JP2004055250A

JP2004055250A - 組電池の製造方法

Info

Publication number: JP2004055250A
Application number: JP2002209211A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Nakamura; 中村　　利通
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】蓄電池の端子と接続体とを溶接（ハンダ付け）する際に、より簡便かつ正確で安全とするための組電池の製造方法を提供する。
【解決手段】蓄電池端子と接続体とを溶接によって接続する組電池の製造方法において、前記蓄電池端子に突体を設けるとともに、前記接続体には前記突体と嵌合する孔を設け、前記突体に前記接続体の孔を嵌合させた後に前記嵌合部を溶接することを特徴とする組電池の製造方法。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境に対する配慮が高まり、自動車においてもハイブリッド自動車と称される、通常走行時には従来のガソリンエンジンをする一方、発進時や加速時には電気モータによって推力を補助する自動車が普及している。
【０００３】
これらのハイブリッド自動車に使用される蓄電池は、従来の自動車に使用されるＳＬＩ用蓄電池とは異なった構造であるとともに、異なった方法で使用される。ＳＬＩ用蓄電池のＳＬＩとはスタート、ライト、イグニションの頭文字をとったもので、スタート時にエンジンのセルモータを回転させる用途、ライトのような車載電装品に電力を供給する用途、エンジンのプラグに点火（イグナイト）する用途に使用されることを示す。ＳＬＩ用蓄電池にはスタート時のセルモータの回転に大電流を要するので、内部抵抗が小さく大電流放電が可能であることと、エンジンの停止時においても車載電槽品の電源として使用されるために所定量の放電容量を備えることが必要である。
【０００４】
これに対してハイブリッド自動車に使用される蓄電池は、電装品に電力を供給する必要がないので、その放電容量はＳＬＩ用蓄電池に比べて少なくてもかまわないが、発進時や加速時における瞬時の電気モータの負荷に対して充分な電力を供給する必要があるのでＳＬＩ用蓄電池以上に内部抵抗が小さく、ＳＬＩ用蓄電池以上に大電流放電が可能であることが要求される。また、通常１２Ｖまたは２４ＶであるＳＬＩ用蓄電池よりも組電池としての電圧が高い場合が多い。この他、ブレーキ時に発生する大電流を効率よく受け入れる能力等も要求される。
【０００５】
このようなハイブリッド自動車用の蓄電池においては、前述の要求を満たす巻回型発電要素を備えた蓄電池の使用が好ましく、コスト面からはその単価の安い鉛蓄電池の使用が好適である。
【０００６】
ところが、巻回型発電要素を備えた鉛蓄電池を、ハイブリッド自動車に使用されるような電圧の高い組電池とするには、ＳＬＩ用蓄電池として多用される角形の蓄電池に比べて困難であることが多い。ＳＬＩ用角形蓄電池は、モノブロック電池と称される、複数の発電要素を隔壁を備えた電槽に挿入し、隔壁を介してそれらの発電要素同士を接続する構成であるが、巻回型発電要素を備えた円筒形蓄電池をモノブロック電池とする技術については未だ確立した技術が存在せず、特開平１−２４３３８０号公報に記載のように、複数の巻回型発電要素を隔壁を備えた電槽に挿入し、巻回型発電要素の集電耳を一体化させる（ストラップを形成する）と同時にそのストラップ同士を隣接するセル間で接続するキャストオンストラップ法が提案されている程度である。この特開平１−２４３３８０号公報の方法は優れた方法であるが、製造設備１つに対して１つの機種の組電池しか製造することができず、要求される組電池電圧の多様化に対し、設備に多額の投資が必要であるとの問題点を有する。
【０００７】
上述のような理由から、巻回型発電要素を備える鉛蓄電池においては単電池を製造した後に、それら単電池の端子と接続体とを接続して組電池とすることが一般的におこなわれている。このような接続方法の例として、図５（Ａ）に示すように蓄電池５１の端子５２をボルト状とし、その端子５２に嵌合する孔を備えた接続体５３をボルト状端子５２に嵌合させ、ナット５４を使用して締結するという方法がある。しかしこの方法は、図５（Ａ）の円部の拡大断面図である図５（Ｂ）のように、接続体５３とボルト状の端子５２とが、ナット５４を介してしか接触しないために、ナット部の接触抵抗が大きくなる場合があった。
【０００８】
この他、図６に示すような特開平９−２６５９７５号公報に記載の方法や図７に示すような特開平９−１９０８１１号公報に記載の方法が提案されている。図６記載の方法を以下に述べる。第１の蓄電池１１の端子１２と第２の蓄電池１３の端子１４はそれぞれボルト状になっており、そのボルト状の端子１２、１４にアダプタ２０を螺着する。アダプタ２０はその内側２１が端子１２、１４に螺着できるナット状になっており、その外部には頂部２２と係合溝２３が備えられる。このアダプタ２０に係合することのできる接続体３０を取り付けて端子間の接続をするに際して、接続体３０は接続部３１と連結部３２とから構成され、接続部３１の内側は、アダプタ２０の外部と接触する壁面３３が設けられるとともに、アダプタ２０の係合溝２３に嵌合する係合突起３４が設けられる。
【０００９】
図７に記載の方法を以下にのべる。この蓄電池端子間接続体１は図示しない蓄電池端子と嵌合する孔２、２とそれら孔２、２を連通する長手の開口部３と開口部３によって設けられた前後壁面４、４’の内側の面５、６を備えるとともに、ボルト９を挿通することのできるボルト孔７を備えたものである。図示しない第１の蓄電池の端子部と図示しない第２の蓄電池の端子部とを接続体１の孔２、２に挿通し、ボルト９とナット１０とで締結することによって、図示しない蓄電池端子と接続体とを係止する方法である。
【００１０】
これらの方法はいずれの場合もボルトナット等を使用して螺着する部分を備える。このように螺着を使用した組電池をハイブリッド自動車のような移動体に搭載すると、移動時の振動によって螺着が緩む可能性がある。前述のようにハイブリッド自動車に使用されるような高電圧の組電池での螺着が緩むとスパークなどを生じる危険があり、予期せぬ事故を招く恐れがある。
【００１１】
このため、ハイブリッド自動車に使用される円筒形鉛蓄電池を組電池にする際の接続には溶接が最も好ましい方法であるといえる。通常電圧特性を重視する鉛蓄電池においては、発電要素から端子に至る電流経路が最も短くなるように、図８に断面を示すようなテーパー端子と称される端子が使用されることが一般的である。テーパー端子とはブッシング６１と称される、極柱６５を挿通することのできる孔６２を備えた鉛合金製部材を樹脂製蓄電池蓋６３にインサート成型し、図示しない発電要素のストラップ６４から伸びる極柱６５を備えた発電要素を電槽に挿入した後、蓄電池蓋３１を取り付けることによって極柱６５をブッシング６１の孔６２に挿通し、図９に断面を示すようにブッシング６１の上部と極柱６５の上部とを相互に溶接することによって得られる端子である。このテーパー端子と接続体とを接続するに際しては、前述の通りボルトナットを使用する方法や、メガネ接桿と称される図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した鉛合金製部材７２、７３ａ、７３ｂから構成される接続部材を使用する方法がある。メガネ接桿は蓄電池７０ａ、７０ｂのテーパー端子７１ａ、７１ｂに嵌合するリング部７３ａ、７３ｂとそれらリング部７３ａ、７３ｂを相互に接続する接続部分７２とから構成され、図１０（Ｂ）に示すようにリング部７３ａ、７３ｂをテーパー端子７１ａ、７１ｂに嵌合させた後、（Ｃ）に示すようにテーパー端子７１ａ、７１ｂとリング部７３ａ、７３ｂの両者を溶接するものである。
【００１２】
メガネ接桿は鉛合金製であるためにその抵抗が他の金属に比べて比較的大きいとともに重量が重く、ハイブリッド自動車用の組電池としたときに接続抵抗が大きくなる点と組電池重量が重くなるという点で不利益がある。また、メガネ接桿の溶接には熟練した作業者が必要という問題もある。そのために銅などの抵抗の小さな板状の金属を、端子との接触面ができるだけ大きくなるように、例えば図１１に側面図を示すように溶接することが抵抗面でも重量面でも優れた方法であるといえると同時に、作業者に特別の熟練を要しないという利点もある。図１１の７５は接続体を示し、７４は溶接用のハンダ等の低融点金属を示す。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１１に示したようにブッシング６１と極柱６５との溶接によって略平面状（溶融した鉛合金の表面張力によって実際は少し丸みをおびたドーム状）となったテーパー端子７１ａ、７１ｂの上面と接続体７５とをハンダ７４にて溶接する場合には、その溶接前に接続体７５テーパー端子７１ａ、７１ｂの上面に固定しておく手段がないため、接続体７５を何らかの方法で固定しながら溶接（ハンダ付け）する必要がある。すなわち人手で作業する場合には、片手で接続体７５を押さえながらもう一方の手でハンダゴテを操作する必要があるといった不便さが生じる。
【００１４】
充電済みの電池を上記方法で組電池とする場合、万一接続体を落下させたりすると、端子間の短絡を引き起こし非常に危険な場合がある。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、蓄電池の端子と接続体とを溶接（ハンダ付け）する際に、より簡便かつ正確で安全とするための組電池の製造方法を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになした発明は、蓄電池端子と接続体とを溶接によって接続する組電池の製造方法において、前記蓄電池端子に突体を設けるとともに、前記接続体には前記突体と嵌合する孔を設け、前記突体に前記接続体の孔を嵌合させた後に前記嵌合部を溶接することを特徴とする組電池の製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１に示す。図１は断面図であり、蓄電池７０ａの端子７１ａの上面に、接続体７５に設けた孔８２に嵌合する突起８１を設けることが本発明の特徴である。この突起８１を設ける方法としては図２（Ａ）に示すように、蓄電池７０ａのテーパー端子７１ａに、ステンレスなどの鉛合金よりも融点の高い金属製のキャップ状部材８３でありその頂部に突起８１を形成するための孔８４を設けたものをかぶせ、孔８４に足し鉛をおこなうことによって、図２（Ｂ）に示すような突起８１を形成することが可能である。この他、ブッシング６１の上面にあらかじめ突起８１ａを設けておくこと（図３（Ａ）参照）も、ブッシング６１の側面にブッシング６１の上面より突出する突起８１ｂをあらかじめ設けておくこと（図３（Ｂ）参照）も可能である。しかしこの場合、ブッシング６１と極柱６５との溶接に特別な治具を使用する必要があったり、溶接用バーナーのノズル形状を検討したりする必要がある。また、これらの場合、突起８１をテーパー端子７１ａの中央に配置することができないため、蓄電池の配置によって後述する接続体７５の孔８２の配置を各種変更する必要が生じる頻度が多くなる。
【００１８】
接続体７５は銅などの電気抵抗の小さな金属を使用することが望ましく、テーパー端子７１ａと接触する部分は溶接（ハンダ付け）の利便性を考慮して薄い板状とすることが好ましいが、テーパー端子７１ａと接触しない部分は電気抵抗を小さくするためにその断面積を大きくすることもできる。
【００１９】
また接続体７５とテーパー端子７１ａとの溶接（ハンダ付け）を容易にするために、接続体７５には事前にハンダメッキ（溶融ハンダ浴への浸漬も可）を施しておくことが望ましい。但し、この場合、接続体７５の孔８２の大きさによって孔８２がハンダメッキによって塞がれる場合もあるので、必要に応じて接続体７５のハンダメッキの後に孔８２を設ける加工をしてもよい。
【００２０】
テーパー端子７１ａについても、突起８１を覆わない程度に事前に予備ハンダを施し、この状態で前述したハンダメッキを施した、孔８２を備えた接続体７５を、突起８１と孔８２とを嵌合させて配する。この嵌合によってテーパー端子７１ａと接続体７５とは安定して配置され、特別に固定しておく必要がなくなる。この状態で接続体７５のテーパー端子７１ａの上面に接する部分の上側から加熱したハンダゴテを押圧すると、接続体７５に施したハンダと、テーパー端子７１ａに施した予備ハンダとが相互に溶融して溶接される。
【００２１】
ここで、突起８１については端子上面に設けた場合について述べてきたが、突起８１の位置は端子上面に限らず側面でもよい。この場合は図３に示したものと同様に、事前にブッシング６１の側面に突起８１を備えたものを使用することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態においてはテーパー端子を使用した鉛蓄電池について述べたが、端子の形状はテーパー端子に限定されるものではなく、事前に突起８１ｃを設けた図４に示すようなブッシング６１ａを使用したものにも適用が可能である。さらに上記説明では単電池を組電池にする場合について述べたが、同様にモノブロック電池を組み合わせた組電池とする場合にも本願発明の適用が可能である。この他、上述では巻回型発電要素を備えた円筒形鉛蓄電池について説明したが巻回型発電要素にも円筒形にも限定されることなく、従来の角形の鉛蓄電池にも適用が可能であるし、本願発明と同様のことが実施可能であれば、鉛蓄電池にも限定されるものではない。
【００２３】
【実施例】
本願発明に使用した鉛蓄電池は、一対の蓄電池端子（テーパー端子）を含む総高さが１８０ｍｍ、その直径が６０ｍｍの巻回型発電要素を備えた円筒形鉛蓄電池であり、テーパー端子の形状はその下面の直径が１２ｍｍ、上面の直径が１０ｍｍの略円錐台形状である。テーパー端子の合金組成は鉛−３ｗｔ％錫合金である。
【００２４】
第１群の蓄電池として、図２に示した方法で、テーパー端子の中央に高さ１ｍｍ、直径１．５ｍｍのテーパー端子と同じ合金組成の円柱状突起８１を足し鉛によって設けたものを複数個製作した。ここでキャップ状部材８３の材質は軟鋼とし、キャップ状部材の底部の厚みは突起８１の高さと同じ１．５ｍｍである。なお、キャップ状部材８３は、その大径の開口部がテーパー端子の下面と同じ１２ｍｍとし、その内面の深さをテーパー端子と同じにすることによって円柱状突起８１を設ける際にズレを生じないようにした。
【００２５】
次に第２群の蓄電池として、従来のようにテーパー端子上面に突起８１を備えないものを複数個製作した。
【００２６】
第１群の蓄電池と第２群の蓄電池とをそれぞれ１８個用意し、３×６に配してから厚さ２ｍｍの銅製の板状接続体をテーパー端子に載せてハンダ付けを実施した。銅製の板状接続体は溶融ハンダ浴に浸漬して事前にハンダメッキを施したものであり、第１群の蓄電池に使用したものはハンダメッキ後にテーパー端子の円柱状突起８１に嵌合する孔８２をドリルを使用して開口した。
【００２７】
組電池の製造に際しては、人手によってハンダ付けを実施した。作業者は無作為に２０名を選抜し、第１群の蓄電池を用いた組電池と、第２群の蓄電池を用いた組電池を、それぞれ２０個（２０組）組み立てた。円柱状突起８１を備えた第１群の蓄電池を用いた組電池の製造時間は、突起８１を備えない第２群の蓄電池を用いた組電池の製造時間に比べて平均約４割の製造時間の短縮が可能となった。また、第２群の蓄電池を組電池とする際は、ダミー電池（発電能力のない電池）を使用したが、第２群の蓄電池を組電池にする際には端子間の短絡を引き起こす可能性のある作業ミス（接続体の落下）が、全作業者において少なくとも１回は認められたのに対し、第１群の蓄電池を組電池とする際にはそのような作業ミスはほとんど認められなかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、蓄電池の端子と接続体とを溶接（ハンダ付け）する際に、より簡便かつ正確で安全とするための組電池の製造方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例
【図２】実施例
【図３】実施例
【図４】実施例
【図５】ボルト端子を備えた従来例
【図６】ボルト端子を備えた従来例
【図７】従来例
【図８】ブッシングと極柱（溶接前）
【図９】ブッシングと極柱（溶接後）
【図１０】従来例
【図１１】従来例
【符号の説明】
１　　　接続体
２　　　蓄電池端子と嵌合する孔
３　　　孔を連通する長手の開口部
４　　　前壁面
４’　　後壁面
５　　　前後壁面の内側の面
６　　　前後壁面の内側の面
７　　　ボルト孔
９　　　ボルト
１０　　ナット
１１　　第１の蓄電池
１２　　第１の蓄電池のボルト状端子
１３　　第２の蓄電池
１４　　第２の蓄電池のボルト状端子
２０　　アダプタ
２１　　アダプタの内側
２２　　頂部
２３　　係合溝
３０　　接続体
３１　　接続部
３２　　連結部
３３　　壁面
３４　　係合突起
５１　　蓄電池
５２　　ボルト状端子
５３　　接続体
５４　　ナット
６１　　ブッシング
６１ａ　ブッシング
６２　　ブッシングの孔
６３　　蓄電池蓋
６４　　ストラップ
６５　　極柱
７０ａ　蓄電池
７０ｂ　蓄電池
７１ａ　テーパー端子
７１ｂ　テーパー端子
７２　　メガネ接桿の接続部
７３ａ　メガネ接桿のリング状部
７３ｂ　メガネ接桿のリング状部
７４　　溶接（ハンダ付け）部
７５　　接続体
８１　　突起
８１ａ　突起
８１ｂ　突起
８１ｃ　突起
８２　　接続体の孔
８３　　突起形成用キャップ状部材
８４　　突起形成用キャップ状部材の孔

Claims

蓄電池端子と接続体とを溶接によって接続する組電池の製造方法において、
前記蓄電池端子に突体を設けるとともに、前記接続体には前記突体と嵌合する孔を設け、前記突体に前記接続体の孔を嵌合させた後に前記嵌合部を溶接することを特徴とする組電池の製造方法。