KR20130054449A - 단자간 접속 도체, 조전지, 및 조전지의 제조 방법 - Google Patents

단자간 접속 도체, 조전지, 및 조전지의 제조 방법 Download PDF

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마사카즈 쓰쓰미
요시노리 다나카
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가부시키가이샤 지에스 유아사
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Abstract

단자 접속 도체(8)를 플러스극 단자(1)에도 마이너스극 단자(4)에도 용이하게 용접할 수 있는 전지의 단자 접속 도체, 및 이것을 사용한 조전지(assembled battery)를 제공한다.
알루미늄 부재로 구성된 판형부(8a)와, 알루미늄 부재로부터 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가 서로 중첩되고, 한쪽 표면에 알루미늄 부재가 노출된 제1 영역과, 제2 금속이 노출된 제2 영역과가 형성되는 동시에, 다른쪽 표면 중 제2 영역에 대향하는 영역에서 제2 금속이 노출되도록 형성되고, 비수(非水) 전해질 2차 전지(7)의 알루미늄 부재로 구성되는 플러스극 단자(1)와 다른 전지의 마이너스극 단자(4) 사이를 접속하는 단자 접속 도체(8)로서, 단자 접속 도체(8)의 제1 영역을 플러스극 단자(1)에 맞닿게 하여 용접에 의해 접속 고정하고, 제2 영역을 마이너스극 단자(4)에 맞닿게 하여 용접에 의해 접속 고정한다.

Description

단자간 접속 도체, 조전지, 및 조전지의 제조 방법{CONDUCTOR FOR CONNECTING TERMINALS, ASSEMBLED BATTERY, AND METHOD FOR PRODUCING ASSEMBLED BATTERY}
본 발명은, 복수의 전지의 단자 사이 등을 접속하는 단자 접속 도체, 단자 접속 도체에 의해 복수의 전지의 단자 사이 등이 접속된 조전지(assembled battery), 및 단자 접속 도체에 의해 복수의 전지의 단자 사이 등을 접속하는 조전지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 단자 접속 도체는, 플러스극 단자가 알루미늄 등으로 이루어지는 비수(非水) 전해질 2차 전지의 단자 사이 등을 접속하는 조전지에 바람직하게 사용할 수 있다.
비수 전해질 2차 전지에서는, 플러스극 단자의 구성 재료로서, 플러스극 전위에서 비수 전해질에 용해되지 않는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하게 사용되고 있다. 또한, 마이너스극 단자의 구성 재료로서, 마이너스극 활물질과 합금화하지 않는 동(銅) 등이 사용되는 경우가 많다.
그러나, 알루미늄 등으로 구성되는 플러스극 단자를, 동이나 니켈, 철 등으로 구성되는 단자 접속 도체를 통하여, 다른 비수 전해질 2차 전지의 마이너스극 단자나 외부 기기의 단자에 접속하는 경우, 알루미늄 등의 융점이 동이나 니켈이나 철 등의 융점보다 낮거나, 비열용량(比熱容量)이 높은 것 등에 기인하여, 플러스극 단자를 단자 접속 도체에 용이하게 용접할 수 없었다.
또한, 동일한 이유로, 알루미늄 등으로 구성된 단자 접속 도체를 사용하는 경우라도, 동(銅) 등을 사용한 플러스극 단자나, 동이나 니켈, 철 등을 사용한 마이너스극 단자에 단자 접속 도체를 용이하게 용접할 수 없었다.
그러므로, 종래는, 예를 들면, 특허 문헌 1의 도 2에 나타낸 바와 같이, 알루미늄층과 니켈층을 부착시킨 2층 구조의 클래드재(clads)로 이루어지는 전류 인출용 리드판을, 그 알루미늄층이 알루미늄으로 이루어지는 전지의 외장 캔의 바닥부에 맞닿도록 배치하여 용접 등에 의해 고정하는 방법이 알려져 있다.
이 방법에 의하면, 전류 인출용 리드판의 니켈층을, 동이나 니켈, 철 등의 다른 금속으로 이루어지는 단자 접속 도체로서의 접속용 리드판에 용이하게 용접할 수 있고, 외장 캔의 바닥부와 접속용 리드판을 전류 인출용 리드판(2)을 통하여 확실하게 접속할 수 있게 된다.
또한, 알루미늄 등으로 이루어지는 플러스극 단자 중, 전지 외장 케이스로부터 외부에 돌출된 부분이 동이나 니켈, 철 등으로 구성되는 경우에는, 전류 인출용 리드판의 니켈층을 통하여 플러스극 단자에 용접할 수 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 특허 문헌 2에는, 알루미늄판(5a)과 동판(5b)을 전체에 걸쳐 중첩시킨 합판(5)으로 이루어지는 단자 접속 도체를 통하여, 비수 전해질 2차 전지를 직렬로 접속하는 방법도 제안되어 있다. 상기 합판(5)은, 알루미늄판(5a)과 동판(5b)을 소정 온도로 가열하면서 압연 롤러를 통하여 압착되어 있다.
그리고, 접속 대상이 되는 2개의 단자의 위치 관계에 따라, 알루미늄판과 동판의 위치 관계가 반대로 되도록 상기 합판(5)을 비틀거나 절곡함으로써, 알루미늄 등으로 이루어지는 플러스극 단자(1)에 합판(5)의 알루미늄판(5a)을 맞닿게 하고, 동 등으로 이루어지는 마이너스극 단자(4)에 동판(5b)을 맞닿게 하여, 각각 용접하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허출원 공개번호 평 9-330696호 공보 일본 특허출원 공개번호 2002-151045호 공보
그러나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 플러스극 단자와 동이나 니켈 등으로 이루어지는 마이너스극 단자를 구비한 비수 전해질 2차 전지를 예로 들면, 알루미늄 등이 동이나 니켈, 철 등에 비해 융점이 낮고 비열용량이 높은 것 등으로 인해, 알루미늄으로 구성된 단자 접속 도체를 사용하면 마이너스극과의 확실한 용접이 곤란하게 되고, 동으로 구성된 단자 접속 도체를 사용하면 플러스극과의 확실한 용접이 곤란하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는, 단자 접속 도체를 통하여 전지의 단자 사이 등을 접속하는 경우에, 단자 접속 도체를 구성하는 금속과 플러스극 단자 또는 마이너스극 단자를 구성하는 금속의 융점이 상이한 것에 기인하는 용접의 곤란성의 문제를 해결하는 점에 있다.
또한, 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시된 기술에 의하면, 단자 접속 도체인 접속용 리드판을 클래드재로 이루어지는 전류 인출용 리드판에 접속하기 전에, 외장 캔의 바닥부에 전류 인출용 리드판을 미리 접속 고정하는 작업이 필요하므로, 비수 전해질 2차 전지의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
알루미늄 등으로 이루어지는 플러스극 단자 중, 전지 외장 케이스로부터 외부에 돌출된 부분이 동이나 니켈, 철 등으로 구성되는 경우에도, 이 플러스극 단자의 제조 공정에서 용접이나 납땜(soldering, brazing) 등의 작업이 필요하게 되므로, 마찬가지로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명의 추가적인 과제는, 단자 접속 도체를 사용하여 전지의 단자 사이 등을 접속하는 공정을 간략화하는 점에 있으며, 이로써, 제조 비용을 저감하는 점에 있다.
본 발명자들은, 도 6에 나타낸 바와 같은 길이 방향에 걸쳐 전역(全域)이 2층의 클래드재로 구성된 단자 접속 도체(5)를 사용하여, 전지의 전극 단자를 접속하는 경우에, 한쪽 전극 단자에는 양호하게 용접할 수 있지만, 다른쪽 단자에는 양호한 용접을 행할 수 없는 문제점을 발견하였다.
이하에서 상세하게 설명한다. 본 발명자들은, 한쪽 전지의 알루미늄 등으로 이루어지는 플러스극 단자(1)에, 단자 접속 도체(5)의 알루미늄판(5a)을 접촉시키고, 양측을 용접 헤드(6, 6)로 협지하여 저항 용접을 시도하고, 또한 다른쪽 전지의 동(銅) 등으로 이루어지는 마이너스극 단자(4)에, 단자 접속 도체(5)의 동판(5b)을 접촉시키고, 양측을 용접 헤드(6, 6)로 협지하여 저항 용접을 시도했다.
*그 결과, 단자 접속 도체(5)와 플러스극 단자(1)와의 사이에서는 용이하게 저항 용접할 수 있는 것을 확인하였으나, 단자 접속 도체(5)와 마이너스극 단자(4)와의 사이에서는, 마이너스극 단자(4)와 동판(5b)과의 사이가 용접되기 전에, 동판(5b)보다 융점이 낮은 알루미늄판(5a)이 용융하기 때문에, 마이너스극 단자(4)와 동판(5b)과의 용접이 불충분하게 될 우려가 있는 것으로 판명되어 있다.
본 발명의 추가적인 과제는, 플러스극 및 마이너스극의 양측의 단자와, 단자 접속 도체와의 확실한 용접을 가능하게 함으로써, 접속 강도를 높이고, 또한, 전기 저항을 저감하는 점에 있다.
또한, 저융점의 금속으로 이루어지는 판재와 그보다 고융점의 금속으로 이루어지는 판재를 중첩한 경우에, 전자(前者)의 사이즈가 후자(後者)에 비해 작으면, 전자의 판재의 두께에 상당하는 단차(段差)가, 양 판재의 경계에 형성된다. 본 발명자들은, 전해 부식의 원인이 상기 경계 상으로의 물방울의 부착 및 체류인 것을 발견하고, 나아가서는 물방울의 체류의 원인이 상기 단차에 있는 것을 발견하였다. 그리고, 전해 부식이란, 이종(異種) 금속 사이에 물방울이 개재함으로써 생기는 전기 화학 반응에 의한 부식 현상이다.
본 발명의 추가의 과제는, 단자 접속 도체가 전해 부식에 의해 열화되는 것을 억제하는 점에 있다.
*조전지에서는, 조전지를 구성하는 각 전지의 성능을 유지하기 위하여, 그 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 필요가 있다. 통상적으로는 냉각을 효율적으로 행하는 것이 요구되며, 그러므로, 전지 외장 케이스는 박형(薄型)으로 설계되어 있다.
그러나, 종래의 조전지에서는, 전지 외장 케이스의 두께를 충분히 얇게 할 수 없는 문제점이 있었다. 전지 외장 케이스를 얇게 할 경우, 양호한 전지간 접속을 달성할 수 없기 때문이다.
종래의 전지 사이의 접속 구조로서, 플러스극 단자의 상면과 마이너스극 단자의 상면을, 단자 접속 도체로 연결하는 구조가 주로 채용되어 있다. 그러므로, 전지 외장 케이스의 두께를 얇게 함에 따라 단자의 상면의 면적이 좁아지고, 그 결과, 단자 접속 도체와의 접촉 면적이 충분히 확보되지 못하거나, 혹은, 볼트 체결용 나사구멍을 가공할 수 없는 문제점이 생겨, 전지 외장 케이스의 박형화에는 한계가 있었다.
또한, 단자와 단자 접속 도체를 볼트로 체결하는 경우, 고도의 진동 내구성이 요구되는 자동차 탑재용 조전지에서는, 접속 강도의 관점에서 볼트의 직경이 5mm 이상(M5 사이즈 이상) 필요하게 되며, 단자의 두께가 5mm 이하로 되면 나사 구멍 가공이 불가능하게 된다.
본 발명의 추가의 과제는, 전지를 박형으로 만드는 설계를 가능하게 하는 점에 있다.
또한, 조전지를 탑재한 차량은, 조전지의 충방전 성능의 유지를 도모하기 위해 전지의 온도 제어를 정확하게 행할 필요가 있다. 그러므로, 전지 외장 케이스가 박형으로 설계되어 있지만, 얇게 함에 따라 접속 강도가 저하되는 문제점이 있었다. 그러므로, 지금까지는, 접속 강도와 전지의 두께는 트레이드오프(trade off)의 관계에 있다고 인식되어 있다.
또한, 조전지를 탑재한 차량은, 이종 금속을 접합하여 구성되는 단자 접속 도체의 접합 부위에 전해 부식이 생기는 문제점이 발생하였다. 이 문제는, 한냉지에서 사용되는 자동차에 현저하게 나타나는 현상인 것으로 본 발명자에 의해 발견되었다. 저온 분위기 하에서 사용된 후에 상대적으로 고온의 차고 등에 주차될 경우에, 조전지의 단자 접속 도체 부분에 결로(結露)가 생긴다. 특히, 해안에 가까운 지역에서는, 공기중에 포함되는 해수의 성분이 결로수에 용해되므로, 소량의 결로에도 부식이 현저하게 생기는 것이 발견되어 있다.
본 발명의 추가 과제는, 박형의 전지를 복수개 포함하는 조전지를 구비한 차량을 제공하는 점에 있다. 또한, 본 발명의 추가 과제는, 전해 부식에 의한 열화가 억제된 조전지를 구비한 차량을 제공하는 점에 있다.
본 발명에 의한 단자 접속 도체의 특징적 구성은, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 상기 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 상기 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되고, 또한 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역과의 경계에서, 두께 방향의 단차가 실질적으로 존재하지 않도록 형성되어 있는 점에 있다.
전술한 단자 접속 도체에 의하면, 단자 접속 도체의 한쪽 표면에 형성된 융점이 낮은 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 단자를 용이하고도 또한 확실하게 용접할 수 있고, 단자 접속 도체의 한쪽 표면에 형성된 융점이 높은 제2 금속이 노출된 제2 영역, 또는 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성된 영역과, 단자를 용이하고도 또한 충분한 강도로 확실하게 용접할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 단자 접속 도체에 의하면, 단자 접속 도체의 제1 영역과 제2 영역과의 경계에 단차가 실질적으로 존재하고 있지 않으므로, 단자 접속 도체가 전해 부식에 의해 열화되는 것을 억제할 수 있다.
단차를 실질적으로 없애는 것에 의해 작용하는 메카니즘은 다음과 같다. 물방울이 제1 영역과 제2 영역과의 경계에 부착되는 것이 없어진다. 만일 물방울이 부착되어도 단차가 없기 때문에, 물방울이 다른 곳으로 이동하기 쉬워진다. 전지를 냉각시키기 위해 강제적으로 흐르게 되는 기류의 흐름을 저해하는 단차가 없기 때문에, 기류에 의해 수분을 원활하게 증발시킬 수 있다. 단차가 있는 경우에 비교해 물방울과 경계부와의 접촉 면적이 작아지고, 또한, 이종 금속 사이에서의 전자의 이동 거리가 길어짐으로써, 전자의 이동 저항이 증대하므로 부식 반응의 진행이 억제된다.
또한, 종래 사용되었던 단자 접속 도체와 동일한 형상을 실현할 수 있고, 접속 대상으로 되는 단점을 가지는 전지에 특별한 형상 등의 사양 변경을 행할 필요가 없고, 단자로의 접속 작업도 특별한 수순이나 지그(jig) 등이 불필요하게 된다.
본 발명에 의한 단자 접속 도체를, 예를 들면, 비수 전해질 2차 전지의 접속에 사용하는 경우, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 플러스극 단자의 측면과, 이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 어느 하나보다 융점이 높은 금속으로 이루어지는 다른 단자의 측면과의 사이에, 상기 단자 접속 도체를 배치한 상태로 사용할 수 있다. 즉, 양측의 단자에 대하여 확실한 용접이 가능하게 되는 단자 접속 도체를 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 단자 접속 도체는, 한쪽 표면에 형성되는 제1 영역이, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄재부(材部)에 의해 구성되는 것이 바람직하고, 한쪽 표면에 형성되는 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 제2 영역에 대향하는 영역이, 이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 어느 하나보다 융점이 높은 금속으로 이루어지는 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 이 알루미늄재부는, 비수 전해질 2차 전지의 플러스극 단자에 맞닿게 하여 용접에 의해 견고하게 접속 고정되고, 또한 이 단자 접속 도체의 알루미늄재부가 형성된 부분 이외의 부분은 다른 단자에 맞닿게 하여 용접에 의해 견고하게 접속 고정된다.
본 발명에 의한 조전지의 특징적 구성은, 전지 용기와, 상기 전지 용기로부터 상측으로 돌출된 플러스극 단자 및 마이너스극 단자를 가지는 적어도 2개의 전지와, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부를 가지고, 각 판형부가 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 상기 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 상기 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되고, 또한 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는 단자 접속 도체를 구비하고, 상기 각 전지는, 상기 전지 용기의 측면 중 가장 면적이 큰 측면이 대향하도록 배열되고, 상기 단자 접속 도체는, 한쪽 전지의 단자와 다른쪽 전지의 단자와의 사이에 배치되고, 또한 상기 단자 접속 도체의 상기 제1 영역이 상기 한쪽 전지의 단자의 대향면에 접속되고, 또한 상기 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역이 상기 다른쪽 전지의 단자의 대향면에 접속되어 있는 점에 있다.
전술한 조전지에 의하면, 전지의 단자의 측면 사이 등을 단자 접속 도체를 통하여 접속함으로써, 양측의 단자에 대한 견고하면서도 또한 확실한 용접을 행할 수 있게 되고, 또한 전지를 더욱 박형으로 설계할 수 있다. 특히, 접속 강도와 전지의 두께에 대하여는, 지금까지는 트레이드오프의 관계에 있다고 인식되었지만, 본 발명에 의해, 자동차 탑재 용도에 요구되는 조전지의 사양을 만족시키는 고레벨의 접속 강도를 확보할 수 있고, 또한 양호한 냉각 특성을 확보할 수 있는 정도로 전지의 두께를 박형화한 설계를 행할 수 있게 된다.
본 발명의 조전지는, 복수의 비수 전해질 2차 전지를 사용하는 것이 바람직하고, 이들 전지의 단자 사이가, 본 발명의 단자 접속 도체에 의해 직렬로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 차량의 특징적 구성은, 전술한 특징을 가지는 조전지를 구비하고 있는 점에 있다.
본 발명에 의한 조전지의 제조 방법의 특징적 구성은, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 상기 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 상기 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되고, 또한 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는 단자 접속 도체를 사용하여, 상기 단자 접속 도체와 전지의 단자를, 상기 제1 영역이 상기 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 상기 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하고, 상기 용접 헤드로부터 상기 단자 접속 도체 및 상기 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정과, 상기 단자 접속 도체와 다른 전지의 단자를, 상기 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역이 상기 다른 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 상기 다른 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하고, 상기 용접 헤드로부터 상기 단자 접속 도체 및 상기 다른 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정을 포함하는 점에 있다.
본 발명에 의한 조전지의 제조 방법에 의하면, 단자 접속 도체를 사용하여 전지의 단자 사이 등을 접속하는 경우에, 양측의 단자에 대하여 견고하면서도 또한 확실한 용접을 행할 수 있게 된다.
또한, 단자 접속 도체를 플러스극 단자와 다른 단자 모두에 용이하게 용접할 수 있으므로, 단자 접속 도체를 사용하여 전지의 단자 사이 등을 접속하는 공정을 간략화할 수 있다.
따라서, 종래의 전류 인출용 리드판을 용접하는 공정이나, 알루미늄 등으로 이루어지는 플러스극 단자의 외부로의 돌출부를 동이나 니켈, 철 등으로 구성하도록 가공하는 공정을 삭감할 수 있어 전지의 단자 사이를 접속 고정할 때의 작업성을 높일 수 있게 된다.
본 발명의 단자 접속 도체에 의하면, 전지의 플러스극 단자 및 마이너스극 단자 모두에, 견고하면서도 또한 확실하게 용접할 수 있게 되어 있다. 또한, 제1 영역과 제2 영역과의 경계에서, 두께 방향의 단차가 실질적으로 존재하지 않도록 형성되어 있는 경우에는, 단자 접속 도체의 전해 부식에 의한 열화를 효과적으로 억제할 수 있게 되어 있다.
본 발명의 조전지의 제조 방법에 의하면, 단자 접속 도체를 사용하여 전지의 단자 사이 등을 접속하는 공정을 대폭 간략화할 수 있어, 조전지의 제조 비용을 저감할 수 있게 되어 있다. 또한, 조전지에 사용하는 전지를 더욱 박형으로 설계할 수 있게 되어 있다.
본 발명에 의하면, 조전지를 구성하는 각 전지를 박형으로 구성할 수 있으므로, 조전지의 설치 스페이스를 억제할 수 있고, 동일한 설치 스페이스의 조전지에서는 더욱 용량이 큰 조전지를 탑재 가능한 차량을 제공할 수 있게 되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내며, 복수의 비수 전해질 2차 전지의 단자 사이를 단자 접속 도체에 의해 직렬로 접속하는 조전지의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내며, 단자 접속 도체를 플러스극 단자와 마이너스극 단자에 접속 고정하기 위한 용접 작업을 나타내는 부분 확대 횡단면 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예를 나타내며, 단자 접속 도체에서의 알루미늄재부가 형성된 부분을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타내며, 절곡된 형상의 단자 접속 도체를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예를 나타내며, 플러스극 단자와 마이너스극 단자와의 사이를 리드판을 포함하는 단자 접속 도체로 접속한 구조를 나타낸 부분 확대 횡단면 평면도이다.
도 6은 종래예를 나타내고, 전체가 클래드재로 이루어지는 단자 접속 도체를 플러스극 단자와 마이너스극 단자에 접속 고정하기 위한 용접 작업을 나타내는 부분 확대 횡단면 평면도이다.
이하, 본 발명에 의한 단자간 접속 도체, 조전지, 및 조전지의 제조 방법을, 도 1∼도 5를 참조하여 설명한다. 그리고, 도 6에 나타낸 종래예와 동일한 기능을 가지는 구성 부재에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 1에는, 본 발명의 일례인 조전지가 나타나 있다. 복수의 비수 전해질 2차 전지(7)가 그 두께 방향으로 배열되고, 인접하는 비수 전해질 2차 전지(7)의 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)와의 사이가, 단자 접속 도체(8)를 통하여 직렬로 접속됨으로써 조전지가 구성된다.
그리고, 도 1에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)와 단자 접속 도체(8)를 확대 강조하여 나타내고, 각 단자 접속 도체(8)에는 도트 해칭이 실시되어 있다. 또한, 도 1에는, 두께 방향으로 배열된 비수 전해질 2차 전지(7)의 그 배열 방향을 전후 방향, 비수 전해질 2차 전지(7)의 폭 방향을 좌우 방향, 비수 전해질 2차 전지(7)의 높이 방향을 상하 방향으로 기재하고 있다.
각 비수 전해질 2차 전지(7)의 전지 외장 케이스는, 두께가 폭보다 짧아지도록 형성된 사각형 상자형의 스테인레스 강제의 전지 용기(7a)와, 이 전지 용기(7a)의 상단 개구부를 막는 스테인레스 강제의 커버판(7b)을 구비하고 있다.
전지 용기(7a)의 내부에는, 발전 요소가 수납되고, 또한 비수 전해액이 충전(充塡)되어 있다. 또한, 커버판(7b)의 상면 우측으로부터 플러스극 단자(1)가 상측으로 돌출하고, 상면 좌측으로부터 마이너스극 단자(4)가 상측으로 돌출되어 있다. 이들 단자(1, 4)는, 모두 전후 방향(두께 방향)을 향하는 면이 가장 넓은 사각형의 판형이다.
그리고, 플러스극 단자(1)는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되며, 그 하부가 절연 봉지(封止)된 커버판(7b)을 관통하여, 전지 용기(7a) 내부의 발전 요소의 플러스극에 접속되어 있다. 또한, 마이너스극 단자(4)는, 동 또는 동합금으로 구성되며, 그 하부가 절연 봉지된 커버판(7b)을 관통하여, 전지 용기(7a) 내부의 발전 요소의 마이너스극에 접속되어 있다.
상기 비수 전해질 2차 전지(7)는, 전지 용기(7a)의 가장 넓은 측면이 중첩되도록 하여, 복수개가 전후 방향으로 나란히 배치되어 있다. 또한, 인접하는 비수 전해질 2차 전지(7, 7)의 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)가 접근하도록, 1개 간격으로 비수 전해질 2차 전지(7)의 좌우가 반대 방향이 되도록 배치되어 있다.
가장 앞에 배치된 비수 전해질 2차 전지(7)의 우측의 플러스극 단자(1)가, 후방에 인접한 두번째 비수 전해질 2차 전지(7)의 같은 우측의 마이너스극 단자(4)와, 단자 접속 도체(8)를 통하여 접속되어 있다.
또한, 두번째 비수 전해질 2차 전지(7)의 좌측의 플러스극 단자(1)가, 후방에 인접한 3번째 비수 전해질 2차 전지(7)의 같은 좌측의 마이너스극 단자(4)와, 단자 접속 도체(8)를 통하여 접속되어 있다.
그리고, 이후도 동일하게 행하여, 인접하는 비수 전해질 2차 전지(7, 7)의 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)와의 사이를, 단자 접속 도체(8)를 통하여 접속함으로써, 모든 비수 전해질 2차 전지(7)가 직렬로 접속되어 있다.
따라서, 가장 후방의 비수 전해질 2차 전지(7)의 좌측의 플러스극 단자와 가장 앞의 비수 전해질 2차 전지(7)의 좌측의 마이너스극 단자(4)가 조전지의 외부 단자로 된다. 그리고, 도 1에서는, 후방의 2개의 단자 접속 도체(8)가, 접속 전의 상태로 표시되어 있다.
단자 접속 도체(8)는, 대략 직육면체로 형성된 판재이며, 동 또는 니켈과 알루미늄 또는 알루미늄 합금과의 클래드재로 구성되어 있다. 이 클래드재를 구성하는 2종의 금속은, 전역에서 판 두께 방향으로 2층으로 나누어져 있는 것은 아니며, 단자 접속 도체(8)의 전방을 향하는 표면의 일부(도 1에서는 좌우 중에서 어느 한 부분)가, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄재부(8a)로 구성되며, 그 외의 부분이 동 또는 니켈로 구성되어 있다.
단자 접속 도체(8)는, 가장 면적이 큰 면, 즉 한쪽 표면 및 상기 한쪽 표면에 대향하는 다른쪽 표면(배면)이, 전후 방향을 향하도록, 또한, 길이 방향이 좌우 방향으로 배치되어 있다.
한쪽 표면에 형성되는 알루미늄재부(8a)가 노출된 영역을 제1 영역(I)으로 정의하고, 상기 한쪽 표면에 형성되는 제1 영역(I) 이외의 영역을 제2 영역(II)으로 정의한다.
제1 영역(I)이 되는 알루미늄재부(8a)는, 단자 접속 도체(8)의 표면을 좌우로 대략 절반으로 나눈 어느 영역을, 판 두께의 대략 절반 정도까지 파여진 부분에 매립하도록 형성되고, 한쪽 표면은 이 알루미늄재부(8a)와 동 또는 니켈로 이루어지는 부분이 면일(面一)(플랫)하도록 형성되어 있다. 즉, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)과의 경계에 단차가 실질적으로 존재하지 않는 구조로 되어 있다.
단자 접속 도체(8)는, 알루미늄재부를 구성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 이보다 융점의 높은 금속과의 클래드재로 구성되어 있으므로, 양 부재의 계면에서의 접촉 저항을 저하시킬 수 있고, 또한, 전해 부식의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 단자 접속 도체의 용접에는, 저항 용접법이나 TIG 용접법이 적용될 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 단자 접속 도체(8)는, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 제1 금속이 노출된 제1 영역(I)과 제2 금속이 노출된 제2 영역(II)이 형성되고, 또한 다른쪽 표면 중 제2 영역(II)에 대향하는 영역에서 제2 금속이 노출되도록 형성되고, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)과의 경계에서, 두께 방향의 단차가 실질적으로 존재하지 않도록 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 의한 단자 접속 도체(8)는, 다른쪽 표면 중 제1 영역(I)에 대향하는 영역에서 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 의한 단자 접속 도체(8)는, 제2 금속으로 구성된 판형부는 두께가 대략 같은 한쌍의 면을 구비하고, 상기 한쌍의 면 중, 한쪽 면의 일부분에 제1 금속으로 구성된 판형부가 적층되고, 다른 부분에 제2 금속이 노출되어 있다.
본 실시예에서는, 제1 금속으로서 알루미늄 또는 알루미늄이 선택되고, 제2 금속이, 동, 니켈, 철 또는 이들 중 적어도 일종을 포함하는 합금이 선택되는 것이 바람직하지만, 단자 접속 도체(8)를 통하여 접속되는 전극 단자의 재료에 대응하여, 제1 및 제2 금속을 적절하게 선택할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 단자 접속 도체(8)는, 알루미늄재부(8a)로 구성되는 제1 영역(I)을 한쪽 비수 전해질 2차 전지(7)의 플러스극 단자(1)에 맞닿게 하고, 이들 양측으로부터 용접 헤드(6, 6)로 협지하여 큰 전류를 흐르게 하는 저항용접법에 의해 접속 고정된다.
즉, 용접 헤드(6)/플러스극 단자(1)/단자 접속 도체(8)/용접 헤드(6)의 차례로 배치한 후에, 용접 헤드(6) 사이에 전류를 흐르게 함으로써 용접이 행해진다. 이 때, 알루미늄재부(8a)와 플러스극 단자(1)가 동일한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되므로, 용이하고도 또한 확실하게 용접을 행할 수 있다.
또한, 단자 접속 도체(8)의 한쪽 표면에 형성된 제1 영역(I)과 대향하는 다른쪽 표면(배면)이 동 또는 니켈로 구성되어 있으므로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 융점이 높고, 저항 용접 시에 알루미늄재부(8a)보다 먼저 용융되는 염려도 없다.
또한, 이 단자 접속 도체(8)는, 다른쪽 표면(배면) 중, 제2 영역(II)에 대향하는 영역을 다른쪽 비수 전해질 2차 전지(7)의 마이너스극 단자(4)에 맞닿게 하고, 양측으로부터 용접 헤드(6, 6)로 협지하여 전류를 흐르게 하는 저항 용접법에 의해 접속 고정된다.
즉, 용접 헤드(6)/마이너스극 단자(4)/단자 접속 도체(8)/용접 헤드(6)의 차례로 배치한 후에, 용접 헤드(6) 사이에 전류를 흐르게 함으로써 용접이 행해진다. 이 때, 단자 접속 도체(8)의 동 또는 니켈로 구성되는 부분과, 동 또는 동합금으로 구성되는 마이너스극 단자(4)는, 융점이나 비열용량 등이 같거나 비교적 비슷하므로, 용이하고도 또한 확실하게 용접을 행할 수 있다.
또한, 융점이 낮은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄재부(8a)가 용접 헤드(6) 사이에 개재하지 않기 때문에, 종래와 같이 상기 알루미늄재부(8a)가 먼저 용융할 염려도 없다.
전술한 구성에 의하면, 플러스극 단자(1) 및 마이너스극 단자(4)의 양측을 단자 접속 도체(8)에 용이하고도 또한 확실하게 용접할 수 있으므로, 조전지의 각 전지의 전극 사이를 접속 고정할 때의 작업성을 높일 수 있다. 또한, 알루미늄재부(8a)가 단자 접속 도체(8)의 표면으로부터 돌출하지 않고 면일 상태로 되므로, 물방울의 체류가 억제되는 등에 의해 효과적으로 전해 부식이 억제된다.
또한, 알루미늄재부(8a)가 단자 접속 도체(8)의 표면으로부터 돌출하지 않고 면일 상태로 되므로, 이 단자 접속 도체(8)의 외형은 종래와 마찬가지의 평판형이 되고, 종래의 비수 전해질 2차 전지(7)를 그대로 사용하여, 동일한 수순과 방법으로 용접 작업을 행할 수 있다. 상기 실시예에서는, 비수 전해질 2차 전지를 사용하였지만, 플러스극 단자와 마이너스극 단자를 구성하는 금속의 융점이 서로 상이한 전지이면, 전술한 단자 접속 도체(8)를 사용한 조전지를 구성할 수 있다.
그리고, 상기 실시예에서는, 단자 접속 도체(8)의 제1 영역(I)이 형성된 한쪽 표면과 대향하는 다른쪽 표면 중 제2 영역에 대향하는 영역을 마이너스극 단자(4)에 맞닿게 하여 용접하는 경우를 나타냈으나, 예를 들면, 비수 전해질 2차 전지(7, 7)를 폭 방향을 따라 배열하는 경우에는, 단자 접속 도체(8)를 통하여 접속할 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)가 좌우로 배열되므로, 한쪽 면에 형성된 제1 영역(I)에서 플러스극 단자(1)와 용접하고, 제2 영역(II)에서 마이너스극 단자(4)와 용접할 수도 있다.
즉, 이 단자 접속 도체(8)는, 알루미늄재부(8a)가 형성된 영역 이외의 영역이면, 그 표면과 배면의 어느 쪽을 마이너스극 단자(4)에 맞닿게 하여 용접해도 된다. 여기서, 알루미늄재부(8a)가 형성된 영역이란, 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이 알루미늄재부(8a)가 단자 접속 도체(8)의 표면측의 좌측 절반에 형성되어 있는 경우, 일점 쇄선으로 에워싸인 영역 A와 같이, 이 알루미늄재부(8a) 뿐만 아니라, 배면측의 좌측 절반의 동 또는 니켈로 이루어지는 부분도 포함한다. 그리고, 이와 같은 영역 A를 제외한 부분, 즉 단자 접속 도체(8)의 우측 절반부의 표면이나 배면에 마이너스극 단자(4)를 맞닿게 하여 용접할 수 있다.
상기 실시예에서는, 단자 접속 도체(8)가 평판형으로 형성된 예를 설명하였으나, 이 단자 접속 도체(8)의 형상은, 평판형으로 한정되지 않고, 접속 대상인 전극 단자(1, 4)의 배치에 따라 임의의 형상으로 형성할 수 있다.
예를 들면, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 단자 접속 도체(8)가 크랭크형으로 절곡되도록 형성되어도 된다. 이와 같은 단자 접속 도체(8)를 이용하면, 예를 들면, 본 실시예와 같은 조전지에 있어서, 인접하는 비수 전해질 2차 전지(7, 7)의 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)와의 전후 방향의 간격이 넓은 경우라도, 단자 접속 도체(8)의 판 두께를 더 두껍게 할 필요가 없다.
예를 들면, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 전극 단자(1, 4)의 배치에 대응하여, 단자 접속 도체(8)를 「く자」형으로 형성되어 있어도 되고, 단자 접속 도체(8)의 일부 또는 전체가 곡면으로 형성되어도 된다.
상기 실시예에서는, 단자 접속 도체(8)가 클래드재로 구성된 예를 설명하였으나, 단자 접속 도체(8)는, 클래드재로 구성하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 클래드재의 제조 공정과는 상이한 공정에서 2종의 금속을 부착하여 단자 접속 도체(8)를 구성해도 된다.
예를 들면, 단자 접속 도체(8)로서 사용하는 동 또는 니켈로 이루어지는 판재의 한쪽 표면의 일부를 기계 가공에 의해 노치(notch)를 형성하고, 이 노치 부분에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되는 판재를 끼워넣어, 용접이나 납땜에 의해 접합하거나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 도금함으로써 알루미늄재부(8a)를 형성한 것일 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)과의 계면에서의 단차가 실질적으로 존재하지 않도록 형성된 단자 접속 도체(8)를 설명하였으나, 본 발명의 단자 접속 도체(8)는, 제2 영역(II)의 표면으로부터 제1 영역(I)이 돌출하도록 구성되어도 되고, 이와 반대로 제2 영역(II)의 표면으로부터 제1 영역(I)이 파이도록 구성되어도 된다. 또한, 단자 접속 도체(8)는, 동 또는 니켈로 구성되는 평판의 표면의 일부에, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되는, 보다 작은 평판형의 알루미늄재부(8a)가 부착된 구성이라도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 단자 접속 도체(8)가 조전지를 구성하는 복수의 비수 전해질 2차 전지(7)의 플러스극 단자(1)와 마이너스극 단자(4)와의 사이의 접속에 사용되는 예를 나타냈으나, 이 조전지의 외부 단자가 되는 비수 전해질 2차 전지(7)의 플러스극 단자(1) 또는 단독으로 사용하는 비수 전해질 2차 전지(7)의 플러스극 단자(1)와 외부 기기의 단자와의 접속에 단자 접속 도체(8)가 사용될 수 있다. 예를 들면, 비수 전해질 2차 전지(7)의 플러스극 단자(1)의 가로로 외부 기기의 단자가 직교하여 배치되어 있는 경우에는, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같은, 「く형」으로 절곡된 단자 접속 도체(8)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 마이너스극 단자(4)가 동 또는 동합금으로 이루어지는 경우를 나타냈으나, 비수 전해질 2차 전지(7)에서는, 이 외에도 니켈 또는 니켈 합금, 철, 강, 스테인레스강 또는 크롬 몰리브덴강 등이 사용되는 경우가 있다.
이들 니켈 또는 니켈 합금, 철 또는 강, 스테인레스강 또는 크롬 몰리브덴강은, 동 또는 동합금과 마찬가지로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 융점이 높다.
*여기에 대응하여, 단자 접속 도체(8)의 알루미늄재부(8a) 이외의 부분을, 동합금, 니켈 합금, 철, 강, 스테인레스강 또는 크롬 몰리브덴강 등으로 구성해도 된다. 즉, 단자 접속 도체(8)의 알루미늄재부(8a) 이외의 부분은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 융점이 높은 금속 재료이면 어떠한 것이라도 된다. 또한, 단일 금속 재료가 아니고, 예를 들면, 동에 니켈 도금을 행한 복합재라도 된다. 또한, 전극 단자(1, 4)에 대해서도, 단일 금속 재료가 아니라, 도금을 행한 복합재로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 단자 접속 도체(8)를 전극 단자(1, 4) 등에 접속 고정할 때 저항 용접법을 사용하는 예를 설명하였으나, 저항 용접법 대신 TIG 용접법을 사용할 수도 있다.
이하에서, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 단자 접속 도체는, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되어 있는 구성이 채용되어 있다.
이와 같은 구성을 채용함으로써, 각각의 판형부의 측면끼리를 맞대어서 용접한 구성의 단자 접속 도체에 비하여, 충분한 강도를 확보할 수 있다. 측면끼리를 맞대어서 용접하여 구성되는 단자 접속 도체에서는, 기계적인 진동에 의해 용접부가 파단(破斷)하는 경우가 있으므로, 자동차용 조전지에 요구되는 접속 강도 및 내구성을 만족시키기 어렵다.
본 발명의 단자 접속 도체는, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부를 부착시킨 구성, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부에, 제1 금속의 도금층을 형성한 구성 등을 채용할 수 있다. 도금층 대신 제1 금속을 증착한 층을 형성한 구성도 채용할 수 있다. 도금층 또는 증착층도 두께가 얇은 판형부로 된다. 판형부로서 두께가 대략 같은 한쌍의 면을 가지는 구조, 예를 들면, 두께 방향으로 수직으로 대략 평행한 한쌍의 면을 가지는 구조이면, 시장에 유통하는 범용 판재를 이용할 수 있는 점에서 바람직하다.
본 발명의 단자 접속 도체는, 적어도, 제1 금속으로 구성되는 판형부와, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성되는 판형부를 포함하도록 구성되어 있으면 되고, 각 판형부가 복수개 서로 중첩된 구성이라도, 전술한 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 형태로서, 알루미늄/알루미늄/동, 알루미늄/동/동의 차례로 적층한 구성을 예시할 수 있다.
도 5에는, 그와 같은 구성의 일례가 나타나 있다. 단자 접속 도체는, 제1 금속으로 구성되는 판형부(2a), 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 이루어지는 판형부(2b) 및 제2 금속으로 이루어지는 판형부(3)가, 이 순서로 적층된 것이다.
제1 금속으로 구성되는 판형부(2a)로서 알루미늄 등의 판재가 사용된다. 제2 금속으로 구성되는 판형부(2b)로서 동이나 니켈 등의 판재가 사용된다. 제2 금속으로 구성되는 판형부(3)로서 동이나 니켈 등의 판재이며, 판형부(2b)에 비해 큰 사이즈의 것이 사용된다.
또한, 단자 접속 도체는, 적어도, 제1 금속으로 구성되는 판형부와, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성되는 판형부가, 서로 중첩된 구조를 구비하고 있으면 되고, 또한 제1 금속보다 융점이 높은 제3 금속으로 구성되는 단일 또는 복수개의 판형부가, 서로 중첩된 구성이라도 된다.
도 5를 인용하여 설명하면, 제2 금속으로 이루어지는 판형부(2b, 3) 중 어느 하나를 제3 금속으로 구성하면 된다. 예를 들면, 단자 접속 도체를 알루미늄(2a)/니켈(2b)/동(3)의 차례로 중첩시켜도 된다.
그리고, 단자 접속 도체는, 제1 금속으로 구성되는 판형부 및 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 이루어지는 판형부의 수가, 각각 1장인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 본 발명을 단순한 구조로 실시할 수 있어, 제조 비용이 낮아지기 때문이다.
본 발명의 단자 접속 도체에서는, 제2 금속으로 구성된 판형부는, 두께가 같은 한쌍의 평면, 굴곡부가 형성된 두께가 같은 한쌍의 평면, 또는 두께가 같은 한쌍의 곡면을 구비하고, 상기 한쌍의 면 중, 한쪽 면의 일부분에 제1 금속으로 구성된 판형부가 적층되고, 다른 부분에 제2 금속이 노출되어 있는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 고융점의 제2 금속을 단자 접속 도체의 전체에 걸쳐 배치하도록 설계할 수 있기 때문이다. 고융점의 금속의 판재가, 단자 접속 도체의 길이 방향의 전체에 걸쳐 배치된 경우, 외부로부터의 충격에 대한 단자 접속 도체의 내구성이 현저하게 향상된다. 또한, 이와 같은 구성을 채용함으로써, 제2 금속으로 구성되는 판형부 및 제1 금속으로 이루어지는 판형부를, 각각 1장 사용하여 간단하고, 또한 염가로 단자 접속 도체를 구성할 수 있다.
본 발명의 단자 접속 도체는, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 부착된 클래드재로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 구비함으로써, 양측의 금속 사이의 접속 강도가 향상되고, 전기 저항을 작게 할 수 있다.
본 발명의 단자 접속 도체에서는, 한쪽 표면에, 제1 금속이 노출된 제1 영역(I)과 제2 금속이 노출된 제2 영역(II)이 형성되므로, 서로 융점이 상이한 2개의 단자에 대하여, 동일 면에서 각각 양호한 용접을 행할 수 있게 된다.
접속 대상으로 되는 플러스극 단자가 알루미늄, 마이너스극 단자가 동으로 구성되는 경우에는, 단자 접속 도체의 제1 영역(I)에 플러스극 단자를 용접할 수 있으며, 제2 영역(II) 또는 그 배면에 마이너스극 단자를 용접할 수 있다.
본 발명의 단자 접속 도체에서는, 다른쪽 표면 중, 한쪽 표면에 형성된 제2 영역(II)에 대향하는 영역에 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있으므로, 상기 영역에, 제2 금속과 동등한 높은 융점을 가지는 금속으로 구성된 단자(비수 전해질 2차 전지의 마이너스극 단자나 외부 기기의 단자 등)를 양호하게 용접할 수 있게 된다. 즉, 종래, 용접 헤드로 용접 대상을 협지하여 저항 용접할 때 문제점으로 되었던 알루미늄재부가 먼저 용융되는 것과 같은 문제점이 해소된다.
본 발명의 단자 접속 도체에서는, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)과의 경계에, 두께 방향의 단차가 실질적으로 존재하지 않도록 구성되어 있다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 단자 접속 도체(8)의 알루미늄재부(8a)가, 이 단자 접속 도체(8)의 한쪽 표면의 일부에, 상기 표면과 면일 상태로 되도록 형성된 구성이다. 이와 같은 구성에 의해, 전해 부식에 의한 열화가 효과적으로 방지된다.
이와 같은 구성은, 단자 접속 도체의 일부에 알루미늄재부를 면일 상태로 되도록 매립하는 방법, 알루미늄재부를 도금에 의해 형성하는 방법 등에 의해 실현할 수 있다.
또한, 이와 같은 구성은, 제1 금속으로 구성되는 금속판과, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성되는 금속판을, 전자(前者)의 판의 치수를 작게 하는 조건으로, 클래드 가공함으로써도 얻을 수 있다. 단지 부착시킨 것만으로는 단차가 생기는 것에 대하여, 클래드 가공함으로써 양 금속의 계면에서의 단차가 실질적으로 존재하지 않도록 형성할 수 있다.
그 외에, 도 6의 부호 "5"로 나타낸 단자 접속 도체와 같이, 동일한 치수의 제1 금속으로 구성되는 금속판 및 제2 금속으로 구성되는 금속판을 사용하여 클래드 가공한 후에, 적어도 제1 금속과 제2 금속과의 경계가 경사면 상에 형성되도록, 제1 금속으로 구성되는 금속판의 일부를 절삭 등에 의해 제거함으로써, 단차가 실질적으로 존재하지 않는 구성을 실현할 수 있다. 제1 금속이 제거되고, 제2 금속이 노출된 부분이 제2 영역(II)으로 된다.
제1 금속이 제거된 후에 형성되는 표면이, 가공면 전체에 걸쳐 매끄럽게 연속되는 형상이면, 양 금속의 계면에 단차는 생기지 않는다. 가공 방법으로서는, 기계적인 절삭 이외에 화학적인 가공 방법을 채용할 수 있다.
또한, 제2 금속으로 구성되는 금속판의 표면의 일부를 기계 가공으로 노치를 형성하고, 이 노치에 제1 금속으로 구성되는 금속판을 끼워넣고, 그 후 클래드 가공함으로써도, 단차가 실질적으로 존재하지 않는 구성을 실현할 수 있다. 불가피하게 생기는 단차는, 상기 클래드재로 얻어지는 레벨이면 충분히 전해 부식을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 조전지는, 전지 외장 케이스와 상기 전지 외장 케이스로부터 상방향으로 돌출하도록 설치된 플러스극 단자와 마이너스극 단자를 구비한 전지를 구비하고 있다. 플러스극 단자와 마이너스극 단자를 전지 케이스로부터 같은 방향으로 돌출하도록 구성하면, 전지 사이를 접속하기 위한 기계적 구조를, 복수 전지의 상측의 공간으로 끌어 모을 수 있으므로, 컴팩트한 조전지의 설계를 행할 수 있게 된다.
전지 외장 케이스는, 내부 압력의 상승에 의한 변형을 방지하는 관점에서, 통형의 측벽부를 구비하고, 그 양단의 개구부를 바닥판과 커버판으로 봉지하는 구조가 바람직하고, 측벽부의 형상은, 전체적으로 사각형 상자형이 되는 사각기둥, 단면이 진원(眞圓), 타원, 장원(長圓)의 어느 형상을 구비한 원기둥, 또는 이와 유사한 형상을 채용할 수 있다.
전지 외장 케이스를 구성하는 재질은, 내부 압력의 상승에 의한 변형을 방지할 수 있는 정도의 강도를 부여할 수 있는 재질이면 되며, 금속성이 바람직하다. 대표적인 재질로서, 스테인레스강을 바람직하게 채용할 수 있다. 전지 외장 케이스는, 전지 용기와 커버판으로 구성된다. 전지 용기는, 통형의 측벽부와 한쪽 개구부에 배치된 바닥판을 구비한 것이다. 커버판에는, 플러스극 단자와 마이너스극 단자를 구비할 수 있다. 이들 단자는, 전지 케이스로부터 상방향으로 돌출하는 방향으로 설치되어 있다.
본 발명의 조전지에서는, 적어도 2개의 전지가 전지 용기의 가장 넓은 측면이 대향하도록 하여 전후 방향으로 배열되어 있다. 이 구성을 채용함으로써, 복수의 전지의 고정이 용이하게 된다.
본 발명의 조전지에서는, 전지의 플러스극 단자 및 마이너스극 단자의 한쪽 또는 양쪽이, 판형인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 판형의 넓은 면적의 표면이 전후 방향을 향하도록 배치함으로써, 플러스극 단자와 마이너스극 단자와의 사이에 단자 접속 도체를 전후 방향으로 나란하게 되도록 배치하도록 구성할 수 있기 때문이다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 각 단자와 단자 접속 도체와의 넓은 접촉 면적을 확보할 수 있다. 이 효과는, 판형의 단자의 두께가 얇아진 경우에도 얻어지므로, 전지의 박형화를 더욱 도모한 경우라도 충분한 용접 면적을 유지할 수 있다.
본 발명의 조전지에서는, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 상기 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 상기 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되고, 또한 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는 단자 접속 도체를 구비함으로써, 서로 융점이 상이한 2개의 단자에 대하여 양호한 용접을 행할 수 있다. 이 효과에 의해, 비수 전해질 전지를 상기 조전지로서 사용할 수 있다.
본 발명의 조전지에서는, 각 전지가, 전지 용기의 측면 중 가장 면적이 큰 측면이 대향하도록 배열되고, 단자 접속 도체는, 한쪽 전지의 단자와 다른쪽 전지의 단자와의 사이에 배치되고, 또한 단자 접속 도체의 제1 영역이 한쪽 전지의 단자의 대향면에 접속되고, 또한 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 제2 영역에 대향하는 영역이 다른쪽 전지의 단자의 대향면에 접속되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 단자 접속 도체와 2개의 단자와의 용접이 용이하게 행해지는 효과가 있으므로, 융점이 상이한 2개의 단자 양쪽에 대하여, 저항 용접법을 사용하여 양측의 단자를 단자 접속 도체에 견고하면서도 또한 확실하게 접속할 수 있게 된다.
본 발명의 조전지에 있어서는, 적어도 1개의 전지가, 전지 용기의 두께가 1cm 이하인 것이 바람직하고, 5mm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 두께가 1cm 이하의 레벨까지 얇게 함으로써, 전지의 온도 제어가 정밀하게 행할 수 있도록 되기 때문이다. 두께를 5mm 이하로 하면, 더욱 정밀한 제어가 가능하다.
본 발명의 조전지의 제조 방법에서는, 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되고, 또한 다른쪽 표면 중 제2 영역에 대향하는 영역에서 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는 단자 접속 도체가, 단자 사이의 접속에 사용된다.
이와 같은 단자 접속 도체를 사용함으로써, 단자 사이의 접속 공정을 종래에 비해 적은 공정수로 실현할 수 있게 된다.
본 발명의 조전지의 제조 방법에서는, 전술한 단자 접속 도체와 전지의 단자를, 제1 영역(I)이 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 전지의 단자와 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하고, 용접 헤드로부터 단자 접속 도체 및 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정을 거친다. 이 공정에서 접속되는 전지의 단자는, 제1 금속과 동등한 낮은 융점의 금속으로 구성되는 단자인 것이 바람직하다.
또한, 단자 접속 도체와 다른 전지의 단자를, 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 제2 영역에 대향하는 영역이 다른 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 다른 전지의 단자와 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하고, 용접 헤드로부터 단자 접속 도체 및 다른 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정을 거친다. 이 공정에서 접속되는 전지의 단자는, 제2 금속과 동등한 높은 융점의 금속으로 구성되는 단자인 것이 바람직하다.
양 공정을 동시에 행하면, 단자 접속 도체와 양측의 단자를, 1회의 용접 작업으로 양호하게 접속할 수 있게 된다.
본 발명의 조전지의 제조 방법에서는, 폭 및 높이에 비해 두께가 작은 형상의 전지 외장 케이스를 가지는 전지를 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 두께가 1cm 이하 또는 5mm 이하의 사각형 상자형의 전지를 사용할 수 있다. 이 경우, 전지는, 플러스극 단자와 마이너스극 단자이, 전지 외장 케이스의 상단측에 설치되고, 이들 단자가는 판형인 것이 바람직하다. 이들 구성을 구비함으로써, 각 단자와 단자 접속 도체와의 접촉 면적을 넓힐 수 있고, 전지의 박형화를 도모한 경우라도 충분한 용접 면적을 유지할 수 있다. 그리고, 단자 접속 도체로서 본 발명의 단자 접속 도체를 사용할 수 있다.
본 발명의 차량에서는, 단자 접속 도체와 전지의 단자 등이 견고하게 용접된 본 발명의 조전지를 구비함으로써, 내진동 특성 등이 우수한, 신뢰성이 높은 차량을 실현할 수 있다. 또한, 전지의 박형화에 의해, 양호한 냉각 특성을 실현할 수 있고, 그 결과, 용량이 큰 조전지로서 탑재 가능해지므로, 충분한 주행 거리를 확보할 수 있는 차량이 된다. 구체적으로는, 조전지를 구성하는 전지의 두께를 1cm 이하 또는 5mm 이하로 할 수 있다.
본 발명의 차량에서는, 조전지를 구동용의 모터에 급전하기 위한 전원으로서 사용해도 되고, 구동용의 원동기의 스타터 모터의 전원으로서 사용해도 된다. 원동기란, 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 수소 연료 엔진 등을 말한다. 구동용의 모터와 원동기의 양측을 구비한 차량에서는, 양측으로 급전(給電)할 수도 있다. 스타터 모터로서 직류 모터를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 차량은, 조전지를 충전하기 위한 충전 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이 충전 장치는, 구동용 모터 또는 구동용 원동기로부터 전달되는 기계적 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이며, 발전 장치에서 얻은 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 것으로, 상기 조전지를 충전하도록 구성하는 것이 바람직하다. 그 외에, 본 발명의 차량은, 타이어, 차륜, 차속(車速) 등의 센서를 포함하는 계기류를 구비할 수 있고, 구동용 모터 또는 원동기로부터의 동력을 차륜 및 타이어에 전달하기 위한 클러치 및 차축을 구비할 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 전지의 접속 구조 및 이것을 사용한 조전지는, 전지의 단자를 단자 접속 도체를 사용하여 접속 고정하기 위한 용접을 용이하고도 컴팩트하게 행할 수 있는 매우 유용한 것이다. 또한, 본 발명은, 박형의 전지를 사용하여 용접 강도가 우수한 조전지를 얻을 수 있는 점에서 매우 유용한 것이다.
1: 플러스극 단자 2: 리드판
2a: 알루미늄층 2b: 알루미늄층 또는 외 금속층
3: 다른 금속층 4: 마이너스극 단자
5: 단자 접속 도체 5a: 알루미늄층
5b: 다른 금속층 6: 용접 헤드
7: 비수 전해질 2차 전지 7a: 전지 용기
7b: 커버판 8: 단자 접속 도체

Claims (28)

  1. 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고,
    한쪽 표면에, 상기 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 상기 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되고, 또한
    다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되고,상기 제1 영역과 상기 제2 영역과의 경계에서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 두께 방향에 있어서의 높이가 일치하도록 형성되어 있고,
    상기 제1 금속은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금인, 단자 접속 도체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다른쪽 표면 중 상기 제1 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는, 단자 접속 도체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 금속으로 구성된 판형부는 두께가 같은 한쌍의 면을 구비하고, 상기 한쌍의 면 중, 한쪽 면의 일부분에 상기 제1 금속으로 구성된 판형부가 적층되고, 다른 부분에 상기 제2 금속이 노출되어 있는, 단자 접속 도체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 부착된 클래드재(clads)로 구성되어 있는, 단자 접속 도체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속으로 구성된 판형부는 적어도 상기 단자 접속 도체에 의해 접속되는 단자 간 거리에 상응하는 길이를 가지며, 상기 제2 금속으로 구성된 판형부는 상기 제1 금속으로 구성된 판형부의 길이방향에 따른 일단에 형성되는,, 단자 접속 도체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 금속은, 동(銅), 니켈, 철 또는 이들 중 적어도 일종을 포함하는 합금인, 단자 접속 도체.
  7. 제1항에 기재된 단자 접속 도체;
    복수의 전지; 및
    한쌍의 외부 단자
    를 포함하고,
    적어도 하나의 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체는, 상기 단자 접속 도체의 상기 제1 영역에서 접속되고,
    다른 전지의 단자 또는 외부 단자와 상기 단자 접속 도체는, 상기 단자 접속 도체의 상기 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 접속되어 있는, 조전지(assembled battery).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 전지 중 적어도 2개는,
    두께가 폭보다 짧은 상자형의 전지 용기;
    상기 전지 용기의 커버판; 및
    상기 두께 방향을 향하는 면을 가지는 판형의 플러스극 단자 및 마이너스극 단자
    를 포함하는 전지이며,
    상기 2개의 전지는, 상기 전지 용기가 상기 두께 방향으로 대향하도록 배열되어 있는, 조전지.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 전지 용기의 두께는, 1cm 이하인, 조전지.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 조전지 용기의 두께는, 5mm 이하인, 조전지.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 전지는, 비수(非水) 전해질 2차 전지인, 조전지.
  12. 제7항 또는 제8항에 기재된 조전지를 포함하는 차량.
  13. 제1항에 기재된 단자 접속 도체와 전지의 단자를, 상기 제1 영역이 상기 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 상기 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하여, 상기 용접 헤드로부터 상기 단자 접속 도체 및 상기 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정; 및
    상기 단자 접속 도체와 다른 전지의 단자를, 상기 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역이 상기 다른 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 한쌍의 용접 헤드를 상기 다른 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하여, 상기 용접 헤드로부터 상기 단자 접속 도체 및 상기 다른 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정
    을 포함하는 조전지의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    각각의 상기 전지는,
    두께가 폭보다 짧은 사각형 상자 모양의 전지 용기;
    상기 전지 용기의 커버판; 및
    상기 두께 방향을 향하는 면을 가지는 판형의 플러스극 단자 및 마이너스극 단자
    를 포함하는 전지인, 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 전지 용기의 두께는, 1cm 이하인, 조전지의 제조 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 조전지의 전지 용기의 두께는, 5mm 이하인, 조전지의 제조 방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 전지는, 비수 전해질 2차 전지인, 조전지의 제조 방법.
  18. 적어도, 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 중첩되고, 한쪽 표면에, 상기 제1 금속이 노출된 제1 영역과, 상기 제2 금속이 노출된 제2 영역이 형성되는 한편, 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역에서 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는 단자 접속 도체를 사용하여,
    상기 단자 접속 도체와 전지의 단자를, 상기 제1 영역이 상기 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 상기 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하여, 상기 용접 헤드로부터 상기 단자 접속 도체 및 상기 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정; 및
    상기 단자 접속 도체와 다른 전지의 단자를, 상기 제2 영역 또는 다른쪽 표면 중 상기 제2 영역에 대향하는 영역이 상기 다른 전지의 단자에 접촉하도록 배치하고, 또한 한쌍의 용접 헤드를 상기 다른 전지의 단자와 상기 단자 접속 도체를 협지하도록 배치하여, 상기 용접 헤드로부터 상기 단자 접속 도체 및 상기 다른 전지의 단자에 전류를 흐르게 하는 공정
    을 포함하는 조전지의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    각각의 상기 전지는,
    두께가 폭보다 짧은 사각형 상자형의 전지 용기;
    상기 전지 용기의 커버판; 및
    상기 전지 용기의 두께 방향을 향하는 면을 가지는 판형의 플러스극 단자 및 마이너스극 단자
    를 포함한 전지인, 조전지의 제조 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    각각의 상기 전지 용기의 두께는, 1cm 이하인, 조전지의 제조 방법.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    각각의 상기 전지 용기의 두께는, 5mm 이하인, 조전지의 제조 방법.
  22. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    각각의 상기 전지는, 비수 전해질 2차 전지인, 조전지의 제조 방법.
  23. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 단자 접속 도체는, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역과의 경계에서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 두께 방향에 있어서의 높이가 일치하도록 형성되어 있는, 조전지의 제조 방법.
  24. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 단자 접속 도체는, 다른쪽 표면 중 상기 제1 영역에 대향하는 영역에서 상기 제1 금속보다 높은 융점의 금속이 노출되도록 형성되어 있는, 조전지의 제조 방법.
  25. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 단자 접속 도체는, 상기 제2 금속으로 구성된 판형부의 두께가 같은 한쌍의 면 중, 한쪽 면의 일부분에 상기 제1 금속으로 구성된 판형부가 적층되고, 다른 부분에 상기 제2 금속이 노출되도록 형성되어 있는, 조전지의 제조 방법.
  26. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 단자 접속 도체는, 상기 제1 금속으로 구성된 판형부와, 상기 제2 금속으로 구성된 판형부가, 서로 부착된 클래드재로 구성되어 있는, 조전지의 제조 방법.
  27. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 단자 접속 도체를 구성하는 상기 제1 금속은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금인, 조전지의 제조 방법.
  28. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 단자 접속 도체를 구성하는 상기 제2 금속은, 동, 니켈, 철 또는 이들 중 적어도 일종을 포함하는 합금인, 조전지의 제조 방법.
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