JP2007157382A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】封口板から一方の電極端子が突設された角形電池を複数個接続するに際して、各角形電池の各々の電極端子の高さにばらつきが存在しても、接合不良を招くことなく確実に接続することができる構成を備えた組電池を提供する。
【解決手段】偏平な角形の電池ケース１の高さ方向の一端面から一方の電極端子３が突設され、且つ一端面または側面が他方の電極端子２となった角形電池Ｂａ２が、厚み方向に互いに重ね合わせて複数個配列されている。隣接する各２個の角形電池Ｂａ２のうちの一方の角形電池Ｂ２ａにおける他方の電極端子２に接続部材４の平板接合部７が接合され、平板接合部７から立ち上がり片部８を介して各角形電池Ｂａ２の配列方向に向け延びた取付片部１１の筒状接合部１２に、他方の角形電池Ｂａ２の一方の電極端子３が嵌合状態に挿通されて互いに接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の角形電池を電気的に接続してなる組電池に関するものである。

近年、携帯電話機および電動工具などのコードレス機器やハイブリッド自動車などの電源としては、機器の小型軽量化などに伴い、体積効率に優れた角形電池を複数個電気的に直列接続して所要の電圧を得るように構成した組電池（一般に、電池モジュールまたは電池パックと呼称されている）が使用されている。この体積効率が優れている角形電池による組電池では、円筒形電池と異なり、厚み方向に互いに重ね合わせたときに隣接する２個の角形電池の接続すべき端子が近接した配置となり、この両端子を相互に接続するための接続部材も円筒形電池用の接続部材よりも小さいため、相互接続に際して、端子と接続部材との位置決めが困難であるという問題を有している。

この角形電池の相互接続に際しては、治具または指先で接続部材を保持して角形電池のキャップ状端子との位置関係を調節しているが、接続部材が小さいため、その確実な位置決めを保つことが難しく、これに伴ってスポット溶接の作業性が著しく悪くなり、接続部材が位置ずれするなどに起因して溶接不良や接続部材が指先からずれ落ちることによる角形電池間の短絡といった不具合を引き起こすという課題がある。

そこで、本件出願人は、複数個の角形電池の端子間を電気的に直列接続するに際して、キャップ状端子に接続部材を溶接する場合であっても、接続部材の位置規定を確実に行って保持でき、スポット溶接時の位置ずれによる溶接不良を無くすことができる構成を備えた組電池を先に提案している（特許文献１参照）。

上記組電池は、図５に示すような接続部材３０を用いて、図６に示すように角形電池Ｂａ１を相互に接続するようになっている。すなわち、接続部材３０は、一方の角形電池Ｂａ１における平板状電極端子３２に溶接により端部を接合するための接続片３０ａの他端に、他方の角形電池Ｂａ１のキャップ状電極端子３１に対し挟み込む状態に嵌め込まれる一対のコ字形状の係合接続部３０ｂ，３０ｃが屈曲により一体形成された形状を有している。

したがって、上記接続部材３０を用いて隣接する２つの角形電池Ｂａ１を相互接続する場合には、一対の係合接続部３０ｂ，３０ｃをキャップ状電極端子３１に被せる状態で嵌め込むと、接続部材３０がその角形電池Ｂａ１に対し幅方向および長さ方向の何れにもずれない状態で位置決めされるので、接続部材３０の位置規定を確実に行うことができ、スポット溶接時の位置ずれに起因する溶接不良を無くすことができる。さらに、接続部材３０は、キャップ状電極端子３１に嵌合されると、その状態を指先で保持する必要がなく、溶接の位置決めに要する時間を大幅に短縮できる利点がある。
特開平１１−１６７９１２号公報

しかしながら、上記組電池では、隣接する２個の角形電池Ｂａ１同士を正極および負極が交互に位置する配置で厚み方向に互いに重ね合わせるときに、両角形電池Ｂａ１の高さ方向の相対位置を、キャップ状電極端子３１の高さに相当する位置ずれｘを設けて組み合わせる必要があるから、角形電池Ｂａ１のキャップ状電極端子３１および平板状電極端子３２の高さにばらつきが存在した場合には、接続部材３０と端子３１，３２との接触が不十分となって、振動などによって接続部材３０と端子３１，３２が外れる溶接不良が生じる可能性がある。

また、図１に示すような電池ケース１の一端開口を閉止する封口板２から負極端子３が突出した形状を有する角形電池Ｂａ２の場合には、上述した接続部材３０を用いて相互接続することができない。

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、封口板から一方の電極端子が突設された角形電池を複数個接続するに際して、各角形電池の各々の電極端子の高さにばらつきが存在しても、接合不良を招くことなく確実に接続することができる構成を備えた組電池を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明の組電池は、偏平な角形の電池ケースの高さ方向の一端面から一方の電極端子が突設され、且つ前記一端面または側面が他方の電極端子となった角形電池が、厚み方向に互いに重ね合わせて複数個配列され、隣接する各２個の前記角形電池のうちの一方の角形電池における前記他方の電極端子に接続部材の平板接合部が接合され、前記平板接合部から立ち上がり片部を介して前記各角形電池の配列方向に向け延びた取付片部の筒状接合部に、他方の角形電池の前記一方の電極端子が嵌合状態に挿通されて互いに接合されていることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明の組電池において、接続部材が、平板接合部と、この平板接合部の一端部から直交方向へ延びる立ち上がり片部と、この立ち上がり片部から側方に向けた直交方向に延びる連結片部と、この連結片部の一端部から前記平板接合部とは反対側の直交方向に延設された接続片部と、この接続片部の一端部の側辺から前記平板接合部に対し平行な配置で前記連結片部とは反対側の直交方向に延びる取付片部と、この取付片部に形成された筒状接合部とを一体に備えている
請求項３に係る発明は、請求項１または２の発明の組電池において、接続部材が、これの形成素材の板材の板厚に対し筒状接合部の高さを１．５倍以上に設定した形状に形成されている。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか一項の発明の組電池において、接続部材の筒状接合部が、一端開口部の内径が前記角形電池の前記一方の電極端子の外径よりも大きく、且つ他端開口部の内径が一方の電極端子の外径よりも小さく設定されている。

請求項１の発明によれば、隣接する２個の角形電池の高さにばらつきがあっても、一方の電極端子が筒状接合部内をスライドできるので、高さのばらつきを筒状接合部の一方の電極端子に対する取付位置の可変により吸収して、常に平板接合部を他方の電極端子に確実に接触させることができる。これにより、複数個の角形電池の組付け時に角形電池間の高さ方向に相対的な位置ずれが発生した場合であっても、筒状接合部と一方の電極端子および平板接合部と他方の電極端子をそれぞれ確実な密着状態で溶接することができるので、溶接不良が発生することがないだけでなく、振動などによっても外れることのない強固な溶接状態を得ることができ、組電池を高い歩留りで製作することができる。

また、接続部材を筒状接合部に一方の電極端子を接合させた状態で平板接合部を他方の電極端子上に接触させて設置するので、このときの接続部材は、隣接する２個の角形電池に対し上下左右の何れの方向にも位置ずれが生じることの無い状態で隣接する２個の角形電池に跨がって位置規制されるから、治具を用いることなく、且つ指先で何ら保持することなく、極めて良好な作業性で溶接を行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

請求項２の発明によれば、接続部材が、筒状接合部と平板接合部とが接続片部によって重ね合わせ配置の角形電池における長手方向に沿って離間した配置で設けられた形状を有しているので、正極側電極端子および負極側電極端子が交互に位置するように角形電池の向きを交互に逆方向に向けた配置として厚み方向に相互に重ね合わせる従来の組電池とは異なり、複数個の角形電池を全て同一の相対位置で厚み方向に重ね合わせることができるので、複数個の角形電池を、各々の相対位置を容易、且つ正確に設定することができるので、一層の生産性の向上を図ることができる。

請求項３の発明によれば、接続部材を介した２個の角形電池の抵抗値を、良好な数値を安定して得ることができる。

請求項４の発明によれば、筒状接合部の一端開口部の内径が一方の電極端子の外径よりも僅かに大きく設定されているので、一方の電極端子を筒状接合部内に容易に導き入れることができ、一層の生産性の向上を図ることができる。また、筒状接合部の他端開口部の内径が一方の電極端子の外径よりも僅かに小さく設定されているので、一方の電極端子が筒状接合部の他端開口部に向け圧入状態に嵌入されて相互に確実に密着した嵌合状態とすることができるので、溶接不良の発生を一層確実に防止することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る組電池を示す要部の斜視図であり、封口板２から負極端子３が突設された偏平な角形電池Ｂａ２を厚み方向に複数個重ね合わせた状態で、隣接する各２個の角形電池Ｂａ２を接続部材４によって相互に電気的接続した構成になっている。

先ず、上記接続部材４を図の斜視図に基づき説明する。この接続部材４は、隣接する２個のうちの一方の角形電池Ｂａ２における電池ケース１と共に正極端子を兼ねる封口板２に重合して溶接により接合される平板接合部７と、この平板接合部７の端部を直交方向に屈曲して形成された立ち上がり片部８と、この立ち上がり片部８のほぼ上半部から一側方へ延設された連結片部９と、この連結片部９の端部を平板接合部７とは反対方向に向けた直交方向に屈曲して形成された接続片部１０と、この接続片部１０の端部上辺を連結片部９とは反対方向に向けた直交方向に屈曲して設けられた取付片部１１と、この取付片部１１の上面に形成された円筒状の筒状接合部１２とが形成されてなる。この接続部材４は、アルミニウムにより一体形成されて、電気抵抗の低減が図られている。

図３（ａ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。同図に示すように、筒状接合部１２は、上端開口部の内径Ｒ１よりも下端開口部の内径Ｒ２が大きく設定されて、下端に向け拡径されたラッパ状の断面形状を有している。ここで、上記内径Ｒ１，Ｒ２は、角形電池Ｂａ２の負極端子３の外径Ｒ３に対して、Ｒ１＜Ｒ３＜Ｒ２の関係に設定されている。但し、上記大小関係の差は僅かである。

つぎに、上記組電池の製作工程について説明する。複数個の角形電池Ｂａ２を、負極端子３が同一方向を向く同一の相対位置において、厚み方向に互いに重ね合わせる。隣接する各２個の角形電池Ｂａ２のうちの一方の角形電池Ｂａ２の負極端子３を接続部材４の筒状接合部１２に嵌入させながら、他方の角形電池Ｂａ２の封口板２上に接続部材４の平板接合部７を接触させる。このとき、筒状接合部１２の下端開口部の内径Ｒ２が負極端子３の外径Ｒ３よりも僅かに大きく設定されているので、負極端子３を筒状接合部１２内に容易に導き入れることができるとともに、筒状接合部１２の上端開口部の内径が負極端子３の外径Ｒ３よりも僅かに小さく設定されているので、負極端子３が筒状接合部１２の上端開口部に向け圧入されて相互に確実な密着状態に嵌合される。この状態で平板接合部７と封口板２および筒状接合部１２と負極端子がそれぞれレーザー溶接されることにより、隣接する２個の角形電池Ｂａ２が互いに電気的に直列接続される。

図４（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図、同図（ｂ），（ｃ）は比較のために示した、高さの相違または不一致な相対位置を有する２個の角形電池を重ね合わせた場合の拡大断面図である。なお、（ｂ），（ｃ）は、理解を容易にするために、高さのばらつきを誇張して図示してある。同図（ａ）〜（ｃ）の比較から明らかなように、隣接する２個の角形電池Ｂａ２の高さにばらつきがあっても、負極端子３が筒状接合部１２内をスライドできるので、上記高さのばらつきを筒状接合部１２の負極端子３に対する取付位置の可変によって吸収して、常に平板接合部７を封口板２に確実に接触させることができる。これにより、複数個の角形電池Ｂａ２の組付け時に角形電池Ｂａ２間の高さ方向に相対的な位置ずれが発生した場合であっても、平板接合部７と封口板２および筒状接合部１２と負極端子３をそれぞれ確実な密着状態でレーザー溶接することができるので、溶接不良が発生することがないだけでなく、振動などによっても外れることのない強固な溶接状態を得ることができ、組電池を高い歩留りで製作することができる。

また、接続部材４は、筒状接合部１２に一方の角形電池Ｂａ２の負極端子３を接合させた状態で平板接合部７を他方の角形電池Ｂａ２の封口板２上に接触させて設置するので、このときの接続部材４は、隣接する２個の角形電池Ｂａ２に対し上下左右の何れの方向にも位置ずれが生じることの無い状態で隣接する２個の角形電池Ｂａ２に跨がって位置規制されるから、治具を用いることなく、且つ指先で何ら保持することなく、極めて容易にレーザー溶接を行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

さらに、上述したように、筒状接合部１２の下端開口部の内径Ｒ２は負極端子３の外径Ｒ３よりも僅かに大きく設定されているので、負極端子３を筒状接合部１２内に容易に導き入れることができ、この点からも一層の生産性の向上を図ることができる。また、筒状接合部１２の上端開口部の内径は負極端子３の外径Ｒ３よりも僅かに小さく設定されているので、負極端子３が筒状接合部１２の上端開口部に向け圧入状態に嵌入れて相互に確実に密着した嵌合状態とすることができるので、この点からも溶接不良の発生を一層確実に防止することができる。

また、上記接続部材４は、筒状接合部１２と平板接合部７とが接続片部１０によって重ね合わせ配置の角形電池Ｂａ２における長手方向に沿って離間した配置で設けられた形状を有しているので、正極側電極端子および負極側電極端子が交互に位置するように角形電池の向きを交互に逆方向に向けた配置として厚み方向に相互に重ね合わせる従来の組電池とは異なり、複数個の角形電池Ｂａ２を全て同一の相対位置で厚み方向に重ね合わせることができるので、例えば、複数個の角形電池Ｂａ２を、負極端子３の突出箇所とは高さ方向において反対側の底面部を平坦面にそれぞれ接触させて各々の相対位置を容易、且つ正確に設定することができるので、この点からもさらに一層の生産性の向上を図ることができる。

つぎに、上記接続部材４の図３（ａ）に示す板厚ｔと筒状接合部１２の高さｈとの関連について、実際に組電池を製作して検証した結果について説明する。接続部材４として、０．５ｍｍの板厚ｔを有する板材を用いて、筒状接合部１２の高さｈが、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍおよび１．０ｍｍとそれぞれ相違する５種のものを製作し、これら５種の各接続部材４を用いてそれぞれ角形電池Ｂａ２を相互に電気的接続した組電池を構成し、これら組電池における負極端子３と平板接合部７の端部との間の抵抗値を測定した。その結果、筒状接合部１２の高さｈが０７５ｍｍおよび１．０ｍｍの組電池は、レーザー溶接後の抵抗値が安定した数値となったが、それ以外の組電池では、抵抗値にばらつきが生じた。これは、筒状接合部１２が高さｈが低過ぎることに起因して歪んでしまい、溶接不良の発生や接続部材４の歪みによるストレスによって溶接部に破断が発生したことにより、溶接後の抵抗値が不安定になったものと思われる。この結果から、接続部材４は、筒状接合部１２の高さｈを板厚ｔの１．５倍以上に設定すれば、良好な抵抗値を安定して得られることを確認できた。

また、接続部材４は、図３（ｂ）に示すように、筒状接合部１２に、上端開口部から高さｈ方向のほぼ中央部まで達する切り込み１３を形成すれば、負極端子３を筒状接合部１２に挿通する際に、筒状接合部１２の内径Ｒ１が小さい上端開口部が弾性変形することにより、負極端子３を筒状接合部１２に容易に圧入させながら、負極端子３と筒状接合部１２とを確実な密着状態とすることができる。

また、図２に２点鎖線で示すように、接続部材４を、立ち上がり片部８における連結片部９の形成箇所から平板接合部７に対し反対側に向け平行に延びる取付片部１１を設けて、この取付片部１１に筒状接合部１２を形成した形状とすれば、円筒形電池の相互接続に好適に適応できるものとなる。

この発明に係る組電池は、偏平な角形の電池ケースの高さ方向の一端面から一方の電極端子が突設され、且つ一端面または側面が他方の電極端子となった角形電池を、厚み方向に互いに重ね合わせて複数個を相互接続するに際して、隣接する各２個の角形電池のうちの一方の角形電池における他方の電極端子に接続部材の平板接合部を接合し、平板接合部から立ち上がり片部を介して各角形電池の配列方向に向け延びた取付片部の筒状接合部に、他方の角形電池の一方の電極端子を嵌合状態に挿通して互いに接合した構成としたので隣接する２個の角形電池の高さにばらつきがあっても、高さのばらつきを筒状接合部の一方の電極端子に対する取付位置の可変により吸収して、常に平板接合部を他方の電極端子に確実に接触させることができるから、振動などによっても外れることのない強固な溶接状態を得ることができ、組電池を高い歩留りで製作することができるとともに、接続部材を、隣接する２個の角形電池に対し上下左右の何れの方向にも位置ずれが生じることの無い状態で隣接する２個の角形電池に跨がって位置規制できるから、治具を用いることなく、且つ指先で何ら保持することなく、極めて良好な作業性で溶接を行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る組電池を示す要部の斜視図。 同上の組電池に用いる接続部材の斜視図。 （ａ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図、（ｂ）は（ａ）と同一箇所の他例の拡大断面図。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図、同図（ｂ），（ｃ）は比較のために示した、高さの相違または不一致な相対位置を有する２個の角形電池を重ね合わせた場合の拡大断面図。 従来の組電池に用いられる接続部材を示す斜視図。 同上の接続部材を用いて構成した従来の組電池の斜視図。

符号の説明

１ 電池ケース
２ 封口板（他方の電極端子）
３ 負極端子（一方の電極端子）
４ 接続部材
７ 平板接合部
８ 立ち上がり片部
９ 連結片部
１０ 接続片部
１１ 取付片部
１２ 筒状接合部
Ｂａ２ 角形電池
ｔ 板厚
ｈ 筒状接合部の高さ
Ｒ１ 他端開口部の内径
Ｒ２ 一端開口部の内径
Ｒ３ 一方の電極端子の外径

Claims (4)

1. 偏平な角形の電池ケースの高さ方向の一端面から一方の電極端子が突設され、且つ前記一端面または側面が他方の電極端子となった角形電池が、厚み方向に互いに重ね合わせて複数個配列され、
   隣接する各２個の前記角形電池のうちの一方の角形電池における前記他方の電極端子に接続部材の平板接合部が接合され、
   前記平板接合部から立ち上がり片部を介して前記各角形電池の配列方向に向け延びた取付片部の筒状接合部に、他方の角形電池の前記一方の電極端子が嵌合状態に挿通されて互いに接合されていることを特徴とする組電池。
2. 接続部材は、平板接合部と、この平板接合部の一端部から直交方向へ延びる立ち上がり片部と、この立ち上がり片部から側方に向けた直交方向に延びる連結片部と、この連結片部の一端部から前記平板接合部とは反対側の直交方向に延設された接続片部と、この接続片部の一端部の側辺から前記平板接合部に対し平行な配置で前記連結片部とは反対側の直交方向に延びる取付片部と、この取付片部に形成された筒状接合部とを一体に備えている請求項１に記載の組電池。
3. 接続部材は、これの形成素材の板材の板厚に対し筒状接合部の高さを１．５倍以上に設定した形状に形成されている請求項１または２に記載の組電池。
4. 接続部材の筒状接合部が、一端開口部の内径が前記角形電池の前記一方の電極端子の外径よりも大きく、且つ他端開口部の内径が前記一方の電極端子の外径よりも小さく設定されている請求項１ないし３のいずれかに記載の組電池。

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