(57)【要約】  本発明によるソルダリングコネクターは、複数の単位セルの間を電気的に連結するものであって、錫（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を含有する鉛フリー合金からなる。本発明によれば、二次電池の誤作動による過熱時、相対的に低い温度及び電流範囲でバッテリーモジュールをなす単位セル間の電気的連結が迅速に遮断されることで、二次電池の使用上の安全性が確保できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セルの間を電気的に連結するソルダリングコネクターであって、
錫（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を含有する鉛フリー合金からなることを特徴とするソルダリングコネクター。
【請求項２】
１００℃〜２５０℃の融点を有することを特徴とする請求項１に記載のソルダリングコネクター。
【請求項３】
上記錫の含量は８０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％であり、上記銅の含量は０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載のソルダリングコネクター。
【請求項４】
ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）の中で選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のソルダリングコネクター。
【請求項５】
上記追加金属の含量は、０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項４に記載のソルダリングコネクター。
【請求項６】
直列、並列、または直列と並列とが混合された形態の中で何れか１つの形態で連結される複数の単位セルと、
上記複数の単位セルの中で少なくとも何れか一対の単位セルの間を連結するものであって、錫（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を含有する鉛フリー合金からなるソルダリングコネクターとを含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
【請求項７】
上記単位セルそれぞれは、一対の電極リードを備えることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
上記一対の電極リードは、
銅またはニッケルがコーティングされた銅材質からなる負極リードと、
アルミニウム材質からなる正極リードとを含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
上記複数の単位セルの中で選択された第１単位セルの電極リードのうち何れか１つと、上記第１単位セルに隣接した第２単位セルの電極リードのうち何れか１つとは、互いに直接連結されるか、上記ソルダリングコネクターによって連結されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
１００℃〜２５０℃の融点を有することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
上記錫の含量は８０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％であり、上記銅の含量は０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）の中で選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１３】
上記追加金属の含量は、０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１４】
上記ソルダリングコネクターと電極リードとの結合及び上記電極リードと電極リードとの結合は、超音波溶接またはレーザー溶接によることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１５】
請求項６ないし請求項１４のうち何れか１項に記載のバッテリーモジュールが、直列、並列、または直列と並列とが混合された形態で複数個連結され具現されるバッテリーパック。
【請求項１６】
パワーツール；電気自動車、ハイブリッド電気自動車、及びプラグインハイブリッド電気自動車を含む電気自動車；電気トラック；または電力貯蔵装置の電源として使用されることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池技術に関するものであって、詳しくは、二次電池の使用上の安全性を向上させるソルダリングコネクター、これを含むバッテリーモジュール、及びバッテリーパックに関する。
【０００２】
本出願は、２０１１年６月１７日出願の韓国特許出願第１０‐２０１１‐００５９２５４号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【０００３】
本出願は、２０１２年６月１８日出願の韓国特許出願第１０‐２０１２‐００６５０９４号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００４】
ビデオカメラ、携帯電話、携帯用ＰＣなどの携帯用電気製品の使用が活性化されるにつれて、その駆動電源として主に使われる二次電池の重要性が高まっている。
【０００５】
通常、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ラップトップパソコン、パワーツール、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車、大容量電力貯蔵装置など先端分野において活発な研究が行われている。
【０００６】
特に、リチウム二次電池は、既存の鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐水素電池、ニッケル‐亜鉛電池など、他の二次電池と比べて、単位重量当たりのエネルギー密度が高く、急速充電が可能であることから、その使用が増加しつつある。
【０００７】
リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であって、携帯用電子機器の電源として使用されるか、複数の電池を直列または並列で連結して高出力の電気自動車、ハイブリッド自動車、パワーツール、電気自転車、電力貯蔵装置、ＵＰＳなどに使われる。
【０００８】
リチウム二次電池は、ニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐メタルハイドライド電池に比べて作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりのエネルギー密度の特性も優れていることから、その使用が急速に増加している成り行きである。
【０００９】
リチウム二次電池は、電解質の種類によって、液体電解質を使用するリチウムイオン電池と、高分子固体電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。そして、リチウムイオンポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、電解液がまったく含有されていない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、電解液を含有しているゲル型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。
【００１０】
液体電解質を使用するリチウムイオン電池の場合、円筒や角型の金属缶を容器として溶接密封させた形態で使用される。このような金属缶を容器として使用する缶型二次電池は、形態が固定されるので、これを電源として使用する電気製品のデザインを制約する短所があり、体積を減らし難い。したがって、電極組立体と電解質とをフィルムで作ったポーチ包装材に入れ、密封して使用するポーチ型二次電池が開発され使用されている。
【００１１】
ところが、リチウム二次電池は、過熱される場合、爆発の危険性があるため安全性を確保することが重要な課題の一つである。リチウム二次電池の過熱は、様々な原因から発生するが、その一つとして、リチウム二次電池を通じて限界以上の過電流が流れる場合が挙げられる。過電流が流れれば、リチウム二次電池がジュール熱によって発熱するので、電池の内部温度が急速に上昇する。また、温度の急速な上昇は、電解液の分解反応を引き起こして熱暴走現象（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｕｎｎｉｎｇ）を起こすことで、結局電池の爆発に繋がるようになる。過電流は、尖った金属物体がリチウム二次電池を貫通するか、正極と負極との間に介在されたセパレータの収縮によって正極と負極との間の絶縁が破壊されるか、外部に連結された充電回路や負荷の異常によって突入電流（ｒｕｓｈ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が電池に印加される場合などに発生する。
【００１２】
したがって、リチウム二次電池は、過電流の発生のような異常状況から電池を保護するために、保護回路が結合されて使用され、上記保護回路には、過電流が発生したとき、充電または放電電流が流れる線路を非可逆的に断線させるヒューズ素子が含まれることが一般的である。
【００１３】
図１は、リチウム二次電池を含むバッテリーパックと結合される保護回路の構成の中で、ヒューズ素子の配置構造及び動作メカニズムを説明するための回路図である。
【００１４】
図面に示すように、保護回路は、過電流の発生時、バッテリーパックを保護するために、ヒューズ素子１、過電流をセンシングするためのセンス抵抗２、過電流の発生をモニターして過電流の発生時にヒューズ素子１を動作させるマイクロコントローラー３、及び上記ヒューズ素子１に動作電流の流入をスイッチングするスイッチ４を含む。
【００１５】
ヒューズ素子１は、バッテリーパックの最外側端子に連結された主線路に設けられる。主線路とは、充電電流または放電電流が流れる配線をいう。図面には、ヒューズ素子１が高電位線路（Ｐａｃｋ＋）に設けられたことが図示されている。
【００１６】
ヒューズ素子１は、３端子素子の部品であって、２つの端子は充電または放電電流が流れる主線路に、１つの端子はスイッチ４と接続される。そして、内部には、主線路と直列連結され、特定の温度で融断がなされるヒューズ１ａと、上記ヒューズ１ａに熱を印加する抵抗１ｂが含まれている。
【００１７】
上記マイクロコントローラー３は、センス抵抗２の両端の電圧を周期的に検出して過電流の発生可否をモニターし、過電流が発生したと判断されれば、スイッチ４をターンオンさせる。そうすると、主線路に流れる電流がヒューズ素子１側にバイパスされて抵抗１ｂに印加される。これによって、抵抗１ｂで発生したジュール熱がヒューズ１ａに伝導されてヒューズ１ａの温度を上昇させ、ヒューズ１ａの温度が融断温度まで上がれば、ヒューズ１ａが融断されることで、主線路が非可逆的に断線される。主線路が断線されれば、過電流が流れなくなるので、過電流から起因する問題が解消できる。
【００１８】
ところが、上述のような従来技術は、様々な問題点を抱えている。すなわち、マイクロコントローラー３で故障が起きれば、過電流が発生した状況でもスイッチ４がターンオンされない。このような場合、ヒューズ素子１の抵抗１ｂに電流が流入しないので、ヒューズ素子１が動作しないという問題がある。また、保護回路内にヒューズ素子１を配置するための空間が別途で必要であり、ヒューズ素子１の動作を制御するためのプログラムアルゴリズムがマイクロコントローラー３に必ず搭載されなければならない。したがって、保護回路の空間効率性が低下し、マイクロコントローラー３の負荷を増加させるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上述のような問題点を考慮して創案されたものであって、バッテリーモジュールなどの二次電池の使用過程で異常現象が発生して温度が上昇する場合、単位セル間の電気的連結が容易に遮断されるようにすることで、安全性が確保できるソルダリングコネクター、これを含むバッテリーモジュール、及びバッテリーパックを提供することにその目的がある。
【００２０】
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は上記で言及した課題に制限されず、言及していない他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した技術的課題を解決するための本発明によるソルダリングコネクターは、複数の単位セルの間を電気的に連結するものであって、錫（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を含有する鉛フリー合金からなる。
【００２２】
本発明において、上記ソルダリングコネクターは、１００℃〜２５０℃の融点を有し得る。
【００２３】
望ましくは、上記錫の含量は８０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％であり、上記銅の含量は０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であり得る。
【００２４】
選択的に、上記ソルダリングコネクターは、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）の中で選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含み得る。
【００２５】
望ましくは、上記追加金属の含量は、０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であり得る。
【００２６】
上記技術的課題を解決するための本発明によるバッテリーモジュールは、直列、並列、または直列と並列とが混合された形態の中で何れか１つの形態で連結される複数の単位セルと、上記複数の単位セルの中で少なくとも何れか一対の単位セルの間を連結するものであって、錫（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を含有する鉛フリー合金からなるソルダリングコネクターとを含む。
【００２７】
上記単位セルそれぞれは、一対の電極リードを備え得、上記一対の電極リードは、銅またはニッケルがコーティングされた銅材質からなる負極リードと、アルミニウム材質からなる正極リードとを含み得る。
【００２８】
本発明において、上記複数の単位セルの中で選択された第１単位セルの電極リードのうち何れか１つと、上記第１単位セルに隣接した第２単位セルの電極リードのうち何れか１つとは、互いに直接連結されるか、上記ソルダリングコネクターによって連結され得る。
【００２９】
上記ソルダリングコネクターは、１００℃〜２５０℃の融点を有し得る。
【００３０】
望ましくは、上記錫の含量は８０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％であり、上記銅の含量は０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であり得る。
【００３１】
選択的に、上記ソルダリングコネクターは、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）の中で選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含み得る。
【００３２】
望ましくは、上記追加金属の含量は、０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であり得る。
【００３３】
上記ソルダリングコネクターと電極リードとの結合及び上記電極リードと電極リードとの結合は、超音波溶接またはレーザー溶接によってなされ得る。
【００３４】
一方、上記技術的課題を解決するための本発明によるバッテリーパックは、上記バッテリーモジュールが、直列、並列、または直列と並列とが混合された形態で複数個連結され具現され得る。
【００３５】
このとき、上記バッテリーパックは、パワーツール（ｐｏｗｅｒ  ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ‐ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気自動車；電気トラック；または電力貯蔵装置の電源として使用し得る。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、二次電池の誤作動による過熱時、相対的に低い温度及び電流範囲でバッテリーモジュールをなす単位セル間の電気的連結が迅速に遮断されることで、二次電池の使用上の安全性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
【図１】バッテリーモジュールと結合される保護回路の構成の中で、ヒューズ素子の配置構造及び動作メカニズムを説明するための回路図である。
【図２】本発明の実施例によるソルダリングコネクターが適用されたバッテリーセルを示す平面図である。
【図３】図２のＡ領域を示す部分拡大図である。
【図４】図３に示したソルダリングコネクターの変形例を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の実施例によるバッテリーモジュールを示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例によるバッテリーパックを示す斜視図である。
【図７】本発明による短絡テストから得られた時間ごとの電流測定値を示すグラフである。
【図８】本発明による短絡テストから得られた時間ごとの温度測定値を示すグラフである。
【図９】本発明による引っ張り強度評価テストから得られた銅の含量ごとの引っ張り強度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００３９】
図２は本発明の実施例によるソルダリングコネクターが適用されたバッテリーセルを示す平面図であり、図３は図２のＡ領域を拡大した部分拡大図であり、図４は図３に示したソルダリングコネクターの変形例を示す部分拡大図である。
【００４０】
図２を参照すれば、本発明の実施例によるソルダリングコネクター１０は、電気的に連結されてバッテリーセル３０をなす複数の単位セル２０の中で少なくとも何れか一対の単位セル２０それぞれに備えられた電極リード２１、２２の間に連結される。この場合、上記ソルダリングコネクター１０と電極リード２１、２２との結合は、当該技術分野で知られた多様な方法を利用してなされ得、例えば、超音波溶接またはレーザー溶接などによってなされ得る。図２においては、電極リード２１、２２間のすべての電気的連結がソルダリングコネクター１０によってなされた場合のみを示しているが、本発明がこれに限定されるのではない。すなわち、上記電極リード２１、２２のうち、一部のみがソルダリングコネクター１０によって連結され、残りは電極リード２１、２２の相互間に直接結合され得ることは言うまでもない。
【００４１】
上記電極リード２１、２２のうち、正極リード２１はアルミニウム（Ａｌ）材質から成り得、負極リード２２は銅（Ｃｕ）材質またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質からなり得、ソルダリングコネクター１０は、このような電極リード２１、２２よりも低い融点を有する材質からなる。
【００４２】
したがって、上記ソルダリングコネクター１０は、複数の単位セル１０が、直列、並列、または直列と並列とが混合された形態で連結されてなるバッテリーセル３０に過電流が流れる場合、迅速に溶融されることで、電流の一部または全部を遮断することができる。
【００４３】
具体的に、上記ソルダリングコネクター１０は、錫（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を含有し、環境及び人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含有しない、環境にやさしい合金素材からなるものであって、構成成分の含量比によって約１００〜２５０℃の融点を有する。
【００４４】
上記ソルダリングコネクター１０の融点範囲は、遮断しようとする過電流のレベルを考慮して設定したものである。上記ソルダリングコネクター１０の融点が１００℃よりも低ければ、正常な電流が流れる場合にもソルダリングコネクター１０が溶融される恐れがある。一例として、上記ソルダリングコネクター１０が適用された二次電池が自動車用として使用される場合、急速充／放電電流によってソルダリングコネクター１０が溶融される問題が発生し得る。また、上記ソルダリングコネクター１０の融点が２５０℃よりも高ければ、過電流が発生してもソルダリングコネクター１０が迅速に溶融されないため、過電流の効果的な遮断が難しいという問題がある。
【００４５】
上記ソルダリングコネクター１０の構成成分の中で、錫は、ソルダリングコネクター１０の融点と引っ張り強度特性とに影響を及ぼす。上記ソルダリングコネクター１０が１００〜２５０℃の融点を有しながらも良好な引っ張り強度特性を有するように、錫の含量は、８０〜９９．９ｗｔ％、望ましくは、９２〜９６ｗｔ％の範囲で調節する。上記銅は、ソルダリングコネクター１０の電気伝導度を向上させる機能を果たし、このような機能を勘案して、銅の含量は、０．０１〜２０ｗｔ％、望ましくは、４〜８ｗｔ％の範囲で調節する。ここで、上記ｗｔ％は、ソルダリングコネクター１０を構成する物質全体の重量を基準にした単位であって、以下同一である。
【００４６】
上述のように錫と銅との含量を調節すれば、ソルダリングコネクター１０の引っ張り強度を良好にすることができるだけでなく、ソルダリングコネクター１０による抵抗の増加を数％以内に低く抑制できる。
【００４７】
上記ソルダリングコネクター１０は、より向上した物性を有するために、錫と銅以外に、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などのように、電気伝導度の良い金属を追加合金成分としてさらに含み得る。上記追加合金成分の含量は、ソルダリングコネクター１０をなす物質の全体重量に対して０．０１〜１０ｗｔ％であることが望ましい。
【００４８】
一方、図３及び図４を参照すれば、上記ソルダリングコネクター１０は、「−」形状または「コ」形状など多様な形状を有し得る。
【００４９】
すなわち、上記ソルダリングコネクター１０は、電極リード２１、２２と結合する一対の結合部１１と、結合部１１間を連結する連結部１２との間が折り曲げられることで、全体的に略「コ」形状を有し得る（図３参照）。
【００５０】
また、上記ソルダリングコネクター１０は、結合部１１と、連結部１２との間が直線で延長されることで、全体的に略「−」形状を有し得る。この場合、上記電極リード２１、２２は、その端部が電極リード２１、２２の延長方向と略垂直方向に折り曲げられた形状を有し、上記端部がソルダリングコネクター１０の結合部１１と結合される構造を有し得る。
【００５１】
但し、図３及び図４に示されたソルダリングコネクター１０の形状は例示に過ぎず、これによってソルダリングコネクター１０の形状が限定されるのではない。すなわち、電極リード２１、２２との位置関係及び電極リード２１、２２の形状などによってソルダリングコネクター１０の形状は変わり得る。
【００５２】
図５は、本発明の実施例によるバッテリーモジュールを示す斜視図である。
【００５３】
図５を参照すれば、本発明の実施例によるバッテリーモジュール（Ｍ）は、バッテリーセル３０、バスバー４０、外装ケース５０、及び外部端子６０を含む。
【００５４】
上記バッテリーセル３０は、前述のように、複数の単位セル２０を電気的に連結し、本発明の実施例によるソルダリングコネクター１０が適用されたものである。
【００５５】
上記バスバー４０は、バッテリーセル３０の一側及び他側の最外郭に位置する電極リード２１、２２とそれぞれ連結されることで、バッテリーセル３０と電気的に連結される。
【００５６】
上記バスバー４０と連結された状態のバッテリーセル３０は、バスバー４０が外装ケース５０の外側に位置するように外装ケース５０内に収容され、バスバー４０は、外装ケース５０に設けられた外部端子６０と連結されることで、バッテリーセル３０と外部端子６０との間を電気的に連結する。
【００５７】
図６は、本発明の実施例によるバッテリーパックを示す斜視図である。
【００５８】
図６を参照すれば、本発明の実施例によるバッテリーパック（Ｐ）は、複数個のバッテリーモジュール（Ｍ）が、コネックティングバー７０によって直列、並列、または直列と並列とが混合された形態で連結されることで得られる。
【００５９】
このようなバッテリーパック（Ｐ）は、パワーツール；電気自動車、ハイブリッド電気自動車、及びプラグインハイブリッド電気自動車を含む電気自動車；電気トラック；または電力貯蔵装置の電源など多様な用途として使用し得る。
【００６０】
上述のように、本発明の実施例によるソルダリングコネクター１０は、電極リード２１、２２よりも融点の低い材質からなることから、バッテリーモジュール（Ｍ）及びバッテリーパック（Ｐ）を使用するにおいて、過充電や短絡などによる過電流の発生時、迅速に破断されることで、電流の一部または全部が遮断できる。したがって、上記ソルダリングコネクター１０は、バッテリーモジュール（Ｍ）またはバッテリーパック（Ｐ）などの二次電池を使用するにおいて、安全性を確かにする。
【００６１】
また、上記ソルダリングコネクター１０は、電極リード２１、２２との接合特性に非常に優れているだけでなく、二次電池内における抵抗の増加を数％以内に低く抑制できる。
【００６２】
［実施例］
以下、本発明の理解を助けるための実験例を開示する。しかし、以下の実験例は、本発明をより理解しやすくするために提供されるものであって、このような実験例によって本発明の範囲が限定されるのではない。
【００６３】
実施例１
ソルダリングコネクターをなす金属合金は、（株）Ｅｃｏｊｏｉｎより購入して使用し、金属合金は、錫９６％及び銅４％を含む。
【００６４】
ＰＨＥＶ／ＥＶ用電池に使用される単位セル８つをそれぞれ用意し、１番〜８番の単位セルを順次直列で連結してバッテリーモジュールを製造した。このとき、互いに隣接する負極リードと正極リードとの間が電気的に連結されるようにレーザー溶接を実施した。この中で、４番単位セルの正極リードと、４番単位セルに隣接した５番単位セルの負極リードとを連結するために、上記購入した合金からなるソルダリングコネクター（長さ４０ｍｍの「コ」形状のコネクター）を利用してレーザー溶接を実施した。このとき、レーザー溶接は、負極電極部分が３．５ｋＶ、正極電極部分が２．８ｋＶであるエネルギーの条件の下でなされた。
【００６５】
実施例２
バッテリーモジュールにおいて、２番単位セルの正極リードと、２番単位セルに隣接した３番単位セルの負極リードとを連結するために、上記購入した合金からなるソルダリングコネクターをさらに使用したことを除いては、実施例１と同様にバッテリーモジュールを製造した。
【００６６】
実施例３
バッテリーモジュールにおいて、６番単位セルの正極リードと、６番単位セルに隣接した７番単位セルの負極リードとを連結するために、上記購入した合金からなるソルダリングコネクターをさらに使用したことを除いては、実施例２と同様にバッテリーモジュールを製造した。
【００６７】
実施例４〜６
錫９９．４％、銅０．５％、ニッケル０．１％を含む金属合金を、（株）Ｅｃｏｊｏｉｎより購入して使用したことを除いては、実施例１〜３と同様にバッテリーモジュールを製造した。
【００６８】
比較例
バッテリーモジュールにおいて、上記購入した金属合金からなるソルダリングコネクターをまったく使用しないことを除いては、上記実施例１と同様にバッテリーモジュールを製造した。
【００６９】
実験例１：バッテリーモジュールの過充電実験
本発明によって製造された低溶融点及び高伝導性を有するソルダリングコネクターを利用したバッテリーモジュールの安全性を評価するために、以下のような実験を実施した。
【００７０】
実施例１〜６及び比較例でそれぞれ製造されたバッテリーモジュールを使用し、各バッテリーモジュールを１０Ｖ／１Ａの条件で過充電した後、バッテリーモジュールの状態を以下の表１に示した。
【００７１】
実験の結果、比較例のバッテリーモジュールは、過充電によって電池の温度が急激に上昇し、結局電池の発火及び爆発が発生した。これに対して、低溶融点及び高伝導性を有するソルダリングコネクターを利用した本発明の実施例によるバッテリーモジュールは、安全な状態を示した（表１参照）。このことから、本発明によるバッテリーモジュールは、電池の誤作動による過熱時、上記ソルダリングコネクターによって連結された電極リード間の電気的連結が解除されることで、電気の流れをバッテリーモジュールのレベルで遮断させ、相対的に低い温度及び電流範囲でより速い絶縁現象を発生させ、電気的安全性及び熱的安全性を満たすことが分かる。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
実験例２：バッテリーモジュールの短絡実験
本発明によるソルダリングコネクターの構造がバッテリーモジュールの電極リードに適用されたときの過電流環境における安全性をテストするために短絡実験を実施した。
【００７４】
実施例１及び２のバッテリーモジュールをＳＯＣ１００％まで満充電させた後、正極と負極とを互いに連結して短絡条件を形成した。短絡条件を形成した後、一定の時間間隔で短絡電流の大きさを測定しながら、ソルダリングコネクターと単位セルボディの中央部分で時間の経過につれて温度変化を観察した。短絡電流及び温度に対するモニタリングの結果は、図７及び図８に示した。
【００７５】
図７を参照すれば、実施例１及び２のバッテリーモジュールは共に、短絡条件が形成された直後に短絡電流の大きさが１４６５Ａまで急激に上昇し、短絡電流が流れ始めてから１秒になる前にソルダリングコネクターで破断現象が発生して短絡電流の大きさが０に減少したことが分かる。ソルダリングコネクターが破断されたということは、ソルダリングコネクターをなす合金の温度が溶融温度まで急激に上昇したことを裏付ける。
【００７６】
また、図８を参照すれば、実施例１及び２のバッテリーモジュールは共に短絡電流が急激に増加したにもかかわらず、バッテリーモジュールをなす単位セルの温度は実質的な変化がなく、ソルダリングコネクターの温度は、過電流の発生直後に常温より１８℃程度増加した後１分以内に常温に戻ってきたことが確認できる。
【００７７】
比較例のバッテリーモジュールに対しても、上記と同一の短絡実験を実施した。実験の結果、２分になる前に単位セルの温度が１００℃以上に急激に上昇し、単位セルをなすポーチのシーリング部位が開放されてガスが放出され、ガスが放出された直後には単位セルの温度が６０℃程度に維持されることを確認した。
【００７８】
上記実験結果によれば、実施例１及び２のバッテリーモジュールの場合、短絡電流が発生した途端に、ソルダリングコネクターの破断によって過電流が遮断され、ソルダリングコネクターの破断部位でのみ１００〜２５０℃の局所的な温度上昇がなされるので、過電流の流れが発生しても、バッテリーモジュールをなす単位セルには、実質的な影響がないことが分かる。
【００７９】
したがって、本発明によるソルダリングコネクターをバッテリーモジュールなどの二次電池に適用すれば、過電流の環境の下でリチウム二次電池の安全性を向上させることができる。
【００８０】
実験例３：二次電池用部品の引っ張り強度特性の評価実験
本発明の実施例によるソルダリングコネクターの引っ張り強度特性を評価するための実験を次のように実施した。
【００８１】
まず、本発明の実施例によるソルダリングコネクターと、電極リードをなす金属プレートとの接合強度を測定した。
【００８２】
サンプル１
幅が１ｃｍ、長さが４ｃｍ、厚さが０．５ｍｍである銅板と、幅が１ｃｍ、長さが４ｃｍ、厚さが０．５ｍｍであり、錫と銅との含量がそれぞれ９６重量％及び４重量％である合金からなるソルダリングコネクターとを３ｍｍ重畳させた後、重畳部分の中央に沿ってレーザーでライン溶接を実施してサンプル１を製作した。
【００８３】
サンプル２
幅が１ｃｍ、長さが４ｃｍ、厚さが０．５ｍｍである銅板と、幅が１ｃｍ、長さが４ｃｍ、厚さが０．２ｍｍであるアルミニウム板とを３ｍｍ重畳させた後、重畳部分の中央に沿ってサンプル１と同様にレーザーでライン溶接を実施してサンプル２を製作した。
【００８４】
上述のようにサンプル１及び２を製作した後、ＵＴＭ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）を使用して各サンプルの引っ張り強度を測定した。その結果、サンプル１の引っ張り強度は２３３．２Ｎであり、サンプル２の引っ張り強度は１５０．９Ｎであって、サンプル１の引っ張り強度がサンプル２に比べて５４．５％程度高いことが分かる。したがって、本発明によるソルダリングコネクターに使われる合金成分は、電極リードとの接合特性に非常に優れていることが確認できる。
【００８５】
次いで、錫と銅とを含むソルダリングコネクターにおいて、銅の含量変化による引っ張り強度特性の変化を評価した。このために、銅の含量が４ｗｔ％、６ｗｔ％、８ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％、及び２０ｗｔ％である、相異なる６つのサンプル３〜８を用意した。
【００８６】
サンプル３〜８の厚さ、幅、及び長さは、０．５ｍｍ、１ｃｍ、及び５ｃｍにすべて同一にし、各サンプルの引っ張り強度は、ＵＴＭを使用して測定した。測定結果は、図９に示した。
【００８７】
図９を参照すれば、ソルダリングコネクターをなす合金物質の引っ張り強度は、銅の含量が４〜８ｗｔ％であるとき、高い引っ張り強度特性を示すことが分かる。ところで、サンプル１及び２に対する引っ張り強度測定実験を通じて、銅の含量が４ｗｔ％である合金からなるソルダリングコネクターが、電極リードとの接合特性に優れていることは既に確認された。したがって、銅の含量が４〜８ｗｔ％である合金からなるソルダリングコネクターも、金属プレートとの接合特性に非常に優れることは自明である。また、銅の含量が４ｗｔ％未満であれば、引っ張り強度特性の良い錫の含量が相対的にさらに増加する。したがって、直接測定しなくても、銅の含量が４ｗｔ％未満である場合にも、銅の含量が４〜８ｗｔ％であるときに類似したレベルの引っ張り強度レベルを維持することは自明である。
【００８８】
一方、銅の含量が１０〜２０ｗｔ％に増加すれば、銅の含量が４〜８ｗｔ％である場合に比べて引っ張り強度が若干低下することが確認できる。しかし、引っ張り強度の減少量が大きくないので、銅の含量が１０〜２０ｗｔ％である合金の場合にも、本発明によるソルダリングコネクターに適用するに十分な引っ張り強度特性を有するということは自明である。
【００８９】
以上のように、本発明は、限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９０】
１  ヒューズ素子
１ａ  ヒューズ
１ｂ  抵抗
２  センス抵抗
３  マイクロコントローラー
４  スイッチ
１０  ソルダリングコネクター
１１  結合部
１２  連結部
２０  単位セル
２１、２２  電極リード
３０  バッテリーセル
４０  バスバー
５０  外装ケース
６０  外部端子
７０  コネックティングバー
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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