(1a)이 미리 도전 가능하도록 접합되어 있다. 하부에 나타낸 전지(B2)에는 봉구판(3)의 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링(1b)이 미리 도전 가능하도록 접합되어 있다. 상기 접합은 용접 등에 의해 수행하는 것이 바람직하다.

접합되어 일체화된 봉구판(3)과 제2 금속제 링(1b)은 개스킷(4)을 개입시켜 전지를 밀폐화 한 구조로 되어 있다. 이 도면에서, 제1 금속제 링(1a)의 내경과 제2 금속제 링(1b)의 외경은 거의 같은 치수로 설계되어 있다. 이 설계에 의해, 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b)은 틈새 없이 끼워맞출 수 있게 된다. 상기 구성에 의해, 단전지(B1)와 단전지(B2)가 전기적 및 기계적으로 접속할 수 있게 된다. 또한, 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b)과의 틈에 금속박(미도시)을 두어 끼워맞춤으로써, 더욱 전기 저항을 억제할 수 있다. 상기 금속박의 재료는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 그들을 주재료로 하는 합금인 것이 바람직하다.

틈새 없이 끼워맞춘 상태에서도, 고정하여 사용하는 경우나 저전류에서의 충 방전 등으로는 끼워맞춤부의 느슨해짐에 의한 기계적 강도의 저하나 접촉 저항의 증대는 그리 큰 문제로 고려되지 않는다고 사료된다. 그러나, 자동차 등 이동하는 것과 같은 용도 등에서는 진동을 피할 수 없으므로, 끼워맞춤부의 느슨해짐이 발생할 위험성은 충분히 고려된다. 이에 의해, 기계적 강도의 저하나 접촉 저항의 증대 문제가 발생하여 전지를 사용하고 있을 때에 지장이 발생하는 것으로 여겨진다. 따라서, 바람직하게는 끼워 맞춘 상태에서, 금속제 링의 원통부 외주를, 예를 들면 거의 90도 간격으로 4개 점 또는 60도 간격으로 6개 점에 레이저 용접을 가함으로써 끼워맞춤부의 기계적 강도를 향상시켜, 전기저항을 저하시킬 수 있다. 본 발명에서는 끼워맞춘 후에 레이저 용접이나 아크 용접 등을 적용할 수 있어, 접속 강도를 높일 수 있는 구조를 실현할 수 있다. 상기 방법에 의해 용접 접합한 경우, 단지 끼워맞춤만 한 때의 접합부 저항에 대해, 전기저항의 실측치로 0.2 내지 0.3 mΩ의 전기 저항의 저하가 확인되었다. 예를 들면, 하이브리드(hybrid) 전기 자동차 등에 사용되고 있는 전지에서는 순간적이지만 전류치가 150 A에도 도달하는 일이 있었다. 이러한 대전류에서 사용된 경우에는 상기 전기저항값으로부터 30 내지 45 mV의 전지 전압이 저하하는 것을 시험적으로 산출할 수 있어 하이브리드 전기 자동차용의 전지에는 본 발명과 같은 접속부의 전기저항을 저하시키는 것은 중요한 인자가 된다.

도 2는 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b)의 사시도를 나타내고, 끼워맞춘 부분은 원통의 형상이 되고, 그 두께는 끼워맞춘 경우의 강도나 전기저항으로 부터 1.5 mm 이상이 필요하고, 바람직하게는 2 mm 내지 3 mm로 하는 것이, 강도나 전기저항의 측정 결과로부터 두께의 하한은 상술한 범위로 되는 것이 밝혀졌다. 그 이상으로 하는 것은 강도나 전기저항은 한층 더 향상되나, 전지의 중량 증대와 후술하는 끼워맞춤부의 용접에 큰 출력이 필요하고, 그에 따른 용접 시 온도 상승이라는 나쁜 영향으로부터 원통부의 두께로서는 상기 지정 범위가 적당하다.

본 발명에서는 끼워맞춤 강도가 충분히 확보할 수 있어 끼워맞춤부를 레이저 용접하는 것이 바람직하므로, 금속제 링(1a, 1b)의 원통 부분(21, 22)의 길이를 일정 이상 설정할 필요가 있다. 이러한 관점에서 원통 부분(21, 22)의 길이와 끼워맞춤부 강도의 관계, 및 실제로 레이저 용접으로 용접 가부를 확인한 결과, 그 길이는 적어도 3 mm 이상이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에서는 플랜지형 접속체의 파이프모양 부분의 길이는 끼워맞춘 상태로 3 mm 이상인 것이 불가피하게 된다. 그러나, 필요 이상으로 길게 하는 것은 접속부의 전기 저항의 증대를 초래하기 때문에, 이에 의한 상한이 있다. 이 구성에 의해, 후술하는 전지의 발열을 억제할 수 있다.

한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형 전지 케이스(2) 또는 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 봉구판(3)에 일체화시킬 때에 직접 접촉하는 금속제 링(1a, 1b)의 플랜지(23, 24)의 두께는 스폿 용접으로 일체화되는 경우 0.5 mm 전후의 두께로 하는 것이 용접 강도의 향상에 효과가 있다는 것을 알았다. 이 두께는 바닥이 있는 원통형 전지 케이스(2), 봉구판(3)을 구성하는 재료의 두께와 거의 같은 것으로부터, 플랜지(23, 24)의 두께는 용접하는 부분의 두께와 거의 같은 치 수로 하는 것이 용접 강도의 확보에 바람직하게 된다. 따라서, 플랜지(23, 24)의 두께는 전지를 구성하는 부품에 의해, 최적값이 다른 것으로부터, 바닥이 있는 원통형 전지 케이스(2), 봉구판(3)의 두께를 설정할 필요가 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 스폿 용접 방법뿐만 아니라 인버터 직류 전원을 사용한 이른바 인버터 용접 방법으로도 용접이 가능하다. 이 경우는 플랜지(23, 24)의 용접되는 면에 동일한 반경상에 돌기부를 마련하여 그 부분에 집중적으로 전류를 흐르게 하는 구성이 가능하게 되어, 보다 견고하게 용접할 수 있다.

제1 금속제 링(1a)의 내경과 제2 금속제 링(1b)의 외경은 끼워맞춤된 부분에서 일정 치수인 경우에 대해 기재하였으나, 제1 금속제 링(1a)의 끼워맞춤된 부분의 선단 내경을 굵게 하고, 플랜지(23)에 가까운 부분의 내경을 가늘게 하는 형상으로 하여, 이에 대응하는 제2 금속제 링(1b)의 외경의 선단부를 가늘게 하고, 플랜지(24)에 가까운 부분의 외경을 굵게 함으로써, 견고하게 고정할 수 있어 유효하다. 물론, 제1 금속제 링(1a)의 바깥쪽에 제2 금속제 링(1b)을 끼워맞추는 구조로고 해도 된다.

이상과 같이, 본 발명의 구성에 의해, 종래와 다른 큰 특징으로서 전지의 발전요소나 전해액을 전지 케이스(2) 내에 수납하기 전 단계에서 제1 금속제 링(1a)을 바닥이 있는 원통형 케이스(2)에 직접 용접이 가능하게 된다. 마찬가지로 제2 금속제 링(1b)도 봉구판(3)에 용접이 가능하게 된다. 즉, 금속 접합체를 전지로 조립하기 전에 부품으로서 제작할 수 있게 되고, 종래 예와 비교하여 용접 부분이 견고하게 되는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 제1 금속제 링(1a)과 바닥이 있는 원통형 케이스(2)와의 용접 강도 및 제2 금속제 링(1b)과 봉구판(3)과의 용접 강도가 향상되므로 전기 저항의 저감을 기대할 수 있게 된다.

다음에, 도 2에 있어서 연통구멍(7)에 대해 설명한다. 일반적으로 이 종류의 전지는 도 1에 나타낸 고무 밸브 본체(6)가 봉구판(3)의 가운데에 장착되어 있다. 전지 내의 압력이 비정상으로 상승한 경우, 고무 밸브 본체(6)가 변형되어 내부로부터 가스를 방출할 수 있는 구조로 되어 있다. 그러나, 본 발명에서는 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b)이 끼워맞춤됨으로써, 링(1a, 1b)의 내부가 기밀 상태로 되어있기 때문에, 이상시에 발생한 가스를 방출할 수가 없게 된다. 따라서, 외부에 가스를 방출할 수 있는 연통구멍(7)을 플랜지(23, 24)의 접합면의 적어도 한쪽에 새겨두는 것이 바람직하다.

종래에 비하여, 본 발명에서는 제1 금속제 링(1a) 및 제2 금속제 링(1b)의 원통부(21, 22)의 두께를 두껍게 함으로써, 전기저항을 저하시킬 수 있다. 그 결과, 도 3에 나타낸 끼워맞추어진 상태에서 플랜지(23, 24) 사이의 거리(A)를 길게 해도, 전기저항의 증대되는 비율은 감소하게 된다. 이로부터, 상술한 바와 같이 끼워맞춤부를 레이저 용접 등이 가능하게 하는 것 외에, 제1 금속제 링(1a) 및 제2 금속제 링(1b)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있는 구조가 가능하게 되므로, 방열성 의 뛰어난 기능이 부가되게 된다. 따라서, 충방전에 의해 온도 상승이 수반되는 전지계에 대해서는 온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 고정프레임(18)을 단전지 사이에 삽입하여, 구부림에 대한 모듈 전지의 기계적 강도를 향상시킬 수도 있다. 이때, 고정프레임(18)을 단전지 사이의 틈새를 모두 가리는 구조로 하면, 끼워맞춤부나 나삿니끼움부의 용접을 할 수 없어 방열성이 저하된다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 고정프레임(18)은 2점 이상으로 지지할 수 있는 지지부(18a)를 구비하여 끼워맞춤부나 나삿니끼움부의 용접 및 공기 유통이 가능한 구조로 하는 것이 바람직하다.

현재 실용화되고 있는 니켈ㆍ수소 전지는 전지 온도의 상승에 의해, 충전 효율의 저하나 사이클 수명의 저하 등의 전지 특성의 열화 원인이 된다. 본 발명에 대해서는, 상술한 바와 같이 방열성이 뛰어난 전지 구조를 달성함으로써, 온도 상승에 의한 나쁜 영향이 염려되는 전지계에 있어서는, 전지 특성의 저하가 적어짐을 예측할 수 있다. 또한, 도 3에 나타나는 바와 같이, 제1 금속제 링(1a) 및 제2 금속제 링(1b)을 끼워맞출 수 있는 것과 같은 구성에 대해 설명하였으나, 도 4에 나타난 바와 같이, 제1 금속제 링(1a)의 원통부 내측에 나사구멍(암나사)(8)을 새기고, 제2 금속제 링(1b)의 원통부 외측에 대응하는 나사구멍(수나사)(9)을 새겨, 제1 금속제 링(1a) 및 제2 금속제 링(1b)을 나삿니끼움 접속하는 구성도 가능하게 된다.

도 4에는, 금속제 링(1a, 1b)에 각각 나사구멍(8, 9)을 마련한 경우에 대해서도 상술한 끼워맞춤 방식과 동일하게 나삿니끼움 접속 후, 나삿니끼움부를 레이저 용접이나 아크 용접에 의해 견고하게 고정하는 것도 가능하므로, 접속부가 노출되는 구조도 가능하게 된다. 또한, 끼워맞춤 방식 또는 나삿니끼움 방식에 의해 접속하는 경우, 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b) 사이에 금속박(미도시)을 개입하여 끼워맞춤 또는 나삿니끼움으로 고정함으로써, 그 강도는 더욱 향상될 수 있다. 금속박 재료는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 혹은 그들을 주재료로 하는 합금이 바람직하다.

이상의 발명의 형태에 대해서는 단전지를 직선적으로 접속하는 방법에 대해 설명하였다. 원하는 전압을 얻기 위해서, 직선적으로 접속한 복수의 전지를 180° 접어 구부린 상태로 접속할 필요도 발생한다. 이 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 직선적으로 접속할 때에 사용하는 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b)은 전지에 고정되어 있는 상태이므로, 나아가 제1 및 제2 금속제 연결구(1c 및 1d)가 제1 금속제 링(1a)과 제2 금속제 링(1b)에 각각 끼워맞춤 또는 나삿니끼움 되어 있다. 제1 및 제2 금속제 연결구(1c 및 1d)의 중심에는 나사구멍(13, 14)이 마련되어 있고, 연결판(15)과 볼트(11, 12)에 의해 도전 가능하도록 접속되어 있기 때문에, 전기적ㆍ기계적으로 고정할 수 있다. 또한, 밀폐 상태를 피하기 위해서, 봉구판(3)을 구비한 쪽에 끼워맞춘 또는 나삿니끼운 제2 금속제 연결구(1d)에 연통구멍(17)을 마련하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 자세히 설명한다. 단, 하기 실시에는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

본 발명에 따른 단전지 사이의 접속 구조에 대하여, 접속부의 전기저항을 측정하였다. 측정에 제공된 전지는 D사이즈(단일 사이즈로 외경이 32 mm, 높이가 56 mm인 원통 밀폐형 전지)이었다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 금속제 링(1a)을 정극 단자인 봉구판(3)에 용접하였다. 이때 사용된 제1 금속제 링(1a)의 플랜지(23)의 두께는 0.5 mm, 외경은 23 mm, 원통부(21)의 외경은 17 mm, 내경은 13.8 mm로 하였다. 제2 금속제 링(1b)은 전지의 음극 단자인 전지 케이스(2)의 하부에 용접하였다. 제2 금속제 링(1b)의 플랜지(24)의 두께는 0.5 mm, 외경은 20 mm, 원통부(22)의 외경은 13.7 mm, 내경은 10 mm로 하였다.

접속 방식, 구리박의 유무, 레이저 용접의 유무는 표 1에 나타내었다. 끼워맞춤 방식은 도 1에서 나타낸 접속 방식이며, 나삿니끼움 방식은 도 4에 나타낸 접속 방식이다. 끼워맞춤부 또는 나삿니끼움부의 접촉 저항을 저하시킬 목적으로 사용한 금속박은 두께 20 ㎛의 구리박을 사용하였다. 또한, 레이저 용접기(미야치테크노스 주식회사제: 형식 ML－2550 A)를 이용하여 조사지름을 0.6 mmφ로 해서 출력 5.4 kW로 0.1초간 조사하였다. 나삿니끼움에 의해 접속한 경우는 제1 금속제 링(1a)의 원통부 내측면에 (M16)의 암나사를 새기고, 제2 금속제 링(1b)의 원통부 외측면에는 (M16)의 수나사를 새겨 나삿니끼울 수 있는 구조로 하였다.

접속 방식과 접속부의 전기 저항 측정 결과

접속 방식	접속부의 구리박의 유무	레이저 용접		접속부의 전기 저항(mΩ)
		유무	레이저 포인트 수
끼워맞춤 방식	무	무	-	1.31
	유		-	0.81
	무	유	4	0.56
			6	0.51
			8	0.49
나삿니끼움 방식	무	무	-	1.55
	유		-	0.82
	무	유	4	0.58
			6	0.52
			8	0.50

표 1의 전기 저항 측정 결과로부터, 단지 끼워맞춘 경우, 나삿니끼움만 한 경우에 비하여 접합부에 구리박을 개재(介在)시킴으로써, 접촉 저항은 저감될 수 있음을 알았다. 또, 레이저 용접함에 의해, 그 효과는 더욱 현저하게 인정됨이 분명해졌다. 레이저 용접의 포인트 수는 많아지게 함으로써 접촉 저항은 낮아지게 되나, 필요 이상으로 포인트 수를 증가시킬 경우 기계적 강도의 저하가 염려되므로, 6 내지 8포인트가 최적이라고 판단된다.

단지 끼워맞춘 경우 또는 나삿니끼운 경우의 저항값은 1.31 내지 1.55 mΩ의 값을 나타냈다. 이 값은 대전류용의 전지로서 실용화되고 있는 니켈ㆍ카드뮴 전지나 니켈ㆍ수소 전지에, 만일 50 암페어의 전류를 흐르게 할 때에 이 값으로부터 65.5 mV 내지 77. 5 mV의 전압이 저하되고, 전지의 작동 전압이 1.2 V인 것으로부터, 5% 세기의 전압저하가 되어, 실용적으로는 지장이 없다고 말할 수 있다.

본 발명은 단전지를 연결하기 위한 접속체, 특히 전기 저항이 작은 두꺼운 재료로도 용접이 가능하므로, 용접하는 시점에서는 온도 상승을 수반하지만, 상기 전지 특성에 나쁜 영향을 미치지 않고, 견고하게 용접되는 결과 전기저항을 큰 폭으로 저감할 수 있다.

Claims

한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스와, 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판을 구비한 전지를 복수개 직렬로 접속하는 단전지 사이의 접속 구조에 있어서, 한쪽 전지의 전지 케이스 하부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고, 다른 쪽 전지의 봉구판 상부에 플랜지를 가지는 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되어, 상기 제1 금속제 링과 상기 제2 금속제 링이 끼워맞춤된 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스와 다른 쪽의 전극 단자를 겸하며 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판을 구비한 전지를 복수개 직렬로 접속하는 단전지 사이의 접속 구조에 있어서,　한쪽 전지의 전지 케이스 하부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고, 다른 쪽 전지의 봉구판 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고,　상기 제1 및 상기 제2 금속제 링 가운데 한쪽 링의 원통부 외측면 및 다른 쪽 링의 원통부 내측면에 나사구멍이 새겨져, 상기 제1 및 상기 제2 금속제 링이 나삿니끼움된 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 금속제 링의 적어도 한쪽 플랜지의 접합면에, 링 내부가 대기에 연통할 수 있는 연통구멍을 구비한 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 금속제 링과 상기 제2 금속제 링이 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제4항에 있어서, 상기 용접은 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 금속제 링의 플랜지와 상기 제2 금속제 링의 플랜지의 거리가 3 mm 이상이고, 연결된 단전지 사이를 2점 이상으로 고정할 수 있어, 공기 유통을 할 수 있는 절연성 수지 고정프레임을 구비한 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단전지를 접속한 상태로, 상기 제1 및 상기 제2 금속제 링의 일부 또는 전부가 외부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스와 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판을 구비한 전지를 복수개 직렬로 접속하는 전지 사이의 접속 구조에 있어서,　한쪽 전지의 전지 케이스 하부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고, 다른 쪽 전지의 봉구판 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합되고,　상기 제 1 및 상기 제 2 금속제 링에는 각각 중심에 나사구멍을 구비한 제1 및 제2 금속제 연결구가 끼워맞춤 또는 나삿니끼움 되어, 상기 제1 및 상기 제2 연결구를 연결하는 금속제 연결판이 나사에 의해 도전 가능하게 접속된 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제1항, 제2항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금속제 링과 상기 제2 금속제 링은, 금속박을 개입시켜 끼워맞춤 또는 나삿니끼움 되는 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
제9항에 있어서, 상기 금속박 재료는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 그것들을 주재료로 하는 합금인 것을 특징으로 하는 단전지 사이의 접속 구조.
한쪽의 전극 단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스의 바닥부에 플랜지를 구비한 제1 금속제 링이 도전 가능하도록 접합하는 단계, 다른 쪽 전극 단자를 겸하는 상기 전지 케이스의 개구부를 폐색하는 봉구판의 상부에 플랜지를 구비한 제2 금속제 링이 도전 가능하도록 접합하는 단계, 또는 이들 모두를 수행하는 단계; 및

상기 전지 케이스 내에 전극, 세퍼레이터, 전해액을 포함한 발전요소를 채우고, 상기 전극을 상기 전지 케이스 및 상기 봉구판에 전기적으로 접속해, 상기 전지 케이스의 개구부를 상기 봉구판에 의해 폐색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단전지의 제조 방법.