(57)【要約】【課題】電池ユニット及びそれを採用した電池モジュールを提供する。【解決手段】電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、開口を覆うものであって、上下方向に貫通した端子挿入部が設けられたキャッププレートと、端子挿入部を通じてケース内部に挿入されて、電極組立体をケース外部に電気的に露出させる端子部材と、端子挿入部に位置し、端子部材をキャッププレートに固定するものであって、端子部材が端子挿入部に挿入された状態で、プラスチック樹脂を端子挿入部に射出するインサート射出方式によって形成される固定部材と、を含み、固定部材は、固定部材の上面から下方に陥没して、固定部材の下部壁の厚さを減らす陥没部を備える電池ユニットである。【選択図】図１
2014203824.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、
前記開口を覆うものであって、上下方向に貫通した端子挿入部が設けられたキャッププレートと、
前記端子挿入部を通じて前記ケース内部に挿入されて、前記電極組立体を前記ケース外部に電気的に露出させる端子部材と、
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ものであって、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、プラスチック樹脂を前記端子挿入部に射出するインサート射出方式によって形成される固定部材と、を含み、
前記固定部材は、前記固定部材の上面から下方に陥没して、前記固定部材の下部壁の厚さを減らす陥没部を備える、電池ユニット。
【請求項２】
前記固定部材は、前記下部壁と、前記下部壁から上方に延びて、前記端子挿入部の端部に結合される側壁と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項３】
前記側壁は、前記キャッププレートの上面を越えて上方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】
前記固定部材は、前記側壁から前記端子挿入部の端部を越えて外側に延び、前記キャッププレートの上面に支持される延長部をさらに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５】
前記端子部材は、
前記電極組立体に電気的に接続される集電部と、
前記キャッププレートの外部に露出される端子部と、
前記集電部と前記端子部とを連結する連結部と、を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項６】
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５に記載の電池ユニット。
【請求項７】
前記端子部は、前記キャッププレートの長辺方向に延び、
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、を含み、
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６に記載の電池ユニット。
【請求項８】
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７に記載の電池ユニット。
【請求項９】
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７に記載の電池ユニット。
【請求項１０】
前記固定部材は、前記端子挿入部を充填するものであって、前記陥没部を備える第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、を含むことを特徴とする、請求項６に記載の電池ユニット。
【請求項１１】
前記端子部材は、正極端子部材及び負極端子部材を含み、
前記正極端子部材及び前記負極端子部材は、異種の金属で形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項１２】
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１１に記載の電池ユニット。
【請求項１３】
前記正極端子部材及び前記負極端子部材のうちいずれか一つの端子部の上面には、前記正極端子部材及び前記負極端子部材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い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１４】
請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の複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相互連結するバスバーと、を含む電池モジュール。
【請求項１５】
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１４に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記端子部材は、正極端子部材及び負極端子部材を含み、
前記正極端子部材及び前記負極端子部材は、異種の金属で形成されることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
前記バスバーは、前記正極端子部材及び前記負極端子部材のうちいずれか一つと同じ金属で形成されることを特徴とする、請求項１６に記載の電池モジュール。
【請求項１８】
前記正極端子部材及び前記負極端子部材のうち、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は、前記バスバー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１７に記載の電池モジュール。
【請求項１９】
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、前記バスバーは、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は、アルミニウムからなる溶接層が設けられていることを特徴とする、請求項１８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、充電が不能な一次電池とは異なり、充放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、無停電電源供給装置（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（Ｂｕｓｂａｒ）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、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高まる。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】
本発明が解決しようとする課題は、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電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電極組立体が収容され、開口が設けられたケースと、前記開口を覆うものであって、上下方向に貫通した端子挿入部が設けられたキャッププレートと、前記端子挿入部を通じて前記ケース内部に挿入されて、前記電極組立体を前記ケース外部に電気的に露出させる端子部材と、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ものであって、前記端子部材が前記端子挿入部に挿入された状態で、プラスチック樹脂を前記端子挿入部に射出するインサート射出方式によって形成される固定部材と、を含み、前記固定部材は、前記固定部材の上面から下方に陥没して、前記固定部材の下部壁の厚さを減らす陥没部を備える、電池ユニットが提供される。
【０００６】
前記固定部材は、前記下部壁と、前記下部壁から上方に延びて、前記端子挿入部の端部に結合される側壁と、を含んでもよい。
【０００７】
前記側壁は、前記キャッププレートの上面を越えて上方に延びてもよい。
【０００８】
前記固定部材は、前記側壁から前記端子挿入部の端部を越えて外側に延び、前記キャッププレートの上面に支持される延長部をさらに備えてもよい。
【０００９】
前記端子部材は、前記電極組立体に電気的に接続される集電部と、前記キャッププレートの外部に露出される端子部と、前記集電部と前記端子部とを連結する連結部と、を備えてもよい。
【００１０】
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もよい。
【００１１】
前記端子部は、前記キャッププレートの長辺方向に延び、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、を含み、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てもよい。
【００１２】
前記第２折曲部は、部分的に前記固定部材に埋め込まれてもよい。
【００１３】
前記第２折曲部は、全体的に前記固定部材に埋め込まれてもよい。
【００１４】
前記固定部材は、前記端子挿入部を充填するものであって、前記陥没部を備える第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、を含んでもよい。
【００１５】
前記端子部材は、正極端子部材及び負極端子部材を含み、前記正極端子部材及び前記負極端子部材は、異種の金属で形成されてもよい。
【００１６】
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、銅で形成されてもよい。
【００１７】
前記正極端子部材及び前記負極端子部材のうちいずれか一つの端子部の上面には、前記正極端子部材及び前記負極端子部材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。
【００１８】
本発明の一実施形態による電池モジュールは、上述した複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相互連結するバスバーと、を含んでもよい。
【００１９】
前記バスバーは、前記端子部に溶接されてもよい。
【００２０】
前記端子部材は、正極端子部材及び負極端子部材を含み、前記正極端子部材及び前記負極端子部材は、異種の金属で形成されてもよい。
【００２１】
前記バスバーは、前記正極端子部材及び前記負極端子部材のうちいずれか一つと同じ金属で形成されてもよい。
【００２２】
前記正極端子部材及び前記負極端子部材のうち、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は、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。
【００２３】
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、前記バスバーは、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は、アルミニウムからなる溶接層が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、電池ユニットおよび電池モジュールにおける電極端子の組立性を改善し、製造コストを節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に関す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７】固定部材の一実施形態を示す断面図である。
【図８】固定部材の一実施形態を示す断面図である。
【図９Ａ】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９Ｂ】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９Ｃ】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１０】本発明の一実施形態に関する電池モジュールの斜視図である。
【図１１】端子部材の他の実施形態の斜視図である。
【図１２】固定部材の一実施形態を示す断面図である。
【図１３】固定部材の一実施形態を示す断面図である。
【図１４】固定部材の一実施形態を示す断面図である。
【図１５】固定部材の一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に関する電池ユニット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の一例を示した斜視図である。
【００２８】
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の上端を閉鎖するキャップ組立体３０と、を含む。
【００２９】
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。この時、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。
【００３０】
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（Ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）状に巻き取られる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。この状態で、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３１０には、ケース２０の内部圧力が設定ポイントを超えれば、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ベント３２が設けられる。また、キャッププレート３１０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（Ｓｅａｌｉｎｇ）栓３４によって電解液注入口３３が閉鎖される。
【００３４】
端子部材３２０，３３０は、それぞれ正極端子部材及び負極端子部材である。正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０は、それぞれ電極組立体１０の正極無地層１１ｃ及び負極無地層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の正極無地層１１ｃ及び負極無地層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及び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。
【００３５】
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、または互いに対称である。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。
【００３６】
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及び正極端子部３２１は、キャッププレート３１０の上面３１２と並んで延びる。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。
【００３７】
負極端子部材３３０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の厚さ方向（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、電極組立体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３３４ｃ及び負極無地部１２ｃとの接触面積が可能な限り広く決定される。したがって、負極集電部３３４及び負極無地部１２ｃとの接触面積を大きく確保して、接触抵抗の低減に有利である。
【００３８】
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の同じ側面に接続される配置形態である。
【００３９】
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とが互いに背面を向けて配される。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、長辺方向に互いに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及び負極端子部３３１が同じ方向に向かって配される。その場合、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０の形状は、同一である。
【００４０】
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の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及び負極端子部材３３０の形状は、同一である。図６Ｃ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の形状は、長辺方向に対称である。
【００４１】
正極端子部材３２０の形状が負極端子部材３３０と同一である場合、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、第２方向に延びた正極集電部３２４、及び正極端子部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を備える。正極連結部３２５は、正極端子部３２１の第３方向の端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。そ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して、接触抵抗の低減に有利である。
【００４２】
正極端子部材３２０の形状が負極端子部材３３０の形状と対称である場合、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。
【００４３】
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。この状態で、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。それにより、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。
【００４４】
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）、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などの汎用プラスチック；ポリアセタール（Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ＰＰＯ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｏｘｉｄｅ）、ＰＰＥ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ）、Ｐａｍ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、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、ＰＳＦ（Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＥＩ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ＰＥＳ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＡＲ（Ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの高性能エンジニアリングプラスチック；ＰＡＩ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ）、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にガラスファイバ（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ）を４０％添加した樹脂で形成される。
【００４５】
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み、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を形成する樹脂が充填される。それにより、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。そ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及びキャッププレート３１０との結合強度を向上させる。
【００４６】
固定部材３４０，３５０は、正極端子部材３２０及び負極端子部材３３０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。インサート射出整形方式の一例は、図９Ａ〜図９Ｃを参照して後述する。
【００４７】
図７は、図２の“Ｂ”部の詳細図である。図７を参照すれば、固定部材３５０は、その上面３５０ａから下方に陥没した陥没部３５０ｄを備える。陥没部３５０ｄは、上面３５０ａから下方に段差がついた段差面３５０ｂと、段差面３５０ｂと上面３５０ｃとの境界を形成する内側面３５０ｃと、によって定義される。端子挿入部３６の端３６ａとの境界を形成する外側面３５０ｅ及び内側面３５０ｃと、上面３５０ａとによって、段差面３５０ｂから上方に延びた側壁３５０ｆ、が定義される。それにより、固定部材３５０は、下部壁３５０ｇから上方に延びた側壁３５０ｆを備え、側壁３５０ｆと下部壁３５０ｇとの間に陥没部３５０ｄが形成された“Ｕ”字状の部材となる。側壁３５０ｆは、端子挿入部３６の端部３６ａに結合される。第２負極折曲部３３３は、下部壁３５０ｇに部分的に、または全体的に埋め込まれる。
【００４８】
そのような構成によれば、固定部材３５０の厚さを全体的に薄くて均一にする。そのような均一な厚さは、射出整形後に、固定部材３５０が冷える過程で発生する固定部材３５０の変形減少に有利である。例えば、陥没部３５０ｄが形成されていない状態では、厚さがＴ１であり、比較的厚い。その場合、射出後、固定部材３５０が冷える過程で、図７に一点鎖線で表示されたように、中央部が、端部に比べて、遅く冷えながら収縮し、端部が中央に向かって引っ張られる。それにより、端部が部分的に端子挿入部３６から浮き上がりながら、端子部材３３０が傾き、端子部材３３０とキャッププレート３１０との結合強度が低下する。また、端子挿入部３６と固定部材３５０との間に隙間が生じる。図７に示された固定部材３５０によれば、陥没部３５０ｄを形成することによって、固定部材３５０の厚さが、Ｔ２と表示されたように、全体的に薄くなりながら均一になるので、射出後の変形及びそれにより発生する問題点を解決できる。同様に、固定部材３４０は、その上面３４０ａから下方に陥没した陥没部３４０ｄを備える。陥没部３４０ｄは、上面３４０ａから下方に段差がついた段差面３４０ｂと、段差面３４０ｂと上面３４０ｃとの境界をなす内側面３４０ｃによって定義される。端子挿入部３５の端部３５ａとの境界をなす外側面３４０ｅ及び内側面３４０ｃと、上面３４０ａとによって、段差面３４０ｂから上方に延びた側壁３４０ｆが定義される。それにより、固定部材３４０は、下部壁３４０ｇから上方に延びた側壁３４０ｆを備え、側壁３４０ｆと下部壁３４０ｇとの間に陥没部３５０ｄが形成された“Ｕ”字状の部材となる。側壁３４０ｆは、端子挿入部３５の端部３５ａに結合される。第２正極折曲部３２３は、下部壁３４０ｇに部分的にまたは全体的に埋め込まれる。
【００４９】
図７に示された固定部材３４０，３５０は、上面３４０ａ３５０ａがキャッププレート３１０の上面３１２と同じ面である。図８に示したように、側壁３４０ｆ，３５０ｆがキャッププレート３１０の上面３１２を越えて上側に延びて、上面３４０ａ，３５０ａがキャッププレート３１０の上面３１２より上側に位置する。そのように、上面３４０ａ，３５０ａを上方に延ばすことによって、端子部材３２０，３３０、詳細には、第１折曲部３２２，３３２と固定部材３４０，３５０との接触面積を拡大させて、結合強度を向上させる。陥没部３４０ｄ，３５０ｄは、そのように、側壁３４０ｆ，３５０ｆを上方に延ばす時に、下部壁３４０ｇ，３５０ｇの厚さを過度に厚くしないことによって、固定部材３４０，３５０の射出後の変形を防止する作用を行う。
【００５０】
図９Ａ〜図９Ｃ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。
【００５１】
図９Ａ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及び負極集電部３３４をそれぞれ支持する支持溝１００２ａ，１００２ｂが設けられる。正極集電部３２４及び負極集電部３３４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によって充填されねばならない。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／離隔する時には、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、またはそれから逃避する。
【００５２】
図９Ｂ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が定義される。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。
【００５３】
次いで、図９Ｃ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。
【００５４】
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に対する正極集電部３２４の結合と、負極無地部１２ｃに対する負極集電部３３４の結合とは、例えば、超音波溶接によって行われる。
【００５５】
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を防ぐことによって、電池ユニット１の製造が完了する。
【００５６】
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な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（複数）の電池ユニット１の組合わせによって、電池モジュール２（図１０）を形成する時に、隣接する電池ユニット１の端子部３２１，３３１を容易に連結する。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確保に有利である。
【００５７】
また、陥没部３４０ｄ，３５０ｄを備える固定部材３４０，３５０を採用することによって、射出後変形による端子部材３２０，３３０の位置整列不良、端子部材３２０，３３０とキャッププレート３１０との結合強度の低下、端子挿入部３５，３６と固定部材３４０，３５０との隙間の発生のような問題を解消する。
【００５８】
図１０は、本発明の一実施形態に関する電池モジュールの斜視図である。図１０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。
【００５９】
隣接する電池ユニット１の正極端子部３２１及び負極端子部３３１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が電気的に互いに連結される。例えば、図９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なるように配される。バスバー４００は、例えば、端子部３２１，３３１に溶接方式によって結合される。図面に示していないが、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を並列に連結する。
【００６０】
バスバー４００は、導電性に優れた金属素材で形成されるが、均一な組成を有する均質の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と同種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、同種金属間の溶接が行われる。同種金属は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）である。
【００６１】
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る。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、異種金属間の結合が形成される。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種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のうち他の一つとの間には、異種金属間の結合が形成される。
【００６２】
例えば、アルミニウム（Ａｌ）−アルミニウム（Ａｌ）同士、または銅（Ｃｕ）−銅（Ｃｕ）同士の同種金属間には、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（Ａｌ）−銅（Ｃｕ）のような異種金属間に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。異種金属間には、レーザ溶接を代替して摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）が行われる。摩擦撹拌溶接は、高速回転しながら、母材の内部に挿入される溶接ツール（図示せず）を利用する。溶接ツールと母材との摩擦熱によって、溶接ツール周辺の母材が軟化し、回転される溶接ツールの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。摩擦撹拌溶接を通じて、溶接性が劣る異種金属間にも十分な溶接強度が得られる。
【００６３】
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（Ａｌ）で形成され、負極端子部３３１は、電気化学的に正極に適した銅（Ｃｕ）で形成され、バスバー４００は、アルミニウム（Ａｌ）で形成される。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、摩擦撹拌溶接によって行われる。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。もちろん、その場合にも、正極端子部３２１及び負極端子部３３１が、いずれも摩擦撹拌溶接によってバスバー４００と結合されてもよい。
【００６４】
図１１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が異種金属で形成され、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種の金属で形成される場合、正極端子部３２１及び負極端子部３３１のうち他の一つには、バスバー４００と同種の金属からなる溶接層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（Ａｌ）、負極端子部３３１は、電気化学的に正極に適した銅（Ｃｕ）、バスバー４００は、アルミニウム（Ａｌ）で形成された場合、負極端子部材３３０の上面には、バスバー４００と同じアルミニウム（Ａｌ）からなる溶接層３３６が設けられる。もちろん、バスバー４００が銅（Ｃｕ）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（Ｃｕ）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、摩擦撹拌溶接のような方式によって形成される。その場合、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，Ｇ２（図２）は、相異なる。そ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との結合である同種金属間の結合となるので、レーザ溶接によっても十分な溶接強度を確保する。
【００６５】
図１２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固定部材３４０，３５０の他の実施形態を示した断面図である。図１２を参照すれば、固定部材３４０，３５０の側壁３４０ｆ，３５０ｆは、キャッププレート３１０の上面３１２を越えて上方に延びる。また、延長部３４０ｈ，３５０ｈは、側壁３４０ｆ，３５０ｆから端子挿入部３５，３６の端部３５ａ，３６ａを越えて外側に延び、キャッププレート３１０の上面３１２に支持される。そ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。すなわち、延長部３４０ｈ，３５０ｈが、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。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、溶接ツールによって、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、延長部３４０ｈ，３５０ｈがキャッププレート３１０の上面３１２に支持されるので、固定部材３４０，３５０が、端子挿入部３５，３６から離脱する可能性を低減させる。また、延長部３４０ｈ，３５０ｈが、端子挿入部３５，３６の端部３５ａ３６ａを越えて延びるので、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３２４，３２５、ケース２０などの腐食を招く可能性を減らせる。
【００６６】
図１３、図１４、及び図１５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固定部材３４０，３５０の他の実施形態を示した断面図である。図１３、図１４、及び図１５に示された固定部材３４０，３５０は、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との間隔Ｇ１，Ｇ２まで樹脂が充填されたという点で、図７、図８、及び図１２に示された実施形態と差がある。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との間隔Ｇ１，Ｇ２を充填する第２固定部３４２，３５２と、を備える。第１固定部３４１，３５１は、図７、図８、及び図９に示された固定部材３４０，３５０の形態と同一である。
【００６７】
図１３、図１４、及び図１５に示された固定部材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９Ａ〜図９Ｃに示された射出金型で、スライドコア１０３，１０４を適用しないことによって、図１３、図１４、及び図１５に示された固定部材３４０，３５０を形成する。
【００６８】
そ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。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。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、溶接ツールによって、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減らせる。
【００６９】
溶接過程で、正極端子部３２１及び負極端子部３３１に伝達される熱を、第２固定部３４２，３５２を通じて分散させる。
【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。それにより、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との電気的絶縁性を向上させる。
【００７１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
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】
【００７３】
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        安全ベント
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】
2014203824.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
2014203824.tif 000018
【図１１】
2014203824.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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