JP3895905B2

JP3895905B2 - 組電池

Info

Publication number: JP3895905B2
Application number: JP2000163524A
Authority: JP
Inventors: 貴史小田; 英樹岡島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001345091A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池を直線状に接続している組電池に関する。とくに、本発明は、主として自動車を走行させるモーター用の電源として利用されるのに最適な組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電池を直線状に接続している組電池は、二次電池の間に皿状接続金具を挟む状態で配設し、皿状接続金具を介して二次電池の正極と負極とにスポット溶接して、二次電池を直線状に、直列に連結している。この構造の電源モジュールは、特開平１０−１０６５３３号公報に記載される。この構造のモジュール電池は、とくに、自動車用などの大電流を必要とする用途に適している。
【０００３】
従来のモジュール電池は、図１と図２に示す形状の皿状接続金具２１を使用して、図３の断面図で示すように、円筒型電池２２を直列に接続する。皿状接続金具２１は、プレート部２１Ａを円筒型電池２２の端面に位置する正極に溶接し、周壁部２１Ｂを円筒型電池２２の外装缶２４の側面に位置する負極に溶接して連結する。
【０００４】
皿状接続金具２１のプレート部２１Ａは、円筒型電池２２の正極に溶接するプロジェクション２３を設けている。プロジェクション２３の上面を溶接用電極棒で押圧して、プロジェクション２３を正極に溶接する。
【０００５】
さらに、皿状接続金具２１は、周壁部２１Ｂの内側に円筒型電池２２を挿入して、周壁部２１Ｂを円筒型電池２２の負極である外装缶２４にスポット溶接する。周壁部２１Ｂも、プレート部２１Ａと同じように、プロジェクション２３の外側を溶接用電極棒で押圧して、内面に設けたプロジェクション２３を外装缶２４に溶接する。
【０００６】
図４は、皿状接続金具２１で複数の円筒型電池２２を連結したモジュール電池を示す。モジュール電池は、この図に示すように、複数の円筒型電池２２を直線状に直列に連結している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この構造の組電池は、周壁部２１Ｂを確実に電池の表面に溶着するのが難しい。それは、筒状の周壁部２１Ｂが変形し難いからである。図の皿状接続金具２１は、周壁部２１Ｂを変形しやすくするために、周壁部２１Ｂを切断して４分割している。ただ、分割された周壁部２１Ｂであっても、円弧状に湾曲する形状が、電池表面への変形を阻止する。周壁部２１Ｂは、図５に示すように、周壁部２１Ｂを切断する幅を広くして、変形しやすくできる。ただ、この形状の皿状接続金具２１は、製造工程において互いに絡まりあうので、分離して取り出すのが難しくなる。
【０００８】
さらに、幅の狭い周壁部では、連結する電池を保持する作用も低下するので、連結する状態で、電池を強固に連結するのが難しくなる。電池を理想的な状態で連結して保持できる皿状接続金具は、周壁部を円筒状とするものであるが、この形状の皿状接続金具は、電池に溶着するのが更に難しくなる。それは、円筒状の周壁部は、複数ヶ所を電池に接触させて、スポット溶接等の方法で連結するのが難しくなるからである。
【０００９】
図６は、円筒状の周壁部２１Ｂを円筒型電池２２にスポット溶接する状態を示している。周壁部２１Ｂは、円筒型電池２２をスムーズに挿入するために円筒型電池２２との間にクリアランスを設けている。クリアランスは、円筒型電池２２の外装缶２４の外径のばらつきを吸収して、多少は外径が異なる円筒型電池をスムーズに挿入できる間隔に設計される。クリアランスのある周壁部２１Ｂは、円筒型電池２２に溶着するときに、溶接用電極棒１４を押しつけて電池に接触させる必要がある。しかしながら、円筒状に連続している周壁部２１Ｂは、溶接用電極棒１４で押圧するときに、確実に電池表面に接触しないことがある。この状態でスポット溶接すると、溶接不良や溶接強度不足となってしまう。また、スポット溶接するときの大電流で爆裂する弊害も発生する。
【００１０】
したがって、皿状接続金具の周壁部を電池に確実に溶着することと、皿状接続金具を分離しやすくして、能率よく生産することとは互いに相反する特性であって、両方の特性を満足することができない。
【００１１】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、皿状接続金具を使用して組電池を能率よく製作できると共に、溶着不良や溶着強度不足を解消して、皿状接続金具を確実に電池に溶着できる組電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
組電池は、皿状接続金具１を介して複数の電池２を直線状に連結している。皿状接続金具１は、一方の電池２の端面に溶着されるプレート部１Ａと、このプレート部１Ａの外周に連結されて、他方の電池２の外装缶４の表面に溶着される周壁部１Ｂとを有する。周壁部１Ｂは、電池２の端部を挿入できる筒状で、さらに、筒状の周壁部１Ｂは、開口端縁と、変形片８と、開口端縁と変形片８との間に形成された切断部とを設けており、切断部によって変形片８が開口端縁から分離しており、変形片８が、電池２の外装缶４に向かって変形する。周壁部１Ｂは、変形片８を電池２の外装缶４の表面に溶着している。
【００１３】
組電池は、好ましくは、電池２を円筒型電池として、周壁部１Ｂを円筒状とする。周壁部１Ｂに変形片８を設けるには、切断部がコ字状またはＵ字状に形成されて、切断部の内側を変形片８とする。変形片８は、好ましくは、皿状接続金具１のプレート部１Ａに接近する側を周壁部１Ｂに連結する。
【００１４】
さらに、皿状接続金具１は、周壁部１Ｂの肉厚を、プレート部１Ａよりも薄くして、変形しやすくできる。この皿状接続金具１は、周壁部１Ｂの肉厚を、たとえば、０．２〜０．８ｍｍとし、プレート部１Ａの肉厚を、周壁部１Ｂよりも０．１〜０．５ｍｍ厚くする。さらにまた、皿状接続金具１は、電池２の封口板５に設けている安全弁１０の弾性体１１を押圧しているキャップ９と一体構造とすることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池を例示するものであって、本発明は組電池を以下のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
図７と図８の斜視図に示す組電池は、複数の電池２を皿状接続金具１で直線状に直列に接続している。皿状接続金具１の斜視図を図９に示し、この皿状接続金具１で電池２を連結する部分の断面図を図１０に示す。図１０の組電池は、皿状接続金具１と電池２との間に、絶縁体３を配設して、皿状接続金具１が外装缶４の周縁に接触するのを阻止している。
【００１８】
図の組電池は、電池２を円筒型二次電池としている。この電池２は、単一型のニッケル−水素電池である。ただ、本発明の組電池は、電池２を単一型のニッケル−水素電池に特定しない。電池には、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等の電池も使用できる。また、電池のサイズも単一型には特定せず、角型等の種々の二次電池とすることができる。
【００１９】
皿状接続金具１は、プレート部１Ａの外周に周壁部１Ｂを連結した形状としている。皿状接続金具１は、金属板をプレス加工して、プレート部１Ａと周壁部１Ｂを一体構造とする形状として製作される。金属板には、好ましくはアニール処理して変形しやすくした金属板を使用する。アニール処理して焼きなましした金属板は、厚くして変形しやすくできる。金属板は、鉄製鋼板にニッケルメッキをしたものを使用する。メッキした金属板を裁断してプレス加工し、あるいは、メッキしていない金属板を裁断してプレス加工した後メッキして製作される。
【００２０】
皿状接続金具１は、全体を同じ肉厚とし、あるいはプレート部１Ａの肉厚を周壁部１Ｂの肉厚よりも厚くする。プレート部１Ａを厚くしている皿状接続金具１は、低抵抗な状態で確実にふたつの電池２を直列に接続できる。この皿状接続金具１が、プレート部１Ａを周壁部１Ｂよりも厚くするのは、プレート部１Ａは変形させないで電池２に溶着できるが、周壁部１Ｂは弾性変形して電池２に溶着するからである。好ましくは、プレート部１Ａの肉厚を、溶着される電池２の封口板５の肉厚よりも薄くして、周壁部１Ｂの肉厚を、溶着される外装缶４の側壁プレートよりも薄くする。プレート部１Ａと周壁部１Ｂを、電池２の封口板５と外装缶４とに確実に溶着するためである。
【００２１】
皿状接続金具１は、周壁部１Ｂの肉厚を０．２〜０．８ｍｍ、さらに好ましくは、０．３〜０．７ｍｍとし、プレート部１Ａの肉厚を、周壁部１Ｂよりも０．１〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．４ｍｍ厚くする。プレート部１Ａは、厚くすると封口板５に確実に溶着するのが難しくなり、反対に薄くすると抵抗が増加する。周壁部１Ｂも、厚くすると変形し難くなって確実に溶着するのが難しくなり、反対に薄くすると抵抗が増加する。したがって、封口板５と周壁部１Ｂの肉厚は、確実に溶着でき、かつ、抵抗を小さくできることから前述の最適範囲とする。
【００２２】
プレート部１Ａは、外形を電池２の端面形状にほぼ等しくしている。円筒型電池を接続する皿状接続金具１は、プレート部１Ａを円盤状とする。図示しないが、角型電池を接続する皿状接続金具は、プレート部を、角形電池端面の外形にほぼ等しい角形とする。さらに、プレート部１Ａは、電極孔６を中心に開口して、ここに凸部電極７を挿入している。また、皿状接続金具１のプレート部１Ａは、図１０に示すように、外周部分を除く中央部分を突出させて、突出部分を封口板５に溶着している。突出部分の大きさは、電池端面の周縁に表出している外装缶４の周縁よりも小さくしている。突出部分が外装缶４に接触するのを防止するためである。皿状接続金具１は、図１１に示すように、プレート部１Ａを平面状として、電池２の凸部電極７に溶着することもできる。
【００２３】
図の皿状接続金具１は、円筒型の電池２を連結するので、プレート部１Ａを円盤状として、周壁部１Ｂを円筒状としている。プレート部１Ａは、電池２の封口板５にスポット溶接され、あるいはレーザー溶接して溶着される。プレート部１Ａは、封口板５に溶着する部分にプロジェクション（図示せず）を設けて、より確実に溶着することができる。
【００２４】
図の皿状接続金具１の周壁部１Ｂは、電池２の端部を挿入できる筒状としている。円筒型電池を挿入して連結する皿状接続金具１は、周壁部１Ｂを円筒状とする。筒状周壁部１Ｂの内形は、電池２の外形よりも多少は大きく、周壁部１Ｂと電池２との間にクリアランスを設けている。外形が多少異なる電池をスムーズに挿入するためである。クリアランスは、たとえば、０．２〜１．２ｍｍ、好ましくは０．２〜０．８ｍｍとする。
【００２５】
筒状の周壁部１Ｂは、開口端縁が連続する形状、いいかえると、開口端縁であるリング状の先端縁を切断しない形状としている。全体を円筒状とする周壁部１Ｂは、簡単には変形できない。変形し難い周壁部１Ｂは、クリアランスのある外装缶４に確実に接触して溶着するのが難しい。周壁部１Ｂを確実に溶着するために、周壁部１Ｂの一部を切断して変形片８を設けている。変形片８は、弾性的に変形されて電池２に接触して溶着される。押圧して電池２の外装缶４に向かって変形できる変形片８を設けるために、周壁部１Ｂは、変形片８の両側と一方の端部からなる三方をコ字状に切断している。図示しないが、周壁部をＵ字状に切断して、切断部の内側に変形片を設けることもできる。図の周壁部１Ｂは、変形片８のプレート部１Ａに接近する側を周壁部１Ｂに連結するように、すなわち、図９において変形片８の下端を周壁部１Ｂに連結するように、変形片８の両側と上端の三方を切断して、下端を周壁部１Ｂに連結している。この形状の変形片８は、低抵抗な状態で電池２を接続できる。通電する経路を最短距離にできるからである。ただ、周壁部は、変形片の下端を切断して上端を周壁部に連結することもできる。また、図１２に示すように、横向きに変形片８を設けることもできる。
【００２６】
変形片８の幅は、充分な強度を有し、かつ、低抵抗な状態で電池２の外装缶４に溶着されるように、たとえば、周壁部１Ｂの円周長さの１／１５〜１／５とする。図９の皿状接続金具１は、周壁部１Ｂの円周長さの約１／８の変形片８を４つ設けている。さらに、変形片８の長さは、これを溶接用電極棒で押して変形させて、電池２の外装缶４に確実に接触できる長さに特定される。
【００２７】
変形片８は、図１０と図１１に示すように、溶接用電極棒１４に押されて電池２の外装缶４に接触する。この状態で溶接用電極棒１４が大電流を流して、変形片８を外装缶４に溶着する。溶接用電極棒１４は、変形片８を押して変形できる先端太さとしている。溶接用電極棒１４は、変形片８を押して変形するが、周壁部１Ｂの他の部分を押さない先端太さとする。図は、変形片８を溶接用電極棒１４で押してスポット溶接する状態を示している。スポット溶接される変形片は、溶着部分にプロジェクションを設けて、より確実に電池に溶着できる。本発明の組電池は、変形片をレーザー光線で電池の外装缶に溶着することもできる。レーザー光線で変形片を外装缶に溶着するには、ロッドで変形片を押圧し、変形片を電池の外装缶に接触させる状態で、変形片の周縁に沿ってレーザー光線を照射して溶着する。
【００２８】
絶縁体３は、プラスチック等の絶縁材で全体を成形している。図１０と図１１の絶縁体３は、電池２の端部を挿入するための筒状キャップ３Ａと絶縁プレート部３Ｂとを、プラスチックで一体的に成形している。全体を一体的に成形している絶縁体３は、硬質または軟質のプラスチックで成形し、あるいはまたゴム状弾性体で成形する。硬質のプラスチックには、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、塩化ビニル樹脂等が使用できる。軟質のプラスチックには、軟質塩化ビニル樹脂、ＥＶＡ、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等が使用できる。ゴム状弾性体には、天然あるいは合成ゴム等が使用できる。
【００２９】
絶縁体３は、全体をプラスチックやゴム状弾性体で成形することなく、一部を軟質のプラスチックやゴム状弾性体で成形して、他の部分を硬質のプラスチックで成形することもできる。この絶縁体３は、軟質のプラスチックやゴム状弾性体を、硬質プラスチックにインサート成形して成形される。軟質プラスチックやゴム状弾性体は、たとえば、組電池を配設するホルダーケースの支持リブに当接する部分を成形する。図に示す絶縁体３は、筒状キャップ３Ａを支持リブに当接させるので、この部分を軟質プラスチックやゴム状弾性体で成形し、あるいは、筒状キャップの表面に突出して設けている突出する部分を軟質プラスチックやゴム状弾性体で成形する。
【００３０】
絶縁体３の筒状キャップ３Ａは、内形を電池２の端部外形にほぼ等しい形状として、ここに電池２の端部を嵌入して、電池２に連結している。筒状キャップを、弾性変形できる軟質のプラスチックやゴム状弾性体で成形している絶縁体は、筒状キャップの内形を電池の外形よりも多少小さく成形する。この絶縁体は、筒状キャップに電池の端部を挿入する状態で、筒状キャップを電池の表面に弾性的に押圧する状態で連結する。このため、絶縁体を電池に抜けない状態で連結できる特長がある。
【００３１】
以上の組電池は、皿状接続金具１を介して複数の電池２を連結しているが、図１３に示すように、皿状接続金具１を封口板５のキャップ９に併用して、皿状接続金具１とキャップ９とを一体構造とすることもできる。この組電池の皿状接続金具１は、封口板５に固定しているキャップ９を、さらに外側縁に向かって延長する形状とし、その外周部に周壁部１Ｂを設けている。キャップ９に併用される図の皿状接続金具１は、プレート部１Ａと周壁部１Ｂからなり、プレート部１Ａは、安全弁１０の弾性体１１を押圧する押圧部１ａと、この押圧部１ａの外側にある固定部１ｂとを有する。プレート部１Ａは、外形を電池２の端面形状にほぼ等しくしている。円筒型電池を接続する図の皿状接続金具１は、プレート部１Ａを円盤状としている。図示しないが、角型電池を接続する皿状接続金具は、プレート部を、角形電池端面の外形にほぼ等しい角形とする。
【００３２】
プレート部１Ａの中央に設けている押圧部１ａは、リング状をしている固定部１ｂの内側に設けられ、かつ、固定部１ｂよりも突出して、内部に弾性体１１を収納している。この押圧部１ａは、弾性体１１を位置ずれしないように保持して収納できる。また、外側に突出しているので厚い弾性体１１を収納して、安全弁１０の弁体１２のストロークを大きくできる。図の電池２は、弾性体１１を押しバネであるコイルバネとしている。弾性体には、コイルバネに代わってゴム状弾性体も使用できる。
【００３３】
固定部１ｂは、封口板５の上面に溶着して固定される。固定部１ｂは、封口板５の上面に面接触する平面状で、スポット溶接して封口板５に固定される。封口板５は、押圧部１ａと対向する位置に凹部５Ａを設けて、凹部５Ａの底に弁孔５Ｂを貫通して設けている。弁孔５Ｂは、通常の使用状態において弁体１２で閉塞される。弁体１２は、弾性体１１で弁孔５Ｂの表面側に押圧されて、弁孔５Ｂを閉塞する。電池２の内圧が上昇して、設定圧よりも高くなるときに限って、内圧で弁体１２が持ち上げられ、安全弁１０が開弁して、電池２内のガス等を弁孔５Ｂに通過させる。弁孔５Ｂを通過したガス等は、押圧部１ｂに設けている貫通孔（図示せず）を通過して、電池２の外部に排出される。
【００３４】
図の皿状接続金具１は、固定部１ｂの外側に電池２の底面を保持する保持部１ｃを設け、保持部１ｃの外周に筒状の周壁部１Ｂを連結している。保持部１ｃは、押圧部１ａよりも突出している。保持部１ｃが押圧部１ａより突出する突出高さは５ｍｍよりも低い。保持部１ｃがこれより高く突出すると、組電池の全長が長くなるばかりでなく、皿状接続金具１が電池２を連結する連結部の折曲強度が低下するからである。図の皿状接続金具１は、保持部１ｃを押圧部１ａよりも突出させているが、保持部と押圧部とは同一平面とすることもできる。ただし、この皿状接続金具は、押圧部の垂直壁に、ガスを外部に排出する貫通孔を開口する。
【００３５】
図の皿状接続金具１は、円筒型の電池２を連結するので、プレート部１Ａを円盤状として、周壁部１Ｂを円筒状としている。周壁部１Ｂは、電池２の外周面に、スポット溶接され、あるいはレーザー溶接して溶着される変形片８を設けている。周壁部１Ｂは、図９に示す皿状接続金具１と同じように、一部を切断して変形片８を設けている。この皿状接続金具１は、図１０のものと同じようにして、電池２の外装缶４に溶着される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の組電池は、皿状接続金具を使用して能率よく製作できると共に、溶着不良や溶着強度不足を解消して、皿状接続金具を確実に電池に溶着できる特長がある。それは、本発明の組電池が、複数の電池を直線状に連結する皿状接続金具の周壁部を、電池の端部を挿入できる筒状としており、この周壁部を、開口端縁と、変形片と、開口端縁と変形片との間に形成された切断部とを設けており、切断部によって変形片が開口端縁から分離しており、変形片が、電池の外装缶に向かって変形して、この変形片を電池の外装缶の表面に溶着しているからである。この構造の組電池は、皿状接続金具の周壁部に設けた変形片を変形させて電池の外装缶に溶着するので、周壁部を筒状とするにも関わらず、周壁部を確実に電池に溶着できる。さらに、周壁部を筒状とする皿状接続金具は、製造工程において互いに絡まりあうことなく、分離しやすいので、能率よく生産することができる。このように、本発明の組電池は、互いに相反するこれら両方の特性を満足して、優れた溶着強度で複数の電池を連結して能率よく製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の組電池に使用する皿状接続金具の斜視図
【図２】図１に示す皿状接続金具の側面図
【図３】図１に示す皿状接続金具を使用して円筒型電池を連結する状態を示す断面図
【図４】円筒型電池を皿状接続金具で連結している従来の組電池の側面図
【図５】従来の他の構造の皿状接続金具の斜視図
【図６】従来の他の構造の皿状接続金具の周壁部を円筒型電池にスポット溶接する状態を示す断面図
【図７】本発明の実施例の組電池の斜視図
【図８】図７に示す組電池を逆方向から見た斜視図
【図９】図７に示す組電池の皿状接続金具の斜視図
【図１０】図７に示す組電池の電池と皿状接続金具との連結状態を示す断面図
【図１１】本発明の他の実施例の組電池の電池と皿状接続金具との連結状態を示す断面図
【図１２】皿状接続金具の他の一例を示す斜視図
【図１３】本発明の他の実施例の組電池の電池と皿状接続金具との連結状態を示す断面図
【符号の説明】
１…皿状接続金具１Ａ…プレート部１Ｂ…周壁部
１ａ…押圧部１ｂ…固定部
１ｃ…保持部
２…電池
３…絶縁体３Ａ…筒状キャップ３Ｂ…絶縁プレート部
４…外装缶
５…封口板５Ａ…凹部５Ｂ…弁孔
６…電極孔
７…凸部電極
８…変形片
９…キャップ
１０…安全弁
１１…弾性体
１２…弁体
１４…溶接用電極棒
２１…皿状接続金具２１Ａ…プレート部２１Ｂ…周壁部
２２…円筒型電池
２３…プロジェクション
２４…外装缶

Claims

皿状接続金具（１）を介して複数の電池（２）を直線状に連結してなる組電池であって、皿状接続金具（１）は、一方の電池（２）の端面に溶着されるプレート部（１Ａ）と、このプレート部（１Ａ）の外周に連結されると共に、他方の電池（２）の外装缶（４）の表面に溶着される周壁部（１Ｂ）とを有し、周壁部（１Ｂ）は電池（２）の端部を挿入できる筒状で、この筒状の周壁部（１Ｂ）は、開口端縁と、変形片（８）と、開口端縁と変形片（８）との間に形成された切断部とを設けており、切断部によって変形片（８）が開口端縁から分離しており、変形片（８）が、電池（２）の外装缶（４）に向かって変形して、この変形片（８）を電池（２）の外装缶（４）の表面に溶着してなる組電池。
電池（２）が円筒型電池で、周壁部（１Ｂ）を円筒状としている請求項１に記載される組電池。
切断部がコ字状またはＵ字状に形成されて、切断部の内側を変形片（８）としている請求項１に記載される組電池。
変形片（８）が、プレート部（１Ａ）に接近する側を周壁部（１Ｂ）に連結している請求項１に記載される組電池。
周壁部（１Ｂ）の肉厚を、プレート部（１Ａ）よりも薄くしている請求項１に記載される組電池。
周壁部（１Ｂ）の肉厚が０．２〜０．８ｍｍである請求項５に記載される組電池。
プレート部（１Ａ）が、周壁部（１Ｂ）の肉厚よりも０．１〜０．５ｍｍ厚い請求項５に記載される組電池。
皿状接続金具（１）が、電池（２）の封口板（５）に設けている安全弁（１０）の弾性体（１１）を押圧しているキャップである請求項１に記載される組電池。