KR101525331B1

KR101525331B1 - 전지 모듈과 전지 모듈 용접 방법

Info

Publication number: KR101525331B1
Application number: KR1020137004244A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 우츠로; 유키오 니시카와; 도모미 다나카; 도시키 이토이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2015-06-02
Also published as: WO2012063381A1; JP5528571B2; KR20130041232A; CN102906902B; CN102906902A; JPWO2012063381A1

Abstract

복수의 통형전지의 전극을 전기적으로 접속한 전지 모듈로서, 양극의 돌기부(11)를 배치한 측의 통형전지의 단부에서, 통형전지의 전지 케이스(8)의 견부(21a) 사이에, 접속판(23)이 올려 놓여 있다. 접속판(23)은, 곡률을 갖고 있는 견부(21a)와 밀착하고 있으며, 접속판(23)과 견부(21a)와의 밀착부가 음극 용접부(24)에서 접속되어 있다. 음극 용접부의 형상은, 접속판(23)과 견부(21a)와의 밀착부와 교차하는 선상인 것이 바람직하다.

Description

전지 모듈과 전지 모듈 용접 방법{BATTERY MODULE AND METHOD FOR WELDING BATTERY MODULE}

본 발명은, 복수의 전지를 조합하여 형성된 전지 모듈에 관한 것이다.

근년, 화석연료의 사용량의 저감이나, CO₂의 배출량을 삭감하기 위해서, 자동차 등의 모터 구동용 전원으로서, 전지 모듈의 수요가 높아지고 있다. 이 전지 모듈은, 원하는 전압이나 용량을 얻기 위해서, 전지를 복수개 탑재하여 구성되어 있다.

여기서 이용되는 전지로는, 자원 및 에너지 절약의 관점으로부터, 반복해서 사용할 수 있는 니켈 수소, 니켈 카드뮴이나 리튬 이온 등의 2차 전지를 들 수 있는데, 그 중에서도, 리튬 이온 2차 전지는, 경량이면서, 기전력이 높고, 고에너지 밀도라서 전지 모듈용 전지로서 기대가 커지고 있다.

통형 리튬 이온 2차 전지는, 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 알루미늄제의 양극 리드(1)를 구비한 양극(2)과, 구리제의 음극 리드(3)를 구비하고 상기 양극(2)과 대향하는 음극(4)을 갖는다.

그리고 양극(2)과 음극(4)을, 세퍼레이터(5)를 통해 감은 전극군(6)을, 그 상하에 절연판(7a, 7b)을 장착하여 전지 케이스(8)에 삽입하고, 양극 리드(1)의 다른쪽의 단부를 봉구(封口)판(10)에, 음극 리드(3)의 다른쪽의 전지 케이스(8)의 바닥부에 용접한다.

또한, 리튬 이온을 전해하는 비수 전해질을 전지 케이스(8) 내에 주입하고, 전지 케이스(8)의 개방 단부를, 개스킷(9)을 통해 봉구판(10) 등과 함께 코킹한 구성을 갖고 있다. 11은 양극 캡이다.

이 통형의 리튬 이온 2차 전지를 복수 연결하여 구성된 전지 모듈(12)은, 도 11~도 13에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다.

전지 모듈(12)은 도 11에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 폴리카보네이트 수지 등의 절연성 수지재로 이루어지는 하우징(13) 및 덮개(14)를 갖고, 그 내부에 배선 기판(15)과 복수의 통형전지(16)를 수납하여 구성되어 있다. 배선 기판(15)은 도 12의 (a)(b)(c)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 유리-에폭시 기판으로 이루어지고 각 통형전지(16)의 양극과 접속하는 접속 단자(17)와, 각 통형전지(16)의 음극과 접속하는 접속판(18)을 구비하고, 인접하는 접속 단자(17)와 접속판(18)을 접속하는 전원 배선(파워 라인 도시하지 않음)으로 구성되어 있다.

또한, 접속 단자(17)나 접속판(18)은, 예를 들면 니켈판이나 리드 선 등으로 구성되며, 구리박 등으로 형성된 상기 전원 배선과 접속되어 있다.

그리고 도 13에 나타낸 바와 같이, 배선 기판(15)과 전지 케이스(8) 사이에는 절연체(19)가 설치되어 있다. 통형전지(16)의 양극 캡(11)은, 배선 기판(15)의 접속 단자(17)와 양극 용접부(20)에서 접속되어 있다. 각 통형전지(16, 16, …)의 음극(21)은, 음극 용접부(22)에서 접속판(18)과 접속되어 있다.

일본국 특허 공개 2010－140695호 공보

그러나 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 전지 모듈에서는, 통형전지의 바닥부에서 음극 용접을 행하기 위해서 접속판(18)이 필요하게 되어, 재료비가 비싸짐과 더불어, 체적 및 중량이 증가한다는 문제가 있다.

또, 전지의 온도 상승이나 냉각을 행할 때에, 접속판(18)이 존재하는 것이 그 효율을 저하시킨다는 문제가 있다.

본 발명은, 저비용으로 소형 경량의 전지 모듈, 또, 전지의 온도 상승이나 냉각을 효율적으로 행할 수 있는 전지 모듈을 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전지 모듈은, 복수의 통형전지의 전극을 전기적으로 접속한 전지 모듈로서, 양극의 돌기부를 배치한 측의 상기 통형전지의 단부에서, 상기 통형전지의 전지 케이스의 곡률을 가진 견부(肩部: shoulder)와 접속판을, 음극 용접부에서 접속한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 전지 모듈 용접 방법은, 전지 케이스의 코킹되어 봉구되고 곡률을 갖는 견부를 동일 방향으로 하여 배치한 복수의 통형전지의 상기 견부에 접속판을 얹고, 상기 접속판의 상기 전지 케이스의 견부와의 밀착부와는 반대측의 면으로부터 레이저광선을 조사하고, 상기 레이저광선이 상기 밀착부의 예상 위치와 접하거나 또는 가로지른다고 생각되기 직전부터 직후에 걸친 타이밍에, 상기 접속판과 상기 전지 케이스가 전기 접속된 음극 용접부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 통형전지의 견부에서 음극을 접속판과 용접하므로, 통형전지의 바닥부에 음극 접속판을 설치할 필요가 없다. 또, 통형전지의 길이가 불균일해도 그 영향을 받지 않고 접속할 수 있다. 전지 모듈의 온도 상승이나 냉각이 필요한 사용 형태에 있어서, 통형전지의 단부의 전체를 온도 조절된 중간 재료 등에 접촉시켜 효율적으로 열교환할 수 있기 때문에, 승온이나 냉각의 효율을 개선할 수 있다.

또, 접속판과 전지 케이스와의 밀착부의 예상 위치와 접하거나 또는 가로지른다고 생각되기 직전부터 직후에 걸친 타이밍에 레이저 용접하여 선상의 레이저 주사를 행함으로써, 용접시의 통형전지와 레이저 궤적의 위치 맞춤이 불필요해져, 단시간에 용접이 가능하다. 특히, 복수의 통형전지의 배열 방향을 따라 주사하여 레이저광선을 조사하여 음극 용접부를 형성하고 있으므로, 하나의 통형전지의 접속판으로의 용접을 완료하고 나서 다음의 통형전지의 접속판으로의 용접을 실시하는 경우에 비해, 하나의 통형전지로의 단위시간당 부여하는 열의 영향이 적고, 접속판의 변형도 적다.

도 1은 본 발명에 따른 실시형태 1에 있어서 용접된 통형전지의 양극 및 음극의 용접 부분을 나타내는 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 실시형태 1에 있어서의 통형전지의 용접 접합부의 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따른 실시형태 1에 있어서 통형전지를 용접하는 레이저 궤적을 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 실시형태 1에 있어서 용접된 전지 모듈을 나타내는 사시도.
도 5는 통형전지와 레이저 궤적의 새로운 과제를 설명하는 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 실시형태 2에 있어서 통형전지를 용접하는 레이저 궤적을 나타내는 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 실시형태 3에 있어서 통형전지를 우물 테두리(井桁) 형상으로 용접하는 레이저 궤적을 나타내는 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 실시형태 3에 있어서 통형전지를 우물 테두리 형상으로 2중 용접하는 레이저 궤적을 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 실시형태 5에 있어서 행해지는 파이버 레이저와 반도체 레이저를 겹친 하이브리드 레이저를 이용한 용접을 나타내는 구성도.
도 10은 일반적인 통형전지의 단면도.
도 11은 특허 문헌 1에서 개시되어 있는 전지 모듈의 분해 사시도.
도 12의 (a)는 특허 문헌 1의 배선 기판과 그 주변의 사시도, (b)는 도 12(a)의 A－A선 단면도, (c)는 도 12(a)의 평면도.
도 13은 특허 문헌 1에서 개시되어 있는 전지 모듈의 통형전지의 양극 및 음극의 용접 부분을 나타내는 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 실시형태 4에 있어서 행해지는 키홀 용접의 확대 설명도.

이하, 본 발명의 전지 모듈과 전지 모듈 용접 방법을, 도 1~도 9와 도 14에 의거하여 설명한다.

(실시형태 1)

도 1~도 4는, 본 발명의 실시형태 1을 나타낸다.

도 1은 실시형태 1의 전지 모듈(12)을 나타내고, 복수의 통형전지(16, 16, …)의 음극(21) 사이를 접속판(23)에서 전기 접속하여 구성되어 있다. 24는 음극(21)과 접속판(23)의 음극 용접부이며, 레이저 용접되어 있다. 양극의 돌기부로서의 양극 캡(11)은 배선 기판(15)의 접속 단자(17)와 양극 용접부(20)에서 전기 접속되어 있다. 배선 기판(15)과 접속판(23) 사이에는 절연체(19)가 설치되어 있다.

또한, 각 통형전지(16, 16, …)의 기본적인 구조는 도 10에 나타낸 것과 같은 것으로서, 동일한 것에는 동일한 부호를 달아 설명하는데, 통형전지 사이를 전기 접속하는 구조가 도 11~도 13과는 상이하다.

통형전지(16, 16, …)는, 양극(2)과 음극(4)을 세퍼레이터(5)를 통해 감은 전극군(6)을, 그 상하에 절연판(7a, 7b)을 장착하여 전지 케이스(8)에 삽입하고, 양극 리드(1)의 다른쪽의 단부를 봉구판(10)에, 음극 리드(3)의 다른쪽의 전지 케이스(8)의 바닥부에 용접한다.

또한, 리튬 이온을 전해하는 비수 전해질을 전지 케이스(8) 내에 주입하고, 전지 케이스(5)의 개방 단부를, 개스킷(9)을 통해 봉구판(10) 등과 함께 코킹하여 봉구되어 있다.

전지 케이스(8)의 개방 단부를 코킹하여 봉구한 후에, 다음과 같이 하여 음극(21)과 접속판(23)을 접속한다.

전지 케이스(8)의 개방 단부를 코킹하여 봉구한 통형전지(16)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 전지 케이스(8)의 음극(21)의 견부(21a)는 표면에 곡률을 갖기 때문에, 평판 형상의 접속판(23)을 위에 올려놓은 경우에, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 견부의 접촉 개소는 도 3에 이점쇄선으로 나타낸 원주형상의 밀착부(25)가 된다. 접속판(23)의 상기 전지 케이스(8)와의 접촉면과는 반대측의 면에, 각 통형전지(16)마다 밀착부(25)를 따르도록 주사를 행하여 레이저광선(26)을 원주형상으로 조사하여, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 접촉부를 순차적으로 용접하여 음극 용접부(24)를 형성하고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 통형전지(16, 16, …)의 음극이 접속판(23)에 용접된 상태로 조립된다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 양극 용접부(20)에서 양극 캡(11)과 접속 단자(17)가 접합되는데, 접속판(23)과 배선 기판(15)은 절연체(19)에 의해 절연되어 있으며, 접속 단자(17)와 배선 기판(15)은, 땜납 등에 의해 접속되어 있다.

이 구성에 의하면, 통형전지의 바닥부에서 음극 용접을 행했던 접속판이 불필요해져, 종래에 비해 재료비의 저렴화, 및 체적 및 중량을 저감할 수 있다. 또, 인접하는 통형전지(16)의 음극(21)의 접속은, 각 통형전지(16)의 양극 캡(11)의 주위에 위치하고 있는 음극(21)의 견부(21a) 사이를, 인접하는 통형전지(16)의 양극 캡(11)에 대응해 구멍(48)이 형성되어 있어 양극 캡(11)과 접촉하지 않는 접속판(23)을 통해, 통형전지(16)의 양극 캡(11) 측만에서 접속하고 있기 때문에, 통형전지(16)의 길이가 불균일해도 그 영향을 받지 않고 접속할 수 있다. 또, 통형전지(16)의 양극 캡(11)의 측과는 반대측의 단부(49)에는 접속판 등을 설치하지 않아도 되기 때문에, 전지 모듈의 승온이나 냉각이 필요한 사용 형태에 있어서, 통형전지(16)의 단부(49)의 전체를 온도 조절된 액체 또는 충격 흡수 작용과 온도 전달 기능을 겸비한 겔 등의 중간 재료 등에 접촉시켜 효율적으로 열교환할 수 있기 때문에, 승온이나 냉각의 효율을 개선할 수 있다.

(실시형태 2)

통형전지의 견부의 음극은, 도 2에도 나타낸 바와 같이 표면에 곡률을 갖기 때문에, 통형전지의 외형 형상 정밀도가 낮은 경우에는, 도 5에 나타낸 밀착부(25)와 통형전지(16) 자체 사이에 편심이 생겨, 접속판(23)과의 밀착부(25)가 타원형이 되기도 한다. 또한, 통형전지(16) 자체를 회전시켜 레이저 조사하는 경우에는, 통형전지(16) 자체가 회전함으로써 밀착부(25)의 궤적이 변화하기 때문에, 레이저 궤적을 밀착부(25)에 위치 맞춤하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 이러한 원주형상의 용접의 경우에는, 밀착부(25)와 레이저 궤적(27) 사이에 어긋남이 생기게 되어, 전지 케이스(8)의 견부 코킹 부분과 그 위에 얹어진 접속판(23) 사이에 간극이 생기기 때문에, 접합 면적이 작아짐과 더불어 용접 강도가 저하하고, 또한 간극이 큰 경우에는 접합되지 않는다는 문제점이 발생한다.

또 이 미묘한 위치 어긋남에 의해, 용접 강도 편향이나 용접 강도 불균일이 발생하고, 또 원주형상으로 레이저를 주사하기 때문에 용접 변형이 발생할 가능성이 있다. 또한, 2개 이상의 전지를 용접할 때에, 1개씩 시계열로 용접할 필요가 있기 때문에 용접에 시간이 걸린다는 문제도 있다.

이 실시형태 2는 레이저광선(26)의 주사를 실시형태 1의 그것과는 변경함으로써, 용접시의 전지 모듈과 레이저 궤적의 위치 맞춤이 불필요하게 할 수 있다.

즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 인접하여 배치되어 있는 복수의 통형전지(16, 16, …) 상에 접속판(23)(도 6에서는 도시하지 않음)을 올려놓은 후, 접속판(23)과 각각의 통형전지(16)의 견부와의 밀착부(25)라고 생각되는 예상 위치를 가로지르도록 레이저를 조사한다.

구체적으로는, 복수의 통형전지(16, 16, …)의 배열 방향(화살표(28) 방향)을 따른 궤적(L1, L2, L3, L4)으로 레이저 주사하고, 각 통형전지(16)의 밀착부(25)와 접한다고 생각되거나, 또는 각 통형전지(16)의 밀착부(25)를 가로지른다고 생각되는, 직전부터 직후에 걸친 타이밍 T1, T2, T3, T4, T5, T6에만 레이저 조사의 파워를 용접할 수 있는 파워로 전환하여, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 코킹 부분의 견부(21a)의 천정부를 용접하여 음극 용접부(24)를 형성한다. 이때의 음극 용접부(24)의 형상은 선 형상이 된다. 50은 각 통형전지(16)의 양극 캡(11)의 중심을 통과하는 선이다. 또한, 여기에서는 통형전지(16)의 양극의 중심과 양극 캡(11)의 중심은 일치하고 있다.

궤적 L1의 주사가 종료되면, 복수의 통형전지(16, 16, …)의 배열 방향(화살표(28) 방향)과는 교차하는 방향으로 레이저 조사 위치를 이동시켜 궤적 L2의 주사를 행하여, 각 통형전지(16)의 밀착부(25)를 가로지른다고 생각되기 직전부터 직후에 걸친 타이밍 T7, T8, T9, T10, T11, T12에만 레이저 조사의 파워를 용접할 수 있는 파워로 전환하여, 통형전지 코킹 부분의 천정부와 접속판(23)을 용접한다. 이하, 동일하게 궤적 L3, L4의 주사를 행하여 타이밍 T13~T18, T19~T24에만 레이저 조사의 파워를 용접할 수 있는 파워로 전환하여, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 코킹 부분의 견부(21a)의 천정부를 용접한다.

이와 같이 형성된 각 통형전지(16)에 있어서의 음극 용접부(24)의 수는 복수의 8개소이며, 각 통형전지(16)의 양극 캡(11)의 중심에 대해 모두 점대칭이다. 선 형상의 어느 음극 용접부(24)도 그 연장선은, 각 통형전지(16)의 양극 캡(11)과는 교차하지 않는다. 또, 이 8개의 음극 용접부(24)가 전지 케이스(8)의 둘레 방향으로 분산하여 형성되어 있으므로, 전류 집중도 없고, 양호하게 전력을 취출할 수 있다. 이러한 점은 이하의 실시형태에서도 동일하다.

또, 실시형태 2를 나타내는 도 6에서는 복수의 음극 용접부(24)를, 복수의 통형전지(16)의 양극 캡(11)의 중심을 통과하고, 복수의 통형전지(16)의 배열 방향(28)을 따른 선(50)에 대해, 선대칭의 형상으로 배치되어 있다.

이 용접 방법에서는, 레이저 궤적은 반드시 밀착되어 있는 부분을 가로지르기 때문에, 위치 맞춤이 불필요하게 된다는 이점이 있고, 또 일직선으로 복수의 통형전지(16)를 모아서 용접하기 때문에 단시간에 용접이 가능하다. 또한, 용접 강도의 편향이나 용접 강도 불균일을 없애 강도를 균등화 및 안정화함과 더불어, 용접 변형을 없애 용접 정밀도 및 기계 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 복수의 통형전지(16)의 배열 방향(28)을 따라 주사해 레이저광선(26)을 조사하여 음극 용접부(24)를 형성하고 있으므로, 하나의 통형전지(16)의 접속판(23)에 대한 용접을 완료하고 나서 다음 통형전지(16)의 접속판(23)에 대한 용접을 실시하는 경우에 비해, 하나의 통형전지(16)로의 단위시간당 미치는 열의 영향이 적어, 접속판(23)의 변형도 적다.

이와 같이 복수의 통형전지(16)를 공통의 접속판(23)으로 한쪽을 용접하는 경우에, 접속판(23)의 변형이 적다는 것은, 접속된 복수의 통형전지(16)를 정렬 상태로 유지할 수 있는 점에서 매우 바람직하고, 많은 통형전지를 한정된 스페이스에 넣어 차재용 배터리 등을 제조하는 경우에 유효하다.

(실시형태 3)

실시형태 2에서는 레이저광선(26)의 주사를, 복수의 통형전지(16, 16, …)의 배열 방향(화살표(28) 방향)의 궤적 L1, L2, L3, L4로 이동시켰으나, 통형전지(16)의 원주 방위각에 대한 접합 강도나 전지 모듈 동작시의 전류 밀도의 균일성의 관점에서, 도 7에 나타낸 바와 같은 직사각형 형상인 예를 들면 우물 테두리 형상의 용접도 적절하게 이용된다. 여기서 접합 면적이 작으면, 전지 모듈 동작시에 전류가 흘렀을 때의 접합부의 발열이 커져, 온도 상승이 허용 범위 내에 들어가지 않는 경우가 있는데, 그 경우에는 도 8에 나타낸 바와 같이 용접선을 2중으로 함으로써 접합 면적이나 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

도 7에 나타낸 실시예에서는, 궤적 L1을 따라 레이저 주사 위치를 이동시켜 각 통형전지(16)의 밀착부(25)와 접한다고 생각되거나, 또는 통형전지(16)의 밀착부(25)를 가로지른다고 생각되는, 직전부터 직후에 걸친 타이밍 T1~T8에만 레이저 조사의 파워를 용접할 수 있는 파워로 전환하여, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 코킹 부분의 견부(21a)의 천정부를 용접한다. 용접이 끝난 통형전지(16)에 인접한 용접 전의 통형전지(16)에 대해서도 동일하게 용접한다.

이 경우에도, 타이밍 T1~T8에만 레이저 조사의 파워를 용접할 수 있는 파워로 전환하여, 하나의 통형전지의 외주를 따라 늘어선 간헐적인 복수의 용접점에 의해, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 견부(21a)의 음극 용접부(24)가 형성되어 있으므로, 상기 밀착부(25)를 따라 연속하여 레이저 조사하여 용접하는 경우에 비해, 각 통형전지(16) 및 접속판(23)에 작용하는 열영향이 작다.

도 8에 나타낸 실시예에서는, 궤적 L1을 따라 레이저 주사 위치를 이동시켜 도 7과 동일하게 용접한 후에, 궤적 L1의 내주측의 궤적 L2에 레이저 주사 위치를 이동하여, 상기 밀착부(25)와 접한다고 생각거나, 또는 통형전지(16)의 밀착부(25)를 가로지른다고 생각되는, 직전부터 직후에 걸친 타이밍 T9~T16에만 레이저 조사의 파워를 용접할 수 있는 파워로 전환하여, 접속판(23)과 전지 케이스(8)의 코킹 부분의 천정부를 용접한다. 용접이 끝난 통형전지(16)에 인접한 용접 전의 통형전지(16)에 대해서도 동일하게 용접한다.

(실시형태 4)

상기 각 실시형태에서는, 레이저 용접의 형태가 열전도형이었던 경우에는, 전지 케이스(8)를 레이저가 관통하거나, 전지 케이스(8)의 온도가 너무 오르거나 하지 않도록 레이저 파워를 매우 고정밀도로 조절하는 것이 필요한데, 레이저 용접의 형태로서 주사 속도가 높은 키홀 용접을 각 실시형태에 채용함으로써, 개스킷(9)의 응력 완화가 일어나지 않는 범위에 전지 케이스(8)의 온도 상승을 억제하고, 전해액이 누액하지 않도록 용접을 행할 수 있어, 더욱 간단하게, 게다가 단시간에, 접속판(23)과 통형전지(16)를 용접할 수 있다.

키홀 용접시에는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 접속판(23)을 통과해 음극(21)의 표면 부근까지 레이저광선(26)이 미치도록, 열전도형 레이저 용접의 경우보다도 고출력의 레이저광선(26)을 사용한다. 이 키홀 용접에서는, 레이저의 열에 의해 레이저 조사 위치의 접속판(23)과 음극(21)의 견부가 부분적으로 용융되고, 용융 금속의 고임 부분인 용융지(溶融池)(40)가 형성된다. 이 용융지(40)의 선단 부분에서 레이저가 접속판(23)을 관통하여 키홀(41)이 형성된다. 이 키홀 용접에서는, 접속판(23)의 열전도에 의해 용융부를 넓히는 열전도형의 용접과는 달리, 용접되는 접속판(23)의 용접 개소 이외의 부분의 온도 상승을 억제할 수 있고, 특히, 레이저 파워에 의해 주사 속도가 빠른 키홀 용접을 행함으로써, 전지 케이스(8)의 온도 상승을 열전도형 레이저 용접의 경우보다도 낮게 억제할 수 있다. 도 14에서 화살표 42는 용접 진행 방향, 화살표 43은 용융지(40)에서의 용융의 흐름, 44는 기포, 45는 보이드, 46은 스패터이다.

레이저광선(26)의 출력 제어시에는, 키홀 깊이(47)의 변동과 그 용접시의 플라즈마 발광의 발광량에는 상관이 있기 때문에, 플라즈마 발광량을 계측하고, 계측에 의해 얻어진 플라즈마 발광량이 목표 키홀 깊이인 경우의 목표 플라즈마 발광량에 가까워지도록, 레이저광선(26)의 출력 파워를 제어함으로써, 키홀(41)의 가늘고 긴 형상을 안정적으로 할 수 있다.

(실시형태 5)

상기 각 실시형태에 있어서의 레이저 조사의 구체적인 예를 도 9에 나타냈다.

이 실시형태 5에서는, 파이버 레이저(29)와 반도체 레이저(30)를 겹친 하이브리드 레이저가 적절하게 이용된다. 레이저 경통(31)은 미러(32, 33)와 렌즈(34)를 갖고 있다. 레이저 경통(31)에 입사한 파이버 레이저(29)는, 미러(32)에서 반사하여 미러(33)와 렌즈(34)를 통과해 음극 용접부를 향해 조사된다. 레이저 경통(31)에 입사한 반도체 레이저(30)는, 미러(33)에서 반사해 렌즈(34)를 통과해 음극 용접부로 향해 조사된다. 여기에서는, 파이버 레이저(29)에 의해 용입 깊이를 제어하고, 반도체 레이저(30)에 의해 용접 폭을 확보함으로써, 전지 케이스의 두께에 거의 근접한 용입 깊이로 충분한 용접 폭을 얻을 수 있다. 또, 하이브리드 레이저의 특징으로서, 스패터나 블로우홀의 발생을 억제하여, 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 높은 성능 및 신뢰성과 함께 자원 절약이나 에너지 절약이 요구되는, 자동차 등의 모터 구동용 전원에 이용하기 위한, 전지를 복수개 탑재한 전지 모듈 및 그 용접 방법으로서 유용하다.

8: 전지 케이스 9: 개스킷
10: 봉구판 11: 양극 캡
12: 전지 모듈 13: 하우징
14: 덮개 15: 배선 기판
16: 통형전지 17: 접속 단자
18: 접속판 19: 절연체
20: 양극 용접부 21: 음극
21a: 견부 22: 음극 용접부
23: 접속판 24: 음극 용접부
25: 밀착부 26: 레이저광선
27: 레이저 궤적 28: 복수의 통형전지(16)의 배열 방향
L1, L2, L3, L4: 궤적
T1~T6, T7~T12, T13~T18, T19~T24: 용접 실행의 타이밍
29: 파이버 레이저 30: 반도체 레이저
31: 레이저 경통 32, 33: 미러
34: 렌즈

Claims

한쪽 끝이 개방되어 있는 통 형상의 전지 케이스의 개방단을 봉구(封口)하고, 상기 개방단의 주위에 음극인 곡률을 가진 견부(肩部)와, 상기 개방단의 중앙에 양극의 돌기부를 배치한 복수의 통형전지의 양극과 음극을 전기적으로 접속한 전지 모듈로서,
상기 양극의 돌기부를 배치한 측의 상기 통형전지의 단부에서, 상기 통형전지의 음극인 전지 케이스의 개방단 측의 주위의 곡률을 가진 견부와 접속판을 음극 용접부로 접속하고, 상기 양극의 돌기부와 접속 단자를 양극 용접부로 접속한 전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 용접부의 형상이, 상기 접속판과 상기 전지 케이스의 견부와의 밀착부와 교차하는 선 형상인, 전지 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
하나의 상기 통형전지마다, 복수의 상기 음극 용접부를 갖는 전지 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
하나의 상기 통형전지당, 복수의 상기 음극 용접부를 갖고, 복수의 상기 음극 용접부는, 상기 양극의 돌기부의 중심에 대해 점대칭의 형상이 되도록 배치되어 있는, 전지 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
복수의 상기 음극 용접부를, 복수의 통형전지의 상기 양극의 돌기부의 중심을 통과하고, 상기 복수의 통형전지의 배열 방향을 따른 선에 대해, 선대칭의 형상으로 배치한, 전지 모듈.
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한쪽 끝이 개방되어 있는 통 형상의 전지 케이스의 개방단을 봉구하고, 상기 개방단의 주위에 음극인 곡률을 가진 견부와, 상기 개방단의 중앙에 양극의 돌기부를 배치한 복수의 통형전지의 양극과 음극을 전기적으로 접속한 전지 모듈의 용접 방법으로서,
상기 전지 케이스의 코킹되어 봉구(封口)되고 곡률을 가진 상기 견부를 동일 방향으로 하여 배치한 복수의 상기 통형전지의 상기 견부에 접속판을 얹는 단계, 및
통 형상의 상기 전지 케이스의 개방단 측의 주위의 곡률을 가진 상기 견부와, 상기 접속판과의 밀착부와는 반대측의, 상기 접속판의 면으로부터 상기 접속판에 레이저 광선을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 조사하는 단계에서,
상기 접속판의 상기 전지 케이스의 견부와의 밀착부에, 또는 상기 밀착부를 가로지르도록, 상기 레이저 광선을 조사하여 용접함으로써, 상기 접속판과 상기 전지 케이스의 상기 견부가 전기 접속된 음극 용접부를 형성하는,
전지 모듈 용접 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 조사하는 단계에서,
복수의 통형전지의 배열 방향을 따라 주사하여 레이저광선을 조사해 상기 음극 용접부를 형성하는,
전지 모듈 용접 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 조사하는 단계에서,
복수의 상기 통형전지마다, 상기 접속판과 상기 전지 케이스의 밀착부 또는 상기 밀착부를 가로지르는 직사각형 형상의 궤적으로 레이저광선을 주사하여 상기 음극 용접부를 형성하는,
전지 모듈 용접 방법.
청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조사하는 단계에서,
키홀 용접에 의해 상기 음극 용접부를 형성하는,
전지 모듈 용접 방법.
청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조사하는 단계에서,
파이버 레이저와 반도체 레이저를 겹친 하이브리드 레이저를 상기 접속판을 향해 조사하고, 상기 파이버 레이저에 의해 상기 음극 용접부의 용입 깊이를 제어하고, 상기 반도체 레이저에 의해 용접 폭을 확보하여 용접하는,
전지 모듈 용접 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 키홀 용접은, 키홀 용접 개소에서의 플라즈마 발광량을 계측하고, 계측에 의해 얻어진 플라즈마 발광량이 목표 키홀 깊이인 경우의 목표 플라즈마 발광량에 가까워지도록, 상기 레이저광선의 출력 파워를 제어하여 키홀의 형상을 제어하는,
전지 모듈 용접 방법.