(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子が取り付けられている封口板及び前記封口板により上端開口が封口された外装缶を備えた円柱状電池を複数個直列に接続するための導電材料から成る電池間の接続部材であって、
前記円柱状電池の缶底部を収容可能な収容領域を形成する有底円筒状の大円筒部と、
前記大円筒部の底壁の中央部を前記収容領域とは反対側へ凹ませて形成され、前記大円筒部と同心の有底円筒状の小円筒部と、
前記小円筒部の底壁の中央部を前記収容領域側へ膨出させて形成され、前記大円筒部と同心の円筒状をなし、且つ、前記収容領域側に位置した端面及びこの端面の中央に前記円柱状電池の正極端子と略同寸の貫通孔を有する膨出部と
を備え、
前記大円筒部は、
自身の周壁に設けられ、前記大円筒部内に開口した開口を有する複数の小孔と、これら小孔の前記開口の周縁から前記大円筒部の径方向内側に向かって突出する環状の突出縁とを含み、
前記小円筒部は、
自身の底壁に設けられ、前記小円筒部外に開口した開口を有する複数の小孔と、これら小孔の前記開口の周縁から前記収容領域とは反対側に向かって突出する環状の突出縁とを含み、
前記膨出部は、
前記端面に前記膨出部の外径と前記貫通孔の内径との間の差によって残されたインナフランジを更に有することを特徴とする電池間の接続部材。
【請求項２】
前記突出縁の高さが０．２ｍｍ〜０．７ｍｍである請求項１に記載の電池間の接続部材。
【請求項３】
厚み３μｍ以下のニッケルめっきが施されている請求項１または２に記載の電池間の接続部材。
【請求項４】
複数の円柱状電池が、請求項１〜３のいずれかの電池間の接続部材を用いて直列に接続された電池モジュールであって、前記小円筒部の底壁と前記円柱状電池の封口板との間、および前記大円筒部の周壁と前記円柱状電池の缶底部との間が、前記突出縁を溶解してナゲットとするシリーズ式抵抗溶接法で溶接されていることを特徴とする電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池間の接続部材とそれを用いた電池間の接続構造に関し、更に詳しくは、それを用いた電池間の接続構造が、充分な機械的強度を確保し、電気抵抗が低く、低コストで形成され、生産性と信頼性の高いものとなる電池間の接続部材と、それを用いた電池間の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ノートパソコン等の電子機器類、ならびに各種の電動工具や電動アシスト自転車、更には電気自動車の駆動源として、複数個のニッケル・水素二次電池を直列に接続して成る電池モジュールが使用されている。そして、これら製品の市場拡大に伴って電池モジュールの需要も増加しており、その高出力化という性能向上のみならず、生産性の向上やコスト低減も強く求められている。
【０００３】
このような電池モジュールで用いられている、電池間の接続構造の一例を図７に示す。
この接続構造は、円柱状の電池Ｍ，Ｎが図８で示した形状の接続部材４０で直列に接続された構造になっている。
接続部材４０は、底部と円筒部が一体化された皿形状をしており、溶接時の無効分流を低減するためのスリットＤ４または小孔Ｄ１がそれぞれ底部と円筒部に設けられている。
【０００４】
この接続部材４０を用いて接続構造を形成する場合には、まず、電池Ｎの上部に突設した状態で位置する正極端子Ｎ３の上面に接続部材４０の底部を位置合わせして載置し、ついでスリットＤ４をまたいで２本の溶接電極を当接させてシリーズ式抵抗溶接法により両者を溶接する。しかる後、接続部材の円筒部の中に電池Ｍの缶底部Ｍ１を挿入し、小孔Ｄ１をまたいで２本の溶接電極を当接させてシリーズ式抵抗溶接法により両者を溶接して、上下に２個の電池を直列に接続する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の電池間の接続構造には、以下のような問題がある。
電池モジュールの高出力化に伴って、接続される電池の個数が多くなっていくと、接続される電池の個数が２個程度の場合に比較して、各接続構造の溶接部への機械的負荷が大きくなる。具体的には、電池モジュール両端部への外部端子接続のためのボルトを締付けるときに発生する電池の円周方向の回転モーメントや、実使用時に電池モジュールに加えられる曲げ応力は非常に大きくなる場合がある。そのような場合、正極端子Ｎ３が電池Ｎの径方向の中心に位置し、その上面が狭いこともあって、正極端子Ｎ３と接続部材４０の底部の溶接箇所に大きな回転モーメントあるいは曲げ応力が集中するようになり、溶接箇所が破断することがある。すなわち、この接続構造の場合、機械的強度不足という問題がある。
【０００６】
また、同じく電池モジュールの高出力化に伴って、接続構造には大電流が流れることとなる。これにより、従来は問題とならなかった、電池間の接続構造における電気抵抗によって生じる電力損失が無視できない問題となる。
そして、この接続構造は、シリーズ式抵抗溶接法により形成されるナゲットの形状や大きさが、溶接時における接続部材と電池の接触状態の微妙な違いにより溶接ごとにばらつくため、溶接強度が安定せず、信頼性が低いという問題もある。
【０００７】
また更に、この接続構造の場合、電池Ｎの正極端子Ｎ３に接続部材４０を載置したのち溶接して形成されるが、そのとき、当該接続部材４０が電池Ｎの径方向にずれないように両者を位置決めすることが必要になる。このような処置を施さないと、組み立てられた電池モジュールは真っ直ぐなものにならないからである。このようなことから、上記した接続構造の形成に際しては、接続部材Ｅと電池Ｎとの位置決め用の治具が必要になる。
【０００８】
このことは、接続部材４０の電池Ｎへの溶接作業に慎重さが求められるので生産性を低下させると同時に、別体の位置決め用治具も必要になるという点で、コスト上昇を招くことになる。
本発明は、この従来技術の電池間の接続部材及びそれを用いた電池間の接続構造における上記した問題を全て解決し、それを用いた電池間の接続構造が、充分な機械的強度を確保し、電気抵抗が低く、低コストで形成され、生産性と信頼性の高いものとなる電池間の接続部材と、それを用いた電池間の接続構造の提供とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、正極端子が取り付けられている封口板及び前記封口板により上端開口が封口された外装缶を備えた円柱状電池を複数個直列に接続するための導電材料から成る電池間の接続部材であって、前記円柱状電池の缶底部を収容可能な収容領域を形成する有底円筒状の大円筒部と、前記大円筒部の底壁の中央部を前記収容領域とは反対側へ凹ませて形成され、前記大円筒部と同心の有底円筒状の小円筒部と、前記小円筒部の底壁の中央部を前記収容領域側へ膨出させて形成され、前記大円筒部と同心の円筒状をなし、且つ、前記収容領域側に位置した端面及びこの端面の中央に前記円柱状電池の正極端子と略同寸の貫通孔を有する膨出部とを備え、前記大円筒部は、自身の周壁に設けられ、前記大円筒部内に開口した開口を有する複数の小孔と、これら小孔の前記開口の周縁から前記大円筒部の径方向内側に向かって突出する環状の突出縁とを含み、前記小円筒部は、自身の底壁に設けられ、前記小円筒部外に開口した開口を有する複数の小孔と、これら小孔の前記開口の周縁から前記収容領域とは反対側に向かって突出する環状の突出縁とを含み、前記膨出部は、前記端面に前記膨出部の外径と前記貫通孔の内径との間の差によって残されたインナフランジを更に有することを特徴とする電池間の接続部材が提供される（請求項１）。
【００１０】
また、本発明においては、前記突出縁の高さが０．２ｍｍ〜０．７ｍｍであることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
また、本発明においては、厚み３μｍ以下のニッケルめっきが施されている請求項１または２に記載の電池間の接続部材が提供される（請求項３）。
更に、本発明においては、複数の円柱状電池が、請求項１〜３のいずれかの電池間の接続部材を用いて直列に接続された電池モジュールであって、前記小円筒部の底壁と前記円柱状電池の封口板との間、および前記大円筒部の周壁と前記円柱状電池の缶底部との間が、前記突出縁を溶解してナゲットとするシリーズ式抵抗溶接法で溶接されていることを特徴とする電池モジュールが提供される（請求項４）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る電池間の接続部材の参考例を説明する。
接続部材１０は、図１および図１のII−II線に沿う断面図である図２に示したように、上部が開口する大円筒部Ａとその下に位置する小円筒部Ｂとが一体的に形成されて段部を有する皿形状になっている。
【００１３】
そして、大円筒部Ａは、図２の仮想線で示したように、円柱状電池Ｍの缶底部Ｍ１の径と同じ大きさの直径になっていて、ここに電池Ｍの缶底部Ｍ１が収容できるようになっている。
また、小円筒部Ｂは、その高さが円柱状電池Ｎの上部に突出した状態で位置する正極端子Ｎ３よりも若干高く、円柱状電池Ｎの上面に位置する封口板Ｎ２と接触可能な底面を有し、その底面の中央に正極端子Ｎ３と略同寸の貫通孔Ｂ２とを有する。
【００１４】
大円筒部Ａの側部Ａ１および小円筒部Ｂの底面Ｂ１には、それぞれ、複数個の小孔Ｃ１が形成されている。
そして、小孔Ｃ１の縁からはバリ部Ｃ２が突出形成されている。このとき、大円筒部の側部Ａ１に形成されるバリ部Ｃ２は、側部Ａ１の内側へと突出し、また、小円筒部Ｂの底面Ｂ１に形成されるバリ部Ｃ２は、小円筒部Ｂより下方へ向かって突出形成されている。
【００１５】
次に、本発明に係る電池間の接続部材の実施形態を説明する。
接続部材２０は、図３（ａ），３（ｂ）および図３（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５に示したように、上述の接続部材１０と同様、上部が開口する大円筒部Ａとその下に位置する小円筒部Ｂとが一体的に形成されて段部を有する皿形状になっている。但し、この実施形態においては、小円筒部Ｂが、円柱状電池Ｎの上面に位置する封口板Ｎ２と接触可能な底面Ｂ１2を有する円環状部Ｂ１1と、この底面Ｂ１1の内縁より上方へ膨出する膨出部Ｂ３とから成り、その膨出部Ｂ３の上面中央部に正極端子Ｎ３と略同寸の貫通孔Ｂ２を有している。
【００１６】
そして、大円筒部Ａの側部Ａ１および小円筒部Ｂの円環状部Ｂ１1の底面Ｂ１2には、それぞれ、複数個の小孔Ｃ１が形成されている。
上述した接続部材１０及び接続部材２０は、所望厚みの例えば鉄板などをプレス成形したのち、バリ部Ｃ２が同時に形成されるよう、所定箇所に小孔Ｃ１を穴開け加工するなどの方法で簡単に製造することができる。また、予めニッケルめっきが表面に施された鉄板を用いて接続部材１０及び接続部材２０を製造すると、後述するシリーズ式抵抗溶接を行ったのちの溶接強度が高くなるので好適である。その場合、めっき厚は３μｍ以下であればよい。なお、このニッケルめっきは接続部材を製造した後に、接続部材の表面に後めっきして形成してもよい。
【００１７】
尚、小孔Ｃ１の形状は、例示的に円形としたが、図４に示したようにスリット状、あるいは楕円形、矩形等の形状であってもよい。また、接続部材の側部Ａ１に、図４に示したようにその周縁上端まで達するスリットＡ１1を２〜４箇所設けると、円柱状電池の缶底部Ｍ１を接続部材の大円筒部Ａへ収容するときにスリットＡ１1が開きスムーズな収容が可能となる。
【００１８】
次に本発明の接続構造の形成方法を電池間の接続部材２０を用いる場合について説明する。
まず、円柱状電池Ｎの上面（プラス極）に接続部材２０を配置する。
このとき、接続部材２０の貫通孔Ｂ２に電池Ｎの正極端子Ｎ３が嵌入することにより、接続部材２０は電池Ｎの径方向について位置決めされる。そして、それと同時に小円筒部Ｂの底面Ｂ１2は電池Ｎの封口板Ｎ２とバリ部Ｃ２を介して接触し、これらバリ部Ｃ２は小孔Ｃ１の縁と略同じ長さで溶接箇所へと線接触するようになる。
【００１９】
ついで、この円環状部Ｂ１1の底面Ｂ１2に位置する小孔Ｃ１の両脇に上方より２本の電極を配置してシリーズ式抵抗溶接が行われ、バリ部Ｃ２が溶融してナゲットＣ３を形成することにより上記接続部材２０が電池Ｎに溶接・固定される。このとき、小孔Ｃ１が無効電流を防止するため、効率的にバリ部Ｃ２が溶融してナゲットＣ３となる。また、このバリ部Ｃ２により、溶接電流が流れる箇所の断面積を溶接ごとに常に一定にすることができるので、溶接強度のばらつきが小さい信頼性の高い溶接が可能となる。
【００２０】
尚、バリ部Ｃ２の突出する高さは０．２ｍｍ〜０．７ｍｍであるのが好ましい。０．１９ｍｍ以下であると、他の部分を溶接電流が流れてしまい、また０．７５ｍｍ以上であるとそれを小孔の縁に略均一に形成するのが難しくなり、いずれの場合も溶接強度のばらつきが大きくなる。
ついで、接続部材２０の大円筒部Ａに円柱状電池Ｍの缶底部（マイナス極）Ｍ１が収容される。缶底部Ｍ１の側面は、大円筒部Ａの側部Ａ１の内側とバリ部Ｃ２を介して接触し、また各バリ部Ｃ２は大円筒部Ａの側部Ａ１と線接触するようになる。なお、小円筒部Ｂは先に接続部材２０に固定されている電池Ｎの正極端子Ｎ３よりも高いので、正極端子Ｎ３が収容の障害となることがない。
【００２１】
そして、この大円筒部Ａの側部Ａ１に位置する小孔Ｃ１の両脇に２本の溶接電極を配置してシリーズ式抵抗溶接が行われる。その結果、缶底部Ｍ１と大円筒部Ａとの間が溶接・固定されるが、このときも、やはり上記したと同じ理由により、溶接強度のばらつきが小さい信頼性の高い溶接が実現される。
このようにして、図６で示したように、円柱状電池Ｍ，Ｎが接続部材２０を介して順次直列に接続された、本発明に係る電池間の接続構造の一例が形成される。
【００２２】
この電池間の接続構造では、電池Ｎの上面に位置する封口板Ｎ２の上に、接続部材２０の円環状部Ｂ１1の底面Ｂ１2がナゲットＣ３を介して溶接・固定され、更に、電池Ｍの缶底部Ｍ１の側面が接続部材２０の大円筒部Ａの側部Ａ１にナゲットＣ３を介して溶接・固定された構造になっている。
このように、接続部材２０の円環状部Ｂ１1の底面Ｂ１2を、電池Ｎの正極端子Ｎ３の上面ではなく、それよりも外径が大きい封口板Ｎ２が支持するので、この部分に回転モーメントあるいは曲げ応力が加えられても、それらの間に形成されたナゲットＣ３に大きな回転モーメントあるいは応力が集中することがない。そのため、ナゲットＣ３の破断が防止され、接続構造の機械的強度が確保される。また、それと同時に、電池モジュールが放電する際に、電流が正極端子Ｎ３を経由せずに円環状部Ｂ１1と封口板Ｎ２との間を直接流れるため、接続構造の電気抵抗を低くすることができる。
【００２３】
なお、本発明の接続構造の場合、小孔Ｃ１の径によって形成されるナゲットＣ３の外径を大きくすることができ、もって容易に溶接強度の向上を図ることができる。また、大円筒部Ａの底面と小円筒部Ｂに接続されている円柱状電池の上面との間に、小円筒部Ｂの高さに応じて形成される空間に、ポリカーボネートなどの合成樹脂からなる絶縁リングを介在させると、それらが接触して起こる短絡を防止することができる。
【００２４】
（実施例）
実施例として、円環状部の底面と大円筒部の側部に、その縁に高さ略０．２ｍｍのバリ部を有する直径４ｍｍの小孔が合計８個形成された接続部材２０を用いて、６個の単１サイズの円柱状電池が、本発明の接続構造にて接続された電池モジュール（Ｍ６）を作製した。また、比較例として、小孔がバリ部を有していない以外は接続部材２０と同様の構成である接続部材を用いて実施例と同様にして電池モジュールを作製した。そして、実施例と比較例の電池モジュールそれぞれ３個について、その中間部をチャックを用い固定した上で、その一端部に電池の円周方向で回転トルクを加え、モジュールが破壊されたときの回転トルクの平均値を求めた（回転強度試験）。
【００２５】
また、上記したと同じ実施例と比較例の電池モジュールそれぞれ５個について、電池モジュールの長手方向における引張り強度を測定してその平均値とばらつき（標準偏差）を求めた。
以上の結果を溶接条件とともに表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004996792.tif 000002
【００２７】
表１から明らかなように、実施例は比較例よりも回転強度が高く、また電池モジュール（Ｍ６）の規定トルク１．７６Ｎ・ｍを上回っており、機械強度が充分確保されている。これは、溶接時にバリ部によりナゲットの形成が効率的に進んだことにより、各溶接部の強度が向上されたためと考えられる。
また、引張り試験結果では、実施例の方が比較例よりも引張り強度のばらつきが抑制されていることがわかる。これは、バリ部により溶接電流の流れる断面積が溶接ごとに一定に保たれたためと考えられる。
【００２８】
更に、上記した実施例の電池モジュール１個について５０％深度（ＳＯＣ）まで１５Ｃにて充電してから１０秒後の出力電圧を測定したところ５．９２Ｖであった。図７に示した従来の電池間の接続構造の電池モジュールにおける同一条件下での出力電圧が５．８０Ｖであったことから、実施例の方が従来の場合よりも出力電圧が大きくなっており、電池モジュールの高出力化が達成されている。これは、円環状部の底面と封口板を接続することにより、接続構造の電気抵抗が減少し、もってそこでの電力損失が抑制されたためと考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の電池間の接続部材及びそれを用いた電池間の接続構造は次のような効果を奏する。
（１）円環状部と封口板が溶接・固定されるため、溶接時にバリ部がナゲットを形成することと相俟って、得られる接続構造の機械的強度が大きく、かつそのばらつきが小さい。
【００３０】
（２）円環状部と封口板が溶接・固定されるため、得られる接続構造の電気抵抗が低く、高出力の電池モジュールを作製することができる。
（３）接続部材には位置決め用の貫通孔が形成されているので、この接続部材を電池の上面に配置したときに自動的に両者の相互位置関係は調節され、直ちに次の工程である溶接作業に移行でき、組立作業は非常に簡便になり、かつ位置決め用の治具が不必要となる。
【００３１】
したがって、得られる接続構造の生産性が向上し、かつ、コスト低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電池間の接続部材の参考例の斜視図である。
【図２】  図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】  本発明に係る電池間の接続部材の実施形態の斜視図である。
【図４】  本発明に係る電池間の接続部材の実施形態の変形例の斜視図である。
【図５】  図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】  本発明に係る電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図７】  従来の電池間の接続構造の一例を示す概略断面図である。
【図８】  従来用いられている接続部材の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｍ，Ｎ  円柱状電池
Ｍ１  缶底部
Ｎ２  封口板
Ｎ３  正極端子
１０，２０  接続部材
Ａ  大円筒部
Ａ１  大円筒部側部
Ａ１1  スリット
Ｂ  小円筒部
Ｂ１  小円筒部の底面
Ｂ１1  小円筒部の円環状部
Ｂ１2  小円筒部の円環状部の底面
Ｂ２  小円筒部の貫通孔
Ｂ３  小円筒部の膨出部
Ｃ１  小孔
Ｃ２  バリ部（突出縁）
Ｃ３  ナゲット
【図１】
0004996792.tif 000003
【図２】
0004996792.tif 000004
【図３】
0004996792.tif 000005
【図４】
0004996792.tif 000006
【図５】
0004996792.tif 000007
【図６】
0004996792.tif 000008
【図７】
0004996792.tif 000009
【図８】
0004996792.tif 000010