(57)【要約】【課題】形状歪みを低減させながら、形状ばらつきによる品質低化を防止することを目的とする。【解決手段】２本の素電池１の互いの繋ぎ目１２が対抗する位置になるように素電池１を配置する等することで、形状歪みを低減させながら、形状ばらつきによる品質低化を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本を１組とする複数の素電池を治具に固定する工程と、
前記素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目を検出する工程と、
各組において互いに隣接する前記素電池の前記繋ぎ目が対向する位置に配置されるように前記素電池を回転させる工程と、
前記複数の素電池の蓋部を１枚のリード板に溶接することにより前記複数の素電池からなる並列ブロックを形成する工程と、
前記リード板を介して複数の前記並列ブロックを直列接続する工程と、
前記治具を取り外す工程と
を有することを特徴とする組電池の製造方法。
【請求項２】
複数の素電池を治具に固定する工程と、
前記素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目を検出する工程と、
前記繋ぎ目が溶接領域外となるように前記素電池を回転させる工程と、
前記複数の素電池の蓋部を１枚のリード板に溶接することにより前記複数の素電池からなる並列ブロックを形成する工程と、
前記リード板を介して複数の前記並列ブロックを直列接続する工程と、
前記治具を取り外す工程と
を有することを特徴とする組電池の製造方法。
【請求項３】
隣接する前記素電池が互いに接触することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の組電池の製造方法。
【請求項４】
前記溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の組電池の製造方法。
【請求項５】
前記並列ブロックの直列接続を、一方の前記並列ブロックを構成する前記素電池の外装缶底部と他方の前記並列ブロックのリード板とをレーザ溶接することにより行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の組電池の製造方法。
【請求項６】
前記繋ぎ目の検出を、前記治具に設けられた検出用スリットを介して前記素電池を撮影し、前記繋ぎ目の有無を確認することにより行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の組電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の素電池を並列に接続した並列ブロックをさらに直列に接続した組電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンに代表されるＡＶ機器分野では、小型かつ高出力が可能なリチウムイオン電池が使用されている。所定の出力や容量を確保する方法として一般に、円筒型または角型の素電池を直列および並列に接続した組電池が用いられている。
【０００３】
以下、従来のリード板を折り曲げて形成する組電池の製造方法について、図４，図５を用いて説明する。
図４は従来の２並列３直列の組電池を例示する構成図である。
【０００４】
図４に示すように、従来の２並列３直列の組電池は、リード板２ａ，２ｂを介して２個の素電池１を並列に接続した並列ブロック４と、同様にリード板２ｃ，２ｄによって２つずつの素電池１を並列に接続した２つの並列ブロックとを直列接続して３直列の組電池５とする。
【０００５】
リチウムイオン電池では充放電において安全を期すため組電池内に保護回路基板３が設置されており、組電池５の並列ブロック４をリード板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを介して保護回路基板３に接続することにより組電池および並列ブロックの電圧を監視している。
【０００６】
図５は従来の２並列３直列の組電池の構成を例示する展開図であり、図４の従来例において並列ブロックの接続を表す展開図である。
従来の組電池５は図５に示すように、まず、並列ブロック４ａを構成する２本の素電池１の蓋部１ａをリード板２ａと接続する。次に、リード板２ｂと並列ブロック４ａを構成する２本の素電地１の外装缶底部１ｂおよび並列ブロック４ｂを構成する２本の素電地１の蓋部１ａを接続する。
【０００７】
同様に、並列ブロック４ｂを構成する２本の素電池１の外装缶底部１ｂおよび並列ブロック４ｃを構成する２本の素電地１の蓋部１ａをリード板２ｃと接続する。さらに、リード板２ｄと並列ブロック４ｃを構成する２本の素電地１の外装缶底部１ｂを接続する。
【０００８】
リード板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと素電池１の接続は電極棒６をリード板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに押圧してスポット溶接することにより行う。また、レーザビーム照射による発熱を利用してリード板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを溶接する方法もある。
【０００９】
並列ブロック４ａ，４ｂ，４ｃを接続したリード板２ｂおよび２ｃをそれぞれ折り曲げ点２ｂ’，２ｃ’で折り重ねることにより、並列ブロック４ａ，４ｂ，４ｃが直線上に並び、組電池５の形にフォーミングされる。フォーミング後リード板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは保護回路基板３と接続され、電池パックのケースに収納される。
【００１０】
この従来の組電池の製造方法ではリード板の折り重ねが必要になるため、フォーミング後の組電池の形状にばらつきが生じやすく、電池パックの品質について課題がある。
この課題を改善する方法として、電池ホルダを用いて素電池を固定した並列ブロックを連結する組電池が開示されている。
【００１１】
以下に、電池ホルダを用いた組電池とその製造方法について図６を参照しながら説明する。
図６は従来の電池ホルダを用いた組電池の構成を例示する分解斜視図である。
【００１２】
図６に示すように、複数の素電池１が電池ホルダ１５によって保持された状態で、リード板２によって並列に接続されて並列ブロック４ａ，４ｂ，４ｃが形成される。複数の素電池１を並列に接続してなる並列ブロック４ａは保護回路基板３に接続され、同様に素電池１を並列に接続した並列ブロック４ｂ，４ｃも保護回路基板３に接続され、並列ブロック４ａ，４ｂ，４ｃは保護回路基板３にて直線状に連結されて組電池が形成される。
【００１３】
従来の電池ホルダを用いた組電池によれば、電池ホルダ１５によって構成された並列ブロックを連結することにより素電池１を定位置にしっかりと固定しながら能率よく安価に組み立てできるとしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−３４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の電池ホルダを用いた組電池の製造方法では素電池を定位置に保持するために電池ホルダが必要になるが、ノートパソコンに代表されるＡＶ機器等に用いる組電池では小型化への妨げとなるため、電池ホルダを使用することができない。
【００１６】
また、レーザビームを利用して素電池とリード板の溶接を行った場合、素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目は円筒部の外周に比べて絶縁体が厚くまた熱の吸収量が多いため、照射によって発生する熱が伝導して素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目に集中し、絶縁体の繋ぎ目付近の溶け込みが増加してリード板に反りを発生させる。そのため、組電池でレーザ溶接を行うと組電池の形状に不均一な歪みが生じる危険性がある。
【００１７】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、形状歪みを低減させながら、形状ばらつきによる品質低化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の組電池の製造方法は、２本を１組とする複数の素電池を治具に固定する工程と、前記素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目を検出する工程と、各組において互いに隣接する前記素電池の前記繋ぎ目が対向する位置に配置されるように前記素電池を回転させる工程と、前記複数の素電池の蓋部を１枚のリード板に溶接することにより前記複数の素電池からなる並列ブロックを形成する工程と、前記リード板を介して複数の前記並列ブロックを直列接続する工程と、前記治具を取り外す工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、複数の素電池を治具に固定する工程と、前記素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目を検出する工程と、前記繋ぎ目が溶接領域外となるように前記素電池を回転させる工程と、前記複数の素電池の蓋部を１枚のリード板に溶接することにより前記複数の素電池からなる並列ブロックを形成する工程と、前記リード板を介して複数の前記並列ブロックを直列接続する工程と、前記治具を取り外す工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
また、隣接する前記素電池が互いに接触することが好ましい。
また、前記溶接がレーザ溶接であっても良い。
また、前記並列ブロックの直列接続を、一方の前記並列ブロックを構成する前記素電池の外装缶底部と他方の前記並列ブロックのリード板とをレーザ溶接することにより行っても良い。
【００２１】
また、前記繋ぎ目の検出を、前記治具に設けられた検出用スリットを介して前記素電池を撮影し、前記繋ぎ目の有無を確認することにより行うことが好ましい。
以上により、形状歪みを低減させながら、形状ばらつきによる品質低化を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、２本の素電池の互いの繋ぎ目が対抗する位置になるように素電池を配置する等することで、形状歪みを低減させながら、形状ばらつきによる品質低化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の組電池の製造方法における並列ブロック形成工程を説明する図
【図２】本発明の組電池の製造方法における並列ブロック接続工程を説明する図
【図３】本発明の組電池における歪抑制効果を説明する図
【図４】従来の２並列３直列の組電池を例示する構成図
【図５】従来の２並列３直列の組電池の構成を例示する展開図
【図６】従来の電池ホルダを用いた組電池の構成を例示する分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は本発明の組電池の製造方法における並列ブロック形成工程を説明する図であり、図１（ａ）は製造に用いる治具の構成を説明する分解斜視図、図１（ｂ）は素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目を検出する工程を説明する概略正面図とそのＸ−Ｘ’断面図、図１（ｃ）は２本の素電池にリード板を溶接する工程を説明する概略正面図とそのＹ−Ｙ’断面図である。
【００２５】
本実施形態において、セット治具は図１に示すように５種の治具７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅによって構成される。第１治具７ａは素電池１の載置領域となる複数の溝部１６が形成された板状の治具であり、素電池１の電極となる蓋部と外装缶底部とが、第１治具７ａから露出する形状である。第２治具７ｂは載置された素電池１を第１治具７ａと共に包含する治具であり、素電池１の蓋部と外装缶底部とが露出する開口部が形成されている。治具内で素電池１の蓋部と外装缶底部とを位置決め固定するために、それぞれ第３治具７ｃおよび第４治具７ｄが設置される。
【００２６】
リード板２を用いて素電池１を並列に接続することにより並列ブロック１１を形成する際には、はじめに、複数の素電池１を第１治具７ａに設けた溝部１６で位置決めして第１治具７ａに配置し、上から被せるように第２治具７ｂを第１治具７ａに勘合する。第２治具７ｂの第１治具７ａと対向する内面には、バネ等の弾性体を介して第５治具７ｅが設けられており、第１治具７ａ上の素電池１はバネ等の弾性体の反発力によって第５治具７ｅにより押圧されて治具内で固定される。第３治具７ｃにはリード板２を位置決めできるように掘り込み１９が設けてあり、第３治具７ｃにリード板２をセットした状態で第１治具７ａ，第２治具７ｂに第３治具７ｃにを取り付ける。素電池１の外装缶底部を第４治具７ｄで規制して素電池１およびリード板２を所望の定位置にしっかりと固定する。
【００２７】
第３治具７ｃは、側面から見て２本の素電池１間の谷間部分に絶縁体の繋ぎ目１２を検出する検出用スリット９を設けており、スリットの正面位置に配置したカメラ１３の映像から、素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２の有無を確認することができる。検出用スリット９から繋ぎ目１２が確認される状態で素電池１が設置された場合には、後出の溶接が繋ぎ目１２以外の位置で行われ、複数の素電池１のうちの２本ずつの組において、２本の素電池１の繋ぎ目１２が互いに対向するように検出用スリット９の位置が調整されている。
【００２８】
次に、カメラ１３で撮影した素電池１の画像から、検出用スリット９内に素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２が無い場合は、繋ぎ目１２が上記所望の位置にないと判断して、製造設備から回転ローラ１４がせり上がり、第１治具７ａに設けた電池回転用スリット１０を通って回転ローラ１４を素電池１に接触させる。この状態で回転ローラ１４を回転させて、絶縁体の繋ぎ目が検出用スリット９に収まるまで治具内の素電池１を回転させる。
【００２９】
複数の素電池１のうち、２本を１組として、１組の素電池１において、隣接する２本の素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２の位置が互いに対向する位置となる様に、回転ローラ１４で素電池１の回転位置を調整後、回転ローラ１４は下降して治具に収納された素電池を溶接部へ搬送する。
【００３０】
また、素電池１の蓋部とリード板２との溶接部を露出する様に、第３治具７ｃには側面から見て素電池１の中央位置にレーザビームを照射する溶接用スリット８を設けてある。溶接用スリット８の正面位置に配置したレーザヘッド１７から照射されたレーザビームは、溶接用スリット８を通過して素電池１蓋部とリード板２を溶融させ、リード板２を介して複数の素電池１蓋部を並列に接続し、並列ブロック１１を形成する。
【００３１】
以上のように、並列ブロックを構成する素電池１の内、互いに隣接する素電池１の繋ぎ部１２が隣接する素電池１側に設けられるように、繋ぎ目１２が互いに対向する位置に素電池１を配置することにより、後述のように素電池１に歪みが生じたとしても、組電池の形状ばらつきを抑制することができる。
【００３２】
なお、本実施形態において、絶縁体の繋ぎ目１２の検出にカメラ１３を用いたが、電池回転用スリット１０から計測機器を用いて素電池１の下面から測定してもよい。
また、素電池１の蓋部とリード板２の溶接にレーザビームを用いているが、電極棒によるスポット溶接でも良い。この場合、溶接用スリット８から電極棒を挿入してスポット溶接を行う。
【００３３】
また、上記説明では、２本の素電池１にて並列ブロックを形成する場合を例として説明しているが、３本以上の素電池１から形成することもでき、特に偶数の素電池１より並列ブロックを形成する場合は、隣接する２本の素電池１を１組として、各組の素電池１の繋ぎ目１２を互いに対向するように配置することにより、効果的に歪を抑制することができる。
【００３４】
図２は本発明の組電池の製造方法における並列ブロック接続工程を説明する図であり、例として、前述の２本の素電池にリード板を溶接した第１並列ブロックと第２並列ブロックとを溶接した状態を示す図である。
【００３５】
図１（ｃ）において素電池１蓋部とリード板２を溶接した並列ブロック１１から第３治具７ｃ，第４治具７ｄを第１治具７ａおよび第２治具７ｂから取り外した並列ブロック１１’を、図２に示すように組電池の製品形状の状態に整列して製造設備に載置し、第２治具７ｂの上から並列ブロック１１’を押圧して製造設備に固定する。
【００３６】
次に並列ブロック１１’内の素電池１およびリード板２を素電池１蓋部から矢印方向に押圧して、第１並列ブロックの素電池１外装缶底部を第２並列ブロックの素電池１蓋部に溶接したリード板２に押し当てる。
【００３７】
この状態を保持したまま並列ブロックを連結する方法として、レーザビームによるレーザ溶接を使用する。第１並列ブロックの外装缶底部側と第２並列ブロックの蓋部側の間にある隙間において、水平にセットした素電池１に対して垂直方向に対して１０度から２０度傾けた位置から、リード板２の縁部に沿ってレーザビーム１８を照射して、リード板２と素電池１の外装缶底部を溶融させて接続させ、治具を外すことにより組電池を形成する。
【００３８】
このようにして、本発明では、複数の並列ブロックを直列接続して組電池を形成する。
次に、図３を用いて、本発明の組電池の製造方法における、組電池の形状ばらつきや歪を抑制する作用効果について、特に並列ブロックの直列接続時を例に説明する。
【００３９】
図３は本発明の組電池における歪抑制効果を説明する図であり、図３（ａ）は溶接面の溶け込みが均一である組電池を説明する展開図、図３（ｂ）は２本の素電池の隙間位置において繋ぎ目部で溶け込みが増加した組電池を説明する展開図である。また、図３（ｃ）は比較例として素電池を被覆する絶縁体の繋ぎ目位置が未調整で、絶縁体の繋ぎ目が対向していない位置でかつ溶接部と絶縁体の繋ぎ目が重なった状態で溶接した組電池を説明する展開図である。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、リード板２を介して複数の並列ブロックを溶接接続する際に、２本の素電池１において、素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２を互いに対向する位置に調整する。素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２を、隣接する２本の素電池１間の谷間領域であり、治具からの高さが同じ位置であるような、対向する位置に調整することによって、レーザを照射するリード板２の溶融部分の溶け込みが不均一となることを抑制でき、溶接によるリード板２の反りが低減され、組電池の形状の歪みやばらつきを減少させることができる。
【００４１】
また、図３（ｂ）に示すように、繋ぎ目１２を対向する位置に調整したにもかかわらず、レーザビーム照射量の関係等で、溶接部分の溶け込みが不均一になるほどレーザビーム照射によって素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２に熱が集中した場合でも、並列に配置された２本の素電池１による谷間部分において絶縁体の繋ぎ目１２が対向しているので、組電池の形状の歪みはいずれも隣接する組電池１方向に起こる。このように、隣接する素電池１の歪が互いに隣接する素電池１の方向に生じ、２本の素電池１の円筒部の外周が互いに接触していることにより、歪による変形が隣接する素電池１により抑制され、形状ばらつきを減少させる効果がある。
【００４２】
これに対して、比較例である図３（ｃ）に示すように、素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２が２本の素電池１による谷間部分において対向しない場合には、絶縁体の繋ぎ目１２付近に熱が集中して溶接部分の溶け込みが不均一になり、リード板２に繋ぎ目１２方向の反りが生じて組電池に対して外側へ広がる歪みが発生する。
【００４３】
このように、互いに隣接する２つの素電池１を繋ぎ目１２が対向するように配置して、複数の素電池１からなる並列ブロックを構成することにより、素電池１の蓋部１ａとリード板２とを溶接することにより並列ブロックを作成する際、および、素電池１の外装缶底部１ｂとリード板２とを溶接することにより２つの並列ブロックを直列接続する際に、繋ぎ目１２付近に溶接による熱が集中して溶接部分の溶け込みが不均一になって、リード板２に応力が生じても、隣接する２つの素電池１間で変形が抑制され、組電池の歪や形状ばらつきを防ぐことができる。
【００４４】
また、互いに隣接する２つの素電池１を繋ぎ目１２が対向するように配置することにより、繋ぎ目１２以外の部分で溶接を行うことができ、照射されるレーザビームの出力が低い場合には、繋ぎ目１２に熱が集中することを抑制でき、リード板２の応力自体を低減して歪を抑制することもできる。この場合、互いに隣接する２つの素電池１を繋ぎ目１２が対向するように配置するに及ばず、各繋ぎ目１２が溶接部と十分離間するように、検出用スリットおよび回転ローラで素電池１の配置を調整すれば効果が得られる。
【００４５】
また、第１並列ブロックと第２並列ブロックの素電池１を被覆する絶縁体の繋ぎ目１２を隣接する位置にすることで組電池全体において変形が内向きに作用するので、組立や検査等の工程間の搬送中に生じる変形を防止する効果もある。
【００４６】
また、１枚のリード板２の表裏で２つの並列ブロックを直列に接続することにより、接合経路が短くなり接合部分の電圧低下が低減し、組電池の性能を向上することができる。また、折り重ねが不要となることにより、リード板を小型および安価にすることができる。さらに、電池ホルダ等も不要となるので組電池の小型化も阻害されない。
【００４７】
なお、本実施の形態においてレーザビームによる溶接個所としてリード板２の縁部に沿ったものとしたが、その軌跡は直線に限定されず、円形，矩形等でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、形状歪みを低減させながら、形状ばらつきによる品質低化を防止することができ、本発明は複数の素電池を並列に接続した並列ブロックをさらに直列に接続した組電池の製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１      素電池
１ａ    蓋部
１ｂ    外装缶底部
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ    リード板
２ｂ’  折り曲げ点
２ｃ’  折り曲げ点
３      保護回路基板
４，４ａ，４ｂ，４ｃ    並列ブロック
５      組電池
６      電極棒
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ    治具
８      溶接用スリット
９      検出用スリット
１０    電池回転用スリット
１１，１１’    並列ブロック
１２    繋ぎ目
１３    カメラ
１４    回転ローラ
１５    電池ホルダ
１６    溝部
１７    レーザヘッド
１８    レーザビーム
１９    掘り込み
【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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