JP5044108B2 - 電池間接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、平行配列した電池の端子間を接続する電池間接続装置に関するものである。

近年では、ＡＶ機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電子機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されており、これらの電子機器の駆動用電源として、信頼性も高く、メンテナンスも容易であることから、ニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池、リチウム二次電池などが代表的に用いられている。また、これらの電池は、その他の各種用途にも幅広く使用されており、特に電動アシスト自転車、芝刈機、さらに電気自動車などの大きな負荷特性を必要とする駆動用電源としての用途が拡大している。この種の駆動用電源の電池においては、一層の大電流の充放電特性が求められ、それに適した電池の開発が要望されている。

上述の駆動用電源としての電池は、複数個の電池の異極性間を互いに接続して電池パックや電池モジュールとして組み立てることが一般的であり、その電池間接続には、従来、 図１１に示すように、フープ状の金属を所定の長さに切断して得られた金属板からなる電池間接続板３４が使用され、その両端の接続部を電池３１ａのケース底面３２と電池３１ｂの封口板３３にそれぞれ溶接箇所３５で溶接して接続されている。

また、１枚の板状体からなり、一方の単電池の底部に当接する第１の接続部と他方の単電池の封口板に当接する環状凹部若しくは段差部にて形成された第２の接続部とを設けた電池用接続部材も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２４６００３号公報

ところで、大電流放電に用いられる電池パックや電池モジュールにおいて、より大電流放電に適した構造とするためには、図１１の構造では、電池間接続板３４の肉厚を厚くしたり、幅を広くする必要がある。しかし、電池間接続板３４の幅を封口板３３の直径以上に大きくすることは難しいので、電池間接続板３４の板厚を厚くすることが考えられるが、板厚を厚くすると電池ケース及び封口板への溶接性が劣ってしまう。また、直線的に接続された２本の電池モジュールをそれぞれの一端間において接続する場合、端面位置が同一平面になるように調整するが、同一平面から少しでも位置ずれがあると、電池間接続板３４の板厚が厚くなるほど追随が困難である。

そのため、溶接部の剥がれが発生し電気抵抗の上昇を生じるという問題があり、また電池ケース、封口板の変形を生じたりし、また過大なエネルギーで溶接することにより電池ケースに穴あきが発生するなどの問題がある。

また、電池間接続板の材質を銅等の固有抵抗の低い金属に変更して厚さを抑える方法が知られているが、電池間接続板の固有抵抗が低くなると溶接性が劣ったり、溶接強度が確保できないという問題がある。

また、特許文献１に開示されている電池用接続部材でも、大電流放電に対応するためには肉厚を厚くする必要があり、肉厚を厚くすると電池ケース底面への溶接性が劣り、溶接強度が低下したり、ケース底面の溶接部に穴があく恐れがあるとともに、互いに接続すべき端面の位置ずれに追従できないという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電気抵抗を低減しながらも溶接性に優れた電池間接続装置を提供することを目的とするものである。

本発明の電池間接続装置は、一方の電池の封口板に対する溶接部を一端に有し、中間部から他端に向けて略同じ厚さで延出する接続片部を有する接続板と、他方の電池の電池ケース底部に対する溶接部を構成する接続リングとを備え、接続片部を接続リング上に当接させるとともに接続リングに設けられた前記接続片部より板厚の薄い保持翼片にて上から保持し、かつ保持翼片を接続片部に溶接した構成とすることができる。

この構成によると、板厚の薄い接続リングの保持翼片側から板厚の厚い接続板の接続片部に接合するので、容易にかしめにて接合したり、安定して高い信頼性をもって溶接することができ、少なくとも電池ケースに穴あきが生じる恐れが無く、かつ保持翼片の変形によって、溶接する電池の端面の位置ずれに柔軟に追従できるとともに、接続リング上面と保持翼片の間への接続片部の挿入量調整によって電池の軸芯間距離の自由度も高くなる。

また、接続リングは、電池ケースの底部外周に嵌合するとともに外周側面に溶接するように構成するのが好適である。そうすると、電池ケースの側面は底面と比較して変形が発生し難く、溶接品質が安定し、電池ケースに穴をあける恐れなく、信頼性の高い溶接ができる。

また、材質としては、ニッケル、鉄、銅、あるいは鉄または銅の少なくとも片面にニッケルを表面加工したものから選択された何れか１種若しくは複数種からなるのが好適である。

また、溶接部に、中央部の開口部と、開口部の周囲の複数の切欠溝と、切欠溝間に配設された電池端子との抵抗溶接のためのプロジェクションとが形成されていると、切欠溝間が可撓性を有して電池端子に容易かつ確実にフィットするとともに、切欠溝にて溶接時の無効電流を抑制することができ、かつ切欠溝間に確実に接触させて溶接するためのプロジェクションを設けているので、信頼性の高い溶接を実現できて好適である。

また、プロジェクションは、平面視円形の点状でも良いが、直線状または円弧状などの曲線状を呈する線状に形成されていると、溶接面積が大きくなって接続抵抗を低減できるとともに大きな溶接強度を確保できて好適である。

本発明の電池間接続装置によれば、中間部の厚みが厚いため、電池間接続抵抗の低減を図ることができて大電流の充放電特性に適し、その上両端の溶接部の厚みは薄いため、溶接する電池の端子端面の位置ずれに柔軟に追従でき、かつ抵抗溶接における分流電流も少ないので、溶接性に優れるとともに強固な溶接が得られ、高出力の電池パック、電池モジュールに適用することで、大きな効果を発揮する。

以下、本発明の電池間接続装置の各実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、電池パックの接続工程を示す正面図である。電池パック１０は、２本の電池１ａ、１ｂと、これら電池１ａ、１ｂの異極性の端子間、具体的には電池ケース底面２と電池の封口板３の間を接続する電池間接続装置としての電池間接続板１１とにより構成されている。電池間接続板１１は、両端の溶接部４、４と両端の溶接部４、４間を接続する中間部５にて構成されており、中間部５は溶接部４より板厚が厚く形成されている。図１の例では、電池間接続板１１は、両端の溶接部４、４間にわたる基板部６とその中間部５に接合された中間金属板７にて構成されている。

両端の溶接部４にはプロジェクション８が突出され、両端の溶接部４はプロジェクション８を介して電池ケース底面２と電池の封口板３にそれぞれ抵抗溶接されている。

このように電池間接続板１１の中間部５の板厚を厚くすることで、溶接部４を厚くすることなく、電池間接続板１１の電気抵抗を低減することができる。その結果、溶接部４は、抵抗溶接時における分流の影響が少なく、また溶接に伴う熱や圧力による変形にも柔軟に追随できるので、溶接性に優れている。

図２（ａ）〜（ｃ）に、基板部６に中間金属板７を接合して中間部５を構成した電池間接続板１１のいくつかの具体例を示している。図２（ａ）に示す電池間接続板１１ａは、基板部６の中間部に単一の中間金属板７ａを接合して中間部５を構成している。図２（ｂ）に示す電池間接続板１１ｂは、基板部６の中間部に複数枚の薄い金属板を積層接合して構成された中間金属板７ｂを接合して構成されている。これら電池間接続板１１ａ、１１ｂにおいて、その中間部５における基板部６と中間金属板７ａ、７ｂ、若しくは中間金属板７ｂを形成する薄い金属板同士を接合する方法は、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接、または摩擦攪拌接合のいずれでも良い。

これら電池間接続板１１ａ、１１ｂでは、それぞれ基板部６の中間部に金属板７ａ、７ｂを接合したことにより、基板部６の両端の溶接部４における溶接性を損なうことなく、通電抵抗を減らすことができる。さらに、電池間接続板１１ｂでは、その中間金属板７ｂが薄い金属板が積層されて形成されているので、全体として表面積が増大し、放熱しやすく電気抵抗を減ずる効果が大きい。しかも、可撓性を有するので、接続する２本の電池１ａ、１ｂの端面位置ずれに対して追随しやすい。

図２（ｃ）に示す電池間接続板１１ｃは、基板部６の中間部に中間金属板７ｃを配置し、この中間金属板７ｃを爪状部９によってかしめ固定して構成されている。爪状部９は、電池間接続板１１ｃの基板部６の側縁より延出させて形成されている。爪状部９によるかしめ固定に代えて結束帯により中間金属板７ｃを固定して電池間接続板（図示せず）を形成しても良い。

図２に示す各電池間接続板１１の基板部６と中間金属板７（７ａ、７ｂ、７ｃ）の材質は、同一材質でも異種材質でも良い。また、これらの材質は、ニッケル、鉄、銅、または鉄、銅の表面をニッケルで被覆したものが好ましい。鉄、銅への表面被覆は、クラッド加工、あるいはメッキ等により形成することができる。

図３に示す電池間接続板１１ｄは、所定厚みの金属板を鍛造加工若しくは削り出し加工により、溶接部４を中間部５より薄く形成したものである。この電池間接続板１１ｄは、図２に示す各構成例に対し、その作用効果は殆ど遜色が無く、簡便に製作可能なので、コストを安くすることができる。

図３に示す電池間接続板１１ｄの材質は、ニッケル、鉄、銅が好ましい。銅あるいは鉄を用いる場合は、加工後にニッケルメッキすることにより、耐腐食性や溶接性を改善することができる。

図４は、並列する２本の電池１ａ、１ｂを本実施形態における電池間接続板１１ａで、抵抗溶接により接続する工程を示す正面図である。電池１ｂの正極端子には、仮想線で示すように、予め絶縁リング２０が嵌合されて、電池間接続板１１ａにより封口板３と電池ケースが短絡するのを防止している。また、溶接部４の溶接面にプロジェクション８を形成することで、溶接の強度と信頼性の向上が図られている。抵抗溶接は、溶接無効電流を抑制するために形成されている切欠溝１３（図２、図３参照。）の両側にあるプロジェクション８上に一対の溶接電極１２を接触させてシリーズ溶接するのが良い。また、電池１ａの電池ケース底面２と溶接部４を溶接する場合には、溶接電極１２の片側を溶接部４の中央部に形成された開口部１４（図２、図３参照。）を通じて電池ケース底面２に接触させ、他方をプロジェクション８上に接触させるインダイレクト溶接により溶接を行っても良い。

図５に、図４に示した電池間接続板１１ａによる接続を、２本の電池モジュール１５ａ、１５ｂ間の接続に適用した例を示している。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図６〜図１０を参照して説明する。上記第１の実施形態では、電池間接続装置を単一部材の電池間接続板１１にて構成した例を示したが、本実施形態では、接続板１６と接続リング１８の２部材を接合して構成している。なお、本実施形態の説明では、上記第１の実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の電池間接続装置は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、電池１ｂの封口板３に対する板厚の薄い溶接部４を一端に有するとともに板厚の厚い中間部５を有し、さらに中間部５から他端に向けて同じ厚さで延出する接続片部１７を有している接続板１６と、電池１ａの電池ケース底部２ａに対する溶接部４を構成する板厚の薄い接続リング１８にて構成されている。接続リング１８は、電池１ａの電池ケース底部２ａの外周に嵌合する概略円形皿形状の部材から成り、その周側壁に配置した複数の溶接箇所１９にて電池ケース底部２ａの外周面に抵抗溶接されて固着される。なお、２３は、溶接箇所１９、１９間に形成された溶接無効電流を抑制する切欠溝である。接続リング１８の端壁には、接続片部１７を保持する一対の保持翼片２１が断面Ｌ字状に切り起こし形成されており、接続片部１７を接続リング１８の端壁と保持翼片２１の間に挿入することで保持されるように構成されている。さらに、保持翼片２１側から保持翼片２１と接続片部１７が溶接箇所２２で溶接されて一体接続されている。

接続板１６には、図７に示すように、封口板３に当接するように薄肉状態で突出する溶接部４が形成され、かつその溶接部４には封口板３との溶接の強度と信頼性の向上を図るために複数の円弧状のプロジェクション２４が開口部１４の周囲に切欠溝１３を間に介在させて形成されている。このような円弧状のプロジェクション２４を介して線状に溶接することで、円形のプロジェクション８を介して点状に溶接する場合よりも、溶接面積が大きくなるので接続抵抗を低減できるとともに大きな溶接強度を確保することができる。

また、接続板１６の接続片部１７は中間部５の両側部から互いに間隔をあけて一対延出されており、それに対応して接続リング１８の保持翼片２１は、これら接続片部１７をその内側から保持するように、外向きに断面Ｌ字状に切り起こし形成されている。

以上の構成の電池間接続装置における接続工程においては、図８に示すように、互いに接続する電池１ａ、１ｂの内、電池１ｂの電池ケース底部２ａに、予め接続リング１８を溶接にて固着しておき、接続時に電池１ａの封口板３に接続板１６の溶接部４を溶接して接続板１６を電池１ａに固着し、次いで接続リング１８の保持翼片２１に対して接続板１６の接続片部１７を挿入することで、接続片部１７が接続リング１８上に当接されるとともに保持翼片２１にて上から保持された状態にし、電池１ａと１ｂの間隔及び軸芯方向の位置合わせを行い、その状態で、図６に示すように、溶接箇所２２を抵抗溶接することで、電池１ａ、１ｂが相互に連結固定されるとともに、封口板３と電池ケース底部２ａが小さい電気抵抗で電気的に接続される。

本実施形態によれば、接続リング１８を、電池１ｂの電池ケース底部２ａの外周に嵌合させて外周側面に溶接しており、その電池ケース底部２ａの側面は底面と比較して変形が発生し難いので、溶接品質が安定し、電池ケースに穴をあける恐れなく、信頼性の高い溶接ができる。また、板厚の薄い接続リング１８の保持翼片２１側から板厚の厚い接続板１６の接続片部１７に溶接しているので、安定して高い信頼性をもって溶接することができ、少なくとも電池ケースに穴あきが生じる恐れが無く、かつ保持翼片２１の変形によって互いに接続する電池１ａ、１ｂの端面の位置ずれに柔軟に追従できるとともに、接続リング１８上面と保持翼片２１の間への接続片部１７の挿入量調整によって電池１ａ、１ｂ間の軸芯間距離の自由度も高くなる。

図６〜図８に示した図示例の接続板１６では、中間部５の両側部から他端に向けて１対の接続片部１７を延出し、接続リング１８側に一対の保持翼片２１を外向き形成した例を示したが、図９、図１０に示すように、接続板１６の中間部５から他端に向けてほぼ同幅で単一の接続片部１７ａを延出し、接続リング１８側には一対の保持翼片２１ａを内向きに形成し、接続片部１７ａの両側部をこれら一対の保持翼片２１ａにて外側から保持するように構成しても良い。なお、この例では溶接部４に第１の実施形態と同様に円形のプロジェクション８を形成しているが、円弧状のプロジェクション２４を形成しても良いことは勿論である。

（実施例）
本発明の実施例として、図２（ａ）に示す電池間接続板１１ａを用いて電池１ａ、１ｂを接続して電池パックを作製した。電池間接続板１１ａは、厚さ０．４ｍｍのニッケル板から成る基板部６の中間部に、厚さ２．６ｍｍのニッケルメッキを施した鉄製の中間金属板７ａを接合（抵抗溶接、超音波溶接、摩擦攪拌接合、レーザー溶接の何れでも良い）し、中間部５を３．０ｍｍの総厚みに形成した。

この電池間接続板１１ａによる接続工程では、電池間接続板１１ａの溶接部４のプロジェクション８に、図４に示すように、２本の溶接電極８を当て、一方の電池１ａの直径３２ｍｍの電池ケース底面２に接合し、他端の溶接部４を他方の電池１ｂの電池封口板３に同様に溶接を行い、電池間接続板１１ａを使用した電池パックを作製した。

（従来例）
上記実施例と比較するため、中間金属板を接合しない厚さ０．４ｍｍのニッケル板製の電池間接続板を溶接した電池パック（従来例Ａ）と、厚さ０．６ｍｍのニッケルメッキを施した鉄板製の電池間接続板を溶接した電池パック（従来例Ｂ）とを作製した。

これら実施例と従来例Ａ、Ｂの３種の電池パックに対し、接続板抵抗値と、電池ケース及び封口板に電池間接続板を溶接した際の溶接電流値を測定し、比較を行った。

表１に示すように、２．６ｍｍのニッケルメッキを施した鉄を中間部５に接合した電池間接続板１１ａを用いた電池パックである実施例の接続板抵抗値が最も低いことが分かる。これは中間金属板７ａの固有抵抗が低く、電池間接続板の板厚が厚いほど２本の電池間の経路抵抗が小さくなることによるものであり、この結果、接続板の電気抵抗が低減し、高率放電が可能となる。

また、従来例Ａ、Ｂの電池パックの電池間接続板３４に対して、実施例の電池パックの電池間接続板１１ａでは総厚みが厚くなっても、電池ケース底面２及び封口板３に溶接する際に必要とする溶接電流値は従来と同じか、それより小さい。

さらに、実施例の電池パックは、電池間接続板１１ａの表面積が増えたことによる放熱性の向上から電池間接続板１１ａの発熱が少なく、溶接性に優れ、安定した溶接が行えることにより、溶接部４の剥がれによる接続抵抗の上昇、電池ケース底面２や封口板３の変形による電池１ａ、１ｂの高さ寸法不良、過大なエネルギーで溶接をすることによるケースの穴あき不良の発生を抑制することが可能である。

本発明の電池間接続装置は、大電流で充放電が行われるため大きな負荷特性を必要とする電池パック及び電池モジュールにおける、電池ケースと電池封口板の接続に大きな効果を発揮し、電動補助付自転車、芝刈機、さらに電気自動車などの駆動電源に適用される電池パック及び電池モジュールに好適に適用できる。

本発明の電池間接続装置の第１の実施形態における接続工程を示す正面図。 同実施形態における電池間接続板の各種具体構成例を示す斜視図。 同実施形態における電池間接続板の更に別の構成例を示す斜視図。 同実施形態における電池間接続板の溶接工程を示す正面図。 同実施形態により接続された電池モジュールの斜視図。 本発明の電池間接続装置の第２の実施形態を示し、（ａ）は接続状態を示す斜視図、（ｂ）は同要部の平面図、（ｃ）は端面図。 同実施形態における接続板の斜視図。 同実施形態における接続板と接続リングの接続工程を示す斜視図。 同実施形態における変形構成例の接続状態を示す斜視図。 同変形構成例における接続板と接続リングの接続工程を示す斜視図。 従来例の電池間接続装置による接続状態を示す斜視図。

符号の説明

１ａ、１ｂ 電池
２ 電池ケース底面
３ 封口板
４ 溶接部
５ 中間部
６ 基板部
７（７ａ、７ｂ、７ｃ） 中間金属板
８ プロジェクション
９ 爪状部
１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ） 電池間接続板（電池間接続装置）
１６ 接続板
１７、１７ａ 接続片部
１８ 接続リング
１９ 溶接箇所
２１、２１ａ 接続翼片
２２ 溶接箇所
２４ 円弧状のプロジェクション

Claims (5)

1. 一方の電池の封口板に対する溶接部を一端に有し、
   中間部から他端に向けて略同じ厚さで延出する接続片部を有する接続板と、
   他方の電池の電池ケース底部に対する溶接部を構成する接続リングとを備え、
   前記接続片部を前記接続リング上に当接させるとともに前記接続リングに設けられた前記接続片部より板厚の薄い保持翼片にて上から保持し、
   かつ前記保持翼片を前記接続片部に溶接したことを特徴とする電池間接続装置。
2. 接続リングは、電池ケースの底部外周に嵌合するとともに外周側面に溶接されたことを特徴とする請求項１記載の電池間接続装置。
3. ニッケル、鉄、銅、あるいは鉄または銅の少なくとも片面にニッケルを表面加工したものから選択された何れか１種若しくは複数種の材質からなることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電池間接続装置。
4. 溶接部には、中央部の開口部と、前記開口部の周囲の複数の切欠溝と、前記切欠溝間に配設された電池端子との抵抗溶接のためのプロジェクションとが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池間接続装置。
5. プロジェクションは、線状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の電池間接続装置。

Images