(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池(10)を直線状に連結している組電池であって、連結される電池(10)の間に、電池(10)を電気接続する接続体(20)を配設して、接続体(20)を電池(10)に溶接して電気接続している組電池において、
接続体(20)が、一方の電池(10)に溶接される内周部(23)と、この内周部(23)の外側にあって他方の電池(10)に溶接される外周部(24)とを有し、内周部(23)と外周部(24)との間には段差があって、内周部(23)を接続体(20)の凹部に配設しており、
接続体(20)の内周部(23)は、一方の電池(10)の電池端面に設けているカシメ凸条(16)の内側にあって、カシメ凸条(16)に接触することなく電池端面に溶接して接続され、
接続体(20)の外周部(24)は、他方の電池(10)の電池端面外周部に溶接して接続され、
内周部(23)及び外周部(24)の各々は、複数の溶接凸部(22)を設けており、隣接する溶接凸部(22)の間に切欠部(26)を設けてなる組電池。
【請求項２】
内周部(23)の溶接凸部(22)と外周部(24)の溶接凸部(22)を互いに接近する位置に配設している請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
接続体(20)の外周部(24)とカシメ凸条(16)との間に絶縁体(40)を配設している請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
互いに直線状に連結される電池(10)の間に、接続体(20)と絶縁体(40)の保持キャップ(30)を配設している請求項１に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池を直線状に連結している組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を直線状に連結している組電池は、主としてハイブリッドカーなどの電動車両に使用される。この構造の組電池は、低抵抗な状態でしっかりと二次電池を連結することが大切である。大きな接続抵抗は組電池の出力を低下させるばかりでなく、ジュール熱が発生して発熱し、さらに抵抗ロスにより電力を有効利用できなくなるからである。二次電池を直線状に連結する組電池として、接続体を使用する構造が特開平１０−１０６５３３号公報に記載される。この公報の組電池と接続体を図１と図２に示す。この組電池は、接続体９０に金属キャップを使用する。金属キャップは、図２に示すように、平面部９３の外周に円筒部９４を連結した形状に金属板をプレス成形したものである。この金属キャップは、図１の断面図に示すように、一方の二次電池１０の封口板１２に平面部９３をスポット溶接して、他方の二次電池１０の円筒外装缶１１の円周面に円筒部９４をスポット溶接してふたつの二次電池１０を直線状に連結する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す組電池は、２工程で金属キャップを二次電池１０にスポット溶接する必要がある。平面部９３を一方の二次電池１０の封口板１２にスポット溶接し、円筒部９４を他方の二次電池１０の外装缶１１にスポット溶接するからである。このため、金属キャップの接続工程を簡単にできない欠点がある。さらに、この構造の金属キャップは、平面部９３と円筒部９４のスポット溶接する位置が離れるので、ふたつの二次電池１０をスポット溶接する部分間の電気抵抗が大きくなる欠点もある。
【０００４】
この欠点を解消することを目的として、本願出願人は、図３に示す形状の接続体９０を開発した（特願2000-273647号）。この接続体９０は、両面に溶接する溶接凸部９２を突出させている。両面に突出している溶接凸部９２は、図４の断面図に示すように、直線状に並べている二次電池１０の対向する電池端面に溶接して接続される。この接続体９０は、二次電池１０に挟着される状態で、二次電池１０を介して溶接電流を流して、電池端面に溶接される。この構造の組電池は、１工程で接続体９０を対向する二次電池１０の電池端面に溶接できる。しかしながら、この組電池は、隣接する二次電池１０を接続体９０でしっかりと強靭な構造で連結するのが難しい欠点がある。いいかえると、接続体９０で連結している組電池の接続部の曲げ強度が弱くなる欠点がある。
【０００５】
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単かつ容易に、低抵抗な状態で電気接続しながら、電池をしっかりと確実に溶接して連結できる組電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の組電池は、複数の電池１０を直線状に連結している。組電池は、連結される電池１０の間に、電池１０を電気接続する接続体２０を配設して、接続体２０を電池１０に溶接して電気接続している。接続体２０は、一方の電池１０に溶接される内周部２３と、この内周部２３の外側にあって、他方の電池１０に溶接される外周部２４とを有する。内周部２３と外周部２４との間には段差があって、内周部２３を接続体２０の凹部に配設している。接続体２０の内周部２３は、一方の電池１０の電池端面に設けているカシメ凸条１６の内側にあって、カシメ凸条１６に接触することなく電池端面に溶接して接続している。接続体２０の外周部２４は、他方の電池１０の電池端面外周部に溶接して接続している。内周部２３及び外周部２４の各々は、複数の溶接凸部２２を設けており、隣接する溶接凸部２２の間に切欠部２６を設けている。
【０００７】
接続体２０は、内周部２３の溶接凸部２２と外周部２４の溶接凸部２２を互いに接近する位置に配設することができる。さらに、組電池は、接続体２０の外周部２４とカシメ凸条１６との間に絶縁体４０を配設することができる。この組電池は、接続体２０がカシメ凸条１６に接触してショートするのを確実に阻止できる。
【０００８】
さらに、組電池は、互いに直線状に連結される電池１０の間に、接続体２０と絶縁体４０の保持キャップ３０を配設することができる。この組電池は、接続体２０と絶縁体４０とを保持キャップ３０で保持しながら能率よく連結できる特長がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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組電池を例示するものであって、本発明は組電池を以下のものに特定しない。
【００１０】
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、「特許請求の範囲の欄」、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。
【００１１】
図５に示す組電池は、複数の二次電池１０を直列に接続して直線状に連結している。この構造の組電池は、複数個を直列に接続して、主としてハイブリッドカー等の電動車両に使用される。ただ、本発明の組電池は、電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用できる。図の組電池は、円筒型電池である二次電池を直線状に連結して直列に接続している。ただし、組電池は、角型電池である二次電池を直線状に連結して直列に接続することもできる。
【００１２】
組電池は、図６に示すように、同一平面に平行に並べてケース７０に収納される。横に並べている組電池は、互いに直列に接続されて出力電圧を高くしている。組電池は、その両端をケース７０に固定される。この組電池は、ケース７０に連結する端子６０を、両端の電池端面から突出して固定している。図の組電池は、電池端面に垂直に端子６０を固定している。端子６０は、下ケース７１の定位置に嵌入されるバスバー７２にネジ止めして固定される。バスバー７２は、隣接する組電池を互いに連結すると共に、組電池を直列に電気接続する。バスバー７２と端子６０は、下ケース７１と上ケース（図示せず）に挟着されて、定位置に固定される。
【００１３】
二次電池１０は、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。ただ、電動車両用の組電池に使用される二次電池には、ニッケル−水素電池が適している。体積と重量に対する出力が大きくて、優れた大電流特性を有するからである。
【００１４】
二次電池１０は、図７の断面図に示すように、外装缶１１の開口部を封口板１２で気密に密閉している。外装缶１１と封口板１２は金属板である。外装缶１１は、金属板を底のある筒状にプレス成形して製作される。封口板１２は、中央に凸部電極１３を溶接している。外装缶１１の内部には、電極（図示せず）が内蔵される。さらに、電解液も充填される。外装缶１１は、開口部の端部をかしめ加工して封口板１２を気密に固定している。封口板１２は、ガスケット１４を介して外装缶１１のかしめ部に挟着されて気密に固定される。ガスケット１４は絶縁材のゴム状弾性体で、封口板１２と外装缶１１とを絶縁すると共に、封口板１２と外装缶１１との隙間を気密に閉塞する。この構造の二次電池１０は、封口板１２をかしめて挟着するために、封口板１２を設けている端部に、周囲に沿って溝部１５が設けられる。さらに、封口板１２の周縁にはカシメ凸条１６が設けられる。この二次電池１０は、封口板１２を第１の電極として、外装缶１１を第２の電極としている。ニッケル−水素電池は、第１の電極を正極として第２の電極を負極としている。二次電池は、第１の電極を負極として第２の電極を正極とすることもできる。
【００１５】
図５〜図７の組電池は、複数の二次電池１０を直線状に連結して、直列に接続している。この組電池は、直線状に連結している二次電池１０の端面の間に、二次電池１０を電気接続する接続体２０と、この接続体２０を定位置に配設する保持キャップ３０とを配設している。この組電池は、一方の二次電池１０の封口板１２と他方の二次電池１０の外装缶１１とを接続体２０で接続している。二次電池１０は、封口板１２を第１の電極、外装缶１１を第２の電極としているので、封口板１２に接続される接続体２０が外装缶１１の一部であるカシメ凸条１６に接触するとショートする。したがって、この組電池は、接続体２０とカシメ凸条１６とを絶縁体４０で絶縁している。
【００１６】
接続体２０は、金属板をプレス成形して製作される。接続体２０は、鉄板等の下地金属板の両面に金属メッキ層を設けている。金属メッキ層は、導電性に優れた電気抵抗の小さい導電メッキ層と、この導電メッキ層の表面に積層している溶接に適した抵抗メッキ層とからなる。導電メッキ層は、銅や銀、あるいはこれ等の合金であって、下地金属板と抵抗メッキ層よりも電気抵抗の小さいメッキ層である。抵抗メッキ層は、ニッケルやクローム、あるいはこれらの合金であって、導電メッキ層よりも電気抵抗が大きいメッキ層である。この接続体２０は、抵抗メッキ層で発熱しやすく、電池端面に速やかに溶接される。また導電メッキ層によって電気抵抗が小さく、二次電池１０を低抵抗な状態で直列に接続できる。
【００１７】
接続体２０は、対向して配設される隣接二次電池１０の電池端面に溶接して接続されて、二次電池１０を直列に電気接続している。図８〜図１１は、接続体２０を示している。これ等の図に示す接続体２０は、金属板を穴のあるリング状に成形して、両面に突出して電池端面に溶接される複数の溶接凸部２２を設けている。両面に突出している溶接凸部２２は、対向する電池端面の第１の電極と第２の電極に溶接されて、隣接して配設している二次電池１０を直列に接続する。さらに、図７の接続体２０は、中心孔２１を設けて、ここに凸部電極１３を配設している。接続体は、中心孔を開口することなく、凸部電極を案内する部分を突出させる形状とすることもできる。
【００１８】
接続体２０は、電池端面に設けているカシメ凸条１６の内形よりも外形を大きくしている。図７の接続体２０は、二次電池１０の外形にほぼ等しい外形としている。この接続体２０は、カシメ凸条１６に接触してショートするのを阻止するために、カシメ凸条１６との間に絶縁体４０を配設している。絶縁体４０は、ゴム状弾性体やプラスチック等の絶縁材をリング状に成形した絶縁リング４１である。図の絶縁リング４１は、外形を二次電池１０の外形にほぼ等しくしている。内周縁にはカシメ凸条１６の内面を被覆するリング凸条４２を一体成形して設けている。リング凸条４２は、カシメ凸条１６の内側に嵌入される形状である。この絶縁リング４１は、リング凸条４２をカシメ凸条１６の内側に嵌入して定位置に配設される。
【００１９】
接続体２０は、内周部２３と外周部２４とに段差のある形状に、金属板をプレス成形している。内周部２３は封口板１２の表面に接近する位置に配設され、外周部２４は絶縁リング４１の表面で外装缶１１の底面に接近する位置に配設される。接続体２０は、内周部２３と外周部２４に、各々溶接するために複数の溶接凸部２２を設けている。内周部２３の溶接凸部２２は、封口板１２の方向に突出して封口板１２に溶接される。外周部２４の溶接凸部２２は、外装缶１１の底面に向かって突出して外装缶１１の底面の外周部に溶接される。内周部２３と外周部２４の溶接凸部２２が、対向する二次電池１０に溶接されて、二次電池１０は直列に接続される。
【００２０】
図８〜図１１に示す接続体２０は、内周部２３と外周部２４にそれぞれ４個の溶接凸部２２を設けている。内周部２３と外周部２４に設けられる各４個の溶接凸部２２は、同心円状に配置している。内周部２３と外周部２４は、９０度ピッチで等間隔に溶接凸部２２を設けている。さらに、内周部２３の溶接凸部２２と外周部２４の溶接凸部２２は、互いに接近する位置に配設している。図に示す接続体２０は、内周部２３の溶接凸部２２と外周部２４の溶接凸部２２とを同一半径上に配置して、これらを最も接近させている。このように、内周部２３の溶接凸部２２と外周部２４の溶接凸部２２とを接近して配置する構造は、通電経路の距離を最短として、この間の電気抵抗を小さくできる特長がある。ただ、接続体は、内周部と外周部に、３〜１０個の溶接凸部を設けることもできる。
【００２１】
さらに、内周部２３と外周部２４は、それぞれ隣接する溶接凸部２２の間に切欠部２６を設けている。内周部２３の切欠部２６は、内周部２３の中心孔２１から半径方向に延長して設けている。外周部２４の切欠部２６は、外周縁から中心方向に延長して設けている。内周部２３と外周部２４は、９０度ピッチで等間隔に切欠部２６を設けている。互いに対向する内周部２３の切欠部２６と外周部２４の切欠部２６は、それぞれの底部が接近するように同一半径上に設けている。図に示す切欠部２６は同じ幅のスリット状に形成している。ただ、切欠部は、必ずしもスリット状とする必要はなく、三角形状や円弧状とすることもできる。このように、隣接する溶接凸部２２の間に切欠部２６を有する接続体２０は、それぞれの溶着凸部２２に流れる溶着電流を均一にして、確実に溶接できる特長がある。
【００２２】
さらに、この接続体２０は、内周部２３や外周部２４を切欠部２６で複数の領域に分割することによって、互いに隣接する各領域の相対的な向きを変化できるようにしている。すなわち、内周部２３と外周部２４は、切欠部２６を境界として、多少は弾性変形できる構造としている。この構造の接続体２０は、分割された内周部２３や外周部２４の弾性によって、組電池の接続部に作用する応力を分散して溶着部分が受けるダメージを極減できる。したがって、組電池の接続部における振動や曲げに対する強度を向上できる特長がある。図の接続体２０は、内周部２３と外周部２４の両方に切欠部２６を設けて、内周部２３と外周部２４を複数の領域に分割している。ただ、接続体は、内周部あるいは外周部の一方にのみ切欠部を設けて、これを複数の領域に分割することもできる。さらに、図に示す接続体２０は、内周部２３と外周部２４を切欠部２６で４つの領域に分割しているが、接続体は、内周部や外周部を切欠部で３〜１０の領域に分割することもできる。
【００２３】
保持キャップ３０は、全体をプラスチック等の絶縁材で成形している。保持キャップ３０は、隣接する二次電池１０の間に配設されて、接続体２０を抜け難いように定位置に保持する。保持キャップ３０は、保持する接続体２０の両面を対向する電池端面に溶接するために貫通孔３３を設けている。図７の保持キャップ３０は、接続体２０を定位置に保持する保持部３２と、この保持部３２の外周に連結するように成形している筒部３１とを備える。プラスチック製の保持キャップ３０は、筒部３１と保持部３２からなる全体を一体的に成形できるので、保持部３２と筒部３１を別々に製作して連結する必要がない。貫通孔３３は、保持部３２に開口される。筒部３１は、周囲に溝部１５のある二次電池１０の端部を挿入している。さらに筒部３１は、抜け難いように二次電池１０に挿入するために、内面に突出して係止凸部３４を設けている。係止凸部３４は、二次電池１０の端部にある溝部１５に嵌入されて、保持キャップ３０が二次電池１０から抜け難くする。図の保持キャップ３０は、筒部３１の内面に沿う凸条を設けて係止凸部３４としている。係止凸部３４は、必ずしも凸条の形状とする必要はない。係止凸部は、部分的に突出する凸部を、二次電池の溝部と対向する位置に設ける形状とすることもできる。
【００２４】
係止凸部３４の内面突出高さは、高すぎると筒部３１に二次電池１０の端部をスムーズに挿入できなくなる。反対に低すぎると、挿入した二次電池１０が抜けやすくなる。したがって、係止凸部３４の高さは、スムーズに挿入できて、抜け難いように設計される。保持キャップは、筒部に縦方向にスリットを設けることができる。この筒部は、高い係止凸部を設けてスムーズに二次電池の端部を挿入できる。スリットで複数に切り離された筒部が弾性変形しやすくなるからである。ただ、係止凸部の高さを最適にして、スリットのない筒部に二次電池をスムーズに挿入しながら、抜け難くすることもできる。
【００２５】
図７の保持キャップ３０は、貫通孔３３を大きくして、保持部３２の幅を狭くしている。大きな貫通孔３３は、カシメ凸条１６の上方に配設される接続体２０の外周部２４を、図において上に配設している外装缶１１の底面に表出させる。保持部３２は、接続体２０の外周縁の上面に位置して、接続体２０を抜け難いように定位置に保持する。接続体２０の外形は二次電池１０の外形にほぼ等しく、いいかえると筒部３１の内形とほぼ等しく、筒部３１の内面に当接して水平方向のずれが阻止される。さらに、この図の接続体２０は、内周部２３と外周部２４との間に段差を設けているので、この段差部２５を絶縁リング４１の内周面に当接して、定位置に配置される。
【００２６】
図７の保持キャップ３０は、保持部３２で接続体２０を抜け難いように保持するが、本発明は、保持キャップが接続体を定位置に保持する構造を以上のものに特定しない。保持キャップは、接続体を保持部の貫通孔に抜け難いように嵌着して定位置に保持することができる。また、プラスチック製の保持キャップを成形するときに、接続体をインサートして定位置に保持することもでき、さらに、接続体を接着して定位置に保持することもできる。
【００２７】
さらに、本発明の組電池は、必ずしも保持キャップで接続体を抜け難いように保持する必要はない。本発明の組電池は、図示しないが、保持キャップを配設することなく、複数の二次電池を直線状に連結して直列に接続することもできる。この組電池は、接続体の内周部と外周部の間に設けられた段差部を緩衝リングの内周面に当接させて、接続体を定位置に配置できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の組電池は、簡単かつ容易に、しかも低抵抗な状態で電池を電気接続しながら、電池をしっかりと確実に溶接して連結できる特長がある。それは本発明の組電池が、同一円周上の点を対向する電池端面に溶接するのではなく、接続体の内周部と外周部とを別々の電池端面に溶接しているからである。とくに、接続体は、カシメ凸条との間を絶縁体で絶縁して、その外形を大きくすることができる。大きな接続体の複数ヶ所を溶接して電池を連結している組電池は、接続部分の強度が強く、とくに曲げ応力に対して充分な強度として、電池をしっかりと確実に連結できる。
【００２９】
さらに、内周部と外周部の複数点を対向する電池端面に溶接する構造は、内周部と外周部の溶接点を接近することができるので、同一円周上の複数点を対向する電池端面に溶接している従来の組電池に比較して、接続部分に電気抵抗を小さくできる。このことは、接続体の両面を対向する電池端面に溶接していることと相乗して、ふたつの電池を低抵抗な状態で接続できる特長を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の組電池の連結構造を示す縦断面図
【図２】図１に示す組電池の接続体を示す斜視図
【図３】本出願人が先に出願した組電池に使用する接続体の斜視図
【図４】図３に示す接続体の連結構造を示す縦断面図
【図５】本発明の一実施例にかかる組電池の側面図
【図６】図５に示す組電池をケースに収納する構造を示す斜視図
【図７】図５に示す組電池の連結構造を示す拡大断面図
【図８】図７に示す組電池の接続体を示す斜視図
【図９】図８に示す接続体の正面図
【図１０】図８に示す接続体の平面図
【図１１】図１０に示す接続体のＡ−Ａ線断面図
【符号の説明】
１０…電池
１１…外装缶
１２…封口板
１３…凸部電極
１４…ガスケット
１５…溝部
１６…カシメ凸条
２０…接続体
２１…中心孔
２２…溶接凸部
２３…内周部
２４…外周部
２５…段差部
２６…切欠部
３０…保持キャップ
３１…筒部
３２…保持部
３３…貫通孔
３４…係止凸部
４０…絶縁体
４１…絶縁リング
４２…リング凸条
６０…端子
７０…ケース
７１…下ケース
７２…バスバー
９０…接続体
９２…溶接凸部
９３…平面部
９４…円筒部
【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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