JP2007059329A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池に係り、特に、金属製キャップを備えた二次電池の金属製ブスバによる接続構造に関する。 The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a connection structure using a metal bus bar for a secondary battery having a metal cap.
近年、各種の電動工具や電動アシスト自転車、さらには、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として、複数個の単電池を直列に接続した組電池が利用されている。接続の形態としては様々なものがあり、例えば、単電池(二次電池)の軸線方向に並べて連結した細長い円柱状のもの(例えば、特許文献1参照)、単電池を並置して連結したもの(例えば、特許文献2、3参照)などがある。
In recent years, an assembled battery in which a plurality of single cells are connected in series has been used as a driving source for various electric tools, electric assist bicycles, bicycles with electric motors, electric vehicles, and the like. There are various types of connection, for example, an elongated columnar shape connected in parallel in the axial direction of a single battery (secondary battery) (for example, refer to Patent Document 1), or a single battery connected in parallel. (For example, refer to
また、単電池間を電気的及び機械的に接続する導電部材として金属製ブスバが知られている。金属製ブスバの両端部を、それぞれ、1の単電池の一方の電極となる金属製キャップと、他の単電池の他方の電極となる電池缶底とにシリーズスポット溶接することで、2つの単電池を直列接続し、さらにこれを必要な単電池数繰り返して、組電池の所要出力電圧を得ている(例えば、特許文献2、3参照)。
Further, a metal bus bar is known as a conductive member that electrically and mechanically connects the cells. Two ends of the metal bus bar are each spot-welded to a metal cap that is one electrode of one unit cell and a battery can bottom that is the other electrode of the other unit cell. The batteries are connected in series, and this is repeated for the required number of single cells to obtain the required output voltage of the assembled battery (see, for example,
なお、単電池には、過充電時の破裂等を防止するための開裂弁を有する金属製キャップを備え、この金属製キャップ上面中央に排気口が形成されたものがあり、これとシリーズスポット溶接される金属製ブスバは、排気口を封じないように載置されなければならない。 Note that some cells have a metal cap with a cleavage valve to prevent rupture during overcharge, etc., and an exhaust port is formed in the center of the top surface of this metal cap. The metal bus bar to be used must be placed so as not to close the exhaust port.
しかしながら、特許文献1のように、組電池を細長い円柱状の構造体とする場合には、組電池全体の外形、各単電池の長さ及び平行度を高い精度で管理する必要があるため、コストアップを招きやすく、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として振動する環境下で使用されると、連結の機械的強度が不十分なことから過酷な振動や衝撃を受けたときに金属製ブスバと単電池との溶接点が外れることがある。
However, as in
この点、特許文献2、3のように、単電池を並置した構造体とする場合には、金属製ブスバは、金属製キャップと一方の電極を兼ねる電池缶底を架け渡す状態に載置されることから、支持された安定姿勢でシリーズスポット溶接により接続されて、作業性の点では、接合不良といった不具合が生じるおそれがない。しかしながら、シリーズスポット溶接では、溶接二点の間隔が狭かったり、金属製ブスバに適当なスリットが設けられていないと、溶接時の無効分流が生じて、接合不良が生じるおそれがあり、溶接点において所望の溶接強度を確保することができない。
In this regard, as in
本発明は上記事案に鑑み、金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保可能な二次電池を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a secondary battery capable of ensuring a desired strength at a welding point between a metal cap and a metal bus bar.
上記課題を解決するために、本発明は、金属製キャップを備えた二次電池であって、前記金属製キャップはその上面に複数の溶接点を形成するように金属製ブスバがシリーズスポット溶接されているものであり、前記金属製ブスバの溶接点間にはスリットが形成されており、該スリットにより前記溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点2点間でシリーズスポット溶接されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a secondary battery having a metal cap, wherein the metal cap is series spot welded so as to form a plurality of welding points on the upper surface thereof. A slit is formed between the welding points of the metal bus bar, and series slit welding is performed between two welding points at which the resistance between the welding points is greater than or equal to a required resistance by the slit. It is characterized by being.
二次電池が、電動原動機付自転車、電気自動車などの移動体用電源として振動する環境下で使用される場合に、溶接点の十分な溶接強度として、500N以上の引張り強度を確保することが望ましい。本発明では、金属製ブスバの溶接点間にスリットが形成されており、該スリットにより溶接点間の抵抗値を設定することが可能である。引っ張り強度と溶接点間の抵抗値との関係は一次直線で近似可能な比例関係にあり、スリットにより溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点2点間でシリーズスポット溶接することで、溶接点における引っ張り強度を所望の値(例えば、上述した500N)に設定することができる。本発明によれば、スリットにより溶接点間の抵抗値を設定することが可能なため、溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点2点間でシリーズスポット溶接することで、金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保した二次電池を得ることができる。 When the secondary battery is used in a vibrating environment as a power source for a moving body such as a bicycle with an electric motor or an electric vehicle, it is desirable to ensure a tensile strength of 500 N or more as a sufficient welding strength of the welding point. . In the present invention, slits are formed between the welding points of the metal bus bar, and the resistance value between the welding points can be set by the slits. The relationship between the tensile strength and the resistance value between the welding points is a proportional relationship that can be approximated by a linear line, and series spot welding is performed between two welding points where the resistance between the welding points exceeds the required resistance by the slit. Thus, the tensile strength at the welding point can be set to a desired value (for example, 500 N described above). According to the present invention, since it is possible to set the resistance value between the welding points by the slit, the series spot welding is performed between the two welding points where the resistance between the welding points has a value equal to or higher than the required resistance. A secondary battery in which the strength at the welding point between the metal cap and the metal bus bar is ensured at a desired strength can be obtained.
本発明において、各溶接点が正方形の四隅に位置するように形成されており、シリーズスポット溶接される2点を対角2点とすれば、溶接点が正方形の四隅に位置する4点となり、溶接点間隔を最大に取ることができる対角2点をシリーズスポット溶接することで、溶接時の無効分流を防ぐことができるため、接合不良を回避することができる。また、金属製キャップが開裂弁を有すると共に、その上面中央に排気口が形成されており、かつ、排気口の周縁部に複数の溶接点を形成するように金属製ブスバがシリーズスポット溶接されており、金属製ブスバの溶接点間の排気口に対応する位置にスリットが形成されていれば、二次電池はスリットでキャップ上面中央の排気口を封さがれることなく、二次電池が過充電等の異常状態に陥っても、二次電池の開裂弁と排気口とが連通し過充電時の破裂等を防止することができる。 In the present invention, each welding point is formed so as to be positioned at the four corners of the square, and if the two points to be series spot welded are two diagonal points, the welding points become four points positioned at the four corners of the square, By performing series spot welding at two diagonal points that can maximize the welding point interval, it is possible to prevent an invalid diversion during welding, thereby avoiding poor bonding. In addition, the metal cap has a cleavage valve, an exhaust port is formed at the center of the upper surface, and the metal bus bar is series spot welded so as to form a plurality of welding points at the peripheral edge of the exhaust port. If the slit is formed at the position corresponding to the exhaust port between the weld points of the metal bus bar, the secondary battery will not be sealed by the slit without sealing the exhaust port in the center of the upper surface of the cap. Even when an abnormal state such as charging occurs, the rupture valve and the exhaust port of the secondary battery communicate with each other to prevent rupture during overcharging.
本発明によれば、スリットにより溶接点間の抵抗値を設定することが可能なため、溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点2点間でシリーズスポット溶接することで、金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保した二次電池を得ることができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, since it is possible to set the resistance value between the welding points by the slit, the series spot welding is performed between the two welding points where the resistance between the welding points has a value equal to or higher than the required resistance. The effect that the secondary battery which ensured the intensity | strength in the welding point of a metal cap and a metal bus bar in desired intensity | strength can be obtained can be acquired.
以下、図面を参照して、本発明を、電動アシスト自転車の電源として使用される並置型タンデム電池に適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a juxtaposition tandem battery used as a power source of an electrically assisted bicycle will be described with reference to the drawings.
(構成)
図1及び図2に示すように、本実施形態のタンデム電池3は、極性が互いに反対に並置された2個の単電池1が金属製ブスバ2により直列接続されている。なお、2個の単電池1は、移動体用電源として使用される場合に備え、図示しない枠体で遊動しないように固定されている。
(Constitution)
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
単電池1は、マンガン酸リチウム等を正極合剤の主要構成材料とし、非晶質炭素等を負極合剤の主要構成材料とした高性能リチウム二次電池であり、セパレータを介して正負極板を渦巻き状に捲回した捲回群が熱伝導性の高い円筒状有底電池缶内の中央部に配置され、捲回群は非水電解液に浸潤されている。捲回群の上下端からは、それぞれ、正極リード、負極リードが導出されている。正極リードは正極端子となる金属製キャップ5の底面(後述する下蓋キャップ)に接続されており、負極リードは負極端子となる電池缶に接続されている。キャップ5は、ガスケットを介して電池缶の開口部にかしめ固定されることで、単電池1は密封されている。なお、単電池1の両端面を除く側周面は、熱収縮性のシュリンクチューブで被覆されている。
The
キャップ5は、円盤状で中央部が上方側に突出し正極端子を兼ねる上蓋キャップと、円盤状で単電池1の内部に連通した連通穴を有する下蓋キャップと、円盤状の板状部材に開裂溝が形成された開裂弁とを有するユニット体として構成されており、上蓋キャップ及び下蓋キャップの周縁がかしめ固定されることで開裂弁がキャップ5内に収容されている。上蓋キャップの上方側に突出した中央部には、円形穴状の排気口6が形成されている。従って、単電池1の内圧が所定値以上となると、開裂弁の開裂溝が開裂し、単電池1内のガスは、下蓋キャップの連通穴、開裂弁の開裂溝、上蓋キャップの排気口6を介して単電池1の外部に排出される。なお、上蓋キャップ、開裂弁、下蓋キャップは金属製部材で構成されている。
The
ブスバ2は、その両端に配置された略円盤状の溶接部と、溶接部より一段高い段差が形成され溶接部間を接続する板状の接続部とで構成されている。溶接部には、溶接点となる位置にプロジェクション(突起)4a、4b、4c、4dが正方形の四隅を形成するように単電池1側に向けて突設されている。プロジェクション間には、単電池1のキャップ5(上蓋キャップ)の排気口6に対応する位置にスリット7が形成されている。換言すれば、排気口6の周縁部に向けてプロジェクション4a、4b、4c、4dが突設されている。スリット7は、4個の円弧で形成されており、円弧間が溶接部の外周側に向けて切り込まれた形状を有している。なお、便宜上、溶接部を切り込むように形成されたこのスリット7の部分を切り込み部9という。
The
キャップ5(上蓋キャップ)とブスバ2の一方の溶接部とは、シリーズスポット溶接の溶接点の組み合わせ(4x,4y)が、プロジェクションの対角2点となる(4a,4c)、(4b,4d)で行われている。溶接点間の抵抗値はスリット7に依存する。本実施形態では、タンデム電池3が振動する環境下で使用されるため、ブスバ2と上蓋キャップとの溶接点における溶接強度は、500N以上の引っ張り強度を有する必要がある。このため、スリット7の大きさ及び形状を検討して溶接点(4a,4c)及び溶接点(4b,4d)間の抵抗値を150E+3[Ω]以上に設定した。同様に、ブスバ2の他方の溶接部とタンデム電池3を構成するもう一つの単電池1の電池缶底部とはシリーズスポット溶接されている。
For the welded portion of the cap 5 (upper cap) and the
ブスバ2のスリット7の大きさを変えて溶接点間の抵抗を変化させたブスバB、ブスバC、ブスバDを用いて、単電池1とシリーズスポット溶接してタンデム電池B、C、Dを作製した。これらと、上記実施形態のタンデム電池3(以下、実施例において、タンデム電池Aという。)との溶接点の引張り強度を測定した。測定は各5回行なった。図3は引っ張り強度の平均値を示したものである。ところで、タンデム電池3が電動アシスト自転車の電源として振動環境下で使用される場合、十分な溶接強度が必要とされる。例えば、ブスバ2と単電池1との溶接点は、500N以上の引張り強度が好ましい。図3に示すように、タンデム電池A、Bの溶接点での引っ張り強度は500N以上であり、溶接点間の抵抗値は150E+3[Ω]以上であった。このことから、タンデム電池Aの溶接点間の抵抗は、溶接点の引張り強度500N以上を確保できる抵抗値、150E+3[Ω]以上が必要であるといえる。
Tandem batteries B, C, and D are produced by series spot welding with
上述したように、実施形態のタンデム電池Aのシリーズスポット溶接の2点の組み合わせ(4x、4y)は対角2点となる(4a,4c)、(4b,4d)であるが、これに対して、隣り合う2点(4a,4b)、(4c,4d)の組み合わせのタンデム電池Eを作製した。シリーズスポット溶接を行なうと、溶接点間が近いため、例えば、上述した切り込み部9が焼き切れることがあった。溶接状態として無効分流が生じていると思われる。また、タンデム電池Eの引張り強度を測定したが、500Nを確保できなかった。
As described above, the combination (4x, 4y) of the two points of series spot welding of the tandem battery A of the embodiment is (4a, 4c), (4b, 4d) which is two diagonal points. Thus, a tandem battery E having a combination of two adjacent points (4a, 4b) and (4c, 4d) was produced. When series spot welding is performed, since the welding points are close to each other, for example, the above-described
実施形態のタンデム電池Aは、キャップ5上面中央の排気口6に対応する位置にスリット7が形成されているが、これに対しスリット7を封じたタンデム電池Fを作製して、過充電状態での安全性を確認した。試験回数はそれぞれ5回行なった。タンデム電池Aは単電池1の開裂弁が作動して、排気口6から速やかにガスが発生し、発煙・発火等は起こらなかった。これに対して、タンデム電池Fは排気口6にガスが滞留し、発煙・発火現象が起こることがあった。
In the tandem battery A of the embodiment, the
(作用等)
以上のように、本実施形態のタンデム電池3は電動アシスト自転車の電源として使用されるため、溶接点における十分な溶接強度として、500N以上の引っ張り強度を有することが望ましい。図3に示したように、引っ張り強度と溶接点間の抵抗値との関係は一次直線で近似可能な関係にあり、スリット7により溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値(150E+3[Ω])を有する2点間でシリーズスポットすることにより、溶接点における溶接強度を所望の値(引っ張り強度500N以上)に設定することができる。このため、実施形態のタンデム電池3は、電動アシスト自転車の電源として振動環境下で使用されても、十分な耐振構造を有している。
(Action etc.)
As described above, since the
また、本実施形態のタンデム電池3は、各溶接点が正方形の四隅に位置するように形成されており、シリーズスポット溶接される2点を対角2点(4a,4cの対角2点及び4b,4dの対角2点)としたので、溶接点が正方形の四隅に位置する4点となり、溶接点間隔を最大に取ることができ、溶接時の無効分流を防ぐことができるため、接合不良を回避することができる。
Further, the
更に、本実施形態のタンデム電池3は、キャップ5が開裂弁を有すると共に、上面中央に排気口6が形成されており、かつ、排気口6の周縁部に複数の溶接点を形成するようにブスバ2がシリーズスポット溶接されており、ブスバ2の溶接点間の排気口6に対応する位置にスリット7が形成されている。このため、単電池1は排気口6を封さがれることなく、単電池1が過充電等の異常状態に陥っても、単電池1の開裂弁と排気口6とが連通し過充電時の破裂等を防止することができる。
Further, in the
なお、上記実施形態では、2本の単電池を並置したタンデム電池3に適用した例を示したが、本発明はこれに制限されず、複数個の単電池を並置した組電池に適用可能なことは云うまでもない。このような接続形態の例としては、例えば、背景技術欄で例示した特許文献2、3にも示されている。また、本発明は単電池1間の直列接続に限定されるものではなく、並列接続に適用可能なことは論を待たない。
In addition, although the example applied to the
本発明は金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保可能な二次電池を提供するものであるため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 Since the present invention provides a secondary battery capable of ensuring the desired strength at the weld point between the metal cap and the metal bus bar, it contributes to the manufacture and sale of the secondary battery. Has availability.
1 単電池(二次電池)
2 ブスバ
5 キャップ
6 排気口
7 スリット
1 Single battery (secondary battery)
2
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