(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルからなる集電板に複数の電池の各々の正極又は負極の端子に接続する集電部位を形成し、前記集電板の電池が配置される側とは反対側の面に、その両面にニッケルメッキ層が形成された銅からなる入出力板を積層し、前記集電板と前記入出力板とを積層した状態で該入出力板の融点の９割の温度で、前記集電板と積層されて突き合された前記入出力板のニッケルメッキ層とが一体となった層が現れるまで保持して面接合して、前記集電板と前記入出力板との突合面積に対する接合面積を通電可能面積にすることを特徴とする組電池パックの入出力構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、導電率が向上し、かつ大電流通電が可能な組電池パックの入出力構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、大容量の電力を要する場合、もちろんその電力を出力する電池を製作すればよいが、製作コストなどの観点で、例えば既存のサイズ及び出力の電池（繰り返し使う場合は充電池）を多数筐体に収納したいわゆる組電池パックが用いられる。【０００３】  組電池パックは、単セル又は複数セルの単電池を薄板の連絡端子板にて、並列又は直列に電池出力端子に抵抗溶接等で接続を行い、希望の容量を出力することができるようにしたものである。【０００４】  具体的には、例えば特許文献１の図４を参照した従来例に示されるように、樹脂スプリングの性能を保有する構造を、充電器ケースと一体に樹脂成型し、その樹脂スプリングに金属端子（以下、接点という）を埋め込み、電池の正極及び負極をそれぞれ接続すると共に、樹脂スプリングの圧力によって、電池を充電器ケース内に保持した構成である。【０００５】  近年、いわゆる電気自動車、産業機器、家電、様々な機器の動力源として充電型の組電池パックが用いられるようになってきている。その理由はクリーンなエネルギーで省スペース、充電により繰り返しの使用が可能で取り扱い簡単かつ安全性が高いためである。【０００６】  充電池を用いた組電池パック（以下、充電型組電池パックという）を動力源とすれば、電力が低下すれば充電して繰り返し使え、それまでの燃料型の動力源に対し、内燃機関を別途設ける必要がないので機器の小型化に貢献でき、燃料の保管や取扱の危険度が低という利点がある。【０００７】  充電型組電池パックが電池取替型の組電池パックと異なる点は、電池自体が充電可不可で異なることはもちろんであるが、充電池を採用することに伴って該充電池を複数収納したケースを電池交換のために開閉することがないということである。【０００８】  それゆえ、充電型電池パックの電力の入出力構造は、上記特許文献１のように導電性の高い銅の薄板でなる端子と単に接触する構成とは異なり、一枚のそして薄い例えば純ニッケル板に充電池配置位置に対応したタブ状の接点片を形成し、このタブを電池の端子と溶接する構成となっている。【０００９】  純ニッケル板を使う理由は腐食に強いと共に導電率も高く、充電池の端子材料との溶接が材料の相性において良好であること、また、一枚で薄くしている理由は純ニッケル板の材料単価が高いこと、であるが、一枚の薄い純ニッケル板だけで構成すると、撓みが発生するといくら溶接していたとしても充電池の端子との溶接が剥離する可能性あると共に、大電流の取り出し時にニッケル板の固有抵抗でニッケル板自体が発熱し、自己発熱により一層固有抵抗が高くなるという悪循環が生じるためである。【００１０】  上記不具合解消のために、純ニッケル板において充電池に面する側の反対側の面に、剛性を確保することと電気的な入出力回路を形成することを目的としたニッケルよりも固有抵抗の低い一定厚みの銅板を設けている。【００１１】  銅板と純ニッケル板とは積層されて、つまり接触させているが、従来、この銅板と純ニッケル板とは、各接点片の近傍をレーザー溶接することで一体（レーザー照射箇所の溶融状態）とされ、レーザー溶接部分において純ニッケル板と銅板とを電気的に接続した回路を構成していた。【００１２】  上記��従来において、純ニッケル板と銅板とを部分的にレーザー溶接により一体としていた理由は、銅は固有抵抗が低く生産コストの安い抵抗溶接での接合が不安定で困難なためである。【００１３】  しかしながら、従来の純ニッケル板と銅板とを部分的にレーザー溶接により一体とする手法であると、レーザー溶接された部分は、純ニッケル板と銅板とが溶融して確実に接触して導電状態となるが、それ以外の部分は導電性が極めて低い状態で接触しているだけなので、純ニッケル板から銅板に至る回路としては前記のとおりレーザー溶接された部分だけとなる。【００１４】  そして、純ニッケル板から銅板に至る回路がレーザー溶接された部分のみと言うことは、通電経路の抵抗値が高い回路が形成されていることであり、よって、従来の入出力構造は、レーザー溶接部分が発熱して、放電時には出力ロスが生じて理論値より低い電流しか出力できないこととなると共に充電時には同じく入力ロスが生じて時間がかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】実用新案登録第３０９６２４７号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】  本発明が解決しようとする問題は、従来の組電池パックの入出力構造おいて純ニッケル板と銅版とをレーザー溶接にて部分的に接合したことに起因して、この接続部分が抵抗となって発熱し、放電時には出力ロスが生じて理論値より低い電流しか出力できないこととなる一方で、充電時には入力ロスが生じて時間がかかるという点、である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の組電池パックの入出力構造の製造方法は、ニッケルからなる集電板に複数の電池の各々の正極又は負極の端子に接続する集電部位を形成し、前記集電板の電池が配置される側とは反対側の面に、その両面にニッケルメッキ層が形成された銅からなる入出力板を積層し、前記集電板と前記入出力板とを積層した状態で該入出力板の融点の９割の温度で、前記集電板と積層されて突き合された前記入出力板のニッケルメッキ層とが一体となった層が現れるまで保持して面接合して、前記集電板と前記入出力板との突合面積に対する接合面積を通電可能面積にすることを主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】  本発明では、集電板と入出力板とが面接合されて導電面積が増加することで、導電率が向上し、かつ大電流通電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の入出力構造の製造方法により得た組電池パックの入出力構造を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明の入出力構造の製造方法により得た組電池パックの入出力構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の目的は、組電池パックにおいて少なくとも出力のロスを抑制することにある。そして、この目的は、組電池パックの入出力構造を、ニッケルからなる集電板に複数の電池の各々の正極又は負極の端子に接続する集電部位を形成し、前記集電板の電池が配置される側とは反対側の面に、その両面にニッケルメッキ層が形成された銅からなる入出力板を積層し、前記集電板と前記入出力板とを積層した状態で該入出力板の融点の９割の温度で、前記集電板と積層されて突き合された前記入出力板のニッケルメッキ層とが一体となった層が現れるまで保持して面接合する、手順で製造することで達成した。
【００２１】  なお、本発明において、集電板にはニッケル基において広範囲な腐食環境に対して優れた耐食性を有し、かつ導電性の高い合金であるいわゆる純ニッケルを採用することが望ましい。なお、コスト面を考慮するとニッケル板や他の導電金属を採用しても構わない。
【００２２】  また、集電板の厚みは、０．１〜０．２ｍｍとすることが望ましい。０．２ｍｍより厚くなると、抵抗溶接の長所である接合面での溶融が困難となり、溶融電流値を大きく設定する必要があり、大電流によって電池端子にダメージを与え、液漏れ等重大な不具合を起こす要因となる可能性がある。一方、０．１ｍｍより薄くすると、集電効率が悪くなる他、電池として充電池を採用した場合、該充電池の端子への溶接が困難となる。
【００２３】  一方、入出力板は、銅を採用することが望ましい。入出力板として銅を採用するとした場合、厚みが０．５〜２．０ｍｍとすることが望ましい。０．５ｍｍより薄くなると剛性を確保できない可能性がある。また、２．０ｍｍより厚くなると不必要に厚くなって無駄となると共に、組電池パックが重くなり、コストアップとなるばかりか、この増加重量に起因して組電池パックのパフォーマンスも低下する（高負荷となる）可能性がある。
【００２４】
上記の組電池パックの入出力構造は、本発明の方法、すなわち、ニッケルからなる集電板に複数の電池の各々の正極又は負極の端子に接続する集電部位を形成し、前記集電板の電池が配置される側とは反対側の面に、その両面にニッケルメッキ層が形成された銅からなる入出力板を積層し、前記集電板と前記入出力板とを積層した状態で該入出力板の融点の９割の温度で、前記集電板と積層されて突き合された前記入出力板のニッケルメッキ層とが一体となった層が現れるまで保持して面接合し、前記集電板と前記入出力板との突合面積に対する接合面積を通電可能面積にするように製造する。
【００２５】
上記において、集電板と入出力板との面接合は、集電板を純ニッケル、入出力板をその両面にニッケルメッキ層が形成された銅、として各々の板厚が上記範囲のとき、焼結炉にて、該入出力板の材料の融点の９割の温度で、前記集電板と積層されて突き合された前記入出力板のニッケルメッキ層とが一体となった層が現れるまで保持し、後に急冷する、といった手法で行われる。
【００２６】
このように、集電板と入出力板とを該入出力板の融点の９割の温度で、前記集電板と積層されて突き合された前記入出力板のニッケルメッキ層とが一体となった層が現れるまで保持して一体とすることで、溶接と異なり、物理的にも電気的にも面的に接合されることとなり、よって、導電面積が増加して通電経路が低抵抗となり、電池として充電池を採用した場合には入出力のロスを抑制することができるようになる。
【実施例】
【００２７】  以下、本発明の一実施例について図１及び図２を用いて説明する。本例では、電池として例えば充放電自在な充電池Ｂを用いた構成で説明する。組電池パックの入出力構造（以下、入出力構造という）は、組電池パック１内の複数の充電池Ｂを収納するケース２における各々の充電池Ｂの正極と負極の内面に設けられた次の構造を意味する。【００２８】
すなわち、入出力構造は、各々の充電池Ｂの正極と負極のそれぞれの端子に電気的に接続する集電部位３ａを形成した純ニッケルでなる厚み０．１５ｍｍの集電板３と、この集電板３における充電池Ｂに臨む側と反対面に設けた銅でなる厚み１．０ｍｍの入出力板４と、を面接合してなる。
【００２９】  集電板３における集電部位３ａは、図示するように、例えば打ち抜き加工により該集電板３から集電部位３ａが一体的に残るように形成すればよく、集電部位３ａの形状は、充電池Ｂとの溶接が容易かつ確実となるような形状とすればよい。【００３０】
なお、集電部位３ａは、焼結炉に入れる前に、該入出力板４側と反対側へ若干折り返しておく。こうすることで集電部位３ａが入出力板４と一体化せず、充電池Ｂ側に自由に折り曲げ調整可能となる。
【００３１】
入出力板４は、集電板３に積層される側と、この反対側と、の両面に各々ニッケルメッキ層４ａ，４ｂが形成されている。この理由は、入出力板４の酸化防止となるためである。なお、入出力板４における集電板３に積層される側のニッケルメッキ層４ａは、該集電板３と該入出力板４の融点の９割の温度で、該集電板３と積層されて突き合された入出力板４のニッケルメッキ層４ａとが一体となった層５が現れるまで保持する際に集電板３と入出力板４の材料において一体化される。
【００３２】
上記構成の入出力構造は、次のようにして製造される。図２（ａ）に示すように、集電板３に複数の充電池Ｂの各々の正極又は負極の端子に接続する集電部位３ａを形成し、例えば本例の場合は集電部位３ａを入出力板４が積層される側と反対側へ若干だけ折り返し、集電板３の充電池Ｂが配置される側とは反対側の面に上記のとおりニッケルメッキ層４ａ，４ｂが施された入出力板４を積層し、このとき、集電板３と入出力板４とを積層した状態で以下の条件により突き合せた積層面を面的に接合する。
【００３３】
接合条件は、集電板３がニッケル、入出力板４が銅の場合、それぞれの板厚が上記範囲のとき、焼結炉にて、入出力板４の材料の融点の９割の温度で、集電板３と積層されて突き合された入出力板４のニッケルメッキ層４ａとが一体となった層５が現れるまで保持し、後に急冷する、といった条件で行えばよい。これにより、図２（ｂ）に示すように、集電板３と積層されて突き合された入出力板４のニッケルメッキ層４ａとが一体となった層５が現れ、この層５が集電板３と入出力板４との導電面となる。
【００３４】
上記の後、入出力構造は、本例では、集電部位３ａ各々と複数の充電池Ｂのそれぞれの接続端子を、必要に応じて例えば溶接により電気的かつ物理的に接続し、ケース２へ納める。こうして組電池パック１が完成することとなる。
【００３５】
続いて、本発明の効果、すなわち導電効率について行った試験結果を説明する。以下の導電効率では、充電池Ｂ、集電板３及び入出力板４の材料、寸法を同じ条件とした入出力構造において、集電板３と入出力板４の接合条件だけを異ならせて、つまり通電可能面積を異ならせて、この通電可能面積を通電経路の理論上の最大値として各々を評価した。
【００３６】（従来例）接合手法：レーザー溶接・集電板３の「総面積」：１１９００ｍｍ2・集電板３と入出力板４との「突合面積」：８２８４ｍｍ2・「接合面積」：φ１ｍｍ×１５点を３０カ所  接合面積４５０ｍｍ2・突合面積に対する接合面積の割合：約５．４％（総面積に対しては約３．８％）【００３７】
（本発明）接合手法：入出力板４の融点の９割の温度で層５が現れるまで保持
・集電板３の「総面積」：１１９００ｍｍ2
・集電板３と入出力板４との「突合面積」：８２８４ｍｍ2
・「接合面積」：約８２００ｍｍ2
・突合面積に対する接合面積の割合：約９９．０％
（総面積に対しては約６９．０％）
【００３８】  以上の結果から、従来例では、そもそも突合面積が８２８４ｍｍ2 存在するにも拘わらず、レーザー溶接により４５０ｍｍ2 しか接合していないので、通電可能面積（通電経路）は理論上５．４％しかなく、通電経路が限られているので、その分が抵抗となり、熱としてロスが生じ、通電経路の抵抗が上昇することとなった（集電板３と入出力板４との溶接部が発熱した）。【００３９】
一方、本発明は、突合面積の８２８４ｍｍ2 に対して上記接合手法により約８２００ｍｍ2 が面接合しているので、通電可能面積（通電経路）は理論上９９．０％となり、充電池Ｂからほぼ最大限の電流値が取り出せ、通電経路の抵抗上昇にはつながらなかったことから、熱としてロスが生じることがなかった（集電板３と入出力板４の突合面での発熱は生じなかった）。
【００４０】
以上のことから、本発明は、導電率が向上し、かつ大電流通電が可能であることが判明した。また、本発明であれば、焼結炉にて上記接合手法を行うので、高品質で多量の入出力構造を製作できるという利点もある。さらに、本発明は、入出力板４の融点の９割の温度で、集電板３と積層されて突き合された入出力板４のニッケルメッキ層４ａとが一体となった層５が現れるまで保持することにより集電板３と入出力板４とを強固に一体化しているので、従来のように（レーザー）溶接不良、あるいは振動等によるレーザー溶接部位の剥がれ等のトラブルが発生することはない。
【００４１】
なお、本発明は、上記では充電池Ｂを採用した例を示したが、放電のみの通常の電池を採用しても構わないほか、上記では入出力板４に一枚板としているが、集電部位３ａに対応する部位は面接合しないので、入出力板４において該集電部位３ａを包囲される孔を形成した構成であってもよい。
【００４２】
こうすれば、集電板３と入出力板４とを積層する際に、上記では集電部位３ａを該入出力板の積層側と反対側へ折り返すようにしたが、この手間を省くことができ、重量削減と処理時間の短縮化を図ることができると共に、集電部位３ａと充電池Ｂの接続端子との溶接が、該孔を介して行えるので作業性が向上することとなる。
【符号の説明】
【００４３】
１  組電池パック
２  ケース
３  集電板
３ａ  集電部位
４  入出力板
４ａ，４ｂ  ニッケルメッキ層
５  層
Ｂ  充電池
【要約】  導電率向上と大電流通電が可能な組電池パックの入出力構造を提供する。  本発明の組電池パック１の入出力構造は、複数の充電池Ｂを収納したケース２内に設けられる、複数の充電池Ｂの各々の正極又は負極の端子に電気的に接続する集電部位３ａを形成した集電板３と、この集電板３における充電池Ｂに臨む側と反対面に設けた入出力板４と、を面接合してなる。  こうすることで、集電板３と入出力板４との突合面積のほぼ全域が通電経路となるため、抵抗値が極めて低く、発熱によるロスが生じない。【図１】
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【図２】
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