JP2017168340A - Welded structure, battery using the same, and method of manufacturing welded structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミからなるバスバーを銅からなる電極端子部材の上に重合せて溶接するレーザ溶接部品およびその接合方法に関する。特に複数の電池セルをバスバーと呼ばれる電極を介して直列や並列に接続しているバッテリシステムに関する。 The present invention relates to a laser welded part that superimposes and welds a bus bar made of aluminum on an electrode terminal member made of copper, and a joining method thereof. In particular, the present invention relates to a battery system in which a plurality of battery cells are connected in series or in parallel via electrodes called bus bars.
バッテリシステムは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して充放電の電流を大きくできる。たとえば、自動車を走行させるモータの電源に使用される大電流、大出力用のバッテリシステムは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。
この用途に使用されるバッテリシステムは、複数の電池セルを金属板のバスバーで接続している。バスバーは、バッテリシステムを構成する電池セルの電極端子部材にレーザ溶接して接続される。この接続構造は、バスバーに切欠部を設けて、ここに電池セルの電極端子を挿入し、挿入された電極端子とバスバーとの境界にレーザ光を照射し、電極端子とバスバーの両方を境界で溶融して接続している。
The battery system can increase the output voltage by connecting a plurality of battery cells in series, and can increase the charge / discharge current by connecting them in parallel. For example, a battery system for large current and large output used as a power source for a motor that drives an automobile has a plurality of battery cells connected in series to increase the output voltage.
In the battery system used for this application, a plurality of battery cells are connected by a metal bar. The bus bar is connected to the electrode terminal member of the battery cell constituting the battery system by laser welding. In this connection structure, a notch is provided in the bus bar, the electrode terminal of the battery cell is inserted therein, the laser beam is irradiated to the boundary between the inserted electrode terminal and the bus bar, and both the electrode terminal and the bus bar are bordered. Molten and connected.
電池には正極と負極があり、通常正極側にはアルミの端子、負極側にはニッケルめっきされた銅端子が使用されている。バスバーの切欠部は隣接する電池セルの電極端子を挿通して、電池セルを直列又は並列に接続するので、ひとつのバスバーには少なくとも2つの電池セルの電極端子が接続される。バスバーにクラッド材と呼ばれるアルミと銅の結合部材を用いた場合、正極側のアルミ端子はクラッド材のアルミ側、負極側の銅端子はクラッド材の銅側と溶接すれば良いので、それぞれ同種金属同士の溶接であり、単位面積当たりの接合強度が高く、特に技術的に困難な点はない。 A battery has a positive electrode and a negative electrode. Usually, an aluminum terminal is used on the positive electrode side, and a nickel-plated copper terminal is used on the negative electrode side. The notch portion of the bus bar passes through the electrode terminals of the adjacent battery cells and connects the battery cells in series or in parallel. Therefore, at least two battery cell electrode terminals are connected to one bus bar. When using an aluminum-copper coupling member called a clad material for the bus bar, the aluminum terminal on the positive electrode side should be welded to the aluminum side of the clad material, and the copper terminal on the negative electrode side should be welded to the copper side of the clad material. This is a welding between each other, and the bonding strength per unit area is high, and there are no technical difficulties.
しかしながら、このクラッド材はアルミと銅の薄い板を接合部が重なるようにそれぞれ重ね合わせて、熱を加えながら圧力をかけて圧着するため、工程にかかる費用が高くまた直材費も高価なため、低コスト化ができないという問題がある。 However, because this clad material is made by stacking aluminum and copper thin plates so that the joints overlap each other and applying pressure while applying heat, the cost of the process is high and the cost of direct materials is also expensive. There is a problem that the cost cannot be reduced.
そこで、バスバーに安価なアルミを用いることにより、安価で軽いバッテリシステムを生産することが可能となる。しかし、アルミバスバーを用いる場合、正極側はアルミバスバーとアルミ端子の同種材溶接で問題無い。しかし、負極側はアルミバスバーとニッケルめっきの銅端子の異種材溶接となり、安定して高品質な溶接を実現することが非常に困難となる。 Therefore, it is possible to produce an inexpensive and light battery system by using inexpensive aluminum for the bus bar. However, when an aluminum bus bar is used, there is no problem in welding the same kind of material between the aluminum bus bar and the aluminum terminal on the positive electrode side. However, the negative electrode side is welded with dissimilar materials such as an aluminum bus bar and a nickel-plated copper terminal, and it is very difficult to achieve stable and high-quality welding.
異種材溶接は、異なる金属材料を共に溶融し、混ざり合った後凝固させることにより溶接を行うが、アルミと銅の異種材溶接についてはその合金が十分に加熱されてある温度以上で一定の時間溶融していると、アルミと銅の組成が一定比率の金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、格子欠陥が少なく非常に硬い層であるが、応力を加えると脆く千切れてしまうため、単に溶融面積を増やせば高い接合強度が得られる訳ではなく、生産における様々な隙間などのばらつき要因がある中で、安定して高品質の溶接を実現することが非常に困難である。 Dissimilar material welding is performed by melting different metal materials together, solidifying them, and then solidifying them. For dissimilar material welding of aluminum and copper, the alloy is sufficiently heated for a certain time above a certain temperature. When melted, an intermetallic compound having a constant ratio of aluminum and copper is formed. This intermetallic compound is a very hard layer with few lattice defects, but it becomes brittle and torn when stress is applied, so simply increasing the melting area does not provide high joint strength, but various gaps in production. It is very difficult to achieve stable and high-quality welding in the presence of variations.
バッテリシステムにおけるアルミバスバーと銅からなる電極端子部材の異種材溶接において、限られた溶接スペースの中で接合強度を十分に保ちシステムの機能を保持するためには、溶接の仕方を工夫して単位面積当たりの接合強度を向上させる方法と、溶接部にかかる応力を緩和して低い接合強度でも接合を維持させる方法とがある。これらを単独で用いても接合強度を確保できるが、両方を組合せることにより、より外乱に対して強固な接合を実現することができる。 In the welding of dissimilar materials between aluminum bus bars and copper electrode terminal members in battery systems, the unit of welding is devised in order to maintain sufficient bonding strength in a limited welding space and maintain system functions. There are a method for improving the bonding strength per area and a method for relaxing the stress applied to the weld and maintaining the bonding even at a low bonding strength. Even if these are used alone, the bonding strength can be secured, but by combining both, it is possible to realize a stronger bonding against disturbance.
溶接部にかかる応力については、溶接パターン(形状)を工夫することにより緩和することが可能であり、線が交差しないように曲線状に形成された溶融跡の発明がされている(特許文献1参照)。 About the stress concerning a welding part, it is possible to relieve | moderate by devising a welding pattern (shape), and the invention of the melt mark formed in the curve shape so that a line may not cross is made (patent document 1). reference).
しかしながら、特許文献1に示される従来技術をアルミバスバーとニッケルめっきの銅端子との溶接に適用する場合、以下に示すような課題がある。
However, when the prior art disclosed in
特許文献1や通常のスポット溶接の場合、レーザの溶接部は円状に形成されている。この場合、接合部に対して外部から等方的に力がかかることで接合強度が増加する効果がある。一方、片方のセルが衝撃等により移動することによりもう片方のセルに応力がかかる際、バスバーが2つのセルを接続していることから、バスバーの接続方向からの応力が溶接部にかかることになる。
In the case of
図13は、特許文献1における線が交差しないように曲線状に形成された場合について、バスバーの接続方向(図では上方)から応力が第1溶接部6aにかかる状態を示す平面図である。アルミバスバー1の溶接プレート部2aに図示しない端子をアルミバスバー1の下面に配置し、レーザ光を照射して第1溶接部6aを形成する。第1溶接部6aのうち最も接続方向に近い上方の部分に最も大きな溶接部を引き剥がそうとする応力7が集中する。この部分から離れるに従い、応力7の大きさは小さくなっていく。
FIG. 13 is a plan view showing a state in which stress is applied to the first
また、図14は、一点のスポット溶接を行ったときの、アルミバスバー1の溶接プレート部2aに図示しない端子を溶接した場合の、同様に応力のかかる状態を示す平面図である。図13と同様に第1溶接部6aのうち最も接続方向に近い上方の部分に最も大きな第1溶接部6aを引き剥がそうとする応力7が集中する。この部分から離れるに従い、応力7の大きさは小さくなっていく。
FIG. 14 is a plan view showing a state in which stress is similarly applied when a terminal (not shown) is welded to the
このとき、バスバーの接続方向から見て最も隣のセルに近い第1溶接部6a、すなわち図13や図14の第1溶接部6aの上方に応力が集中することになり、この僅かな部分の金属間化合物や場合によってはブローホールの生成状況により、溶接強度が極端に低くなり、同じ条件で製造しても接合強度が不安定になる。
At this time, the stress is concentrated above the first
このような状況では、バッテリシステムの安定した生産は難しく、アルミバスバーを用いた低コストであるバッテリシステムの供給は困難である。 Under such circumstances, stable production of the battery system is difficult, and supply of a low-cost battery system using an aluminum bus bar is difficult.
よって、本発明の課題は、複数の電池セルを接続するバスバーとセルの電極端子部材との接続において、溶接強度の高い安定した溶接構造体とそれを用いた電池、および、溶接構造体の製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a stable welded structure with high welding strength, a battery using the same, and a welded structure in connection between a bus bar for connecting a plurality of battery cells and an electrode terminal member of the cell. Is to provide a method.
上記目的を達成するために、第1金属からなり第1プレート部を有するバスバーと、第2金属からなる第1電極端子部と、上記第1プレート部と上記第1電極端子部とを接続する第1溶接部と、を含み、上記第1プレート部の長手方向と直角方向に、直線状の上記第1溶接部が形成されている溶接構造体を用いる。 In order to achieve the above object, a bus bar made of a first metal and having a first plate portion, a first electrode terminal portion made of a second metal, and the first plate portion and the first electrode terminal portion are connected. And a welded structure in which the linear first welded portion is formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first plate portion.
また、上記第1電極端子部と上記第2電極端子部とは電池に存在し、上記溶接構造体を有する電池を用いる。 Moreover, the said 1st electrode terminal part and the said 2nd electrode terminal part exist in a battery, and the battery which has the said welded structure is used.
さらに、第1金属からなるバスバーのプレート部を第2金属からなる電極端子部材の上に重合せ、上記プレート部の表面に第1レーザ光を第1軌道で照射して上記プレート部と上記電極端子部材とに第3溶接部を形成する第1レーザ工程と、上記第1軌道と平行で別の第2軌道で、上記第1レーザ光より出力が低いレーザ光で、上記プレート部の表面を走査し第4溶接部を形成する第2レーザ工程と、を含み、上記第1軌道と上記第2軌道の方向は、上記プレート部の長手方向と、それぞれ直角方向である溶接構造体の製造方法を用いる。 Further, the plate portion of the bus bar made of the first metal is superposed on the electrode terminal member made of the second metal, and the surface of the plate portion is irradiated with the first laser beam in the first trajectory to thereby form the plate portion and the electrode. The first laser step of forming a third welded portion on the terminal member, and the laser beam having a lower output than the first laser beam in a second orbit parallel to the first track and the surface of the plate portion. A second laser step of scanning to form a fourth welded portion, wherein the direction of the first track and the second track is a longitudinal direction of the plate portion and a direction perpendicular to the plate portion, respectively. Is used.
さらに、 第1金属からなるプレート部を第2金属からなる電極端子部材の上に重合せ、上記プレート部の表面に第1レーザ光を第1軌道で照射して上記プレート部と上記電極端子部材とに第3溶接部を形成する第1レーザ工程と、上記第1軌道と平行で別の第2軌道で、上記第1レーザ光より走査速度が速いレーザ光で、上記プレート部の表面を走査し第4溶接部を形成する第2レーザ工程と、を含み、上記第1軌道と上記第2軌道の方向は、上記プレート部の長手方向と、それぞれ直角方向である溶接構造体の製造方法を用いる。 Further, the plate portion made of the first metal is superposed on the electrode terminal member made of the second metal, and the surface of the plate portion is irradiated with the first laser beam in the first orbit to thereby form the plate portion and the electrode terminal member. And scanning the surface of the plate portion with a laser beam having a scanning speed higher than that of the first laser beam in a first laser step for forming a third welded portion and a second orbit parallel to the first track. And a second laser process for forming a fourth welded portion, wherein the direction of the first track and the second track is a longitudinal direction of the plate portion and a direction perpendicular to the plate portion, respectively. Use.
本発明の溶接構造体、および、溶接方法は、複数の電池セルを接続するバスバーとセルの電極端子部材と接続において、溶接強度の高い安定した溶接構造体、および、溶接方法となる。 The welded structure and the welding method of the present invention are a stable welded structure and welding method with high welding strength in connection with a bus bar connecting a plurality of battery cells and an electrode terminal member of the cell.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For simplification of description, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals.
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態における、アルミバスバーにより電池セルの負極の電極端子と隣接セルの正極の電極端子とを接続している状態を示した斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1A is a perspective view showing a state in which a negative electrode terminal of a battery cell and a positive electrode terminal of an adjacent cell are connected by an aluminum bus bar in the first embodiment of the present invention. .
アルミバスバー1の溶接プレート部2a、2bは、セルのNiめっき銅からなる負極の電極端子3と隣接セルのアルミからなる正極の電極端子4との上に重合せて配設される。なお、溶接プレート部2a、2bは、連結部8で繋がっている。
The
電極端子3,4の上面に凸部が形成されている場合には、アルミバスバー1の溶接プレート部2a、2bに、凸部を内側に案内する切欠部5を設けても良い。なお、切欠部5は、貫通穴でも、プレートの一部がかけているものでもよい。
When the convex portions are formed on the upper surfaces of the
電極端子3と重なっている溶接プレート部2aに、レーザ光を照射して貫通溶接して第1溶接部6aを形成する。同様に、電極端子4と重なっている溶接プレート部2bに、レーザ光を照射して貫通溶接して第2溶接部6bを形成し、アルミバスバー1を介して、電極端子3と電極端子4とを電気的に接続する。
The
このように、各セルの電極端子3,4をアルミバスバー1で順次接続する。この時、
電極端子4に振動や衝撃が加わると、電極端子4の変位がアルミバスバー1を通じて第1溶接部6aに伝わり、第1溶接部6aを引き剥がそうとする応力7が発生する。
Thus, the
When vibration or impact is applied to the
本実施の形態では、この応力7を緩和するため、第1溶接部6aに応力7がかかる方向と直角方向、すなわちアルミバスバー1の接続方向(図では右上方向)に対して直角方向(図では右下から左上方向)に第1溶接部6aが直線状に形成されている構造とする。また、上記方向は、直方体形状である溶接プレート部2aの長手方向と直角方向である。以下方向は、他の実施の形態でも同様である。
In the present embodiment, in order to relieve the
この場合、溶接プレート部2a、2bは、長方形状のため、第1溶接部6aの方向は、長方形の縦の辺の方向である。
In this case, since the
なお、1例として、溶接プレート部2aの幅Lは10mmである。第1溶接部6aの溶接幅1mmである。溶接長さは1mm(1割以上)あれば仕様を満たす強度が出る(30N以上)。実際に使える範囲としては、隙間等のばらつきを考慮して、長さ4mm以上(4割以上、80N以上)あれば好ましい。
As an example, the width L of the
実際のパターンは、最も連結部8寄りで6mm、そこから条数毎に少しずつ長くなる。幅に対する割合よりも、スタックとして求められる溶接強度を満たすことがポイントであり、絶対長さは重要である。(設計によって機種毎にバスバーの大きさや幅が変わる。)
図1(b)、(c)は第1溶接部6aに応力7がかかっている時の、第1溶接部6aの近辺の詳細図である。図1(a)のアルミバスバー1がフラットな状態から応力7がかかり、図1(b)のように第1溶接部6aの右上側の端を基点にアルミバスバー1が上方向へ折れ曲がっていく。もし、第1溶接部6aの接合強度が低い場合、図1(a)のアルミバスバー1がフラットな状態か、もしくは図1(b)に示すようなアルミバスバー1が少し折れ曲がった状態の後、第1溶接部6aが破断する。第1溶接部6aの接合強度が十分に高い良品の場合は、図1(c)に示すようにアルミバスバー1が直角に折れ曲がった状態でも第1溶接部6aが破断しない。その理由として、図1(b)、(c)に示すように応力7がかかる方向に対して第1溶接部6aが直角方向(直方体形状である溶接プレート部2aの長手方向と直角方向)に形成されているため、応力7を第1溶接部6aの端の長さで均等に分散でき、接合強度の低い箇所に応力集中するのを防ぐことができるためである。
The actual pattern is 6 mm closest to the connecting
FIGS. 1B and 1C are detailed views of the vicinity of the first welded
<実施例1>
第1の実施の形態おいて、具体的な実施例について説明する。
<Example 1>
A specific example will be described in the first embodiment.
図1(a)において、めっき厚6μmのニッケルめっきを施した厚み2mmの銅の電極端子3の上に厚み1mmのアルミバスバー1を重ねて、図示しないアルミバスバー1の上方から下方に向けて押し当てるジグにより、隙間がなるべく開かないように配置した。アルミバスバー1の表面からファイバーレーザから連続発振した出力1500Wのレーザ光を加工点のスポット径が50μm程度に集光して500mm/sの速度で、図に示すようにアルミバスバー1上を接続方向(図では右上方向)に対して直角方向(図では右下から左上方向)に10mm走査して、アルミバスバー1を貫通溶接してアルミバスバー1と負極の電極端子3を溶接した。
In FIG. 1A, an
この時の図1(c)の上方への引張り強度(剥離強度)を測定したところ、同様に作製した3つのサンプルで、103N、109N、116Nであり、何れも100Nを越える高い引張り強度を示した。 When the tensile strength (peel strength) upward in FIG. 1 (c) at this time was measured, it was 103N, 109N, and 116N for three samples produced in the same manner, and all showed high tensile strength exceeding 100N. It was.
このように、第1溶接部6aに応力7がかかる方向と直角方向に第1溶接部6aを形成する。このことにより、アルミと銅との溶接のような金属間化合物が生成されて接合強度が低下する場合でも、限られた面積の溶接において高い接合強度を実現できる。
In this way, the
なお、本実施例ではめっき厚や電極端子3,4の厚み、アルミバスバー1の厚みの一例を示したが、この値に限った内容ではない。また、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。
In this embodiment, examples of the plating thickness, the thickness of the
<比較例1>
溶接方向が、アルミバスバー1上を接続方向(図では右上方向、溶接プレート部2aの長手方向)に同じ方向で溶接した以外は、実施例1と同様に溶接を行った。
<Comparative Example 1>
Welding was performed in the same manner as in Example 1 except that the welding direction was the same on the
図2(a)に示すように、電極端子3と重なっている溶接プレート部2aに、レーザ光を照射して貫通溶接して第1溶接部6aを形成した。このとき、図1(a)と図2(a)の第1溶接部6aの面積は同じとした。同様に溶接したときの引張り強度を測定したところ、76N、50N、97Nと実施例1と比較して引張り強度が低く、且つばらつきが大きくなった。
As shown to Fig.2 (a), the
これは、第1溶接部6aに応力7がかかる方向と同じ方向に第1溶接部6aを形成することにより、図2(b)に示すように、第1溶接部6aの短辺側(先端部)の短い長さで応力を分散する。このため、単位長さ当りの応力が実施例1と比較して非常に大きくなる。結果、比較的低い応力で第1溶接部6aの破断が起る。また、短辺側に強度の弱い箇所が存在すると、その箇所に応力が集中して破断が始まってしまうため、接合強度に大きなばらつきが生じる。
This is because the
このように、第1溶接部6aに応力7がかかる方向と同じ方向に第1溶接部6aを形成すると、引張り強度が低く且つばらつきも大きいため、安定した生産を行うことができない。
Thus, when the
<比較例2>
溶接方向が、円周状であること以外は、実施例1と同様に溶接を行った。
<Comparative example 2>
Welding was performed in the same manner as in Example 1 except that the welding direction was circumferential.
図3(a)に示すように、切欠部5の周辺に円周状の第1溶接部6aを形成した。同様に溶接したときの引張り強度を測定したところ、89N、104N、98Nと実施例1と比較して引張り強度が低くなった。
As shown in FIG. 3A, a circumferential
これは、円周状に第1溶接部6aを形成することにより、図3(b)に示すように、第1溶接部6aの円弧状の一点に応力が集中するためである。
This is because, by forming the first welded
比較例1の図2(a)と比較すると、第1溶接部6aの外周径が大きく、比較的直線に近い。このことから、その周辺でも若干の応力が分散される。このため、実施例1より引張り強度が低下するが、比較例1よりも高い強度を維持できる。
Compared to FIG. 2A of Comparative Example 1, the outer diameter of the first welded
しかし、円周状に第1溶接部6aを形成すると、引張り強度が低いため、安定した生産を行うことが困難である。
However, if the first welded
<比較例3>
溶接が、パルス発振のYAGレーザを用いた以外は、実施例1と同様に溶接を行った。
<Comparative Example 3>
Welding was performed in the same manner as in Example 1 except that a pulsed YAG laser was used.
図4(a)に示すように、第1溶接部6aに応力7がかかる方向と直角方向、すなわちアルミバスバー1の接続方向(図では右上方向)に対して直角方向(図では右下から左上方向)に第1溶接部6aを形成した。アルミバスバー1の表面からYAGレーザからパルス発振した平均出力600Wのレーザ光を加工点のスポット径が300μm程度に集光して20mm/sの速度で、図に示すようにアルミバスバー1上を接続方向(図では右上方向)に対して直角方向(図では右下から左上方向)に10mm走査して、アルミバスバー1を貫通溶接してアルミバスバー1と電極端子3を溶接した。このときの図1(c)の上方への引張り強度(剥離強度)を測定したところ、同様に作製した3つのサンプルで、107N、101N、100Nであり、何れも100Nを越える高い引張り強度を示したが、実施例1と比較すると何れも低い強度であった。
As shown in FIG. 4A, the direction perpendicular to the direction in which the
これは、パルス状のレーザを重ねて直線方向に照射するため、図4(b)に示すように、各パルスの円弧状の円の一部に応力が集中するためである。 This is because the stress is concentrated on a part of the arc-shaped circle of each pulse as shown in FIG.
図5(a)は、図1(c)に示すレーザを連続発振した場合の第1溶接部6aを拡大した平面図である。この場合、第1溶接部6aの端が直線状になるため全面に応力が分散して、各箇所の応力が小さくなる。
Fig.5 (a) is the top view to which the
図5(b)は、図4(b)に示すパルスレーザ発振した場合の第1溶接部6aを拡大した平面図である。この場合は、パルス数の分だけ、円ができ、応力がそれぞれの円に集中するので、強度が低下する。但し、パルス数が多く、円が多いので、応力が分散されるため、比較例1や2よりも引張り強度が高くなる傾向にある。
FIG. 5B is an enlarged plan view of the
このように、パルス状のレーザで第1溶接部6aを形成すると、引張り強度が低いため、安定した生産を行うことが困難である。
Thus, when the
以上のことから、実施例1の溶接では、金属間化合物が生成されても引張り強度が高く安定した溶接が可能であり、歩留りが高く低コストである溶接を実現することができる。 From the above, in the welding of Example 1, stable welding with high tensile strength is possible even when an intermetallic compound is generated, and welding with high yield and low cost can be realized.
(第2の実施の形態)
図6は、本発明の第2の実施の形態における、アルミバスバー1によりセルの負極の電極端子3と隣接セルの正極の電極端子4とを接続している状態を示した斜視図である。なお、記載しない事項は、第1の実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the
アルミバスバー1は、負極の電極端子3と隣接する正極の電極端子4とに溶接してなる一対の溶接プレート部2aと2bを有する。また、アルミバスバー1は、溶接プレート部2aと2bを連結してなる連結部8を有する。連結部8は、U曲しているU曲部9を有している。U曲の方向は、上方、下方いずれでもよい。
The
アルミバスバー1が連結部8の中間にU曲部9を有する。このことにより、隣接セルの正極の電極端子4がX方向(図6では斜め左上から右下方向)に振動あるいは衝撃を与えたとしても、アルミバスバー1の連結部8のU曲部9で発生したX方向の変位が吸収される。
The
その結果、負極の電極端子3と溶接されているアルミバスバー1の溶接プレート部2aがX方向に大きく変位することが無い。また、第1溶接部6aにかかる応力7が小さくなるため、第1溶接部6aの溶接強度がその閾値に対して高く保つことが可能となる。
As a result, the
同様に、隣接セルの正極の電極端子4がY方向(図6では斜め右上から左下方向)に振動あるいは衝撃を与えたとしても、アルミバスバー1の溶接プレート部2aと2bとU曲部9に接する連結部8が、X方向からY方向に直角に折れ曲がっている。このため、この部分でY方向の変位が吸収される。結果、負極の電極端子3と溶接されているアルミバスバー1の溶接プレート部2aがY方向に大きく変位することが無い。また、第1溶接部6aにかかる応力7が小さくなるため、第1溶接部6aの溶接強度がその閾値に対して高く保つことが可能となる。
Similarly, even if the
以上のことより、第1溶接部6aに求められる必要強度に対して実際の破断する強度との差を大きくすることができ、工程の安定性が向上し低コストでのバッテリシステムの製造が可能となる。
From the above, the difference between the required strength required for the first welded
<実施例2>
第2の実施の形態おいて、具体的な実施例について説明する。
<Example 2>
A specific example will be described in the second embodiment.
図6において、アルミバスバー1の連結部8にU曲部9を有していること以外は、実施例1と同様に溶接したものの引張り強度を測定したところ、116N、105N、111Nであり、何れも100Nを越える高い引張り強度を示した。
In FIG. 6, when the tensile strength of what was welded similarly to Example 1 except having the U curved
このように、連結部8にU曲部9を有するアルミバスバー1を用いた溶接でも、第1溶接部6aに応力7がかかる方向と直角方向に第1溶接部6aを形成することにより、アルミと銅の溶接のような金属間化合物が生成されて接合強度が低下する場合でも、限られた面積の溶接において高い接合強度を実現できる。
Thus, even in welding using the
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In this example, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, etc. depend on the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. It is not limited content.
(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態における、アルミバスバーによりセルの負極の電極端子3と隣接セルの正極の電極端子4を接続している状態を示した斜視図である。なお、記載しない事項は、第1の実施の形態と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the
図7では、溶接プレート部2aと2bを設けてなる第1の接続部10a及び第2の接続部10bがある。そして、第1の接続部10aと第2の接続部10bに折曲部を介して連結してなる第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bがある。さらに、第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bとに折曲部を介して両端を連結してなる中間連結部12を有し、中間連結部12にU曲部9を設けている。
In FIG. 7, there are a first connecting
隣接セルの正極の電極端子4がZ方向(図7では上下方向)に振動あるいは衝撃を与えたとしても、アルミバスバー1の立ち上がり部11aあるいは11bとの折曲部において発生したZ方向の変位が吸収される。
Even if the
結果、電極端子3と溶接されているアルミバスバー1の溶接プレート部2aがZ方向に大きく変位することが無く、第1溶接部6aにかかる応力7が小さくなるため、第1溶接部6aの接合強度がその閾値に対して高く保つことができる。
As a result, the
同様に、隣接セルの正極の電極端子4がX方向(図7では斜め左上から右下方向)に振動あるいは衝撃を与えたとしても、アルミバスバー1の中間連結部12のU曲部9で発生したX方向の変位が吸収される。
Similarly, even if the
結果、電極端子3と溶接されているアルミバスバー1の溶接プレート部2aがX方向に大きく変位することが無く、第1溶接部6aにかかる応力7が小さくなるため、第1溶接部6aの溶接強度がその閾値に対して高く保つことが可能となる。
As a result, the
さらに、電極端子4がY方向(図7では斜め右上から左下方向)に振動あるいは衝撃を与えたとしても、アルミバスバー1の立ち上がり部11aあるいは11bとの折曲部とU曲部9に接する中間連結部12が、X方向からY方向に直角に折れ曲がっているため、この部分でY方向の変位が吸収され、負極の電極端子3と溶接されているアルミバスバー1の溶接プレート部2aがY方向に大きく変位することが無い。結果、第1溶接部6aにかかる応力7が小さくなるため、第1溶接部6aの溶接強度がその閾値に対して高く保つことが可能となる。
Furthermore, even if the
以上のことより、第1溶接部6aに求められる必要強度に対して実際の破断する強度との差を大きくすることができ、工程の安定性が向上し低コストでのバッテリシステムの製造が可能となる。
From the above, the difference between the required strength required for the first welded
<実施例3>
第3の実施の形態おいて、具体的な実施例について説明する。
<Example 3>
In the third embodiment, specific examples will be described.
図7において、アルミバスバー1の連結部8が、アルミバスバー1の両端部にあって溶接プレート部2aと2bを設けてなる第1の接続部10a及び第2の接続部10bと、第1の接続部10aと第2の接続部10bに折曲部を介して連結してなる第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bと、第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bとに折曲部を介して両端を連結してなる中間連結部12を有する。中間連結部12にU曲部9を設けていること以外は、実施例1と同様に溶接したものの引張り強度を測定した。結果、引張り強度は、112N、110N、106Nであり、何れも100Nを越える高い引張り強度を示した。
In FIG. 7, the
このように、立ち上がり部11a及び11bと中間連結部12にU曲部9を設けて、かつ、応力7がかかる方向と直角方向に第1溶接部6aを形成することにより、アルミと銅の溶接のような金属間化合物が生成されて接合強度が低下する場合でも、限られた面積の溶接において高い接合強度を実現できる。
In this way, the
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In this example, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, etc. depend on the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. It is not limited content.
(第4の実施の形態)
図8(a)は、本発明の第4の実施の形態における、アルミバスバーによりセルの負極の電極端子と隣接セルの正極の電極端子を接続している状態を示した斜視図である。なお、記載しない事項は、第1の実施の形態と同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 8A is a perspective view showing a state in which the negative electrode terminal of the cell and the positive electrode terminal of the adjacent cell are connected by the aluminum bus bar in the fourth embodiment of the present invention. Items not described are the same as those in the first embodiment.
アルミバスバー1の溶接プレート部2aおよび2bは、セルのNiめっき銅からなる負極の電極端子3と隣接セルのアルミからなる正極の電極端子4上に重合せて配設される。電極端子の上面に凸部が形成されている場合には、アルミバスバー1の電極端子上面に、溶接プレート部2aあるいは2bに電極端子の突出部を内側に案内する切欠部5を設けても良い。
The welded
負極の電極端子3とアルミバスバー1が重なっている溶接プレート部2aに、レーザ光を照射して貫通溶接で第1の第1溶接部6aと第1溶接部13aを形成する。第1の第1溶接部6aと第1溶接部13aは、切欠部5を挟んで対向している。
The
同様に、正極の電極端子4とアルミバスバー1が重なっている溶接プレート部2bに、レーザ光を照射して貫通溶接で第1の第2第2溶接部6bと第2溶接部13bを形成する。このことで、アルミバスバー1を介して負極の電極端子3と正極の電極端子4を電気的に接続する。
Similarly, a laser beam is applied to the
負極の電極端子3とアルミバスバー1の第1の第1溶接部6aと第1溶接部13aとを基準とした場合、振動や衝撃が加わったことにより隣接セルの電極端子4が移動した場合、その変位がアルミバスバー1を通じて第1の第1溶接部6aと第1溶接部13aに伝わり、第1の第1溶接部6aと第1溶接部13aを引き剥がそうとする応力7と14となる。このとき、第1溶接部6aおよび13aは、溶接部に応力7および14がかかる方向に対して第1溶接部6aおよび13aが直角方向に形成されているため、応力7および14を第1溶接部6aおよび13aの端の長さで均等に分散できる。
When the
第1の実施の形態と比較して、本実施の形態では溶接面積が広いことに加え、第1の第1溶接部6aにかかる応力7によって第1の第1溶接部6aが破断に至った後も、第1溶接部13aによって接合を維持し、更に大きな応力14が与えられるまで破断が起こらないため、溶接プレート部2aと負極の電極端子3とのより高く且つ安定した接合強度が得られる。
Compared with the first embodiment, in this embodiment, in addition to the large welding area, the first first welded
<実施例4>
第4の実施の形態おいて、具体的な実施例について説明する。
<Example 4>
A specific example will be described in the fourth embodiment.
図8(a)において、アルミバスバー1の溶接プレート部2aおよび2bにおける溶接部が、第1の第1溶接部6aおよび6bと第1溶接部13aおよび13bとを有している以外は、実施例1と同様である。引張り強度を測定したところ、127N、135N、123Nであり、何れも100Nを越える高い引張り強度を示した。
In FIG. 8 (a), the welded portions in the welded
このように、溶接部に応力がかかる方向に対して直角方向に形成されている溶接部を2箇所有することにより、2箇所の溶接部でそれぞれに応力を分散するため、アルミと銅の溶接のような金属間化合物が生成されて接合強度が低下する場合でも、限られた面積の溶接において高い接合強度を実現できる。 In this way, by having two welds formed in a direction perpendicular to the direction in which the stress is applied to the welds, the stress is distributed to each of the two welds. Even when such an intermetallic compound is generated and the bonding strength is lowered, a high bonding strength can be realized in welding of a limited area.
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長、2溶接箇所間の距離等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In the present embodiment, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, and distance between welding locations are the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. This is not limited to the above.
本実施例では、図1(a)に示すようなU曲型のアルミバスバー1についての溶接事例を示したが、図6に示す連結部8にU曲部9を有しているアルミバスバーや、図7に示す第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bと、U曲部9を設けているアルミバスバーなどのアルミバスバーを用いても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the welding example of the U-curved
本実施例では、直線状に2箇所の溶接部を有する例を記載したが、図8(b)、(c)に示すような四角形やその角が丸くなったような溶接部形状であっても、同様な効果が得られる。 In this embodiment, an example having two welds in a straight line is described, but a quadrangle as shown in FIGS. 8B and 8C or a welded part shape with rounded corners. The same effect can be obtained.
(第5の実施の形態)
図9(a)、図9(b)は、実施の形態1における図1(a)において、アルミバスバー1を電極端子3,4上面に配置したときの溶接プレート部2aの第1溶接部6a付近を上方から見た平面図である。なお、記載しない事項は、第1の実施の形態と同様である。
(Fifth embodiment)
9 (a) and 9 (b) show the first welded
先ず、図9(a)について説明する。第1溶接部6aにかかる応力の方向と直角方向に第1溶接部6aを形成するために、レーザ光を照射しながら上記方向に走査して溶融部16を形成する。次に、レーザ光をY方向(図では上下方向)にレーザ光の位置を移動させ、同様に走査させる。これを繰り返して、溶融部16がY方向に連なった第1溶接部6aを形成する。
First, FIG. 9A will be described. In order to form the first welded
第1溶接部6aに応力がかかる際、第1溶接部6aの応力のかかる側の端(図9(a)では第1溶接部6aの上端)の部分に先ず応力がかかる。このとき、溶接長で分散される応力が各箇所に均等にかかるため、単位長さ当りの応力が小さくなる。結果、応力集中が避けられるため、全体としてはかなり高い応力がかかっても、第1溶接部6aは破断しない。さらに高い応力がかかると、溶融部16が1条だけ形成された場合には、溶融部16が破断する。
When stress is applied to the first welded
図9(a)のように溶融部16が複数形成され、応力のかかる方向に第1溶接部6aの面積が大きいと、溶融部16が1条形成された場合と比較して、最初の破断が起きても接合を保持する力が大きいためより高い応力をかけないと破断しなくなり、接合強度が向上する。
As shown in FIG. 9 (a), when the plurality of melted
次に、図9(b)について説明する。最初は、図9(a)と同様、第1溶接部6aにかかる応力の方向と直角方向に第1溶接部6aを形成するために、レーザ光を照射しながら上記方向に走査して溶融部16を形成する。次に、レーザ光をY方向(図では上下方向)にレーザ光の位置を移動させ、最初に照射したレーザ光よりも低い出力にして走査させ、溶融部17を形成する。同様に溶融部16と17を交互に形成し、これを繰り返して、溶融部16と17がY方向に連なった第1溶接部6aを形成する。
Next, FIG. 9B will be described. At first, as in FIG. 9A, in order to form the first welded
出力の高いレーザ光の走査と出力の低いレーザ光の走査を交互に行うことにより、深い溶融深度と浅い溶融深度が交互に形成され、より広い接合面積を確保することができ、アンカー効果のように深い溶融部16が楔のように電極端子に入り込むため、より接合強度の高い第1溶接部6aを得ることができる。
By alternately scanning a high-power laser beam and a low-power laser beam, deep melting depth and shallow melting depth are alternately formed, so that a wider bonding area can be secured, as in the anchor effect. In addition, since the deeply melted
<実施例5>
第5の実施の形態おいて、具体的な実施例について説明する。
<Example 5>
A specific example will be described in the fifth embodiment.
図9(a)において、アルミバスバー1の溶接プレート部2aにおける第1溶接部6aの溶融部16を、ファイバーレーザから連続発振した出力1500Wのレーザ光を加工点のスポット径が50μm程度に集光して500mm/sの速度で、図に示すようにアルミバスバー1上を接続方向(図では右上方向)に対して直角方向(図では右下から左上方向)に10mm走査させ形成した。次に、走査位置を接続方向に対して100μm移動させ、同様に1500Wの出力で500mm/sの速度で7mm走査させ、2条目の溶融部16を形成した。これを繰り返して、全部で8条の溶融部16を生成し、第1溶接部6aとした。
In FIG. 9A, the laser beam having an output of 1500 W continuously oscillated from a fiber laser is focused to a spot diameter of about 50 μm at the
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、138N、137N、132Nであり、溶接面積が大きくなることにより、接合強度が高く且つ安定した。
When the tensile strength of the first welded
次に、図9(b)のように、最初の1条は図9(a)と同様に1500Wの出力でレーザを走査し、走査位置を接続方向に対して100μm移動させ、1200Wの出力で500mm/sの速度で10mm走査させ、2条目の溶融部17を形成した。溶融部16と17を繰り返して、全部で8条の溶融部16を生成し、第1溶接部6aとした。
Next, as shown in FIG. 9B, the first line scans the laser with an output of 1500 W as in FIG. 9A, moves the scanning position by 100 μm with respect to the connection direction, and outputs 1200 W. Scanning was performed 10 mm at a speed of 500 mm / s to form a
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、143N、144N、147Nとなり、更に接合強度が高く安定した。
When the tensile strength of the
このように、溶接部を複数のレーザ光の走査により形成して、溶接面積を増加させることにより、高く且つ安定した接合強度が得られる。特に、高い出力と低い出力を交互に走査することにより、更に高く且つ安定した接合強度を得ることができる。 Thus, a high and stable joint strength can be obtained by forming the welded portion by scanning with a plurality of laser beams and increasing the weld area. In particular, by alternately scanning a high output and a low output, a higher and more stable bonding strength can be obtained.
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長、2溶接箇所間の距離等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In the present embodiment, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, and distance between welding locations are the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. This is not limited to the above.
本実施例では、図1(a)に示すようなU曲型のアルミバスバー1についての溶接事例を示したが、図6に示す連結部8にU曲部9を有しているアルミバスバーや、図7に示す第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bと、U曲部9を設けているアルミバスバーなどのアルミバスバーを用いても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the welding example of the U-curved
<実施例6>
図10(a)、図10(b)は、図7に示すアルミバスバー1を電極端子上面に配置した時に、溶接プレート部2aの第1溶接部6aが図8(c)で示す四角型の角が丸くなったような溶接部形状である時の、第1溶接部6a付近を上方から見た平面図である。
<Example 6>
10 (a) and 10 (b) show that when the
図10(a)について説明する。先ず、アルミバスバー1の溶接プレート部2aにおける第1溶接部6aの溶融部16を、ファイバーレーザから連続発振した出力1500Wのレーザ光を加工点のスポット径が50μm程度に集光して500mm/sの速度で、図に示すように電極端子の突出部を内側に案内する切欠部5の周辺を四角の角を丸くした形状に走査する。次に、溶融部16より100μm内側に走査位置を移動させ、一回り小さな軌道で同様に走査する。これを繰り返して、全部で5条の周回状の溶融部16を生成し、第1溶接部6aとした。
FIG. 10A will be described. First, the
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、140N、144N、158Nであり、接合強度が高くなった。
When the tensile strength of the
次に、図10(b)について説明する。最初の1条は図10(a)と同様にレーザを走査し、走査位置を内側に100μm移動させ、1200Wの出力で500mm/sの速度で同様の形状で走査させ、2条目の溶融部17を形成した。溶融部16と17を繰り返して、全部で5条の周回状の溶融部16および17を生成し、第1溶接部6aとした。
Next, FIG. 10B will be described. The first line is scanned with the laser in the same manner as in FIG. 10A, the scanning position is moved inward by 100 μm, and the scanning is performed in the same shape at a speed of 500 mm / s at an output of 1200 W. Formed. The melted
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、149N、147N、150Nとなり、接合強度が高く且つ安定した。
When the tensile strength of the
このように、溶接部に応力がかかる方向に対して直角方向に形成されている溶接部を2箇所有することにより、2箇所の溶接部でそれぞれに応力を分散するため、アルミと銅の溶接のような金属間化合物が生成されて接合強度が低下する場合でも、限られた面積の溶接において高い接合強度を実現できる。特に、高い出力と低い出力を交互に走査することにより、更に高く且つ安定した接合強度を得ることができる。 In this way, by having two welds formed in a direction perpendicular to the direction in which the stress is applied to the welds, the stress is distributed to each of the two welds. Even when such an intermetallic compound is generated and the bonding strength is lowered, a high bonding strength can be realized in welding of a limited area. In particular, by alternately scanning a high output and a low output, a higher and more stable bonding strength can be obtained.
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長、2溶接箇所間の距離等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In the present embodiment, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, and distance between welding locations are the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. This is not limited to the above.
本実施例では、図1(a)に示すようなU曲型のアルミバスバー1についての溶接事例を示したが、図6に示す連結部8にU曲部9を有しているアルミバスバーや、図7に示す第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bと、U曲部9を設けているアルミバスバーなどのアルミバスバーを用いても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the welding example of the U-curved
(第6の実施の形態)
図11は、実施の形態1における図1(a)において、アルミバスバー1を電極端子平面に配置したときの溶接プレート部2aの第1溶接部6a付近を上方から見た平面図である。なお、記載しない事項は、第1の実施の形態と同様である。
(Sixth embodiment)
FIG. 11 is a plan view of the vicinity of the first welded
図11(a)については、第4の実施の形態における図9(a)と同様であるため、説明を省略する。 Since FIG. 11A is the same as FIG. 9A in the fourth embodiment, a description thereof will be omitted.
次に、図11(b)について説明する。最初は図11(a)と同様、第1溶接部6aにかかる応力の方向と直角方向に第1溶接部6aを形成するために、レーザ光を照射しながら上記方向に走査して溶融部16を形成する。次に、レーザ光をY方向(図では上下方向)にレーザ光の位置を移動させ、最初に照射したレーザ光と同じ出力で高い走査速度にして走査させ、溶融部18を形成する。同様に溶融部16と18を交互に形成し、これを繰り返して、溶融部16と18がY方向に連なった第1溶接部6aを形成する。
Next, FIG. 11B will be described. At first, as in FIG. 11A, in order to form the first welded
走査速度の遅いレーザ光の走査と速い走査を交互に行うことにより、深い溶融深度と浅い溶融深度が交互に形成され、より広い接合面積を確保することができ、アンカー効果のように深い溶融部16が楔のように電極端子に入り込むため、より接合強度の高い第1溶接部6aを得ることができる。
By alternately scanning a laser beam with a low scanning speed and a fast scanning, a deep melting depth and a shallow melting depth are alternately formed, so that a wider bonding area can be secured, and a deep melting portion like an anchor effect can be secured. Since 16 enters the electrode terminal like a wedge, it is possible to obtain the first welded
<実施例7>
第6の実施の形態おいて、具体的な実施例について説明する。
<Example 7>
A specific example will be described in the sixth embodiment.
図11(a)において、アルミバスバー1の溶接プレート部2aにおける第1溶接部6aの溶融部16を、ファイバーレーザから連続発振した出力1500Wのレーザ光を加工点のスポット径が50μm程度に集光して500mm/sの速度で、図に示すようにアルミバスバー1上を接続方向(図では右上方向)に対して直角方向(図では右下から左上方向)に10mm走査させ形成した。次に、走査位置を接続方向に対して100μm移動させ、同様に1500Wの出力で500mm/sの速度で10mm走査させ、2条目の溶融部16を形成した。これを繰り返して、全部で8条の溶融部16を生成し、第1溶接部6aとした。
In FIG. 11 (a), the
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、138N、137N、132Nであった。
When the tensile strength of the
図11(b)において、最初の1条は図11(a)と同様にレーザを走査した。次に、走査位置を接続方向に対して100μm移動させ、1500Wの出力で650mm/sに速度を上げ、10mm走査させ、2条目の溶融部18を形成した。溶融部16と18を繰り返して、全部で8条の溶融部16と18を生成し、第1溶接部6aとした。
In FIG. 11B, the first line was scanned with the laser in the same manner as in FIG. Next, the scanning position was moved by 100 μm with respect to the connection direction, the speed was increased to 650 mm / s with an output of 1500 W, and scanning was performed for 10 mm to form the second melted
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、155N、152N、155Nとなり、更に接合強度が高く安定した。
When the tensile strength of the
このように、溶接部を複数のレーザ光の走査により形成して、溶接面積を増加させることにより、高く且つ安定した接合強度が得られる。特に、遅い走査速度と速い走査速度で交互に走査することにより、更に高く且つ安定した接合強度を得ることができる。 Thus, a high and stable joint strength can be obtained by forming the welded portion by scanning with a plurality of laser beams and increasing the weld area. In particular, by alternately scanning at a low scanning speed and a high scanning speed, a higher and more stable bonding strength can be obtained.
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長、2溶接箇所間の距離等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In the present embodiment, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, and distance between welding locations are the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. This is not limited to the above.
本実施例では、図1(a)に示すようなU曲型のアルミバスバー1についての溶接事例を示したが、図6に示す連結部8にU曲部9を有しているアルミバスバーや、図7に示す第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bと、U曲部9を設けているアルミバスバーなどのアルミバスバーを用いても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the welding example of the U-curved
<実施例8>
図12(a)は、図7に示すアルミバスバー1を電極端子上面に配置したときに、溶接プレート部2aの第1溶接部6aが図7で示す四角型の角が丸くなったような溶接部形状であるときの、第1溶接部6a付近を上方から見た平面図である。
<Example 8>
FIG. 12A shows a welding in which the first welded
図12(a)について説明する。先ず、アルミバスバー1の溶接プレート部2aにおける第1溶接部6aの溶融部16を、ファイバーレーザから連続発振した出力1500Wのレーザ光を加工点のスポット径が50μm程度に集光して500mm/sの速度で、図に示すように電極端子の突出部を内側に案内する切欠部5の周辺を四角の角を丸くした形状に走査する。
FIG. 12A will be described. First, the
次に、溶融部16より100μm内側に走査位置を移動させ、一回り小さな軌道で同様に走査する。これを繰り返して、全部で5条の周回状の溶融部16を生成し、第1溶接部6aとした。このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、140N、144N、158Nであった。
Next, the scanning position is moved inward by 100 μm from the
次に、図12(b)について説明する。最初の1条は図12(a)と同様に1500W、500mm/sの速度でレーザを走査し、走査位置を内側に100μm移動させ、1500Wの出力で650mm/sの速度で同様の形状で走査させ、2条目の溶融部18を形成した。溶融部16と18を繰り返して、全部で5条の周回状の溶融部16および18を生成し、第1溶接部6aとした。
Next, FIG. 12B will be described. As in FIG. 12A, the first line scans the laser at a speed of 1500 W and 500 mm / s, moves the scanning position inward by 100 μm, and scans in the same shape at a speed of 650 mm / s with an output of 1500 W. Then, the melted
このときの第1溶接部6aの引張り強度を測定したところ、152N、150N、153Nとなり、更に接合強度が高く安定した。
When the tensile strength of the first welded
このように、溶接部に応力がかかる方向に対して直角方向に形成されている溶接部を2箇所有することにより、2箇所の溶接部でそれぞれに応力を分散するため、アルミと銅の溶接のような金属間化合物が生成されて接合強度が低下する場合でも、限られた面積の溶接において高い接合強度を実現できる。特に、高い出力と低い出力を交互に走査することにより、更に高く且つ安定した接合強度を得ることができる。 In this way, by having two welds formed in a direction perpendicular to the direction in which the stress is applied to the welds, the stress is distributed to each of the two welds. Even when such an intermetallic compound is generated and the bonding strength is lowered, a high bonding strength can be realized in welding of a limited area. In particular, by alternately scanning a high output and a low output, a higher and more stable bonding strength can be obtained.
なお、本実施例では、レーザ出力、溶接速度、スポット径、溶接長、2溶接箇所間の距離等の条件は、溶接する金属部材の材料や表面状態、板厚、治具を含めた総熱容量に依存するため、上記に限った内容ではない。 In the present embodiment, conditions such as laser output, welding speed, spot diameter, welding length, and distance between welding locations are the total heat capacity including the material and surface state of the metal member to be welded, the plate thickness, and the jig. This is not limited to the above.
本実施例では、図1(a)に示すようなU曲型のアルミバスバー1についての溶接事例を示したが、図6に示す連結部8にU曲部9を有しているアルミバスバーや、図7に示す第1の立ち上がり部11a及び第2の立ち上がり部11bと、U曲部9を設けているアルミバスバーなどのアルミバスバーを用いても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the welding example of the U-curved
本実施例では、図12(b)のように溶接プレート部2aの第1溶接部6aが四角型の角が丸くなったような溶接部形状について説明したが、図12(c)に示すように更に追加で直線状に照射した溶接パターンや、図12(c)に示すように2箇所直線で照射する箇所を追加したような溶接パターンにおいても、その本質は同じであり、同様の効果が得られる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12 (b), the first welded
<全体を通して>
全体を通じて、以下が言える。
<Overall>
The following can be said throughout.
なお、溶接プレート部2a、2b、第1溶接部6a、13a、接続部10a、10b、第2溶接部6b、13bは、それぞれ2つ必要ではなく、片方でもよい。
In addition, the
なお、上記は、アルミと銅の溶接であったが、TiとAl、NiとAl、FeとAl、MoとSiの場合も応用できる可能性がある。 In addition, although the above was welding of aluminum and copper, there exists a possibility of application also in the case of Ti and Al, Ni and Al, Fe and Al, and Mo and Si.
また、本実施例では、レーザ発振器としてファイバーレーザを用いたが、高出力が得られるディスクレーザ、YAGレーザ、CO2レーザ、半導体レーザ等の他のレーザを用いても、同様の効果が得られる。 In this embodiment, a fiber laser is used as the laser oscillator. However, the same effect can be obtained by using another laser such as a disk laser, a YAG laser, a CO 2 laser, or a semiconductor laser capable of obtaining a high output. .
第1電極端子部と第2電極端子部とは電池に存在することを前提としたが、他の構造部、商品でも同様に利用できる。金属間の接続に利用できる。 Although it is assumed that the first electrode terminal portion and the second electrode terminal portion exist in the battery, other structural portions and products can be used similarly. It can be used for connection between metals.
上記実施の形態は、それぞれ組み合わせることができる。 The above embodiments can be combined with each other.
本発明の溶接構造は、2つの金属間の溶接に使用できる。高品質且つ低コストでアルミとニッケルめっきの銅の異種材溶接を可能とする。そのため、バッテリシステムを低コストで提供することができる。更には、高出力を必要とする車載用電池や定置用蓄電システムとして適用できる。 The welded structure of the present invention can be used for welding between two metals. Enables welding of dissimilar materials of aluminum and nickel plating copper at high quality and low cost. Therefore, a battery system can be provided at low cost. Furthermore, it can be applied as a vehicle-mounted battery or a stationary power storage system that requires high output.
1 アルミバスバー
2a 溶接プレート部
2b 溶接プレート部
3 電極端子
4 電極端子
5 切欠部
6a 第1溶接部
6b 第2溶接部
7 応力
8 連結部
9 U曲部
10a 接続部
10b 接続部
11a 上がり部
11b 上がり部
12 中間連結部
13a 第1溶接部
13b 第2溶接部
14 応力
16 溶融部
17 溶融部
18 溶融部
DESCRIPTION OF
Claims (13)
第2金属からなる第1電極端子部と、
前記第1プレート部と前記第1電極端子部とを接続する第1溶接部と、を含み、
前記第1プレート部の長手方向と直角方向に、直線状の前記第1溶接部が形成されている溶接構造体。 A bus bar made of a first metal and having a first plate portion;
A first electrode terminal portion made of a second metal;
A first weld that connects the first plate portion and the first electrode terminal portion;
A welded structure in which the linear first welded portion is formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first plate portion.
前記第2プレート部と前記第2電極端子とを前記第2溶接部が接続する請求項1記載の溶接構造体。 Furthermore, there is a second electrode terminal made of the second metal, a second welded portion, and a second plate portion on the bus bar,
The welded structure according to claim 1, wherein the second weld portion connects the second plate portion and the second electrode terminal.
前記第1溶接部と前記U字部との間に第1立ち上がり部を有し、
前記第2溶接部と前記U字部との間に第2立ち上がり部を有する請求項2または3のいずれか1項に記載の溶接構造体。 The bus bar
Having a first rising part between the first weld and the U-shaped part;
4. The welded structure according to claim 2, further comprising a second rising portion between the second welded portion and the U-shaped portion.
前記複数の第1溶接部は平行に整列されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶接構造体。 There are a plurality of the first welds,
The welded structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of first welds are aligned in parallel.
前記バスバーは、前記突起が貫通する切欠部を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶接構造体。 The first electrode terminal portion has a protrusion;
The said bus-bar is a welding structure of any one of Claims 1-5 which have a notch part which the said protrusion penetrates.
前記複数の第1溶接部は、前記切欠部の周囲を複数回囲んでいる請求項5または6に記載の溶接構造体。 There are a plurality of the first welds,
The welded structure according to claim 5 or 6, wherein the plurality of first welded portions surround the periphery of the cutout portion a plurality of times.
前記複数の第1溶接部は、異なる形状である請求項1〜8のいずれか1項に記載の溶接構造体。 There are a plurality of the first welds,
The welded structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the plurality of first welds have different shapes.
前記第1軌道と平行で別の第2軌道で、前記第1レーザ光より出力が低いレーザ光で、前記プレート部の表面を走査し第4溶接部を形成する第2レーザ工程と、を含み、
前記第1軌道と前記第2軌道の方向は、前記プレート部の長手方向と、それぞれ直角方向である溶接構造体の製造方法。 The plate portion of the bus bar made of the first metal is superposed on the electrode terminal member made of the second metal, and the surface of the plate portion is irradiated with the first laser beam in the first trajectory to thereby form the plate portion and the electrode terminal member. A first laser process for forming a third welded portion in
A second laser step of forming a fourth weld by scanning the surface of the plate portion with a laser beam having a lower output than the first laser beam in another second orbit parallel to the first orbit. ,
The method of manufacturing a welded structure, wherein the directions of the first track and the second track are perpendicular to the longitudinal direction of the plate portion.
前記第1軌道と平行で別の第2軌道で、前記第1レーザ光より走査速度が速いレーザ光で、前記プレート部の表面を走査し第4溶接部を形成する第2レーザ工程と、を含み、
前記第1軌道と前記第2軌道の方向は、前記プレート部の長手方向と、それぞれ直角方向である溶接構造体の製造方法。
The plate portion made of the first metal is superposed on the electrode terminal member made of the second metal, and the surface of the plate portion is irradiated with the first laser beam in the first orbit to form the plate portion and the electrode terminal member. A first laser process for forming a third weld,
A second laser step of forming a fourth weld by scanning the surface of the plate portion with a laser beam having a scanning speed higher than that of the first laser beam in another second orbit parallel to the first orbit. Including
The method of manufacturing a welded structure, wherein the directions of the first track and the second track are perpendicular to the longitudinal direction of the plate portion.
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