KR20120123025A - 도전 연결부의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리-팩(12)의 배터리 셀(10)에서 특히 접촉 핀(30, 32)과 크로스 커넥터(34) 사이 도전 연결부의 제조 방법에 관한 것이다. 접촉 핀(30, 32)은 재료(A)로 제조되고 크로스 커넥터(34)는 재료(A)와 다른 재료(B)로 제조된다. 접촉 핀(30 및 32)은 재료(B)로도 제조될 수 있고, 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)는 재료(A)로도 제조될 수 있다. 크로스 커넥터(34) 내에 개구(35) 또는 슬롯형 개구 기하 구조(72)가 만들어진다. 접촉 핀(30, 32)과 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34) 사이에 재료 결합식 연결부(52)는 레이저 용접을 통해 제조된다.

Description

도전 연결부의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE CONNECTION}
WO 2006/016441 A1호는 얇은 금속 판들이 점 용접되어 있는 배터리 유닛에 관한 것이다. 얇게 형성된 금속 판들에 레이저 용접을 통해 상이한 융점들이 만들어지고, 금속 판들의 제조에 이용된 금속 재료는 상대적으로 저융점을 갖는다. 금속 판들은 알루미늄이나 구리로 제조된다. 금속 판들은 실질적으로 적층 구조로 하나의 유닛을 형성한다. 금속 판들은 스택 형태로 배치되며, 스택으로서의 배터리 유닛을 형성한다.
WO 2007/112116 A2호는 하이브리드 자동차용 배터리 모듈에 관한 것이다. 이 배터리는 리튬 이온 배터리 또는 니켈 금속 하이브리드 배터리이다. 이 배터리 모듈의 배터리 셀 모두는 서로 도전 연결되어 있으며, 상기 도전 연결부는 용접 이음으로서 형성되어 있다. 이 용접 이음은 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접을 통해 만들어질 수 있다. 개별 배터리 셀들은 하나의 절연 프레임 내에 삽입되어 있다. 이 절연 프레임은 개별 셀들을 서로 상대 간격을 갖도록 보유한다.
JP 2008-226519 A호는 복수의 정방형 셀들을 갖는 배터리 유닛에 관한 것이다. 정방형으로 형성된 복수의 셀들은 양극 단자와 음극 단자를 가지며, 개별 셀들은 직렬 연결되어 있다. 한 셀의 양극 단자는 각각 레이저 용접에 의해 다른 셀의 음극 단자와 연결되어 있다. 배터리 셀 모두는 배터리 셀의 맞은편에 배치된 안전 밸브를 포함한다.
배터리 즉, 예를 들어 오늘날 하이브리드 자동차에서 이용하는 리튬 이온 배터리의 접촉 영역에서 높은 전류가 전달될 수 있다. 이는 한 편으로 도체 캐리어의 큰 횡단면 및 다른 한 편으로 자동차에서의 이용을 위해 매우 높은 신뢰성과, 높은 기계 강도와, 진동을 견딜 수 있는 지속적으로 안정적인 연결 기술을 필요로 한다.
스택 유닛에서 배터리 셀들의 접촉시 개별 셀들의 애노드 또는 캐소드가 연결되어야 한다. 이때 전형적으로 리튬 이온 배터리의 경우, 단자들 중 어느 하나는 알루미늄 재료로 제조되고, 다른 단자는 일반적으로 구리 재료를 포함한다. 이들 재료 양자는 높은 전기 전도성과 열 전도성을 특징으로 한다.
배터리 팩의 개별 배터리 셀들은 커넥터라고도 하는 알루미늄 박판 스트립이나 구리 박판 스트립에 의해 서로 접촉되어 하나의 스택으로 결합된다. 접촉 지점에서 최대한 양호한 접촉 저항을 얻기 위해 재료 결합식 연결 기술이나 접합 기술이 선호된다.
그러나 배터리 팩의 개별 배터리 셀들이 접합 공정에서 과열되면 셀의 손상 또는 소위 "열 폭주"가 유발될 수도 있기 때문에, 재료 결합식 접합 공정에서는 입열량이 가능한 한 최소화될 수 있다.
오늘날 예를 들어 셀들은 적절한 접합 방법의 결여로 볼트 체결된다. 그러나 이런 연결 기술은 충분히 지속적인 안정성을 가지지 않으며, 접촉 저항 역시 너무 높으므로, 이는 다시 접촉 지점의 소실 및/또는 원하지 않는 가열을 야기할 수 있다.
상기 커넥터가 알루미늄 스트립이나 구리 스트립으로서 실시되었는지 여부에 상관없이 일종의 알루미늄/구리 이종 접합이 제조될 수밖에 없는 경우가 나타날 수 있다.
본 발명에 따라 동종 조합 즉, 알루미늄/알루미늄 또는 구리/구리와 이종 조합 즉, 알루미늄/구리 사이의 접촉 기술이 제안된다. 이런 접촉은 레이저 용접에 의해 이루어지며, 셀들의 크로스 커넥터가 레이저 용접 방법에 의해 연결되고 용접에 적합한 구조가 각 연결 지점에 제공된다. 본 발명에 따라 제안된 해결 수단을 통해 이종 조합 즉, 본원 관련해서는 알루미늄/구리 조합으로부터 연결 지점의 신뢰성 있는 제조가 가능하다.
재료 결합식 접합 공정에서 동종 조합인 알루미늄/알루미늄 또는 구리/구리 조합은 금속간 화합물의 형성 및 그 결과로 알루미늄과 구리의 상이한 열 팽창 계수 때문에 이종 조합인 알루미늄/구리 조합의 융접(fusion welding)보다 더 용이하게 제어될 수 있다.
금속간 화합물의 형성을 방지하기 위해, 상기 두 재료 알루미늄과 구리를 정확하게 규정된 질량 분율에 따라 용융조 내에서 용융하는 것이 반드시 필요하다. 이는 바람직하게는 매우 정밀하게 제어될 수 있으면서 국지적으로 제한된 열을 발생시키는 레이저 공정을 통해 가능하다.
본 발명에 따라 제안된 해결 수단의 제1 변형예에서는, 재료(A)로 이루어진 바람직하게는 둥근 기하 구조의 핀이 재료(B)로 제조된 커넥터 안에 삽입되고, 레이저 광선의 커플링에 의해 국지적으로 용융된다. 이 경우 상기 커넥터의 재료 즉, 재료(B)는 바람직하게는 핀의 재료(A)로 도금된다.
바람직하게는 핀-재료로서 저온 용융 재료, 일반적으로 알루미늄이 이용되고, 커넥터 재료는 상대적으로 고온 용융 재료, 일반적으로 구리이다. 알루미늄-압연 접합된 구리 재료들이 종래기술에 공지되어 있다. 그 외에도 알루미늄 코팅층이 구리 연결부 위에 국지적으로 코팅될 수도 있다.
구리로 제조된 핀과 알루미늄 커넥터의 연결은 더 위험한데, 그 이유는 열 방산과 온도 특성이 알루미늄과 구리의 용융 온도의 관점에서 더 양호하지 않기 때문이다.
융점이 상당히 다른 2종 재료의 연결 기술은 DE 103 59 564 B4호의 대상이다.
커넥터 내 보어가 이 보어 내부에서 개구 즉, 예를 들어 보어의 내부면이 재료(A) 즉, 핀-재료로 코팅되면, 핀이 보어 내에 매입될 수 있다. 이 방법의 경우 커넥터의 기본 재료는 용융되지 않거나 약간만 용융된다. 이런 연결은 핀이 관통하여 연장되는 개구의 내부면의 커넥터 코팅층에 핀-재료가 용융되어 이루어진다.
본 발명에 따라 제안된 해결 수단의 또 다른 한변형예에서는, 핀-재료(A)와 커넥터 재료(B)가 용융됨으로써 핀-용접이 이루어진다. 이 경우 용융조 내 알루미늄/구리의 혼합 비율이 균열 또는 흠을 발생시키지 않는 혼합을 야기하는지가 고려되어야 한다. 이런 용접 구조의 경우 동종 연결부가 즉, 인접 셀과 동종으로 연결될 수 있는 커넥터의 다른 한 접촉 측에서 만들어지는 것이 바람직하다. 하기에 접합 기하 구조의 바람직한 실시예들이 설명된다.
환형 시임을 가지거나, 직사각형 횡단면인 경우에는 세그먼트 시임을 나타내는 용접 연결부가 제조될 수 있는 것이 유리하다. 이 세그먼트 시임은 예를 들어 용융조 내에서의 불충분한 혼합 때문에 또는 다른 프로세스 장애 때문에 시임에 균열이 발생하는 경우 이 균열은 한 세그먼트의 파손만을 야기할 수 있고 다른 세그먼트들은 여전히 전류 전달 및 강도 보장을 위해 제공되는 장점을 갖는다.
허용오차를 보상하기 위해, 사용되는 크로스 커넥터를 보어를 통해 핀과 연결하는 것이 아니라 슬롯 기하 구조물을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 이것은 길이 허용오차를 보상하고 기계적으로 과잉 결정되지 않는다.
본 발명은 도면을 이용해 하기에서 상세하게 설명된다.
도 1은 배터리-팩의 개별 배터리 셀들 사이에서 볼트 체결에 의한 횡방향 연결의 실시예에 관한 도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제안된 해결 수단의 개략도이다.
도 3은 재료(A)로 제조된 접촉 핀 및 이것과 다른 재료(B)로 제조되고 관통 개구를 포함하는 크로스 커넥터를 갖는, 본 발명에 따라 제안된 해결 수단의 제1 변형예에 관한 도이다.
도 4는 접촉 핀의 헤드 영역에서 크로스 커넥터의 용융 및 그 결과로 발생한 접촉 영역에 관한 도이다.
도 5a 내지 도 5c는 크로스 커넥터와 접촉 핀 사이의 재료 결합식 연결부의 변형예들에 관한 도이다.
도 5d 내지 도 5g는 재료 결합식 연결부, 특히 용접 시임이 환형 시임, 세그먼트 시임 또는 U-시임으로서 구현된 변형예들에 관한 도이다.
도 6a 내지 도 6c는 길이 허용오차의 보상을 위해 슬롯형 개구를 갖는 크로스 커넥터와 접촉 핀 사이의 접촉 연결부의 변형예들에 관한 도이다.
도 6d 내지 도 6f는 점 용접부, 세그먼트 시임 용접부 및 O-시임 용접부에 의한, 슬롯형 개구 기하 구조를 갖는 크로스 커넥터와 접촉 핀 사이의 재료 결합식 연결부의 변형예들에 관한 도이다.
복수의 배터리 셀(10)이 상호 연결되어 하나의 배터리-팩 또는 배터리 모듈(12)이 되는 것을 도 1에서 알 수 있다. 각각의 배터리 셀(10)은 하나의 단자 핀(14)을 포함한다. 2개 배터리 셀의 단자 핀(14)들은 각각 크로스 커넥터로서 이용되는 러그(16)에 의해 서로 볼트 체결되어 있다. 이런 볼트 체결은, 개별 배터리 셀(10)의 단자 핀(14)의 수나사에 체결되고 와셔(20)를 매개로 러그(16) 상에 지지되는 너트(18)에 의해 이루어진다. 역시 도 1에 도시된 분해도에서 단자 핀(14) 상에 먼저 슈(24)가 설치되며, 상기 슈는 다시 크로스 커넥터로서 이용되는 러그(16)를 지지한다. 너트(18)를 이용해 체결되는 와셔(20)를 에워싸는 칼라(22)가 러그(16)의 상부면에 위치한다. 그러나 도 1에 도시된 볼트 체결은 여러 가지 단점을 갖는다. 한 편으로 이런 연결 기술은 충분히 지속적인 안정성을 가지지 않는 즉, 작동 중에 발생하는 진동 때문에 서로 단단하게 조여진 볼트들 조차도 풀어질 수 있다. 또한, 이 해결 수단의 단점은 그 결과로 발생하는 높은 접촉 저항이며, 이는 접촉 지점에서의 소실 및/또는 원하지 않는 가열을 초래할 수 있다. 재료들 특히 구리는 시간이 흐르면서 이완한다. 이는 볼트의 초기 응력이 시간이 흐르면서 감소하므로 접촉 저항이 현저히 악화하는 것을 의미한다.
도 2에서 하나의 배터리-팩 또는 배터리 모듈(12)이 되는 배터리 셀들(10)의 연결 구조가 개략적으로 도시되어 있는 것을 알 수 있다.
배터리 셀(10) 모두는 예를 들어 재료(A) 즉, 예를 들어 알루미늄으로 제조된 제1 접촉 핀(30)과, 재료(B) 즉, 예를 들어 구리 또는 구리 합금으로 제조되는 제2 접촉 핀(32)을 포함한다. 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 재료는 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직하게는 크로스 커넥터(34)의 재료는 알루미늄 또는 구리인데, 이와 관련하여 높은 전기 전도성이 요구되기 때문이다.
본 발명에 따라 제안된 방법으로 한 편으로는 제1 접촉 핀(30)과 크로스 커넥터(34) 사이에 및 다른 한편으로는 크로스 커넥터(34)와 인접한 배터리 셀(10)의 제2 접촉 핀(32) 사이에 재료 결합식 접합 지점들이 제공될 수 있다. 본 발명에 따라 제안된 방법에서 제1 접촉 핀(30) 및 제2 접촉 핀(32)과 크로스 커넥터(34)가 구리로 제조되는 경우, 크로스 커넥터(34)와 제1 또는 제2 접촉 핀(30 또는 32) 사이에 동종 조합, 예를 들어 알루미늄/알루미늄-쌍에 대해, 또는 또 다른 동종 조합 즉, 예를 들어 구리-구리에 대해 재료 결합식 접합 지점들이 제공된다. 본 발명에 따라 제안된 방법으로 상기 형성된 재료 결합식 접합 지점들에 위에서 개략적으로 설명한 동종 조합 외에도 예를 들어 알루미늄과 구리 사이에서처럼 이종 재료 조합을 신뢰성 있게 만들기 위해 개별 배터리 셀(10)의 크로스 커넥터(34)를 레이저 용접을 통해 연결하는 접촉 기술 역시 제공되고 그 결과 발생하는 재료 결합식 접합 지점들에 용접에 적합한 구조가 제공된다.
이종 조합 즉, 알루미늄과 구리의 재료 조합의 융접이 금속간 화합물의 형성 및 알루미늄과 구리의 상이한 열팽창 계수 때문에 매우 위험하다. 그에 비해 위에서 설명한 알루미늄/알루미늄 또는 구리/구리 조합과 같은 동종 조합들은 훨씬 더 용이하게 용접기술에 의해 제어될 수 있다.
본 발명에 근거하는 사상의 유리한 실시예에서 금속간 화합물의 방지를 위해 두 재료 즉, 알루미늄과 구리의 정확하게 규정된 질량 분율이 용융조에서 용융된다. 접합 영역에 대해 상대적인 레이저 초점의 크기와 초점의 위치를 통해 목적한 대로 양 접합 파트너의 혼합이 용융조 내에서 야기될 수 있다. 레이저의 작동 파라미터들 즉, 예를 들어 레이저 출력, 초점 또는 레이저 빔의 시간적 빔 변조 또는 공간적 빔 변조와 동일시될 수 있는 레이저 빔의 진동 또는 순환의 목적대로의 선택을 통해 용융조 내 흐름이 영향을 받을 수 있다. 그러므로 용융조 내 두 용융물 즉, 예를 들어 구리와 알루미늄이 특히 양호하게 혼합되는 즉, 균질화되거나 단지 매우 약간 혼합되는 것이 달성될 수 있다. 이용되는 합금들의 기하 구조 및 부재에서의 공급 깊이나 공급 폭의 기하 구조에 의존하여 용융조의 회전과 관련한 파라미터가 조정된다. 0% 내지 53% 범위의 구리와 나머지는 알루미늄인 혼합비, 또는 91% 내지 100%의 구리와 나머지는 알루미늄인 혼합비가 특히 유리하다. 구리 합금 또는 알루미늄 합금의 적절한 선택을 통해 용융 영역의 조직이 더욱 안정화될 수 있으므로, 금속간 화합물이 적어도 현저히 감소할 수 있으며 이상적인 경우에는 완전히 배제된다. 재료 결합식 접촉은 바람직하게는, 매우 정밀하게 제어될 수 있으며 배터리 셀을 손상시키지 않는 국지적으로 제한된 입열량을 가능하게 하는 레이저 용접 방법을 통해 만들어진다. 도 2에 따른 개략도에서 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)를 통해 서로 연결되어 재료 결합식 개별 배터리 셀들(10) 사이에 간격(36)이 있는 것을 알 수 있다. 이런 간격은 단지 수 mm에 불과하므로, 일반적으로 도 2의 구성도에 따라 서로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리-팩(12) 내 패킹 밀도가 향상될 수 있다.
도 3에서는 한 배터리 셀의 접촉 핀의 용융을 파악할 수 있다.
도 3에 따른 변형예에서 도면에 도시되지 않은 배터리 셀(10)의 접촉 핀(30, 32)이 재료(A) 즉, 예를 들어 알루미늄으로 제조되고 바람직하게는 둥근 기하 구조를 갖는다. 접촉 핀(30, 32)은 직경 단차부(40)를 포함하며, 이 직경 단차부 상부에서 축 방향으로 접촉 핀(30, 32)의 직경이 가늘어진다. 접촉 핀(30, 32)의 가늘어지는 영역은 재료(B) 즉, 예를 들어 구리로 제조되고 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34) 내에 상보적으로 형성된 개구 안으로 돌출한다. 크로스 커넥터(34)의 재료에서 위치(54)에 필적하는 상부면에는 접촉 핀(30, 32)을 제조하는데 사용된 재료로 제조되는 도금층 또는 코팅층(42)을 제공받는다. 도 3에 도시된 변형예에서 코팅층(42)은 재료(A)로 즉, 알루미늄으로 제조되어 있다. 이 코팅층은 재료(A) 및/또는 재료(B)와 다른 재료로도 이루어질 수 있다. 이 코팅층은 용융하려는 재료와 연결하는데 적합하도록 제조될 수 있다. 이용되는 기본 재료 Al과 Cu 외에도 니켈, 은 및 아연이 유리하다.
본 발명에 따라 제안된 방법에 있어서 접촉 핀(30 또는 32)의 재료로서 바람직하게는 재료들(A와 B) 중 상대적으로 저온 용융 재료가 이용되고, 본원의 경우에는 재료(A) 즉, 알루미늄이 이용된다. 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 제조에 이용되는 재료로서 상대적으로 고온 용융 재료 이 경우 재료(B) 즉, 구리가 일반적으로 선택된다. 도 4에 따라 상기 직경 단차부(40) 위 직경 축소부에 있는 접촉 핀(30, 32) 재료가 용융됨에 따라, 한 편으로 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)와 접촉 핀(30 또는 32)의 버섯 형상(44) 아래 언더컷(36) 사이의 접촉 영역(48)이 발생하는 것을 알 수 있다. 이 접촉 핀(30 또는 32)의 용융은 언더컷(46)을 형성하고, 상기 언더컷에서 코팅층(42)의 재료 즉, 이 경우 재료(A) 즉, 알루미늄과 접촉 영역(48)에서 접촉 핀(30, 32)의 재료 즉, 역시 재료(A) 즉, 알루미늄 사이의 접촉이 생긴다. 본 발명에 따라 제안되고 도 3과 도 4와의 관계에서 만들어지는 재료 결합식 연결을 통해, 도 1에서 설명한 접촉 핀과 크로스 커넥터 사이의 볼트 체결과 비교해 접촉 지점들의 접촉 저항이 매우 양호하다.
도 5a에서 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 개구 내에 접촉 핀(30, 32)이 잠겨 있다. 이 변형예에서 직경 단차부(40) 위로 직경이 가늘어지는 축 방향 연장 영역의 단축시 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 개구 안에 접촉 핀(30 또는 32)을 매입할 수 있다. 바람직하게는 도 5a에 따른 변형예에서 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34) 내 개구의 측면들에 접촉 핀(30 또는 32) 자체의 제조에 이용된 재료로 제조되는 코팅층이 제공되므로, 도 4에 도시된 접촉 영역(48)의 범위에서 동일한 재료 쌍이 발생한다.
도 5b와 도 5c에 따라 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)와 접촉 핀(30 또는 32) 사이에 재료 결합식 연결부를 파악할 수 있다.
환형으로 형성되고 재료 결합식 양 연결부(52)의 공통점은 본 발명에 따라 제안된 재료 결합식 접합 지점의 변형예에서 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 기본 재료가 용융되지 않거나 약간만 용융된다는 것이다. 환형으로 형성되는 시임(52)의 범주에서 재료 결합식 연결부 자체의 형성은 커넥터 코팅층에 즉, 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 개구 내부면에 도포된 층에 접촉 핀(30, 32)의 재료를 용융시켜 이루어진다. 이를 위해 앞서 언급한 것처럼 접촉 핀(30 또는 32) 자체의 제조에 이용된 재료가 선택되는 것이 바람직하다.
도 5b와 도 5c의 변형예에서는 접촉 핀(30 또는 32)과 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34) 사이의 재료 결합식 접합 지점을 나타내는 환형 용접 시임(52)이 배치되어 있다. 도 5b와 도 5c의 변형예에서는 접촉 핀(30 또는 32)의 재료 즉, 예를 들어 알루미늄과 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터의 재료인 재료(B) 예를 들어 구리가 용융된다. 그와 같은 이종 조합 알루미늄/구리의 제조시, 용융조 내 알루미늄/구리의 혼합비가 혼합을 유도하고 균열이나 흠이 발생하지 않는지를 고려할 수 있다. 이런 용접 구성의 경우 접합하려는 요소들의 동종 조합이 유리하다.
도 5d 내지 도 5g에서 접촉 핀과 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터 사이에 재료 결합식 연결부의 기하 구조 변형예를 더 상세히 알 수 있다.
도 5d에는 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 상부면에 환형 시임으로서 형성된 재료 결합식 환형 연결부가 도시되어 있으며, 도 5e에는 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터의 상부면(54)에서 연장하며 연속적으로 형성된 환형 시임(58)이 도시되어 있다. 도 5f에는 실질적으로 정방형 외관을 갖는 세그먼트 시임(60)이 도시되어 있으며, 이 경우 접촉 핀(30 또는 32) 역시 정방형 횡단면을 갖는다. 세그먼트 시임(60)은 노출된 모서리(62)에서 만나는 것이 아니라 오히려 모두가 그 자체로 재료 결합식 연결부를 나타내는 개별 시임 세그먼트(66)를 포함한다. 세그먼트 시임(60)은, 예를 들어 용융조에서의 불충분한 혼합 또는 다른 프로세스 장애로 인한 시임에서의 균열 발생 시 이런 균열은 단지 시임 세그먼트(66)들 중 하나의 파손만을 야기할 수 있고 나머지 시임 세그먼트(66)들은 여전히 전류 전달과 강도 보장에 제공된다는 장점을 갖는다.
도 5g에 따른 변형예에서, 실질적으로 U-형상을 가지며 직사각형 횡단면을 가진 접촉 핀(30, 32)과 슬롯형 개구(72)를 가지며 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34) 사이에 접합된 세그먼트 시임(60)의 구성을 파악할 수 있다. 도 5g에 따라 형성된 시임 기하 구조는 접촉 핀(30 또는 32)의 재료를 3개 접촉 면에서 러그형 크로스 커넥터(34)의 슬롯형 개구 기하 구조(72)와 연결한다.
도 5d 내지 도 5g의 변형예에서는 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)가 재료(A) 즉, 알루미늄으로도 제조될 수 있고, 재료(B) 즉, 구리로도 제조될 수 있다. 동일한 내용이 접촉 핀(30 또는 32)에 적용되어, 이 접촉 핀 역시 재료(A) 즉, 알루미늄으로도 제조될 수 있고, 재료(B) 즉, 구리로도 제조될 수 있으므로, 재료 결합식 연결부의 개략적 변형예의 경우 이종 조합이 나타난다. 또한, 접촉 핀(30 또는 32)이 둥근 횡단면을 갖는지, 아니면 도 5f 및 도 5g와 관련해서 각진 횡단면을 갖는지 여부는 중요하지 않다.
도 6a 내지 도 6c의 도면 순서로 접촉 핀(30 또는 32)과 이 경우 굽혀진 러그형 크로스 커넥터(34) 사이에 용접에 의하지 않은 연결부의 변형예가 도시되어 있다. 러그형 크로스 커넥터(34)는 예를 들어 개구의 슬롯 기하 구조(72)를 포함하므로, 제조하려는 배터리-팩(12)의 이웃한 배터리 셀들(10) 사이의 길이 허용오차가 보상될 수 있다. 접촉 핀(30 또는 32)과 실질적으로 굽혀진 러그형 크로스 커넥터 사이의 연결 즉, 도 6a 내지 도 6c에서 용접에 의하지 않고 형성된 연결부와, 6d 내지 도 6f에 도시된 용접에 의해 형성된 연결부는 도 3 내지 도 5e의 상기 변형예들에서 설명한 보어에 대한 변형예를 나타낸다. 도 6a에 따른 접촉 핀(30 또는 32)의 경우에 헤드 형상 커버(70) 아래에 환형 그루브(68)가 있으며, 상기 그루브 내로 굽혀진 러그형 크로스 커넥터(34)의 슬롯형 개구 기하 구조(72)가 돌출한다. 도 6b는 도 6a에 도시된 연결부 변형예를 밑에서 본 도면이고, 도 6c는 도 6a의 용접에 의하지 않은 연결부의 평면도이다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된, 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)와 접촉 핀(30 또는 32) 사이의 용접에 의하지 않은 연결부의 경우에도 동종 조합 즉, 알루미늄/알루미늄-연결부 또는 구리/구리-연결부 또는 이종 조합 즉, 알루미늄/구리-연결부 또는 구리/알루미늄-연결부의 가능성도 있다.
도 6d 내지 도 6f에서는, 도 6a 내지 도 6c에 따른 용접에 의하지 않은 변형예의 또 다른 실시예에서 도 6a, 도 6b 및 도 6c와 관련하여 앞서 개략적으로 설명한 것처럼, 길이 허용오차의 보상을 위한 연결부가 재료 결합식 잠금 장치로서 즉, 재료 결합식 연결부로서도 형성될 수 있다. 이를 위해 도 6d에 따라, 러그 형상으로 형성된 굽혀진 크로스 커넥터(34)의 환형 그루브(68) 안으로 돌출하는 재료와 커버(70)가 용접되는 점 용접부(76)가 제공된다. 도 6d에 도시된 점 용접부(76) 대신에 도 5f에 도시된 것처럼 세그먼트 시임(60)이 3개 측면에서만 용접되는 세그먼트-용접부(78)가 구현될 수 있음으로써, 접촉 핀(30 또는 32)을 에워싸지만 접촉 핀(30 또는 32)의 축소된 섹션의 주위와 접합되지 않은 재료 결합식 연결부가 달성될 수 있다.
도 6f에는 도 5g에 따른 변형예에서의 접촉과 유사하게, 크로스 커넥터(34)가 3개 측면에서 접촉 핀(30 또는 32)의, 이 경우 정방형인 섹션의 측면들과 일체로 결합하여 접합되는 접촉 용접부(80)가 도시되어 있으며, 상기 섹션은 접촉 핀(30 또는 32)의 나머지 재료에 비해 더 짧은 측면 길이를 갖는다.
도 6d 내지 도 6f의 실시예들에 대해서도 알루미늄/알루미늄, 구리/구리와 같은 동종 재료 조합 또는 알루미늄/구리 또는 구리/알루미늄과 같은 이종 재료 조합이 적용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 배터리 셀(10)에서 특히 접촉 핀(30 또는 32)과 크로스 커넥터(34) 사이에 도전 연결부를 제조하는 방법이며,
    a) 재료(A)로 접촉 핀(30, 32)을 제조하고 재료(A)와 다른 재료(B)로 크로스 커넥터(34)를 제조하는 단계 또는
    b) 재료(B)로 접촉 핀(30, 32)을 제조하고 재료(A)로 크로스 커넥터(34)를 제조하는 단계와,
    c) 크로스 커넥터(34) 내에 개구(35)를 만드는 단계와,
    d) 접촉 핀(30, 32)과 크로스 커넥터(34) 사이의 재료 결합식 연결부(52, 58, 60, 64, 76, 78, 80)를 레이저 용접을 통해 만드는 단계를 포함하는, 도전 연결부 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 재료(A)가 알루미늄 합금이고 재료(B)가 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 접촉 핀(30, 32)이 바람직하게는 둥근 기하 구조로 실시되고 저온 용융 재료(A와 B)로 제조되는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 크로스 커넥터(34)가 재료들(A와 B) 중 더 고온에서 용융되는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 크로스 커넥터(34)에는 재료들(A와 B) 중 접촉 핀(30 또는 32) 자체의 제조에 이용된 것과 동일한 재료의 코팅층(42)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 크로스 커넥터(34)에서 개구(35)에는 재료들(A, B) 중 접촉 핀(30, 32)의 제조에 이용된 것과 동일한 재료의 코팅층(42)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 단계 d)에 따라 규정된 재료들(A, B)의 질량 분율이 용융조 내에서 용융되고, 상기 질량 분율은 Cu가 0% 내지 53%이고 나머지는 알루미늄이거나, Cu가 91% 내지 100%이고 나머지는 알루미늄인 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 버섯 형상(44)으로 실시되는 크로스 커넥터(34)의 용융은 접촉 핀(30 또는 32)의 직경 단차부(40)에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 단계 d)에 따른 재료 결합식 연결부는 환형 시임(58), 세그먼트 시임(60) 또는 U-시임(64)으로서, 또는 점 용접부(76), 세그먼트 용접부(78), 또는 접촉 용접부(80)로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 점 용접부(76)는 접촉 핀(30 또는 32)의 평활부(70)와 크로스 커넥터(34) 내 슬롯형 개구(72) 사이에 만들어지는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 세그먼트 용접부(78)는 세그먼트 시임(60)의 개별 시임 세그먼트(66)와 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34) 내 슬롯형 개구(72) 사이에 만들어지는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 용접부(80)는 접촉 핀(30 또는 32)의 그루브(68)와 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)의 슬롯형 개구(72)를 따라 만들어지는 것을 특징으로 하는, 도전 연결부 제조 방법.
  13. 접촉 핀(30, 32)과 크로스 커넥터(34) 사이, 특히 배터리-팩(12)의 개별 배터리 셀들(10) 사이의 전기 접촉에 있어서, 접촉 핀(30 또는 32)이 레이저 용접을 통해 개구(35) 또는 슬롯형 개구 기하 구조(72)를 가지며 러그 형상으로 형성된 크로스 커넥터(34)와 재료 결합식으로 접합되고, 재료 결합식 연결부(52)는 러그형 크로스 커넥터(34)와 접촉 핀(30 또는 32) 사이에 환형 시임(58), 세그먼트 시임(60) 또는 U-시임(64)으로서, 또는 점 용접부(76), 세그먼트 용접부(78) 또는 접촉 용접부(80)로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 접촉 핀(30, 32)과 크로스 커넥터(34) 사이의 전기 접촉.
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