JP5498885B2 - Electrode connection structure - Google Patents
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Description
この発明は例えば複数の電池の電極同士を接続板を介して接続する場合等に適用される電極の接続構造に関する。 The present invention relates to an electrode connection structure applied when, for example, a plurality of battery electrodes are connected via a connection plate.
例えば大きな電力を発生させるべく、複数の電池(単電池)を直列に接続して組電池を構成したり、さらにはそのような組電池を複数、並列に接続して使用するといったことが行われている。 For example, in order to generate large electric power, a plurality of batteries (single cells) are connected in series to form an assembled battery, or a plurality of such assembled batteries are connected in parallel for use. ing.
図9はこのような組電池の従来例として特許文献1に記載されている構成を示したものであり、この例では4個の電池11が直列に接続されて組電池が構成されている。4個の電池11はケース12に収納されており、ケース12の開口側には蓋体13が配されて電池11がケース12内に固定されている。
FIG. 9 shows a configuration described in
隣り合う電池11同士は長方形の平板状をなす金属製の接続板14を介して直列に接続されている。接続板14には図9では隠れて見えないが、両端に貫通孔がそれぞれ形成されている。
電池11は正極用の電極(電極端子)15と負極用の電極(電極端子)16とを備えており、これら電極15,16は接続板14に面接触する平坦な上面を有する板状の接合部15a,16aと、接合部15a,16aから上方に突出する棒状接続部15b,16bとを備えている。棒状接続部15b,16bは円柱状とされ、外面にねじが形成されている。
The
隣り合う電池11の同一端側の電極15,16の接続は、電極15,16の棒状接続部15b,16bを接続板14の両端の貫通孔に挿通させた後、棒状接続部15b,16bにナット17を螺合させ、ナット17を締め付けることによって行われる。図9中、18は接続板14とナット17との間に介在されたワッシャを示す。
The
図10はこの特許文献1における電極の接続構造を、電極15側を例に示したものであり、接続板14は電極15の接合部15aとワッシャ18とによって挟み込まれて接続されている。
FIG. 10 shows the electrode connection structure in
ところで、電池の電極の構成材料は電池の種類に応じて一般に選定され、例えば最近需要が増大しているリチウムイオン電池においては一般的に正極にはアルミニウム(Al)が使用され、負極には銅(Cu)が使用される。 By the way, the constituent material of the electrode of the battery is generally selected according to the type of the battery. For example, in a lithium ion battery whose demand is increasing recently, aluminum (Al) is generally used for the positive electrode and copper is used for the negative electrode. (Cu) is used.
しかしながら、正極に用いられるAlは負極に用いられるCuに比べ、Alの酸化被膜の影響などから接触抵抗が高いという問題がある。 However, Al used for the positive electrode has a problem that contact resistance is higher than Cu used for the negative electrode due to the influence of an oxide film of Al.
図11及び図12はこの問題を実験によって調べた際の方法及び結果を示したものである。図11に示したように、2枚の実験用の金属板21を治具22に設置し、M6のボルト23とナット24を用いてそれら2枚の金属板21をねじ締め固定し、治具22より取り外して2枚の金属板21間の接触抵抗を測定した。
FIG. 11 and FIG. 12 show the method and results when this problem was examined by experiment. As shown in FIG. 11, two
金属板21の構成材料はAl及びCuとし、即ちAl製及びCu製の金属板21を互いに対接させ、ねじ締め固定した際の接触抵抗及び2枚のCu製の金属板21を互いに対接させ、ねじ締め固定した際の接触抵抗をそれぞれ締め付けトルクを変えて測定した。一般的に電極の接続板はCu製であり、Cu板は接続板を想定し、Al板は接続板と接触するAl電極面を想定している。
The constituent material of the
図12に示したように、2枚の金属板21がCu製の場合(Cu−Cuの場合)、接触抵抗は極めて低いが、片方の金属板21がAl製の場合(Cu−Alの場合)、接触抵抗はCu−Cuに比べ、1桁近く高く、かつ締め付けトルクを増大したにもかかわらず、接触抵抗がほとんど減少しないことがわかる。
As shown in FIG. 12, when the two
このような接触抵抗の高さは電流効率の悪化を招き、また発熱が大きくなるという事態を引き起こす。 Such a high contact resistance causes a deterioration in current efficiency and causes a situation in which heat generation increases.
この発明の目的は上述した問題に鑑み、例えばリチウムイオン電池の正極などのようにアルミニウム製の電極に接続板を接続する際に、低い接続抵抗で良好に接続することができるようにした電極の接続構造を提供することにある。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an electrode that can be satisfactorily connected with a low connection resistance when connecting a connection plate to an aluminum electrode such as a positive electrode of a lithium ion battery. It is to provide a connection structure.
請求項1の発明によれば、台座とその台座と一体形成されて台座上に突出されたねじとを備えるアルミニウム製の電極に接続板を接続する構造において、接続板はねじに螺合された金属製ナットと台座とによって挟み込まれて接続される構造とされ、ナットの接続板と対接する座面に微小突起が配列形成されているものとされる。 According to the first aspect of the present invention, in the structure in which the connection plate is connected to the aluminum electrode including the pedestal and the screw integrally formed with the pedestal and protruding on the pedestal, the connection plate is screwed into the screw. The structure is such that the metal nut and the pedestal are sandwiched and connected, and the minute projections are arranged on the seating surface that contacts the connecting plate of the nut.
請求項2の発明では請求項1の発明において、微小突起が配列形成された座面に、削れカス排出用の溝が形成されているものとされる。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, a groove for discharging scraped scraps is formed on a seating surface on which microprojections are arranged.
請求項3の発明では請求項1又は2の発明において、微小突起上に錫めっきが施される。 According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, tin plating is performed on the fine protrusions.
請求項4の発明では請求項1乃至3のいずれかの発明において、ナットの内部が銅で構成される。
In the invention of
この発明では、接続板は電極の台座と、座面に微小突起を備えるナットとによって挟み込まれて接続される構造とされ、その際、ナットの微小突起が接続板の表面を削り、食い込むものとなっている。 In this invention, the connection plate is structured to be sandwiched and connected by the electrode pedestal and a nut having a microprojection on the seat surface, and at that time, the microprojection of the nut scrapes and bites the surface of the connection plate. It has become.
従って、この発明によれば、ナットと接続板とが極めて低い接触抵抗で良好に導通することになり、つまりナットを介した電極のねじと接続板との良好な電流経路が構成されるものとなっている。これにより、アルミニウムの酸化被膜の影響により、電極の台座と接続板との接触抵抗が高くなり、また接触抵抗が安定しないといった状況が生じても、ナットを介した電流経路の存在によりアルミニウム製の電極と接続板とが低い接続抵抗で良好に接続されるものとなる。 Therefore, according to the present invention, the nut and the connection plate conduct well with extremely low contact resistance, that is, a good current path is formed between the screw of the electrode and the connection plate via the nut. It has become. Due to the influence of the aluminum oxide film, the contact resistance between the electrode pedestal and the connection plate is increased, and even if the contact resistance is not stable, the presence of the current path through the nut makes it The electrode and the connection plate are well connected with a low connection resistance.
以下、この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1はこの発明による電極の接続構造の一実施例を示したものであり、図2はその要部を拡大して示したものである。この例では2つの組電池の電極を接続板を介して接続するものとなっている。 FIG. 1 shows an embodiment of an electrode connection structure according to the present invention, and FIG. 2 shows an enlarged main portion thereof. In this example, the electrodes of two assembled batteries are connected via a connection plate.
組電池31は図1では簡略化して示しているが、内部に複数の電池を有しており、外部には一対の電極32,33を備えている。電極32は正極とされ、電極33は負極とされる。この例では2つの組電池31は並列接続されており、即ち正極をなす電極32同士及び負極をなす電極33同士が接続板34を介してそれぞれ接続されている。なお、図1では電極33側の接続板34は隠れて見えない。
Although the assembled
電極32は台座32aと、その台座32aと一体形成されて台座32a上に突出されたねじ32bとを備えるものとされ、電極33も同様の構成とされる。
The
電極32同士の接続は接続板34の両端に形成されている貫通孔(図2では隠れて見えない)に両電極32のねじ32bをそれぞれ挿通させ、それらねじ32bにナット35をそれぞれ螺合し、ナット35を締め付けることによって行われ、これにより図2に示したように接続板34はナット35と電極32の台座32aとによって挟み込まれて接続される。電極33同士の接続も同様に行われる。
The
図3は上述した接続に用いるナット35の詳細を示したものであり、ナット35はその接続板34との対接面、即ち座面35aに多数の微小突起36が形成されているものとされる。微小突起36はこの例では四角錐形状をなし、縦横に配列されて形成されている。ナット35は金属製とされ、例えばステンレスによって形成される。
FIG. 3 shows the details of the
ナット35は上述したように座面35aに多数の微小突起36を有するため、ナット35を電極32のねじ32bに螺合させ、締め付ける際に微小突起36は接続板34の表面を積極的に削り、かつ接続板34の表面に食い込むことになり、これによりこの例ではナット35と接続板34は極めて低い接触抵抗で電気的に導通されることになる。
Since the
図4は上記のような接続構造における電流経路を示したものであり、接続板34が電極32の台座32aに圧接されることによりその接触面を介して台座32aから接続板34に流れる矢印aで示した電流経路に加え、この例では電極32のねじ32bからナット35を介して接続板34に流れる矢印bで示した電流経路が構成される。
FIG. 4 shows a current path in the connection structure as described above. When the
従って、電極32がアルミニウム(Al)製とされ、Alの酸化被膜の影響により電極32の台座32aと接続板34との接触抵抗が高くなり、また接触抵抗が安定しないといった状況が生じても、ナット35を介した良好な電流経路(矢印b)が存在するため、この例ではAl製の電極32と接続板34とを低い接続抵抗で良好に接続することができる。
Therefore, even if the
なお、Al製の電極32同士を接続板34を介して接続する場合、接続板34を異種金属とするとガルバニック電位によって腐食する恐れがあるため、接続板34もAl製とするのが好ましく、この場合には接続板34の表面にもAlの酸化被膜が存在することになる。従って、矢印aで示した電流経路ではさらに接続板34と台座32aの接触抵抗が高くなる恐れがある。
In the case where the
これに対し、矢印bで示した電流経路ではナット35の微小突起36によって接続板34の表面が削られ、つまりAlの酸化被膜が削られるため、低い接触抵抗を得ることができ、よって電極32と接続板34の良好な導通状態を確保することができる。
On the other hand, in the current path indicated by the arrow b, the surface of the connecting
このような効果は座面35aに微小突起36を有するナット35で直接、接続板34を締め付けることによって得られるものであり、例えば図10に示したような従来のワッシャ18を介してナット17を取り付ける(締め付ける)構造では得ることはできない。
Such an effect can be obtained by directly fastening the connecting
上述した例ではナット35はその座面35aに四角錐形状の微小突起36を有しているが、微小突起36の高さは例えば0.02mm以上とし、配列ピッチも例えば0.02mm以上とする。なお、微小突起36の形状は四角錐に限らず、例えば円錐であってもよく、先端が鋭ければ他の形状であってもよい。また、上述した例ではナット35の座面35a全面に微小突起36を配列形成しているが、必ずしも座面35a全面に微小突起36を形成しなくてもよく、座面35aの一部にのみ微小突起36が形成されているものとしてもよい。微小突起36の数は少なくとも10個以上とする。
In the above-described example, the
微小突起36の形成にはコスト面よりプレス加工を用いるのが好ましい。なお、切削加工やエッチング加工さらにはレーザ加工等によっても微小突起36を形成することができる。
It is preferable to use press working for the formation of the
ナット35はステンレスに限らず、鉄製としてもよい。また、微小突起36上に錫(Sn)めっきを施してもよい。
The
図5は微小突起36上にSnめっきを施すことの効果を調べるべく、実験を行った結果を示したものであり、Al製の板に先端がR0.1のステンレス製のプローブ及びSn製のプローブをそれぞれ押し当て、荷重と接触抵抗の関係及び10Nの荷重を負荷した状態でワイピングを行った場合のワイピング量と接触抵抗の関係を調べた。図5Aはプローブがステンレス製の場合を示し、図5BはプローブがSn製の場合を示す。
FIG. 5 shows the results of an experiment conducted to examine the effect of applying Sn plating on the
これら図5A,Bよりステンレスよりなる微小突起36にSnめっきを施せば、接触抵抗を大幅に低減できることがわかる。
From FIGS. 5A and 5B, it can be seen that the contact resistance can be greatly reduced by applying Sn plating to the
図6は電極32への接続板34の接続に用いるナットの座面の他の形状例を示したものであり、この例ではナット41はその座面41aに微小突起42に加え、削れカス排出用の溝43を備えている。溝43はこの例ではスパイラル状に多数形成されており、スパイラルはナット41の締め付け時の回転方向に逆らわない方向に形成されている。溝43の深さは例えば0.02mm以上とし、幅も例えば0.02mm以上とする。
FIG. 6 shows another example of the shape of the seating surface of the nut used for connecting the
このような溝43を形成しておけば、削れカスを効率良く排出することができ、よって削れカスの存在による接触抵抗の増大を防止することができる。なお、溝43はスパイラル状に限らず、放射状に形成してもよい。
If such a
図7及び図8は電流経路を構成するナット自体の抵抗値を下げ、導電性を向上させるための構造を示したものであり、ナットは内部に銅(Cu)を有するものとなっている。 7 and 8 show a structure for reducing the resistance value of the nut itself constituting the current path and improving the conductivity, and the nut has copper (Cu) inside.
図7に示したナット50は半径方向で切った断面がコ字状をなす箱体51と板状の蓋52とをステンレスで形成し、箱体51内にCu53を有するものとなっており、箱体51内にCu53を入れ、蓋52で蓋することでナット50が形成されている。蓋52と箱体51とは溶接により結合一体化される。微小突起54は蓋52の外面に形成されている。
The
一方、図8に示したナット60は半径方向で切った断面がコ字状をなす箱体61内にCu63を入れ、キャップ62を被せた構造で、箱体61とキャップ62はステンレス製とされ、キャップ62に微小突起64が形成されている。
On the other hand, the
このように内部がCuで構成されているナットを用いれば、ナットの導電性を向上させることができる。 Thus, if the nut by which the inside is comprised with Cu is used, the electroconductivity of a nut can be improved.
31 組電池 32,33 電極
32a 台座 32b ねじ
34 接続板 35 ナット
36 微小突起 41 ナット
42 微小突起 43 溝
50,60 ナット
31 assembled
Claims (4)
前記接続板は前記ねじに螺合された金属製ナットと前記台座とによって挟み込まれて接続される構造とされ、
前記ナットの、前記接続板と対接する座面に微小突起が配列形成されていることを特徴とする電極の接続構造。 A structure in which a connecting plate is connected to an electrode made of aluminum comprising a pedestal and a screw formed integrally with the pedestal and protruding on the pedestal,
The connection plate is structured to be sandwiched and connected by a metal nut screwed to the screw and the pedestal,
An electrode connection structure, wherein micro projections are arranged on a seating surface of the nut facing the connection plate.
前記微小突起が配列形成された座面に、削れカス排出用の溝が形成されていることを特徴とする電極の接続構造。 The electrode connection structure according to claim 1,
An electrode connection structure, wherein a groove for discharging scraps is formed on a seating surface on which the minute protrusions are arranged.
前記微小突起上に錫めっきが施されていることを特徴とする電極の接続構造。 The electrode connection structure according to claim 1 or 2,
An electrode connection structure, wherein the fine protrusions are tin-plated.
前記ナットの内部が銅で構成されていることを特徴とする電極の接続構造。 In the electrode connection structure according to any one of claims 1 to 3,
An electrode connection structure, wherein the inside of the nut is made of copper.
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