KR101822229B1 - 버스 바 및 버스 바의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용하는 버스 바로서, 전기 부식을 방지하면서 전기 저항을 억제할 수 있고 또한 기계적 강도에도 우수한 것으로 한다. 본 발명의 버스 바(1)는 배터리 셀(2)의 플러스 단자(5)와 동일 금속으로 형성되어 당해 플러스 단자(5)와 접속 가능하게 된 정극 접속부(10)와, 배터리 셀(2)의 마이너스 단자(6)와 동일 금속으로 형성되어 당해 마이너스 단자(6)와 접속 가능하게 된 부극 접속부(11)가 금속적 결합에 의해 일체로 결합되어 있다.

Description

버스 바 및 버스 바의 제조 방법{BUS BAR AND METHOD FOR PRODUCING BUS BAR}
본 발명은 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여, 적합하게 사용할 수 있는 버스 바 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기 자동차나 하이브리드 카 등에 탑재하는 배터리로서, 복수의 배터리 셀을 서로의 정·부극 사이가 직렬 접속이 되도록 버스 바로 연결해서 조전지로 구성한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이러한 조전지는 고출력, 고에너지 밀도인 것이 특징이며, 배터리 셀에는 대부분의 경우, 리튬 이온 전지가 사용되고 있다. 리튬 이온 전지는 플러스 단자가 알루미늄(Al)을 소재로 하고, 마이너스 단자가 구리(Cu)를 소재로 형성되어 있다.
이와 같은 배터리 셀의 단자끼리를 연결하기 위한 부품으로서, 버스 바(bus bar, 전기 에너지의 분배에 사용되는 부품이며, 버스 바라고도 부름)가 있다. 이러한 버스 바의 제조 방법으로서는, 예를 들어 특허문헌 2의 "발명이 해결하려고 하는 과제"에 개시되어 있는 바와 같이, 버스 바를 구성하는 부재끼리 레이저 용접하는 것이 있다.
일본 특허 출원 공개 제2002-373638호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-163039호 공보
전술한 바와 같이, 배터리 셀끼리를 직렬로 접속할 경우, 플러스 단자인 알루미늄제 단자와, 마이너스 단자인 구리제 단자를 버스 바로 연결하게 된다. 그로 인해, 버스 바를 알루미늄으로 형성하도록 하거나 또는 구리로 형성하도록 하더라도, 반드시 버스 바와 한쪽의 단자 사이는 이종 금속에 의한 접속을 하게 된다.
일반적으로, 이종의 금속끼리를 접속했을 때에 공기중의 수분에 의한 전기 부식(전기 화학적 부식)이 일어나는 것은 잘 알려져 있다. 따라서, 이 전기 부식의 진행에 수반하여, 버스 바와 단자 사이가 통전하지 않게 되거나 버스 바 자체 또는 단자 자체가 파손되거나 하는 경우가 생기고, 최종적으로는 전기 자동차를 시동할 수 없다는 중대 문제에 이른다.
또한, 이 문제의 대책으로서, 특허문헌 2와 같이, 알루미늄편과 구리편을 레이저 용접 등에 의해 접합해서 버스 바를 제작하는 것이 제안되어 있지만, 이 방법으로 시험제작된 버스 바에서는, 레이저 용접 부분에서 2종의 금속에 의한 공정이 발생하고, 이것이 원인으로 전기 저항이 과대하게 되거나 기계적 강도(특히 취성이나 인장 강도)가 현저하게 저하하거나 하는 결점이 있어서, 매우 실용적이지 않았다.
본 발명은, 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용하는 버스 바에 있어서, 전기 부식을 방지하면서 전기 저항을 억제할 수 있고 또한 기계적 강도에도 우수한 고성능·고신뢰성을 갖는 버스 바와, 이 버스 바의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 버스 바는, 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용하는 단자 접속용의 버스 바이며, 상기 배터리의 플러스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 플러스 단자와 접속 가능하게 된 정극 접속부와, 상기 배터리의 마이너스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 마이너스 단자와 접속 가능하게 된 부극 접속부를 구비하고, 상기 정극 접속부와 부극 접속부가 금속적 결합에 의해 일체화되어 있는 구성을 갖는다.
이 버스 바이면, 배터리의 플러스 단자에 당해 단자와 동일 금속으로 형성된 정극 접속부를 접속하고, 배터리의 마이너스 단자에 당해 단자와 동일 금속으로 형성된 부극 접속부를 접속함으로써, 단자 접합부에서의 전기 부식, 거기에 수반하는 전기 저항의 증가가 억제되고, 배터리 접속용의 버스 바로서의 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 버스 바의 정극 접속부와 부극 접속부는 금속적 결합에 의해 일체화되어 있기 때문에, 이 결합 부분에 있어서도 전기 부식, 그에 수반하는 전기 저항의 증가가 발생하는 일은 없다.
또한, "금속적 결합"은, 결합하려는 이종 금속 사이가 금속 조직 레벨로 밀착된 결합 계면을 형성시켜, 그 결과로써 도전성 및 기계적 결합 강도를 "버스 바로서 실용에 적합한 값"으로까지 높인 상태를 말하는 것으로 한다.
바람직하게는, 상기 정극 접속부는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 부극 접속부는 구리 또는 동합금으로 형성되어 있으면 좋다.
한편, 상술한 버스 바를 제조할 때는, 상기 정극 접속부를 형성하는 금속 원재와 부극 접속부를 형성하는 금속 원재가 면으로 접하는 상태로 되어 있는 대면 원재를 준비하고, 고압의 정수압 환경 하에서, 상기 대면 원재를 다이에 의해 압출 가공 또는 인발 가공하는 제조 방법을 채용하는 것이 불가결하다.
이 제조 방법을 채용함으로써, 정극 접속부를 형성하는 금속재와 부극 접속부를 형성하는 금속재가 금속적 결합해서 일체화되어, 배터리의 플러스 단자와 마이너스 단자 사이를 적합하게 연결할 수 있는 버스 바를 제조할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 버스 바는, 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용하는 단자 접속용의 버스 바이며, 상기 배터리의 플러스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 플러스 단자와 접속 가능하게 된 정극 접속부와, 상기 배터리의 마이너스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 마이너스 단자와 접속 가능하게 된 부극 접속부를 갖고, 평면시에 있어서, 상기 정극 접속부의 주위를 부극 접속부가 둘러싸고, 또는 부극 접속부의 주위를 정극 접속부가 둘러싸도록 배치되어 있는 동시에, 상기 정극 접속부와 부극 접속부가 금속적 결합에 의해 일체적으로 결합되어 있는 구성을 구비한다.
이 버스 바이면, 배터리의 플러스 단자에 당해 단자와 동일 금속으로 형성된 정극 접속부를 접속하고, 배터리의 마이너스 단자에 당해 단자와 동일 금속으로 형성된 부극 접속부를 접속함으로써, 단자 접합부에서의 전기 부식, 거기에 수반하는 전기 저항의 증가가 억제되고, 배터리 접속용의 버스 바로서의 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 버스 바의 정극 접속부와 부극 접속부는 금속적 결합에 의해 일체화되어 있기 때문에, 이 결합 부분에 있어서도 전기 부식, 그에 수반하는 전기 저항의 증가가 발생하는 일은 없다.
또한, "금속적 결합"은, 결합하려고 하는 이종 금속 사이가 금속 조직 레벨로 밀착된 결합 계면을 형성시켜, 그 결과적으로 도전성 및 기계적 결합 강도를 "버스 바로서 실용에 적합한 값"으로까지 높인 상태를 말하는 것으로 한다.
바람직하게는, 상기 정극 접속부는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 부극 접속부는 구리 또는 동합금으로 형성되어 있으면 좋다.
한편, 상술한 버스 바를 제조할 때는, 상기 정극 접속부를 형성하는 금속 원재의 주위를 부극 접속부를 형성하는 금속 원재로 둘러싼 대면 원재, 또는 부극 접속부를 형성하는 금속 원재의 주위를 정극 접속부를 형성하는 금속 원재로 둘러싼 대면 원재를 준비하고, 고압의 정수압 환경 하에서, 상기 대면 원재를 다이에 의해 압출 가공 또는 인발 가공하는 제조 방법을 채용하는 것이 불가결하다.
이 제조 방법을 채용함으로써, 정극 접속부를 형성하는 금속재와 부극 접속부를 형성하는 금속재가 금속적 결합해서 일체화되어, 배터리의 플러스 단자와 마이너스 단자 사이를 적합하게 연결할 수 있는 버스 바를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용할 수 있고, 전기 부식을 방지하면서 전기 저항을 억제할 수 있고 또한 기계적 강도에도 우수한 고성능·고신뢰성을 갖는 버스 바를 실현할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 버스 바의 사용 형태를 도시한 사시도이다.
도 2a는 제1 실시형태의 버스 바를 도시한 평면도이다.
도 2b는 제1 실시형태의 버스 바를 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 버스 바를 제조하는 과정을 설명한 사시도이다.
도 4a는 제2 실시형태의 버스 바를 도시한 평면도이다.
도 4b는 제2 실시형태의 버스 바를 도시한 정면도이다.
도 5는 제3 실시형태의 버스 바의 사용 형태를 도시한 사시도이다.
도 6a는 제3 실시형태의 버스 바를 도시한 평면도이다.
도 6b는 제3 실시형태의 버스 바를 도시한 정면도이다.
도 6c는 제3 실시형태의 버스 바를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 관한 버스 바를 제조하는 과정을 설명한 사시도이다.
도 8a는 제4 실시형태의 버스 바를 도시한 평면도이다.
도 8b는 제4 실시형태의 버스 바를 도시한 정면도이다.
도 8c는 제4 실시형태의 버스 바를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1 내지 도 3은 본 발명에 관한 버스 바(1)의 제1 실시형태를 도시하고 있다.
도 1에 도시한 사용예로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 버스 바(1)는, 복수의 배터리 셀(2)을 직렬 접속함으로써 구성되는 조전지(3)에 있어서, 배터리 셀(2) 상호 사이에서 플러스 단자(5)와 마이너스 단자(6)를 접속하기 위해 사용된다.
또한, 각 배터리 셀(2)은 리튬 이온 전지이며, 플러스 단자(5)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있고, 외주면에는 수나사가 형성되어 있다. 마이너스 단자(6)는 구리 또는 동합금에 의해 형성되어 있고, 외주면에는 수나사가 형성되어 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 버스 바(1)는 직사각형의 판형상으로 형성되어 있고, 장변측을 거의 이등분하는 중간 위치를 경계로 하여, 그 일측에 정극 접속부(10)가 설치되고, 타측에 부극 접속부(11)가 설치되어 있다. 버스 바(1)의 치수는 배터리 셀(2) 상호의 위치나 흐르는 전류량 등에 의해 적절하게 변경 가능하지만, 예를 들어 장변 30 내지 70㎜, 단변 20 내지 60㎜, 두께 1 내지 2㎜이다.
버스 바(1)의 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)는 서로 다른 금속으로 형성되어 있다. 정극 접속부(10)는 배터리 셀(2)의 플러스 단자(5)와 동일 금속, 즉 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 소재로 하여 형성되어 있다. 또한, 부극 접속부(11)는 마이너스 단자(6)와 동일 금속, 즉 구리 또는 동합금을 소재로 하여 형성되어 있다.
버스 바(1)에 있어서의 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)의 경계는, 정극 접속부(10)의 금속(Al)과 부극 접속부(11)의 금속(Cu)을 초고압하(예를 들어 1000㎫ 정도)이고 또한 변형을 부여하도록 하여, 서로가 금속 조직 레벨로 밀착된 결합 계면을 형성시키고, 그 결과로써 도전성 및 기계적 결합 강도를 "버스 바로서 실용에 적합한 값"으로까지 높인 상태로 되어 있다.
또한, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 정극 접속부(10)에는 배터리 셀(2)의 플러스 단자(5)를 삽입하는 접속 구멍(12)이 단변 방향 대략 중앙부에 설치되고, 부극 접속부(11)에는 배터리 셀(2)의 마이너스 단자(6)를 삽입하는 접속 구멍(13)이 단변 방향 대략 중앙부에 설치되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이들 각 접속 구멍(12)에 플러스 단자(5)를 삽입한 상태에서, 관통된 플러스 단자(5)에 대하여 너트(15)를 나사 결합시킴으로써, 플러스 단자(5)와 정극 접속부(10)가 연결된다. 마찬가지로, 접속 구멍(13)에 마이너스 단자(6)를 삽입한 후에, 마이너스 단자(6)에 대하여 너트(15)를 나사 결합시켜, 마이너스 단자(6)와 부극 접속부(11)를 연결한다.
또한, 너트(15)를 나사 결합시킨 결합이 아니고, 플러스 단자(5)와 정극 접속부(10)를 용접하는 동시에 마이너스 단자(6)와 부극 접속부(11)를 용접해도 좋다. 즉, 버스 바의 이종 금속부를 각각의 동종 단자에 직접 용접해도 좋다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이와 같은 구성의 버스 바(1)를 제조하려면, 초고압 정수압하에 있어서의 압출 가공을 행한다. 이 가공에 사용하는 압출 장치(20)는, 얻고자 하는 버스 바(1)의 장변측 단면 형상(평면 형상)에 대응한 단일 개구의 다이(21)를 구비한 것으로, 초고압(1000㎫ 정도)의 등방압 환경 하에서의 압출 성형이 가능하다.
버스 바(1)의 제조 수순으서는, 우선 배터리 셀(2)의 플러스 단자(5)와 동일 금속(알루미늄 또는 알루미늄 합금)으로 이루어지는 정극용 원재(10A)(금속 원재)와, 배터리 셀(2)의 마이너스 단자(6)와 동일 금속(구리 또는 동합금)으로 이루어지는 부극용 원재(11A)(금속 원재)를 준비한다. 이들 정극용 원재(10A) 및 부극용 원재(11A)는, 예를 들어 각각 바(bar)로 된 것을 길이 방향을 따라 맞대어, 둥근 막대 형상의 빌렛(대면 원재)으로서 형성해 두면 좋다.
다음에, 이 빌렛을 정극용 원재(10A)와 부극용 원재(11A)가 서로 병행해서 압출되도록 압출 장치(20)에 장전한다.
이 상태에서, 압출 장치(20)를 초고압의 등방압 환경 하에서 작동시켜, 압출 가공 또는 인발 작업을 행하고, 정극용 원재(10A)와 부극용 원재(11A)가 금속적 결합해서 일체로 된 성형체(1A)를 성형한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 압출 장치(20)의 다이(21)(다이스)의 개구 면적은 빌렛의 단면적보다 작기 때문에, 다이(21)를 통과시킴으로써, 빌렛이 전체 둘레에서 압축을 받아서 소성 변형한다. 양 원재(10A, 11A)의 맞춤면은 다이(21)를 나온 후에 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)의 결합 계면(금속적 결합부)을 형성한다.
이와 같이 하여 얻어진 성형체(1A)를 압출 방향에서 소정 간격을 두고 잘라낸다. 잘라낸 후에 있어서, 정극 접속부(10)에 접속 구멍(12)을 설치하고, 부극 접속부(11)에 접속 구멍(13)을 설치해서 버스 바(1)를 완성시킨다. 필요에 따라서 표면 연마나 표면 처리 등을 행해도 된다.
이와 같이 하여 제조된 버스 바(1)는 배터리 셀(2)의 플러스 단자(5)와 동일 금속의 정극 접속부(10)와, 배터리 셀(2)의 마이너스 단자(6)와 동일 금속의 부극 접속부(11)가 금속적 결합에 의해 일체 형성된 구성이다. 이로 인해, 이 버스 바(1)의 어느 부분[배터리 단자와의 연결 부분 및 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)의 결합면]에서도 전기 부식이 일어나지 않고 전기 저항을 억제할 수 있고, 게다가 기계적 강도에도 우수한 것이 된다.
[제2 실시형태]
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 관한 버스 바(1)의 제2 실시형태를 도시하고 있다.
제2 실시형태의 버스 바(1)에서는, 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)의 결합 계면(금속적 결합부)을 발생시키는 부분에, 측면에서 보아 크랭크 형상으로 꺾이는 단차부(25)를 형성하여, 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11) 사이에 고저차를 발생시킨 것이다. 이러한 단차부(25)를 형성시킨 버스 바(1)이면, 서로 고저차(또는 가로 어긋남)를 발생시켜서 배치된 배터리 셀(2) 상호를 바로 접속할 수 있다.
또한, 단차부(25)에 있어서, 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11) 사이의 고저차를 어느 정도의 치수로 할 지는 전혀 한정되는 것은 아니다. 또한, 단차부(25)는 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)의 결합 계면에 일치시켜서 형성하는 것으로 한정되는 것이 아니고, 정극 접속부(10)측, 또는 부극 접속부(11)측에 위치를 어긋나게하여 형성할 수도 있다.
또한, 단차부(25)는 크랭크 형상으로 꺾이는 것에 의해 형성되는 것으로 한정되는 것이 아니고, 완만한 곡선에 의해, S자 커브를 그리도록 형성해도 좋다.
제2 실시형태의 버스 바(1)를 제조하는 경우라도, 초고압(~1000㎫ 정도)의 등방압 환경 하에서의 압출 또는 인발 성형을 채용한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 다이(21)의 개구 형상을 버스 바(1)의 장변측 단면 형상에 대응시켜서 크랭크 형상으로 해 두면 좋다.
그 밖의 구성 및 작용 효과, 제조 방법은 제1 실시형태와 거의 동일하므로, 여기에서 상세한 설명은 생략한다.
실시예 1
초고압의 등방압 환경 하에서의 압출 또는 인발 성형에 의해 제조한 제1 실시형태의 버스 바의 특성을 표 1에 나타낸다.
비교 대상으로서는, 종래 제조법의 하나인 마찰 교반법에 의한 접합[마찰 교반 접합 : Friction Stir Welding(FSW)]을 행해서 제조한 버스 바와, 종래 제조법의 하나인 레이저 용접에 의해 접합을 행해서 제조한 버스 바를 예시한다.
Figure 112014117600037-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 마찰 교반법에 의한 접합을 행해서 제조한 버스 바는 전기 전도율이 48.5％(한쪽 교반), 49.0％(쌍방 교반)으로 되어, 전도율의 값이 나쁘다. 레이저 용접에 의해 접합을 행해서 제조한 버스 바는 전기 전도율이 60.4％로, 마찰 교반법에 비해 전기 전도율이 좋다. 그것에 비해, 제1 실시형태의 버스 바에서는, 전기 전도율이 66.1％로 매우 높은 값으로 되어 있어, 복수의 배터리 셀(2)에서의 전력 전송을 손실 없이 고효율로 행할 수 있다.
그런데, 금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에서는 아니고 특허청구의 범위에 의해 나타나며, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 정극 접속부(10)와 부극 접속부(11)의 결합 계면(금속적 결합부)은, 버스 바(1)에 있어서의 장변측의 중앙에 배치하는 것으로 한정되는 것이 아니고, 정극 접속부(10)측, 또는 부극 접속부(11)측으로 치우치게 한 배치로 해도 된다.
또한, 본 발명에 관한 버스 바(1)는, 자동차 탑재용의 리튬 이온 전지를 접속할 때에 매우 적합하지만, 다른 용도에 있어서의 리튬 이온 전지(배터리)의 접속에 사용해도 아무런 문제는 없다.
[제3 실시형태]
도 5 내지 도 7은 본 발명에 관한 버스 바(101)의 제3 실시형태를 도시하고 있다.
도 5에 도시한 사용예로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 버스 바(101)는, 복수의 배터리 셀(102)을 직렬 접속함으로써 구성되는 조전지(103)에 있어서, 배터리 셀(102) 상호 사이에서 플러스 단자(105)와 마이너스 단자(106)를 접속하기 위해 사용된다.
또한, 각 배터리 셀(102)은 리튬 이온 전지이며, 플러스 단자(105)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있고, 외주면에는 수나사가 형성되어 있다. 마이너스 단자(106)는 구리 또는 동합금으로 형성되어 있고, 외주면에는 수나사가 형성되어 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 버스 바(101)는 직사각형의 판형상으로 형성되어 있고, 장변측을 거의 이등분하는 중간 위치를 경계로 하여, 그 일측에 정극 접속부(110)가 설치되고, 타측에 부극 접속부(111)가 설치되어 있다. 본 실시형태의 경우, 정극 접속부(110)는 부극 접속부(111)측으로 돌출되도록 하여 프레임부(114)가 설치되어 있고, 이 프레임부(114)의 프레임 내측으로 부극 접속부(111)가 끼워 넣어진다. 즉, 정극 접속부(110)에 의해, 부극 접속부(111)의 외주부 전체 둘레가 둘러싸여진다.
버스 바(101)의 치수는 배터리 셀(102) 상호의 위치나 흐르는 전류량 등에 의해 적절하게 변경 가능하지만, 예를 들어 장변 30 내지 70㎜, 단변 20 내지 60㎜, 두께 1 내지 2㎜이다.
버스 바(101)의 정극 접속부(110)와 부극 접속부(111)는 서로 다른 금속으로형성되어 있다. 정극 접속부(110)는 배터리 셀(102)의 플러스 단자(105)와 동일 금속, 즉 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 소재로 형성되어 있다. 또한, 부극 접속부(111)는 마이너스 단자(106)와 동일 금속, 즉 구리 또는 동합금을 소재로 형성되어 있다.
이들 정극 접속부(110)와 부극 접속부(111)는 프레임부(114)의 프레임 내주를 따른 접합면 사이에서 금속적 결합에 의해 일체로 결합되어 있다. 이 접합면(경계면)은 정극 접속부(110)의 금속(Al)과 부극 접속부(111)의 금속(Cu)을 초고압하(예를 들어 1000㎫ 정도)이고 또한 변형을 부여하도록 하여, 서로가 금속 조직 레벨로 밀착된 결합 계면을 형성시켜, 그 결과로써 도전성 및 기계적 결합 강도를 "버스 바로서 실용에 적합한 값"으로까지 높인 상태로 되어 있다.
또한, 도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 정극 접속부(110)를 형성하고 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 쪽이 부극 접속부(111)를 형성하고 있는 구리 또는 동합금보다도 부드럽기 때문에, 양자의 초고압 정수압하에 있어서의 압출 가공시에 의해, 정극 접속부(110)가 부극 접속부(111)를 향해 팽창한 것 같은 만곡이 발생한다. 그로 인해, 본 실시형태를 평면에서 볼 때, 부극 접속부(111)가 그 내부측으로 오목해지는 것 같은 형상으로 되어 있다.
또한, 도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 정극 접속부(110)에는 배터리 셀(102)의 플러스 단자(105)를 삽입하는 접속 구멍(112)이 단변 방향 거의 중앙부에 설치되고, 부극 접속부(111)에는 배터리 셀(102)의 마이너스 단자(106)를 삽입하는 접속 구멍(113)이 단변 방향 대략 중앙부에 설치되어 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 이들 각 접속 구멍(112)에 플러스 단자(105)를 삽입한 상태에서, 관통된 플러스 단자(105)에 대하여 너트(115)를 나사 결합시킴으로써, 플러스 단자(105)와 정극 접속부(110)가 연결된다. 마찬가지로, 접속 구멍(113)에 마이너스 단자(106)를 삽입한 후에, 마이너스 단자(106)에 대하여 너트(115)를 나사 결합시켜, 마이너스 단자(106)와 부극 접속부(111)를 연결한다.
또한, 너트(115)를 나사 결합시킨 결합이 아니고, 플러스 단자(105)와 정극 접속부(110)를 용접하는 동시에 마이너스 단자(106)와 부극 접속부(111)를 용접해도 좋다. 즉, 버스 바의 이종 금속부를 각각의 동종 단자에 직접 용접해도 좋다.
도 7에 도시한 바와 같이, 이와 같은 구성의 버스 바(101)를 제조하려면, 초고압 정수압하에 있어서의 압출 가공을 행한다. 이 가공에 사용하는 압출 장치(120)는 얻고자 하는 버스 바(101)의 장변측 단면 형상(평면 형상)에 대응한 단일 개구의 다이(121)(다이스)를 구비한 것으로, 초고압(1000㎫ 정도)의 등방압 환경 하에서의 압출 성형이 가능하게 된다.
버스 바(101)의 제조 수순으로는, 우선 배터리 셀(102)의 플러스 단자(105)와 동일 금속(알루미늄 또는 알루미늄 합금)으로 이루어지는 정극용 원재(110A)(금속 원재)와, 배터리 셀(102)의 마이너스 단자(106)와 동일 금속(구리 또는 동합금)으로 이루어지는 부극용 원재(111A)(금속 원재)를 바 형상으로 준비한다. 다음에, 바 형상의 정극용 원재(110A) 및 부극용 원재(111A)를 길이 방향을 따라서 맞대고, 또한 그들 맞댐 후의 부재의 외측을 판형상의 정극용 원재(110A)로 감도록 해서, 전체가 둥근 막대 형상으로 되는 빌렛(대면 원재)을 준비하면 좋다. 또한, 정극용 원재(110A) 및 부극용 원재(111A)를 맞댄 후의 부재를 중공 파이프 형상의 정극용 원재(110A)에 끼워 넣음으로써, 빌렛으로 해도 좋다.
다음에, 이 빌렛을 정극용 원재(110A)와 부극용 원재(111A)가 서로 병행해서 압출되도록, 압출 장치(120)에 장전한다.
이 상태에서, 압출 장치(120)를 초고압의 등방압 환경 하에서 작동시키고, 압출 가공 또는 인발 작업을 행하고, 정극용 원재(110A)와 부극용 원재(111A)가 금속적 결합해서 일체가 된 성형체(101A)를 성형한다.
도 7 도시한 바와 같이, 압출 장치(120)의 다이(121)의 개구 면적은 빌렛의 단면적보다 작기 때문에, 다이(121)를 통과함으로써, 빌렛이 전체 둘레에서 압축을 받아 소성 변형한다. 양 원재(110A, 111A)의 맞댐면은 다이(121)를 나온 후에 정극 접속부(110)와 부극 접속부(111)의 결합 계면(금속적 결합부)을 형성하게 된다.
이와 같이 하여 얻어진 성형체(101A)를 압출 방향에서 소정 간격을 두고 잘라낸다. 잘라낸 후에 있어서, 정극 접속부(110)에 접속 구멍(112)을 설치하고, 부극 접속부(111)에 접속 구멍(113)을 설치해서 버스 바(101)를 완성시킨다. 필요에 따라서 표면 연마나 표면 처리 등을 행해도 된다.
이와 같이 하여 제조한 버스 바(101)는 배터리 셀(102)의 플러스 단자(105)와 동일 금속의 정극 접속부(110)와, 배터리 셀(102)의 마이너스 단자(106)와 동일 금속의 부극 접속부(111)가 금속적 결합에 의해 일체 형성된 구성이다. 이로 인해, 이 버스 바(101)의 어느 부분[배터리 단자의 연결 부분 및 정극 접속부(110)와 부극 접속부(111)의 결합면]에서도 전기 부식이 일어나지 않고 전기 저항을 억제할 수 있고, 게다가 기계적 강도에도 우수하다.
[제4 실시형태]
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 관한 버스 바(101)의 제4 실시형태를 도시하고 있다.
제4 실시형태의 버스 바(101)도 직사각형의 판형상으로 형성되어 있고, 장변측을 대략 이등분하는 중간 위치를 경계로 하여, 그 일측에 정극 접속부(110)(Al)가 설치되고, 타측에 부극 접속부(111)(Cu)가 설치되어 있다.
그런데, 본 실시형태의 경우, 부극 접속부(111)에, 정극 접속부(110)측으로 돌출되도록 해서 프레임부(114)가 설치되어 있고, 이 프레임부(114)의 프레임 내측에 정극 접속부(110)가 끼워 넣어진다. 즉, 부극 접속부(111)에 의해, 정극 접속부(110)의 외주부 전체 둘레가 둘러싸여진다.
또한, 도 8a 내지도 8c에 도시한 바와 같이, 정극 접속부(110)를 형성하고 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 쪽이 부극 접속부(111)를 형성하고 있는 구리 또는 동합금보다도 부드럽기 때문에, 양자의 초고압 정수압하에 있어서의 압출 가공시에 의해, 정극 접속부(110)가 부극 접속부(111)를 향해 팽창한 것 같은 만곡이 발생한다. 그로 인해, 본 실시형태를 평면에서 볼 때, 정극 접속부(110)가 그 외측으로 팽창한 것 같은 형상으로 되어 있다.
그 밖의 구성 및 작용 효과, 제조 방법은 제3 실시형태와 거의 동일하므로, 여기에서 상세한 설명은 생략한다.
그런데, 금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타나며, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모두의 변경이 포함된다.
예를 들어, 프레임부(114)의 길이나 폭은 한정되는 것이 아니다. 평면시에 있어서의 정극 접속부(110)와 부극 접속부(111)의 면적비도 적절하게 변경 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 버스 바(101)는 자동차 탑재용의 리튬 이온 전지를 접속할 때에 매우 적합하지만, 다른 용도에 있어서의 리튬 이온 전지(배터리)의 접속에 사용해도 아무런 문제는 없다.
본 출원을 상세하게 또 특정한 실시형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일이 없이 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있다.
본 출원은 2010년 3월 29일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-075915호) 및 2010년 3월 29일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-075917호)에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
1 : 버스 바
1A : 성형체
2 : 셀
3 : 조전지
5 : 정극 단자
6 : 부극 단자
10 : 정극 접속부
10A : 정극용 원재
11 : 부극 접속부
11A : 부극용 원재
12 : 접속 구멍
13 : 접속 구멍
15 : 너트
20 : 압출 장치
21 : 다이
25 : 단차부
101 : 버스 바
101A : 성형체
102 : 셀
103 : 조전지
105 : 정극 단자
106 : 부극 단자
110 : 정극 접속부
110A : 정극용 원재
111 : 부극 접속부
111A : 부극용 원재
112 : 접속 구멍
113 : 접속 구멍
114 : 프레임부
115 : 너트
120 : 압출 장치
121 : 다이
125 : 단차부

Claims (6)

  1. 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용하는 단자 접속용의 버스 바에 있어서,
    상기 배터리의 플러스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 플러스 단자와 접속 가능하게 된 정극 접속부와, 상기 배터리의 마이너스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 마이너스 단자와 접속 가능하게 된 부극 접속부를 구비하고,
    상기 정극 접속부를 형성하는 금속 원재와 부극 접속부를 형성하는 금속 원재가 면으로 접하는 상태로 되어 있는 대면 원재를, 고압의 정수압 환경 하에서, 다이에 의해 압출 가공 또는 인발 가공함으로써, 상기 정극 접속부와 부극 접속부가 금속적 결합에 의해 일체화되고,
    정극 접속부와 부극 접속부가 서로 고저차를 갖도록, 정극 접속부와 부극 접속부의 결합 계면이 발생되는 부분에 형성되고, 상기 압출 가공 또는 인발 가공에 의해 금속적 결합과 동시에 형성되는 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정극 접속부는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고,
    상기 부극 접속부는 구리 또는 동합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  3. 제1항에 기재된 버스 바의 제조 방법이며,
    상기 정극 접속부를 형성하는 금속 원재와 부극 접속부를 형성하는 금속 원재가 면으로 접하는 상태로 되어 있는 대면 원재를 준비하는 단계와,
    고압의 정수압 환경 하에서, 상기 대면 원재를 다이에 의해 압출 가공 또는 인발 가공하여 상기 금속적 결합과 동시에 상기 단차부가 형성되는 단계를 포함하는, 버스 바의 제조 방법.
  4. 플러스 단자와 마이너스 단자가 서로 이종 금속으로 형성된 배터리에 대하여 사용하는 단자 접속용의 버스 바에 있어서,
    상기 배터리의 플러스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 플러스 단자와 접속 가능하게 된 정극 접속부와, 상기 배터리의 마이너스 단자와 동일 금속으로 형성되고 또한 마이너스 단자와 접속 가능하게 된 부극 접속부를 구비하고,
    평면시에 있어서, 상기 정극 접속부를 형성하는 금속 원재의 주위를 부극 접속부를 형성하는 금속 원재로 둘러싼 대면 원재, 또는 부극 접속부를 형성하는 금속 원재의 주위를 정극 접속부를 형성하는 금속 원재로 둘러싼 대면 원재를, 고압의 정수압 환경 하에서, 다이에 의해 압출 가공 또는 인발 가공함으로써, 상기 정극 접속부와 부극 접속부가 금속적 결합에 의해 일체적으로 결합되고,
    정극 접속부와 부극 접속부가 서로 고저차를 갖도록, 정극 접속부와 부극 접속부의 결합 계면이 발생되는 부분에 형성되고, 상기 압출 가공 또는 인발 가공에 의해 금속적 결합과 동시에 형성되는 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정극 접속부는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고,
    상기 부극 접속부는 구리 또는 동합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  6. 제4항에 기재된 버스 바의 제조 방법이며,
    상기 정극 접속부를 형성하는 금속 원재의 주위를 부극 접속부를 형성하는 금속 원재로 둘러싼 대면 원재, 또는 부극 접속부를 형성하는 금속 원재의 주위를 정극 접속부를 형성하는 금속 원재로 둘러싼 대면 원재를 준비하는 단계와,
    고압의 정수압 환경 하에서, 상기 대면 원재를 다이에 의해 압출 가공 또는 인발 가공하여 상기 금속적 결합과 동시에 상기 단차부가 형성되는 단계를 포함하는, 버스 바의 제조 방법.
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