JP4214353B2 - 組電池の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高電圧、高出力を要する電池として、複数個の素電池を直列に接合された組電池が使用されている。図12に示すように素電池50は、セパレータを介して負極および正極となる金属箔を巻回して発電要素52が形成され、この発電要素52の正極52Ａに正極集電板54がスポット溶接される。
【０００３】
そして、素電池50は、正極集電板54を溶接した発電要素52が有底筒体56に収容され、溶接用電極60，61で発電要素52の負極52Ｂが有底筒体56の底部56Ａに電気抵抗溶接され、正極集電板54の周縁に絶縁部材58が取付けられた状態で、有底筒体56の上端部56Ｂが加締められている。
【０００４】
この素電池50を複数個直列に組み付ける場合は、図13に示すように素電池50の正極集電板54と底カバー64とが帯状の接合端子66で接合され、接合した底カバー64に素電池50の負極が矢印のように嵌め込まれ、底カバー64と素電池50とがスポット溶接されることにより、底カバー64に素電池50が接合される。
【０００５】
このようにして複数個の素電池50を直列に組み付けた後、図14に示すように組付けた複数の素電池50を絶縁性のある熱収縮性チューブ68に差し込み、加熱して熱収縮性チューブ68を収縮させ、複数の素電池50を熱収縮性チューブ68に取付けて組電池70を得る。なお、直列に組付けた直列の素電池50の両端には、外部接続用の正極端子51Ａおよび負極端子51Ｂが備えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の組電池50は、発電要素52を収容する有底筒体56を必要とし、さらに素電池50同士を接合するために底カバー64や帯状の接合端子66が必要とされる。よって、組電池70を構成する部品点数が多いという問題がある。
【０００７】
また、図12に示すように発電要素52を有底筒体56に収容した後、発電要素52の負極52Ｂを有底筒体56の底部56Ａに電気抵抗溶接する必要があり、さらに図13に示すように底カバー64を帯状の接合端子66で素電池に接合する必要があり、加えて素電池50を底カバー64に接合する必要もある。よって、組電池70の組立てに手間がかかるという問題がある。
【０００８】
加えて、素電池50と素電池50とが帯状の接合端子66を介して接合されているので、この帯状の接合端子66を電流が流れる際に、ＩＲドロップが大きく、電圧ロスが大きいという問題がある。
【０００９】
また、帯状の接合端子66を電流が流れる際に、帯状の接合端子66が発熱しやすく、接合端子66に発生した熱が底カバー64に伝わる。このため、底カバー64の温度が高くなり、熱分布が不均一になるという問題がある。
【００１０】
さらに、図14に示すように複数本の組電池70を集合させた際に、底カバー64に相当する部位が張出部65となる。このため、冷却用のエアを矢印の方向に送風して、組電池70と組電池70との間の空間72にエアを流そうとしても、張出部65が邪魔をして、冷却用のエアが組電池70と組電池70との間の空間72をスムーズに流れない。このため、組電池70の冷却効果が低いという問題がある。
【００１１】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を減すことができ、また手間をかけないで簡単に組立てることができ、さらに電流のＩＲドロップを抑えることができ、加えて冷却効果を高めることができる組電池および素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】
前述した目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載したように、巻回式発電要素の両端面に集電板を接続してなる複数の集電板付発電要素を、巻回軸方向に並べて集電板同士を対向させて接合し、これを筒状電槽に収容することにより、前記集電板を隔壁として各集電板付発電要素を区画し、前記集電板が前記筒状電槽内を電解液が共通とならない隔壁となるよう前記筒状電槽の周囲を加締め、前記集電板を隔壁として区画された各集電板付発電要素に電解液を注液する、組電池の製造方法である。
【００１３】
このように構成された組電池においては、それぞれの発電要素の集電板を隔壁として併用することで、各発電要素がそれぞれ個別に区画されている。このため、従来のように各発電要素を区画するための有底筒体を不要にできる。
【００１４】
また、本発明においては、前記各素電池における前記集電板同士を溶接により固定してもよい。
【００１５】
素電池の集電板同士を接合することで複数個の素電池を接合できる。このため、素電池同士を接合するために従来必要とされていた底カバーや帯状の接合端子を不要にできる。また、素電池の集電板同士を接合することで、素電池を組み付けることができる。従って、組電池に電流を流す際に、ＩＲドロップが大きくなることを防ぐことができる。
【００１６】
さらに、素電池の集電板同士を接合することで、電流を円滑に流すことができる。このため、発熱を抑えることができる。加えて、従来必要とされていた底カバーを不要にできるので、組電池は筒状の電槽から拡径部を省くことができる。従って、複数本の組電池を集合させた際に、組電池と組電池との間に冷却用のエアをスムーズに流すことができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記電槽の周面における前記各素電池に対応する複数箇所に電解液を注液するための注液口が設けられているものとすることができる。各素電池に対応する複数箇所に注液口を設けることで、集電板で区画した各素電池に電解液を確実に供給できる。
【００１８】
また、本発明においては、セパレータを介して負極および正極となる金属箔を巻回した発電要素と、前記発電要素の両端面にそれぞれ露出した前記金属箔にレーザー溶接またはビーム溶接により接続された集電板とを有し、直列に接合されて筒状の電槽に収容されることにより組電池を構成する素電池であって、前記各集電板が共通電解液の通路となるような貫通孔が設けられていないものとすることができる。
【００１９】
このように構成された組電池においては、各集電板に共通電解液の通路となるような貫通孔を設けない構成とした。従って、それぞれの集電板付発電要素が個々に独立した単電池として機能させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、既に図１において説明した部材等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態である集電板付発電要素10は、セパレータを介して負極および正極となる金属箔を巻回した発電要素12と、発電要素12の両端面（正極端面、負極端面）12Ａ，12Ｂにそれぞれ露出した金属箔にレーザー溶接またはビーム溶接により接続された正負極の集電板14，16とを有する。
【００２２】
この集電板付発電要素10は、直列に接合されて筒状の電槽18（図２参照）に収容されることにより組電池20を構成することが可能であり、組電池20を構成する際に、正負極の集電板14，16には共通電解液の通路となるような貫通孔が設けられていない。従って、それぞれの集電板付発電要素10を個々に独立した電池とできるので、複数個の集電板付発電要素10を直列に組み付けることにより、高電圧、高出力を要する組電池を得ることができる。
【００２３】
図２に示すように、本発明に係る第１実施形態である組電池20は、集電板付発電要素10を複数備え、各集電板付発電要素10が直列に接合されているとともに、筒状の電槽18に収容され、各集電板付発電要素10が正負極の集電板14，16を隔壁として区画されたニッケル水素電池である。
【００２４】
この組電池20によれば、それぞれの集電板付発電要素10の正負極の集電板14，16を隔壁として併用することで、各集電板付発電要素10がそれぞれ個別に区画されている。このため、従来のように各発電要素を区画するための有底筒体を不要にできる。従って、部品点数を減すことができ、かつ組電池を手間をかけないで簡単に製造できる。なお、先端の集電板付発電要素10を構成する正極の集電板14には外部接続用の正極端子15が設けられ、後端の集電板付発電要素10を構成する負極の集電板16には外部接続用の負極端子17が設けられている。
【００２５】
また、この組電池20は、隣接する各集電板付発電要素10における正負極の集電板14，16同士が溶接により固定されている。よって、集電板付発電要素10同士を接合するために従来必要とされていた底カバーや帯状の接合端子を不要にできる。このため、部品点数を減すことができ、かつ組電池を手間をかけないで簡単に製造できる。
【００２６】
さらに、集電板付発電要素10の正負極の集電板14，16同士を接合することで、集電板付発電要素10を組み付けることができるので、組電池20に電流を流す際に、ＩＲドロップが大きくなることを防いで、電圧ロスを抑えることができる。加えて、集電板付発電要素10の正負極の集電板14，16同士を接合することで、電流を円滑に流すことができる。このため、発熱を抑えることができるので、熱分布が不均一になることを防ぐことができる。
【００２７】
また、この組電池20は、従来必要とされていた底カバーを不要にできるので、筒状の電槽18から拡径部を省くことができる。従って、複数本の組電池20を集合させた際に、組電池20と組電池20との間の空間に冷却用のエアをスムーズに流すことができるので、組電池20の冷却効果を高めることができる。
【００２８】
さらに、この組電池20は、筒状の電槽18の周面における各集電板付発電要素10に対応する複数箇所に電解液を注液するための注液口19が設けられている。よって、正負極の集電板14，16で区画した各集電板付発電要素10に電解液を確実に供給できる。従って、それぞれの集電板付発電要素10の性能を十分に保つことができる。
【００２９】
筒状の電槽18は、外筒18Ａが金属パイプで形成され、内側に絶縁用の樹脂パイプ18Ｂが挿入されており、正負極の集電板14，16の近傍を加締めることで、複数個の集電板付発電要素10が内部に保持されている。また、筒状の電槽18の注液孔19は、絶縁性の弾性球体19Ａで塞がれており、この球体19Ａはカバー19Ｂで押さえされている。よって、弾性球体19Ａは防爆弁の機能を有するため、この組電池20はニッケル水素電池の他にリチウムイオン電池にも適用できる。
【００３０】
次に、組電池20の製造方法を図３〜図11に基づいて説明する。図３に示すように、セパレータを介して負極および正極となる金属箔を巻回した発電要素12を製造し、この発電要素12の正極側の端面12Ａ，12Ｂに露出した金属箔に正極の集電板14を当接する。
【００３１】
図４において、正極側の端面12Ａに露出した金属箔に、正極の集電板14をレーザー溶接またはビーム溶接により接合する。レーザー溶接またはビーム溶接としては、一例としてレーザー25を使用したレーザー溶接が該当するが、接合方法はこれに限るものではない。次に、図３および図４と同じ方法で、負極側の端面12Ｂに露出した金属箔に、負極の集電板16をレーザー溶接またはビーム溶接により接続することにより、集電板付発電要素10を製造する。
【００３２】
図５に示すように、左右側の集電板付発電要素10のうちの左側の集電板付発電要素10の負極の集電板16と、右側の集電板付発電要素10の正極の集電板14とを対向させ、それぞれの集電板14，16を矢印のように突き合わせる。図６に示すように、負極の集電板16と正極の集電板14とを突き合わせた後、左側の集電板付発電要素10を矢印の方向に高速で正転するとともに、右側の集電板付発電要素10を矢印の方向に高速で逆転することにより、負極の集電板16と正極の集電板14とを摩擦熱で溶かして接合する。
【００３３】
なお、負極の集電板16と正極の集電板14との接合は、図６の方法には限らない。その他の方法として、例えば図７に示す負極の集電板16と正極の集電板14とを溶接用電極26、27を使用してスポット溶接で接合する方法や、図８に示す負極の集電板16と正極の集電板14とをレーザー28を使用してレーザー溶接で接合する方法が該当する。また、気密性を向上させるために、負極の集電板16と正極の集電板14との間に、集電板16および集電板14よりも大径の封口板を挟み、この封口板の周縁を潰すように加締めることも可能である。
【００３４】
図９に示すように、複数個（３個）の集電板付発電要素10が互いの集電板14，16を接続することで直列に接合され、さらに外部接続用の正・負極端子15，17が接続される。この直列に接合した３個の集電板付発電要素10を、矢印のように筒状の電槽18に収容する。
【００３５】
図10に示すように、直列につないだ３個の集電板付発電要素10を電槽18に収容することにより、各集電板付発電要素10が正負極の集電板14，16を隔壁として区画される。この状態で図11に示すように、３個の集電板付発電要素10および電槽18の全体を矢印の方向に回転させながら、第１〜第８加締め治具31〜38のうちの第１加締め治具31で先ず筒状の電槽18の左端部21を加締める。次に、第２加締め治具32から第８治具38で順次筒状の電槽18の加締め部22〜28を加締める。なお、筒状の電槽18の加締めは、第１〜第８加締め治具31〜38を同時に使用して加締めることも可能である。
【００３６】
加締め完了後、筒状の電槽18の注液孔19から電解液を規定量注液する。注液が完了した後、注液孔19を球体19Ａ（図２参照）で塞ぎ、球体19Ａをカバー19Ｂ（図２参照）で押さえる。これにより、組電池20の製造工程が完了する。
【００３７】
この組電池20は、集電板付発電要素10を接合する際に、従来必要とされていた底カバーを不要にできるので、筒状の電槽18から拡径部を省くことができる。従って、図11に示すように複数本の組電池20を集合させた際に、組電池20と組電池20との間の空間に冷却用のエアをスムーズに流すことができるので、組電池20の冷却効果を高めることができる。
【００３８】
なお、本発明の組電池は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。その他、前述した各実施形態において例示した発電要素，正負極の集電板，筒状の電槽，注液孔，球体，カバー等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所，厚さ寸法等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３９】

【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、請求項１に記載したように、それぞれの集電板付発電要素の集電板を隔壁として併用することで、各集電板付発電要素がそれぞれ個別に区画されている。このため、従来のように各素電池を区画するための有底筒体を不要にできる。従って、部品点数を減すことができ、かつ組電池を手間をかけないで簡単に製造できる。
【００４０】
また、本発明においては、集電板付発電要素の集電板同士を接合することで複数個の集電板付発電要素を接合できる。このため、素電池同士を接合するために従来必要とされていた底カバーや帯状の接合端子を不要にできる。従って、部品点数を減すことができ、かつ組電池を手間をかけないで簡単に製造できる。
【００４１】
さらに、集電板付発電要素の集電板同士を接合することで、集電板付発電要素を組み付けることができる。従って、組電池に電流を流す際に、ＩＲドロップが大きくなることを防いで、電圧ロスを抑えることができる。また、集電板付発電要素の集電板同士を接合することで、電流を円滑に流すことができる。このため、発熱を抑えることができるので、熱分布が不均一になることを防ぐことができる。
【００４２】
加えて、集電板付発電要素の集電板同士を接合することで、従来必要とされていた底カバーを不要にできる。
【００４３】
【００４４】
また、本発明においては、各集電板に共通電解液の通路となるような貫通孔を設けない構成とした。従って、それぞれの素電池を個々に独立した電池とできるので、複数個の集電板付発電要素を直列に組み付けることにより、高電圧、高出力を要する組電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る集電板付発電要素を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係る組電池を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る集電板付発電要素の製造方法を示す第１説明図である。
【図４】本発明に係る集電板付発電要素の製造方法を示す第２説明図である。
【図５】本発明に係る集電板付発電要素の製造方法を示す第１説明図である。
【図６】本発明に係る組電池の製造方法を示す第２説明図である。
【図７】図６の変形例を示す説明図である。
【図８】図６のもう一つの変形例を示す説明図である。
【図９】本発明に係る組電池の製造方法を示す第３説明図である。
【図１０】本発明に係る組電池の製造方法を示す第４説明図である。
【図１１】本発明に係る組電池の製造方法を示す第５説明図である。
【図１２】従来の素電池の製造方法を示す説明図である。
【図１３】従来の組電池の製造方法を示す説明図である。
【図１４】従来の組電池を複数本集合させた状態を示す一部断面図である。
【符号の説明】
10 集電板付発電要素
12 発電要素
12Ａ 正極の端面
12Ｂ 負極の端面
14 正極の集電板
16 負極の集電板
20 組電池
18 筒状の電槽
19 注液口

Claims (1)

1. 巻回式発電要素の両端面に集電板を接続してなる複数の集電板付発電要素を、巻回軸方向に並べて集電板同士を対向させて接合し、これを筒状電槽に収容することにより、前記集電板を隔壁として各集電板付発電要素を区画し、前記集電板が前記筒状電槽内を電解液が共通とならない隔壁となるよう前記筒状電槽の周囲を加締め、前記集電板を隔壁として区画された各集電板付発電要素に電解液を注液する、組電池の製造方法。

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