JP2007012406A - Battery pack and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の素電池を接続体を介して接続している組電池とその製造方法に関する。 The present invention relates to an assembled battery in which a plurality of unit cells are connected via a connection body, and a method for manufacturing the same.
複数の素電池を直列あるいは並列に接続している組電池は、金属板の接続体を素電池に抵抗溶接でスポット溶接して接続している。接続体は、隣接する素電池の外装缶と封口板とに接続されて直列接続し、あるいは隣接する素電池の外装缶と外装缶、封口板と封口板とに接続されて並列接続する。接続体を介して複数の素電池を直列に接続する組電池は、開発されている。(特許文献1参照)
また、封口板と外装缶とを直接に溶接して接続する組電池も開発されている。(特許文献2及び3参照)
An assembled battery has also been developed in which a sealing plate and an outer can are directly welded and connected. (See
特許文献1に記載される組電池は、接続体を介して、素電池を直列に直線状に連結している。接続体は、外周縁に沿って外装缶の円筒に沿う周壁を設けている。周壁の内形は、外装缶の外形にほぼ等しく、周壁の内側に外装缶の底部を挿入して、外装缶と周壁とをスポット溶接している。図1に示すように、接続体22で素電池21を連結する組電池は、図2に示すように、周壁24の表面に一対の溶接電極15が押し付けられる。溶接電極15は、接続体22→外装缶23→接続体22に溶接電流を流して、接続体22を外装缶23に溶接する。溶接電流のみでなく、接続体には無効電流が流れる。無効電流は、接続体と外装缶との間に流れないので、溶接に利用されない電流である。このように通電して溶接する方式は、シリーズ式と呼ばれる。この方式で接続体が外装缶に溶接されるとき、溶接電流と無効電流とでジュール熱が発生する。ジュール熱は外装缶を加熱する。加熱された外装缶は、内部に収納している電極群に、温度によるダメージを与える。たとえば、正極板と負極板との間に配設しているプラスチック製のセパレータを溶融して、電池の特性を低下させることがある。電池の特性が低下する弊害は、溶接電流を小さくして解消できる。ただ、溶接電流を小さくすると、接続体をしっかりと外装缶に溶接できなくなる。このため、溶接電流は、電池性能を低下させないで、接続体を外装缶に確実に固定できる電流にコントロールすることが要求される。ただ、この条件を満足する範囲は相当に狭く、現実には、接続体を外装缶に溶接した後、電池性能の低下を検査しているのが実状である。
The assembled battery described in
特許文献2と3の組電池は、封口板を外装缶に直接に溶接する。この構造は、溶接電流を素電池に流して、封口板と外装缶を溶接する。このため、素電池に極めて大きな溶接電流を流す必要がある。また、接続体を外装缶に溶接するシリーズ式と同じように、接続体と外装缶を溶接する条件を非常に狭い範囲でコントロールする必要がある。それは、シリーズ式と同じように、溶接電流で外装缶が加熱されて内蔵する電極群に熱ダメージを与えるからである。とくに、溶接部分は局部的な大電流で外装缶が溶融するまで高温に加熱されて、電極群に熱ダメージを与える。したがって、この構造も、溶接電流が大き過ぎると、電極群の熱ダメージで電池性能が低下し、反対に溶接電流が少ないと、封口板と外装缶とを確実に溶接できなくなる。
In the assembled batteries of
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、溶接時の熱による電池性能の低下を防止しながら、接続体と外装缶とを確実に溶接できる組電池とその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、溶接電流をコントロールできる範囲を広くしながら、電池性能の低下を少なくできる組電池とその製造方法を提供することにある。
The present invention has been developed for the purpose of solving the conventional drawbacks. An important object of the present invention is to provide an assembled battery capable of reliably welding a connection body and an outer can, while preventing deterioration of battery performance due to heat during welding, and a method for manufacturing the same.
Another important object of the present invention is to provide an assembled battery and a method for manufacturing the same that can reduce the deterioration of battery performance while widening the range in which the welding current can be controlled.
本発明の請求項1の組電池は、複数の素電池1を接続体2を介して接続して組電池としている。組電池は、接続体2を、外装缶3の底部に溶接して接続している。素電池1の外装缶3は、底面の外周に沿って、外装缶3を折曲加工してなる折り返し突出部7を設けて、折り返し突出部7を外装缶3の電極収納部6から外部に突出させている。組電池は、この折り返し突出部7に接続体2を積層して、積層部で折り返し突出部7と接続体2とを溶接している。
The assembled battery according to
本発明の組電池は、折り返し突出部7を、外装缶3の底面と平行な方向で外側に突出して、この折り返し突出部7に接続体2を積層して、折り返し突出部7と接続体2をダイレクト式に抵抗溶接することができる。
In the assembled battery of the present invention, the folded
本発明の組電池は、折り返し突出部7を、外装缶3の底面に直交する方向に突出して、この折り返し突出部7に接続体2を積層して溶接することができる。
In the assembled battery of the present invention, the folded
本発明の組電池は、外装缶3をプレス加工して折り返し突出部7を設けることができる。
In the assembled battery of the present invention, the
本発明の請求項5の組電池は、複数の素電池1を接続体2を介して接続して組電池としている。組電池は、接続体2を、外装缶3の底部に溶接して接続している。素電池1の外装缶3は、底面の外周に沿って、外装缶3を折曲加工してなる折り返し突出部7を設けている。組電池は、この折り返し突出部7と接続体2とをレーザー溶接している。
The assembled battery according to
本発明の請求項6の組電池は、第1の素電池1の外装缶3の底面と、第2の素電池1の封口板4とを直接に溶接して、第1の素電池1と第2の素電池1とを直列に接続している。第1の素電池1の外装缶3は、電極収納部6から外部に突出するように、底面の外周に沿って、外装缶3を折曲加工してなる折り返し突出部7を備えている。第2の素電池1の封口板4は、折り返し突出部7に接触される突出溶接部12を設けている。組電池は、折り返し突出部7と突出溶接部12とを積層して、積層部で折り返し突出部7と突出溶接部12とを溶接して、第1の素電池1と第2の素電池1とを直列に接続している。
The assembled battery according to
本発明の請求項7の組電池の製造方法は、複数の素電池1の外装缶3に接続体2を溶接し、この接続体2を介して素電池1を接続する。組電池の製造方法は、金属板をプレス加工して外装缶3を製造する工程において、電極収納部6から外部に突出させて、外装缶3の底部外周に沿って折り返し突出部7を設ける。組電池の製造方法は、この折り返し突出部7に接続体2を積層し、積層された折り返し突出部7と接続体2を一対の溶接電極15で挟着し、溶接電極15に通電して、折り返し突出部7と接続体2を積層部でダイレクト式に抵抗溶接する。
In the method for manufacturing an assembled battery according to
本発明の組電池とその製造方法は、溶接時の熱による電池性能の低下を防止しながら、複数の素電池を溶接して連結できる特長がある。それは、本発明の組電池とその製造方法が、素電池の外装缶の底面の外周に沿って、外装缶を折曲加工してなる折り返し突出部を設けると共に、この折り返し突出部を外装缶の電極収納部から外部に突出させており、この折り返し突出部を溶接部として接続体または封口板に溶接して複数の素電池を連結しているからである。本発明は、外装缶の底面の外周に沿って、電極収納部から外部に突出して設けた折り返し突出部を溶接部とするので、この部分に流れる溶接電流によってジュール熱が発生しても、外装缶の電極収納部に収納している電極群に与える温度によるダメージを極減でき、電池性能の低下を防止できる。一般に、素電池の電極収納部に収納される電極群は、外装缶の底面と極めて近い位置関係にあるので、外装缶の底面が加熱されるとこの熱のダメージを受けやすい。これに対して、本発明では、溶接部となる折り返し突出部を外装缶の底面から突出して設けるので、電極群から離れた位置が加熱されることになり、溶接時に発生するの熱による電極群への熱ダメージを極減できる。とくに、本発明では、この折り返し突出部を、素電池の外装缶の底面の中央部ではなく外周に沿って設けているので、このことによっても外装缶の電極収納部に収納している電極群に与える影響を極減できる。このように、本発明では、溶接電流による熱の影響を極減できるので、接続体や封口板を外装缶に溶接するときの電流を狭い範囲でコントロールすることなく、溶接電流をコントロールできる範囲を広くしながら、電池性能の低下を少なくできる。 The assembled battery and the manufacturing method thereof according to the present invention have a feature that a plurality of unit cells can be welded and connected while preventing deterioration in battery performance due to heat during welding. That is, the assembled battery of the present invention and the manufacturing method thereof provide a folded protrusion formed by bending the outer can along the outer periphery of the bottom surface of the outer can of the unit cell. This is because the plurality of unit cells are connected by being welded to the connection body or the sealing plate with the folded-back projection as a welded portion. In the present invention, the folded protrusion provided outside the electrode housing portion along the outer periphery of the bottom surface of the outer can is used as a welding portion. Therefore, even if Joule heat is generated by the welding current flowing through this portion, the outer sheath Damage due to the temperature applied to the electrode group housed in the electrode housing part of the can can be extremely reduced, and deterioration of the battery performance can be prevented. In general, the electrode group housed in the electrode housing portion of the unit cell is in a very close positional relationship with the bottom surface of the outer can, and thus is easily damaged by heat when the bottom surface of the outer can is heated. On the other hand, in the present invention, since the folded protrusion that becomes the welded portion is provided so as to protrude from the bottom surface of the outer can, the position away from the electrode group is heated, and the electrode group due to heat generated during welding The heat damage to can be greatly reduced. In particular, according to the present invention, the folded protrusion is provided along the outer periphery, not the center of the bottom surface of the outer can of the unit cell, so that the electrode group accommodated in the electrode accommodating portion of the outer can also by this. Can be reduced to a minimum. As described above, in the present invention, since the influence of heat due to the welding current can be reduced to a minimum, a range in which the welding current can be controlled without controlling the current when the connecting body or the sealing plate is welded to the outer can in a narrow range. While widening, the battery performance can be reduced less.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池とその製造方法を例示するものであって、本発明は組電池とその製造方法を以下に特定しない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the example shown below illustrates the assembled battery and the manufacturing method thereof for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the assembled battery and the manufacturing method thereof.
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
本発明の組電池は、車両を走行させるモーターを駆動する電源に最適である。それは、複数の素電池を低抵抗な状態で直列に接続できるからである。ただ、本発明の組電池は、用途を車両用には特定しない。車両以外の用途であって、たとえば自転車を駆動する電源用、電動工具、ロボット等の電源にも使用できる。これ等の電源に使用される組電池は、複数個をケースに収納して、直列あるいは並列に接続される。 The assembled battery of the present invention is most suitable as a power source for driving a motor for running a vehicle. This is because a plurality of unit cells can be connected in series in a low resistance state. However, the battery pack of the present invention does not specify the use for vehicles. For applications other than vehicles, for example, it can also be used for power supplies for driving bicycles, power tools, robots, and the like. A plurality of assembled batteries used for these power sources are housed in a case and connected in series or in parallel.
組電池は、接続体2を介して、複数の素電池1を直列に直線状に連結している。図3ないし図6は、隣接する素電池1の接続部を示す断面図である。これ等の図の組電池は、下の素電池1の封口板4と上の素電池1の外装缶3とを接続体2で連結している。接続体2は、封口板4と外装缶3に溶着されて、上下の素電池1を直列に直線状に連結している。接続体2は、中央部を下の素電池1の封口板4に、外周部を上の素電池1の外装缶3の底部に溶着している。
In the assembled battery, a plurality of
素電池1は、内部の電極収納部6に入れている電極群5の熱ダメージを防止しながら、接続体2を確実に溶着するために、外装缶3の底面外周に沿って折り返し突出部7を設けている。折り返し突出部7は、ここに接続体2を溶着するときの熱で、電極群5がダメージを受けるのを防止するために、電極収納部6から突出して設けている。外装缶3は、鉄や鉄合金、あるいはアルミニウムやアルミニウム合金等の金属板をプレス加工して製作される。折り返し突出部7は、外装缶3をプレス加工して製作される工程で設けられる。
The
図3と図4の組電池の折り返し突出部7は、外装缶3の底面と平行な方向で外側に突出している。図3の組電池は、折り返し突出部7に接続体2を積層し、折り返し突出部7と接続体2の積層部を一対の溶接電極15で挟着して、ダイレクト式の抵抗溶接で連結できる。このため、この構造の組電池は、接続体2と外装缶3とを確実に溶着しながら、外装缶3に収納している電極群5の熱によるダメージを解消できる。
The folded
接続体2は、一方の素電池1である上の素電池1の外装缶3に連結される外装缶連結部2Aと、下の素電池1の封口板4に連結される封口板連結部2Bとを備える。外装缶連結部2Aと封口板連結部2Bからなる接続体2は、1枚の金属板をプレス加工して製作される。接続体2は、外装缶連結部2Aと封口板連結部2Bを段差部2Cで連結している。この接続体2は、段差部2Cで連結して、外装缶連結部2Aを封口板連結部2Bから突出させている。外装缶連結部2Aは、外装缶3の底部に設けている折り返し突出部7に溶着される。したがって、外装缶連結部2Aは、折り返し突出部7の下面に沿う平面リング状としている。封口板連結部2Bは、中心に、下の素電池1の凸部電極8を貫通させる中心孔2aを開口している。封口板連結部2Bは、封口板4の外周縁に沿って設けられる外装缶3のカシメ凸条9に接触しないように、その外形をカシメ凸条9の内形よりも小さくして、段差部2Cで外装缶連結部2Aに連結している。さらに、図の組電池は、接続体2がカシメ凸条9に接触するのを阻止するために、下の素電池1の凸部電極側の端部に絶縁カバー13を被せている。絶縁カバー7は、素電池1の端部を挿入できるキャップ状にプラスチック等の絶縁材を成形したものである。封口板連結部2Bは、封口板4にダイレクト式又はシリーズ式の抵抗溶接で固定される。外装缶連結部2Aは、折り返し突出部7にダイレクト式の抵抗溶接で固定される。
The
図4の組電池は、図3と同じ接続体2を使用して、外装缶3の折り返し突出部7と接続体2の外装缶連結部2Bとをレーザー溶接している。この組電池は、互いに積層された折り返し突出部7と接続体2の外装缶連結部2Bとの境界にレーザーを照射して、レーザーで折り返し突出部7と接続体2とを溶着する。さらに、図示しないが、図3に示すように、折り返し突出部と接続体の外装缶連結部とを積層して、積層部を電極のローラーで挟着しながら移動させて溶着するシーム溶接で、折り返し突出部と接続体とを溶着することもできる。シーム溶接は、図3と同じ折り返し突出部と接続体を溶接できる。シーム溶接は、折り返し突出部と接続体とを広い面積で溶接するので、溶接部の電気抵抗を小さくできる。また、連結強度も強くできる。
The assembled battery of FIG. 4 uses the
図5の組電池は、折り返し突出部7を、外装缶3の底面に直交する方向に突出して設けている。この折り返し突出部7は、外側に接続体2の外装缶連結部2Aを積層し、接続体2の表面に溶接電極15を押し付けて、溶接電極15に通電して接続体2を折り返し突出部7に溶接する。この接続体2は、外装缶連結部2Aを、折り返し突出部7を挿入できる円筒に沿う形状としている。接続体2の外装缶連結部2Aに折り返し突出部7を入れ、外装缶連結部2Aに溶接電極15を押圧、通電して、外装缶連結部2Aを折り返し突出部7に溶接する。
The assembled battery of FIG. 5 is provided with the folded-
図6の組電池は、上の素電池1の外装缶3に設けた折り返し突出部7を、外装缶3の底面に直交する方向に下に突出させると共に、接続体2の外装缶連結部2Aを平面リング状としている。この組電池は、平面リング状の外装缶連結部2Aの上に、折り返し突出部7の下端を接触させて、接続体2と折り返し突出部7との境界をレーザーで溶着する。この構造は、折り返し突出部7の先端縁をレーザー溶接するので、溶着の熱による電極群5のダメージを極減できる特徴がある。それは、レーザーで溶融するまで加熱される折り返し突出部7の先端縁を、外装缶3の電極収納部6から遠く離して、レーザー熱を効率よく放熱した部分に、電極群5を収納できるからである。また、この構造の組電池は、外装缶3の折り返し突出部7と接続体2の外装缶連結部2Aとを長くレーザー溶接して、接続部の電気抵抗を小さくできる特徴もある。
In the assembled battery of FIG. 6, the folded
さらに、図7の組電池は、折り返し突出部7を、外装缶3の底面に直交する方向に突出させると共に、接続体を使用することなく、下の素電池1の封口板4を直接に上の素電池1の折り返し突出部7に溶接している。この折り返し突出部7は、内側に折曲して、外装缶3の底面と平行な姿勢としている。封口板4は、折り返し突出部7に接触する突出溶接部12をカシメ凸条9の内側に設けている。この組電池は、素電池1を介して突出溶接部12と折り返し突出部7とに溶接電流を流して抵抗溶接し、あるいは突出溶接部12と折り返し突出部7の境界にレーザーを照射して、突出溶接部12と折り返し突出部7とを溶着する。この構造の組電池は、接続体を使用しないので、低抵抗な状態で素電池1を接続できる。
Further, the assembled battery of FIG. 7 causes the folded-
以上の図に示す組電池は、素電池1を円筒型電池とする。ただし、本発明の組電池は、素電池を必ずしも円筒型電池には特定しない。図の素電池1は、外装缶3の開口部に封口板4をカシメて固定して、封口板4で外装缶3の開口部を気密に閉塞している。ただし、本発明の組電池は、素電池をこの構造の円筒型電池には特定しない。素電池は、外装缶の開口部に封口板をレーザーで溶着して固定した電池等も使用できるからである。また、素電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池である。
In the assembled battery shown in the above figures, the
素電池1は、電極群5と電解液を金属製の外装缶3に充填している。外装缶3の開口部は、金属板の封口板4を絶縁状態で気密に閉塞している。外装缶3は、金属板をプレス加工して、底を閉塞している筒状にして製作される。このとき、折り返し突出部7も設けられる。円筒型電池は、金属板を円筒状に成形して外装缶3とする。角型電池は、金属板を角筒状に成形して外装缶とする。封口板4は、金属板をプレス加工し、あるいは鋳造して製作される。外装缶3と封口板4とは、絶縁状態でかしめられる。絶縁のために、外装缶3と封口板4との間に絶縁材10が挟着される。絶縁材10は、外装缶3と封口板4とを絶縁しながら隙間を気密に閉塞する。外装缶3は、かしめ部で封口板4を挟んで固定するために、封口板4の下面に沿って凸条11を設けている。凸条11を設けた外装缶3に封口板4をセットし、開口部縁をかしめ加工してカシメ凸条9と凸条11とで封口板4を挟着して固定する。その後、かしめ部を上面からパンチによって加圧して、外装缶3の全体寸法を規定値とする。
In the
1…素電池
2…接続体 2A…外装缶連結部
2B…封口板連結部
2C…段差部
2a…中心孔
3…外装缶
4…封口板
5…電極群
6…電極収納部
7…折り返し突出部
8…凸部電極
9…カシメ凸条
10…絶縁材
11…凸条
12…突出溶接部
13…絶縁カバー
15…溶接電極
21…素電池
22…接続体
23…外装缶
24…周壁
DESCRIPTION OF
2B ... Sealing plate connector
2C ... Step part
2a ...
Claims (7)
この折り返し突出部(7)に接続体(2)が積層されて、積層部で折り返し突出部(7)と接続体(2)とが溶接されてなることを特徴とする組電池。 An assembled battery in which a plurality of unit cells (1) are connected via a connection body (2), and the connection body (2) is connected by welding to the bottom of the outer can (3). The outer can (3) of (1) is provided with a folding protrusion (7) formed by bending the outer can (3) along the outer periphery of the bottom surface, and the folding protrusion (7) is provided as an outer can ( It protrudes from the electrode housing part (6) of 3) to the outside,
A battery assembly in which the connection body (2) is laminated on the folded protrusion (7), and the folded protrusion (7) and the connection body (2) are welded at the laminated section.
第1の素電池(1)の外装缶(3)は、電極収納部(6)から外部に突出するように、底面の外周に沿って、外装缶(3)を折曲加工してなる折り返し突出部(7)を備え、
第2の素電池(1)の封口板(4)は、折り返し突出部(7)に接触される突出溶接部(12)を設けており、
折り返し突出部(7)と突出溶接部(12)とが積層され、積層部で折り返し突出部(7)と突出溶接部(12)とが溶接されて、第1の素電池(1)と第2の素電池(1)とを直列に接続してなる組電池。 The bottom of the outer can (3) of the first unit cell (1) and the sealing plate (4) of the second unit cell (1) are directly welded, and the first unit cell (1) and the first unit cell (1) An assembled battery in which two unit cells (1) are connected in series,
The outer can (3) of the first unit cell (1) is folded back by bending the outer can (3) along the outer periphery of the bottom so as to protrude outside from the electrode housing (6). With protrusions (7),
The sealing plate (4) of the second unit cell (1) is provided with a protruding welded part (12) that comes into contact with the folded-back protruding part (7).
The folded projecting portion (7) and the projecting welded portion (12) are laminated, and the folded projecting portion (7) and the projecting welded portion (12) are welded at the laminated portion, so that the first unit cell (1) and the first An assembled battery formed by connecting two unit cells (1) in series.
金属板をプレス加工して外装缶(3)を製造する工程において、電極収納部(6)から外部に突出させて、外装缶(3)の底部外周に沿って折り返し突出部(7)を設け、
この折り返し突出部(7)に接続体(2)を積層し、積層された折り返し突出部(7)と接続体(2)を一対の溶接電極(15)で挟着し、溶接電極(15)に通電して、折り返し突出部(7)と接続体(2)を積層部でダイレクト式に抵抗溶接することを特徴とする組電池の製造方法。
A method of manufacturing an assembled battery in which a connecting body (2) is welded to an outer can (3) of a plurality of unit cells (1), and the unit cell (1) is connected through the connecting body (2),
In the process of manufacturing the outer can (3) by pressing the metal plate, the outer protruding portion (7) is provided along the outer periphery of the bottom of the outer can (3) by protruding from the electrode housing portion (6) to the outside. ,
The connection body (2) is laminated on the folded protrusion (7), the laminated folded protrusion (7) and the connection body (2) are sandwiched between a pair of welding electrodes (15), and the welding electrode (15) A method of manufacturing an assembled battery, wherein the folded protrusion (7) and the connection body (2) are directly resistance-welded at the laminated portion by energizing the wire.
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