(57)【要約】【課題】電極端子の組立性が改善され、製造コストを節減できる電池ユニット及びそれを用いた電池モジュールを提供する。【解決手段】この電池ユニットは、電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、前記開口を覆い、上下方向に貫通された端子挿入部を有するキャッププレートと、集電部と端子部とを連結する連結部を有する端子部材と、前記端子挿入部に位置し、前記端子部材を前記キャッププレートに固定する固定部材と、を備え、前記集電部が、前記端子挿入部を通じて前記ケースの内部に挿入され、前記電極組立体に電気的に接続され、前記端子部が、前記キャッププレートの外部に露出され、前記キャッププレートの上面と並んで延ばされ、前記固定部材は、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、樹脂を前記端子挿入部に射出することによって形成される。【選択図】図１
2014203825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、
前記開口を覆い、上下方向に貫通された端子挿入部を有するキャッププレートと、
集電部と端子部とを連結する連結部を有する端子部材と、
前記端子挿入部に位置し、前記端子部材を前記キャッププレートに固定する固定部材と、
を備え、
前記集電部が、前記端子挿入部を通じて前記ケースの内部に挿入され、前記電極組立体に電気的に接続され、
前記端子部が、前記キャッププレートの外部に露出され、前記キャッププレートの上面と並んで延ばされ、
前記固定部材は、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、樹脂を前記端子挿入部に射出することによって形成される
ことを特徴とする電池ユニット。
【請求項２】
前記端子部は、前記キャッププレートの上面から離隔していることを特徴とする請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項３】
前記端子部は、前記キャッププレートの長辺方向に延びることを特徴とする請求項２に記載の電池ユニット。
【請求項４】
前記連結部は、前記端子部から下方に延びた第１折曲部と、前記第１折曲部から前記長辺方向に延びた第２折曲部と、を備え、前記集電部は、前記第２折曲部の前記キャッププレートの短辺方向の端部から下方に延びることを特徴とする請求項３に記載の電池ユニット。
【請求項５】
前記第２折曲部は、部分的に前記固定部材に埋め込まれることを特徴とする請求項４に記載の電池ユニット。
【請求項６】
前記第２折曲部は、全体的に前記固定部材に埋め込まれることを特徴とする請求項４に記載の電池ユニット。
【請求項７】
前記固定部材は、前記端子挿入部を充填する第１固定部と、前記端子部と前記キャッププレートの上面との間を充填する第２固定部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の電池ユニット。
【請求項８】
前記第２固定部は、前記第１固定部の上部まで延びることを特徴とする請求項７に記載の電池ユニット。
【請求項９】
前記第２固定部は、前記端子挿入部の端部を越えて形成されることを特徴とする請求項８に記載の電池ユニット。
【請求項１０】
前記端子部材は、正極端子部材と負極端子部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項１１】
前記正極端子部材と前記負極端子部材とは、同じ金属で形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電池ユニット。
【請求項１２】
前記正極端子部材と前記負極端子部材とは、異なる金属で形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電池ユニット。
【請求項１３】
前記正極端子部材は、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材は、銅で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の電池ユニット。
【請求項１４】
前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうちいずれか一つの端子部の上面には、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、他の一つと同じ金属からなる溶接層が設けられることを特徴とする請求項１２に記載の電池ユニット。
【請求項１５】
請求項１〜１４の１項に記載の多数の電池ユニットと、前記多数の電池ユニットのそれぞれの隣接する前記電池ユニットに前記多数の電池ユニットの前記電池ユニットの前記端子部を連結するバスバーと、を備える電池モジュール。
【請求項１６】
前記バスバーは、前記端子部に溶接されることを特徴とする請求項１５に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ユニット及び多数の電池ユニットが連結されて構成される電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電が可能な電池である。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、無停電電源装置(Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ)のようなエネルギー源として使われ、適用される外部機器の種類によって、単一電池の形態で使われてもよく、多数の電池をバスバー(Ｂｕｓ Ｂａｒ)を利用して電気的に連結して、一つの単位にまとめる電池モジュールの形態で使われてもよい。
【０００３】
携帯電話のような小型モバイル機器は、単一電池の出力及び容量で所定時間作動が可能であるが、電力消耗の多い電気自動車、ハイブリッド自動車のように、長時間の駆動、高電力駆動が必要な場合には、出力及び容量の問題で電池モジュールが好まれる。電池モジュールは、内蔵された電池の個数によって、出力電圧や出力電流が大きくなる。このような電池モジュールは、多数の電池を直列連結または並列連結させることによって要求される出力電圧や出力電流を得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電極端子の組立性が改善され、製造コストを節減できる電池ユニット及びそれを用いた電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）前記課題を達成するために、本発明の第一の態様に係る電池ユニットは、電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、前記開口を覆い、上下方向に貫通された端子挿入部を有するキャッププレートと、集電部と端子部とを連結する連結部を有する端子部材と、前記端子挿入部に位置し、前記端子部材を前記キャッププレートに固定する固定部材と、を備え、前記集電部が、前記端子挿入部を通じて前記ケースの内部に挿入され、前記電極組立体に電気的に接続され、前記端子部が、前記キャッププレートの外部に露出され、前記キャッププレートの上面と並んで延ばされ、前記固定部材は、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、樹脂を前記端子挿入部に射出することによって形成される。
【０００６】
（２）上記（１）に記載の電池ユニットは、前記端子部が、前記キャッププレートの上面から離隔していてもよい。
【０００７】
（３）上記（２）に記載の電池ユニットは、前記端子部が、前記キャッププレートの長辺方向に延びてもよい。
【０００８】
（４）上記（３）に記載の電池ユニットは、前記連結部が、前記端子部から下方に延びた第１折曲部と、前記第１折曲部から前記長辺方向に延びた第２折曲部と、を備え、前記集電部が、前記第２折曲部の前記キャッププレートの短辺方向の端部から下方に延びてもよい。
【０００９】
（５）上記（４）に記載の電池ユニットは、前記第２折曲部が、部分的に前記固定部材に埋め込まれてもよい。
【００１０】
（６）上記（４）に記載の電池ユニットは、前記第２折曲部が、全体的に前記固定部材に埋め込まれてもよい。
【００１１】
（７）上記（２）に記載の電池ユニットは、前記固定部材が、前記端子挿入部を充填する第１固定部と、前記端子部と前記キャッププレートの上面との間を充填する第２固定部と、を備えてもよい。
【００１２】
（８）上記（７）に記載の電池ユニットは、前記第２固定部が、前記第１固定部の上部まで延びてもよい。
【００１３】
（９）上記（８）に記載の電池ユニットは、前記第２固定部が、前記端子挿入部の端部を越えて形成されてもよい。
【００１４】
（１０）上記（１）に記載の電池ユニットは、前記端子部材が、正極端子部材と負極端子部材とを有してもよい。
【００１５】
（１１）上記（１０）に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とが、同じ金属で形成されてもよい。
【００１６】
（１２）上記（１１）に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とが、異種の金属で形成されてもよい。
【００１７】
（１３）上記（１２）に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材が、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材が、銅で形成されてもよい。
【００１８】
（１４）上記（１２）に記載の電池ユニットは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうちいずれか一つの端子部の上面に、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、他の一つと同じ金属からなる溶接層が設けられてもよい。
【００１９】
（１５）本発明の第二の態様に係る電池モジュールは、上記（１）に記載の多数の電池ユニットと、隣接する前記電池ユニットの端子部を互いに連結するバスバーと、を備える。
【００２０】
（１６）上記（１５）に記載の電池モジュールは、前記端子部が、前記キャッププレートの上面から離隔していてもよい。
【００２１】
（１７）上記（１６）に記載の電池モジュールは、前記端子部が、前記キャッププレートの長辺方向に延びてもよい。
【００２２】
（１８）上記（１６）に記載の電池モジュールは、前記固定部材が、前記端子挿入部を充填する第１固定部と、前記端子部と前記キャッププレートの上面との間を充填する第２固定部と、を備えてもよい。
【００２３】
（１９）上記（１８）に記載の電池モジュールは、前記第２固定部が、前記第１固定部の上部まで延びてもよい。
【００２４】
（２０）上記（１９）に記載の電池モジュールは、前記第２固定部が、前記端子挿入部の端部を越えて形成されてもよい。
【００２５】
（２１）上記（１５）に記載の電池モジュールは、前記バスバーが、前記端子部に溶接
されてもよい。
【００２６】
（２２）上記（２１）に記載の電池モジュールは、前記端子部材が、正極端子部材と負極端子部材とを有してもよい。
【００２７】
（２３）上記（２２）に記載の電池モジュールは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とが、異なる金属で形成されてもよい。
【００２８】
（２４）上記（２３）に記載の電池モジュールは、前記バスバーが、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、いずれか一つと同じ金属で形成されてもよい。
【００２９】
（２５）上記（２４）に記載の電池モジュールは、前記正極端子部材と前記負極端子部材とのうち、前記バスバーと異なる金属で形成された部材の端子部の上面に、前記バスバーと同じ金属からなる溶接層が設けられてもよい。
【００３０】
（２６）上記（２５）に記載の電池モジュールは、前記正極端子部材が、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材が、銅で形成され、前記バスバーが、アルミニウムで形成され、前記負極端子部材の端子部の上面に、アルミニウムからなる溶接層が設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による電池ユニットの分解斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ'による断面図である。
【図３】電極組立体の一例を示す斜視図である。
【図４】正極端子部材及び負極端子部材の一実施形態を示す斜視図である。
【図５Ａ】正極集電部及び負極集電部が電極組立体の同じ側面に接続される配置形態を示す斜視図である。
【図５Ｂ】正極集電部及び負極集電部が電極組立体の同じ側面に接続される配置形態を示す斜視図である。
【図５Ｃ】正極集電部及び負極集電部が電極組立体の同じ側面に接続される配置形態を示す斜視図である。
【図６Ａ】正極集電部及び負極集電部が電極組立体の異なる側面に接続される配置形態を示す斜視図である。
【図６Ｂ】正極集電部及び負極集電部が電極組立体の異なる側面に接続される配置形態を示す斜視図である。
【図６Ｃ】正極集電部及び負極集電部が電極組立体の異なる側面に接続される配置形態を示す斜視図である。
【図７Ａ】インサート射出整形方式によって固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。
【図７Ｂ】インサート射出整形方式によって固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。
【図７Ｃ】インサート射出整形方式によって固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。
【図８】本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。
【図９】端子部材の本発明の他の実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態による電池ユニットの断面図である。
【図１１】図１０に示されたキャップ組立体の部分斜視図である。
【図１２】インサート射出整形方式によって、図１０に示された固定部材を形成しながら、正極端子部材及び負極端子部材をキャッププレートに固定する過程の一例を示す図面である。
【図１３】キャップ組立体の一実施形態の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態による電池ユニット及び電池モジュールについて詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態による電池ユニット１の分解斜視図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ'による断面図である。図３は、電極組立体１０の一例を示す斜視図である。
【００３４】
図１及び図２を参照すれば、電池ユニット１は、電極組立体１０と、電極組立体１０を収容するケース２０と、ケース２０の上段を閉鎖するキャップ組立体３０と、を含む。
【００３５】
電池ユニット１は、例えば、リチウムイオン電池のような二次電池である。この場合、円筒形電池ユニット、角形電池ユニット、またはポリマー電池など、多様な形態の電池ユニットが適用され、いずれか一つの形態に限定される必要はない。
【００３６】
図３を参照すれば、電極組立体１０は、正極板１１と、負極板１２と、正極板１１と負極板１２との間に介在されるセパレータ１３と、を含む。例えば、正極板１１、負極板１２、及びセパレータ１３の積層体は、ゼリーロール状に巻き取られる。
【００３７】
正極板１１は、正極集電体１１ａと、正極集電体１１ａの少なくとも一面に形成された正極活物質層１１ｂと、を含む。正極集電体１１ａの幅方向に沿って、一端には、正極活物質層１１ｂが形成されていない正極無地部１１ｃが設けられる。負極板１２は、負極集電体１２ａと、負極集電体１２ａの少なくとも一面に形成された負極活物質層１２ｂと、を含む。負極集電体１２ａの幅方向に沿って、一端には、負極活物質層１２ｂが形成されていない負極無地部１２ｃが設けられる。正極無地部１１ｃ及び負極無地部１２ｃは、電極組立体１０の幅方向に相互離隔して配される。例えば、正極無地部１１ｃ及び負極無地部１２ｃは、電極組立体１０の幅方向の両側端部にそれぞれ配される。
【００３８】
キャップ組立体３０は、キャッププレート３１０と、電極組立体１０と電気的に連結される端子部材３２０,３３０と、端子部材３２０,３３０をそれぞれキャッププレート３１０に固定する固定部材３４０,３５０と、を含む。
【００３９】
ケース２０には、電極組立体１０が挿入されるように開口２１が設けられ、キャッププレート３１０は、ケース２０に結合されることによって、開口２１を塞ぐ。そのために、キャッププレート３１０の端部３１１は、開口２１を形成するケース２０の上側端部２２と結合される。その状態で、例えば、レーザ溶接によってキャッププレート３１０をケース２０に結合することによって、電極組立体１０が収容されるハウジングが形成される。キャッププレート３０には、ケース２０の内部圧力が設定基準を超えれば、ガスの排出経路を提供するように、破断可能に設計された安全扉３２が設けられる。また、キャッププレート３０には、ケース２０内に電解液を注入するための電解液注入口３３が設けられる。電解液注入が完了した以後に、シーリング栓３４によって電解液注入口３３が閉鎖される。
【００４０】
端子部材３２０,３３０は、それぞれ正極端子部材と負極端子部材である。正極端子部材３２０と負極端子部材３３０は、それぞれ電極組立体１０の正極無地部１１ｃ及び負極無地部１２ｃと電気的に連結される。正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０によって、電極組立体１０の正極無地部１１ｃ及び負極無地部１２ｃは、電気的にケース２０の外部に露出される。端子挿入部３５,３６は、それぞれ正極端子挿入部と負極端子挿入部である。端子挿入部３５,３６は、キャッププレート３１０を上下方向に貫通して形成される。正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、端子挿入部３５,３６にそれぞれ挿入され、正極固定部材３４０及び負極固定部材３５０によって、キャッププレート３１０に固定される。
【００４１】
図４は、端子部材３２０,３３０の一例を示した斜視図である。端子部材３２０,３３０は、一般的に、その形状が同一か、または相互対称である。したがって、図４では、負極端子部材３３０の構成要素を表す参照符号と共に、（ ）内に正極端子部材３２０を構成する構成要素の参照符号を併記する。
【００４２】
図１、図２、及び図４を参照すれば、正極端子部材３２０は、正極端子部３２１、正極集電部３２４、及び正極端子部３２１と正極集電部３２４とを連結する正極連結部３２５を含む。負極端子部材３３０は、負極端子部３３１、負極集電部３３４、及び負極端子部３３１と負極集電部３３４とを連結する負極連結部３３５を含む。負極端子部３３１と正極端子部３２１とは、キャッププレート３１０の上面３１２と平行に延びる。正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、導電性を有する金属で形成される。例えば、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、金属板材をプレス加工方式によって、所望の形状に切断、折り曲げることによって形成される。
【００４３】
負極端子部３３１は、横方向、すなわち、キャッププレート３１０の長辺方向(第１方向)に延び、負極集電部３３４は、下方、すなわち、キャッププレート３１０の厚手方向(第２方向)に延びる。負極連結部３３５は、負極端子部３３１から折り曲げられて、負極端子部３３１と負極集電部３３４とを連結する。負極連結部３３５は、負極端子部３３１の第１方向と逆方向(第３方向)の端部３３１ａから下方(第２方向)に折り曲げられて延びた第１負極折曲部３３２と、第１負極折曲部３３２の第２方向の端部３３２ａから第３方向に折り曲げられて延びた第２負極折曲部３３３と、を含む。負極集電部３３４は、第２負極折曲部３３３の第１方向及び第３方向と交差する方向、すなわち、キャッププレート３１０の短辺方向(第４方向)の端部３３３ａから下方(第２方向)に折り曲げられて延びる。そのような構成によれば、負極集電部３３４の厚さ部３３４ｃではない大面積部３３４ｂが電極構造体１０の負極無地部１２ｃと並んで位置する。大面積部３３４ｂの幅Ｗは、大面積部３３４ｂと負極無地部１２ｃとの接触面積が可能な限り広くなるように決定される。したがって、負極集電部３３４と負極無地部１２ｃとの接触面積を大きく確保できるので、接触抵抗の低減に有利である。
【００４４】
図５Ａ〜図５Ｃは、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０の配置形態の例を示した斜視図である。図５Ａ〜図５Ｃに示された配置形態は、正極集電部３２４及び負極集電部３３４が電極組立体１０と同じ側面に接続される配置形態である。
【００４５】
図５Ａに示したように、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、正極端子部３２１と負極端子部３３１とが相互対向して配される。図５Ｂに示したように、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、正極端子部３２１と負極端子部３３１とが反対方向に向かうように配される。図５Ａ及び図５Ｂに示された配置形態の場合、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、長辺方向に相互対称的な形状を有する。図５Ｃに示したように、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、正極端子部３２１と負極端子部３３１とが同じ方向に向かうように配される。この場合、正極端子部材３２０と負極端子部材３３０の形状は、同一である。
【００４６】
図６Ａ〜図６Ｃは、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０の配置形態の例を示した斜視図である。図６Ａ〜図６Ｃに示された配置形態は、正極集電部３２４及び負極集電部３３４が電極組立体１０と異なる側面に接続される配置形態である。図６Ａ及び図６Ｂに示された配置形態の場合、正極端子部材３２０と負極端子部材３３０の形状は、長辺方向に相互対称的である。図６Ｃに示された配置形態の場合、正極端子部材３２０と負極端子部材３３０との形状は、同一である。
【００４７】
正極端子部材３２０の形状が負極端子部材３３０と同じである場合、図４に示したように、正極端子部材３２０は、第１方向に延びた正極端子部３２１と、第２方向に延びた正極集電部３２４と、正極端子部３２１から折り曲げられて正極端子部３２１と正極集電部３２４とを連結する正極連結部３２５と、を備える。正極連結部３２５は、正極端子部３２１の第３方向の端部３２１ａから第２方向に折り曲げられて延びた第１正極折曲部３２２と、第１正極折曲部３２２の第２方向の端部３２２ａから第３方向に折り曲げられて延びた第２正極折曲部３２３と、を含む。正極集電部３２４は、第２正極折曲部３２３の第４方向の端部３２３ａから第２方向に折り曲げられて延びる。このような構成によれば、正極集電部３２４の厚さ部３２４ｃではない大面積部３２４ｂが、電極組立体１０の正極無地部１１ｃと並んで位置する。大面積部３２４ｂの幅Ｗは、大面積部３２４ｂと正極無地部１１ｃとの接触面積が可能な限り広くなるように決定される。したがって、正極集電部３２４と正極無地部１１ｃとの接触面積を大きく確保できるので、接触抵抗の低減に有利である。
【００４８】
正極端子部材３２０の形状が負極端子部材３３０の形状と対称になっている場合、図４に点線で示したように、正極集電部３２４は、第２正極折曲部３２３の第４方向と逆方向である第５方向の端部３２３ｂから第２方向に折り曲げられて延びる。
【００４９】
正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、正極端子挿入部３５及び負極端子挿入部３６にそれぞれ挿入される。正極端子部３２１及び負極端子部３３１は、キャッププレート３１０の上方に、正極集電部３２４及び負極集電部３３４は、キャッププレート３１０の下方に位置する。その状態で、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、端子挿入部３５,３６にそれぞれ挿入される正極固定部材３４０及び負極固定部材３５０によって、キャッププレート３１０に固定される。固定部材３４０,３５０は、例えば、電気絶縁性プラスチックで形成される。正極端子部３２１及び負極端子部３３１は、キャッププレート３１０の上方に突出して、正極端子部３２１及び負極端子部３３１とキャッププレート３１０の上面３１２との間には、間隔Ｇ１,Ｇ２が形成される。これにより、正極端子部３２１及び負極端子部３３１がキャッププレート３１０に固定され、間隔Ｇ１,Ｇ２及び電気絶縁性の固定部材３４０,３５０によって、正極端子部３２１及び負極端子部３３１は、キャッププレート３１０と電気的に絶縁される。
【００５０】
電気絶縁性プラスチックは、例えば、ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ)、ポリスチレン(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ)、高密度ポリエチレン(Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ)などの汎用プラスチック；ポリアセタール(Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ)、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ)、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ)、ポリアミド（Ｐａｍ：Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ)、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ)、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ)などの汎用エンジニアリングプラスチック；Ｕポリマー、ポリスルホン（ＰＳＦ：Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ)、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ)、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ)、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ)、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ：Ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ)、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ)、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ)などの高性能エンジニアリングプラスチック；ポリアミドイミド（ＰＡＩ：Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ)、ポリイミド（ＰＩ：Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ)などの超耐熱性エンジニアリングプラスチックである。一例として、固定部材３４０,３５０は、ＰＰＳにグラスファイバー(Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ)を４０％添加した樹脂で形成される。
【００５１】
固定部材３４０,３５０は、正極端子部材３２０と負極端子部材３３０とが端子挿入部３５,３６にそれぞれ挿入された状態で、前述したプラスチック樹脂を端子挿入部３５,３６に射出して整形するインサート射出整形方式によって形成される。例えば、図７Ａないし図７Ｃには、インサート射出整形方式によって固定部材３４０,３５０を形成しながら、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０をキャッププレート３１０に固定する過程の一例が示されている。
【００５２】
図７Ａを参照すれば、射出金型の上側コア１００１と下側コア１００２とが互いに離隔している状態、すなわち、金型が開かれた状態で、キャッププレート３１０を下側コア１００２の下側パーティングラインＰＬ２上に置き、正極端子部材３２０と負極端子部材３３０とを、それぞれ端子挿入部３５,３６を通じて、キャッププレート３１０を貫通して下側コア１００２に挿入する。下側コア１００２には、正極集電部３２４と負極集電部３３４とをそれぞれ支持する支持溝１００２ａ,１００２ｂが設けられている。正極集電部３２４と負極集電部３３４とがそれぞれ支持溝１００２ａ,１００２ｂに支持されれば、正極端子部３２１及び負極端子部３３１は、キャッププレート３１０の上面３１２から離隔して位置する。正極端子部３２１及び負極端子部３３１とキャッププレート３１０の上面３１２との隙間１００９,１０１０にプラスチック樹脂を充填されないように、その隙間１００９,１０１０は、上側コア１００１によって充填されることが必要である。隙間１００９,１０１０は、上側コア１００１の作動方向に対して、アンダーカット部に当たる。隙間１００９,１０１０は、上側コア１００１が作動する時に、作動方向と交差する方向に移動するスライドコア１００３,１００４によって充填される。すなわち、上側コア１００１が下側コア１００２に接近、あるいは離隔される時には、スライドコア１００３,１００４が上側コア１００１の作動方向と交差する方向に移動して、隙間１００９,１０１０を充填するか、またはそれから離間される。
【００５３】
図７Ｂに示したように、キャッププレート３１０、正極端子部材３２０、及び負極端子部材３３０が下側コア１００２に支持された状態で、上側コア１００１を下側コア１００２に接近させる。上側コア１００１と下側コア１００２とが噛み合えば、上側パーティングラインＰＬ１及び下側パーティングラインＰＬ２によって、固定部材３４０,３５０がそれぞれ形成される整形空間１００５,１００６が画成される。隙間１００９,１０１０は、スライドコア１００３,１００４によって充填される。ゲート１００７,１００８を通じて、整形空間１００５,１００６に樹脂を注入する。所定の冷却時間が経過すれば、整形空間１００５,１００６に充填された樹脂が硬化しながら、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０をキャッププレート３１０に固定させる固定部材３４０,３５０が形成される。
【００５４】
次に、図７Ｃに示したように、上側コア１００１を下側コア１００２から離隔させ、キャップ組立体３０を下側コア１００２から分離する。
【００５５】
図２を参照すれば、正極端子部３２１及び負極端子部３３１は、キャッププレート３１０の上面３１２から上方に離隔して位置し、その間に間隔Ｇ１,Ｇ２をそれぞれ形成する。間隔Ｇ１,Ｇ２は、同一でもある。固定部材３４０,３５０は、正極連結部３２５及び負極連結部３３５を部分的に、または全体的に取り囲む。また、正極連結部３２５及び負極連結部３３５と、キャッププレート３１０の端子挿入部３５,３６の端部との間に固定部材３４０,３５０が形成され、樹脂が充填される。これにより、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、全体的にキャッププレート３１０と電気的に絶縁される。第２正極折曲部３２３及び第２負極折曲部３３３は、固定部材３４０,３５０に部分的に、または全体的に(図２の点線を参照)埋め込まれる。このように折り曲げられた形態が固定部材３４０,３５０の内部に埋め込まれることによって、固定部材３４０,３５０と、端子部材３２０,３３０と、キャッププレート３１０と、の結合強度を向上させる。
【００５６】
キャップ組立体３０の形成が完了した後に、電極組立体１０と正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０とを電気的に連結する。正極無地部１１ｃには、正極集電部３２４が電気的に連結され、負極無地部１２ｃには、負極集電部３３４が電気的に連結される。正極無地部１１ｃへの正極集電部３２４の結合と、負極無地部１２ｃへの負極集電部３３４の結合とは、例えば、超音波溶接によって行われる。
【００５７】
キャップ組立体３０と電極組立体１０とが結合された状態で、電極組立体１０が開口２１を通じてケース２０に挿入され、キャッププレート３１０がケース２０に、例えば、レーザ溶接方式によって結合されることによって開口２１が閉鎖され、電極組立体１０が正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０によって、電気的にケース２０の外部に露出される。電解液注入口３３を通じて電解液を注入した後に、シーリング栓３４を利用して電解液注入口３３を塞ぐことによって、電池ユニット１の製造が完了される。
【００５８】
前述した電池ユニット１によれば、各端子部材３２０,３３０が単一の金属板材によって形成される。すなわち、集電部３２４,３３４から端子部３２１,３３１に達する端子部材３２０,３３０のすべての要素が、同じ金属で形成される。したがって、溶接による結合過程なしに、端子部材３２０,３３０を形成して、製造コストの削減はもとより、集電部３２４，３３４から端子部３２１,３３１までの電流経路の電気的特性を均一に維持する。また、プラスチック樹脂を利用したインサート射出整形方式によって、端子部材３２０,３３０をキャッププレート３１０に結合することによって、キャッププレート３１０と端子部材３２０,３３０との結合と、それら間の電気的な絶縁とを同時に形成する。また、横方向に延びた形態の端子部３２１,３３１を採用することによって、後述するように、多数の電池ユニット１の組合せによって電池モジュール２(図８)を形成する時に、隣接する電池ユニット１の端子部３２１,３３１を容易に連結できる。また、横方向に延びた形態の正極端子部３２１及び負極端子部３３１は、溶接のための十分な面積の確保に有利である。
【００５９】
図８は、本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。図８を参照すれば、電池モジュール２は、列をなして配列された多数の電池ユニット１を含む。例えば、電池モジュール２は、一方向に沿って配列された電池ユニット１を含み、１列または２列以上配列された電池ユニット１を含む積層構造を有する。
【００６０】
隣接する電池ユニット１の正極端子部３２１と負極端子部３３１とを直列、または並列に連結することによって、多数の電池ユニット１が電気的に相互連結される。例えば、図８に示したように、バスバー４００を利用して、隣接する一組の電池ユニット１の異なる極性の端子部を連結することによって、多数の電池ユニット１を直列に連結する。そのために、多数の電池ユニット１は、バスバー４００の連結方向Ａに端子部の極性が交互に配される。バスバー４００は、例えば、端子部３２１,３３１に溶接によって結合される。図面には示していないが、バスバー４００を利用して隣接する一組の電池ユニット１の同じ極性の端子部を連結することによって、多数の電池ユニット１を並列に連結してもよい。
【００６１】
バスバー４００は、導電性に優れた金属素材で形成され、均一な組成を有する金属素材で形成される。この時、正極端子部３２１と負極端子部３３１とが共にバスバー４００と同じ金属で形成されれば、各正極端子部３２１及び負極端子部３３１とバスバー４００との間には、同じ金属での溶接が行われる。同じ金属としては、例えば、アルミニウム、または銅である。
【００６２】
正極端子部３２１と負極端子部３３１とは、異なる金属で形成されてもよい。バスバー４００が正極端子部３２１及び負極端子部３３１と異なる金属で形成された場合、正極端子部３２１とバスバー４００との間、及び負極端子部３３１とバスバー４００との間には、異なる金属による結合が形成される。バスバー４００が正極端子部３２１及び負極端子部３３１のうちいずれか一つと同じ金属で形成された場合、バスバー４００と正極端子部３２１及び負極端子部３３１のうちいずれか一つとの間には、異なる金属による結合が形成される。
【００６３】
例えば、アルミニウム同士、または銅同士のような同じ金属間では、レーザ溶接を通じて十分な溶接強度が得られる。しかし、アルミニウム−銅のような異なる金属間でレーザ溶接を適用すれば、溶接性が低下して、十分な溶接強度が得られない。異なる金属間では、レーザ溶接を代替して摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）が行われる。摩擦撹拌接合は、高速回転しながら、母材内部に挿入される接合工具(図示せず)を利用する。接合工具と母材との摩擦熱によって、接合工具の周辺の母材が軟化し、接合工具の回転力による撹拌作用に起因する塑性流動によって、二つの母材の境界面を基にして、二つの母材が強制的に混入される。摩擦撹拌接合を通じて、溶接性が劣る異なる金属間でも十分な溶接強度が得られる。
【００６４】
一例として、正極端子部３２１は、電気化学的に正極に適したアルミニウム、負極端子部３３１は、電気化学的に負極に適した銅で形成され、バスバー４００は、アルミニウムで形成されている。正極端子部３２１とバスバー４００との結合は、レーザ溶接によって、負極端子部３３１とバスバー４００との結合は、摩擦撹拌接合によって行われる。それにより、正極端子部３２１及び負極端子部３３１とバスバー４００との十分な溶接強度が得られる。当然この場合においても、正極端子部３２１及び負極端子部３３１がいずれも摩擦撹拌接合によってバスバー４００と結合されてもよい。
【００６５】
図９は、本発明の一実施形態による電池ユニット１に適用される端子部材３２０,３３０の他の実施形態を示した斜視図である。正極端子部３２１及び負極端子部３３１が異なる金属で形成され、バスバー４００が正極端子部３２１及び負極端子部３３１のうちいずれか一つと同じ金属で形成される場合、正極端子部３２１及び負極端子部３３１のうちいずれか一つには、バスバー４００と同じ金属で形成される溶接層３２６,３３６が設けられる。例えば、正極端子部３２１は、電気化学的に正極に適したアルミニウム、負極端子部３３１は、電気化学的に負極に適した銅、バスバー４００は、アルミニウムで形成された場合、負極端子部３３１の上面には、バスバー４００と同じアルミニウムからなる溶接層３３６が設けられる。当然、バスバー４００が銅で形成された場合、正極端子部３２１の上面に、バスバー４００と同じ銅からなる溶接層３２６が設けられる。溶接層３２６,３３６は、正極端子部３２１または負極端子部３３１に、レーザ溶接、摩擦撹拌接合のような方式によって形成される。この場合、正極端子部３２１及び負極端子部３３１の最終的な上面の高さを同一にするために、間隔Ｇ１とＧ２と(図２)の高さは異なる。このような構成によれば、バスバー４００と正極端子部３２１及び負極端子部３３１との結合が同じ金属間での結合となるので、レーザ溶接によっても十分な溶接強度を確保することができる。
【００６６】
図１０は、本発明の一実施形態による電池ユニットの他の実施形態を示した断面図であり、図１１は、図１０に示されたキャップ組立体３０の部分斜視図である。図１０及び図１１を参照すれば、固定部材３４０,３５０が端子挿入部３５,３６の内側から、端子部３２１,３３１とキャッププレート３１０の上面３１２との間の間隔Ｇ１,Ｇ２とまで形成される。すなわち、固定部材３４０,３５０は、端子挿入部３５,３６を充填する第１固定部３４１,３５１と、端子部３２１,３３１とキャッププレート３１０の上面３１２との間の間隔Ｇ１,Ｇ２を充填する第２固定部３４２,３５２と、を備える。
【００６７】
このような固定部材３４０,３５０は、インサート射出整形方式によって形成される。例えば、図１２に示したように、射出金型の上側コア１００１と下側コア１００２とが相互離隔した状態、すなわち、金型が開かれた状態で、キャッププレート３１０を下側コア１００２に挿入し、正極端子部材３２０と負極端子部材３３０とを、それぞれ端子挿入部３５,３６を通じて、キャッププレート３１０を貫通して下側コア１００２に挿入する。そして、上側コア１００１を下側コア１００２に接近させる。上側コア１００１と下側コア１００２とが噛み合えば、上側パーティングラインＰＬ１及び下側パーティングラインＰＬ２によって、固定部材３４０,３５０がそれぞれ形成される整形空間１００５,１００６が画成される。正極端子部３２１及び負極端子部３３１と、キャッププレート３１０の上面３１２との隙間１００９,１０１０には、樹脂が充填されて、正極端子部３２１及び負極端子部３３１と整形空間１００５,１００６とが連結される。ゲート１００７,１００８を通じて、整形空間１００５,１００６及び隙間１００９,１０１０に樹脂を注入する。所定の冷却時間が経過すれば、整形空間１００５,１００６及び隙間１００９,１０１０に充填された樹脂が硬化しながら、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０をキャッププレート３１０に固定させる第１固定部３４１,３５１及び第２固定部３４２,３５２を備える固定部材３４０,３５０が形成される。次いで、上側コア１００１を下側コア１００２から離隔させ、キャップ組立体３０を下側コア１００２から分離する。
【００６８】
このような構成によれば、端子部材３２０,３３０とキャッププレート３１０との結合強度を向上させることができる。すなわち、第２固定部３４２,３５２は、端子部材３２０,３３０及びキャッププレート３１０と固定部材３４０,３５０との接触面積を増大させることによって、端子部材３２０,３３０とキャッププレート３１０との結合強度を向上させることができる。また、バスバー４００が正極端子部３２１及び負極端子部３３１に溶接のような方式によって結合される時に、溶接工具によって、正極端子部３２１及び負極端子部３３１に下方に押し出す圧力が加えられるが、正極端子部３２１及び負極端子部３３１が、第２固定部３４２,３５２によってキャッププレート３１０に支持されるので、結合過程で、固定部材３４０,３５０が端子挿入部３５,３６から離脱する可能性を少なくする。
【００６９】
溶接過程で、正極端子部３２１及び負極端子部３３１に伝えられる熱を、第２固定部３４２,３５２を通じて分散させることができる。
【００７０】
第２固定部３４２,３５２によって端子部３２１,３３１が支持されるので、バスバー４００を溶接する過程で、端子部３２１,３３１が下方に折り曲げられることを防止する。これにより、端子部３２１,３３１とバスバー４００との結合品質を向上させ、端子部材３２０,３３０とキャッププレート３１０との電気的な絶縁性を向上させることができる。
【００７１】
図１３は、本発明の一実施形態による電池ユニットに適用されるキャップ組立体３０の部分斜視図である。図１３を参照すれば、第２固定部３４２,３５２は、第１固定部３４１,３５１の上方まで延びて、端子挿入部３５,３６を完全に覆う。すなわち、第２固定部３４２,３５２は、キャッププレート３１０の長辺方向及び短辺方向に、端子挿入部３５,３６の端部３５ａ,３６ａを越えて延びる。このような構成によれば、固定部材３４０,３５０と端子挿入部３５,３６との隙間を通じて、水分がケース２０の内部に浸透して、キャッププレート３１０、電極組立体１０、集電部３２４,３３４、ケース２０などの腐食を招く可能性を少なくすることができる。
【００７２】
以上の説明は、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、本発明による電池ユニット及び電池モジュールを実施するための一つの実施形態に過ぎないものであって、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的分野が及ぶとみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、電源関連の技術分野に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１    電池ユニット
１０    電極組立体
１１    正極板
１１ａ    正極集電体
１１ｂ    正極活物質層
１１ｃ    正極無地部
１２    負極板
１２ａ    負極集電体
１２ｂ    負極活物質層
１２ｃ    負極無地部
２０    ケース
２１    開口
２２    上側端部
３０    キャップ組立体
３２    安全扉
３３    電解液注入口
３４    シーリング栓
３５,３６    端子挿入部
３１０    キャッププレート
３１１    端部
３２０,３３０    端子部材
３４０    正極固定部材
３５０    負極固定部材
【図１】
2014203825.tif 000003
【図２】
2014203825.tif 000004
【図３】
2014203825.tif 000005
【図４】
2014203825.tif 000006
【図５Ａ】
2014203825.tif 000007
【図５Ｂ】
2014203825.tif 000008
【図５Ｃ】
2014203825.tif 000009
【図６Ａ】
2014203825.tif 000010
【図６Ｂ】
2014203825.tif 000011
【図６Ｃ】
2014203825.tif 000012
【図７Ａ】
2014203825.tif 000013
【図７Ｂ】
2014203825.tif 000014
【図７Ｃ】
2014203825.tif 000015
【図８】
2014203825.tif 000016
【図９】
2014203825.tif 000017
【図１０】
2014203825.tif 000018
【図１１】
2014203825.tif 000019
【図１２】
2014203825.tif 000020
【図１３】
2014203825.tif 000021