(57)【要約】【課題】簡素な形状のリード板で無効分流の発生を防止でき、かつリード板における電極棒の当接位置に影響を受けることのない溶接結果を実現できるバッテリーパックおよびリード板の接続方法を提供する。【解決手段】縦横に配列された一群の素電池２を有し、素電池２の各電極３、４上に非被覆の独立した形態をなす複数のリード板２０１、２０２がシリーズスポット溶接されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦横に配列された一群の素電池を有し、素電池の各電極上に非被覆の独立した形態をなす複数のリード板がシリーズスポット溶接されていることを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
リード板は短冊状をなすことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項３】
一群の素電池は、複数の素電池の正極が列をなす正極列と複数の素電極の負極が列をなす負極列とが隣合わせに配置され、非被覆の独立した形態をなす複数のリード板が、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極と負極の相互間に掛け渡して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーパック。
【請求項４】
非被覆の独立した形態をなすリード板が、正極列における正極の相互間および負極列における負極の相互間に掛け渡して配置されていることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
【請求項５】
電動アシスト自転車の電源をなし、請求項１から４の何れか１項に記載のバッテリーパックを搭載したことを特徴とするバッテリー装置。
【請求項６】
一群の素電池を縦横に配列するとともに、複数の素電池の正極が列をなす正極列と複数の素電極の負極が列をなす負極列とを隣合わせに配置し、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極と負極の相互間に掛け渡して非被覆の独立した形態をなす短冊状の複数のリード板を配置し、素電池の各電極上にある複数のリード板のそれぞれに溶接電極の陽極もしくは陰極を配置してシリーズスポット溶接を行うことを特徴とするバッテリーパックのリード板の接続方法。
【請求項７】
正極列における正極の相互間および負極列における負極の相互間に掛け渡して非被覆の独立した形態をなす短冊状のリード板を配置し、素電池の各電極上にある複数のリード板のそれぞれに溶接電極の陽極もしくは陰極を配置してシリーズスポット溶接を行うことを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパックのリード板の接続方法。
【請求項８】
リード板を保持する溶接治具に、一群の素電池の素電池配置パターンに相応するリード板配置パターンでリード保持部を形成し、溶接治具の各リード保持部に配置した複数のリード板を溶接治具で一括保持して一群の素電池に対向させて配置し、各リード板を各正極もしくは負極にシリーズスポット溶接することを特徴とする請求項６または７に記載のバッテリーパックのリード板の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーパックおよびリード板の接続方法に関し、素電池電極に対するリード板の溶接技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動アシスト自転車などに使用されているバッテリーパックは複数の素電池からなる。このバッテリーパックは、例えば図４から図６に示すようなものである。バッテリーパック１は、一群の複数の素電池２を縦横に配列してなり、複数の素電池２の正極３を一列状に並べた正極列と複数の素電極２の負極４を一列状に並べた負極列とを交互に配置している。この正極列と負極列の配置は、バッテリーパック１のＶＢ側（プラス側）とＶＧ側（マイナス側）とで相反するものとなる。そして、リード板５、６がバッテリーパック１の各正極３および各負極４の電極を相互に接続している。
【０００３】
図５に示すように、バッテリーパック１のＶＢ側（プラス側）では、第１のＶＢ側リード板５１が正極列をなす第１列１１の素電池２の正極３を相互に接続する。
次に、第２のＶＢ側リード板５２が負極列をなす第２列１２の素電池２の負極４を相互に接続し、同じ第２のＶＢ側リード板５２が隣の正極列をなす第３列１３の素電池２の正極３を相互に接続し、さらに同じ第２のＶＢ側リード板５２が第２列１２の負極３と第３列１３の正極４を相互に接続している。以下、同様にして、第３のＶＢ側リード板５３が第４列１４の負極３と第５列１５の正極４を相互に接続し、第４のＶＢ側リード板５４が第６列１６の負極３と第７列１５の正極４を相互に接続する。
【０００４】
図６に示すように、バッテリーパック１のＶＧ側（マイナス側）では、第１のＶＧ側リード板６１が負極列をなす第１列１１の素電池２の負極４を相互に接続し、同じ第１のＶＧ側リード板６１が正極列をなす第２列１２の素電池２の正極３を相互に接続する。さらに、同じ第１のＶＧ側リード板６１が第１列１１の負極４と第２列１２の正極３を相互に接続する。以下、同様にして、第２のＶＧ側リード板６２が第３列１３の負極３と第４列１４の正極４を相互に接続し、第３のＶＧ側リード板６３が第５列１６の負極３と第６列１６の正極４を相互に接続する。そして、第４のＶＧ側リード板６４が負極列をなす第７列１７の素電池２の負極４を相互に接続する。
【０００５】
また、特許文献１には電池用リード端子が記載されている。これは、電池素子の外部端子に接続される電池用リード端子であり、帯状の導電性金属からなる一対の長尺なリード板と、この一対のリード板を所定の間隔で並んだ状態に保持する保持部材からなる。保持部材はリード板および素電池の外部端子の電気抵抗より大きな電気抵抗を有している。
この電池用リード端子を素電池に接続する際には、保持部材で所定の間隔に保持された状態の一対のリード板を素電池の外部端子に接触させて配置し、この状態で一方のリード板から他方のリード板に、素電池の外部端子を介して電流を流し、素電池の外部端子と各リード板とをスポット溶接する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５２４９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したバッテリーパック１において、リード板５もしくは６を素電池２の正極３もしくは負極４に溶接する方法を説明する。以下においては、正極３にリード板５を溶接する場合を例にして説明するが、負極４にリード板６を溶接する場合も同様である。
【０００８】
図７に示すように、素電池２の正極３を形成するキャップ７に当接させてリード板５を配置する。そして、溶接電極の正極棒８と負極棒９をリード板５に当接させて配置する。
次に、図８に示すように、溶接電極の正極棒８からリード板５に溶接機の出力電流を印加する。印加電流Ｉ１は、溶接に寄与する電流として流れる溶接電流Ｉ２と、溶接に寄与しない電流として流れる無効分流Ｉ３とに分かれて負極棒９に達する。
溶接電流Ｉ２は、正極棒８からリード板５、キャップ７を通って負極棒９へ流れる。そして、図９に示すように、リード板５とキャップ７の間の溶接界面に発生する抵抗熱によって溶接部（ナゲット）１０を形成する。
【０００９】
無効分流Ｉ３は、正極棒８から並列回路をなすリード板５を通って負極棒９へ流れる。この無効分流Ｉ３は溶接電流Ｉ２の５倍から１０倍の大きさである。このため、溶接機の出力電流（印加電流Ｉ１）としては、溶接電流Ｉ２と無効分流Ｉ３を合わせた電流が必要であり、無効分流Ｉ３の存在によって溶接機の出力電流が大幅に増大し、コストアップの原因となっている。
さらに、溶接機の出力電流の増加により正極棒８および負極棒９を流れる印加電流Ｉ１が増大し、電流熱ストレスの増加によって溶接電極棒が短寿命化する問題があった。
この無効分流Ｉ３の発生を抑制する方法としては、例えば図１０、図１１に示すものがある。これは、リード板１００にスリット１０１を形成し、スリット１０１を介した一対の溶接部１０２、１０３のうちの一方に正極棒８を当接させ、他方に負極棒９を当接させてスポット溶接（シリーズ溶接）するものである。
【００１０】
しかし、この方法では無効分流Ｉ３の発生を抑制し、その値を減少させることはできるが、無効分流Ｉ３の発生を皆無とすることはできなかった。また、リード板１００の溶接部１０２、１０３における正極棒８、負極棒９の当接位置（スポット溶接位置）にずれが生じると溶接結果が異なるものになる。すなわち、正極棒８、負極棒９の当接位置がスリット１０１の奥端側に近いほどに無効分流Ｉ３が発生しやすく、スリット１０１の開口側に近いほどに無効分流Ｉ３が少なくなる。
このスポット溶接位置のずれに伴う溶接電流Ｉ２の増減は、以下の問題の原因となる。すなわち、溶接電流Ｉ２が過大となると溶接スパッタが発生して周囲に飛び散り、溶接電流Ｉ２が過少であると溶接部（ナゲット）の生成量が安定化せず、溶接不良（ナゲット生成不良）が発生する場合があり、正極棒８、負極棒９の当接位置のバラつきが溶接結果に大きな影響を与える。
【００１１】
また、上述した従来のリード板は、プレス成型等により複雑な形状とする必要があり、金型費用や多くの生産工数を要し、構造的にコストアップの要因を有していた。
次に、特許文献１の電池用リード端子は、一対の長尺なリード板を保持部材で所定の間隔に保持するとともに、素電池の数や配置形態に応じて予め特定の形状に形成しておく必要がある。また、特許文献１の電池用リード端子は、列状に並べた複数の素電池の正極を相互に、あるいは負極を相互に並列接続するものである。
【００１２】
このため、一群の素電池を縦横に配列した場合、例えば図４から図６に示したようなバッテリーパックにおいて、特許文献１の電池用リード端子で各電極を接続することは困難である。
すなわち、一群の素電池の列状をなす正極を並列接続するとともに、列状をなす負極を並列接続し、かつ正極の列と負極の列を直列接続するためには、特許文献１の電池用リード端子において、リード板を格子状に配列する必要がある。しかし、格子状に配置した複数のリードを、それぞれが独立し、かつ相互間に所定の間隔を保った状態に保持部材で固定することは困難である。
【００１３】
また、特許文献１の電池用リード端子は、接続する素電池の数に応じて異なる形状にする必要があり、素電池の数が異なるバッテリーパック毎に、その形状に合わせて電池用リード端子を準備する必要があり、在庫する部品点数が増加する要因となる。
本発明は、簡素な形状のリード板で無効分流の発生を防止でき、かつリード板における電極棒の当接位置に影響を受けることのない溶接結果を実現できるバッテリーパックおよびリード板の接続方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るバッテリーパックは、縦横に配列された一群の素電池を有し、素電池の各電極上に非被覆の独立した形態をなす複数のリード板がシリーズスポット溶接されていることを特徴とする。
本発明に係るバッテリーパックにおいて、リード板は短冊状をなすことを特徴とする。
本発明に係るバッテリーパックにおいて、一群の素電池は、複数の素電池の正極が列をなす正極列と複数の素電極の負極が列をなす負極列とが隣合わせに配置され、非被覆の独立した形態をなす短冊状の複数のリード板が、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極と負極の相互間に掛け渡して配置されていることを特徴とする。
本発明に係るバッテリーパックにおいて、非被覆の独立した形態をなす短冊状のリード板が、正極列における正極の相互間および負極列における負極の相互間に掛け渡して配置されていることを特徴とする。
本発明に係るバッテリー装置は、電動アシスト自転車の電源をなし、上記の何れかのバッテリーパックを搭載したことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るバッテリーパックのリード板の接続方法は、一群の素電池を縦横に配列するとともに、複数の素電池の正極が列をなす正極列と複数の素電極の負極が列をなす負極列とを隣合わせに配置し、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極と負極の相互間に掛け渡して非被覆の独立した形態をなす短冊状の複数のリード板を配置し、素電池の各電極上にある複数のリード板のそれぞれに溶接電極の陽極もしくは陰極を配置してシリーズスポット溶接を行うことを特徴とする。
本発明に係るバッテリーパックのリード板の接続方法において、正極列における正極の相互間および負極列における負極の相互間に掛け渡して非被覆の独立した形態をなす短冊状のリード板を配置し、素電池の各電極上にある複数のリード板のそれぞれに溶接電極の陽極もしくは陰極を配置してシリーズスポット溶接を行うことを特徴とする。
本発明に係るバッテリーパックのリード板の接続方法において、リード板を保持する溶接治具に、一群の素電池の素電池配置パターンに相応するリード板配置パターンでリード保持部を形成し、溶接治具の各リード保持部に配置した複数のリード板を溶接治具で一括保持して一群の素電池に対向させて配置し、各リード板を各正極もしくは負極にシリーズスポット溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、素電池の一つの電極上に非被覆の独立した形態をなす複数のリード板を配置し、これらの複数のリード板をシリーズスポット溶接で電極に溶接することで、無効分流の発生を防止できる。このため、スポット溶接位置がずれても溶接電流が増減することはなく、溶接部（ナゲット）の生成量が安定化する。また、溶接電極に加える印加電流は、無効分流の発生を見越して設定する必要がなくなるので、溶接電流に相応したものとなり、電力消費量を低減できるとともに、電流熱ストレスの減少によって溶接電極の長寿命化を実現できる。
また、リード板が被被覆の独立した短冊状をなすことで、一群の素電池からなるバッテリーパックにおいてリード板で電極を接続する際に、素電池の配列形態に応じてリード板の配置パターンを柔軟に変更することができ、一群の素電池を如何なる形態に配置しても、長さが異なるだけの同様の短冊状の簡素な形状をなす少ない種類のリード板で接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るバッテリーパックを示す斜視図
【図２】同バッテリーパックにおけるリード板の溶接手順を示す模式図
【図３】同バッテリーパックにおけるリード板のシリーズスポット溶接を示す模式図
【図４】従来のバッテリーパックにおいてリード板を外した状態を示す模式図
【図５】同バッテリーパックにおいてリード板を配置したＶＢ側（プラス側）を示す斜視図
【図６】同バッテリーパックにおいてリード板を配置したＶＧ側（マイナス側）を示す斜視図
【図７】従来におけるリード板のシリーズスポット溶接を示す模式図
【図８】同リード板のシリーズスポット溶接における電流の流れを示す模式図
【図９】同リード板のシリーズスポット溶接におけるナゲットの生成を示す模式図
【図１０】従来の他のリード板のシリーズスポット溶接を示す模式図
【図１１】同リード板のシリーズスポット溶接における無効分流の流れを示す模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態に係るバッテリーパックを図面を参照して説明する。このバッテリーパックは、先に図４から図６に示したものと基本構造が同様であり、同要素には同符号を付して説明する。
図１はバッテリーパック２００のＶＢ側（プラス側）を示しており、以下においては、バッテリーパック２００のＶＢ側（プラス側）について説明するが、ＶＧ側（マイナス側）も同様である。
このバッテリーパック２００は、例えば電動アシスト自転車の電源をなすバッテリー装置に搭載されるものである。バッテリーパック２００は、一群の複数の素電池２、ここでは２１個を３×７の縦横に配列しており、複数の素電池２、ここでは３個の素電池２の正極３を一列状に並べた正極列と、複数の素電極２、ここでは３個の素電池２の負極４を一列状に並べた負極列とを交互に隣合わせに配置し、７列の電極列を形成している。
【００１９】
図１に示すように、バッテリーパック２００のＶＢ側（プラス側）では、第１列２１１が正極３の正極列をなし、第２列２１２が負極４の負極列をなし、以後は正極列と負極列が交互をなし、最終の第７列２１７が正極列をなす。
この正極列と負極列の配置は、バッテリーパック２００のＶＢ側（プラス側）とＶＧ側（マイナス側）とで相反するものとなる。
このバッテリーパック２００は２種類のリード板２０１、２０２を使用している。一方のリード板２０１は、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極３と負極４の相互間に掛け渡して配置されており、２個の素電池２に見合う短い形状をなす。他方のリード板２０２は、正極列における正極３の相互間および負極列における負極４の相互間に掛け渡して配置されており、３個の素電池２に見合う長い形状をなす。これらの複数のリード板２０１、２０２が、縦横に配列された一群の素電池２の正極３もしくは負極４の各電極上にシリーズスポット溶接されている。
【００２０】
図２（ｄ）に示すように、リード板２０１および２０２は、それぞれが形状的に他の物から独立し、絶縁物等に被覆されない非被覆状態にあり、単純で簡素な短冊状の細長い形状をなしてＮｉ−Ｆｅ等の安価な材質の薄板で形成されている。
このリード板２０１、２０２は、短冊状の単純で簡素な形状をなすことで、切断機によってフープ材（薄板コイル）を定寸長さ切断するだけで製造することができ、プレス成型等の工程が不要である。また、絶縁被覆等の処理を必要としない。よって、リード板２０１、２０２の製造に係る工数およびコストを低減できる。
バッテリーパック２００における一群の素電池２に対するリード板２０１、２０２の接続は以下の手順による。
１．正極列を単独で、あるいは負極列を単独で並列接続する場合
【００２１】
図２（ａ）に示すように、バッテリーパック２００のＶＢ側（プラス側）では、第１列２１１の正極列に一対の長いリード板２０２を、正極３の相互間に掛け渡して配置する。そして、各正極３に一対のリード板２０２をシリーズスポット溶接し、正極列の正極３を並列接続する。
すなわち、図３に示すように、第１列２１１の素電池２の一つの正極３をなす正極キャップ２３１の上にある複数のリード板２０２のそれぞれに溶接電極の陽極棒８もしくは陰極棒９を配置し、陽極棒８もしくは陰極棒９と正極キャップ２３１の間にリード板２０２を挟んでシリーズスポット溶接を行う。
このとき、陽極棒８に加える印加電流Ｉ４は、一方のリード板２０２を介して正極キャップ２３１に溶接電流Ｉ５として流れ、正極キャップ２３１から他方のリード板２０２を介して陰極棒９に流れる。双方のリード板２０２は形状的に相互に独立しているので、双方のリード板２０２の間で電流が直接に流れることはなく、無効分流が発生しない。
よって、リード板２０２に対する陽極棒８および陰極棒９の当接位置に拘わらず、過不足のない安定した溶接電流Ｉ５で抵抗溶接を行うことができ、十分なナゲットを形成できる。また、無効分流が発生しないので、印加電流Ｉ４を抑制できるとともに、溶接電流Ｉ５を従来の無効分流Ｉ３を伴う溶接手法における溶接電流Ｉ２に比べて半分以下に低減することができ、過電流に起因する溶接スパッタの抑制、および電極棒の長寿命化を実現できる。
【００２２】
同様に、図２（ｃ）に示すように、バッテリーパック２００のＶＧ側（マイナス側）では、第７列２１７の負極列に一対の長いリード板２０２を、負極４の相互間に掛け渡して配置する。そして、各電極上で一対のリード板２０２をシリーズスポット溶接し、負極列の負極４を並列接続する。
２．正極列と負極列を直列接続し、かつ正極列および負極列を並列接続する場合
図２（ｂ）に示すように、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極３と負極４の相互間に掛け渡して一対の短いリード板２０１を配置する。さらに、正極列において１本の長いリード板２０２を正極３の相互間に掛け渡して配置し、負極列において１本の長いリード板２０２を負極４の相互間に掛け渡して配置する。
そして、先に図３を参照して説明したようにして各電極上で一対のリード板２０１、２０２をシリーズスポット溶接を行う。
ここでは、負極列の素電池２の一つの負極４をなす負極端子２３２の上にある複数のリード板２０１、２０２のうちで、長いリード板２０２と一方の短いリード板２０１とのそれぞれに溶接電極の陽極棒８もしくは陰極棒９を配置し、陽極棒８もしくは陰極棒９と負極端子２３２の間にリード板２０１、２０２を挟んでシリーズスポット溶接Ｐ１を行う。
【００２３】
このとき、図３に示したものと同様に、陽極棒８に加える印加電流Ｉ４は、長いリード板２０２を介して負極端子２３２に溶接電流Ｉ５として流れ、負極端子２３２から一方の短いリード板２０１を介して陰極棒９に流れる。双方のリード板２０１、２０２は形状的に相互に独立しているので、双方のリード板２０１、２０２の間で電流が直接に流れることはなく、無効分流が発生しない。よって、過不足のない安定した溶接電流Ｉ２で抵抗溶接を行うことができ、十分な溶接部（ナゲット）を形成できる。
また、無効分流が発生しないので、印加電流Ｉ４を抑制できるとともに、溶接電流Ｉ５を従来の無効分流Ｉ３を伴う溶接手法における溶接電流Ｉ２に比べて半分以下に低減することができ、過電流に起因する溶接スパッタの抑制、および電極棒の長寿命化を実現できる。
【００２４】
次に、長いリード板２０２と他方の短いリード板２０１とのそれぞれに溶接電極の陽極棒８もしくは陰極棒９を配置し、陽極棒８もしくは陰極棒９と正極キャップ２３１の間にリード板２０１、２０２を挟んでシリーズスポット溶接Ｐ２を行う。
同様にして、他の各負極端子２３２および正極列の各正極キャップ２３１においてリード板２０１、２０２をシリーズスポット溶接する。
この結果、組をなす正極列と負極列の間で隣合う正極３と負極４がリード板２０１で直列接続され、正極列の各正極３がリード板２０２で並列接続され、負極列の各負極４がリード板２０２で並列接続される。
同様にして、バッテリーパック２００のＶＧ側（マイナス側）で、各負極端子２３２および各正極キャップ２３１においてリード板２０１、２０２をシリーズスポット溶接する。
【００２５】
リード板２０１、２０２は、一旦溶接治具（図示省略）に配列した後に、一括して一群の素電池２の上に配置することも可能である
すなわち、リード板２０１、２０２を保持する溶接治具に、一群の素電池２の素電池配置パターンに相応するリード板配置パターンでリード保持部を形成する。
この溶接治具の各リード保持部にリード板２０１、２０２を配置する。そして、複数のリード板２０１、２０２を溶接治具で一括保持して一群の素電池２に対向させて配置し、各リード板２０１、２０２を各正極３もしくは負極４にシリーズスポット溶接する。その際に手動によらずしてロボットを使用して行うことも可能である。
以上のように、本実施の形態に係るバッテリーパック２００によれば、素電池２の正極３および負極４の接続に、非被覆の独立した形態をなす短冊状の複数のリード板２０１、２０２を使用することで、シリーズスポット溶接において無効分流の発生を防止できる。
このため、スポット溶接位置がずれても溶接電流が増減することはなく、溶接部（ナゲット）の生成量が安定化する。また、溶接電極に加える印加電流は、無効分流の発生を見越して設定する必要がなくなるので、溶接電流に相応したものとなり、電力消費量を低減できるとともに、電流熱ストレスの減少によって溶接電極の長寿命化を実現できる。
【００２６】
また、リード板２０１、２０２が非被覆の独立した短冊状をなすことで、一群の素電池２からなるバッテリーパック２００においてリード板２０１、２０２で正極３および負極４を接続する際に、素電池２の素電池配置パターンに応じてリード板２０１、２０２のリード配置パターンを柔軟に変更することができ、一群の素電池２を如何なる形態に配置しても、少ない種類のリード板２０１、２０２で接続することができる。
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、各種形態のバッテリーパックに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、電動アシスト自転車の電源をなすバッテリー装置等に有用である。
【符号の説明】
【００２８】
２  素電池
３  正極
４  負極
８  陽極棒
９  陰極棒
２００  バッテリーパック
２０１、２０２  リード板
２３１  正極キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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