JP4675163B2 - スポット溶接用のパック電池に使用されるリード板 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の電極にスポット溶接して接続されるスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板に関し、とくに耐振動特性の優れたリード板に関する。

金属板であるリード板は、スポット溶接して簡単かつ容易に、しかも確実に電気接続できる。リード板を電極等にスポット溶接する状態を図１に示す。この図に示すように、一対の溶接電極４０がリード板４１の表面に押圧される。一対の溶接電極４０間に流れる溶接電流は、リード板４１と電極４６との接触点を発熱させて溶接する。このとき、溶接電極４０の間には、矢印Ａで示す溶接電流と、矢印Ｂで示す無効電流が流れる。溶接電流はリード板４１の溶接に有効に利用される。ただ、無効電流は一対の溶接電極４０とリード板４１との間に流れて、リード板４１と電極４６との間には流れないので、リード板４１の溶接には利用されない。

スポット溶接の無効電流を少なくするために、一対の溶接スポットの間にスリットを設けているリードが開発されている（特許文献１参照）。さらに、リード板は、機械的に強靭な構造、いいかえると振動で外れないように被接続金属にスポット溶接することも大切である。たとえば、電動工具等のように振動を受ける用途に使用されると、リード板のスポット溶接が外れるからである。

リード板の耐振動特性を向上するためのスリットを設けたリード板も開発されている（特許文献２参照）。
特開２００３−７７４４１号公報 特開２００５−５６７２１号公報

特許文献２に記載されるリード板５１は、図２に示すように、無効電流減少するスリットである無効電流減少スリット５２の周囲にＵ字状スリット５３を設けている。いいかえるとＵ字状スリット５３の内側に、無効電流を減少させる無効電流減少スリット５２を設けている。このリード板５１は、Ｕ字状スリット５３の内側であって無効電流減少スリット５２の両側に一対の溶接スポット５５を設けている。このリード板５１は、Ｕ字状スリット５３で耐振動特性を向上できる。それは、溶接スポット５５の周囲に設けたＵ字状スリット５３が振動を吸収する緩衝作用を示すからである。

ただ、Ｕ字状スリット５３の内側に無効電流減少スリット５２を設けたリード板５１は、幅が狭くなると、振動に対する強度が著しく低下する欠点がある。それは、リード板５１がＵ字状スリット５３の両側にできる幅の狭い連結部５８でのみ連結されるからである。また、リード板５１の長手方向に大電流を流すとき、この方向の電気抵抗が大きくなる欠点もある。それは、Ｕ字状スリット５３の両側にできる幅の狭い連結部５８のみに通電されるからである。さらにまた、このリード板は、無効電流減少スリットの長さに制限を受けるために、スポット溶接の無効電流をより小さくすることができない欠点もある。それは、Ｕ字状スリットの内側に無効電流減少スリットを設けているからである。Ｕ字状スリットを長くして、無効電流減少スリットを長くすることもできるが、Ｕ字状スリットを長くするほど、幅の狭い連結部が長くなって電気抵抗が大きくなり、電圧降下も大きくなる弊害がある。このため、現実にはＵ字状スリットをそれほど長くできず、無効電流をより小さくできない欠点がある。

本発明は、さらに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、耐振動特性を低下させることなく、振動に対する強度が強く、しかも電気抵抗を小さくして、大電流による電圧降下を小さくして電力を有効に伝送でき、さらに無効電流を少なくして、確実にスポット溶接できるスポット溶接用のリード板を提供することにある。

本発明の請求項１のスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板は、無効電流減少スリット１２の両側に溶接スポット１５を設けて、この溶接スポット１５を電池の電極である被接続金属１６にスポット溶接して接続する金属板からなる。リード板は、無効電流減少スリット１２の両側に、無効電流減少スリット１２に非連結な状態で、無効電流減少スリット１２の長手方向に延びる一対の両側スリット１３を互いに分離して設けており、この両側スリット１３と無効電流減少スリット１２との間に溶接スポット１５を設けている。

両側スリット１３は、その中央部が無効電流減少スリット１２から離れる円弧状に湾曲することができる。また、両側スリット１３は、無効電流減少スリット１２を対称軸として線対称に設けることができる。

本発明の請求項４のスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板は、無効電流減少スリット１２の両側に溶接スポット１５を設けて、この溶接スポット３５を被接続金属３６にスポット溶接して接続する金属板からなる。リード板は、無効電流減少スリット３２の両端に連続して、かつ無効電流減少スリット３２の端部から両側に離れる方向に延びるように端部スリット３４を設けており、この端部スリット３４と無効電流減少スリット３２とで囲まれる領域に溶接スポット３５を設けている。

端部スリット３４は、無効電流減少スリット３２の両端から同じ側に延びる端部が互いに接近する円弧状に湾曲することができる。また、端部スリット３４は、無効電流減少スリット３２を対称軸として線対称に設けることができる。

本発明のスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板は、耐振動特性を低下させることなく振動に対する強度を強くできる特徴がある。それは、無効電流減少スリットの両側に、これと離して両側スリットを設け、あるいは無効電流減少スリットの両端に端部スリットを連結しているからである。無効電流減少スリットの両側に両側スリットを設けている請求項１のリード板は、図４に示すように、溶接スポット１５を設けている固定部１７の両側を、図のＲで示す幅の狭い端部でリード板１１の本体部に連結している。したがって、図の矢印Ｃで示す無効電流減少スリット１２に対する横方向の振動は、端部Ｒの変形で吸収される。また、矢印Ｄで示す無効電流減少スリット１２の縦方向の振動は、幅の狭い端部Ｒの伸縮と変形で吸収する。

また、矢印Ｄで示す縦方向の振動に対して、リード板１１が破断されるのを効果的に防止して、この方向の耐振動強度を著しく向上できる。それは、リード板１１が、両側スリット１３の内側に位置する一対の固定部１７と、両側スリット１３の外側に位置する一対の連結部１８からなる４列の連結帯で、連結しているからである。図２に示す従来のＵ字状スリット５３のリード板５１は、Ｕ字状スリット５３の両側に残る幅の狭い一対の連結部５８のみで連結されるので、振動に対する強度が弱かった。これに対して、図４に示す本発明のリード板は、一対の連結部１８に加えて固定部１７の両側でも連結されて、４列に連結されるので振動に対する強度を著しく向上できる。また、矢印Ｃで示す方向の振動に対しては、固定部１７の両端部が変形して効果的に振動を吸収し、この方向の振動に対する強度は極めて大きくできる。

また、本発明の請求項４のリード板は、図５に示すように、溶接スポット３５を設けている固定部３７の一方の側縁Ｓをリード板３１の本体部に連結している。したがって、図の矢印Ｃで示す無効電流減少スリット３２に対する横方向の振動は、側縁Ｓの変形と伸縮で吸収される。矢印Ｄで示す無効電流減少スリット３２の縦方向の振動は、側縁Ｓの変形で吸収する。

このリード板３１は、矢印Ｄで示す縦方向の振動でリード板３１が破断されるのを効果的に防止して、この方向の耐振動強度を著しく向上できる。それは、リード板３１が、端部スリット３４の両側に比較的幅の広い連結部３８を設けて、振動に対する強度を向上できるからである。図２に示す従来のＵ字状スリット５３のリード板５１は、Ｕ字状スリット５３の両側が連結部５８の幅を狭くするのに対し、図５のリード板３１は、無効電流減少スリット３２の両端に端部スリット３４を設けて振動を吸収するので、無効電流減少スリット３２の外側にスリットを設ける必要がなく、連結部３８の幅を広くして、矢印Ｄで示す方向に振動に対する破断強度を向上できる。

さらに、本発明のリード板は、大電流による電圧降下を小さくして電力を有効に伝送でき、さらに無効電流を少なくして、確実にスポット溶接できる特徴も実現する。本発明のリード板が、電気抵抗を小さくして電圧降下を小さくできるのは、図４に示す請求項１のリード板においては、固定部１７の両端と両側スリット１３の外側の連結部１８からなる４列で連結でき、また、図５に示す請求項４のリード板３１においては、端部スリット３４の両側に設ける連結部３８の幅を広くできるからである。また、本発明のリード板は、無効電流減少スリットを長くできるので、無効電流を少なくして確実にスポット溶接できる。

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スポット溶接用のリード板を例示するものであって、本発明はリード板を以下のものに特定しない。

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」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。

図３は、本発明のリード板を使用するパック電池を示す。このリード板は、被接続金属を電池の電極として、ここにスポット溶接して固定している。

図のパック電池は、複数の素電池２０をケース２１に収納している。素電池２０は、その両端にリード板１１をスポット溶接して接続している。図のパック電池は、リード板１１でもって２本の素電池２０を並列に接続し、並列に接続した素電池２０を直列に接続している。このパック電池は、２本の素電池２０を並列に接続し、さらに、これを１０本直列に接続している。したがって、パック電池の出力端子に接続される並列接続リード板１１Ａは、２本の素電池２０の電極面にスポット溶接して接続される。この並列接続リード板１１Ａは、図において右下と左上に配置される。その他のリード板は、素電池２０を並列と直列に接続する直並列接続リード板１１Ｂで、この直並列接続リード板１１Ｂは、素電池２０の中間に接続されるので、４本の素電池２０の電極面にスポット溶接して接続される。

並列接続リード板１１Ａは、素電池２０の外径よりも幅の狭い帯状で、２本の素電池２０の電極面にスポット溶接して、一端には出力端子に接続するリード線２２を接続している。直並列接続リード板１１Ｂは、４本の素電池２０の電極面にスポット溶接して、信号線２３を接続するタブ１９を突出して設けている。この図のパック電池は、信号線２３と、出力端子に接続しているリード線２２を、上部に配設しているプラスチックホルダー２４内に設けている回路基板２５に接続している。回路基板２５は、信号線２３とリード線２２とで各々の素電池２０の電圧を検出して、素電池２０の充放電をコントロールする充放電制御回路を実装している。このように、各々の素電池２０の電圧を検出しながら充放電をコントロールするパック電池は、素電池２０をリチウムイオン二次電池とするのに適している。ただ、パック電池の二次電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等とすることもできる。

リード板１１のスポット溶接部分を図４に示す。この図に示すリード板１１は、金属板を所定の形状に裁断して製作される。図３と図４のリード板１１は、一対の溶接スポット１５の間に無効電流減少スリット１２を設けている。さらに、この無効電流減少スリット１２の両側には、一対の両側スリット１３を互いに分離して設けている。両側スリット１３は、無効電流減少スリット１２から切り離されて、無効電流減少スリット１２に非連結な状態で、さらに無効電流減少スリット１２の長手方向に延びるように設けている。この両側スリット１３と無効電流減少スリット１２との間に溶接スポット１５を設けている。この図のリード板１は、無効電流減少スリット１２の両側であって、両側スリット１３の内側に各々２点の溶接スポット１５を設けている。２点の溶接スポット１５には同じ極の溶接電極が押圧される。溶接電極は、無効電流減少スリット１２の一方の側にプラス側の電極を、他方の側にマイナス側の電極を押圧して、リード板１１を被接続金属１６にスポット溶接する。ただし、本発明のリード板は、無効電流減少スリットの両側に１点の溶接スポットを設け、あるいは３点以上の溶接スポットを設けることもできる。なお、この実施例において、被接続金属１６は電池の電極であり、図において鎖線で示している。

無効電流減少スリット１２と両側スリット１３の幅は、リード板１１の厚さ、幅、スポット溶接の位置等で最適値に決定される。たとえば、単三タイプの二次電池の電極面にスポット溶接されるリード板は、無効電流減少スリットと両側スリットの幅を、互いに対向縁が接触しないように、たとえば０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上とする。また、無効電流減少スリットの長さは、スポット溶接するときに無効電流を充分に減少できるように、たとえば５ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ以上とする。

両側スリット１３の長さ（Ｌ1）は、例えば無効電流減少スリット１２の長さの３０％以上、好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６０％以上とする。ただし、両側スリット１３の長さ（Ｌ1）は、両側スリット１３に沿う長さとする。したがって、図に示すように湾曲する両側スリット１３の長さは、円弧に沿う長さとする。両側スリット１３が短か過ぎると、振動に対して充分な強度にできなくなる。また、両側スリット１３は長すぎると、スポット溶接する部分の強度が低下する。したがって、両側スリット１３の長さ（Ｌ1）は、たとえば無効電流減少スリット１２の２００％以下、好ましくは１５０％以下、さらに好ましくは１００％以下とする。

図４のリード板１１は、その中央部が無効電流減少スリット１２から離れる円弧状に湾曲している。とくに、図のリード板１１は、両側スリット１３を、無効電流減少スリット１２の中央を中心とする円弧状に湾曲させている。さらに、この図のリード板１１は、無効電流減少スリット１２を対称軸として線対称に両側スリット１３を設けている。そして、無効電流減少スリット１２と両側スリット１３の幅をほぼ等しくしている。

このように、両側スリット１３を円弧状として線対象に設けるリード板１１は、被接続金属３６である電池電極の位置を確認しながら溶接できる特長がある。それは、図４において矢印Ｄで示す方向のずれを、無効電流減少スリット１２で認識し、矢印Ｃで示す方向のずれを、湾曲された一対の両側スリット１３で認識できるからである。たとえば、リード板を凸部電極に溶接する場合、無効電流減少スリットと両側スリットの隙間を透して見える凸部電極の位置を確認しながら正確な位置に溶接できる。とくに、一対の両側スリットを、その中央部が無効電流減少スリットから離れる円弧状に湾曲することによって、電極の位置をより正確に認識できる。それは、円弧状の両側スリットの両端部が無効電流減少スリットに接近する状態で設けられているので、この部分において凸部電極の位置ずれを認識できるからである。また、リード板を平面電極に溶接する場合においても、平面電極の外周よりも内側に設けられた円形の溝やカシメ部の位置を、無効電流減少スリットや両側スリットの隙間から確認することにより正確な位置に溶接できる。

さらに、この構造のリード板１１は、図に示すように、細長いリード板１１の長手方向と平行に無効電流減少スリット１２を設けて、リード板１１の長手方向の引張強度を強くできる。また、長手方向の電気抵抗を小さくできるので、長手方向に大電流を流して電圧降下を小さくできる。リード板１１は、図３に示すように複数の素電池２０を直列に接続する用途に使用される場合、大きな電流が流れる。このように、大電流が流れるリード板は、電圧降下によるロスが問題となる。図４に示すリード板１１は、固定部１７の両端と両側スリット１３の外側の連結部１８からなる部分に電流を通電するので、従来のリード板に比較して電流が流れる部分の幅を広くして、電気抵抗を小さくして電圧降下を小さくできる。

ただし、本発明のリード板は、図に示すように、無効電流減少スリット１２を電流の方向と平行に設けることなく、電流の方向に対して傾斜するよう無効電流減少スリットを設け、あるいは電流の方向に直交するように無効電流減少スリットを設けることもできる。

さらに、本発明の他の実施例のリード板を図５に示す。この図に示すリード板３１も、金属板を所定の形状に裁断して製作される。図５のリード板３１は、一対の溶接スポット３５の間に無効電流減少スリット３２を設けると共に、この無効電流減少スリット３２の両端に連続して端部スリット３４を設けている。端部スリット３４は、無効電流減少スリット３２の端部から両側に離れる方向に延びるように設けている。端部スリット３４と無効電流減少スリット３２とで囲まれる領域に溶接スポット３５を設けている。この図のリード板３１も、図４のリード板１１と同じように、無効電流減少スリット３２の両側であって、端部スリット３４の間に、各々２点の溶接スポット３５を設けている。ただし、本発明のリード板は、無効電流減少スリットの両側に１点の溶接スポットを設け、あるいは３点以上の溶接スポットを設けることもできる。なお、図５において、リード板３１がスポット溶接される電池の電極である被接続金属３６を鎖線で示している。

無効電流減少スリット３２と端部スリット３４の幅は、図４のリード板１１と同様に、リード板３１の厚さ、幅、スポット溶接の位置等で最適値に決定される。たとえば、単三タイプの二次電池の電極面にスポット溶接されるリード板は、無効電流減少スリットと端部スリットの幅を、互いに対向縁が接触しないように、たとえば０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上とする。また、無効電流減少スリット３２の長さは、スポット溶接するときに無効電流を充分に減少できるように、たとえば５ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ以上とする。

端部スリット３４の長さ（Ｌ2）は、例えば無効電流減少スリット３２の長さの３０％以上、好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６０％以上とする。ただし、端部スリット３４の長さ（Ｌ2）は、端部スリット３４に沿う長さとする。したがって、図に示すように湾曲する端部スリット３４の長さは、円弧に沿う長さとする。端部スリット３４が短か過ぎると、振動に対して充分な強度にできなくなる。また、端部スリット３４は長すぎると、幅の狭いリード板においては残りの幅が狭くなってスポット溶接する部分の強度が低下し、また電気抵抗も大きくなる。したがって、両側スリット３３の長さ（Ｌ2）は、たとえば無効電流減少スリット３２の２００％以下、好ましくは１５０％以下、さらに好ましくは１００％以下とする。

図５のリード板３１は、端部スリット３４を、無効電流減少スリット３２の両端から同じ側に延びる端部が互いに接近する円弧状に湾曲している。図のリード板３１は、端部スリット３４を、無効電流減少スリット３２の中央を中心とする円弧状に湾曲させている。さらに、この図のリード板３１は、無効電流減少スリット３２を対称軸として線対称に端部スリット３４を設けている。そして、無効電流減少スリット３２と端部スリット３４の幅をほぼ等しくしている。

このリード板３１も、被接続金属３６である電池電極の位置を確認しながら溶接できる特長がある。それは、図５において矢印Ｄで示す方向のずれを、無効電流減少スリット３２で認識し、矢印Ｃで示す方向のずれを、湾曲された端部スリット３４で認識できるからである。図に示すリード板３１は、無効電流減少スリット３２の両端から同じ側に延びる端部スリット３４が互いに接近する状態で設けられているので、この部分において電極の位置を認識できる。したがって、このリード板も、溶接される電極の位置を確認しながら正確な位置に溶接できる。

さらに、この構造のリード板３１は、図に示すように、細長いリード板３１の長手方向と平行に無効電流減少スリット３２を設けて、リード板３１の長手方向の引張強度を強くできる。また、長手方向の電気抵抗を小さくできるので、長手方向に大電流を流して電圧降下を小さくできる。

ただし、本発明のリード板は、図に示すように、無効電流減少スリット３２を電流の方向と平行に設けることなく、電流の方向に対して傾斜するよう無効電流減少スリットを設け、あるいは電流の方向に直交するように無効電流減少スリットを設けることもできる。

リード板を電極等にスポット溶接する状態を示す概略断面図である。 従来のスポット溶接用のリード板の一例を示す正面図である。 本発明の一実施例にかかるスポット溶接用のリード板を使用するパック電池の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかるスポット溶接用のリード板の拡大正面図である。 本発明の他の実施例にかかるスポット溶接用のリード板の拡大正面図である。

１１…リード板 １１Ａ…並列接続リード板
１１Ｂ…直並列接続リード板
１２…無効電流減少スリット
１３…両側スリット
１５…溶接スポット
１６…被接続金属
１７…固定部
１８…連結部
１９…タブ
２０…素電池
２１…ケース
２２…リード線
２３…信号線
２４…プラスチックホルダー
２５…回路基板
３１…リード板
３２…無効電流減少スリット
３４…端部スリット
３５…溶接スポット
３６…被接続金属
３７…固定部
３８…連結部
４０…溶接電極
４１…リード板
４６…電極
５１…リード板
５２…無効電流減少スリット
５３…Ｕ字状スリット
５５…溶接スポット
５８…連結部

Claims (6)

1. 無効電流減少スリット(12)の両側に溶接スポット(15)を設けて、この溶接スポット(15)を電池の電極である被接続金属(16)にスポット溶接して接続する金属板からなるパック電池に使用されるリード板であって、
   前記無効電流減少スリット(12)の両側に、無効電流減少スリット(12)に非連結な状態で、無効電流減少スリット(12)の長手方向に延びる一対の両側スリット(13)を互いに分離して設けており、この両側スリット(13)と無効電流減少スリット(12)との間に溶接スポット(15)を設けてなることを特徴とするスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板。
2. 両側スリット(13)を、その中央部が無効電流減少スリット(12)から離れる円弧状に湾曲している請求項１に記載されるスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板。
3. 両側スリット(13)が、無効電流減少スリット(12)を対称軸として線対称に設けられている請求項１に記載されるスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板。
4. 無効電流減少スリット(12)の両側に溶接スポット(15)を設けて、この溶接スポット(35)を電池の電極である被接続金属(36)にスポット溶接して接続する金属板からなるパック電池に使用されるリード板であって、
   前記無効電流減少スリット(32)の両端に連続され、かつ無効電流減少スリット(32)の端部から両側に離れる方向に延びるように端部スリット(34)を設けており、この端部スリット(34)と無効電流減少スリット(32)とで囲まれる領域に溶接スポット(35)を設けてなることを特徴とするスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板。
5. 端部スリット(34)を、無効電流減少スリット(32)の両端から同じ側に延びる端部が互いに接近する円弧状に湾曲している請求項４に記載されるスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板。
6. 端部スリット(34)が、無効電流減少スリット(32)を対称軸として線対称に設けられている請求項４に記載されるスポット溶接用のパック電池に使用されるリード板。

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