KR20090106547A - 전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법 - Google Patents

전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 관한 전극(21)은 전지 모듈 본체로부터 연장되는 금속 단자(41)와, 빠짐 방지를 구성하는 확대부(35)를 후단부에 갖고, 금속 단자(41)를 상향으로 관통시키는 볼트(31)와, 금속 단자(41)와 전지 모듈의 하우징 사이를 절연하는 절연체(43)를 구비하고, 절연체(43)는 볼트(31)의 확대부(35) 중 적어도 하면에 접촉하여 금속 단자(41)로부터의 볼트(31)의 탈락을 방지하는 탈락 방지부(45)를 갖고 있다.
배터리 장치, 절연체, 금속 단자, 볼트, 전지 모듈

Description

전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법 {ELECTRODE STRUCTURE AND BATTERY DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지 모듈을 버스 바에 접속하기 위한 전극 구조 및 버스 바가 접속되는 배터리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량이나 전기 자동차에 탑재되는 배터리 장치는 직렬 또는 병렬로 접속된 복수의 전지 모듈을 갖고 있다. 복수의 전지 모듈 상호간은 버스 바에 의해 접속된다. 전지 모듈에는 버스 바에 접속하기 위한 전극이 설치되어 있다.
버스 바에 접속하기 위해, 전극의 금속 단자에는 볼트가 설치되어 있다. 금속 단자에 설치된 볼트는 버스 바를 관통하여 너트와 나사 결합함으로써 버스 바를 견고하게 고정한다.
전극에 버스 바를 설치하는 공정을 생각하면, 금속 단자에는 미리 볼트를 가고정해 두는 것이 바람직하다. 이와 같은 볼트의 가고정으로서는, 금속 단자에 형성된 관통 구멍에 볼트를 압입해 두는 것이 생각된다.
이와 같은 버스 바로 접속된 전지 모듈을 개시한 것으로서 일본공개특허 제2002-8627호 공보(특허 문헌 1)가 있다. 특허 문헌 1은 복수의 통 형상의 전지 모 듈을 플레이트 형상의 버스 바로 접속하고 있다.
한편, 일본공개특허 평7-226197호 공보(특허 문헌 2)에는 전극판과 중계 리드의 접속부 사이에 폭 또는 두께를 작게 한 절곡 용이부를 설치한, 휴대 가능한 전기 기기를 위한 전지가 개시되어 있다.
금속 단자에 볼트를 가고정하기 위해, 금속 단자에 볼트를 압입하는 경우에는 압입 공정에 있어서 금속 단자의 체결면이 변형되는 경우가 있다고 하는 문제가 있다. 또한, 볼트를 가고정하기 위해, 금속 단자에 볼트를 압입하는 공정이 필요해져, 공정 증가의 하나의 원인이 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 금속 단자로의 볼트의 가고정을 용이하게 행할 수 있는 전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 기초한 전극 구조에 따르면, 전지 모듈을 버스 바에 접속하기 위한 전극 구조이며, 전지 모듈 본체로부터 연장되는 금속 단자와, 빠짐 방지를 구성하는 확대부를 후단부에 갖고, 상기 금속 단자를 상향으로 관통하는 볼트와, 상기 금속 단자와 전지 모듈의 하우징 사이를 절연하는 절연체를 구비하고, 상기 절연체는 상기 볼트의 확대부에 적어도 하방으로부터 접촉하여 상기 금속 단자로부터의 상기 볼트의 탈락을 방지하는 탈락 방지부를 갖고 있다.
상기 전극 구조에 있어서 바람직하게는, 상기 금속 단자는 상기 절연체를 통해 상기 하우징에 고정되는 고정편과, 상기 고정편에 굴곡 방향으로 연속하고, 적어도 상기 고정편에 연속되는 부분이 상기 하우징으로부터 이격되는 방향으로 연장되는 접속편과, 상기 접속편에 굴곡 방향으로 연속하고, 상기 볼트가 관통하는 관통 구멍이 형성된 단자편을 갖고 있다. 이때, 상기 고정편과 상기 단자편 사이의 상기 하우징으로부터 이격되는 방향의 거리는 상기 접속편의 폭의 50％ 이상이고 또한 상기 접속편의 두께의 5배 이상으로 해도 좋다.
상기 전극 구조에 있어서 바람직하게는, 상기 확대부는 하면 및 측면을 갖고, 상기 탈락 방지부는 서로 직교 방향에 위치하는 2개의 접촉면을 갖고, 한쪽의 접촉면이 상기 확대부의 하면에 접촉되고, 다른 쪽의 접촉면이 상기 확대부의 측면에 접촉되어 있다.
상기 전극 구조에 있어서 바람직하게는, 상기 탈락 방지부는 상기 확대부의 외주를 둘러싸는 벽부를 갖고 있다.
상기 전극 구조에 있어서 바람직하게는, 상기 고정편과 상기 단자편 사이에 복수의 굴곡부를 갖고, 상기 복수의 굴곡부 중 적어도 어느 하나가, 금속 단자의 다른 부분보다도 두께 및 폭 중 적어도 어느 한쪽에 있어서 작은 강성 저하부로 되어 있다.
상기 전극에 있어서, 상기 굴곡부의 내측 코너를, 곡면을 그리듯이 홈 형상으로 움푹 패이게 하여 상기 강성 저하부를 형성해도 좋다.
본 발명에 기초한 배터리 장치의 제조 방법에 따르면, 전지 모듈 본체로부터 연장되는 금속 단자와, 빠짐 방지를 구성하는 확대부를 후단부에 갖고 상기 금속 단자를 상향으로 관통시키는 볼트와, 상기 볼트의 확대부 중 적어도 저면에 접촉하여 상기 금속 단자로부터의 상기 볼트의 탈락을 방지하는 탈락 방지부를 갖고, 상기 금속 단자와 전지 모듈의 하우징 사이를 절연하는 절연체를 구비한 전극이 설치된 복수의 전지 모듈을 배열하는 공정과, 상기 전극 사이를 전기적으로 접속하는 버스 바를, 상기 버스 바에 형성된 관통 구멍에 상기 볼트를 삽입하여 설치하는 공정과, 상기 볼트에 너트를 긴결하여 상기 버스 바를 고정하는 공정을 포함하고 있다.
상기 배터리 장치의 제조 방법에 있어서 바람직하게는, 상기 금속 단자는 상기 절연체를 통해 상기 도체에 고정되는 고정편과, 상기 고정편에 연속하고 상기 하우징으로부터 이격되는 방향으로 연장되는 접속편과, 상기 접속편에 연속하고 상기 고정편과 대략 평행하게 연장되어, 상기 볼트가 관통하는 관통 구멍이 형성된 단자편을 갖는다.
또한, 상술한 구성 중 2개 이상을 적절하게 조합해도 좋다.
본 발명에 관한 전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법에 따르면, 절연체에 의해 가고정이 가능해지므로, 금속 단자로의 볼트의 가고정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 가고정된 볼트를 사용하여, 전극으로의 버스 바의 설치를 용이하게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 배터리 장치의 구조를 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전지 모듈의 측면도이 다.
도 3은 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전지 모듈의 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전극의 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전극의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 배터리 장치의 구조를 도시한 것으로, 도 1에 있어서의 VI-VI 화살표 단면도이다.
도 7은 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 접촉부의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전극의 구조를 도시한 것으로, 도 6에 있어서의 A부 확대도이다.
도 9는 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전극의 구조를 도시한 것으로, 도 1에 있어서의 IX-IX 화살표 단면도이다.
도 10은 본 발명에 기초한 제1 실시 형태에 있어서의 전극의 구조를 도시한 것으로, 도 9에 있어서의 b부 확대도이다.
도 11은 본 발명에 기초한 제2 실시 형태에 있어서의 전극의 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 12는 본 발명에 기초한 제3 실시 형태에 있어서의 전극의 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 13은 본 발명에 기초한 제3 실시 형태에 있어서의 전극의 구조를 도시하는 평면도이다.
도 14는 본 발명에 기초한 제3 실시 형태에 있어서의 금속 단자의 변형의 용이함을 도시하는 도면이다.
도 15는 강성 저하부를 설치한 참고예의 전극의 구조를 도시하는 종단면도이다.
이하, 본 발명에 기초한 각 실시 형태에 있어서의 전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 실시 형태에 있어서, 동일 또는 상당 개소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하여, 중복되는 설명은 반복하지 않는 것으로 한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 실시 형태에 있어서의 배터리 장치의 구조를 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 배터리 장치(1)는 복수의 전지 모듈(11)을 갖고 있다. 도 1에 도시하는 배터리 장치(1)에서는 그 주표면이 서로 평행해지도록 2열로 배열되어 있다. 여기서는, 전지 모듈(11)을 2열로 배열한 예를 나타냈지만, 1열이라고 좋고, 3열 이상이라도 좋다.
각 전지 모듈(11)은 정극 및 부극을 구성하는 전극(21)을 각각 갖고 있다. 인접하여 배치된 전지 모듈(11)의 전극(21)은 서로 버스 바(81)로 접속되어 있다. 버스 바(81)는 판상의 금속으로 구성되어 있다.
배열된 복수의 전지 모듈(11)의 단부에는 구속판(91)이 설치되어 있다. 구속판(91)은 배열된 복수의 전지 모듈(11)에, 양단부로부터 압축하는 방향의 힘을 가한다. 이에 의해, 배열된 전지 모듈(11)을 유지하는 동시에, 각 전지 모듈에 적당한 압력을 가한다.
배열된 복수의 전지 모듈(11)의 반대측의 단부에도 도시하지 않은 동일한 구속판이 설치되어 있다. 양 구속판(91) 사이는, 도시하지 않은 연결 부재로 연결되어 있다.
도 2는 본 실시 형태에 있어서의 전지 모듈의 측면도이고, 도 3은 본 실시 형태에 있어서의 전지 모듈의 종단면도이고, 도 4는 전극의 종단면도, 도 5는 전극의 분해 사시도이다. 전지 모듈(11)은 내부에 전지 셀(12)을 갖고 있다. 전지 셀(12)은 전지 케이스(13)에 수용되어 있다. 전지 셀(12)은 충방전 가능한 2차 전지이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 니켈 수소 전지라도 좋고, 리튬 이온 전지라도 좋다. 또한, 도 2에서는 하나의 전지 케이스(13)에 하나의 전지 셀(12)을 수용한 경우를 도시했지만, 복수의 전지 셀을 수용해도 좋다. 본 명세서에 있어서 전지 모듈에는 전지 케이스의 내부에 복수의 전지 셀이 설치된 경우와, 전지 케이스의 내부에 하나의 전지 셀이 설치된 경우의 양쪽을 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서 전지 셀이라 함은, 충방전 가능한 2차 전지로서 기능할 수 있는 최소 단위를 의미한다.
전지 케이스(13)는 전지 케이스 본체(13a)와 덮개(13b)로 구성되어 있다. 강도를 확보하기 위해, 전지 케이스(13)는, 예를 들어 아연 도금 처리된 강판으로 형성한다. 전지 케이스 본체(13a)는 내부에 공간을 갖고, 상면만이 개방된 상자 형상이다. 덮개(13b)는 판상이다. 덮개(13b)에는 정극과 부극을 각각 구성하는 한 쌍의 전극(21)이 설치되어 있다. 이들의 전극(21)은 전지 케이스(13)에 수용된 전지 셀(12)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 전극(21)은 금속 단자(41)와, 금속 단자(41)로부터 선단이 상향으로 돌출되는 볼트(31)와, 금속 단자(41)를 덮개(13b)에 고정하는 리벳(51)을 갖고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 금속 단자(41)는 측면에서 볼 때 대략 Z자형으로 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 금속 단자(41)는 덮개(13b)에 고정되는 고정편(41a)과, 고정편(41a)으로부터 직각으로 절곡되고, 덮개(13b)로부터 이격되는 방향으로 연장되는 접속편(41b)과, 접속편(41b)에 연속하고 고정편(41a)과 평행한 단자편(41c)을 갖고 있다. 고정편(41a) 및 단자편(41c)에는 관통 구멍이 형성되어 있다. 고정편(41a)의 관통 구멍을 리벳(51)이 관통하고, 단자편(41c)의 관통 구멍을 볼트(31)가 관통한다. 여기서는 접속편(41b)을 고정편(41a) 및 단자편(41c)에 대해 직각으로 절곡하고 있지만, 반드시 직각이 아니라도 좋다.
또한, 접속편(41b)은 반드시 평판 형상이 아니라도 좋고, 굴곡된 형상이라도 좋다. 예를 들어, 접속편(41b)은 2개의 굴곡부로 하고, 측면에서 볼 때 대략 Z자형이라도 좋다. 보다 상세하게는, 접속편(41b)을, 고정편(41a)에 굴곡 방향으로 연속하고 하우징(13)으로부터 이격되는 방향으로 연장되는 제1 부분과, 제1 부분에 굴곡 방향으로 연속되는 제2 부분과, 제2 부분에 굴곡 방향으로 연속하고 또한 그 단부에는 단자편(41c)이 굴곡 방향으로 연속하는 제3 부분으로 구성해도 좋다.
단자편(41c)과 고정편(41a) 사이를 접속편(41b)에 의해 접속함으로써, 단자편(41c)과 고정편(41a)은 오프셋되어 있다. 금속 단자(41)는 금속판을 절곡함으로써 구성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 4 및 도 5에 도시하는 고정편(41a)과 단자편(41c) 사이의 접속편(41b)을 따르는 방향의 거리(D)는 접속편(41b)의 폭(W)의 50％ 이상이고 또한 접속편(41b)의 두께(T)의 5배 이상으로 하고 있다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에 있어서는 고정편(41a)과 단자편(41c) 사이의 접속편(41b)을 따르는 방향의 거리(D)를, 접속편(41b)의 폭(W)의 50％로 하고, 접속편(41b)의 두께(T)의 6배로 하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 접속편(41b)의 폭(W)과 고정편(41a) 및 단자편(41c)의 폭이 동일해지도록 구성하고 있지만, 접속편(41b)의 폭(W)을 고정편(41a) 및 단자편(41c)의 폭보다도 작아지도록 해도 좋다. 또한, 접속편(41b)의 일부에 그 폭이 좁아진 부분을 형성해도 좋다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 접속편(41b)의 두께(T)와 고정편(41a) 및 단자편(41c)의 두께가 동일해지도록 구성하고 있지만, 접속편(41b)의 두께(T)를 고정편(41a) 및 단자편(41c)의 두께보다도 작아지도록 해도 좋다. 또한, 접속편(41b)의 일부에 그 두께가 얇아진 부분을 형성해도 좋다.
볼트(31)의 하단부에는 확대부(35)가 설치되어 있다. 확대부(35)는 볼트(31)의 축부로부터 확대되어 빠짐 방지를 구성하는 것으로, 평면에서 볼 때 직사 각형으로 구성되어 있다. 여기서는, 확대부(35)를 평면에서 볼 때 직사각형으로 구성하고 있지만, 육각형 등의 다른 다각형이나, 접촉부와 결합하는 요철 형상 등의 다른 형상을 채용해도 좋다. 확대부(35)는 저면 및 측면을 갖고 있다. 확대부(35)의 저면에는 수평 방향으로 연장되는 홈(36)이 형성되어 있다. 확대부(35)의 저면의 홈을 생략하여, 평평하게 구성해도 좋다.
금속 단자(41)의 고정편(41a)과, 덮개(13b) 사이에는 절연체(43)가 설치되어 있다. 절연체(43)는 금속 단자(41)와 덮개(13b)를 절연하는 동시에, 덮개(13b)의 관통 구멍을 밀폐하는 가스킷으로서도 기능한다. 절연체(43)는 덮개(13b)의 상면을 따르는 기판부(44)와, 기판부(44)로부터 상방향으로 돌출되어, 볼트(31)를 가고정하는 탈락 방지부(45)가 설치되어 있다. 절연체(43)는 절연할 수 있는 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 합성 수지에 의해 구성할 수 있다. 여기서는, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 수지 또는 나일론을 사용하고 있다.
절연체(43)의 기판부(44)의 하면에는 덮개(13b)의 관통 구멍에 삽입되는 링 형상의 돌출부(44a)가 설치되어 있다. 기판부(44)의 상면에는 금속 단자(41)의 고정편(41a)이 배치되지만, 기판부(44)의 외주에는 금속 단자(41)의 고정편(41a)의 외주를 덮는 주위벽(44b)이 설치되어 있다. 금속 단자(41)의 고정편(41a)을 주위벽(44b)으로 둘러쌈으로써, 금속 단자(41)와 덮개(13b)의 절연을 보다 확실하게 하고 있다.
절연체(43)에는 탈락 방지부(45)가 단자편(41c)의 하방에 설치되어 있다. 탈락 방지부(45)는 기판부(44)와 일체로 성형되어 있다. 탈락 방지부(45)는 볼 트(31)의 확대부(35)의 하면의 일부를 향해 돌출되어 있다. 탈락 방지부(45)는 확대부(35)의 하면에 접촉하는 수평 접촉면(45a)과, 확대부(35)의 측면에 접촉하는 수직 접촉면(45b)을 갖고 있다.
확대부(35)의 하면이 수평 접촉면(45a)에 접촉함으로써, 확대부(35)가, 금속 단자(41)의 단자편(41c)으로부터 탈락되는 것이 방지된다. 한편, 확대부(35)의 측면이 수직 접촉면(45b)에 접촉함으로써, 볼트(31)가 크게 경사지는 것이 방지된다. 수직 접촉면(45b)은 생략하는 것도 가능하다. 또한, 수평 접촉면(45a)은 반드시 수평이 아니라도 좋고, 볼트(31)의 확대부(35)의 형상에 따라서 다양한 형상을 채용할 수 있다.
리벳(51)의 하단부에는,직사각형 금속판으로 이루어지는 받침대부(52)가 설치되어 있다. 받침대부(52)에는, 도 3에 도시한 바와 같이 하향으로 연장되는 단자(71)가 접속되어 있고, 단자(71)는 전지 셀(12)에 전기적으로 접속되어 있다.
받침대부(52)의 상면과 덮개(13b) 사이에는 절연 부재(58)가 배치되어 있다. 절연 부재(58)의 외주부는 수직 하강되어 있어, 받침대부(52)의 외주를 둘러싼다. 절연 부재(58)는 전지 케이스(13)의 내부의 환경에 있어서 열화되기 어려운 수지 재료 등을 사용할 필요가 있다. 여기서는, PPS 수지를 사용하고 있다.
리벳(51)의 축부 외주에 밀착하도록 링 형상의 가스킷(59)이 설치되어 있다. 가스킷(59)은 절연 부재(58)의 관통 구멍의 내부에 위치하고, 가스킷(59)의 상면은 덮개(13b)의 관통 구멍의 주위에 접촉한다. 이에 의해, 전지 케이스(13)의 밀폐를 보다 확실하게 한다. 가스킷으로서는, 수지나 고무 등의 재료를 사용할 수 있다.
전극(21)을 덮개(13b)에 고정할 때에는, 미리 볼트(31)를 금속 단자(41)의 단자편(41c)에 삽입해 두고, 도 5에 도시한 바와 같은 순서로 리벳(51)을 삽입한다. 그 상태에서 리벳의 선단을 코킹하여 확대시켜, 전극(21)을 덮개(13b)에 고정한다.
이때, 볼트(31)는 금속 단자(41)에 삽입 관통되어 있을 뿐이고 고정은 되어 있지 않지만, 볼트(31)의 확대부(35)의 하면이 탈락 방지부(45)의 수평 접촉면(45a)에 접촉한다. 이에 의해, 볼트(31)가 금속 단자(41)로부터 탈락되는 것이 방지된다.
따라서, 볼트(31)를 금속 단자(41)에 압입하는 등의 특별한 공정을 추가하지 않아도, 전지 모듈(11)이 완성된 상태로부터 다음 공정까지의 동안, 볼트(31)가 금속 단자(41)에 유지된 상태를 유지할 수 있다.
배터리 장치(1)를 제조할 때에는, 우선, 복수의 전지 모듈(11)을 배열한다. 다음에, 전지 모듈(11)의 전극 사이를 전기적으로 접속하는 버스 바(81)를 버스 바(81)에 형성된 관통 구멍에 볼트(31)를 삽입하여 설치하고, 볼트(31)에 너트(39)를 긴결함으로써 버스 바(81)가 고정된다. 이들의 공정에 있어서, 볼트(31)는 탈락 방지부(45)에 의해 유지되므로, 금속 단자(41)로부터 탈락되는 경우가 없다.
또한, 탈락 방지부(45)는 절연 및 밀폐를 위한 기판부(44)와 일체로 구성되어 있으므로, 탈락 방지부(45)를 설치하기 위한 공정이 증가하는 경우도 없다. 또한, 부품 개수를 증가시키는 경우도 없다. 이들에 의해, 볼트(31)를 금속 단자(41)에 용이하게 유지시킬 수 있다.
또한, 볼트(31)를 금속 단자(41)에 압입하는 공정을 배제할 수 있으므로, 압입 공정에 있어서의 금속 단자(41)의 변형을 방지할 수 있다. 이에 의해, 볼트(31)의 위치 정밀도가 향상되어, 버스 바(81)의 설치를 원활하게 행할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에 있어서는, 금속 단자(41)를, 덮개(13b)에 고정되는 고정편(41a)과, 고정편(41a)으로부터 직각으로 절곡되어, 덮개(13b)로부터 이격되는 방향으로 연장되는 접속편(41b)과, 접속편(41b)에 연속하고 고정편(41a)과 평행한 단자편(41c)으로 구성하고 있다. 단자편(41c)에는 볼트(31)가 관통되고, 이 볼트(31)에 너트(39)를 긴결하여 버스 바(81)를 고정하고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 이와 같이 고정편(41a)과 단자편(41c)이 오프셋되어 있고, 그 사이를 접속편(41b)으로 접속하고 있으므로, 이 너트(39)를 긴결하는 공정에 있어서 단자편(41c)에 가해진 모멘트를 접속편(41b)이 변형됨으로써 흡수하여, 고정편(41a)으로 전달되기 어렵게 할 수 있다. 고정편(41a)은 리벳(51)에 의해 덮개(13b)에 고정되어 있지만, 그 고정 구조에 미치는 악영향을 최소한으로 할 수 있다.
이 금속 단자(41)의 형상을 채용한 것에 의한 효과를 더욱 상세하게 설명한다. 우선, 전지 모듈에 있어서, 전극(21)의 전지 모듈 본체로의 고정부는 다음과 같은 기능을 확보하는데 있어서 매우 중요한 부위이다. 첫째로, 고정에 사용되는 리벳(51)은 금속 단자(41)와 전지 셀(12) 사이의 통전 부재로서 기능한다. 둘째로, 리벳(51)에 의해 동시에 코킹되어 고정된 절연체(43)는 전극(21) 및 리벳(51)과 전지 케이스(13)의 절연을 확보하는 것이다. 셋째로, 리벳(51)으로 고정된 절연체(43)는 고정부에 있어서의 기밀성을 확보하는 기능도 갖는다. 이들의 기능을 확보하기 위해서는, 금속 단자(41)를 통해 그 고정부에 위치하는 리벳(51)이나 절연체(43)로 전달되는 응력은 보다 작은 것이 바람직하다.
이와 같은 전제 하에서, 전극이, 예를 들어 평판 형상의 금속판에 의해 구성되어 있었던 경우에는, 너트를 긴결하는 응력이 이 전극을 통해 고정부로 그대로 전달되어 버린다. 이 경우, 큰 응력이 리벳 등에 가해지면, 리벳이 느슨해지거나 절연체가 변형될 우려가 있다. 그 결과, 리벳에 의한 통전에 있어서 통전 불량이 발생하거나, 절연체에 의한 절연성이나 기밀성이 충분히 확보되지 않게 될 가능성이 있다.
이에 대해, 본 실시 형태에 있어서는, 접속편(41b)에 의해 고정편(41a)과 단자편(41c)을 접속함으로써, 고정편(41a)과 단자편(41c)이 오프셋되어 있으므로, 단자편(41c)에 큰 응력이 가해진 경우라도, 접속편(41b)이 변형됨으로써 고정부에 가해지는 응력을 완화할 수 있다. 그 결과, 상기와 같은 문제의 발생을 억제하는 것이 가능하다.
이때 본 실시 형태에 있어서는, 도 4 및 도 5에 도시하는 고정편(41a)과 단자편(41c) 사이의 접속편(41b)을 따르는 방향의 거리(D)를, 접속편(41b)의 폭(W)의 50％ 이상 또한 접속편(41b)의 두께(T)의 5배 이상으로 하고 있으므로, 접속편(41b)의 강성이 충분히 작다. 이에 의해 단자편(41c)에 큰 응력이 가해진 경우에는, 접속편(41b)이 충분히 변형되어, 고정부에 가해지는 응력을 보다 확실하게 저감시킬 수 있다. 고정편(41a)과 단자편(41c) 사이의 접속편(41b)을 따르는 방향의 거리(D)가, 접속편(41b)의 폭(W)의 50％ 미만 또는 접속편(41b)의 두께(T)의 5 배 미만이면, 접속편(41b)의 강성이 높기 때문에, 접속편(41b)이 충분히 변형되지 않아, 고정부에 가해지는 응력을 완화하는 효과가 저감된다.
또한, 단자편(41c)과 고정편(41a) 사이를 접속편(41b)으로 접속하였으므로, 단자편(41c)의 하방에 공간을 형성할 수 있어, 볼트(31)의 확대부(35)나 탈락 방지부(45)를 위한 공간을 확보할 수 있다.
도 6은 배터리 장치의 구조를 도시한 것으로, 도 1에 있어서의 VI-VI 화살표 단면도이고, 도 7은 접촉부의 구조를 도시하는 사시도이다. 상술한 바와 같이, 배터리 장치(1)는 평행하게 배열된 복수의 전지 모듈(11)을 갖고 있다. 전지 모듈(11)의 상호의 간극에는 유지 부재(61)가 배치되어 있다. 유지 부재(61)는 수평 방향으로 연장되는 복수의 리브(63)를 갖고 있다. 리브(63)의 간극은 공기 유로(62)를 구성하고, 공기 유로(62)에는 냉각풍이 공급된다. 냉각풍은 전지 모듈(11)의 표면을 냉각하고, 전지 모듈(11)의 열을 냉각한다. 이와 같이, 유지 부재(61)는 전지 모듈(11)을 냉각하는 기능을 담보한다.
유지 부재(61)의 한쪽의 표면 및 리브(63)의 선단은 전지 모듈(11)의 표면에 접촉되어 있다. 유지 부재(61)는 전지 모듈(11)의 표면을 압박하면서 인접하는 전지 모듈과의 간격을 일정하게 유지하여, 복수의 전지 모듈(11)이 서로 어긋나지 않도록 유지한다. 유지 부재(61)는 성형한 수지에 의해 구성되어 있다. 유지 부재(61)는 수지 등의 절연체로 구성되어 있으므로, 이에 의해 인접하는 전지 모듈 사이의 절연성을 확보할 수 있다.
유지 부재(61)의 상단부에는 볼트(31)의 확대부(35)에 접촉하는 접촉부(64) 가 설치되어 있다. 접촉부(64)는 볼트(31)의 확대부(35)에 접촉함으로써, 너트(39)를 긴결할 때의 볼트(31)의 회전을 방지하는 것이다.
도 8은 도 6에 있어서의 A부 확대도이다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 접촉부(64)는 볼트(31)의 확대부(35)의 측면에 접촉하는 수직 벽부(64a)와, 확대부(35)의 하면의 홈(36)에 삽입되는 수평 돌출부(64b)를 갖고 있다.
도 8에 있어서, 확대부(35)와, 수직 벽부(64a) 및 수평 돌출부(64b) 사이에는 간극이 있지만, 너트(39)를 긴결하기 위해 너트에 토크를 부여하면, 그것에 수반하여 확대부(35)가 회전한다. 이때 확대부(35)는 접촉부(64)의, 수직 벽부(64a) 및 수평 돌출부(64b)의 한쪽 또는 양쪽에 접촉하여, 상호 회전(co-rotation)이 저지된다. 또한, 볼트(31)의 확대부(35)는 평면에서 볼 때 직사각형이므로, 평행하게 연장되는 한 쌍의 변을 갖고 있지만, 이들의 변이 각각 인접하는 유지 부재(61)가 대향하는 수직 벽부(64a)에 접촉한다. 확대부(35)의 2변이 접촉함으로써, 보다 큰 토크에 대응할 수 있다.
또한, 볼트(31)의 상호 회전을 보다 효과적으로 저지하기 위해, 금속 단자(41)와 볼트(31)의 확대부(35) 사이의 마찰 계수를 증대시키는 마찰 안정제를 도포해 두도록 해도 좋다.
도 9는 전지 모듈의 구조를 도시하는 것으로, 도 1에 있어서의 IX-IX 화살표 단면도이고, 도 10은 도 9에 있어서의 b부 확대도이다. 상술한 바와 같이, 볼트(31)의 확대부(35)의 저면에는 홈(36)이 형성되어 있지만, 홈(36)에는 접촉부(64)의 수평 돌출부(64b)가 위치하고 있다. 너트(39)에 토크가 가해져 확대 부(35)가 상호 회전을 시작하면, 홈(36)의 내측면이 수평 돌출부(64b)의 측면에 접촉한다.
본 실시 형태에서는, 확대부(35)의 측면에 수직 벽부(64a)를 접촉하도록 하고, 확대부(35)의 저면의 홈(36)의 내측면에 수평 돌출부(64b)를 접촉하도록 하였으므로, 강한 토크가 가해진 경우라도 보다 확실하게 볼트(31)의 상호 회전을 방지할 수 있다. 단, 접촉부(64)의 구조는 필요에 따라서 결정하면 되고, 수직 벽부(64a)만을 접촉시켜 볼트(31)의 상호 회전을 방지하도록 해도 좋다.
또한, 너트(39)에 가해진 토크를 유지 부재(61)에 설치된 접촉부(64)에서 받으므로, 금속 단자(41)에 가해지는 힘을 경감시킬 수 있다. 이에 의해 금속 단자(41)의 변형 등의 문제를 억제할 수 있다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 유지 부재(61)의 접촉부(64)에는 인접하는 전극(21)의 볼트(31)가 접촉되지만, 상술한 바와 같이 유지 부재(61)는 절연성의 재료로 구성되어 있으므로, 양 전극(21) 사이의 절연성을 확보할 수 있다.
여기서는, 볼트(31)의 확대부(35)를 평면에서 볼 때 직사각형으로 형성하고, 그 측면을 수직 벽부(64a)에 접촉하도록 하였지만, 볼트(31)의 확대부(35)의 주위에 요철을 설치하여, 그 요철과 결합하는 형상의 접촉부를 설치하도록 해도 좋다.
(제2 실시 형태)
다음에, 제2 실시 형태에 대해 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 제1 실시 형태의 도 10에 대응하는 도면으로, 전극의 구조를 도시하는 종단면도이다.
본 실시 형태에 있어서는, 절연체(43)의 구조를 변경하여, 볼트(31)의 탈락 방지와 토모마와리 방지를 절연체(43)에 의해 행하도록 한 것이다. 구체적으로는, 절연체(43)를 볼트(31)의 확대부(35)를 둘러싸고, 볼트(31)의 하측과 덮개(13b) 사이를 채우도록 확대하여 탈락 방지부(45)를 형성한다. 또한, 절연체(43)의 하면에서 탈락 방지부(45)의 하측에는 하향으로 돌출되는 결합 돌기(46)를 설치한다.
볼트(31)의 확대부(35)는 탈락 방지부(45)에 접촉함으로써, 금속 단자(41)로부터의 탈락이 방지된다. 또한, 볼트(31)의 확대부(35)의 주위가 탈락 방지부(45)에 설치된 벽부(47)에 둘러싸여 있으므로, 너트(39)에 토크를 부여했을 때에는, 확대부(35)는 탈락 방지부(45)에 회전이 저지되어, 상호 회전이 방지된다.
이때, 절연체(43)의 저면에 결합 돌기(46)를 설치하여, 결합 돌기(46)를 덮개(13b)의 오목부(13c)에 삽입하고 있으므로, 절연체(43)가 위치 어긋나는 것이 저지되어, 보다 확실하게 볼트(31)의 상호 회전을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 금속 단자(41)는 제1 실시 형태와 동일한 형상으로 하고 있다. 따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 단자편(41c)에 큰 응력이 가해진 경우라도, 접속편(41b)이 변형됨으로써, 금속 단자(41)와 하우징(13)의 고정부에 가해지는 응력을 완화할 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음에, 제3 실시 형태에 대해 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다. 도 12는 제1 실시 형태의 도 10에 대응하는 도면으로, 전극의 구조를 도시하는 종단면도이다. 도 13은 본 실시 형태의 전지 모듈의 평면도이다. 도 13에 있어서는, 버스 바(81)를 설치하기 전의 상태를 나타내고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로 볼트(31)의 탈락 방지와 토모마와리 방지를, 절연체(43)에 의해 행하도록 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 금속 단자(41)의 굴곡부에 강성 저하부를 형성하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 볼트(31)의 확대부(35)를 육각형으로 하는 동시에, 확대부(35)의 나사부 측단부에 플랜지부(35a)를 설치하고 있다. 플랜지부(35a)는 확대부(35)의 본체부보다도 외측으로 돌출되어 있다.
절연체(43)의 탈락 방지부(45)에 볼트(31)의 확대부(35)를 둘러싸는 벽부(47)를 설치하고 있다. 벽부(47)에 의해 육각형의 움푹 패인 곳이 형성되어, 확대부(35)의 육각형의 본체부가 삽입된다. 벽부(47)에 의해 형성된 움푹 패인 곳에 확대부(35)가 삽입됨으로써, 너트(39)에 토크를 부여했을 때의 볼트(31)의 상호 회전이 방지된다.
또한, 벽부(47)의 상단부가 플랜지부(35a)에 하방으로부터 접촉함으로써, 볼트(31)는 하방으로 낙하하는 것이 저지되어 있다.
절연체(43)의 하면에서 탈락 방지부(45) 및 벽부(47)의 하측에는 하향으로 돌출되는 결합 돌기(46)가 설치되어 있다. 결합 돌기(46)는 덮개(13b)의 오목부(13c)에 삽입되어 있다. 이에 의해 절연체(43)가 크게 위치 어긋나는 것이 저지되어, 보다 확실하게 볼트(31)의 상호 회전을 방지할 수 있다.
금속 단자(41)는 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지로, 고정편(41a)과, 고정편(41a)에 굴곡 방향으로 연속하는 접속편(41b)과, 접속편(41b)에 굴곡 방향으로 연속하는 단자편(41c)을 갖고 있다.
또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 접속편(41b)은 반드시 평판 형상이 아니라도 좋고, 굴곡된 형상이라도 좋다. 예를 들어, 접속편(41b)은 2개의 굴곡부로 하고, 측면에서 볼 때 대략 Z자형이라도 좋다.
금속 단자(41)의 고정편(41a)과 접속편(41b)의 경계에 위치하는 굴곡부(41t) 및 접속편(41b)과 단자편(41c)의 경계에 위치하는 굴곡부(41u)에 있어서, 내측 코너(굴곡부의 내각측)를 곡면을 그리듯이 홈 형상으로 움품 패이게 하여 강성 저하부를 형성하고 있다. 강성 저하부를 구성하는 굴곡부(41t, 41u)의 홈의 내면은 반드시 곡면이 아니라도 좋다.
이에 의해, 너트(39)에 토크를 가하여 버스 바(81)를 긴결하는 공정에 있어서, 강성 저하부를 구성하는 굴곡부(41t, 41u)가 변형됨으로써 너트(39)에 가한 체결력을 고정편(41a)으로 전달하기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 리벳(51)이 느슨해지거나, 절연체(43)나 가스킷(59) 등이 변형되는 것을 억제할 수 있다.
특히, 단자편(41c)이 상하 방향으로 힘이 가해지면, 고정편(41a)이 상하 방향의 힘으로서 전달되므로, 리벳(51)에 느슨함이 발생하기 쉬워져 문제이다. 본 실시 형태의 구조에 따르면, 굴곡부(41t, 41u)에 홈을 형성하도록 오목부를 형성하고 있으므로, 단자편(41c)이 상하 방향의 힘에 대해 특히 강성을 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 특히 문제가 되는 리벳(51)의 느슨함을 효과적으로 방지할 수 있다. 그 결과, 절연체(43)나 가스킷(59)에 의한 시일성의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 굴곡부(41t, 41u)의 내측 코너에 곡면을 그 리듯이 오목부를 형성하고 있으므로 내측 코너부의 곡률 반경이 커진다. 이에 의해, 굴곡부(41t, 41u)의 내측 코너부에 있어서의 응력 집중을 완화할 수 있다. 그 결과, 굴곡부(41t, 41u)에 있어서의 강도의 저하를 최소한으로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 굴곡부(41t, 41u)에만 강성 저하부를 설치하고 있다. 단순히 강성을 저하시키는 것뿐이라면, 금속 단자(41)의 전체 길이에 걸쳐서 판 두께를 얇게 하는 것도 가능하다. 그러나, 금속 단자(41)의 전체 길이에 걸쳐서 판 두께를 얇게 하면, 금속 단자(41)의 단면적/표면적비가 작아져, 자기 발열에 의한 온도 상승의 문제가 발생한다. 본 실시 형태와 같이, 국부적으로 판 두께를 얇게 함으로써 단면적/표면적비의 저하를 최소한으로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 굴곡부(41t, 41u)의 내측 코너에 오목부를 형성하여 강성 저하부를 형성하였지만, 외측 코너(굴곡부의 외각측)를 깎아냄으로써 강성 저하부를 구성하는 것도 가능하다.
굴곡부(41t, 41u) 중 어느 한쪽만을 강성 저하부로 해도 좋다.
상술한 바와 같이, 접속편(41b)에 굴곡부를 설치하여 접속편(41b)을 굴곡 형상으로 해도 좋지만, 그 경우에 접속편(41b)의 내부의 굴곡부도 강성 저하부로 해도 좋다. 또한, 굴곡부(41t, 41u)를 강성 저하부로 하지 않고, 접속편(41b)의 내부의 굴곡부 중 어느 한쪽 또는 복수만을 강성 저하부로 해도 좋다.
또는, 굴곡부(41t, 41u)에 있어서만 금속 단자(41)의 폭을 좁게 함으로써 강성 저하부를 형성하는 것도 가능하다. 이들의 조합에 의해, 강성 저하부를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 제1 및 제2 실시 형태의 구조에 있어서도, 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같은 강성 저하부를 그 금속 단자(41)의 굴곡부에 설치하는 것도 가능하다.
도 14는 본 실시 형태의 강성 저하부를 설치한 금속 단자와, 강성 저하부를 설치하지 않은 금속 단자의 하중에 대한 변형의 용이함을 비교한 도면이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 강성 저하부를 설치한 경우에는, 강성 저하부를 설치하지 않은 경우에 비해, 동일한 하중을 가했을 때에, 1.5배 변형시킬 수 있다. 즉, 외력의 전달을 2/3로 할 수 있다. 그 결과, 강성 저하부가 없는 경우에는, 압축된 가스킷(59)이 0.03㎜ 팽창하는 힘을 가해도, 강성 저하부가 설치되어 있는 경우에는, 팽창을 0.02㎜로 억제할 수 있다. 이에 의해, 시일 고무의 변형 여유를 확보할 수 있어, 통상이면, 그 수명을 5 내지 10년 정도 연장할 수 있다.
또한, 도 14는 판 두께가 1.0㎜인 금속 단자를 사용하여, 강성 저하부에 있어서의 최소 두께를 0.7㎜로 한 경우의 계산 결과이다.
도 15는 강성 저하부를 설치한 금속 단자(141)의 참고예를 도시하는 도면이다. 도 15에 도시하는 금속 단자(141)는 1회만 굴곡시키고 있다. 즉, 굴곡부(141t)를 1개소만 설치한, L자형 형상으로 하고 있다. 굴곡부(141t)의 내측 코너를 홈 형상으로 움푹 패이게 함으로써, 다른 부분보다 두께가 작은 강성 저하부를 형성하고 있다.
이와 같이, 굴곡부가 1회 이상 설치되어 있으면, 굴곡부에 강성 저하부를 설치하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 금속 단자(141)의 단자편(141c)에 가해진 힘을 강성 저하부에서 완화하여, 고정편(141a)으로 전달하기 어렵게 하는 효과를 얻 을 수 있다.
또한, 금회 개시한 상기 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 한정적인 해석의 근거가 되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는, 상기한 실시 형태에 의해서만 해석되는 것이 아니라, 청구범위의 기재에 기초하여 획정된다. 또한, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모두의 변경이 포함된다.
본 발명에 관한 전극 구조 및 배터리 장치의 제조 방법에 따르면, 절연체에 의해 가고정이 가능해지므로, 금속 단자로의 볼트의 가고정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 가고정된 볼트를 사용하여, 전극으로의 버스 바의 설치를 용이하게 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 전지 모듈(11)을 버스 바(81)에 접속하기 위한 전극 구조이며,
    전지 모듈 본체로부터 연장되는 금속 단자(41)와,
    빠짐 방지를 구성하는 확대부(35)를 후단부에 갖고, 상기 금속 단자(41)를 상향으로 관통시키는 볼트(31)와,
    상기 금속 단자(41)와 전지 모듈(11)의 하우징 사이를 절연하는 절연체(43)를 구비하고,
    상기 절연체(43)는 상기 볼트(31)의 확대부(35)에 적어도 하방으로부터 접촉하여 상기 금속 단자(41)로부터의 상기 볼트(31)의 탈락을 방지하는 탈락 방지부(45)를 갖는, 전극 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 단자(41)는, 상기 절연체(43)를 통해 상기 하우징에 고정되는 고정편(41a)과, 상기 고정편(41a)에 굴곡 방향으로 연속하고, 적어도 상기 고정편(41a)에 연속되는 부분이 상기 하우징으로부터 이격되는 방향으로 연장되는 접속편(41b)과, 상기 접속편(41b)에 굴곡 방향으로 연속하고, 상기 볼트(31)가 관통하는 관통 구멍이 형성된 단자편(41c)을 갖는, 전극 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고정편(41a)과 상기 단자편(41c) 사이의 상기 하우징으로부터 이격되는 방향의 거리는 상기 접속편(41b)의 폭의 50％ 이상이고, 또한 상기 접속편(41b)의 두께의 5배 이상인, 전극 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 확대부(35)는 하면 및 측면을 갖고,
    상기 탈락 방지부(45)는 서로 직교 방향에 위치하는 2개의 접촉면(45a, 45b)을 갖고, 한쪽의 접촉면(45a)이 상기 확대부(35)의 하면에 접촉하고, 다른 쪽의 접촉면(45b)이 상기 확대부(35)의 측면에 접촉하는, 전극 구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탈락 방지부(45)는 상기 확대부(35)의 외주를 둘러싸는 벽부(47)를 갖는, 전극 구조.
  6. 제2항에 있어서, 상기 고정편(41a)과 상기 단자편(41c) 사이에 복수의 굴곡부를 갖고, 상기 복수의 굴곡부(41t, 41u) 중 적어도 어느 하나가, 금속 단자(41)의 다른 부분보다도 두께 및 폭 중 적어도 어느 한쪽에 있어서 작은 강성 저하부로 되어 있는, 전극 구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 굴곡부(41t, 41u)의 내측 코너를 홈 형상으로 움푹 패이게 하여 상기 강성 저하부가 형성되어 있는, 전극 구조.
  8. 전지 모듈 본체로부터 연장되는 금속 단자(41)와, 빠짐 방지를 구성하는 확대부(35)를 후단부에 갖고 상기 금속 단자(41)를 상향으로 관통시키는 볼트(31)와, 상기 볼트(31)의 확대부(35) 중 적어도 저면에 접촉하여 상기 금속 단자(41)로부터의 상기 볼트(31)의 탈락을 방지하는 탈락 방지부(45)를 갖고, 상기 금속 단자(41)와 전지 모듈(11)의 하우징 사이를 절연하는 절연체(43)를 구비한 전극(21)이 설치된 복수의 전지 모듈(11)을 배열하는 공정과,
    상기 전극(21) 사이를 전기적으로 접속하는 버스 바(81)를, 상기 버스 바(81)에 형성된 관통 구멍에 상기 볼트(31)를 삽입하여 설치하는 공정과,
    상기 볼트(31)에 너트(39)를 긴결하여 상기 버스 바(81)를 고정하는 공정을 포함한, 배터리 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속 단자(41)는 상기 절연체(43)를 통해 상기 하우징에 고정되는 고정편(41a)과, 상기 고정편(41a)에 굴곡 방향으로 연속하고 상기 하우징으로부터 이격되는 방향으로 연장되는 접속편(41b)과, 상기 접속편(41b)에 굴곡 방향으로 연속하고, 상기 볼트(31)가 관통하는 관통 구멍이 형성된 단자편을 갖는, 배터리 장치의 제조 방법.
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