JP2007194035A - 組電池の接続板 - Google Patents

Abstract

【課題】銅などの固有抵抗の小さく電導性の高い材料を用いても、溶接電流を過剰に上げることなく、電池と溶接板の十分な溶接強度を確保する。
【解決手段】複数の電池セルを接続板１０で接続した組電池において接続板１０の本体の溶接部分に溶接ビード部１４を有する接続板であって、溶接ビード部１４の一部若しくは全体に接続板本体の母材よりも電気抵抗が高い部分を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、組電池の接続板に係り、特に、銅を材料とする接続板であっても、溶接強度を良好に溶接することができる組電池の接続板に関する。

二次電池からなる電池セルを直列または並列につないだ組電池は、電動式自転車、ハイブリッド車をはじめとして、さまざまな用途に広く利用されている。そして近年では、バッテリの高容量化、高密度化が急速に進んでいる。

この種の組電池では、電池セル同士を直列または並列に接続するには、帯状の接続板が用いられており、この接続板は抵抗溶接により溶接されている。そこで、図７に従来の接続板を示す。

図７において、参照番号１は接続板を示し、この接続板１は、帯状の金属製薄板であって、中央部２が平行にせり上がった段形状となっている。接続板１には溶接ビード部５が形成されている。この接続板１の材質は、従来は、ニッケル材、鉄の薄板にニッケルめっきを施したものや、銅板の表裏両面にニッケル薄板を接合したクラッド材等が用いられている。
このような接続板１を抵抗溶接により電池セル７に溶接する場合、図７に示すように、溶接電極６を接続板１に押し付けた状態で電流を流す。これにより、電気抵抗により発生するジュール熱により溶接ビード部５が溶け、接続板１を電池セル７に溶接することができる。

しかしながら、従来の接続板１では、溶接ビード部５は、図８または図９に示すような形状になっている。図８に示す溶接ビード部５は、半球型の溶接ビード部で、図９に示す溶接ビード部５は、断面形状が台形型の溶接ビード部である。

従来の溶接ビード部５は、接続板１の母材と同じ材料である上に、母材の肉厚ａも溶接ビード部５の肉厚ｂも同じ（ａ＝ｂ）であるので、接続板１の母材が銅のような電導性の高い材料の場合、ニッケルや、鉄などの銅よりも固有抵抗の高い材料を用いた接続板に較べて、溶接時の発熱が少なく、溶接ビード部５の溶け込み量が少なく、溶接強度の点で弱くなる。

このような銅の接続板を溶接する場合の弱点を補うため、溶接電流を大きくして溶接ビード部発熱量を増大させることが考えられる。しかし、発熱量の増大により、電池本体が溶けて穴が開いたり、溶接機の電極寿命の低下などの不具合が生じるので、溶接電流はあまり大きくはできない。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、銅などの固有抵抗の小さく電導性の高い材料を用いても、溶接電流を過剰に上げることなく、電池と接続板の十分な溶接強度を確保することを可能とする組電池の接続板を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルを接続板で接続した組電池において接続板本体の溶接部分に溶接ビード部を有する接続板であって、前記溶接ビード部の一部若しくは全体に接続板本体の母材よりも電気抵抗が高い部分を形成したことを特徴とするものである。

また、本発明では、前記溶接ビード部の一部若しくは全体が、接続板本体の厚みよりも薄い薄肉部からなることを特徴としている。この薄肉部は、前記溶接ビード部を形成する凹部の周囲に形成された段差部を含むようにしてもよい。

また、本発明では、薄肉部の厚さは、接続板本体の厚さの４０〜９０％であることが好ましい。そして、接続板本体は母材が銅を主材料とすることができる。

本発明によれば、銅などの固有抵抗の小さく電導性の高い材料を用いても、溶接電流を過剰に上げることなく、電池と接続板の十分な溶接強度を確保することが可能となる。

以下、本発明による組電池の接続板の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による組電池の接続板を示す図である。
接続板１０は、帯状の金属製薄板であって、図１に示すように、接続板１０の両側短辺の中央からは、スリット１２が長辺と平行に中央位置まで延びて、そこで終端しており、これらのスリット１２によって接続板１０の本体は２分割され接続部１３でつながっている形状になっている。このような接続板１０では短辺側に近い位置で、スリット１２の両側に複数の溶接ビード部１４が形成されている。これらの溶接ビード部１４は、エンボス加工により、円形状にくぼんだ凹部（反対側の面からみると凸部）を加工することによって形成されている。なお、この実施形態では、接続板１０には、母材の材料に銅が用いられている。接続板１０の素材については、銅板の他、ニッケル材、銅を材料として表裏両面にニッケル薄板を接合したクラッド材等を用いることができる。

次に、図２は、接続板１０に形成されている溶接ビード部１４の断面を示す図である。図２において、この実施形態による接続板１０では、溶接ビード部１４の全体が本体の厚さａよりも薄い厚さｂをもつ薄肉部に加工されている。この図２に示した溶接ビード部１４は、接続板１０の一方の面からすり鉢形にくぼんで凹部を形成し、他方の面側に丸く突き出た形状になっており、底の部分は湾曲している。溶接するときには、底の部分が電池セルに当接する。そして、溶接ビード部１４を形成する凹部の周囲を囲むように段差部１５が形成されており、この段差部１５の部分を含む溶接ビード部１４全体の厚さが均一にｂになっている。

次に、以上のような接続板１０を電池セルに溶接する場合の手順について、図３、図４を参照しながら説明する。
接続板１０を電池セル７に抵抗溶接する場合、抵抗溶接機の溶接電極６で接続板１０を電池セル７に押し付ける。このとき、図４に示すように、正極、負極のそれぞれの電極６が接続板１０の短辺側から長手方向に延びるスリット１２を間において位置決めされている。

図３において、そのまま電極６での加圧を維持したまま通電すると、この通電により生じる熱によって、溶接ビード部１４が溶融するので、接続板１０を電池セル７に溶接することができる。
本実施形態の接続板１０では、溶接ビード部１４の全体が薄肉部になっており、この溶接ビード部１４全体で接続板１０本体の母材の電気抵抗よりも電気抵抗が高い部分を形成しているので、溶接時のジュール熱の発生がより増大し、母材が銅のような固有抵抗の小さな材料でも、局所的に抵抗を上げ、溶接電流値を過剰に上げることなく、安定した溶接を行うことができる。しかも、溶接ビード部１４の周囲に段差部１５を形成することにより、薄肉部の面積が拡大し、より広い面積で発熱が得られる利点がある。

ここで、図５は、溶接ビード部１４の厚さｂと接続板１０の本体の板厚ａとの比（ｂ／ａ）を変えて接続板１０の溶接を行い、溶接強度の測定結果を示すグラフである。接続板１０には、本体の厚さ０．５mmのものを用いた。

この図５のグラフからわかるように、引張強度は厚さの比（ｂ／ａ）が６０〜８０％の範囲で最大になり、４０％を以下では減少していく。このような傾向から、接続板１０の本体の厚さａに対して溶接ビード部１４の厚さｂを薄くすることで抵抗が増大し、溶接性は向上するが、溶接ビード部１４の厚さｂが薄すぎると、ビード回りでの母材破断により溶接強度は弱くなる。逆に、溶接ビード部１４の厚さｂが厚すぎると、抵抗は上がらず発熱が小さくなり溶接性は悪くなる。厚さの比（ｂ／ａ）が１００％の場合、つまり溶接ビード部１４の厚さが本体と同じになっている従来の溶接板と較べると、全体として厚さの比（ｂ／ａ）は４０〜９０％であれば従来よりも良好な溶接強度が得られることがわかる。

なお、図２（ａ）は、本実施形態における接続板１０に形成される溶接ビード部１４の変形例を示す断面図である。この図２（ｂ）に示す溶接ビード部１４では、段差部１５の位置および形状は図２（ａ）の溶接ビード部１４と同様であるが、底１６の形状が直線的に角張っている例である。
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
上述した第１実施形態は、溶接ビード部１４の周囲に段差部１５を形成した実施形態であったが、図６の実施形態は、溶接ビード部１４に段差部１５を形成せずに全体または一部を肉厚の薄い薄肉部とした例である。

図６（ａ）に示す溶接ビード部１４は、接続板１０の本体の肉厚よりも全体的に薄くなっている。これに対して、図６（ｂ）に示す溶接ビード部１４では、底に向かって徐々に肉厚が薄くなり、底１６の部分で最も薄くなっている。図６（ｃ）に示す溶接ビード１４では、全体が均一の薄肉部となっている点は、図６（ａ）の溶接ビード部１４と同様であるが、底１６が角張った形状になっている。

以上のように溶接ビード部１４を薄肉部とする形状には様々なものがあるが、いずれも電気抵抗を高められるので、溶接電流を上げることなく、より大きな発熱により安定した溶接が可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明では、上述した第１実施形態と第２実施形態とは異なり、溶接ビード部１４の材料を接続板１０の母材とは異種材料を用いるようにしてもよい。その場合、溶接ビード部１４は、接続板１０の母材が銅であれば、銅よりも固有抵抗の高い材料例えば、ニッケル、アルミニウム、またはそれらの合金から形成することができる。また、溶接ビード部１４を母材と同じ銅にする替わりに、表面にＮｉめっき被膜で被覆することにより、抵抗値を母材よりも高めるようにしてもよい。さらに、本発明では、接続板１０をセル電池の直列接続、並列接続、直列と並列の組み合わせのいずれにも利用できることはいうまでもない。

本発明による組電池の接続板の第１実施形態を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。 第１実施形態による組電池の接続板に形成される溶接ビード部を示す横断面図である。 組電池の接続板を電池セルに溶接する手順を示す図。 組電池の接続板を電池セルに溶接する手順を示す図。 接続板の本体の肉厚と、ビード部の厚さの比と溶接強度の関係を示すグラフである。 第２実施形態による組電池の接続板に形成される溶接ビード部を示す横断面図である。 従来の組電池の接続板の溶接工程の説明図である。 従来の組電池の接続板に形成される溶接ビード部を示す横断面図である。 他の従来例の組電池の接続板に形成される溶接ビード部を示す横断面図である。

符号の説明

６ 溶接電極
７ 電池セル
１０ 接続板
１２ スリット
１４ 溶接ビード部
１５ 段差部
１６ 底

Claims (5)

1. 複数の電池セルを接続板で接続した組電池において接続板本体の溶接部分に溶接ビード部を有する接続板であって、
   前記溶接ビード部の一部若しくは全体に接続板本体の母材よりも電気抵抗が高い部分を形成したことを特徴とする組電池の接続板。
2. 前記溶接ビード部の一部若しくは全体が、接続板本体の厚みよりも薄い薄肉部からなることを特徴とする請求項１に記載の組電池の接続板。
3. 前記薄肉部は、前記溶接ビード部を形成する凹部の周囲に形成された段差部を含むことを特徴とする請求項２に記載の組電池の接続板。
4. 前記薄肉部の厚さは、接続板本体の厚さの４０〜９０％であることを特徴とする請求項２または３に記載の組電池の接続板。
5. 前記接続板本体は銅を母材の主材料とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の組電池の接続板。

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