JP2004031062A - 組電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を短時間で容易に相互接続することのできる組電池の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の蓄電池間を接続導体で接続する組電池の製造方法において、少なくとも２個の蓄電池と接続導体とを対向配置させる第１の工程と、前記対向配置された少なくとも２個の蓄電池と接続導体とを同時に接続する第２の工程とを備えたことを特徴とする、組電池の製造方法。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の蓄電池は、単電池で使用されるよりも複数の単セルや単電池を直列や並列に接続して使用されることが多い。例えば自動車用の鉛蓄電池では６つのセルを１つの電槽に収納したモノブロック電池が一般に使用され、ノートパソコン用のリチウムイオン電池などでは単電池を直列接続（例えば２個直列）したものを複数組並列接続（例えば３組並列）したパック電池が一般に使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
蓄電池に求められる規格が高電圧である場合、複数のモノブロック電池や複数の単電池を相互に接続して組電池とする場合がある。この場合には各モノブロック電池、あるいは単電池の端子同士を接続導体で接続する必要がある。この端子同士の接続には、スポット溶接による方法、溶接による方法、ボルトナットで固定する方法などがあり、単電池の端子と接続導体とを１ヶ所ずつ、順次接続することが一般的な手法である。
【０００４】
スポット溶接による方法は、図６（Ａ）に示すように蓄電池３０の端子３５とスポット溶接機５１の溶接用電極の一方５２を取り付けた接続導体３４とを接触させ、スポット溶接機５１の溶接用電極の他方５３を蓄電池３０の端子３５と接続導体３４との接触部に接触させる（図中矢印方向）方法や、図６（Ｂ）に示すように、蓄電池３０の端子３５と接続導体３４とを接触させ、スポット溶接機５１の２電極式溶接用電極５４を蓄電池３０の端子３５と接続導体３４との接触部に接触させる（図中矢印方向）方法などがあり、一般に前者は大型の蓄電池に対するスポット溶接に、後者は小型の蓄電池に対するスポット溶接に使用される。図６の（Ａ）、（Ｂ）いずれの例においても、スポット溶接機５１の溶接用電極５３（または５４）が接続導体３４に接触した時点でスポット溶接機５１に対する閉回路が完成し、スポット溶接機５１の電源から供給された所定量の電流が、溶接用電極５３（または５４）の接触部分に流れ局部的な発熱を生じる。この発熱によって接続導体３４と端子３５とがスポット溶接される。
【０００５】
ここでスポット溶接機５１が備えるべき電源は交流電源でも直流電源でもよく、スポット溶接に必要な電流を流すことができればよい。なお通常、スポット溶接の溶接条件を最適化するためには、溶接用電極５３（または５４）に流す電流の大きさ、溶接用電極５３（または５４）が加える圧力、溶接時間の３つを最適化する必要があることが知られる。
【０００６】
溶接による方法はテーパー端子と称される円錐台形状の鉛合金製端子を備えた鉛蓄電池同士を接続する場合によく使用され、電気車用鉛蓄電池に多用される。図７（Ａ）〜（Ｃ）にその一例を示す。これは鉛蓄電池２０に備えられたテーパー端子２１に嵌合するリング状部分２３を備えた接続導体２２を使用し、そのリング部分２３をテーパー端子２１に嵌め込んだ後にテーパー端子２１と接続導体２２のリング状部分２３とをバーナーで溶接する手法である。図７（Ａ）はテーパー端子２１と接続導体２２のリング状部分２３との嵌合前の状態を、（Ｂ）はテーパー端子２１と接続導体２２のリング状部分２３との嵌合後の状態を、（Ｃ）はテーパー端子２１と接続導体２２のリング状部分２３との溶接後の状態を模式的に示した斜視図である。この溶接による方法は、溶接に失敗するとすべてのモノブロック電池あるいは単電池を作り直さねばならなくなるため、その作業には熟練を要する。
【０００７】
ボルトナットで固定する方法の例はＬ型端子と称される板状の鉛合金製端子を備えた鉛蓄電池同士を接続する場合があり、据え置き用鉛蓄電池に多用される。図８にその一例を示す。これは鉛蓄電池２０に備えられたＬ型端子２４にボルト穴２５を設け、そのボルト穴２５と接続導体２６に設けられたボルト穴２７とを図示しないボルトを通してナットで固定する方法である。このボルトナットで固定する方法は、蓄電池個数が多くなるとその作業に要する時間が長くなり、ナット締結時のトルク管理以外にも接続中の端子間の短絡にも十分な注意を払う必要がある。
【０００８】
上記いずれの場合でも、蓄電池の端子と接続導体との接続は１ヶ所ずつ順次おこなわれることが通常であり、このような場合、蓄電池の個数が多い場合には非常に煩雑で手間のかかることが多かった。また、組電池の端子間の接続は設置場所で実施されることもある。このような場合、設置作業に長時間を要し工事費が増えることになる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、蓄電池を短時間で容易に相互接続することのできる組電池の製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになした第１の発明は、複数の蓄電池間を接続導体で接続する組電池の製造方法において、少なくとも２個の蓄電池と接続導体とを対向配置させる第１の工程と、前記対向配置された少なくとも２個の蓄電池と接続導体とを同時に接続する第２の工程とを備えたことを特徴とする、組電池の製造方法である。
【００１１】
第２の発明は、前記第１の工程が、接続導体鋳型に充填された溶融金属と少なくとも２個の蓄電池の接続端子とを対向配置させるものであり、前記第２の工程が、前記溶融金属中に少なくとも２個の蓄電池の接続端子を同時に浸漬した後、前記溶融金属を冷却固化させるものである、請求項１記載の組電池の製造方法である。
【００１２】
第３の発明は、前記第１の工程が、板状接続導体と少なくとも２個の蓄電池の接続端子とを対向配置させるものであり、前記第２の工程が、前記板状接続導体と少なくとも２個の蓄電池の接続端子とをスポット溶接により同時に接続するものである、請求項１記載の組電池の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は第１の発明の実施例であり、溶接の場合を示したものである。これは図７と同様の図であり、第１の鉛蓄電池２０ａに備えられたテーパー端子２１ａと第２の鉛蓄電池２０ｂに備えられたテーパー端子２１ｂとに嵌合するリング状部分２３ａ、２３ｂを備えた接続導体２２を使用し、そのリング状部分２３ａ、２３ｂをテーパー端子２１ａ、２１ｂに嵌め込んだ後にテーパー端子２１ａ、２１ｂと接続導体２２のリング状部分２３ａ、２３ｂとを同時にバーナーで溶接する手法である。図１（Ａ）はテーパー端子２１ａ、２１ｂと接続導体２２のリング状部分２３ａ、２３ｂとの嵌合前の状態を、（Ｂ）はテーパー端子２１ａ、２１ｂと接続導体２２のリング状部分２３ａ、２３ｂとの嵌合後の状態を、（Ｃ）はテーパー端子２１ａ、２１ｂと接続導体２２のリング状部分２３ａ、２３ｂとの溶接後の状態を模式的に示した斜視図である。
【００１４】
この場合、テーパー端子２１ａ、２１ｂと接続導体２２のリング状部分２３ａ、２３ｂとを同時に溶接するためには、少なくとも２本以上のバーナーを備えた溶接装置が必要になる。
【００１５】
なお、第１の発明における同時にとは、溶接装置の１回の動作によって２ヶ所以上のテーパー端子２１と接続導体２２のリング状部分２３とが接続されることをいう。
【００１６】
図２は第２の発明の実施例である。図２（Ａ）は蓄電池３０の端子３５を備えた面をそろえて１つの蓄電池収納体３１に複数個（図では３個）の蓄電池３０を収納して組電池前駆体を構成する工程を模式的に示した図であり、（Ｂ）はその蓄電池前駆体を、端子３５を備えた面が下になるようして、接続導体成型鋳型３２に配された端子３５と同種の溶融金属３３に、組電池前駆体の端子３５を浸漬しようとする工程を模式的に示した図であり、（Ｃ）は続体成型鋳型３２の溶融金属３３を固化させた後に蓄電池前駆体を接続導体成型鋳型３２から取り出して接続導体３４を備えた組電池を模式的に示した図である。
【００１７】
図２において蓄電池収納体３１は蓄電池３０の下部のみを収納するように描かれているが、その形状や収納部位は下部のみに限定されるものではなく、上部のみや、中央部のみ、側部のみ、それらの組合せ、あるいはその全体を収納することも可能であるが、蓄電池３０が収納される部分が多くなると、その収納された部分に熱がこもりやすくなるので放熱性を考慮した場合、電池３０が収納される部分はできるだけ小さいほうが好適である。
【００１８】
また、図２における蓄電池３０はモノブロック電池でも単電池もよいが、組電池前駆体を形成する前に、放電容量、内部抵抗、蓄電池重量、電圧特性などを調査し、各種性能のばらつきの小さい蓄電池３０を使用することにより、組電池としたときの個々の蓄電池のばらつきをなくすことができる。さらに、図２では蓄電池３０を比較的密に並べて配しているが、要求される寸法の許す限り蓄電池３０同士を離して配すると組電池の放熱性が向上する。
【００１９】
接続導体成型鋳型３２は溶融金属３３の融点以上の融点を有する金属やセラミックなどが使用でき、その成型する接続導体の形状は放電電流の最大値や重量などを考慮して任意の厚み、大きさ、形状とすることが可能である。通常は各接続導体の形状等は組電池のすべての接続部で同一とすることが多いが、組電池の電圧が高い場合には、接続導体の一部（組電池の総電圧を２分する位置が好ましい）に他の接続導体よりも薄くしたり、小さくしたりした接続導体を使用することによって、万一の外部短絡の場合にその部分が溶断されやすくなり、組電池の安全性を高めることができる。
【００２０】
溶融金属３３は端子３５と同種とすることにより成形性や接合性が向上する。但し同種であるというのは厳密に同一組成である必要はなく、合金組成が異なっていてもよい。また、端子３５と溶融金属３３とが合金を作るような組合せの場合はそれらの融点が相互に近ければ同様に接続導体３４を形成することも不可能ではない。
【００２１】
端子３５は図２において蓄電池３０の一面に一対を備えるように描かれている。このようにすると接続導体３４の成型工程が１度で終了するため好適であるが、端子３５は一対に限定されず、目的に応じて複数対の端子を備えることもできるし、端子３５の存在する面を蓄電池３０の別々の面とすることもできる。但しこの場合は接続導体３４の成型工程を２度以上実施する必要が生じること、蓄電池収納体３１の形状が複雑になりやすいこと等により不都合を生じる場合もある。
【００２２】
この他、各蓄電池３０は前述の通り事前に蓄電池性能を調査した完備電池であることが好ましいが、蓄電池３０のばらつきを考慮しなくてもよい場合等は、未注液の電池の状態で本発明による接続導体３４を構成した後に注液、充電工程を設けることもできる。またこの場合は接続導体３４の形成と端子と極柱との溶接を同時におこなうこともできる。但し、本発明では組電池とする工程内において、内部の電解液がこぼれ出る蓄電池には不向きである。
【００２３】
本発明により組電池の製造方法を採用すると、単電池の使用によって任意の組合せパターンを選択することが容易になり、組電池の総電圧も要求に応じたものを作ることが容易になる。そして、各蓄電池３０間に隙間を設けることや蓄電池収納体３１を小型化することによって蓄熱の問題も解消することができる。そして個々の蓄電池３０を構成した後に組電池とする手法であるため、組電池とする際に性能のばらつきが小さい蓄電池３０を組み合わせることで、高品質な組電池を提供することができる。さらに本方法は鉛蓄電池においてキャストオンストラップ法として知られる確立された技術を応用しているため、従来の溶接のような熟練を不要にし、ボルトナットによる接続導体の締結のような煩雑さを解消することができる。
【００２４】
図３は第３の発明の実施例である。図６（ｂ）と同様にスポット溶接を実施するものであるが、図６（ｂ）の場合と異なり、第１の蓄電池３０ａの端子３５ａと接続導体３４、および第２の蓄電池３０ｂの端子３５ｂと接続導体３４とを同時に２電極式溶接用電極５４にて溶接することに特徴がある。この場合、スポット溶接機５１にはそれぞれの溶接用電極５４に対して個別に図示しない電源を備えることが好ましい。スポット溶接機５１の電源を溶接用電極５４に対して共用した場合、接触抵抗の違い等によって溶接用電極５４に流れる電流が両者で異なり、両者のスポット溶接の品質にばらつきが生じる可能性が高いからである。なお、図３では図６（ｂ）の２電極式溶接用電極５４を使用した図を示したが、図６（ａ）のような電極５２、５３に変えることも可能である。
【００２５】
なお、第３の発明における同時にとは、スポット溶接機５１の１回の動作によって２ヶ所以上の端子３５と接続導体３４とが接続されることをいう。
【００２６】
なお、本発明による組電池では、使用する蓄電池３０の容量や大きさに制限を受けるものではないが、組電池としたときに総重量が５０ｋｇ程度となるように止めておけば、輸送や設置の際に特別に輸送装置を使用せずとも人力での輸送が可能になるため好ましい。
【００２７】
【実施例】
第２の発明に使用した蓄電池は、一端面に正負の端子を備えた巻回型発電要素を備えた円筒形の制御弁式鉛蓄電池である。この制御弁式鉛蓄電池は厚さ０．６ｍｍの帯状の鉛合金製シートに複数の開口部を設けたものを集電体として使用し、この集電体には所定の位置に複数の集電耳が設けられる。この集電体に常法による正負極活物質ペーストをそれぞれ充填し、活物質ペーストが乾く前にリテーナマットとして知られる吸液性を有するガラス繊維製セパレータを介して積層巻回したものを発電要素とする。この発電要素の同極性の集電耳をキャストオンストラップ方式によって一体化すると同時に極柱を設ける。この発電要素を有底のポリプロピレン製円筒形電槽に挿入して蓋を熱溶着により取り付ける。この蓋は鉛−０．５質量％錫合金製のブッシングと称する筒状の端子前駆体を備えたものであり、蓋を取り付けたときには前述した極柱がブッシングの筒状開口部に収納される。そして、ブッシングの上面をバーナーであぶり、極柱とブッシングとを一体化して端子とする。この鉛蓄電池の蓋に備えられた、後に制御弁として使用される開口部から所定量、所定比重の電解液を真空注液法によって注液し、注液後に電槽化成を実施した。電槽化成終了後は速やかに鉛蓄電池蓋の開口部にキャップ状のゴム弁をとりつけ、その弁がはずれないようにするための上蓋を取り付けて完備の鉛蓄電池を形成した。
【００２８】
このようにして構成した複数の円筒形の制御弁式鉛蓄電池を充放電し、放電容量、内部抵抗、重量のそろったものを１８個選別した。この鉛蓄電池の放電容量は２０Ａｈ／５ｈＲ−２Ｖであり、最大径６３ｍｍ、総高さ１７２ｍｍ（端子部含む）、端子の高さ１２ｍｍである。選別した電池の放電容量は±０．３％以内でそろっていた。
【００２９】
この制御弁式鉛蓄電池を図４に示すような蓄電池収納体３１に取り付けて組電池前駆体とした。図４（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）に蓄電池３０を取り付けた図である。この蓄電池収納体３１は１８個の凹部４１を備え、それら凹部４１は有底であり爪４２を有する。蓄電池３０の下部には爪４２に嵌合する溝（番号付さず）を設け、蓄電池３０と蓄電池収納体３１とを嵌合によって固定した。
【００３０】
この組電池前駆体の蓄電池部分を保持し、本発明の製造方法による接続導体を形成した。この形成のためにはまず、端子部分にフラックスを塗布し、溶融鉛合金との接合性を向上させる。次に鉄（ＳＳ４００）製の接続導体成型鋳型を４０５℃に加熱しておき、接続導体成型鋳型の凹部に４０５℃の溶融した鉛−０．５質量％錫合金を投入する。この状態で組電池前駆体の端子をその先端から４ｍｍだけ接続導体成型鋳型の凹部に投入する。その状態で接続導体成型鋳型の加熱を中止し、鋳型内部の水冷管に通水して強制的に冷却する。接続導体成型鋳型の溶融鉛合金が固化した後に接続導体成型鋳型から完成した組電池を取り出す。
【００３１】
図５に完成した組電池の例を示す。図５（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。また図中の記号は他の図面と同様であるが、図５（Ａ）に示すように接続導体３４のうちの１つを接続導体３４ａのように細いものにしておくと、短絡の際の溶断箇所とすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、蓄電池を短時間で容易に相互接続することのできる組電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例
【図２】第２の発明の実施例
【図３】第３の発明の実施例
【図４】蓄電池収納体の例
【図５】組電池の例
【図６】スポット溶接の例
【図７】溶接による端子間接続
【図８】ボルト締めによる端子間接続
【符号の説明】
２０　　鉛蓄電池
２１　　テーパー端子
２２　　接続導体
２３　　接続導体のリング状部分
２４　　Ｌ型端子
２５　　ボルト穴
２６　　接続導体
２７　　ボルト穴
３０　　蓄電池
３１　　蓄電池収納体
３２　　接続導体成型鋳型
３３　　溶融金属
３４　　接続導体
３４ａ　細い接続導体
３５　　端子
４１　　蓄電池収納体の凹部
４２　　蓄電池収納体の凹部の爪
５１　　スポット溶接機
５２　　スポット溶接用電極
５３　　スポット溶接用電極
５４　　２電極式スポット溶接用電極

Claims (3)

1. 複数の蓄電池間を接続導体で接続する組電池の製造方法において、
   少なくとも２個の蓄電池と接続導体とを対向配置させる第１の工程と、
   前記対向配置された少なくとも２個の蓄電池と接続導体とを同時に接続する第２の工程とを備えたことを特徴とする、組電池の製造方法。
2. 前記第１の工程が、接続導体鋳型に充填された溶融金属と少なくとも２個の蓄電池の接続端子とを対向配置させるものであり、
   前記第２の工程が、前記溶融金属中に少なくとも２個の蓄電池の接続端子を同時に浸漬した後、前記溶融金属を冷却固化させるものである、請求項１記載の組電池の製造方法。
3. 前記第１の工程が、板状接続導体と少なくとも２個の蓄電池の接続端子とを対向配置させるものであり、
   前記第２の工程が、前記板状接続導体と少なくとも２個の蓄電池の接続端子とをスポット溶接により同時に接続するものである、請求項１記載の組電池の製造方法。

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