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JP5005220B2 - 組電池における接続板の溶接方法 - Google Patents

組電池における接続板の溶接方法 Download PDF

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Description

本発明は、組電池の電池セル同士を接続する接続板の溶接方法に係り、特に、銅を主な材質とする接続板を安定して溶接できるようにする溶接方法に関する。
二次電池からなる電池セルを直列または並列につないだ組電池は、電動式自転車、ハイブリッド車をはじめとして、さまざまな用途に広く利用されている。そして近年では、バッテリの高容量化、高密度化が急速に進んでいる。
この種の組電池では、電池セル同士を直列または並列に接続するために帯状の接続板が用いられており、この接続板を抵抗溶接により溶接している。
そこで、図７に従来の接続板を示す。図７（ａ）は接続板の平面図、図７（ｂ）は接続板の側面図である。
図７において、参照番号１は接続板を示し、この接続板１は、帯状の金属製薄板であって、図７（ｂ）に示すように、中央部２が平行にせり上がった段形状となっている。そして、接続板１の両側短辺の中央からは、スリット４が長辺と平行に中央部２に達する位置まで延びている。これらのスリット４の両側には溶接ビード５が形成されている。接続板１の材料には、従来は、ニッケル材、鉄の薄板にニッケルめっきを施したものや、銅板の表裏両面にニッケル薄板を接合したクラッド材等が用いられている。
このような接続板１を抵抗溶接により電池セル７に溶接する場合、図８に示すように、溶接電極６で接続板１を押し付けた状態で電流を流す。これにより、電気抵抗により発生するジュール熱により溶接ビード５が溶け、接続板１を電池セル７の電極に溶接することができる。
接続板１の材質としては、電池の接続板としての本来の機能からいえば電気抵抗の低い銅が好ましい。しかし、銅の接続板を抵抗溶接するとなると、導電性の高さという長所が逆に障害になる。
そこで、本出願人は、図９に示すような組電池の接続板１を提案している（特許文献１）。この接続板１では、スリット４、４を長くして、その間の接続部８が細い形状になっている。この接続板１では、スリット４が長く、また瞬間的な無効電流で接続部８が溶断することで、無効電流の影響が少なくなる。
特許第３６３６６０３号公報
しかしながら、接続板１が銅製の場合、接続部８の溶断に使われる無効電流の大きさにばらつきがあることによって、抵抗溶接電流が一定せず、溶接強度にばらつきが生じるという問題がある。また、プレス加工の精度による接続板１の表面粗さの違いや、残留物付着により、溶接ビード５が溶融する時に過剰なジュール熱が生じ、スパークが発生するという問題がある。
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、溶接直前の状態を均一な状態とし、また、無効電流のばらつきによる溶接電流が影響を受けることをなくし、安定した溶接を行うことができるようにした組電池における接続板の溶接方法を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、
複数の電池セルからなる組電池において電池セル同士を接続する接続板を該電池セルに抵抗溶接により溶接する方法であって、
前記接続板として、接続板本体に長手方向に延びるスリットを有し、該スリットの終止する部分に溶接時の瞬間的無効電流で溶断可能な細部を有し銅からなる接続板を用い、
前記接続板を電池に本溶接を行う直前に、抵抗溶接機の電極で該接続板を前記電池セルに押し付け、本溶接に通電する電流よりも小さい電流を本溶接の通電時間よりも短い時間通電し、前記細部を溶断する予通電工程と、
前記抵抗溶接機の電極での加圧を維持したまま、本溶接に必要な所定の大きさの電流を所定の時間通電し、該電極を前記電池セルに溶接する本溶接工程と、
からなることを特徴とするものである。
本発明では、前記予通電工程での通電電流は本溶接工程での通電電流の７０％以下で、かつ通電時間は、本溶接工程での通電時間の５０％以下であることが好ましい。
本発明によれば、本溶接に先だって予通電を行うことにより、溶接直前の状態を均一な状態とし、また、無効電流のばらつきによる溶接電流が影響を受けることをなくし、安定した溶接を行うことができ、とりわけ銅を主材料とする接続板でも安定した溶接が可能となる。
以下、本発明による組電池における接続板の溶接方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による溶接方法に使用する接続板１０を示す。この実施形態では、接続板１０の材料には銅が用いられている。接続板１０の表面には、Ｎｉめっきが施されているが、これに限定されるものではなく、銅板自体を用いることもできる。
接続板１０の本体の中心線上にそって長手方向にスリット１２が形成されている。このスリット１２は、接続板１０の長辺と平行に延びて、胴部１１を２つに隔てている。そして、このスリット１２は、接続板１０の本体の両端部まで延び、短辺に近い位置で終止するようになっている。このようにして、閉じたスリット１２の終止する接続板１０の両端部には細部１４が形成されている。この細部１４は、溶接時の瞬間的無効電流で溶断可能な細さに形成されている。なお、図１において、接続板１０の裏面にはスリット１２の両側に溶接ビード５が形成されている。
次に、以上のような接続板１０を電池セルに溶接する方法の手順について、図２乃至図４を参照しながら説明する。
接続板１０を電池セル７に抵抗溶接する場合、図３（ａ）に示すように、抵抗溶接機の溶接電極６で接続板１０を電池セル７の電極に押し付けたままの状態で通電する。本実施形態による溶接方法では、図２に示すように、２段階に分けた通電を行う。
この図２は、抵抗溶接の過程での溶接電流の変化を示すグラフである。
図２において、本溶接を行う直前に第１段階の通電を行うのが予通電工程であり、第２段階の通電を行うのが本溶接工程である。
予通電工程では、本溶接での本通電電流値Ｉよりも低い予通電電流値Ｉ０で電流を流す。予通電電流値Ｉ0は、接続板１０の材料や板厚により異なるが、最大でも本通電電流値Ｉの７０％である。また、予通電工程での通電時間Ｔ0は、本溶接の通電時間Ｔの約５０％以下であることが好ましい。なお、溶接電極６による加圧力は、予通電工程および本溶接工程を通じてほぼ一定に維持される。
本実施形態によれば、本溶接を行う直前に予通電を行い、本溶接で通電する電流Ｉよりも小さい電流Ｉ0を本溶接通電時間よりも短い通電時間Ｔ0で通電することにより、接続板１０には瞬間的に無効電流が流れる。この無効電流は、図３（ｂ）に示すように、接続板１０の両端にある細部１４を流れ、この細部１４を瞬間的に溶断させる。また、無効電流が流れた瞬間に、溶接ビード５が加熱され、瞬間的にその表面の凹凸が溶けて平滑になり、また表面に付着していた残留物が焼失する。
こうして予通電工程が終了すると、図４（ａ）において、そのまま電極６での加圧を維持したまま本通電電流値Ｉで通電する。この通電により生じる熱によって、溶接ビード５が溶融するので（図４（ｂ））、接続板１０を電池セル７に溶接することができる。この本溶接では、上述したように、予通電を実施することで、溶接ビード５の状態を一定の状態とするとともに、接続板１０の両端の細部１４を溶断しておくことで、本溶接で無効電流が発生しないので、銅を材料としている接続板１０であるにも関わらず安定した溶接が可能となる。
実際、肉厚０．５mmの銅製接続板を下記の条件で電池セルに溶接したところ、溶接打点数１０００箇所で一度もスパークが発生しなかった。これは、無効電流の影響が小さくなり本溶接を安定した条件で行えるためと考えられる。
予通電電流：２．０ｋＡ、 通電時間：５．０msec
本溶接電流：６．９ｋＡ 通電時間：１０．０msec
加圧力：２０．０kgf
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態による接続板の溶接方法について、図５、図６を参照して説明する。
この第２実施形態は、図７に示した従来形の接続板１を用いる場合の実施形態である。
この接続板１では、その両側短辺の中央からは、スリット４が長辺と平行に中央部２に達する位置まで延びることで、開いたスリットとなっており、第１実施形態と異なり、両端に細部１４がない形状である。このような接続板１の場合、材料にはニッケル材、鉄の薄板にニッケルめっきを施したものや、銅板の表裏両面にニッケル薄板を接合したクラッド材などが用いられている。
この第２実施形態では、図５（ａ）に示すように、接続板１を電池に本溶接を行う直前に、電抵抗溶接機の電極６で接続板１を電池セル７に押し付け、予通電を行う点は、第１実施形態と同様である。図２に示したように、この予通電では、本溶接に通電する電流Ｉよりも小さい電流Ｉ0を本溶接の通電時間Ｔよりも短い通電時間Ｔ0で流すことにより、瞬間的に図５（ｂ）に示すように無効電流が流れる。この結果、溶接ビード５が加熱され、瞬間的にその表面の凹凸が溶けて平滑になり、また表面に付着していた残留物が焼失する。
このように予通電をして溶接ビード５の表面を一定の状態にしてから、図６に示すように、本溶接を実施し、抵抗溶接機の電極６での加圧を維持したまま、本溶接に必要な所定の大きさの電流を所定の通電時間流し、電極６を電池セル７に溶接する。
以上の第２実施形態によれば、本溶接を行う直前に予通電を行い、本溶接に通電する電流よりも小さい電流を本溶接通電時間よりも短い通電時間で通電することにより、接続板１０に瞬間的に無効電流を流し、溶接ビード５の状態を整えることができるので、本溶接を一定の状態で行えるようになり、安定した溶接が可能となる。
以上、本発明に係る溶接方法について、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明では、接続板１０を溶接する場合、セル電池の直列接続、並列接続、直列と並列の組み合わせのいずれにも利用できることはもちろんである。
本発明による組電池における接続板の溶接方法の第１実施形態で用いる接続板を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態による溶接方法での溶接電流の変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態における予通電工程を示し、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図である。 本発明の第１実施形態における本溶接工程を示し、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は平面図である。 本発明の第２実施形態における予通電工程を示し、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は平面図である。 本発明の第２実施形態における本溶接工程を示し、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は平面図である。 従来技術による組電池の接続板を示し、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図である。 従来の接続板の溶接工程を説明する側面図。 従来技術の他の例による組電池の接続板を示す平面図。
符号の説明
５ 溶接ビード
６ 溶接電極
７ 電池セル
１０ 接続板
１１ 胴部
１２ スリット
１４ 細部

Claims (2)

  1. 複数の電池セルからなる組電池において電池セル同士を接続する接続板を該電池セルに抵抗溶接により溶接する方法であって、
    前記接続板として、接続板本体に長手方向に延びるスリットを有し、該スリットの終止する部分に溶接時の瞬間的無効電流で溶断可能な細部を有し銅からなる接続板を用い、
    前記接続板を電池に本溶接を行う直前に、抵抗溶接機の電極で該接続板を前記電池セルに押し付け、本溶接に通電する電流よりも小さい電流を本溶接の通電時間よりも短い時間通電し、前記細部を溶断する予通電工程と、
    前記抵抗溶接機の電極での加圧を維持したまま、本溶接に必要な所定の大きさの電流を所定の時間通電し、該電極を前記電池セルに溶接する本溶接工程と、
    からなることを特徴とする組電池における接続板の溶接方法。
  2. 前記予通電工程での通電電流は本溶接工程での通電電流の７０％以下で、かつ通電時間は、本溶接工程での通電時間の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の組電池における接続板の溶接方法。
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