KR20110077011A

KR20110077011A - 조전지

Info

Publication number: KR20110077011A
Application number: KR1020117011796A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 나카시마; 스케 야스이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-07-06
Also published as: CN102224617B; US20110250487A1; CN102224617A; JP4818484B2; US8110302B2; KR101212864B1; WO2011052134A1; JPWO2011052134A1

Abstract

복수의 이차전지를 병렬로 접속하기 위한 접속 부재에서의, 통전에 의한 발열을 평균화하고, 내용연수를 연장시킬 수 있는 동시에, 메인터넌스에 요하는 비용을 억제하는 것이 가능한 조전지를 제공한다. 양극 접속 부재(14)는, 접속 부재 (14)에 복수의 관통구멍(18)을 형성하여 구성되고 있다. 접속 부재(14)를, 외부 단자와의 접속 개소로부터의 거리가 먼 원거리 영역, 및 원거리 영역과 면적이 동일한, 접속 개소로부터의 거리가 가까운 근거리 영역의 2개의 영역으로 구분하면, 접속 부재(14)는, 원거리 영역의 개구율이, 근거리 영역의 개구율보다 커지고 있다. 이에 따라, 근거리 영역의 전기 저항을, 원거리 영역의 전기 저항보다 작게 할 수 있다. 따라서, 근거리 영역의 통전에 의한 발열을 억제할 수 있다.

Description

조전지{ASSEMBLED BATTERY}

본 발명은, 복수의 전지를 병렬로 접속한 유닛을 포함한 조전지에 관한 것이다.

종래에, 휴대전자기기나 전기자동차 등의 이동체용의 전원으로서, 이차전지를 복수개 접속하여 구성되는 조전지가 널리 사용되고 있다. 특허문헌 1은, 복수의 이차전지가 직렬로 접속된 조전지의 일례를 나타내고 있다.

이동체용의 전원으로서, 대용량의 전원을 얻고자 하면, 조전지는, 다수의 이차전지를 병렬로 접속한 유닛을 포함할 필요가 있다. 또한, 조전지에 의해 큰 출력전압을 얻고자 하면, 다수의 이차전지를 직렬로 접속할 필요가 있다.

일본 공개특허공보 평성9-199177호

이차전지를 직렬로 접속하는 경우에는, 1개의 전지의 양극 단자와 별도의 전지의 음극 단자를 차례로 접속하는 것뿐이다. 따라서, 이차전지의 수가 많아져도 특별히 문제는 일어나지 않는다.

이에 대해, 이차전지를 병렬로 접속하는 경우에는, 각 전지의 양극 단자를 접속 부재(제1 접속 부재)에 의해 서로 접속하는 한편으로, 각 전지의 음극 단자를 별도의 접속 부재(마찬가지로, 제1 접속 부재)에 의해 서로 접속할 필요가 있다. 여기서, 이차전지의 수가 많아지면, 각 접속 부재에는 큰 전류가 흐르게 되고, 통전에 의한 발열량도 무시할 수 없는 크기가 된다.

이때, 각 접속 부재를 조전지의 외부 단자와 접속하기 위한 접속 개소나, 각 접속 부재를 다른 병렬 접속 유닛과 직렬로 접속하기 위한 접속 개소 근방의 부분은, 다수의 이차전지로부터의 전류가 집중하기 때문에, 통전에 의한 발열량도 커진다. 그 결과, 상기 접속 개소 근방에 접속된 이차전지는, 통전에 의한 발열의 영향을 크게 받는다.

그 결과, 병렬 접속된 다수의 이차전지 사이에서, 수명의 격차가 생겨, 조전지 전체의 내용연수(耐用年數)가 짧아져 버린다. 이것을 피하기 위해서, 조기에 열화한 일부의 이차전지를 교환하는 경우에는, 메인터넌스(maintenance)의 비용이 증대한다.

따라서, 본 발명은, 복수의 이차전지를 병렬로 접속하기 위한 접속 부재에서의, 통전에 의한 발열을 평균화하여, 조전지의 내용연수를 연장시키는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 복수의 전지와, 상기 복수의 전지를 병렬로 접속하기 위한 제1 접속 부재를 구비한, 적어도 1개의 유닛과,

상기 유닛을, 외부 단자, 또는 다른 전지 혹은 유닛과 직렬로 접속하기 위한, 상기 제1 접속 부재와 서로 접속된 제2 접속 부재를 포함하고,

상기 제1 접속 부재는, 상기 전지의 양극 단자 또는 음극 단자가 접속되는 집전 영역과, 상기 제2 접속 부재와의 접속 개소를 가지며,

상기 집전 영역을,

(ⅰ) 상기 접속 개소로부터의 집전 방향에 평행한 거리가 소정치 이상인 부분의 집합인 원거리 영역, 및

(ⅱ) 상기 원거리 영역과 면적이 동일한, 상기 접속 개소로부터의 상기 집전 방향에 평행한 거리가 상기 소정치 미만인 부분의 집합인 근거리 영역의 2개의 영역으로 구분했을 때에,

상기 원거리 영역의 상기 집전 방향의 단위길이당의 전기 저항 R1이, 상기 근거리 영역의 상기 집전 방향의 단위길이당의 전기 저항 R2보다 커지고 있는, 조전지를 제공한다.

본 발명에 의하면, 제1 접속 부재는, 원거리 영역의 전기 저항이, 근거리 영역의 전기 저항보다 커지고 있다. 그 결과, 제1 접속 부재에서의 원거리 영역과 근거리 영역 사이의 발열량의 차이를 작게 하는 것이 가능하다. 따라서, 제1 접속 부재에서의 원거리 영역과 근거리 영역 사이의, 통전에 의한 온도 상승의 차이를 작게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 제1 접속 부재의 특정 부분, 대표적으로는, 제2 접속 부재와의 접속 개소 근방에 단자가 접속된 전지가, 다른 부분에 접속된 전지보다 강하게 가열되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 일부의 전지가 조기에 열화하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 조전지 전체의 내용연수를 증가시킬 수 있다. 또한, 열화한 일부의 전지를 교환하는 등의 메인터넌스의 빈도를 감소시켜, 보수성을 향상시킬 수도 있다.

[도 1] 본 발명의 하나의 실시형태에 관한 조전지를 구성하는 유닛의 사시도이다.
[도 2] 상술한 유닛의 제1 접속 부재를 도시한 평면도이다.
[도 3] 본 발명의 다른 실시형태에 관한 조전지에 사용되는 제1 접속 부재를 도시한 평면도이다.
[도 4] 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 조전지에 사용되는 제1 접속 부재를 도시한 평면도이다.

본 발명의 하나의 형태에 관한 조전지는, 복수의 전지와, 복수의 전지를 병렬로 접속하기 위한 제1 접속 부재를 구비한, 적어도 1개의 유닛과, 그 유닛을, 외부 단자, 또는 다른 전지 혹은 유닛과 직렬로 접속하기 위한, 제1 접속 부재와 서로 접속된 제2 접속 부재를 포함한다. 제1 접속 부재는, 전지의 양극 단자 또는 음극 단자가 접속되는 집전 영역과, 제2 접속 부재와의 접속 개소를 가진다.

집전 영역을, (i)상기 접속 개소로부터의 집전 방향에 평행한 거리가 소정치 이상인 원거리 영역, 및 (ⅱ)원거리 영역과 면적이 동일한, 상기 접속 개소로부터의 집전 방향에 평행한 거리가 상기 소정치 미만인 근거리 영역의 2개의 영역으로 구분된다. 이때, 원거리 영역의 집전 방향의 단위길이당의 전기 저항 R1이, 근거리 영역의 집전 방향의 단위길이당의 전기 저항 R2보다 커지고 있다.

제1 접속 부재의 집전 영역의 각 부에는, 조전지를 구성하는 각 전지가 접속되어 있다. 각 전지로부터의 전류는, 집전 영역의 각 부를 통과하여 접속 개소에 모인다. 이 때문에, 집전 영역 중에서도 접속 개소에 가까운 부분일수록 전류는 커진다. 즉 근거리 영역 쪽이 원거리 영역보다 전류가 커진다. 따라서, 원거리 영역의 전기 저항 R1과 근거리 영역의 전기 저항 R2가 동일하면, 근거리 영역에서의 전류에 의한 발열량이 커지고, 그에 따른 온도 상승도 커진다. 그 결과, 집전 영역의 각 부에 접속되어 있는 각 전지의 온도에 차이가 생겨, 수명에 차이가 생겨 버린다. 따라서, 조전지의 일부 전지의 수명이 짧아지는 경우가 있고, 그 경우에는, 조전지 전체의 수명이 짧아져 버린다.

본 발명에 의하면, 근거리 영역의 전기 저항 R2를 원거리 영역의 전기 저항 R1보다 작게 함으로써, 근거리 영역의 온도 상승을 억제하여, 조전지의 일부 전지가 단수명화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 조전지 전체가 단수명화하는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 원거리 영역의 전기 저항 R1과, 근거리 영역의 전기 저항 R2의 비:R1/R2는, 1.2∼10의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 비가 1.2 미만이면, 근거리 영역의 온도 상승을 충분히 억제할 수 없고, 일부의 전지만이 단수명화하는 것을 방지할 수 없는 경우가 있다. 한편, 상기 비가 10을 넘으면, 원거리 영역의 전기 저항 R1을 일반적인 접속 부재의 전기 저항보다 매우 크게 하는 것이 필요하므로, 전력 손실이 커지는 경우가 있다.

본 발명의 다른 형태에 관한 조전지에서는, 원거리 영역의 집전 방향에 수직인 단면적 S1이, 근거리 영역의 집전 방향에 수직인 단면적 S2보다 작아지고 있다. 도체의 전기 저항은, 그 단면적에 반비례한다. 따라서, 원거리 영역의 단면적 S1을, 근거리 영역의 단면적 S2보다 작게 함으로써, 근거리 영역의 전기 저항 R2를 원거리 영역의 전기 저항 R1보다 작게 할 수 있다.

또한, 근거리 영역의 단면적 S2를 원거리 영역의 단면적 S1보다 크게 함으로써, 근거리 영역의 전류 밀도와 원거리 영역의 전류 밀도의 차이를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 근거리 영역의 온도 상승을 더 효과적으로 억제할 수 있다.

보다 구체적으로는, 원거리 영역이, 집전 방향에 수직인 소정 폭, 및 소정 두께(D1)를 가지는 경우에, 근거리 영역을, 그 소정 폭과 같은 폭 및 그 소정 두께보다 큰 두께(D2)를 가지도록 형성하면(D2>D1), 근거리 영역의 단면적 S2를 원거리 영역의 단면적 S1보다 크게 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 관한 조전지에서는, 제1 접속 부재가 복수의 관통구멍을 가지며, 원거리 영역은, 집전 방향에 수직인 소정 폭 및 소정 두께를 가지며, 또한 소정 개구율 B를 가진다. 그리고, 근거리 영역은, 그 소정 폭 및 소정 두께와 같은 폭 및 두께를 가지며, 또한 소정 개구 비율 B보다 작은 개구율 A를 가진다(A<B).

근거리 영역의 개구율 A를 원거리 영역의 개구율 B보다 작게 함으로써, 근거리 영역의 단면적 S2를 원거리 영역의 단면적 S1보다 평균적으로 크게 할 수 있다. 또한, 다른 방법에서는 곤란한 단면적 S1과 S2의 비의 정밀한 조절을, 판재의 구멍 뚫기와 같이 간단한 가공으로 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 관한 조전지에서는, 원거리 영역은, 집전 방향에 수직인 소정 단면적을 가진 소정의 재질로 이루어지고, 근거리 영역은, 그 소정 단면적과 같은 단면적을 가진, 그 소정의 재질보다 저항율이 작은 재질로 구성된다. 이와 같이, 근거리 영역의 재질의 저항율을, 원거리 영역의 재질의 저항율보다 작게 함으로써, 근거리 영역의 전기 저항 R2를 원거리 영역의 전기 저항 R1보다 작게 할 수 있다.

이때, 원거리 영역이, 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 은, 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한 제1 재료로 구성된다면, 근거리 영역은, 제1 재료보다 저항율이 작은, 상기 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한 제2 재료로 구성된다.

본 발명의 또 다른 형태에 관한 조전지에서는, 제1 접속 부재는, 한 쌍의 긴 단부와, 한 쌍의 짧은 단부를 가지는 장방형의 판 형상이며, 접속 개소는, 긴 단부의 한쪽을 따라서 형성되어 있다. 그리고, 근거리 영역과 원거리 영역의 경계는, 긴 단부와 평행한 직선이 되도록, 집전 영역을 2개로 구분하고 있다.

여기서, 한 쌍의 긴 단부란, 장방형인 제1 접속 부재의 한 쌍의 장변에 따른 부분이고, 한 쌍의 짧은 단부란, 장방형인 제1 접속 부재의 한 쌍의 단변에 따른 부분이다.

본 발명의 또 다른 형태에 관한 조전지에서는, 제1 접속 부재는, 한 쌍의 긴 단부와, 한 쌍의 짧은 단부를 가진 장방형의 판 형상이고, 접속 개소는, 짧은 단부의 한쪽을 따라서 형성되어 있다. 그리고, 근거리 영역과 원거리 영역의 경계는, 짧은 단부와 평행한 직선이 되도록, 집전 영역을 2개로 구분하고 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 관한 조전지에서는, 제1 접속 부재는, 한 쌍의 긴 단부와, 한 쌍의 짧은 단부를 가진 장방형의 격자 형상체이며, 접속 개소는, 긴 단부의 한쪽을 따라서 형성되어 있다. 그리고, 근거리 영역과 원거리 영역의 경계는, 긴 단부와 평행한 직선이 되도록, 집전 영역을 2개로 구분하고 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 관한 조전지에서는, 집전 영역의 집전 방향에 수직인 단면적이, 접속 개소로부터의 거리에 반비례하고 있다. 이에 따라, 집전 영역의 각 부위의 전류 밀도가 일정하게 되므로, 집전 영역의 각 부위의 온도가 불균일하여, 각 전지의 수명에 격차가 생기는 것을, 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 상기 단면적은, 접속 개소로부터의 거리와 엄밀하게 반비례하고 있을 필요는 없고, 전체적으로 보아 반비례하고 있으면 된다.

이하에, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에, 본 발명의 실시형태 1에 관한 조전지를 구성하는 유닛을 사시도로 도시한다.

도시예의 유닛(10)은, 복수개(도시예에서는 50개)의 전지(12)와, 2매의 접속 부재(제1 접속 부재), 즉 양극 접속 부재(14) 및 음극 접속 부재(16)를 포함하고 있다. 양극 접속 부재(14)는, 모든 전지(12)의 양극 단자와 접속되고 있다. 음극 접속 부재(16)는, 모든 전지(12)의 음극 단자와 접속되고 있다. 양극 접속 부재 (14)와 음극 접속 부재(16)는, 이간되어 있다. 즉, 모든 전지(12)는, 양극 접속 부재(14) 및 음극 접속 부재(16)에 의해 병렬로 접속되고 있다. 한편, 도 1에서는, 시인성을 고려하여, 양극 접속 부재(14) 및 음극 접속 부재(16)는, 윤곽만을 이점 쇄선으로 도시하고 있다. 또한, 음극 접속 부재(16)는, 그 윤곽의 일부분만을 도시하고 있다. 또한, 본 형태에서는, 도 1의 전지(12)의 상단의 돌기가 있는 부분을 양극 단자로 하고, 전지(12)의 저부를 음극 단자로 하고 있다.

전지(12)는, 특별히 한정되지 않지만, 리튬 이온 이차전지로 대표되는 비수 전해질 이차전지, 및 니켈 수소 축전지로 대표되는 수용액계 전해질 이차전지 등을 적합하게 사용할 수 있다. 다만, 니켈 수소 축전지는, 전지 전압-충전도 특성에 피크 전압이 존재하고, 만충전 상태시에 최대 전압이 되지 않기 때문에, 피크 전압시의 충전도 이하로 사용할 필요가 있다. 또한, 전지(12)는, 알칼리 건전지 및 옥시라이드 건전지 등의 일차전지로 할 수도 있다.

도 2에, 접속 부재(제1 접속 부재)를 상세하게 도시한다. 양극 접속 부재 (14) 및 음극 접속 부재(16)는, 동일한 구성이며, 이하에 양극 접속 부재(14)를 대표로 하여 설명한다. 따라서, 이하의 설명은, 특별히 부연하지 않는 한, 음극 접속 부재(16)에 대해서도 같다.

양극 접속 부재(14)는, 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 은, 및 금의 적어도 1종을 포함한, 판 형상의 양(良)도전체이다. 양극 접속 부재(14)의 외형은 특별히 한정되지 않지만, 도시예에서는, 양극 접속 부재(14)의 윤곽은 대략 장방형으로 되어 있다. 이하, 양극 접속 부재(14)가, 대략 장방형의 판재인 경우를 설명한다.

양극 접속 부재(14)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 배치되는 전지(12)의 모든 양극 단자와 접속된다. 양극 접속 부재(14)의 한쪽의 긴 단부는, 유닛(10)을 다른 유닛 혹은 단전지, 또는 외부 단자와 직렬로 접속하기 위한 도시하지 않은 접속 부재(제2 접속 부재)가 접속되는 접속 개소(20)가 되어 있다. 양극 접속 부재(14)의 접속 개소(20) 이외의 부분은, 각 전지(12)의 양극 단자와 접속되고, 각 전지 (12)로부터의 전류를 집전하는 집전 영역(22)이 되고 있다. 도시예의 양극 접속 부재(14)에서는, 집전 영역(22)도 또한 장방형의 윤곽을 가지고 있다. 집전 영역(22)에는, 각 전지(12)의 양극 단자가 일정한 분포로 예를 들면 용접에 의해 접속된다.

한편, 도 2의 예에서는, 양극 단자가 관통구멍(18)과 완전하게 겹쳐 버리는 것처럼 보이는 전지(12)도 존재한다. 실제로는, 양극 단자가 관통구멍(18)과 완전하게 겹쳐 버리는 전지(12)가 출현하지 않도록, 관통구멍(18)의 사이즈 및 위치는 조정된다. 또는, 각 전지(12)의 양극 단자를, 양극 접속 부재(14)와 동일한 형상 및 사이즈를 가진 얇은 금속판에 용접하여, 그 금속판을 도 2의 양극 접속 부재 (14)와 완전하게 겹쳐, 서로 용접해도 좋다.

그리고, 양극 접속 부재(14)의 집전 영역(22)에는, 복수의 관통구멍(18)이 형성되어 있다.

관통구멍(18)의 배치에 대해서는, 접속 개소(20)에 가까워질수록, 개구율이 작아지도록, 관통구멍(18)을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 개구율은, 집전 영역(22)을 폭방향(도 2에서는 상하 방향)으로 등분하여 소정 개수의 영역으로 구분했을 때에, 각 영역에서의 관통구멍(18)의 개구면적을, 그 영역 전체의 면적으로 나눈 값으로 정의할 수 있다. 이때, 각 영역의 경계선은, 집전 영역(22)의 폭방향과 수직이다.

즉, 접속 개소(20)에 가까운 영역일수록, 관통구멍(18)의 총 개구면적을 작게 한다. 예를 들면, 집전 영역(22)을 폭방향으로 2등분한 2개의 영역을 고려한다. 이 경우에는, 접속 개소(20)에 가까운 영역에서의 개구율이, 접속 개소(20)로부터 먼 영역에서의 개구율보다 작아지는 배치로 관통구멍(18)을 양극 접속 부재(14)에 형성한다. 이 때, 접속 개소(20)에 가까운 영역에서의 개구율 A와 접속 개소(20)로부터 먼 영역에서의 개구율 B의 비, A/B는, 0.1∼0.8의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 2개의 영역 사이의 전류 밀도의 차이를 작게 하고, 상기 2개의 영역의 사이의 통전에 의한 발열량의 차이를 작게 할 수 있다.

도 2의 예에서는, 집전 영역(22)을 양극 접속 부재(14)의 폭방향으로 9등분한, 9개의 영역 사이에서, 개구율은, 접속 개소(20)에 가까워질수록 작아지고 있다. 이에 따라, 상기 9개의 영역 사이에서, 집전 방향에 수직인 단면적의 평균치는, 접속 개소(20)에 가까운 영역일수록 커지고 있다. 따라서, 상기 9개의 영역의 사이에서, 전기 저항의 평균치는, 접속 개소(20)에 가까운 영역일수록 작아지고, 전류 밀도도, 접속 개소(20)에 가까운 영역일수록 작아지고 있다. 여기서, 집전 방향이란, 양극 접속 부재(14)에 전류가 흐르는 평균적인 방향을 말한다. 도 2에서는, 집전 방향은, 상하 방향이다.

또한, 집전 영역(22)을 폭방향으로 2등분한, 2개의 영역 사이에서도, 개구율은, 접속 개소(20)에 가까운 영역 쪽이 작아지고 있다. 이에 따라, 상기 2개의 영역의 사이에서, 전기 저항의 평균치는 접속 개소(20)에 가까운 영역 쪽이 작아지는 한편, 전류 밀도의 차이는 작아지고 있다.

이상과 같이, 도시예의 양극 접속 부재(14)는, 접속 개소(20)에 가까워질수록, 개구율이 작아지도록, 집전 영역(22)에 관통구멍(18)이 형성되어 있다. 이에 따라, 집전 영역(22)의 접속 개소(20) 근방 부분에서 전기 저항은 상대적으로 작아지고 있다. 한편, 접속 개소(20)로부터 떨어진 부분에서 전기 저항은 상대적으로 커지고 있다. 그리고, 양자 간에 전류 밀도의 차이는 작아지고 있다.

그 결과, 집전 영역(22)의 각 부에서의 발열량의 차이를 작게 할 수 있다. 따라서, 일부의 전지(12)만이 강하게 가열되고, 그 전지(12)의 수명만이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 유닛(10) 전체의 내용연수가 짧아지거나, 상기 일부 전지(12)를 교환하기 위한 메인터넌스의 빈도가 증대하거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 조전지의 내용연수를 증가시킬 수 있는 동시에, 보수에 요하는 비용을 삭감하는 것이 가능해진다.

이상적으로는, 집전 영역(22)에서, 전지(12)의 단자가 접속되는 각 부위의 전류 밀도를 전부 동등하게 하도록, 관통구멍(18)을 형성하는 것이 좋다. 즉, 집전 영역(22)의 각 부위의 접속 개소(20)로부터의 거리(집전 방향에 평행한 거리)와 단면적(집전 방향에 수직인 단면적)이 반비례하도록 관통구멍(18)을 형성하는 것이 좋다. 그와 같이 집전 영역(22)의 각 부위의 개구율을 설정함으로써, 통전에 의한 발열량을, 집전 영역(22)의 전역에 걸쳐서 보다 균일한 것으로 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 일부의 전지(12)만의 수명이 짧아지는 것을 보다 완전하게 방지할 수 있으며, 조전지의 내용연수를 보다 확실히 증가시킬 수 있다.

여기서, 관통구멍(18)은, 지름, 형태 및 면적은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 관통구멍(18)은, 지름, 형태 및 면적은 전부 동일하게 해도 좋고, 관통구멍 (18) 마다 지름, 형태 및 면적을 다르게 해도 좋다. 예를 들면, 집전 영역(22)에 관통구멍(18)을 형성하는 밀도는 일정하게 하고, 양극 접속 부재(14)의 접속 개소 (20)로부터의 거리가 멀어질수록, 관통구멍(18)의 지름을 크게 하도록 해도 좋다.

그러나, 다수의 관통구멍(18)을 형성할 때의 가공의 용이성을 생각하면, 관통구멍(18)은, 전부 동일한 지름, 형태 및 면적으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제조비용의 증대를 억제할 수 있다.

관통구멍(18)의 형태는, 특별히 한정되지 않지만, 삼각형, 정방형, 장방형, 마름모꼴, 이들 이외의 평행사변형, 사다리꼴, 및 오각형 이상의 다각형 등, 임의의 형상으로 할 수 있다. 그러나, 다수의 관통구멍(18)을 양극 접속 부재(14)에 형성했을 때에, 양극 접속 부재(14)의 강도가 가능한 한 저하하지 않도록 하기 위해서는, 관통구멍(18)은 원형 또는 타원형으로 하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 것은 원형이며, 이에 따라, 양극 접속 부재(14)의 강도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 관통구멍(18)의 지름(최대지름)은, 0.01∼5mm로 하는 것이 바람직하다. 관통구멍(18)의 지름이, 5mm를 넘으면, 양극 접속 부재(14)의 강도가 크게 저하한다. 반대로, 관통구멍(18)의 지름이, 0.01mm를 밑돌면, 소망의 효과를 얻기 위해서 필요한 관통구멍(18)의 수가 방대하게 되어, 관통구멍(18)을 형성하는 공정에서의 작업량이 증대한다. 그 결과, 제조비용이 증대한다. 따라서, 관통구멍(18)의 지름을, 0.01∼5mm로 하는 것에 의해서, 양극 접속 부재(14)의 제조비용의 증대를 억제할 수 있는 동시에, 강도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 관통구멍(18)을 형성함에 따른 강도의 저하를 억제하기 위해서, 양극 접속 부재(14)의 두께는, 관통구멍(18)을 구비하지 않은 양극 접속 부재(14)와 비교하여, 두께를 두껍게 하는 것이 바람직하다. 관통구멍(18)을 구비하지 않은 집전체에 요하는 최저한의 두께를 D1라고 하면, 양극 접속 부재(14)의 두께 D0는, D1의 120∼600%로 하는 것이 좋다. 한편, 이상의 양극 접속 부재(14)에 대한 설명은, 음극 접속 부재(16)에는 전지(12)의 음극 단자가 접속되는 것 이외는, 음극 접속 부재(16)에 대해서도 전부 같다.

(실시형태 2)

다음에, 본 발명의 실시형태 2를 설명한다.

도 3에, 실시형태 2의 조전지에 사용되는 접속 부재(제1 접속 부재)를 평면도로 도시한다. 도 3에서, 도 1과 동일한 요소는 동일 부호로 도시하고 있다.

도시예의 양극 접속 부재(14A)(음극 접속 부재(16A))도 또한, 도 1의 양극 접속 부재(14)(음극 접속 부재(16))와 마찬가지로, 접속 개소(20A)와, 집전 영역 (22A)과, 집전 영역(22A)에 형성된, 복수의 관통구멍(18)을 구비하고 있다. 양극 접속 부재(14A)가, 도 2의 양극 접속 부재(14)와 다른 점은, 길이방향의 일단부(짧은 단부의 한쪽)에 접속 개소(20A)가 배치되어 있는 점이다.

양극 접속 부재(14A)에서도, 집전 영역(22A)의 개구율은, 접속 개소(20A)에 가까워질수록 작아지고 있다. 즉, 집전 영역(22A)을 길이방향으로 등분한, 소정 개수(대표적으로는 2개)의 영역을 고려했을 때에, 접속 개소(20A)에 가까운 영역일수록, 개구율은 작아지고 있다. 한편, 각 영역의 경계선은 양극 접속 부재(14A)의 짧은 단부와 평행하다.

이상의 구성에 의해, 접속 개소(20)가 양극 접속 부재(14A)의 길이방향의 일단부에 형성되는 경우에도, 실시형태 1과 동일한 효과를 달성하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 실시형태 1 및 2에서는, 개구율을 바꾸는 것에 의해 집전 영역을 구분한 각 영역의 단면적(집전 방향에 수직인 단면적)을 바꾸고 있다. 이에 한정되지 않고, 소정 폭을 가진 집전 영역의 두께를 바꾸는 것에 의해, 집전 영역을 구분한 각 영역의 단면적을 바꾸는 것도 물론 가능하다. 즉, 접속 개소에 가까운 영역일수록 두께를 두껍게 함으로써, 집전 영역을 구분한 각 영역의 사이의 전류 밀도의 차이를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 실시형태 1 및 2와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 집전 영역의 두께를, 접속 개소로부터의 거리와 반비례하도록 설정해도 좋다.

(실시형태 3)

다음에, 본 발명의 실시형태 3을 설명한다.

도 4에, 실시형태 3의 조전지에 사용되는 접속 부재(제1 접속 부재)를 평면도로 도시한다. 도 4에서, 도 1과 동일한 요소는 동일한 부호로 도시하고 있다.

도시예의 양극 접속 부재(14B)(음극 접속 부재(16B))는, 격자 형상으로 조합된 복수의 막대 형상의 도전체로 구성되어 있다. 양극 접속 부재(14B)(음극 접속 부재(16B))도 또한, 도 1의 양극 접속 부재(14)(음극 접속 부재(16))와 마찬가지로, 접속 개소(20B)와 집전 영역(22B)를 구비하고 있다. 양극 접속 부재(14B)의 바깥측의 윤곽은 장방형으로 되어 있다. 접속 개소(20B)는, 그 장방형의 폭 방향의 일단부(긴 단부의 한쪽)에 배치되어 있다.

양극 접속 부재(14B)에서도, 집전 영역(22B)의 각 부의 전기 저항은, 접속 개소(20B)에 가까워질수록 작아지고 있다. 즉, 집전 영역(22B)을 양극 접속 부재 (14B)의 폭 방향으로 등분한, 소정 개수(대표적으로는 2개)의 영역을 고려했을 때에, 접속 개소(20B)에 가까운 영역일수록, 전기 저항은 작아지고 있다. 한편, 각 영역의 경계선은 양극 접속 부재(14B)의 긴 단부와 평행하다.

각 영역의 전기 저항을 바꾸기 위해서는, 몇가지 방법을 고려할 수 있다. 예를 들면, 소정 단면적을 가진 상기 복수의 막대 형상의 도전체를 사용하는 경우에는, 그 재질을 다르게 하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 접속 개소(20B)에 가까운 영역에 사용하는 상기 막대 형상의 도전체에는, 저항율이 상대적으로 작은 재료를 사용하고, 접속 개소(20B)로부터 먼 영역에 사용하는 상기 막대 형상의 도전체에는, 저항율이 상대적으로 큰 재료를 사용한다. 이에 따라, 소정 단면적을 가진 복수의 막대 형상의 도전체에 의해 양극 접속 부재(14B)를 구성했을 경우에도, 접속 개소 (20B)에 가까운 영역일수록 전기 저항을 작게 할 수 있다. 따라서, 실시형태 1 및 2와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 상기 복수의 막대 형상의 도전체의 재질을 전부 동일하게 하는 경우에는, 상기 복수의 막대 형상의 도전체의 단면적을 변화시키는 것을 고려할 수 있다. 즉, 접속 개소(20B)에 가까운 영역에 사용하는 상기 막대 형상의 도전체는, 단면적을 상대적으로 크게 하고, 접속 개소(20B)로부터 먼 영역에 사용하는 상기 막대 형상의 도전체는, 단면적을 상대적으로 작게 한다. 이에 따라, 동일한 재질을 가지는 복수의 막대 형상의 도전체에 의해 양극 접속 부재(14B)를 구성했을 경우에도, 접속 개소(20B)에 가까운 영역일수록 전기 저항을 작게 하는 동시에, 각 영역의 사이의 전류 밀도의 차이를 작게 할 수 있다. 따라서, 실시형태 1 및 2와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

다음에, 상기 실시형태 1∼3에 관한 실시예를 설명한다. 본 발명은, 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

용량이 2.0Ah인 리튬이온 이차전지(정격 최대 전압:4.2V)를 50개 준비했다. 양극 접속 부재 및 음극 접속 부재로서 두께 0.3mm, 폭 100mm, 길이 200mm, 재질이 구리인 장방형의 판을 준비했다. 그 구리판의 한쪽의 긴 단부를 접속 개소로 하고, 도 2에 도시한 바와 같이, 접속 개소에 가까워질수록 개구율이 작아지는 형태로, 그 구리판에 복수의 관통구멍을 형성했다. 관통구멍의 형은 원형으로 하고, 지름은 2mm로 했다.

개구율의 분포는, 상기 구리판을 폭방향으로 6등분한 각 영역 중에서, 접속 개소에 인접하는 영역의 개구율을 10%로 하고, 접속 개소로부터 가장 먼 영역의 개구율을 60%로 했다. 그리고, 그들 사이의 4개의 영역의 개구율을 각각 접속 개소에 가까운 영역으로부터 순서대로, 20%, 30%, 40%, 및 50%로 했다. 또한, 집전 영역을, 상기 구리판의 폭방향으로 2등분한 2개의 영역을 생각하면, 그 개구율의 비는 0.375였다.

이상과 같은 개구율의 분포로 관통구멍을 뚫은 2매의 구리판을 사용하여, 5×10의 배치로 한 50개의 이차전지를 병렬로 접속했다. 즉, 1매의 구리판에, 상기 50개의 이차전지의 양극 단자를 전부 용접했다. 또한, 또 1매의 구리판에, 상기 50개의 이차전지의 음극 단자를 전부 용접했다. 이렇게 해서 유닛을 제작했다.

(비교예 1)

실시예 1의 구리판과 동일한 재질, 폭, 및 길이로, 두께가 0.2mm의 구리판을 2매 준비했다. 그들 구리판에는, 관통구멍을 형성하지 않았다. 이렇게 해서, 실시예 1과 동일한 중량의 2매의 구리판을 얻었다. 그리고, 그러한 구리판을 사용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 50개의 이차전지를 병렬로 접속하여, 유닛을 제작했다.

실시예 1 및 비교예 1의 유닛에 대해서 500사이클의 충방전을 행하였다. 이 때, 20℃의 환경하에서, 0.7C로 4.2V까지 정전류 충전한 후, 종지 전압 0.05C까지 정전압 충전하고, 0.2C로 2.5V까지 정전류 방전했다. 이 때의 방전 용량을 첫회 방전 용량으로 했다. 그 후, 방전시의 전류치를 1C로 하여 충방전 사이클을 반복한다고 하는 조건으로 충방전을 행하였다.

그리고, 실시예 1 및 비교예 1의 각각에 대해서, 50개의 전지의 용량 유지율의 평균치와 접속 개소에 가장 가까운 부위에 접속한 10개의 전지의 용량 유지율의 평균치를 구했다. 용량 유지율은, 500사이클째의 방전 용량의 1사이클째의 방전 용량에 대한 백분율로 했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

	전체 전지의 용량유지율(%)	10개의 전지의 용량유지율(%)
실시예 1	84	81
비교예 1	78	70

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서는, 접속 개소에 가장 가까운 10개의 전지의 용량 유지율과 전체 전지의 용량 유지율의 차이가 3%인데 비하여, 비교예 1에서는, 그 차이가 8%로 매우 커지고 있다. 이에 따라, 본 발명을 적용함으로써, 일부 전지의 수명만이 짧아지는 것을 방지할 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 관한 조전지에서는, 접속 부재는, 접속 개소로부터의 거리가 가까운 부분과 먼 부분의 사이에서, 통전에 의한 발열량의 차이가 작아지고 있다. 따라서, 특히 접속 개소의 근방에서, 가열에 의한 이차전지의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 각종 전원으로서 양호한 사이클 특성이 요망되는 이차전지의 조전지에 적용하기에 매우 적합하다.

10 유닛
12 이차전지
14 양극 접속 부재
16 음극 접속 부재
18 관통구멍
20 접속 개소
22 집전 영역

Claims

복수의 전지와, 상기 복수의 전지를 병렬로 접속하기 위한 제1 접속 부재를 구비한, 적어도 1개의 유닛과,
상기 유닛을, 외부 단자, 또는 다른 전지 혹은 유닛과 직렬로 접속하기 위한, 상기 제1 접속 부재와 서로 접속된 제2 접속 부재를 포함하고,
상기 제1 접속 부재는, 상기 전지의 양극 단자 또는 음극 단자가 접속되는 집전 영역과, 상기 제2 접속 부재의 접속 개소를 가지며,
상기 집전 영역을,
(i)상기 접속 개소로부터의 집전 방향에 평행한 거리가 소정치 이상인 원거리 영역, 및
(ⅱ)상기 원거리 영역과 면적이 동일한, 상기 접속 개소로부터의 상기 집전 방향에 평행한 거리가 상기 소정치 미만인 근거리 영역의 2개의 영역으로 구분했을 때에,
상기 원거리 영역의 상기 집전 방향의 단위길이당의 전기 저항 R1이, 상기 근거리 영역의 상기 집전 방향의 단위길이당의 전기 저항 R2보다 커지고 있는, 조전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전기 저항 R1과, 상기 전기 저항 R2의 비:R1/R2가, 1.2∼10의 범위인, 조전지.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원거리 영역의 상기 집전 방향에 수직인 단면적 S1이, 상기 근거리 영역의 상기 집전 방향에 수직인 단면적 S2보다 작아지고 있는, 조전지.
제 3 항에 있어서, 상기 원거리 영역이, 상기 집전 방향에 수직인 소정 폭, 및 소정 두께를 가지며, 상기 근거리 영역이, 상기 소정 폭과 동일한 폭 및 상기 소정 두께보다 큰 두께를 가지는, 조전지.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 접속 부재가 복수의 관통구멍을 가지고 있으며, 상기 원거리 영역이, 상기 집전 방향에 수직인 소정 폭 및 소정 두께를 가지며, 또한 소정 개구율 B를 가지며, 상기 근거리 영역이, 상기 소정 폭 및 상기 소정 두께와 같은 폭 및 두께를 가지며, 또한 상기 소정 개구율 B보다 작은 개구율 A를 가진, 조전지.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원거리 영역이, 상기 집전 방향에 수직인 소정 단면적을 가진 소정의 재질로 이루어지고, 상기 근거리 영역이, 상기 소정 단면적과 동일한 단면적을 가진, 상기 소정의 재질보다 저항율이 작은 재질로 이루어진, 조전지.
제 6 항에 있어서, 상기 원거리 영역이, 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 은, 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한 제1 재료로 구성되고, 상기 근거리 영역이, 상기 제1 재료보다 저항율이 작은, 상기 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한 제2 재료로 구성되는 조전지.
제1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 접속 부재는, 한 쌍의 긴 단부와 한 쌍의 짧은 단부를 가진 장방형의 판 형상으로서, 상기 접속 개소는, 상기 긴 단부의 한쪽을 따라서 형성되어 있으며, 상기 근거리 영역과 상기 원거리 영역의 경계가, 상기 긴 단부와 평행한 직선이 되도록, 상기 집전 영역을 2개로 구분하는, 조전지.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 접속 부재는, 한 쌍의 긴 단부와 한 쌍의 짧은 단부를 가진 장방형의 판 형상이고,
상기 접속 개소는, 상기 짧은 단부의 한쪽을 따라서 형성되어 있으며,
상기 근거리 영역과 상기 원거리 영역의 경계가, 상기 짧은 단부와 평행한 직선이 되도록, 상기 집전 영역을 2개로 구분하는, 조전지.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 접속 부재는, 한 쌍의 긴 단부와 한 쌍의 짧은 단부를 가지는 장방형의 격자 형상체이고,
상기 접속 개소는, 상기 긴 단부의 한쪽을 따라서 형성되어 있으며,
상기 근거리 영역과 상기 원거리 영역의 경계가, 상기 긴 단부와 평행한 직선이 되도록, 상기 집전 영역을 2개로 구분하는, 조전지.
제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 집전 영역의 상기 집전 방향에 수직인 단면적이, 상기 접속 개소로부터의 거리에 반비례하고 있는, 조전지.