(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池(2)を、金属製の皿状接続体(1)を介して直線状に直列に接続してなるモジュール電池において、
皿状接続体(1)が、隣接して直線状に配設されてなる二次電池(2)の正極と負極とにレーザー溶接されて二次電池(2)を直線状に連結してなり、皿状接続体(1)が、レーザー溶接部にスリット(1b)を設けており、このスリット(1b)の側縁を二次電池(2)にレーザー溶接してなることを特徴とするモジュール電池。
【請求項２】
皿状接続体(1)が、二次電池(2)の表面に向かって突出する圧接凸部(1a)をレーザー溶接部に設けてなる請求項１に記載されるモジュール電池。
【請求項３】
皿状接続体(1)が、二次電池(2)の凸部電極側に連結される中央連結部(1A)と、二次電池(2)の外装缶(7)に連結されるフランジ部(1B)とを有し、中央連結部(1A)とフランジ部(1B)とが各々レーザー溶接されてなる請求項１に記載されるモジュール電池。
【請求項４】
フランジ部(1B)が、二次電池(2)を嵌入できる筒状である請求項３に記載されるモジュール電池。
【請求項５】
フランジ部(1B)が、二次電池(2)の表面に弾性的に押圧される圧接凸部(1a)を有する筒状で、圧接凸部(1a)をレーザー溶接部に設けている請求項４に記載されるモジュール電池。
【請求項６】
フランジ部(1B)が筒状で、周縁を圧接凸部(1a)としている請求項５に記載されるモジュール電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、自動車を走行させるモーター用の電源として利用されるモジュール電池に関し、とくに、複数の二次電池を直列に接続してなるモジュール電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モジュール電池は、複数の二次電池を、金属製の皿状接続体を介して直線状に直列に接続している。自動車用の電源は、この構造のモジュール電池をさらに直列に接続している。この構造のモジュール電池は、二次電池の間に皿状接続体を挟む状態で配設し、皿状接続体を隣接している二次電池の正極と負極とにスポット溶接して、二次電池を直線状に連結する。この構造のモジュール電池は、とくに、自動車用などの大電流を必要とする用途に適している。
【０００３】
従来のモジュール電池は、図１と図２に示す形状の皿状接続体１を使用して、図３の断面図で示すように、円筒型電池９を直列に接続する。皿状接続体１は、中央連結部１Ａを円筒型電池９の正極に溶接し、フランジ部１Ｂを円筒型電池９の負極に溶接して連結する。
【０００４】
皿状接続体１の中央連結部１Ａは、円筒型電池９の正極に溶接するプロジェクション３を設けている。皿状接続体１のプロジェクション３が正極に溶接されるとき、プロジェクション３の上面に溶接用電極棒が押圧される。皿状接続体１と円筒型電池９とのショートを阻止するために、皿状接続体１と円筒型電池９との間にリング状に絶縁体４を挟着している。
【０００５】
さらに、皿状接続体１は、フランジ部１Ｂの内側に円筒型電池９を挿入して、フランジ部１Ｂを円筒型電池９の負極である外装缶７にスポット溶接する。フランジ部１Ｂも、中央連結部１Ａと同じように、内面に設けたプロジェクション３を外装缶７に溶接する。このとき、フランジ部１Ｂには、プロジェクション３の外側に溶接用電極棒が押圧される。
【０００６】
図４は、皿状接続体１で複数の円筒型電池９を連結したモジュール電池を示す。モジュール電池は、この図に示すように、複数の円筒型電池９を直線状に直列に連結して、両端には、正極端子５と負極端子６を固定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す構造のモジュール電池は、高出力が要求される自動車等に使用されるので、皿状接続体に厚い金属板を使用して、抵抗を低減することが大切である。しかしながら、従来のモジュール電池は、皿状接続体をスポット溶接して連結するために、厚い金属板を使用すると、溶接するときに流れる分流電流が大きくなって溶接性が低下する。このことが、皿状接続体に厚い金属板を使用して低抵抗な状態で連結するのを難しくしている。さらに、皿状接続体に厚い金属板を使用すると、溶接電流も大きくなって、溶性用の電極の消耗も激しくメンテナンスが難しくなる。
【０００８】
さらにまた、従来のモジュール電池は、皿状接続体をスポット溶接して連結しているために、皿状接続体と二次電池とが点で溶着される。このため、皿状接続体と二次電池とを理想的な状態で電気接続することが難しく、大電流を流す高出力における抵抗ロスが大きくなる欠点があった。
【０００９】
また、皿状接続体がスポット溶接されて局部的に連結されるモジュール電池は、皿状接続体と二次電池との連結強度を強くすることが難しく、充分な強度で連結するのが難しい欠点がある。自動車等のように振動する環境で使用されるモジュール電池は、二次電池を充分な強度で確実に連結することがとくに大切である。それは、振動で二次電池の連結が外れやすくなるからである。
【００１０】
本発明は、従来のモジュール電池が有するこれ等の欠点を一挙に解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、二次電池を低抵抗かつ強固に、理想的な状態で連結できるモジュール電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のモジュール電池は、複数の二次電池２を、金属製の皿状接続体１を介して直線状に直列に接続している。皿状接続体１は、隣接して直線状に配設されてなる二次電池２の正極と負極とにレーザー溶接されて二次電池２を直線状に連結している。
【００１２】
さらに、本発明のモジュール電池は、好ましくは、皿状接続体１が、二次電池２の表面に向かって突出する圧接凸部１ａをレーザー溶接部に設けており、この圧接凸部１ａを二次電池２にレーザー溶接している。
【００１３】
さらに、本発明のモジュール電池は、好ましくは、皿状接続体１が、レーザー溶接部にスリット１ｂを設けており、このスリット１ｂの側縁を二次電池２にレーザー溶接している。
【００１４】
さらに、本発明のモジュール電池は、好ましくは、皿状接続体１が、二次電池２の凸部電極側に連結される中央連結部１Ａと、二次電池２の外装缶７に連結されるフランジ部１Ｂとを有し、中央連結部１Ａとフランジ部１Ｂとを各々レーザー溶接する。
【００１５】
さらに、本発明のモジュール電池は、好ましくは、フランジ部１Ｂを、二次電池２を嵌入できる筒状として、二次電池２の端部を挿入して保持する状態で連結する。
【００１６】
さらに、本発明のモジュール電池は、フランジ部１Ｂを、二次電池２の表面に弾性的に押圧される圧接凸部１ａを有する筒状とし、この圧接凸部１ａをレーザー溶接することによってより確実に溶着できる。
【００１７】
さらに、本発明のモジュール電池は、フランジ部１Ｂを筒状として、周縁を圧接凸部１ａとし、この圧接凸部１ａをレーザー溶接することにより、確実に外装缶７に連結できる。
【００１８】
【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モジュール電池を例示するものであって、本発明はモジュール電池を下記のものに特定しない。
【００１９】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、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。
【００２０】
図５に示すモジュール電池は、複数本の二次電池２を皿状接続体１で直線状に直列に接続している。さらに、この図のモジュール電池は、互いに直列に接続された二次電池２の端部に、皿状接続体１を介して正極端子５と負極端子６とを連結している。
【００２１】
図に示すモジュール電池は、二次電池２を円筒型電池９としている。二次電池２を直列に接続する皿状接続体１と同じものを使用して、両端に正極端子５と負極端子６を接続している。このモジュール電池は、正極端子と負極端子を接続するために専用に設定している皿状接続体を使用する必要がない。正極端子５と負極端子６もレーザー溶接して皿状接続体１に連結される。
【００２２】
図の二次電池２は、単１型のニッケル−水素電池である。ただ、本発明のモジュール電池は、二次電池をニッケル−水素電池に特定しない。二次電池には、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等の電池も使用できる。また、二次電池のサイズも単１に特定せず、全ての二次電池とすることができる。
【００２３】
皿状接続体１は、金属板をプレス加工して製作される。皿状接続体１の金属板は、例えば、厚さを０．２〜１．２ｍｍ、好ましくは０．２〜１．２ｍｍ、さらに好ましくは０．４〜１．２ｍｍとする。金属板は、鉄製鋼板にニッケルメッキをしたものを使用する。皿状接続体１は、メッキした金属板を裁断してプレス加工し、あるいは、メッキしていない金属板を裁断してプレス加工した後メッキして製作される。
【００２４】
モジュール電池は、用途によって出力電流が異なる。出力電流が小さい用途のモジュール電池は、薄い金属板の皿状接続体で二次電池を連結し、出力電流の大きい用途のモジュール電池は、厚い金属板の皿状接続体で二次電池を連結する。したがって、皿状接続体を製作する金属板は、用途に最適な厚さの金属板を裁断して製作する。
【００２５】
皿状接続体の斜視図と平面図と側面図を、図６〜図１７に示している。これ等の図に示す皿状接続体１は、中央連結部１Ａの外周にフランジ部１Ｂを設けている。図６〜図１４に示す皿状接続体１は、フランジ部１Ｂを筒状としている。これ等の皿状接続体１は円筒型電池の二次電池２を挿入するために、フランジ部１Ｂを円筒状としている。筒状のフランジ部１Ｂは、ここに二次電池２の端部を挿入して、仮り止めできるように、内面を弾性的に二次電池２の外周面に押圧できる形状としている。
【００２６】
筒状に形成しているフランジ部１Ｂは、二次電池２の外周面にレーザー溶接する高さを、好ましくは、二次電池２の総高さの１／５以下とするのがよい。フランジ部１Ｂを二次電池２に溶着する高さを、二次電池２の高さの１／５以上にすると、フランジ部１Ｂが長くなって皿状接続体１が重く大きくなるからである。
【００２７】
さらに図に示す皿状接続体１は、電池の凸部電極側に溶着する中央連結部１Ａに、レーザー溶接する部分に圧接凸部１ａを設けている。図６〜図１４の皿状接続体１は、フランジ部１Ｂにレーザー溶接するための圧接凸部１ａを設けている。さらに、図に示す皿状接続体１は、中央連結部１Ａに４つの圧接凸部１ａを等間隔に設けている。さらに、これ等の図の皿状接続体１は、中央連結部１Ａの中心に、電極孔１ｃを開口している。
【００２８】
さらに、図６〜図１４に示す皿状接続体１は、円筒状のフランジ部１Ｂに二次電池２を挿入して仮り止めでき、かつ、フランジ部１Ｂに設けている複数の圧接凸部１ａをそれぞれ独立して二次電池２の外周表面に圧接できるように、フランジ部１Ｂに切除部１ｄを設けている。切除部１ｄは、９０度ピッチで等間隔に設けている。図の切除部１ｄは、フランジ部１Ｂから中央連結部１Ａの周縁まで延長して設けている。
【００２９】
この構造の皿状接続体１は、切除部で分離された各々のフランジ部１Ｂを、それぞれ独立してより弾性変形させて、圧接凸部１ａをより確実に電池の表面に圧接できる。ただ、切除部は、かならずしも中央連結部まで延長して設ける必要はなく、また、図１５〜図１７に示すように、切除部のない皿状接続体とすることもできる。さらに、図の皿状接続体は、４つの切除部１ｄを設けているが、切除部は３つ以下とし、あるいは、５つ以上とすることもできる。
【００３０】
圧接凸部１ａは、皿状接続体１を電池にレーザー溶接する部分にあって、二次電池２の表面に向かって突出している。圧接凸部１ａは線状に電池の表面に圧接されて、圧接部分がレーザー溶接される。中央連結部１Ａに設けている圧接凸部１ａは、レーザー溶接する部分にスリット１ｂを設けて、スリット１ｂの周縁を突出させて圧接凸部１ａとしている。
【００３１】
図６〜図８と図１３の皿状接続体１は、フランジ部１Ｂのレーザー溶接部にスリット１ｂを設けて、このスリット１ｂの周縁を突出させて圧接凸部１ａとしている。この構造の皿状接続体１は、金属板をプレスしてスリット１ｂを開口するときに、スリット１ｂの周縁を突出させて圧接凸部１ａとする。
【００３２】
スリット１ｂの周縁に設けている圧接凸部１ａは、図１８に示すように、スリット１ｂに沿ってレーザーを照射して、スリット１ｂ両側の圧接凸部１ａを電池に溶着して、皿状接続体１を電池に連結する。中央連結部１Ａに設けているスリット１ｂ周縁の圧接凸部１ａも、図１８と同じように、スリット１ｂに沿ってレーザーを照射して、スリット１ｂ両側の圧接凸部１ａを電池の表面に溶着する。スリット１ｂに沿って照射されるレーザーは、皿状接続体１と電池の外装缶７や凸部電極を設けている封口板８の金属をほぼ同時に溶融して確実に溶着する。
【００３３】
スリット１ｂの両側に圧接凸部１ａを設けている皿状接続体１は、圧接凸部１ａを介して皿状接続体１をより確実に、しかも強固に電池に固定できる。それは、スリット１ｂの両側を電池の表面に密着させる状態で、２列の線状に溶着できるからである。
【００３４】
ただ、圧接凸部を設けている部分には必ずしもスリットを設ける必要はない。図９〜図１２に示す皿状接続体１は、フランジ部１Ｂの先端縁を、電池の表面に向けて折曲して、先端縁を圧接凸部１ａとしている。この構造の圧接凸部１ａは、図１９に示すように、圧接凸部１ａと電池との境界に沿ってレーザーを照射して、圧接凸部１ａの先端縁を電池に溶着する。
【００３５】
さらに、図１４に示す皿状接続体１は、スリットを設けないで、フランジ部１Ｂに圧接凸部１ａを設けている。これ等の図に示す皿状接続体１は、フランジ部１Ｂに、円周方向に沿って山形に突出する凸条を設けて圧接凸部１ａとしている。この圧接凸部１ａは、図２０に示すように、圧接凸部１ａに背面からレーザーを照射し、圧接凸部１ａと電池表面の局部を溶融して、皿状接続体１を電池に溶着する。
【００３６】
以上のように、電池に向かって突出する圧接凸部１ａを皿状接続体１に設け、この圧接凸部１ａを電池にレーザー溶接してなるモジュール電池は、皿状接続体１の圧接凸部１ａをより確実に電池に溶着できる。それは、圧接凸部１ａを電池の表面に隙間なく圧接させる状態としてレーザーを照射し、互いに圧接している圧接凸部１ａと電池とをレーザーが溶着するからである。
【００３７】
ただ皿状接続体１は、レーザー溶接する部分に必ずしも圧接凸部１ａを設ける必要はない。図１５〜図１７に示す皿状接続体１は、圧接凸部１ａのないフランジ部１Ｂを備えており、このフランジ部１Ｂを電池の表面にレーザー溶接する。この皿状接続体１は、フランジ部１Ｂの外周縁を電池の表面に接触させる状態で、外周縁に沿ってレーザーを照射して、皿状接続体１を電池に溶着する。
【００３８】
さらに、皿状接続体１の中央連結部１Ａにも、圧接凸部１ａを設けることなく電池にレーザー溶接することができる。たとえば、中央連結部１Ａのレーザー溶接部にスリット１ｂを設け、スリット１ｂを電池の表面に接触させる状態で、スリット１ｂに沿ってレーザーを照射して電池に溶着することもできる。フランジ部１Ｂも同じように、圧接凸部１ａを設けることことなく、外周縁を外装缶７の表面に密着する状態で、外周縁に沿ってレーザーを照射して溶着することができる。
【００３９】
皿状接続体１の中央連結部１Ａは、フランジ部１Ｂと同じように、スリット１ｂに沿ってレーザーを照射して電池に溶着できる。ただし、図６〜図１７に示すように、電池の凸部電極を挿入するための電極孔１ｃを中心に設けている中央連結部１Ａは、電極孔１ｃの周縁にレーザーを照射して電池に溶着することもできる。
【００４０】
【実施例】
［実施例１］
図６〜図８に皿状接続体１を使用して、以下の工程で２個の単１型の二次電池２を連結し、連結された状態での引張強度と電気抵抗を測定した。皿状接続体１にはニッケルメッキした鉄製鋼板を使用した。また、皿状接続体１には、厚さが０．４ｍｍと、１ｍｍである２種類を使用して、各々の皿状接続体１で連結した二次電池２の引張強度と電気抵抗を測定した。
【００４１】
(1)  二次電池２を、正極である凸部電極側を上にして水平台（図示せず）の上に載せて垂直に立てる。
(2)  凸部電極側の上に皿状接続体１を載せる。このとき、皿状接続体１と封口板８との間に絶縁体４を挟着する状態で配設する。皿状接続体１は、電極孔１ｃに凸部電極を入れる状態で、封口板８の上に載せる。この状態で、皿状接続体１の中央連結部１Ａに設けている圧接凸部１ａが、凸部電極を設けている電池の封口板８の表面に密着する。
(3)  中央連結部１Ａのスリット１ｂに沿ってレーザーを照射する。レーザーは、スリット１ｂ周縁の皿状接続体１と封口板８の金属の両方をほぼ同時に溶融して、皿状接続体１を封口板８に溶着する。
(4)  封口板８に連結された皿状接続体１のフランジ部１Ｂに、二次電池２の下端を挿入して、２本の二次電池２を直線状に配列する。
(5)  この状態でフランジ部１Ｂに設けたスリット１ｂに沿ってレーザーを照射する。レーザーは、スリット１ｂ周縁の皿状接続体１と封口板８の金属の両方をほぼ同時に溶融して、皿状接続体１を外装缶７に溶着する。
この状態で、皿状接続体１を介して２本の二次電池２が直線状に連結される。
【００４２】
［実施例２］
皿状接続体１に、図９〜図１１に示す形状のものを使用する以外、実施例１と同様にして２本の二次電池２を直線状に連結し、連結された状態における引張強度と電気抵抗を測定した。ただし、この実施例の皿状接続体１は、フランジ部１Ｂにスリット１ｂを設けていないので、フランジ部１Ｂを外装缶７にレーザー溶接するときは、フランジ部１Ｂの先端縁に設けている圧接凸部１ａに沿ってレーザーを照射した。
【００４３】
［実施例３］
皿状接続体１に、図１５〜図１７に示す形状のものを使用する以外、実施例１と同様にして２本の二次電池２を直線状に連結し、連結された状態における引張強度と電気抵抗を測定した。ただし、この実施例の皿状接続体１は、フランジ部１Ｂに圧接凸部１ａもスリット１ｂも設けていないので、フランジ部１Ｂを外装缶７にレーザー溶接するときは、フランジ部１Ｂの外周縁を電池の外装缶７の底面に密着させる状態に保持して、フランジ部１Ｂの外周縁と外装缶７との境界に、横から水平方向にレーザーを照射して、フランジ部１Ｂを外装缶７にレーザー溶接した。
【００４４】
［比較例］
皿状接続体に、図１に示すものを使用し、皿状接続体の中央連結部とフランジ部とをスポット溶接して、封口板と外装缶に連結した。皿状接続体の材質と厚さとは、実施例１と同じように、０．４ｍｍと１ｍｍのものを使用した。
【００４５】
以上の実施例１〜３と比較例とで連結した二次電池の引張強度と電気抵抗は、以下の表１に示すようになった。ただし、この表においてｔは皿状接続体の厚さを示している。この表から明かなように、厚さにかかわらずに引張強度が大きくて電気抵抗が小さく、さらに、１ｍｍと厚い皿状接続体を使用することによって、電気抵抗が約半分と著しく小さくなり、また、引張強度も相当に強くなった。
【００４６】
【表１】
0003851038.tif 000002
【００４７】
以上の実施例は、二次電池を円筒型電池とするモジュール電池を詳述した。ただ、本発明のモジュール電池は、二次電池を円筒型電池に特定しない。モジュール電池の二次電池には、角型電池や楕円形の電池も使用できる。角型電池や楕円型電池を連結する皿状接続体は、フランジ部を電池の底面の外形にほぼ等しい形状とし、また、電池の底部を嵌入できる筒状とする。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のモジュール電池は、二次電池を低抵抗な状態で強固に連結できる特長がある。それは、本発明のモジュール電池が、皿状接続体をレーザー溶接して電池を連結しているからである。レーザー溶接して連結される皿状接続体は、従来のスポット溶接のように点で溶着するのに代わって、線で溶着できる。さらに、レーザー溶接して連結しているモジュール電池は、皿状接続体と電池との境界にレーザーを照射してほぼ同時に両方の金属を溶融して理想的な状態で連結することもできる。さらにまた、レーザー溶接で皿状接続体と電池とを連結している本発明のモジュール電池は、皿状接続体に厚い金属板を使用しても、確実に連結できる特長がある。それは、レーザー溶接が、スポット溶接のように分流電流に起因する溶着不良が発生しないからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のモジュール電池に使用する皿状接続体の斜視図
【図２】図１に示す皿状接続体の側面図
【図３】図１に示す皿状接続体を使用して二次電池を連結する状態を示す断面図
【図４】二次電池を皿状接続体で連結している従来のモジュール電池の側面図
【図５】本発明の実施例のモジュール電池の側面図
【図６】図４に示すモジュール電池の皿状接続体の斜視図
【図７】図６に示す皿状接続体の正面図
【図８】図６に示す皿状接続体の側面図
【図９】本発明のモジュール電池に使用する他の実施例の皿状接続体を示す斜視図
【図１０】図９に示す皿状接続体の例を示す平面図
【図１１】図９に示す皿状接続体の側面図
【図１２】本発明のモジュール電池に使用する他の実施例の皿状接続体を示す斜視図
【図１３】本発明のモジュール電池に使用する他の実施例の皿状接続体を示す斜視図
【図１４】本発明のモジュール電池に使用する他の実施例の皿状接続体を示す斜視図
【図１５】本発明のモジュール電池に使用する他の実施例の皿状接続体を示す斜視図
【図１６】図１５に示す皿状接続体の正面図
【図１７】図１５に示す皿状接続体の側面図
【図１８】図６の皿状接続体を電池にレーザー溶接した状態を示す側面図と断面図
【図１９】図９の皿状接続体を電池にレーザー溶接した状態を示す側面図と断面図
【図２０】図１４の皿状接続体を電池にレーザー溶接した状態を示す側面図と断面図
【符号の説明】
１…皿状接続体        １Ａ…中央連結部      １Ｂ…フランジ部
１ａ…圧接凸部        １ｂ…スリット
１ｃ…電極孔          １ｄ…切除部
２…二次電池
３…プロジェクション
４…絶縁体
５…正極端子
６…負極端子
７…外装缶
８…封口板
９…円筒電池
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003851038.tif 000017
【図１６】
0003851038.tif 000018
【図１７】
0003851038.tif 000019
【図１８】
0003851038.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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