JP4406940B2

JP4406940B2 - 単電池の電気的接続装置

Info

Publication number: JP4406940B2
Application number: JP04209298A
Authority: JP
Inventors: 村上　　茂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11238498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つのセルを有するいわゆる単電池と他の単電池の電気的な接続を行うための単電池の電気的接続装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばリチウムイオン２次電池のような単電池は、複数電気的に接続することにより、たとえば電気自動車のような用途やその他各種用途に用いられるようになってきている。
この種の単電池を複数電気的に接続する場合には、図１６に示すように、ニッケル材２００を用いて単電池のプラス極と別の単電池のマイナス極を電気的に接続する。このニッケル材２００は、プロジェクションと呼ばれる突起２０１を有しており、突起２０１はスリット２０２を挟んだ両側に配置している。
溶接電極は、突起２２０１の一方側から押し当てて、ニッケルの発熱を利用するいわゆるシリーズ溶接という方式で、ニッケル材２００を単電池の正極あるいは負極に対して溶接していた。図１７は、このプロジェクションと呼ばれる突起２０１の例を示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように単電池の電気的な接続を行うのにニッケル材２００を用いているので、ニッケル材の抵抗値が高いために、単電池から電流を取り出す時の損失が大きく、また溶接面積が小さい（溶接面積を大きく取れない）ために、たとえば単電池を適用する自動車を動かすような大電流の用途には不向きであった。
しかもニッケル材そのものが高価であるために、多数の単電池を電気的に接続する場合にその材料費も問題となった。
そこで本発明は上記課題を解消し、低損失で、大電流を取り出すことができ、コスト削減化を図ることができる単電池の電気的接続装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、単電池の正極には正極部材として、穴を有する円筒部とフランジ部とを備え、ステンレス、銅、アルミニウム、鉄の何れかで形成された正極カバーが設けられ、上記単電池の負極には負極部材として、上記正極部材の円筒部の穴の中にはめ込んで固定できる円筒形の銅、アルミニウム、鉄の何れかで形成されたカップが溶接によって固定され、上記正極カバーは、上記単電池のケース内にはめ込んで上記正極に対して取り付けられ、上記ケースの先端を内側に曲げて封止することで取り付けられ、第１の単電池の正極部材と第２の単電池の負極部材は電気的に接続され、上記第１の単電池の正極部材と上記第２の単電池の負極部材の電気的接続は、上記正極部材の円筒部と上記負極部材のカップ間に電極間接続部材を介在して行われ、上記電極間接続部材は、銅、アルミニウム、鉄の何れかで形成され、上記電極間接続部材は、上記正極カバーの円筒部、上記カップそれぞれがはめ込まれる穴を有し、上記正極カバーの円筒部、上記カップそれぞれがはめ込まれる穴には、立ち上げ部分が形成され、上記正極カバーの円筒部、上記カップそれぞれは、上記穴の立ち上げ部分に溶接されて固定される。
【０００５】
本発明では、正極部材が、単電池の正極に対して電気的に取付けられる。負極部材は、単電池の負極に対して電気的に取付けられる。
電極間接続部材は、第１の単電池と第２の単電池を並べて配置した場合に、第１の単電池の正極部材と、第２の単電池の負極部材を電気的に接続するようになっている。
これにより、正極部材と負極部材及び電極間接続部材を用意しておけば、簡単にしかも低コストで複数の単電池の電気的な接続を行うことができ、ネジ等の不確実な締結方法を用いないことから、低損失で効率よく大電流を取出すことができる。
本発明において、好ましくは電極間接続部材が、折り曲げ部分を有し、正極部材と負極部材に対して溶接により固定するようにすれば、折り曲げ部分が熱膨張や変形を吸収してより確実に電気的な接続を果たすことができる。
本発明において、好ましくは正極部材、負極部材及び電極間接続部材が、低抵抗の金属で作るようにすれば、より効率よく大電流の取出しが行える。
【０００６】
上記目的は、本発明にあっては、単電池の正極に電気的に取付けられる正極部材と、単電池の負極に電気的に取付けられる負極部材と、を有し、第１の単電池と第２の単電池を直列に配置して、第１の単電池の正極と第２の単電池の負極を電気的に接続する場合に、第１の単電池の正極部材と第２の単電池の負極部材が電気的に接続して固定されることを特徴とする単電池の電気的接続装置により、達成される。
【０００７】
本発明では、正極部材は単電池の正極に対して電気的に取付けられる。負極部材は単電池の負極に対して電気的に取付けられる。
この場合に、第１の単電池と第２の単電池を直列に配置して、第１の単電池の正極と第２の単電池の負極を電気的に接続する時に、第１の単電池の正極部材と第２の単電池の負極部材が電気的に接続して固定される。
これにより、単電池を電気的な直列接続を簡単に行うことができ、ネジ等の不確実な締結方法を用いずに低損失で効率よく大電流が取出せる。
本発明において、好ましくは第１の単電池の正極部材と第２の単電池の負極部材がはめ込みにより電気的に接続して固定されるようにすれば、より簡単な構造でありながら第１の単電池と第２の単電池を直列的に電気的に接続することができる。
本発明において、好ましくは正極部材と負極部材が低抵抗の金属により作られていることにより、より低損失で大電流が取出せる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【０００９】
図１は、本発明の単電池の電気的接続装置を備える単電池１０を示している。この単電池１０は、正極１１と負極１２を有する、たとえばリチウムイオン２次電池のような２次電池である。単電池１０の正極１１には、正極部材としての正極カバー２０が電気的に固定できるようになっている。一方、単電池１０の負極１２に対しては負極部材であるカップ２４が、負極１２に対してたとえば溶接部分２６により電気的に固定されている。
正極カバー２０は、たとえばステンレスにより作られており、フランジ部２０Ａと円筒部２０Ｂを有している。カップ２４は、たとえば鉄により作られている。図１の図示例では、カップ２４は円筒形のカップであるが、カップ２４の外径は、正極カバー２０の円筒部２０Ｂの穴２０Ｃの中にしっかりとはめ込んで固定できるような大きさになっている。
【００１０】
図２と図３は、このような単電池１０が２つ並べて配列された状態の例を示している。
一方の単電池１０の正極１１には、正極カバー２０が取付けられている。これに対してもう１つの単電池１０の負極１２には、カップ２４が電気的に固定されている。図２と図３に示すようにこれら正極カバー２０とカップ２４に渡って、別の部材であるバスバー３０が電気的に固定されている。
【００１１】
バスバー３０は、低抵抗な金属、たとえば銅等により作られている。バスバー３０は図３と図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように中間部に屈曲部（折り曲げ部分）３４を有し、バスバー３０の両端部には穴３６，３８が形成されている。この穴３６には正極カバー２０がはめ込まれ、もう１つの穴３８にはカップ２４がはめ込まれる。そして、図２と図３に示すそれぞれ複数箇所において溶接部分４０が設けられている。この溶接部分４０は、正極カバー２０とバスバー３０の一端部を電気的にしっかりと固定し、かつカップ２４とバスバー３０の他端を電気的にしっかりと固定することができる。これにより、一方の単電池１０の正極１１と他方の単電池１０の負極１２を電気的に接続している。この溶接部分４０は、好ましくは溶接面積を大きく取れるダイレクト溶接で接続できる。
このバスバーは、正極カバー２０とカップ２４を電気的に接続する電極間接続部材あるいは電極間接続導体である。
【００１２】
図２のカップ２４は、単電池１０のケース１０Ａに対してあらかじめダイレクト溶接等の溶接方式を用いて溶接しておき、その後単電池１０を組み立てる。単電池の組立て最終工程では、正極カバー２０が正極１１に対して取付けられて、単電池１０のケース１０Ａを封止する。
図２の単電池保持フレーム４５は、単電池１０のケース１０Ａを保持するもので、このフレーム４５に対して単電池１０のカバー１０Ａを組み込んだ後に、正極カバー２０とカップ２４に対してバスバー３０を取付けて、上述したような溶接部分４０により、溶接面積を大きく取れるダイレクト溶接による点溶接あるいはレーザーによる連続溶接で溶接していくことになる。
このような溶接はいずれも抵抗溶接という簡易な方法でも達成可能なために、低コスト化が可能である。
バスバー３０は、上述したように銅等の低抵抗の材料を使用して、できるだけ板厚を薄くし、中央部の屈曲部３４を入れることにより、熱膨張や変形等に対する可撓性を持たせることもできる。つまり、熱膨張や変形によるバスバー３０の長さの変化を屈曲部３４で吸収でき、単電池１０，１０間の電気的接続に支障を与えない。
【００１３】
図４（Ａ）、（Ｂ）はこのバスバー３０の例を示している。バスバー３０は上述したように中央の折り曲げ部３４の穴３６，３８を有している。穴３６，３８のところには立ち上げ部分３６Ａと３８Ａが形成されている。
【００１４】
図５（Ａ）は、図１に示す単電池１０を、直列に配列した例を示している。１つの単電池１０の正極１１は、もう１つの単電池１０の負極１２に対して、正極カバー２０とカップ２４により直接電気的に接続することができる。つまり負極１２側のカップ２４は、正極１１側の円筒部２０Ｂの穴２０Ｃにはめ込むことにより固定して電気的に接続することができる。この場合には、カップ２４と正極カバー２０を点溶接あるいは連続溶接で溶接接続することも可能である。たとえば、図５（Ｂ）のようにカップ２４と正極カバー２０にそれぞれ穴２９をあけて、この穴にダイレクト溶接用の溶接電極７７を挿入し、他の溶接電極７８とによりカップ２４と正極カバー２０をダイレクトで溶接できる。
またカップ２４と正極カバー２０は、更に別の導電性を有する低抵抗の部材を用いることで接続することも可能である。
【００１５】
本発明の実施の形態においては、図１に示す単電池の正極カバー２０、カップ２４及び図２と図３に示すバスバー３０の材質として、たとえば銅やアルミニウムあるいは鉄等の低コスト材料でかつ低抵抗材料を用いている。
単電池１０のケース１０Ａの底に取付けられているカップ２４と、正極カバー２０は、バスバー３０と呼ばれる接続導体により電気的に接続されているが、これらの正極カバー２０とカップ２４は、抵抗溶接により溶接する他に、冷間圧接、リベット、ネジ締めあるいは加締め、摩擦溶接あるいはレーザ溶接等で行ってもよい。
【００１６】
カップ２４は、組み立て前にケース１０Ａに対して溶接するために、ダイレクト溶接（溶接電極で材料を直接挟み込む）で、溶接面積を広く取れるために、接続抵抗も低くかつ低損失で電気的に接続できる。
正極カバー２０と、ケース１０Ａの底に取付けられたカップ２４は、一体成形型、金属棒等の部品の摩擦溶接、あるいは圧接等で作ることもできる。
単電池間の電気的な接続には、バスバーと呼ばれる接続導体を用いているが、各種金属板の他に銅の網線等を使用した可撓導体等も使用することができる。
このようなバスバーと呼ばれる接続導体は、複数の単電池を組み合わせた電源装置の両側終端の電圧取出用の接続にも使用することができる。
【００１７】
正極カバー２０の変形例としては、たとえばバーリング加工によりタップ立てで作ったり、金属部品の溶接、圧接等でも作ることができる。
ケース１０Ａの底に設けられるカップ２４の変形例としては、バーリング加工によるタップ立てによりカップを作ったり、あるいは金属部品の溶接あるいは圧接等によってもカップを作ることができる。
【００１８】
図６〜図１１は、単電池１０の正極１１に対して取付けられた正極カバーの変形例を示しており、図６は正極カバー１２０を示し、図７は正極カバー３２０を示し、図８は正極カバー４３０を示し、図９は正極カバー５３０を示している。また図１０は正極カバー６３０を示し、図１１は正極カバー７３０を示している。
【００１９】
図６の正極カバー１２０は円筒部分１２０Ａを有し、この中央部には穴１２０Ｂを備えている。図７の正極カバー３２０の中央部には円筒状の突起３２０Ｃが形成されている。図８の正極カバー４３０はその中央部に円筒状の突起４３０Ｃが形成されている。図９の正極カバー５３０は、やや広い円筒状の突起５３０Ｃが形成されている。図１０の正極カバー６３０は、本発明の参考例ではあるが、取付け片６３０Ｃが取付けられている。図１１の正極カバー７３０は、本発明の参考例ではあるが、棒状の突起７３０Ｃを有している。
【００２０】
図１２〜図１５は、カップの別の実施の形態を示している。図１２のカップ１２４は、電池１０の負極１２側に配置されている。図１３のカップ３２４は、中央部に穴３２４Ａを有している。図１４のカップ４２４は、本発明の参考例ではあるが、棒状の突起４２４Ａを有している。図１５のカップ５２４は、本発明の参考例ではあるが、突起５２４Ａを有している。たとえば図１４のカップ４２４の棒状の突起４２４Ａは、図６の正極カバー１２０の穴１２０Ｂにはめ込んで電気的に直接接続することができる。
【００２１】
本発明の単電池の電気的接続装置を用いれば、ニッケル材のような比較的高抵抗の材料を用いずに、正極部材、負極部材を用意するかあるいは正極部材と負極部材及び電極間接続部材を用意するだけで、低損失で大電流を取出すことができる電気的接続装置を実現することができる。しかも正極部材、負極部材及び電極間接続部材は、低コストな低抵抗の材質を用いることができるとともに、その電気的接続装置の組み立ては簡単に行うことができ、ネジ等振動で弛むような要素を使用する必要がなく電気的な接続の信頼性が高いものである。なおネジを使用して電気的な接続を図ることも勿論可能である。
図２と図３に示すバスバーは、点溶接で溶接を行えば、バスバーの取外しが容易であるので、修理が容易である。
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、低損失で、大電流を取り出すことができ、コスト削減化を図ることができる。
また、電気的接続装置の組み立ては簡単に行うことができ、ネジ等振動で弛むような要素を使用する必要がなく電気的な接続の信頼性を高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単電池の電気的接続装置を有する単電池の好ましい実施の形態を示す図。
【図２】複数の単電池を並べて配置した場合における一方の単電池の正極と他方の単電池の負極を電気的に接続した状態を示す図。
【図３】図２の側面図。
【図４】図２と図３に用いられているバスバーを示す図。
【図５】単電池を直列に接続した場合の電気的な接続例を示す図。
【図６】正極カバーの他の実施の形態を示す図。
【図７】正極カバーの他の実施の形態を示す図。
【図８】正極カバーの他の実施の形態を示す図。
【図９】正極カバーの他の実施の形態を示す図。
【図１０】正極カバーの参考例を示す図。
【図１１】正極カバーの参考例を示す図。
【図１２】カップの好ましい実施の形態を示す図。
【図１３】カップの好ましい実施の形態を示す図。
【図１４】カップの参考例を示す図。
【図１５】カップの参考例を示す図。
【図１６】従来の単電池の電気的接続例を示す図。
【図１７】図１６の従来の電気的接続例における突起の一例を示す図。
【符号の説明】
１０・・・単電池、１１・・・正極、１２・・・負極、２０・・・正極カバー（正極部材）、２４・・・カップ（負極部材）、３０・・・バスバー（電極間接続部材）、６０・・・電気的接続装置

Claims

単電池の正極には正極部材として、穴を有する円筒部とフランジ部とを備え、ステンレス、銅、アルミニウム、鉄の何れかで形成された正極カバーが設けられ、
上記単電池の負極には負極部材として、上記正極部材の円筒部の穴の中にはめ込んで固定できる円筒形の銅、アルミニウム、鉄の何れかで形成されたカップが溶接によって固定され、
上記正極カバーは、上記単電池のケース内にはめ込んで上記正極に対して取り付けられ、上記ケースの先端を内側に曲げて封止することで取り付けられ、
第１の単電池の正極部材と第２の単電池の負極部材は電気的に接続され、
上記第１の単電池の正極部材と上記第２の単電池の負極部材の電気的接続は、上記正極部材の円筒部と上記負極部材のカップ間に電極間接続部材を介在して行われ、
上記電極間接続部材は、銅、アルミニウム、鉄の何れかで形成され、
上記電極間接続部材は、上記正極カバーの円筒部、上記カップそれぞれがはめ込まれる穴を有し、
上記正極カバーの円筒部、上記カップそれぞれがはめ込まれる穴には、立ち上げ部分が形成され、
上記正極カバーの円筒部、上記カップそれぞれは、上記穴の立ち上げ部分に溶接されて固定される単電池の電気的接続装置。
上記電極間接続部材は、中間部に屈曲部を有し、導電性材料により形成される請求項１に記載の単電池の電気的接続装置。
上記単電池は、１つのセルを有する２次電池である請求項１に記載の単電池の電気的接続装置。