(57)【要約】【課題】簡単かつ確実に溶接リングを金属プレートの表面に隙間なく接触して、電極ロッドを金属プレートに安定して強固に、しかも低抵抗な状態で電気接続する。【解決手段】バッテリシステムは、電極ロッド２を有する複数の電池セル１と、電池セル１を接続してなる金属プレート３と、この金属プレート３に積層され、かつ電極ロッド２に挿入される挿通孔６を有し、この挿通孔６に電極ロッド２が挿入され、挿通孔６の内周を電極ロッド２に、外周を金属プレート３に溶接してなる溶接リング５とを備えており、この溶接リング５を介して電極ロッド２を金属プレート３に電気接続している。バッテリシステムは、電極ロッド２と溶接リング５のいずれか又は両方に、溶接リング５を電極ロッド２に連結して所定の位置に仮止めするストッパ機構７を設けており、ストッパ機構７の仮止め位置を、溶接リング５の外周を金属プレート３の表面に接触させる位置としている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極ロッドを有する複数の電池セルと、この電池セルの電極ロッドが挿通されて電池セルを直列と並列のいずれか又は両方に接続してなる金属プレートと、この金属プレートに積層され、かつ前記電極ロッドに挿入される挿通孔を有し、この挿通孔に電極ロッドが挿入され、挿通孔の内周を電極ロッドに、外周を金属プレートに溶接してなる溶接リングとを備え、
前記電極ロッドが前記溶接リングを介して前記金属プレートに電気接続されてなるバッテリシステムであって、
前記電極ロッドと前記溶接リングのいずれか又は両方に、溶接リングを電極ロッドに連結して所定の位置に仮止めするストッパ機構を設けており、ストッパ機構の仮止め位置が、溶接リングの外周を金属プレートの表面に接触させる位置であるバッテリシステム。
【請求項２】
前記金属プレートが、複数の電池セルの電極ロッドに挿通する複数の貫通孔を有し、この貫通孔が電極ロッドの外周に沿う密着貫通孔と、電極ロッドの外形よりも大きな内形の拡大貫通孔とを有し、密着貫通孔に挿通される電極ロッドは直接に金属プレートに溶接して電気接続され、拡大貫通孔に挿通される電極ロッドは溶接リングを介して金属プレートに電気接続してなる請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項３】
前記金属プレートがひとつの密着貫通孔とひとつ又は複数の拡大貫通孔を有する請求項２に記載されるバッテリシステム。
【請求項４】
前記拡大貫通孔が長孔である請求項２又は３のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項５】
前記ストッパ機構が前記電極ロッドの表面に突出して設けてなる係止凸部で、前記溶接リングが金属プレートと係止凸部に挟まれて定位置に連結されるようにしてなる請求項１ないし４のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項６】
前記溶接リングが、電極ロッドに挿入される係止リングと、この係止リングに連結されて係止リングよりも電極ロッドの先端側に挿入され、かつ電極ロッドに沿う挿通孔を有し、この挿通孔が電極ロッドに溶接されてなる密着リングと、密着リングと係止リングとに連結されて外周を金属プレートに溶接してなる外周リングとを備える請求項１ないし５のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項７】
前記電極ロッドが、前記溶接リングの係止リングを係止する係止凸部を有する請求項６に記載されるバッテリシステム。
【請求項８】
前記電極ロッドが、前記溶接リングの係止リングを係止する係止凹部を有する請求項６に記載されるバッテリシステム。
【請求項９】
前記溶接リングが、外周縁を金属プレートの表面に接近させる方向に湾曲する湾曲部を有する請求項１ないし９のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項１０】
前記溶接リングが電極ロッドにストッパ機構で定位置に係止される状態で、湾曲部の外周縁が弾性的に金属プレートの表面に押圧されてなる請求項９に記載されるバッテリシステム。
【請求項１１】
前記溶接リングが半径方向に切断されてなる請求項１ないし請求項１０に記載されるバッテリシステム。
【請求項１２】
前記溶接リングが、挿通孔の内形を電極ロッドの外形よりも小さくしており、さらに挿通孔から外周に向かって外周縁まで伸びない複数の切断ラインを有し、この切断ラインの間に弾性片が設けられて弾性片でストッパ機構を構成しており、溶接リングが電極ロッドに挿入される状態で、弾性片が電極ロッドの内面を弾性的に押圧して溶接リングを電極ロッドの仮止め位置に仮止めするようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを金属プレートで接続しているバッテリシステムに関し、とくに、ハイブリッドカー、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両を駆動するモータの電源用に最適なバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリシステムは、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して充放電電流を大きくできる。したがって、自動車を走行させるモータの電源に使用される大電流、大出力用のバッテリシステムは、複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。この種の用途に使用されるバッテリシステムは、大きな電流で充放電されるので、複数の電池セルを金属プレートで接続している。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のバッテリシステムは、金属プレートの両端を電池セルの電極ロッドにナットで固定している。すなわち、金属プレートの貫通孔に電極ロッドを挿入し、電極ロッドの雄ネジにナットをねじ込んで金属プレートを電極ロッドに固定している。この構造のバッテリシステムは、電極ロッドと金属プレートとを安定して低抵抗な状態で電気接続するには、ナットの締め付けトルクを大きくする必要がある。ところが、ナットの締め付けトルクを大きくすると、電極ロッドに過大な力が作用する。電極ロッドに作用する過大な力は、電極ロッドを電池の外装缶に連結している部分を破損する原因となる。電極ロッドの破損を防止するために、ナットの締め付けトルクを小さくすると、金属プレートを安定して低抵抗な状態で接続できなくなる欠点がある。【０００５】
この欠点は、金属プレートと電極ロッドとをレーザー溶接等の方法で溶接して解消できる。レーザー溶接は、電極ロッドと金属プレートとの境界にレーザーを照射し、レーザーのエネルギーで電極ロッドと金属プレートの両方を溶融して溶接する。レーザー溶接は、電極ロッドや金属プレートに無理な力を作用することなく電気接続できる。ただ、レーザー溶接は、電極ロッドと金属プレートの両方を溶融し、溶融された金属で溶接するので、電極ロッドと金属プレートとの間に隙間があると安定して溶接できない。【０００６】
金属プレートに貫通孔を設け、この貫通孔に電極ロッドを挿入する構造で、原理的には電極ロッドの外周を金属プレートに設けた貫通孔の内周に隙間なく接近できる。ただ、この構造は、金属プレートと電極ロッドとの連結位置を正確に特定し、また金属プレートに設ける貫通孔の内形を正確に電極ロッドの外形とする必要があるので、貫通孔にスムーズに電極ロッドを挿通するのが難しくなる欠点がある。【０００７】
この欠点は、電極ロッドを挿入している金属プレートの表面に、溶接リングを積層し、この溶接リングに設けた挿通孔に電極ロッドに挿入する構造で解消できる。電極ロッドに挿入された溶接リングは、挿通孔を電極ロッドの外周に隙間なく接近させて、外周を金属プレートに接近させることができる。したがって、溶接リングの挿通孔の内周を電極ロッドにレーザー溶接して、外周を金属プレートにレーザー溶接して、電極ロッドを溶接リングを介して金属プレートに電気接続できる。【０００８】
以上の構造は、電極ロッドをスムーズに挿通できる大きな貫通孔を金属プレートに設けて、金属プレートをスムーズに電極ロッドに挿入できる状態としながら、金属プレートを電極ロッドに確実に電気接続できる。ただ、以上の構造は、溶接リングを確実に金属プレートに溶接するために、溶接リングの外周を溶接する工程で金属プレートの表面に密着させる必要がある。ここに隙間ができると溶接リングの外周を確実に安定して金属プレートに溶接できなくなるからである。【０００９】
本発明は、簡単かつ確実に溶接リングを金属プレートの表面に隙間なく接触して、溶接リングを確実に金属プレートに溶接でき、溶接リングでもって、電極ロッドを金属プレートに安定して強固に、しかも低抵抗な状態で電気接続できるバッテリシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
本発明のバッテリシステムは、電極ロッド２を有する複数の電池セル１と、この電池セル１の電極ロッド２が挿通されて電池セル１を直列と並列のいずれか又は両方に接続してなる金属プレート３と、この金属プレート３に積層され、かつ電極ロッド２に挿入される挿通孔６を有し、この挿通孔６に電極ロッド２が挿入され、挿通孔６の内周を電極ロッド２に、外周を金属プレート３に溶接してなる溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５とを備えており、この溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を介して電極ロッド２を金属プレート３に電気接続している。バッテリシステムは、電極ロッド２と溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５のいずれか又は両方に、溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を電極ロッド２に連結して所定の位置に仮止めするストッパ機構７、２７、３７、４７、５７、６７を設けており、ストッパ機構７、２７、３７、４７、５７、６７の仮止め位置を、溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５の外周を金属プレート３の表面に接触させる位置としている。
【００１１】
以上のバッテリシステムは、簡単かつ確実に溶接リングの外周を金属プレートの表面に隙間なく接触する状態として、溶接リングを確実に金属プレートに溶接でき、溶接リングでもって、電極ロッドを金属プレートに強固に、しかも低抵抗な状態で電気接続できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、ストッパ機構で溶接リングを電極ロッドに仮止めして、溶接リングの外周を金属プレートの表面に接触させるからである。互いに接触している溶接リングと金属プレートは、その境界で両方を溶融して確実に溶接できる。
【００１２】
本発明のバッテリシステムは、金属プレート３が、複数の電池セル１の電極ロッド２に挿通する複数の貫通孔４を有して、この貫通孔４が電極ロッド２の外周に沿う密着貫通孔４Ｂと、電極ロッド２の外形よりも大きな内形の拡大貫通孔４Ａとを有することができる。さらに、バッテリシステムは、密着貫通孔４Ｂに挿通される電極ロッド２を直接に金属プレート３に溶接して電気接続し、拡大貫通孔４Ａに挿通される電極ロッド２を溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を介して金属プレート３に電気接続することができる。
【００１３】
以上のバッテリシステムは、電池セルや金属プレートの寸法誤差を拡大貫通孔で吸収しながら、電極ロッドを金属プレートの貫通孔に無理なく挿通して、溶接リングを介して電極ロッドを金属プレートに確実に電気接続できる特徴がある。それは、電極ロッドを拡大貫通孔に挿入することで電池セルや金属プレートの寸法誤差を吸収し、さらに、拡大貫通孔に電極ロッドを挿入してできる隙間を溶接リングで閉塞して、隙間のない状態で溶接リングを電極ロッドと金属プレートに溶接して電気接続できるからである。
【００１４】
本発明のバッテリシステムは、  金属プレート３がひとつの密着貫通孔４Ｂとひとつ又は複数の拡大貫通孔４Ａを有することができる。
以上のバッテリシステムは、金属プレートを介して電池セルを直列又は並列に接続できる。
【００１５】
本発明のバッテリシステムは、拡大貫通孔４Ａを長孔４ａとすることができる。
以上のバッテリシステムは、隣接する電池セルの電極ロッド間の寸法誤差を長孔で吸収して電極ロッドを金属プレートの貫通孔に挿通できる。
【００１６】
本発明のバッテリシステムは、ストッパ機構７を電極ロッド２の表面に突出して設けてなる係止凸部２ｘとして、溶接リング５を金属プレート３と係止凸部２ｘで挟着して定位置に連結することができる。
以上のバッテリシステムは、簡単なストッパ機構としながら、溶接リングを電極ロッドに挿入して定位置に配置できる。
【００１７】
本発明のバッテリシステムは、溶接リング４５、５５、６５が、電極ロッド２に挿入される係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａと、この係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａに連結されて係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａよりも電極ロッド２の先端側に挿入され、かつ電極ロッド２に沿う挿通孔６を有し、この挿通孔６が電極ロッド２に溶接されてなる密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂと、密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂと係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａとに連結されて外周を金属プレート３に溶接してなる外周リング４５Ｃ、５５Ｃ、６５Ｃとを備えることができる。
以上のバッテリシステムは、密着リングの挿通孔を小さくして電極ロッドに係止できるので、挿通孔を電極ロッドの表面に接近させながら、係止リングでもって電極ロッドに係止できる。係止リングは電極ロッドにスムーズに挿入できる内形にできるので、電極ロッドにスムーズに挿入して定位置に係止できる特徴がある。
【００１８】
本発明のバッテリシステムは、電極ロッド２が、溶接リング４５の係止リング４５Ａを係止する係止凸部２ｘを有することができる。
以上のバッテリシステムは、簡単なストッパ機構で溶接リングをスムーズに電極ロッドに挿入して、電極ロッドの定位置に係止できる特徴がある。
【００１９】
本発明のバッテリシステムは、電極ロッド２が、溶接リング５５の係止リング５５Ａを係止する係止凹部２ｙを有することができる。
以上のバッテリシステムは、電極ロッドに極めて簡単なストッパ機構を設けながら、密着リングの挿通孔を電極ロッドの表面に接近できる形状として、密着リングを確実に電極ロッドに溶接できる特徴がある。
【００２０】
本発明のバッテリシステムは、溶接リング２５、５５が、外周縁２５Ｙ、５５Ｙを金属プレート３の表面に接近させる方向に湾曲する湾曲部２５Ｒ、５５Ｒを有することができる。
以上のバッテリシステムは、係止状態で溶接リングの外周縁を金属プレートの表面に密接して、確実に溶接できる。
【００２１】
本発明のバッテリシステムは、溶接リング２５、５５が電極ロッド２にストッパ機構２７、５７で定位置に係止される状態で、湾曲部２５Ｒ、５５Ｒの外周縁２５Ｙ、５５Ｙを弾性的に金属プレート３の表面に押圧することができる。
以上のバッテリシステムは、溶接リングに設けている湾曲部の外周縁を弾性的に金属プレートの表面に押圧して、外周縁を金属プレートの表面に密着できる。この構造は、溶接リングを電極ロッドに係止する位置に高い精度で加工することなく、外周縁を確実に金属プレートの表面に密着して、安定して溶接できる。それは、湾曲部が弾性変形して外周縁を金属プレートの表面に密着させるからである。
【００２２】
本発明のバッテリシステムは、溶接リング５、４５を半径方向に切断することができる。
以上のバッテリシステムは、溶接リングをスムーズに電極ロッドに挿入できる。それは、切断部が拡開して内形を大きくしながら電極ロッドに挿入できるからである。
【００２３】
本発明のバッテリシステムは、溶接リング３５が、挿通孔６の内形を電極ロッド２の外形よりも小さくして、さらに、挿通孔６から外周に向かって外周縁３５Ｙまで伸びない複数の切断ライン３５ｂを有し、この切断ライン３５ｂの間に弾性片３５ａを設けて弾性片３５ａでストッパ機構３７を構成し、溶接リング３５を電極ロッド２に挿入する状態で、弾性片３５ａで電極ロッド２の内面を弾性的に押圧して溶接リング３５を電極ロッド２の仮止め位置に仮止めすることができる。
【００２４】
以上のバッテリシステムは、溶接リングを電極ロッドに挿入して、溶接リングの外周を金属プレートの表面に接触させる位置で仮止めできるので、簡単かつ容易に、しかもスムーズに溶接リングを電極ロッドに挿入して、外周を金属プレートの表面に接触できる。スムーズに挿入できるのは、溶接リングを挿入する状態で、弾性片がスムーズに挿入する方向に弾性変形するからである。さらに、外周が金属プレートに接触する位置まで挿入した状態で、溶接リングを抜けないように仮止めして、外周が金属プレートの表面から離れないように接触状態に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例にかかるバッテリシステムの斜視図である。
【図２】図１に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【図３】図１に示すバッテリシステムの電池セルと絶縁スペーサの積層構造を示す分解斜視図である。
【図４】電池セルの垂直縦断面図である。
【図５】図１に示すバッテリシステムの電極ロッドと金属プレートの連結状態を示す拡大斜視図である。
【図６】隣接する電極ロッドを金属プレートで連結する工程を示す拡大斜視図である。
【図７】隣接する電極ロッドを金属プレートで連結する工程を示す拡大斜視図である。
【図８】図５に示す電極ロッドと金属プレートの連結構造を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの拡大断面図である。
【図１０】図９に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの拡大断面図である。
【図１２】図１１に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【図１３】本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの拡大断面図である。
【図１４】図１３に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【図１５】本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの拡大断面図である。
【図１６】図１５に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【図１７】本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの拡大断面図である。
【図１８】図１７に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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バッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステム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。
【００２７】
本発明のバッテリシステムは、主として、ハイブリッドカーや電気自動車などの電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される。
【００２８】
図１ないし図３に示すバッテリシステムは、複数の電池セル１を互いに絶縁して積層状態に固定している。電池セル１は角形電池セルである。さらに、電池セル１は、リチウムイオン電池からなる角形電池セルである。ただし、本発明のバッテリシステムは、電池セルを角形電池セルには特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。角形電池セルは、図４に示すように、正負の電極板を積層している電極体１０を外装缶１１に収納して電解液を充填して、開口部を封口板１２で気密に密閉したものである。図の外装缶１１は、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板１２で気密に閉塞している。
【００２９】
外装缶１１は、アルミニウムなどの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される電池セル１は薄い角形に成形される。封口板１２は外装缶１１と同じ金属であるアルミニウムなどの金属板で製作される。封口板１２は、正負の電極ロッド２を両端部に、絶縁材１３を介して固定している。正負の電極ロッド２は内蔵する正負の電極板に接続される。リチウムイオン二次電池は、外装缶１１を電極に接続しない。ただ、外装缶１１は電解液を介して電極板に接続されることから、正負の電極板１０の中間電位となる。ただし、電池セルは、一方の電極ロッドをリード線で外装缶に接続することもできる。この電池セルは、外装缶に接続される電極ロッドを絶縁することなく封口板に固定できる。
【００３０】
バッテリシステムは、複数の電池セル１を積層して直方体のブロック状としている。電池セル１は、電極ロッド２を設けている面、図にあっては封口板１２を同一平面となるように積層してブロック状としている。図１と図２のバッテリシステムは、ブロックの上面に電極ロッド２を配設している。バッテリシステムは、封口板１２の両端部にある正負の電極ロッド２が左右逆となる状態で積層している。このバッテリシステムは、図に示すように、ブロックの両側で隣接する電極ロッド２を金属プレート３で連結して、電池セル１を直列に接続している。金属プレート３は、その両端部を正負の電極ロッド２に接続して、電池セル１を直列に接続する。図のバッテリシステムは、電池セル１を直列に接続して出力電圧を高くしているが、本発明のバッテリシステムは、電池セルを直列と並列に接続して、出力電圧と出力電流を大きくすることもできる。
【００３１】
電極ロッド２は、図４ないし図８に示すように、絶縁材１３を介して封口板１２に固定されており、この絶縁材１３でもって金属プレート３を載せる鍔部を下部に設けている。さらに、電極ロッド２は、鍔部から突出する部分であって金属プレート３と溶接リング５を挿通する部分を柱状としている。図の電極ロッド２は円柱状としているが、電極ロッドは必ずしも円柱状とする必要はなく、多角柱状や楕円柱状とすることもできる。
【００３２】
図１と図２のバッテリシステムは、電極ロッド２に接続する金属プレート３を介して、電池セル１を直列に接続している。図のバッテリシステムは、金属プレート３を介して電池セルを直列に接続している。さらに、図示しないが、バッテリシステムは金属プレートを介して電池セルを並列に接続することもできる。
【００３３】
図５ないし図１８は、電池セル１の電極ロッド２に金属プレート３を電気接続する状態や溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を示している。これ等の図に示す電極ロッド２は、溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を介して金属プレート３に溶接して電気接続している。溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５は、電極ロッド２と金属プレート３に溶接できる金属板で製作される。溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５は、好ましくは電極ロッド２と金属プレート３と同じ金属材料で製作される。溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５は、電極ロッド２に溶接するために、その中心に電極ロッド２の挿通孔６を設けている。挿通孔６は、挿通される電極ロッド２の外周面に隙間なく接触するように、その内形を電極ロッド２の外形に等しくしている。この溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５は、挿通孔６の内周を電極ロッド２に、外周を金属プレート３に溶接して、電極ロッド２を金属プレート３に電気接続する。溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５は、電極ロッド２との境界にレーザービームを照射して電極ロッド２に、金属プレート３との境界にレーザービームを照射して金属プレート３に溶接される。
【００３４】
以下、レーザービームを照射して溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を電極ロッド２と金属プレート３に溶接する実施例を記載する。ただし、溶接リングは、レーザービームに代わって電子ビームなどのエネルギービームを照射して電極ロッドや金属プレートに溶接することもできる。また、溶接リングは、電極ロッドと金属プレートとに接触状態にあるので、電極ロッドとの間に溶接電流を流して電極ロッドに、金属プレートとの間に溶接電流を流して金属プレートに溶接することもできる。
【００３５】
図５ないし図１８に示す溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５と電極ロッド２は、電極ロッド２と溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５のいずれか又は両方に、溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を電極ロッド２に連結して所定の位置に仮止めするストッパ機構７、２７、３７、４７、５７、６７を設けている。ストッパ機構７、２７、３７、４７、５７、６７が溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を抜けないように仮止めする仮止め位置は、溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５の外周を金属プレート３の表面に接触させる位置である。
【００３６】
図５ないし図８に示す電池セル１は、電極ロッド２Ｘに係止構造を実現する係止凸部２ｘを設けている。係止凸部２ｘは、電極ロッド２Ｘの表面から突出するように設けられている。図の係止凸部２ｘは、溶接リング５をスムーズに挿通できるように、溶接リング５の挿入方向に向かって次第に突出量を大きくする傾斜面としている。さらに、係止凸部２ｘは、溶接リング５を仮止めする状態で、溶接リング５の外周全体を金属プレート３に接触状態とするために、電極ロッド２Ｘの周囲に複数の係止凸部２ｘを設けている。係止凸部２ｘは、金属プレート３との間に溶接リング５を挟んで仮止めする。係止凸部２ｘが溶接リング５を仮止めする位置は、溶接リング５の外周を金属プレート３に接触させる位置としている。
【００３７】
溶接リング５は、係止凸部２ｘを越えて仮止め位置に挿通される。図６の溶接リング５は、半径方向に切断されて、弾性変形しやすくしている。この溶接リング５は、係止凸部２ｘを越えるときに、半径方向に切断された切断部５Ｓを拡開させて挿通孔６の内形を大きくする。このため、この溶接リング５は、係止凸部２ｘのある電極ロッド２Ｘをスムーズに挿通孔６に挿通できる。この溶接リング５は、切断部５Ｓを拡開させながら、それ自体を弾性変形させて、係止凸部２ｘを通過するときに挿通孔６を拡開させる。ただ、溶接リングは、必ずしも半径方向に切断する必要はない。溶接リングを伸びるように弾性変形させて、係止凸部のある電極ロッドに挿通させることができる。
【００３８】
さらに、溶接リングは、図９と図１０に示す構造とすることもできる。この溶接リング２５は、係止凸部２ｘを通過させる領域の両側に一対のスリット２５ｂを設けて、一対のスリット２５ｂの間を弾性片２５ａとしている。この溶接リング２５は、弾性変形できる金属板で製作しており、弾性片２５ａを変形させながら、ここに係止凸部２ｘを通過させて、弾性片２５ａを係止凸部２ｘに係止させて溶接リング２５を電極ロッド２Ｘの所定の位置に仮止めするストッパ機構２７としている。図の溶接リング２５は、弾性片２５ａを短くして係止凸部２ｘを通過させやすくしている。さらに、図の溶接リング２５は、外周縁２５Ｙを金属プレート３の表面に接近させる方向に湾曲する湾曲部２５Ｒを有する形状としている。図の溶接リング２５は、全体の形状を中央凸となる湾曲形状としており、弾性片２５ａと外周縁２５Ｙとの間に湾曲部２５Ｒを設けている。この溶接リング２５は、電極ロッド２Ｘを挿通孔６に挿入する状態において、弾性片２５ａと湾曲部２５Ｒを弾性変形させて、弾性片２５ａを係止凸部２ｘに通過させやすくすると共に、弾性片２５ａが係止凸部２ｘに係止される状態、すなわち、溶接リング２５が電極ロッド２Ｘの定位置にストッパ機構２７で係止される状態では、湾曲部２５Ｒの外周縁２５Ｙを弾性的に金属プレート３の表面に押圧することができる。
【００３９】
さらに、図示しないが、図５ないし図８に示す溶接リングも、弾性変形できる金属板で製作して、外周縁を金属プレートの表面に接近させる方向に湾曲する湾曲部を設けることができる。この溶接リングも、電極ロッドの定位置に係止される状態では、湾曲部の外周縁を弾性的に金属プレートの表面に押圧できる。
【００４０】
図５ないし図１０に示すストッパ機構７、２７は、貫通孔４に電極ロッド２Ｘを挿通して鍔部に載せている金属プレート３の表面に、溶接リング５、２５を仮止めする。溶接リング５、２５は、挿通孔６に電極ロッド２Ｘを挿通し、これを金属プレート３に向かって押し込んで、外周を金属プレート３の表面に接触する位置で仮止めされる。仮止め位置において、溶接リング５、２５は、係止凸部２ｘと金属プレート３に挟まれ、係止凸部２ｘで抜けないように電極ロッド２Ｘに仮止めされる。この状態で、溶接リング５、２５は、挿通孔６の内周と電極ロッド２Ｘの外周との境界に沿ってレーザービームを照射して電極ロッド２Ｘにレーザー溶接され、さらに、外周縁５Ｙ、２５Ｙと金属プレート３との境界にレーザービームを照射して金属プレート３に溶接される。
【００４１】
図１１と図１２は、ストッパ機構３７を設けている溶接リング３５を示している。この溶接リング３５は、弾性変形できる金属板で製作されて、挿通孔６の内形を電極ロッド２の外形よりも小さくしている。小さい挿通孔６に電極ロッド２を挿通するために、挿通孔６から外周に向かって外周縁３５Ｙまで伸びない複数の切断ライン３５ｂを設けて、切断ライン３５ｂの間に弾性片３５ａを設けて、弾性片３５ａでストッパ機構３７を構成している。この溶接リング３５は、係止凸部のない電極ロッド２に挿通されて、外周を金属プレート３に接触させる位置で仮止めできる。
【００４２】
この溶接リング３５は、挿通孔６を電極ロッド２よりも小さくしているので、電極ロッド２に挿通されるとき、図１２に示すように、弾性片３５Ａが弾性変形して挿通孔６を電極ロッド２の外形まで拡開させる。弾性変形する弾性片３５Ａは、電極ロッド２の内面を弾性的に押圧して、溶接リング３５を電極ロッド２の仮止め位置に仮止めする。この溶接リング３５は、その外周を金属プレート３の表面に接触させる位置まで挿通されると、弾性片３５Ａで抜けないように仮止めされる。この状態で、溶接リング３５の外周縁３５Ｙと金属プレート３との境界に沿ってレーザービームを照射して、溶接リング３５は金属プレート３に溶接される。また、拡開されて弾性的に電極ロッド２の表面に接触している挿通孔６と電極ロッド２との境界にレーザービームを照射して、電極ロッド２に溶接される。以上の溶接リング３５は、電極ロッド２に係止凸部を設ける必要がなく、溶接リング３５を電極ロッド２に挿通して、外周を金属プレート３に接触させる理想的な位置で仮止めできる特徴がある。
【００４３】
図１３ないし図１８の電極ロッド２や溶接リング４５、５５、６５は、電極ロッド２と溶接リング４５、５５、６５のいずれか、または両方にストッパ機構４７、５７、６７を設けている。溶接リング４５、５５、６５は、電極ロッド２に挿入される係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａと、この係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａに連結されて係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａよりも電極ロッド２の先端側に挿入され、かつ電極ロッド２に沿う挿通孔６を有し、この挿通孔６の内周が電極ロッド２に溶接される密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂと、密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂと係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａとに連結されて、外周が金属プレート３に溶接される外周リング４５Ｃ、５５Ｃ、６５Ｃとを備えている。
【００４４】
密着リング４５Ｂと係止リング４５Ａとは、筒部４５Ｄで連結している。図において、筒部４５Ｄ、５５Ｄ、６５Ｄの上端に密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂを、下端に外周リング４５Ｃ、５５Ｃ、６５Ｃを設けている。図の溶接リング４５、５５、６５は、外周リング４５Ｃ、５５Ｃ、６５Ｃと密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂとの間に係止リング４５Ａ、５５Ａ、６５Ａを設けている。ただ、係止リングは、外周リングと同一平面に設けることもできる。密着リング４５Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂは、挿通孔６の内形を電極ロッド２の外形に等しくして、仮止め位置において、挿通孔６の内周を電極ロッド２の外周に接触させている。
【００４５】
図１３と図１４に示す溶接リング４５は、係止リング４５Ａと電極ロッド２Ｘの係止凸部２ｘとでストッパ機構４７を構成している。図１３の溶接リング４５は、係止リング４５Ａと密着リング４５Ｂとの間に、電極ロッド２の係止凸部２ｘを案内できる形状としている。この溶接リング４５は、係止リング４５Ａが係止凸部２ｘを越えて挿通されるので、係止リング４５Ａの中心孔４５ｃの内形を電極ロッド２Ｘの外形よりも大きく、係止凸部２ｘに係止される大きさとしている。
【００４６】
図１３と図１４の電極ロッド２Ｘは、ストッパ機構４７を実現する係止凸部２ｘを設けている。係止凸部２ｘは、溶接リング４５を仮止め位置で係止するように、電極ロッド２Ｘの表面から突出して設けている。この係止凸部２ｘは、図５ないし図８に示す電極ロッド２Ｘと同じように、溶接リング４５の挿入方向に向かって次第に突出する形状としている。係止リング４５Ａは、係止凸部２ｘを越えて電極ロッド２Ｘに挿通され、係止凸部２ｘで抜けないように仮止め位置で停止される。さらに、図１４に示す溶接リング４５は、係止リング４５Ａを弾性変形させやすくするために、全体を、すなわち、密着リング４５Ｂと係止リング４５Ａと外周リング４５Ｃと筒部４５Ｄを半径方向に切断して、切断部４５Ｓを設けている。この溶接リング４５は、係止リング４５Ａが係止凸部２ｘを越えるときに、切断部４５Ｓを拡開させて係止リング４５Ａの中心孔４５ｃの内形を大きくする。このため、この溶接リング４５は、係止凸部２ｘのある電極ロッド２Ｘをスムーズに挿通できる。この溶接リング４５は、切断部４５Ｓを拡開させながら、係止リング４５Ａを弾性変形させて、係止凸部２ｘを通過するときに中心孔４５ｃを拡開させる。ただ、溶接リングは、必ずしも全体を切断する必要はなく、係止リングの中心孔に半径方向に延びる切欠部を設けて、係止リングを弾性変形させて、係止凸部のある電極ロッドに挿通させることもできる。
【００４７】
図１３と図１４のストッパ機構４７は、溶接リング４５を電極ロッド２Ｘに挿入して、金属プレート３の表面に溶接リング４５を仮止めする。溶接リング４５は、金属プレート３に向かって押し込まれて、外周リング４５Ｃの外周縁４５Ｙを金属プレート３の表面に接触する位置で仮止めされる。仮止め位置において、係止リング４５Ａは、係止凸部２ｘを越えて電極ロッド２Ｘに挿入されて、係止凸部２ｘを係止リング４５Ａの図において上面、すなわち電極ロッド２の先端側に位置させる。この位置にある係止凸部２ｘは、係止リング４５Ａを係止して溶接リング４５を抜けないように仮止めする。この状態で、密着リング４５Ｂの挿通孔６の内周と電極ロッド２Ｘの外周との境界に沿ってレーザービームを照射して密着リング４５Ｂを電極ロッド２Ｘにレーザー溶接し、さらに外周リング４５Ｃの外周縁４５Ｙと金属プレート３との境界にレーザービームを照射して外周リング４５Ｃを金属プレート３に溶接する。
【００４８】
図１５と図１６の電極ロッド２Ｙと溶接リング５５は、電極ロッド２Ｙにストッパ機構５７を実現する係止凹部２ｙを設けて、係止リング５５Ａに係止凹部２ｙに案内される弾性ストッパ片５５ａを設けている。図の係止凹部２ｙは、溶接リング５５を仮止め位置で係止するように、電極ロッド２Ｙの表面に円周方向に伸びるように設けているリング溝である。この係止凹部２ｙは、係止リング５５Ａに設けた弾性ストッパ片５５ａの先端を案内して、溶接リング５５を抜けないように電極ロッド２Ｙに仮止めする。
【００４９】
溶接リング５５の係止リング５５Ａは、図１６に示すように、中心孔５５ｃの内形を電極ロッド２Ｙの外形よりも小さくして、中心孔５５ｃから外側に向かって複数の切断ライン５５ｂを設けて、切断ライン５５ｂの間に弾性ストッパ片５５ａを設けている。このストッパ機構５７は、図１５に示すように、溶接リング５５を電極ロッド２Ｙに挿入して、弾性ストッパ片５５ａをリング溝の係止凹部２ｙに案内して、溶接リング５５を仮止め位置に仮止めする。仮止め位置で、外周リング５５Ｃの外周縁５５Ｙを金属プレート３の表面に接触させる。
【００５０】
さらに、図の溶接リング５５は、弾性変形できる金属で製作しており、外周縁５５Ｙを金属プレート３の表面に接近させる方向に湾曲させる湾曲部５５Ｒを設けている。図の溶接リング５５は、外周リング５５Ｃに湾曲部５５Ｒを設けている。この溶接リング５５は、電極ロッド２Ｙを係止リング５５Ａの中心孔５５ｃに挿入する状態において、弾性ストッパ片５５ａと湾曲部５５Ｒとを弾性変形させて、弾性ストッパ片５５ａを係止凹部２ｙに案内しやすくすると共に、弾性ストッパ片５５ａが係止凹部２ｙに係止される状態、すなわち、溶接リング５５が電極ロッド２Ｙの定位置にストッパ機構５７で係止される状態では、湾曲部５５Ｒの外周縁５５Ｙを弾性的に金属プレート３の表面に押圧することができる。ただ、溶接リングは、必ずしも湾曲部を設けることなく、図１４に示すように切断部を設けて、この切断部を拡開させて係止リングの弾性ストッパ片を係止凹部に案内することもできる。
【００５１】
さらに、図１７と図１８は、電極ロッド２に係止凹部を設けることなく、溶接リング６５の係止リング６５Ａに設けた弾性ストッパ片６５ａのみでストッパ機構６７を実現する。この溶接リング６５は、中心孔６５ｃから外側に向かって複数の切断ライン６５ｂを設けて、切断ライン６５ｂの間に弾性ストッパ片６５ａを設けると共に、係止リング６５Ａに設けた弾性ストッパ片６５ａを電極ロッド２の表面に弾性的に押圧させて、溶接リング６５が電極ロッド２から抜けるのを阻止して電極ロッド２に仮止めしている。
【００５２】
以上のストッパ機構５７、６７は、溶接リング５５、６５を電極ロッド２に挿入して、金属プレート３の表面に溶接リング５５、６５を仮止めする。溶接リング５５、６５は、金属プレート３に向かって押し込まれて、外周リング５５Ｃ、６５Ｃの外周縁５５Ｙ、６５Ｙを金属プレート３の表面に接触する位置で仮止めされる。仮止め位置において、係止リング５５Ａ、６５Ａの弾性ストッパ片５５ａ、６５ａは係止凹部２ｙに案内され、あるいは電極ロッド２の表面を弾性的に押圧して、溶接リング５５、６５を電極ロッド２に仮止めする。この状態で、密着リング５５Ｂ、６５Ｂの挿通孔６の内周と電極ロッド２の外周との境界に沿ってレーザービームを照射して密着リング５５Ｂ、６５Ｂを電極ロッド２にレーザー溶接し、さらに外周リング５５Ｃ、６５Ｃの外周縁５５Ｙ、６５Ｙと金属プレート３との境界にレーザービームを照射して外周リング５５Ｃ、６５Ｃを金属プレート３に溶接する。
【００５３】
金属プレート３は、少なくとも２つの、すなわち複数の貫通孔４を設けている。各々の貫通孔４に複数の電極ロッド２を挿入して、少なくとも２つの電池セル１を直列や並列に接続するからである。隣接するふたつの電池セル１を直列又は並列に接続する金属プレート３は、ふたつの貫通孔４を設けて、一方の貫通孔４に一方の電池セル１の電極ロッド２を、他方の貫通孔４に他方の電池セル１の電極ロッド２を挿通して隣接する電池セル１を連結する。溶接リングを使用することなく、電極ロッド２を直接に金属プレート３の貫通孔４の内周に溶接する構造は、電極ロッド２の外形を貫通孔４の内形に等しくする必要がある。電極ロッド２と貫通孔４とを隙間なく接触して、その境界にレーザービームを照射して溶接するからである。ところが、この構造は、金属プレート３に設けている貫通孔４の間隔と、隣接する電池セル１の間隔とを正確に一致させる必要がある。貫通孔４の間隔と電極ロッド２の間隔に誤差があると、電極ロッド２を無理なく貫通孔４に挿入できないからである。電池セル１は外形や電極ロッド２の位置を正確な寸法として多量生産するのが難しい。このため、金属プレート３の貫通孔４の位置を正確に設けても、電池セル１の寸法誤差で電極ロッド２の位置がずれる。
【００５４】
溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を介して電極ロッド２を金属プレート３に溶接する構造は、金属プレート３の貫通孔４を電極ロッド２よりも大きくして、電極ロッド２を金属プレート３に溶接できる。したがって、複数の貫通孔４を設けている金属プレート３は、貫通孔４の内形を電極ロッド２よりも大きくして、電池セル１の寸法誤差を吸収しながら、電極ロッド２を金属プレート３に溶接できる。ただ、複数の貫通孔４を設けている金属プレート３は、ひとつの貫通孔４を、電極ロッド２の外周に沿う密着貫通孔４Ｂとし、他の貫通孔４を電極ロッド２の外形よりも大きな内形の拡大貫通孔４Ａとする。密着貫通孔４Ｂに挿通される電極ロッド２は、直接に金属プレート３に溶接して電気接続される。拡大貫通孔４Ａに挿通される電極ロッド２は、溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５を介して金属プレート３に電気接続される。
【００５５】
拡大貫通孔４Ａは、図５ないし図１９に示すように、長孔４ａとして、長孔４ａの長手方向の寸法誤差を吸収することができる。この拡大貫通孔４Ａは、金属プレート３の長手方向に長くなる長孔４ａとして、角形電池セル１を積層して、積層方向の寸法誤差を吸収できる。
【００５６】
溶接リング５、２５、３５、４５、５５、６５は、金属プレート３と電極ロッド２と同じ金属材料で製作される。リチウムイオン電池は正負の電極ロッド２を異なる金属するので、正負の電極ロッド２を接続する溶接リング５、３５、３５、４５、５５、６５を異なる金属で製作する。リチウムイオン電池は、正極をアルミニウム、負極を銅とするので、正極の電極ロッドを接続する溶接リングはアルミニウムで、負極の電極ロッドを接続する溶接リングは銅で製作する。
【００５７】
金属プレート３は、金属プレート３は、その両端部を異なる金属として、電極ロッド２に同じ金属を接続している。銅とアルミニウムを電極ロッド２とする電池セル１に接続される金属プレート３は、第１の金属板３Ａをアルミニウム板、第２の金属板３Ｂを銅板として、第１の金属板３Ａと第２の金属板３Ｂとを密着状態に接合している。
【００５８】
外装缶１１を金属製とする電池セル１は、図３に示すように、その間に絶縁スペーサ１５を挟着して、隣接する電池セル１を絶縁している。絶縁スペーサ１５は、隣接する電池セル１の外装缶１１を絶縁すると共に、電池セル１の間に電池を冷却する冷却隙間１６を設ける。したがって、絶縁スペーサ１５は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。絶縁スペーサ１５は、両面に送風溝１５Ａを設けて、電池セル１の間に冷却隙間１６を設ける。絶縁スペーサ１５は、水平方向、いいかえると電池セル１の両側に連結するように送風溝１５Ａを設けている。この絶縁スペーサ１５で設けられる冷却隙間１６は、空気を水平方向に送風して電池セル１を冷却する。
【００５９】
絶縁スペーサ１５を介して積層される電池セル１は、固定部品１７で定位置に固定される。固定部品１７は、積層している電池セル１の両端面に配置される一対のエンドプレート１８と、このエンドプレート１８に、端部を連結して積層状態の電池セル１を圧縮状態に固定してなる金属バンド１９とからなる。
【符号の説明】
【００６０】
１…電池セル
２…電極ロッド              ２Ａ…正極
２Ｂ…負極
２Ｘ…電極ロッド
２ｘ…係止凸部
２Ｙ…電極ロッド
２ｙ…係止凹部
３…金属プレート            ３Ａ…第１の金属板
３Ｂ…第２の金属板
４…貫通孔                  ４Ａ…拡大貫通孔
４ａ…長孔
４Ｂ…密着貫通孔
５…溶接リング              ５Ｓ…切断部
５Ｙ…外周縁
６…挿通孔
７…ストッパ機構
１０…電極体
１１…外装缶
１２…封口板
１３…絶縁材
１５…絶縁スペーサ          １５Ａ…送風溝
１６…冷却隙間
１７…固定部品
１８…エンドプレート
１９…金属バンド
２５…溶接リング            ２５ａ…弾性片
２５ｂ…スリット
２５Ｒ…湾曲部
２５Ｙ…外周縁
２７…ストッパ機構
３５…溶接リング            ３５ａ…弾性片
３５ｂ…切断ライン
３５Ｙ…外周縁
３７…ストッパ機構
４５…溶接リング            ４５Ａ…係止リング
４５ｃ…中心孔
４５Ｂ…密着リング
４５Ｃ…外周リング
４５Ｄ…筒部
４５Ｓ…切断部
４５Ｙ…外周縁
４７…ストッパ機構
５５…溶接リング            ５５Ａ…係止リング
５５ａ…弾性ストッパ片
５５ｂ…切断ライン
５５ｃ…中心孔
５５Ｂ…密着リング
５５Ｃ…外周リング
５５Ｄ…筒部
５５Ｒ…湾曲部
５５Ｙ…外周縁
５７…ストッパ機構
６５…溶接リング            ６５Ａ…係止リング
６５ａ…弾性ストッパ片
６５ｂ…切断ライン
６５ｃ…中心孔
６５Ｂ…密着リング
６５Ｃ…外周リング
６５Ｄ…筒部
６５Ｙ…外周縁
６７…ストッパ機構
【図１】
2012043593.tif 000003
【図２】
2012043593.tif 000004
【図３】
2012043593.tif 000005
【図４】
2012043593.tif 000006
【図５】
2012043593.tif 000007
【図６】
2012043593.tif 000008
【図７】
2012043593.tif 000009
【図８】
2012043593.tif 000010
【図９】
2012043593.tif 000011
【図１０】
2012043593.tif 000012
【図１１】
2012043593.tif 000013
【図１２】
2012043593.tif 000014
【図１３】
2012043593.tif 000015
【図１４】
2012043593.tif 000016
【図１５】
2012043593.tif 000017
【図１６】
2012043593.tif 000018
【図１７】
2012043593.tif 000019
【図１８】
2012043593.tif 000020
【国際調査報告】
2012043593.tif 000021
2012043593.tif 000022
2012043593.tif 000023
2012043593.tif 000024