JP2009087707A - Cell terminal structure, connection structure between cell terminals, and cell terminal manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の箱状セルのセル端子構造、セル端子間接続構造およびセル端子製造方法に関する。 The present invention relates to a cell terminal structure of a box-shaped cell of a secondary battery, a connection structure between cell terminals, and a cell terminal manufacturing method.
一般に、複数個の箱状セルを用いた二次電池セルにおいては、箱状セルに端子を設け、他の二次電池セルとの接続はセル端子を接続導体で接続してバッテリパックを形成している。例えば、携帯性及び可搬性を考慮して小型かつ軽量に設計製作された電気電子機器に搭載されるバッテリパックとしては、内蔵する電気回路が発熱したり過充電により電池セルの周囲温度が上昇しても、電解液の蒸発ガスによる出火を好適に防止できるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 In general, in a secondary battery cell using a plurality of box-shaped cells, a terminal is provided in the box-shaped cell, and for connection with other secondary battery cells, a battery pack is formed by connecting the cell terminals with connection conductors. ing. For example, as a battery pack installed in an electric / electronic device designed and manufactured to be small and light in consideration of portability and portability, the built-in electric circuit generates heat or the ambient temperature of the battery cell rises due to overcharging. However, there is one that can suitably prevent a fire due to the evaporation gas of the electrolytic solution (see, for example, Patent Document 1).
また、電気自動車用バッテリボックス装置に適用されるものとして、駆動用電源を遮断するブレーカからなるブレーカ装置をバッテリボックス内に収納し、電気自動車用バッテリボックス装置単体でバッテリの電圧チェック、ブレーカの動作、性能確認ができ車両への搭載および保守を効率よく行うことができるようにしたものがある(例えば特許文献2参照)。
しかし、従来のものでは、電池セルのセル端子をセル外装缶に取り付けるにあたってはレーザ突き合わせ溶接によりセル端子をセル外装缶に取り付けているが、外装缶側にレーザが漏れ外装缶に穴が開くことがある。また、電池セルを接続するにあたってはセル端子間を接続バーで接続することになるが、その際のレーザ突き合わせ溶接の際にセル端子に余計な力がかかったりクラックが発生することがある。 However, in the conventional case, when attaching the cell terminal of the battery cell to the cell outer can, the cell terminal is attached to the cell outer can by laser butt welding, but a laser leaks on the outer can side and a hole is opened in the outer can. There is. Further, when connecting the battery cells, the cell terminals are connected by a connection bar, but an extra force may be applied to the cell terminals or a crack may be generated during laser butt welding.
本発明の目的は、セル端子の端面と外装缶の突起面との間のレーザ突合せ溶接及びセル端子間の接続バーの接合が容易に行え接合信頼性を向上させることができるセル端子構造、セル端子間接続構造およびセル端子製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a cell terminal structure and a cell in which laser butt welding between the end surface of the cell terminal and the protruding surface of the outer can and the connection bar between the cell terminals can be easily performed and the bonding reliability can be improved. It is to provide an inter-terminal connection structure and a cell terminal manufacturing method.
本発明のセル端子構造に係わる発明は、少なくとも1つの端子を略直方体のブロックで形成し、箱状セルを形成する外装缶の一面と接合したことを特徴とする。また、本発明のセル端子間接続構造は、セル端子構造の端子の先端形状よりも大きい穴を形成した接続バーによって、複数セルの端子間を接続したことを特徴とする。さらに、本発明のセル端子製造方法は、少なくとも1つの端子をブロックで形成し、形成した端子を箱状セルの外装缶に接続して外装缶にセル端子を形成するにあたり、外装缶のキャップ体と端子とを接合し、その後に外装缶の内部に収納されるリード板とキャップ体とを接合することを特徴とする。 The invention relating to the cell terminal structure of the present invention is characterized in that at least one terminal is formed of a substantially rectangular parallelepiped block and joined to one surface of an outer can forming a box-shaped cell. The inter-cell terminal connection structure of the present invention is characterized in that the terminals of a plurality of cells are connected by a connection bar in which a hole larger than the tip shape of the terminal of the cell terminal structure is formed. Furthermore, in the cell terminal manufacturing method of the present invention, at least one terminal is formed as a block, and the formed terminal is connected to an outer can of a box-shaped cell to form a cell terminal on the outer can. And a terminal, and thereafter, a lead plate and a cap body housed in the outer can are joined.
本発明によれば、セル端子の端面と外装缶の突起面との間のレーザ突合せ溶接及びセル端子間の接続バーの接合が容易に行え、接合信頼性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser butt welding between the end surface of a cell terminal and the projection surface of an exterior can and the joining of the connection bar between cell terminals can be performed easily, and joining reliability can be improved.
図1は本発明の実施の形態に係わるセル端子構造の構成図であり、図1(a)は電池セルの側面から見たセル端子構造の側面図、図1(b)は電池セルの上面から見たセル端子構造の上面図、図1(c)は電池セルの側面から見たセル端子構造の拡大図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a cell terminal structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a side view of the cell terminal structure viewed from the side of the battery cell, and FIG. 1 (b) is an upper surface of the battery cell. FIG. 1C is an enlarged view of the cell terminal structure viewed from the side surface of the battery cell.
図1(a)に示すように、電池セル11の外装缶12の上部には、キャップ体13が設けられ、このキャップ体13に正極及び負極の一対のセル端子14が設けられている。セル端子14は略直方体のブロックで形成され、箱状セルを形成する外装缶12のキャップ体13の一面と接合している。セル端子14は、外装缶12のキャップ体13の面側に接する面側が広く、先端に向かい段階的に狭く凸状直方体に成形されている。図1では、セル端子14は直方体のブロックが3段積み重ねのものを示している。
As shown in FIG. 1A, a
すなわち、図1(b)及び図1(c)に示すように、セル端子14は直方体のブロックが3段積み重ねで形成されている。そして、外装缶12のキャップ体13には、セル端子14を形成する最下段のブロックの端面と相対する位置に凸状突起15が設けられている。これにより、セル端子14のキャップ体13への装着を容易にしている。図1(c)の凹部16はキャップ体13に凸状突起15を形成する際のプレス加工により生じた凹部である。
That is, as shown in FIGS. 1B and 1C, the
セル端子14のキャップ体13への接合は、レーザ突き合わせ溶接で行われる。すなわち、セル端子14がキャップ体13の凸状突起15で係止されている状態で、セル端子14の最下段のブロック凸状突起15の接触面をレーザ溶接する。これにより、レーザ溶接部17が形成される。
The
このように、セル端子14の端面と外装缶12の凸状突起15の面とを相対する位置に形成するのでレーザによる突合せ溶接が容易となり接合信頼性が増す。また、セル端子14を先端に向かい段階的に狭く凸状直方体に成形しているので、レーザ突合せ溶接を行う際に、外装缶12のキャップ体13側にレーザが漏れることを抑制でき、外装缶12のキャップ体13に穴が開くなどの影響を回避できる。また、セル端子14と外装缶12のキャップ体13との突合せ接合が容易となる。
In this way, since the end face of the
図2は本発明の実施の形態に係わるセル端子間接続構造の構成図であり、図2(a)は電池セルの上面から見たセル端子接続構造の上面図、図2(b)は接続バーの側面図、図1(c)は電池セルの側面から見たセル端子接続構造の側面図である。 FIG. 2 is a configuration diagram of a connection structure between cell terminals according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a top view of the cell terminal connection structure as viewed from the top surface of the battery cell, and FIG. FIG. 1C is a side view of the cell terminal connection structure viewed from the side of the battery cell.
複数の電池セル11を接続する場合には、接続バー18で複数のセル端子14を接続する。図2(a)では2個のセル端子14を接続バー18で接続した場合を示している。接続バー18はセル端子14の先端形状よりも大きい穴19が形成されており、この穴19にセル端子14の先端部のブロックが挿入される。セル端子14の先端形状よりも大きい穴19が形成されているので、複数のセル端子14間を接合する際に、複数のセル端子14の固定誤差を吸収することができる。また、セル端子14は先端に向かい段階的に狭く凸状直方体に成形されているので、電池セル11の外装缶12から突出するセル端子14を大きくでき、セル端子間の接続バー18を接合し易くできる。
When connecting a plurality of
次に、接続バー18は、図2(b)に示すように、略中央部を凸状に曲げ成形されている。これにより、セル間端子を接続する接続バー18の剛性が柔らかくなり、セル端子14にかかる力を軽減できる。また、接続バー18とセル端子14との接合は、セル端子14と接続バー18との間を連続発振のレーザ溶接で接合する。これにより、セル端子14と外装缶12のキャップ体13、セル端子14と接続バー18との間の接合において、これらの材質がA1050などの純アルミ、A3003、A5052などのアルミ合金である場合に、A1050などの純アルミと、A3003やA5052などのアルミ合金との間をクラック無しに接合することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に、本発明の実施の形態に係わるセル端子製造方法について説明する。図3は、本発明のセル端子製造方法を用いて製造したセル端子構造の一例を示す説明図であり、図3(a)はセル端子構造の一例の側面図、図3(b)は図3(a)のA1部の詳細図である。キャップ体13には、正極及び負極の1対のセル端子14a、14bが設けられている。A1部が正極のセル端子14aである。セル端子14a、14bは、それぞれキャップ体13にレーザ突き合わせ溶接で接合される。その際、負極のセル端子14bは絶縁体20を介してキャップ体13に接合される。これは、正極のセル端子14aと負極のセル端子14bとがキャップ体13を介して短絡するのを防止するためである。
Next, the cell terminal manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a cell terminal structure manufactured by using the cell terminal manufacturing method of the present invention. FIG. 3 (a) is a side view of an example of the cell terminal structure, and FIG. It is detail drawing of A1 part of 3 (a). The
そして、その後にキャップ体13にリード板21がレーザ突き合わせ溶接される。この場合も負極側においては、リード板21は絶縁体20を介してキャップ体13に接合される。リード板20は、セル端子14a、14bを電池セルの外装缶の内部に収納される導体に接続するための部材である。
Then, the
図3(b)に示すように、正極のセル端子14aは、キャップ体13の面側に接する面側が広く先端に向かい段階的に狭く凸状直方体に成形されている。図3(b)では、セル端子14aは直方体のブロックが3段積み重ねのものを示している。そして、キャップ体13に設けられた凹部に、セル端子14aの最下段のブロックが挿入されて、セル端子14aはキャップ体13に装着され、この状態でレーザ溶接される。
As shown in FIG. 3 (b), the
これにより、キャップ体13のリガメントを確保でき、2方向の位置決めを容易することができ、固定時の接合信頼性を向上することができる。レーザ溶接は、連続発振でもパルス発振でも用いることができる。
Thereby, the ligament of the
図4は、本発明のセル端子製造方法を用いて製造したセル端子構造の他の一例を示す説明図であり、図4(a)はセル端子構造の他の一例の側面図、図4(b)は図4(a)のA2部の詳細図である。図3に示した一例と異なる点は、セル端子14をキャップ体13に装着するにあたり、キャップ体13の凹部に代えて、キャップ体13に凸状突起15を設けたものである。つまり、図1及び図3に示したものと同様に、キャップ体13に設けられた凸状突起15にセル端子14を装着する。なお、符号16は凸状突起15をプレス加工した場合に生じる凹部である。
FIG. 4 is an explanatory view showing another example of the cell terminal structure manufactured by using the cell terminal manufacturing method of the present invention, FIG. 4 (a) is a side view of another example of the cell terminal structure, and FIG. FIG. 4B is a detailed view of a portion A2 in FIG. The difference from the example shown in FIG. 3 is that when the
この場合においても、キャップ体13とセル端子14とを接合し、その後に外装缶の内部に収納されるリード板21とキャップ体13とをレーザ溶接により接合する。
Also in this case, the
ここで、セル端子14は、例えば、アルミ合金(A3000番)系もしくは純アルミAl(A1000番)系材料で構成され、リード板21は純アルミAl(A1000番)系材料で構成される。これにより、セル端子14の電気伝導度や製造性を向上させることができる。
Here, the
図5は、図3に示したセル端子構造のレーザ溶接の説明図である。まず、セル端子14a、14bをキャップ体13に予めレーザ溶接で接合しておく。そして、図5(a)に示すように、セル端子14a、14bを下向きにして溶接治具22にセットする。溶接治具22は、セル端子14a、14bの先端部及びキャップ体13の一部を冷却板23を介してバネ24で保持する。また、必要に応じてキャップ体13の一部に冷却板(例えば銅板)23をセットする。
FIG. 5 is an explanatory diagram of laser welding of the cell terminal structure shown in FIG. First, the
この状態で、ノズル25からレーザ光26を照射し、図5(b)に示すように、セル端子14とキャップ体13とのレーザ溶接部17aの反対側(リード板21側)からレーザ溶接して、キャップ体13にリード板21を接合する。そうすると、図5(c)に示すように、リード板21側からのレーザ溶接部17bとセル端子14側からのレーザ溶接部17aとが対面することになり、図5(d)に示すように、リード板21側からのレーザ溶接部17bとセル端子14側からのレーザ溶接部17aとが一体となるまでレーザ溶接する。
In this state, the
すなわち、リード板21とセル端子14との接合は、レーザ溶接での溶込み深さが1.0〜1.9mmまでとする。この場合、例えば、レーザ溶接条件を下記のように設定する。
レーザ出力:700W〜2000W
溶接速度:700mm/分〜3000mm/分
シールドガス流量:10〜100リットル/分
レーザ照射スポット径:0.05mm〜0.3mm
レーザ入射角度:面直から±30°
それにより、溶け込み深さをリード板21とキャップ体13の合計の板厚までとするレーザ溶接部17を形成することができる。
That is, the
Laser output: 700W to 2000W
Welding speed: 700 mm / min to 3000 mm / min Shielding gas flow rate: 10 to 100 l / min Laser irradiation spot diameter: 0.05 mm to 0.3 mm
Laser incident angle: ± 30 ° from the surface
Thereby, the
以上の説明では、キャップ体13とセル端子14とを予めレーザ溶接で接合しておき、その後に、キャップ体13とリード板21とをレーザ溶接で接合するようにしたが、セル端子14、リード板21およびキャップ体13とを、1度にレーザ溶接で接合するようにしてもよい。この場合には、セル端子14、リード板21およびキャップ体13の3つの部材を1工程のレーザ溶接で固着することができる。
In the above description, the
図6は、図4に示したセル端子構造のレーザ溶接の説明図である。この場合も、図5の場合と同様に、セル端子14a、14bをキャップ体13に予めレーザ溶接で接合しておき、図6(a)に示すように、セル端子14a、14bを下向きにして溶接治具22にセットする。
FIG. 6 is an explanatory diagram of laser welding of the cell terminal structure shown in FIG. Also in this case, as in the case of FIG. 5, the
図5の場合と異なるのは、キャップ体13に凸状突起15を形成した際のプレス加工により凹部16が形成されていることである。この凹部16があるので、セル端子14とキャップ体13とのレーザ溶接部17aの反対側(リード板21側)から対面してレーザ溶接することができないので、レーザ溶接部17aの位置からずれた位置に対してレーザ溶接し、キャップ体13にリード板21を接合する。従って、図5の場合のように、レーザ溶接部17aとレーザ溶接部17bとが一体となることはない。
The difference from the case of FIG. 5 is that the
本発明の実施の形態によれば、セル端子14を略直方体のブロックで形成し外装缶12のキャップ体13の一面と接合するので、外装缶12から突出するセル端子14を大きくでき、セル端子14間の接続バー18の接合をし易くできる。また、セル端子14の端面と外装缶12の面と装着する凸状突起や凹部を設けるので、セル端子14を外装缶12に精度よく装着できレーザによる突合せ溶接が容易となり接合信頼性が増す。従って、レーザ突合せ溶接を行う際に、外装缶側にレーザが漏れ、外装缶に穴が開くなどの影響を回避できる。
According to the embodiment of the present invention, since the
また、セル端子、外装缶、接続バーの材料として、A1050などの純アルミ、A3003やA5052などのアルミ合金を用いるので、こられの間をクラック無しに接合することができる。 Moreover, since pure aluminum, such as A1050, and aluminum alloys, such as A3003 and A5052, are used as the material for the cell terminal, the outer can, and the connection bar, it is possible to join these without cracking.
11…電池セル、12…外装缶、13…キャップ体、14…セル端子、15…凸状突起、16…凹部、17…レーザ溶接部、18…接続バー、19…穴、20…絶縁体、21…リード板、22…溶接治具、23…冷却板、24…バネ、25…ノズル、26…レーザ光
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