JP4839730B2

JP4839730B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP4839730B2
Application number: JP2005246104A
Authority: JP
Inventors: 幸太郎池田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: JP2007059329A

Description

本発明は二次電池に係り、特に、金属製キャップを備えた二次電池の金属製ブスバによる接続構造に関する。

近年、各種の電動工具や電動アシスト自転車、さらには、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として、複数個の単電池を直列に接続した組電池が利用されている。接続の形態としては様々なものがあり、例えば、単電池（二次電池）の軸線方向に並べて連結した細長い円柱状のもの（例えば、特許文献１参照）、単電池を並置して連結したもの（例えば、特許文献２、３参照）などがある。

また、単電池間を電気的及び機械的に接続する導電部材として金属製ブスバが知られている。金属製ブスバの両端部を、それぞれ、１の単電池の一方の電極となる金属製キャップと、他の単電池の他方の電極となる電池缶底とにシリーズスポット溶接することで、２つの単電池を直列接続し、さらにこれを必要な単電池数繰り返して、組電池の所要出力電圧を得ている（例えば、特許文献２、３参照）。

なお、単電池には、過充電時の破裂等を防止するための開裂弁を有する金属製キャップを備え、この金属製キャップ上面中央に排気口が形成されたものがあり、これとシリーズスポット溶接される金属製ブスバは、排気口を封じないように載置されなければならない。

特開平１０−１０６５３３号公報特開２００４−１５２７０６号公報特開２００４−１６４９８１号公報

しかしながら、特許文献１のように、組電池を細長い円柱状の構造体とする場合には、組電池全体の外形、各単電池の長さ及び平行度を高い精度で管理する必要があるため、コストアップを招きやすく、電動原動機付自転車、電気自動車などの駆動源として振動する環境下で使用されると、連結の機械的強度が不十分なことから過酷な振動や衝撃を受けたときに金属製ブスバと単電池との溶接点が外れることがある。

この点、特許文献２、３のように、単電池を並置した構造体とする場合には、金属製ブスバは、金属製キャップと一方の電極を兼ねる電池缶底を架け渡す状態に載置されることから、支持された安定姿勢でシリーズスポット溶接により接続されて、作業性の点では、接合不良といった不具合が生じるおそれがない。しかしながら、シリーズスポット溶接では、溶接二点の間隔が狭かったり、金属製ブスバに適当なスリットが設けられていないと、溶接時の無効分流が生じて、接合不良が生じるおそれがあり、溶接点において所望の溶接強度を確保することができない。

本発明は上記事案に鑑み、金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保可能な二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、金属製キャップを備えた二次電池であって、前記金属製キャップはその上面に複数の溶接点を形成するように金属製ブスバがシリーズスポット溶接されているものであり、前記金属製ブスバの溶接点間には、４個の円弧を有し該円弧間が溶接部の外周側に切り込まれた形状のスリットが形成されており、該スリットにより前記溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点２点間でシリーズスポット溶接されており、前記金属製キャップは開裂弁を有すると共に、その上面中央に排気口が形成されており、かつ、前記排気口の周縁部に前記複数の溶接点を形成するように前記金属製ブスバがシリーズスポット溶接されており、前記金属製ブスバの溶接点間には前記排気口に対応する位置に前記スリットが形成されていることを特徴とする。

二次電池が、電動原動機付自転車、電気自動車などの移動体用電源として振動する環境下で使用される場合に、溶接点の十分な溶接強度として、５００Ｎ以上の引張り強度を確保することが望ましい。本発明では、金属製ブスバの溶接点間に４個の円弧を有し円弧間が溶接部の外周側に切り込まれた形状のスリットが形成されており、該スリットにより溶接点間の抵抗値を設定することが可能である。引っ張り強度と溶接点間の抵抗値との関係は一次直線で近似可能な比例関係にあり、スリットにより溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点２点間でシリーズスポット溶接することで、溶接点における引っ張り強度を所望の値（例えば、上述した５００Ｎ）に設定することができる。また、金属製キャップが開裂弁を有すると共に、その上面中央に排気口が形成されており、かつ、排気口の周縁部に複数の溶接点を形成するように金属製ブスバがシリーズスポット溶接されており、金属製ブスバの溶接点間の排気口に対応する位置にスリットが形成されているので、二次電池はスリットでキャップ上面中央の排気口を封さがれることなく、二次電池が過充電等の異常状態に陥っても、二次電池の開裂弁と排気口とが連通し過充電時の破裂等を防止することができる。

本発明において、各溶接点が正方形の四隅に位置するように形成されており、シリーズスポット溶接される２点を対角２点とすれば、溶接点が正方形の四隅に位置する４点となり、溶接点間隔を最大に取ることができる対角２点をシリーズスポット溶接することで、溶接時の無効分流を防ぐことができるため、接合不良を回避することができる。

本発明によれば、スリットにより溶接点間の抵抗値を設定することが可能なため、溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点２点間でシリーズスポット溶接することで、金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保した二次電池を得ることができ、金属製キャップが開裂弁を有すると共に、その上面中央に排気口が形成されており、かつ、排気口の周縁部に複数の溶接点を形成するように金属製ブスバがシリーズスポット溶接されており、金属製ブスバの溶接点間の排気口に対応する位置にスリットが形成されているので、二次電池はスリットでキャップ上面中央の排気口を封さがれることなく、二次電池が過充電等の異常状態に陥っても、二次電池の開裂弁と排気口とが連通し過充電時の破裂等を防止することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を、電動アシスト自転車の電源として使用される並置型タンデム電池に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１及び図２に示すように、本実施形態のタンデム電池３は、極性が互いに反対に並置された２個の単電池１が金属製ブスバ２により直列接続されている。なお、２個の単電池１は、移動体用電源として使用される場合に備え、図示しない枠体で遊動しないように固定されている。

単電池１は、マンガン酸リチウム等を正極合剤の主要構成材料とし、非晶質炭素等を負極合剤の主要構成材料とした高性能リチウム二次電池であり、セパレータを介して正負極板を渦巻き状に捲回した捲回群が熱伝導性の高い円筒状有底電池缶内の中央部に配置され、捲回群は非水電解液に浸潤されている。捲回群の上下端からは、それぞれ、正極リード、負極リードが導出されている。正極リードは正極端子となる金属製キャップ５の底面（後述する下蓋キャップ）に接続されており、負極リードは負極端子となる電池缶に接続されている。キャップ５は、ガスケットを介して電池缶の開口部にかしめ固定されることで、単電池１は密封されている。なお、単電池１の両端面を除く側周面は、熱収縮性のシュリンクチューブで被覆されている。

キャップ５は、円盤状で中央部が上方側に突出し正極端子を兼ねる上蓋キャップと、円盤状で単電池１の内部に連通した連通穴を有する下蓋キャップと、円盤状の板状部材に開裂溝が形成された開裂弁とを有するユニット体として構成されており、上蓋キャップ及び下蓋キャップの周縁がかしめ固定されることで開裂弁がキャップ５内に収容されている。上蓋キャップの上方側に突出した中央部には、円形穴状の排気口６が形成されている。従って、単電池１の内圧が所定値以上となると、開裂弁の開裂溝が開裂し、単電池１内のガスは、下蓋キャップの連通穴、開裂弁の開裂溝、上蓋キャップの排気口６を介して単電池１の外部に排出される。なお、上蓋キャップ、開裂弁、下蓋キャップは金属製部材で構成されている。

ブスバ２は、その両端に配置された略円盤状の溶接部と、溶接部より一段高い段差が形成され溶接部間を接続する板状の接続部とで構成されている。溶接部には、溶接点となる位置にプロジェクション（突起）４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが正方形の四隅を形成するように単電池１側に向けて突設されている。プロジェクション間には、単電池１のキャップ５（上蓋キャップ）の排気口６に対応する位置にスリット７が形成されている。換言すれば、排気口６の周縁部に向けてプロジェクション４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが突設されている。スリット７は、４個の円弧で形成されており、円弧間が溶接部の外周側に向けて切り込まれた形状を有している。なお、便宜上、溶接部を切り込むように形成されたこのスリット７の部分を切り込み部９という。

キャップ５（上蓋キャップ）とブスバ２の一方の溶接部とは、シリーズスポット溶接の溶接点の組み合わせ（４ｘ，４ｙ）が、プロジェクションの対角２点となる（４ａ，４ｃ）、（４ｂ，４ｄ）で行われている。溶接点間の抵抗値はスリット７に依存する。本実施形態では、タンデム電池３が振動する環境下で使用されるため、ブスバ２と上蓋キャップとの溶接点における溶接強度は、５００Ｎ以上の引っ張り強度を有する必要がある。このため、スリット７の大きさ及び形状を検討して溶接点（４ａ，４ｃ）及び溶接点（４ｂ，４ｄ）間の抵抗値を１５０Ｅ＋３［Ω］以上に設定した。同様に、ブスバ２の他方の溶接部とタンデム電池３を構成するもう一つの単電池１の電池缶底部とはシリーズスポット溶接されている。

ブスバ２のスリット７の大きさを変えて溶接点間の抵抗を変化させたブスバＢ、ブスバＣ、ブスバＤを用いて、単電池１とシリーズスポット溶接してタンデム電池Ｂ、Ｃ、Ｄを作製した。これらと、上記実施形態のタンデム電池３（以下、実施例において、タンデム電池Ａという。）との溶接点の引張り強度を測定した。測定は各５回行なった。図３は引っ張り強度の平均値を示したものである。ところで、タンデム電池３が電動アシスト自転車の電源として振動環境下で使用される場合、十分な溶接強度が必要とされる。例えば、ブスバ２と単電池１との溶接点は、５００Ｎ以上の引張り強度が好ましい。図３に示すように、タンデム電池Ａ、Ｂの溶接点での引っ張り強度は５００Ｎ以上であり、溶接点間の抵抗値は１５０Ｅ＋３［Ω］以上であった。このことから、タンデム電池Ａの溶接点間の抵抗は、溶接点の引張り強度５００Ｎ以上を確保できる抵抗値、１５０Ｅ＋３［Ω］以上が必要であるといえる。

上述したように、実施形態のタンデム電池Ａのシリーズスポット溶接の２点の組み合わせ（４ｘ、４ｙ）は対角２点となる（４ａ，４ｃ）、（４ｂ，４ｄ）であるが、これに対して、隣り合う２点（４ａ，４ｂ）、（４ｃ，４ｄ）の組み合わせのタンデム電池Ｅを作製した。シリーズスポット溶接を行なうと、溶接点間が近いため、例えば、上述した切り込み部９が焼き切れることがあった。溶接状態として無効分流が生じていると思われる。また、タンデム電池Ｅの引張り強度を測定したが、５００Ｎを確保できなかった。

実施形態のタンデム電池Ａは、キャップ５上面中央の排気口６に対応する位置にスリット７が形成されているが、これに対しスリット７を封じたタンデム電池Ｆを作製して、過充電状態での安全性を確認した。試験回数はそれぞれ５回行なった。タンデム電池Ａは単電池１の開裂弁が作動して、排気口６から速やかにガスが発生し、発煙・発火等は起こらなかった。これに対して、タンデム電池Ｆは排気口６にガスが滞留し、発煙・発火現象が起こることがあった。

（作用等）
以上のように、本実施形態のタンデム電池３は電動アシスト自転車の電源として使用されるため、溶接点における十分な溶接強度として、５００Ｎ以上の引っ張り強度を有することが望ましい。図３に示したように、引っ張り強度と溶接点間の抵抗値との関係は一次直線で近似可能な関係にあり、スリット７により溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値（１５０Ｅ＋３［Ω］）を有する２点間でシリーズスポットすることにより、溶接点における溶接強度を所望の値（引っ張り強度５００Ｎ以上）に設定することができる。このため、実施形態のタンデム電池３は、電動アシスト自転車の電源として振動環境下で使用されても、十分な耐振構造を有している。

また、本実施形態のタンデム電池３は、各溶接点が正方形の四隅に位置するように形成されており、シリーズスポット溶接される２点を対角２点（４ａ，４ｃの対角２点及び４ｂ，４ｄの対角２点）としたので、溶接点が正方形の四隅に位置する４点となり、溶接点間隔を最大に取ることができ、溶接時の無効分流を防ぐことができるため、接合不良を回避することができる。

更に、本実施形態のタンデム電池３は、キャップ５が開裂弁を有すると共に、上面中央に排気口６が形成されており、かつ、排気口６の周縁部に複数の溶接点を形成するようにブスバ２がシリーズスポット溶接されており、ブスバ２の溶接点間の排気口６に対応する位置にスリット７が形成されている。このため、単電池１は排気口６を封さがれることなく、単電池１が過充電等の異常状態に陥っても、単電池１の開裂弁と排気口６とが連通し過充電時の破裂等を防止することができる。

なお、上記実施形態では、２本の単電池を並置したタンデム電池３に適用した例を示したが、本発明はこれに制限されず、複数個の単電池を並置した組電池に適用可能なことは云うまでもない。このような接続形態の例としては、例えば、背景技術欄で例示した特許文献２、３にも示されている。また、本発明は単電池１間の直列接続に限定されるものではなく、並列接続に適用可能なことは論を待たない。

本発明は金属製キャップと金属製ブスバとの溶接点での強度を所望強度に確保可能な二次電池を提供するものであるため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の並置型タンデム電池の平面図である。実施形態のタンデム電池の側面図である。実施例のタンデム電池の溶接点での引っ張り強度と溶接点間の抵抗との関係を示すグラフである。

符号の説明

１単電池（二次電池）
２ブスバ
５キャップ
６排気口
７スリット

Claims

金属製キャップを備えた二次電池であって、前記金属製キャップはその上面に複数の溶接点を形成するように金属製ブスバがシリーズスポット溶接されているものであり、前記金属製ブスバの溶接点間には、４個の円弧を有し該円弧間が溶接部の外周側に切り込まれた形状のスリットが形成されており、該スリットにより前記溶接点間の抵抗が所要の抵抗以上の値を有する溶接点２点間でシリーズスポット溶接されており、
前記金属製キャップは開裂弁を有すると共に、その上面中央に排気口が形成されており、かつ、前記排気口の周縁部に前記複数の溶接点を形成するように前記金属製ブスバがシリーズスポット溶接されており、前記金属製ブスバの溶接点間には前記排気口に対応する位置に前記スリットが形成されていることを特徴とする二次電池。
前記各溶接点が正方形の四隅に位置するように形成されており、前記シリーズスポット溶接される２点は対角２点であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。