JP2009252351A

JP2009252351A - 電池間接続構造

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Publication number: JP2009252351A
Application number: JP2008094673A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Uchida; 康紀内田; Yasuo Yoshihara; 康雄吉原; Seiichi Kato; 誠一加藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-01
Also published as: JP5256821B2

Abstract

【課題】隣接する円筒形電池の相対位置のバラツキを吸収し、位置決めに自由度が生じて位置調整が容易で、メンテナンス時に交換が必要な円筒形電池のみを交換することが可能なランニングコストを大幅に低減でき、溶接性の悪化や過大な電流の印加による発熱で円筒形電池の内部部品の破壊や電池ケースや封口体の穴あきや変形が発生などの不具合が発生しない信頼性に優れた電池間接続構造を提供することを目的とする。
【解決手段】複数個の円筒形電池１の電極の向きを同じ方向になるように配列し、封口体２に接続した端子溶接部２４を備えた端子板２１とこの端子板２１と接続した接続板５とこの接続板５が接続板溶接部１２に接続され、電池ケース３の側壁の外表面の形状に沿って電池ケース溶接部１１を接続した接続板ブラケット１０で、円筒形電池１の異極同士を電気的に接続状態に連結する電池間接続構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として複数個並列した電池の異極間を電気的に接続する電池間接続構造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、リチウムイオン二次電池などが各種用途に幅広く使用されている。一方、地震や台風などの災害による停電発生時のバックアップ用非常電源などの用途には電池相互間を接続して、より電池容量を大きし、かつ大電流放電が可能な電源としての用途が拡大しつつあり、同様に無人通信基地局などの非常電源や電車のパンタグラフ昇降用電源あるいは電車の給電停止時に使用する照明点灯用バックアップ電源などの鉄道用電源用途として、一層の大電流放電に適した構成を開発することが要望されている。

上述のような電源は、図４に示すように複数個の円筒形電池４１の異極間を互いに接続して組電池を作成するのが一般的であり、複数個の円筒形電池４１をその径方向に沿って一列状態に並べ、その電池相互間を接続板４７で電気的に直列接続している。接続板４７の一方端は電池ケース４２の側壁にスポット溶接され、もう一方端は円筒形電池４１の封口体４６にスタットボルト４３が溶接され、ナットを用いて接続されている略Ｌ字型形状とした構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２５７４０８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示される従来技術では、隣接する円筒形電池４１を接続板４７を介して溶接とスタットボルト４３で互いに接続するため、隣接する円筒形電池４１の相対位置の精度が必要となり、円筒形電池４１の相対位置の位置決めの自由度がなく位置調整が困難である。さらにメンテナンス時の円筒形電池４１に消耗または劣化が認められた場合には円筒形電池４１を抜き取る方向が規制され、交換する難易度が高くランニングコストが大幅にかかる。

さらに接続板４７の電気抵抗を低減し高出力な電池間接続構造を作製しようとすると、接続板４７の幅を広くしたり板厚を厚くしたりする必要があり、電池ケース４２の側壁と封口体４６とを接続板４７で溶接しようとする場合、封口体４６の直径以上にその幅を大きくすることは難しい。しかも、接続板４７の板厚を厚くすることは電池ケース４２や封口体４６の形状や位置への追従が困難である。また、接続板４７の固有抵抗が低くなり電池ケース４２および封口体４６への溶接性が劣ってしまい、溶接した部分の剥がれによる接続抵抗の上昇、電池ケース４２や封口体４６の変形、過大なエネルギーで溶接することによる電池ケース４２や封口体４６の穴あきの発生や溶接強度が確保できないなどの不具合が生じやすくなるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を鑑みて成されたもので、隣接する円筒形電池の相対位置のバラツキを吸収することができ、円筒形電池の相対位置の位置決めに自由度が生じて位置調整が容易となる上、メンテナンス時に円筒形電池に消耗または劣化が認められた場合、交換が必要な円筒形電池のみを交換することが可能となり、ランニングコストを大幅に低減できる。また、溶接性の悪化や過大な電流の印加による発熱で円筒形電池の内部部品の破
壊や電池ケースや封口体の穴あきや変形が発生したりするなどの不具合が発生しない信頼性に優れた電池間接続構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の電池間接続構造は、電池ケースの少なくとも側壁を一方の電極とし、かつ電池ケースの開口側を密閉した封口体を他方の電極とした電池を複数個配列し、これらの電池の軸方向が並列になるように並置して隣接する各２個の電池の異極同士を接続する電池間接続構造において、複数個の電池の電極の向きを同じ方向になるように配列し、封口体に接続した端子溶接部を備えた端子板と、この端子板と接続した接続板と、この接続板が接続板溶接部に接続され、電池ケースの側壁の外表面の形状に沿って電池ケース溶接部を接続した接続板ブラケットで、電池の異極同士を電気的に接続状態に連結することを特徴とするものである。

本発明によれば、隣接する円筒形電池の相対位置の位置決めに自由度が生じて位置調整が容易となり、メンテナンス時に交換が必要な円筒形電池のみを交換することが可能でランニングコストを大幅に低減できる。また、溶接強度の低下や電気抵抗の上昇、電池内部部品の溶接の発熱による破壊や電池ケースの孔空きや変形を抑制でき、信頼性に優れた電池間接続構造を提供することが可能となる。

本発明の第１の発明においては、電池ケースの少なくとも側壁を一方の電極とし、かつ電池ケースの開口側を密閉した封口体を他方の電極とした電池を複数個配列し、これらの電池の軸方向が並列になるように並置して隣接する各２個の電池の異極同士を接続する電池間接続構造において、複数個の電池の電極の向きを同じ方向になるように配列し、封口体に接続した端子溶接部を備えた端子板と、この端子板と接続した接続板と、この接続板が接続板溶接部に接続され電池ケース側壁の外表面の形状に沿って電池ケース溶接部を接続した接続板ブラケットで、電池の異極同士を電気的に接続状態に連結することにより、隣接する円筒形電池の相対位置の位置決めに自由度が生じて位置調整が容易となり、メンテナンス時に交換が必要な円筒形電池のみを交換することが可能でランニングコストを大幅に低減できる。

本発明の第２の発明においては、接続板ブラッケトの電池ケース溶接部の厚みを電池ケースの側壁の厚みに対して同厚み以下に構成したことにより、薄い板側から厚い板側への溶接となり溶接性の悪化や過大な電流の印加による発熱で円筒形電池の内部部品の破壊や電池ケースや封口体の穴あきや変形を抑制できる。

本発明の第３の発明においては、接続板の厚みを接続ブラケットの接続板溶接部の厚み以上に厚く構成したことにより、接続板の電気抵抗を低減し溶接に寄与しない無効な溶接電流を大幅に削減できる安定した品質のよい溶接が可能となる。

本発明の第４の発明においては、端子板あるいは接続板の少なくとも一方に連結用貫通孔を設け、相接続する他方がネジ孔を備えていることにより、隣接する円筒形電池の相対位置の位置決めに自由度が生じて位置ズレを吸収するため、組立性に優れている。

本発明の第５の発明においては、端子板および接続板に連結用貫通孔を備え、ボルトとナットで螺合締結されていることにより、繰り返し取り外しが可能であり、複数個の円筒形電池の中で交換が必要な円筒形電池のみを交換でき保守性に優れている。

本発明の第６の発明においては、端子板および接続板の連結用貫通孔が合致した配置で
、端子板または接続板のうち一方にナットが溶接されていることにより、ナットが溶接により固定されているため組立性に優れ、生産性の向上が可能となる。

本発明の第７の発明においては、封口体と端子板の端子溶接部、接続板と接続板ブラケットの接続板溶接部、電池ケースと接続板ブラケットの電池ケース溶接部のそれぞれが抵抗溶接で固着していることにより、電気的に接続するために有効な突起物やフランジなどがない略平坦な面にも接続することができ、接続板の電気抵抗を低減が可能となる。

本発明の第８の発明においては、端子板および接続板の各溶接部に溶接用プロジェクションを設けたことにより、溶接時に溶接電流の電気抵抗が増して溶接部の溶融する能力が向上し、安定した品質のよい溶接が可能となる。

本発明の第９の発明においては、溶接用プロジェクションを複数個設け、溶接用プロジェクションの間にスリット部を具備したことにより、溶接に寄与しない無効な溶接電流を大幅に削減できるため、安定した品質のよい溶接が可能となる。

本発明の第１０の発明においては、端子板、接続板、接続板ブラケットが鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、銅の材質を有して成形したことにより、接続板の電気抵抗を低減し高出力に対応可能な電池間接続を提供することが可能となる。

本発明の第１１の発明においては、端子板、接続板、接続板ブラケットが鉄、鉄合金または銅にニッケルめっき加工を施したことにより、電池ケースや封口体との溶接性に優れ、溶接強度の低下や電気抵抗の上昇を抑制が可能なる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施の形態について説明する。円筒形電池にはリチウム一次電池やリチウムイオン二次電池、アルカリ蓄電池等があり、電池接続間構造の一実施の形態として本発明を詳細に説明するためにあげたものであって、本発明を特定するものではない。図１は本発明の電池間接続構造の構成例を示す概略図、図２は本発明の一実施の形態の接続板と接続板ブラケットの接続状態を示す模式図、図３は本発明の別の実施の形態を示す接続板ブラケットの模式図である。

図１に示すように２本の円筒形電池１とこれら円筒形電池１間を電気的に接続する本発明の接続板５と接続板ブラケット１０と端子板２１により構成される。接続板５は連結用貫通孔６を有し、端子板２１に有した連結用貫通孔２５にボルト３０を通してナット３１とで螺合締結されて接続している。接続板５の連結用貫通孔６と端子板２１の連結貫通孔２５をボルト３０とナット３１で螺合締結することで、隣接する円筒形電池１同士の相対位置の位置決めに自由度が生じ位置調整が容易となり、メンテナンス時に交換が必要な円筒形電池１のみを交換することが可能でランニングコストを大幅に低減できる。

なお、端子板２１にナット３１を溶接付けしてもよく、さらに組立て作業性が向上され、接続板５側にナット３１を溶接しても構わない。さらに端子板２１有した連結用貫通孔２５はネジ孔を備えてもよく、あるいは接続板５の連結用貫通孔６をネジ孔にしてボルト３０で螺合締結しても組立て作業はさらに向上される。

端子板２１には端子溶接部２４が設けられ、円筒形電池１の封口体２の外表面と抵抗溶接されている。端子溶接部２４には溶接される側に突起した溶接用プロジェクション２３が具備され、複数個の溶接用プロジェクション２３の中間にスリット部２２が設けられて、溶接強度が確保できる抵抗溶接を行える構造となっている。

また、接続板ブラケット１０には接続板溶接部１２と電池ケース溶接部１１を有し、接
続板溶接部１２と接続板５と接続され、円筒形電池１の電池ケース２の側壁に電池ケース溶接部１０とが接続されている。さらに、図２に示すように接続板ブラケット１０の接続板溶接部１２にはスリット部１６とそのスリット部１６を挟んで溶接される側に突起した溶接用プロジェクション１５が複数個配置している。また、電池ケース溶接部１１にもスリット部１４と溶接される側に突起した溶接用プロジェクション１３が設けられ、溶接強度が確保できる抵抗溶接を行える。なお、接続板溶接部１２に設けたスリット部１６は接続板溶接部１２の端面まで達してなくても構わない。

接続板ブラッケト１０の電池ケース溶接部１１の板厚は電池ケース３の側壁の板厚より同厚み以下に構成しているため、薄い板側である電池ケース溶接部１１から厚い板側である電池ケース３の側壁への溶接となり、溶接に寄与しない無効な電流を大幅に削減でき、溶接性が悪化し円筒形電池１の内部部品を溶接で生じる発熱で破壊したり、電池ケース３に穴あきが発生したりすることを抑制できる安定した品質のよい溶接が可能となる。さらに薄い板を使用しているため追従性に富み、電池ケース３の側壁の外表面の形状に沿って密着しての接続が可能となり、電気抵抗を低減可能にした電池間接続構造となる。

また、接続板５は接続板ブラケット１０の板厚より厚く構成することで、すなわち電池ケース３の側壁の板厚より厚い構成になっているため固有抵抗が低く、大電流放電に適した構成で、これら本発明の電池間接続構造を用いれば安定した品質のよい溶接が可能であり、溶接部の剥がれによる溶接強度の低下や電気抵抗の上昇、電池内部部品の溶接の発熱による破壊や電池ケース３の穴あきや変形を抑制でき、接続板５の固有抵抗が低いため、より高出力な電池間接続構造となる。

また、接続板５、接続ブラケット１０や端子板２１の材質はニッケル、鉄、銅、鉄合金、ニッケル合金が好ましい。銅、鉄あるいは鉄合金を用いる場合は加工後にニッケルめっきを施すことにより、耐腐食性や溶接性を改善することができる。また、これらの材質を複数用いても良い。例えば、接続板ブラケット１０にニッケルめっき加工を施した鉄を用い、接続板５により電気抵抗を低減できるニッケルや銅などを用いても良い。これら材質の組み合わせは抵抗溶接の溶接性や電気抵抗、加工性、コストを考慮して好適に選択することができる。

また、図３に示すように電池ケース３の側壁に接続する電池ケース溶接部１１と接続板溶接部１２に設けたスリット部１６が複数個備わった溶接用プロジェクション１５を挟んだ十文字形状をしている構成になっている。接続板５と接続板ブラケット１０をシリーズ抵抗溶接する際に、溶接電極の当て方が規制されずに自由度が増し、接続板ブラケット１０の剛性も向上できるため作業性の向上となる。

次に以下、本発明の実施例１に関わる電池間接続構造について図を参照しながら詳細に説明する。図２に示すようにニッケルめっきを施した厚さが０．２ｍｍの鉄製の接続板ブラケット１０の接続板溶接部１２の裏面にニッケルめっきを施した厚さが０．５ｍｍの鉄製の接続板５をあてがい、接続板溶接部１２の溶接用プロジェクション１５の付近にスリット部１６を跨いだ状態で溶接電極を当て、接続板ブラケット１０に接続板５を抵抗溶接した。

次に、円筒形電池１の電池ケース３の側壁に沿うように湾曲した形状の接続板ブラケット１０の両端に設けた電池ケース溶接部１１を図１に示すように直径が６０ｍｍ、電池ケース３の側壁の厚みが０．３ｍｍの円筒形電池１の側壁の外表面にあてがい、電池ケース溶接部１１の溶接用プロジェクション１３の付近にスリット部１４を跨いだ状態で溶接電極を当て、接続板ブラケット１０を円筒形電池１に抵抗溶接した。

また、接続板５の連結用貫通孔６と端子板２１の連結用貫通孔２５が合致するよう端子板２１の端子板溶接部２４を円筒形電池１の封口体２の外表面にあてがい、端子板溶接部２４の溶接用プロジェクション２３の付近にスリット部２２を跨いだ状態で溶接電極を当て、端子板２１を封口板２に抵抗溶接した。次に、端子板９と接続板２をボルト３０とナット３１を用いて接続した。このようにして図１に示した電池間接続構造を作製した。この電池間接続構造を実施例１とした。

図３に示すようにスリット部１６が十文字に設けた接続板ブラケット１０を用い、実施例１と同じように作製した電池間接続構造を実施例２とした。

（比較例１）
図５に示した略Ｌ字型形状の従来技術の接続板４７をニッケルめっきを施した厚さ０．４ｍｍの鉄で作製し、図４に示すような直径が６０ｍｍの円筒形電池４１の電池ケース４２の側壁にシリーズ方式の抵抗溶接を用いて接続した。さらにスタットボルト４３を円筒形電池４１の封口体４６にネジ部が垂直に立つように溶接付けした後、接続板４７の先端に設けた連結用貫通孔に、円筒形電池４１の封口体４６に溶接により接続したスタットボルト４３を挿入し、ナットを用いて接続した。このようにして作製した電池間接続構造を比較例１とした。

次に実施例１および実施例２、比較例１の電池間接続構造を用い、円筒形電池の封口体と、電池ケースの底部中央に抵抗計の端子を接続し抵抗値を測定した測定結果を（表１）に示す。

（表１）からわかるように、実施例１および実施例２の電池間接続構造は比較例１に対して抵抗値が低くなる。また、実施例１と実施例２の抵抗値の差が少ないことから、スリット部１６の形状の違いによる抵抗値の差は少ないことがわかった。抵抗値の大きな差は接続板の持つ固有抵抗の差が考えられ、実施例１および実施例２の接続板５は比較例１の接続板４７の板厚より厚いため固有抵抗が低いため抵抗値が低くなったことと大きく関与していた。

また、シリーズ方式の抵抗溶接を行う場合、板厚の薄い側に溶接電極を当てて板厚の厚い側に溶接を行うと溶接電極を当てた側に流れてしまう溶接に寄与しない無効電流を大幅に削減でき、溶接部以外の温度上昇が少なく安定した抵抗溶接が行え、実施例１および実施例２では板厚が０．２ｍｍの接続板ブラケット１０の接続板溶接部１２から板厚が０．５ｍｍの接続板５への溶接を行っており、さらに板厚みが０．２ｍｍの接続板ブラケット１０の電池ケース溶接部１１から板厚が０．３ｍｍの電池ケース３の側壁への溶接となっており、板厚の薄い側から厚い側へ溶接することで溶接に寄与しない無効電流を大幅に低減した安定した溶接がおこなえる電池間接続構造となっている。

比較例１の場合、板厚が０．４ｍｍの接続板４７から板厚が０．３ｍｍの電池ケース４２の側壁への溶接となっており、板厚の厚い側から薄い側への溶接となり、溶接に寄与しない無効電流の多い不安定な溶接となってしまい、溶接電極を当てた側に流れてしまう溶
接に寄与しない無効電流を流し、溶接部以外の温度上昇が大きく、不安定した抵抗溶接となってしまった。

以上のように本発明の電池間接続構造により、接続板ブラケット１０は溶接部の剥がれによる電気抵抗の上昇や電池ケースの変形、過大なエネルギーで溶接することによる電池ケース３の穴あき不良や円筒形電池１の内部部品を溶接で生じる発熱で破壊が発生しにくく、安定した接続が可能な電気抵抗を低減した高出力な電池間接続構造である。

本発明に係る電池間接続構造は、電気抵抗を低減するための接続板ブラケットの電池ケース溶接部の板厚を厚くする必要がなく、円筒形電池の内部部品が抵抗溶接による発熱の悪影響を受けず、一層の大電流放電に適した信頼性が高い構成を必要とする停電時の照明等のバックアップ用電源として有用である。

本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造を示す概略図本発明の一実施の形態に係る接続板と接続板ブラケットの接続状態を示す模式図本発明の別の実施の形態に係る接続ブラケットの模式図従来技術の電池間接続構造を示す概略図従来技術による接続板の斜視図

符号の説明

１円筒形電池
２封口体
３電池ケース
５接続板
６連結用貫通孔
１０接続板ブラケット
１１電池ケース溶接部
１２接続板溶接部
１３溶接用プロジェクション
１４スリット部
１５溶接用プロジェクション
１６スリット部
２１端子板
２２スリット部
２３溶接用プロジェクション
２４端子溶接部
２５連結用貫通孔
３０ボルト
３１ナット

Claims

電池ケースの少なくとも側壁を一方の電極とし、かつ前記電池ケースの開口側を密閉した封口体を他方の電極とした電池を複数個配列し、これらの電池の軸方向が並列になるように並置して隣接する各２個の電池の異極同士を接続する電池間接続構造において、複数個の前記電池の電極の向きを同じ方向になるように配列し、前記封口体に接続した端子溶接部を備えた端子板と、この端子板と接続した接続板と、この接続板が接続板溶接部に接続され前記電池ケースの側壁の外表面の形状に沿って電池ケース溶接部を接続した接続板ブラケットで、前記電池の異極同士を電気的に接続状態に連結することを特徴とする電池間接続構造。
前記接続板ブラッケトの電池ケース溶接部の厚みを前記電池ケースの側壁の厚みに対して同厚み以下に構成したことを特徴とする請求項１に記載の電池間接続構造。
前記接続板の厚みを前記接続ブラケットの接続板溶接部の厚み以上に厚く構成したことを特徴とする請求項２に記載の電池間接続構造。
前記端子板あるいは接続板の少なくとも一方に連結用貫通孔を設け、相接続する他方がネジ孔を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電池間接続構造。
前記端子板および接続板に連結用貫通孔を備え、ボルトとナットで螺合締結されていることを特徴とする請求項１に記載の電池間接続構造。
前記端子板および接続板の連結用貫通孔が合致した配置で、端子板または接続板のうち一方にナットが溶接されていることを特徴とする請求項５に記載の電池間接続構造。
前記封口体と端子板の端子溶接部、前記接続板と接続板ブラケットの接続板溶接部、前記電池ケースと接続板ブラケットの電池ケース溶接部のそれぞれが抵抗溶接で固着していることを特徴とする請求項１に記載の電池間接続構造。
前記端子板および接続板の各溶接部に溶接用プロジェクションを設けた構成した請求項７に記載の電池間接続構造。
前記溶接用プロジェクションを複数個設け、前記溶接用プロジェクションの間にスリット部を具備したことを特徴とする請求項８に記載の電池接続間構造。
前記端子板、接続板、接続板ブラケットが鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、銅の材質を有して形成したことを特徴とする請求項１に記載の電池間接続構造。
前記端子板、接続板、接続板ブラケットが鉄、鉄合金または銅にニッケルめっき加工を施したことを特徴とする請求項１０に記載の電池間接続構造。