特許第6258858号(P6258858)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6258858
(24)【登録日】2017年12月15日
(45)【発行日】2018年1月10日
(54)【発明の名称】蓄電装置及び溶接方法
(51)【国際特許分類】
   H01M 2/20 20060101AFI20171227BHJP
   H01M 2/30 20060101ALI20171227BHJP
   H01G 11/76 20130101ALI20171227BHJP
   H01G 11/10 20130101ALI20171227BHJP
   H01G 11/84 20130101ALI20171227BHJP
【FI】
   H01M2/20 A
   H01M2/30 D
   H01G11/76
   H01G11/10
   H01G11/84
【請求項の数】5
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2014-538267(P2014-538267)
(86)(22)【出願日】2013年8月12日
(86)【国際出願番号】JP2013071763
(87)【国際公開番号】WO2014050330
(87)【国際公開日】20140403
【審査請求日】2016年6月1日
(31)【優先権主張番号】特願2012-214065(P2012-214065)
(32)【優先日】2012年9月27日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】507151526
【氏名又は名称】株式会社GSユアサ
(73)【特許権者】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100074332
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 昇
(74)【代理人】
【識別番号】100114432
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 寛昭
(72)【発明者】
【氏名】▲堤▼ 雅和
(72)【発明者】
【氏名】中村 純
【審査官】 ▲高▼橋 真由
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−138765(JP,A)
【文献】 国際公開第2012/120774(WO,A1)
【文献】 特開2012−043714(JP,A)
【文献】 特開2009−277605(JP,A)
【文献】 特開2008−270033(JP,A)
【文献】 特開2009−087735(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/20
H01M 2/30
H01G 11/10
H01G 11/76
H01G 11/84
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部端子を有する蓄電素子と、
接続部を有し、該接続部にて前記外部端子に接続されるバスバーとを備え、
前記外部端子は、前記蓄電素子内に挿入される軸部を有し、
前記バスバーの接続部は、貫通孔を有し、
前記貫通孔は、前記バスバーにおいてその一部が前記軸部の一部と重なる箇所に配置され、
該貫通孔を画定する内側面部と、前記外部端子と、が溶接されている
蓄電装置。
【請求項2】
前記貫通孔を画定する前記内側面部の前記外部端子側と、前記外部端子と、が溶接されている
請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記内側面部における周方向の一部又は前記内側面部の全周と、前記外部端子とが溶接されている
請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記貫通孔を画定する前記内側面部と、前記外部端子のうちの前記軸部の軸心と交差する方向に当該軸部から離れた箇所と、が溶接されている
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の蓄電装置。
【請求項5】
外部端子を有する蓄電素子の当該外部端子とバスバーとを溶接する方法であって、
前記外部端子と、前記バスバーに形成された貫通孔を画定する内側面部と、が接触する境界線よりも前記内側面部側に向けてレーザ光を照射して、前記内側面部と前記外部端子とを溶接すること、を備え、
前記外部端子は、前記蓄電素子内に挿入される軸部を有し、
前記貫通孔は、前記バスバーにおいてその一部が前記軸部の一部と重なる箇所に配置されている、
蓄電素子の外部端子とバスバーとの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本願は、日本国特願2012−214065号の優先権を主張し、日本国特願2012−214065号の内容は、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本発明は、外部端子を有する蓄電素子と、外部端子に接続されるバスバーとを備える蓄電装置に関する。また、本発明は、蓄電素子の外部端子とバスバーとの溶接方法に関する。
【背景技術】
【0003】
近年、電池(リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等)、キャパシタ(電気二重層キャパシタ等)といった充放電可能な蓄電素子が車両(自動車、自動二輪車等)、各種機器(携帯端末、ノート型パソコン等)の動力源として採用されている。例えば、電池には、種々のタイプのものが提供されている。その一つとして、複数の電池セルの外部端子同士を導電性のバスバーで接続し、一つの電池として構成した電池モジュールが提供されている(特許文献1)。
【0004】
ところで、斯かる電池モジュールにおいて、複数の電池セルの外部端子同士をバスバーで接続するために、外部端子とバスバーとがレーザ溶接されている。このとき、レーザ光がバスバーの上部から照射される。このため、板状であるバスバーを厚み方向に溶かすだけの熱量が必要となる。したがって、外部端子の熱損傷、さらには、電池セルの内部構造である電極体の熱損傷が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】日本国特開2012−43714号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
よって、本発明は、かかる事情に鑑み、蓄電素子の外部端子への熱損傷を軽減することができる蓄電装置、及び蓄電素子の外部端子とバスバーとの溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る蓄電装置は、
外部端子を有する蓄電素子と、
接続部を有し、該接続部にて外部端子に接続されるバスバーとを備え、
外部端子は、蓄電素子内に挿入される軸部を有し、
該バスバーの接続部は、貫通孔を有し、
貫通孔は、バスバーにおいてその一部が軸部の一部と重なる箇所に配置され、
該貫通孔を画定する内側面部と、前記外部端子と、が溶接されている。
【0008】
本発明に係る蓄電装置の一態様として、
貫通孔を画定する内側面部の外部端子側と、外部端子と、が溶接されている、
ようにしてもよい。
【0009】
また、本発明に係る蓄電装置の他態様として、
前記内側面部における周方向の一部又は前記内側面部の全周と、外部端子とが溶接されている、
ようにしてもよい。
【0010】
また、本発明に係る蓄電装置の別の態様として、
通孔を画定する内側面部と、外部端子のうちの軸部の軸心と交差する方向に当該軸部から離れた箇所と、が溶接されている、
ようにしてもよい。
【0012】
本発明に係る蓄電素子の外部端子とバスバーとの溶接方法は、
外部端子を有する蓄電素子の当該外部端子とバスバーとを溶接する方法であって、
外部端子と、バスバーに形成された貫通孔を画定する内側面部とが接触する境界線よりも内側面部側に向けてレーザ光を照射して、内側面部と外部端子とを溶接すること、を備え、
外部端子は、蓄電素子内に挿入される軸部を有し、
貫通孔は、バスバーにおいてその一部が軸部の一部と重なる箇所に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1図1は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの斜視図を示す。
図2図2は、同電池モジュールの平面図を示す。
図3図3は、同電池モジュールを構成する電池セルの斜視図を示す。
図4図4は、同電池セル同士を接続するためのバスバーの斜視図を示す。
図5図5は、同バスバーの図4のV−V線拡大断面図を示す。
図6図6は、同バスバーが外部端子に溶接される状態の一部拡大断面図を示す。
図7図7は、同バスバーが外部端子に溶接される箇所の一態様を表す平面図を示す。
図8図8は、同バスバーが外部端子に溶接される箇所の他態様を表す平面図を示す。
図9図9は、本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの一部平面図を示す。
図10図10は、本発明のさらに他の実施形態に係る電池モジュールの一部拡大断面図を示す。
図11図11は、本発明のさらに他の実施形態に係る電池モジュールの一部平面図を示す。
図12図12は、同電池モジュールの図11のXII−XII線拡大断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明に係る蓄電装置は、
外部端子を有する蓄電素子と、
接続部を有し、該接続部にて外部端子に接続されるバスバーとを備え、
外部端子は、蓄電素子内に挿入される軸部を有し、
該バスバーの接続部は、貫通孔を有し、
貫通孔は、バスバーにおいてその一部が軸部の一部と重なる箇所に配置され、
該貫通孔を画定する内側面部と、外部端子と、が溶接されている。
【0015】
かかる構成によれば、バスバーの接続部の貫通孔を画定する内側面部と、外部端子と、が溶接されている。これにより、バスバーを厚み方向全体に溶かしてバスバーと外部端子とを溶接する構成と比較して、溶接するための熱量が小さくなる。したがって、外部端子の熱損傷を軽減することができる。
【0016】
ここで、本発明に係る蓄電装置の一態様として、
貫通孔を画定する内側面部の外部端子側と、外部端子と、が溶接されている、
ようにしてもよい。
【0017】
かかる構成によれば、貫通孔を画定する内側面部の外部端子側と、外部端子とが溶接されている。これにより、溶接するための熱量がさらに小さくなるため、外部端子の熱損傷をさらに軽減することができる。
【0018】
また、本発明に係る蓄電装置の他態様として、
内側面部における周方向の一部又は内側面部の全周と、外部端子とが溶接されている、
ようにしてもよい。
【0019】
かかる構成によれば、内側面部における周方向の一部又は内側面部の全周と、外部端子とが溶接されている。これにより、バスバーと外部端子とを、電気的及び機械的に確実に接続することができる。
【0020】
また、本発明に係る蓄電装置の別の態様として、
通孔を画定する内側面部と、外部端子のうちの軸部の軸心と交差する方向に当該軸部から離れた箇所とが溶接されている、
ようにしてもよい。
【0021】
かかる構成によれば、蓄電素子内に挿入される軸部が外部端子に設けられている。そして、外部端子における軸部の軸心と交差する方向に当該軸部から離れた箇所と、貫通孔を画定する内側面部とが溶接されている。これにより、軸部の熱損傷を防止でき、その結果、内部構造である電極体の熱損傷を防止できる。
【0024】
本発明に係る蓄電素子の外部端子とバスバーとの溶接方法は、
外部端子を有する蓄電素子の当該外部端子とバスバーとを溶接する方法であって、
外部端子と、バスバーに形成された貫通孔を画定する内側面部と、が接触する境界線よりも内側面部側に向けてレーザ光を照射して、内側面部と外部端子とを溶接すること、を備え、
外部端子は、蓄電素子内に挿入される軸部を有し、
貫通孔は、バスバーにおいてその一部が軸部の一部と重なる箇所に配置されている。
【0025】
かかる方法では、外部端子と、バスバーの接続部に設けられた貫通孔を画定する内側面部と、が接触する境界線よりも内側面部側に向けてレーザ光を照射する。これにより、外部端子と、貫通孔を画定する内側面部とが溶接される。このため、レーザ光をバスバーの上部から照射してバスバーを厚み方向全体に溶かすことでバスバーと外部端子とを溶接する方法と比較して、溶接するための熱量が小さくなる。したがって、外部端子の熱損傷を軽減することができる。
【0026】
以上の如く、本発明によれば、蓄電素子の外部端子の熱損傷を軽減することができるという優れた効果を奏する。
【0027】
以下、本発明に係る蓄電装置の一実施形態である電池モジュールについて、図面を参酌しつつ説明する。本実施形態に係る電池モジュールは、図1及び図2に示す如く、複数の電池セル(蓄電素子)1,…と、該複数の電池セル1,…を収容するハウジング10とを備えている。
【0028】
電池セル1は、図3に示す如く、ケース2を備えている。ケース2は、開口部を有するケース本体2aと、該ケース本体2aの開口部を塞いで密閉する蓋板2bとを有する。電極体(図示せず)は、ケース2内に収容されている。
【0029】
電池セル1は、外観直方体状の角形電池や、外観円柱状の丸形電池を採用し得る。本実施形態に係る電池セル1は、角形電池である。そのため、ケース本体2aは、幅方向に偏平な有底角筒状である。また、蓋板2bは、該ケース本体2aの開口部に対応した長方形状の板材である。
【0030】
外部ガスケット3は、ケース2の外面、より詳しくは、蓋板2bの外面に配置されている。そして、外部端子4は、外部ガスケット3の外面に配置されている。本実施形態においては、外部ガスケット3が凹部を有しており、外部端子4が該凹部内に配置されている。
【0031】
外部端子4は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料で形成されている。ここで、貫通開口(図示しない)が蓋板2bに形成されている。また、貫通開口(図6参照)は、外部ガスケット3にも形成されている。外部ガスケット3は、当該外部ガスケット3の貫通開口が蓋板2bの貫通開口と一致するようにして蓋板2bの外面に配置されている。外部端子4は、それら貫通開口を貫通する軸部4a(図6参照)を有している。二つの貫通開口を通じて外部ガスケット3及び蓋板2bを貫通した外部端子4の軸部4aは、集電体(図示しない)に接続されている。この集電体は、電極体に接続されている。これにより、外部端子4は、電極体に電気的に接続されている。
【0032】
正極用の外部ガスケット3及び外部端子4と、負極用の外部ガスケット3及び外部端子4とが電池セル1に設けられている。正極用の外部ガスケット3及び外部端子4は、蓋板2bの長手方向における一端部に配置されている。負極用の外部ガスケット3及び外部端子4は、蓋板2bの長手方向における他端部に配置されている。外部ガスケット3及び外部端子4は、平面視長方形状である。外部ガスケット3及び外部端子4は、蓋板2bの幅方向の寸法が小さく且つ前記幅方向と直交する方向の寸法が小さな長方形状を有する。
【0033】
外部端子4の上部は、平坦面4bである。外部端子4が平面視長方形状であるので、平坦面4bも長方形状である。外部端子4の平坦面4bは、蓋板2bの外面から離れている。外部端子4の平坦面4bは、外部ガスケット3から突出している。正極用の外部端子4の平坦面4bと、負極用の外部端子4の平坦面4bとは、蓋板2bの外面に対して同じ高さ位置にある。
【0034】
図1及び図2に戻り、複数の電池セル1,…は、蓋板2bの短手方向に並ぶように並列配置されている。本実施形態においては、10個の電池セル1,…が並列配置されている。また、隣り合う電池セル1,1は、極性が反対となるように配置されている。これにより、隣り合う外部端子4,4を接続することで、全ての電池セル1が直列接続され、一つの電池が構成される。
【0035】
蓋板2bの短手方向に並ぶ電池セル1,1の外部端子4,4同士は、バスバー5によって接続されている。より詳しくは、隣り合う電池セル1,1のうちの一方の電池セル1の正極用の外部端子4と、前記隣り合う電池セル1,1のうちの他方の電池セル1の負極用の外部端子4とは、近接している。そして、これらの外部端子4,4同士がバスバー5によって接続されている。
【0036】
なお、外部接続用のバスバー5Aが、直列接続された複数の電池セル1のうちの一端の電池セル1の外部端子4と、前記直列接続された複数の電池セル1のうちの他端の電池セル1の外部端子4とに、それぞれ接続されている。かかるバスバー5Aは、別の電池モジュール、別の機器、負荷、又は電源に接続される外部接続用のバスバーである。
【0037】
バスバー5は、図4及び図5に示す如く、本体部6と、該本体部6の両端に設けられる一対の接続部7,7とを有している。接続部7は、外部端子4の平坦面4bに載置され、外部端子4に接続される部分である。本体部6は、一対の接続部7,7を連結している。本実施形態において、バスバー5は、平坦面5aを有して平面視長方形状の平板状に形成されている。このバスバー5は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料の板材によって形成されている。
【0038】
貫通孔8が接続部7に設けられている。本実施形態の貫通孔8は、平面視矩形状(正方形状)に形成されている。また、この貫通孔8は、貫通方向の各位置において同じ大きさとなるように、接続部7を貫通している。したがって、貫通孔8を画定する(囲う)内側面部8aは、バスバー5の平坦面5aと直交する。なお、貫通孔8は、平面視矩形状に限られない。例えば、貫通孔8は、平面視において、円形状(真円形状、楕円形状)、多角形状等でもよい。また、後述するが、外部端子4とバスバー5とを電気的及び機械的に接続するために、貫通孔8を画定する内側面部8aと外部端子4とが溶接される。具体的には、内側面部8aにおける外部端子4側の部位と、外部端子4と、が溶接される。
【0039】
ここで、電池セル1に対するバスバー5の接続方法(電池モジュール1の製造方法)について説明する。
【0040】
まず、複数の電池セル1,…は、ベルトコンベア等の搬送装置(図示しない)上で電池モジュールの完成時と同じ並列状態に配置される。並列状態に配置された複数の電池セル1,…は、該搬送装置によって溶接装置20の作動領域(以下、溶接エリアという)に搬送される。なお、本実施形態の溶接装置は、例えば、レーザ溶接装置である。複数の電池セル1,…が溶接エリアに到達すると、溶接装置20に隣接して配置されるバスバー自動供給装置(図示しない)は、バスバー5を保持可能に構成された保持体によってバスバー5を受け取る。そして、バスバー自動供給装置は、図6に示す如く、受け取ったバスバー5を隣り合う電池セル1,1の外部端子4,4に跨るように配置する。
【0041】
そして、保持体がバスバー5を外部端子4に押し付けた状態で、レーザ光Lを出射する溶接ヘッド21がバスバー5の内側面部8aに沿って移動する。このとき、溶接ヘッド21は、レーザ光Lの光軸が内側面部8aに対して傾斜状態で交差するように、内側面部8aにおける外部端子4側の部位に向けてレーザ光Lを出射する。具体的には、レーザ光Lは、内側面部8aと外部端子4との境界よりも、やや内側面部8a側の部位が焦点位置となるように照射されている。また、本実施形態において、図7に示す如く、レーザ光Lを照射する範囲Wは、内側面部8aの全周である。なお、レーザ光Lを照射する範囲Wは、図8に示す如く、内側面部8aにおける周方向の一部でもよい。
【0042】
このように、溶接ヘッド21がレーザ光Lを出射しつつ移動することで、バスバー5の接続部7と、外部端子4の平坦面4bとが溶接される。このとき、溶融した内側面部8aの一部が、貫通孔8の内側に向けて流れる。そして、レーザー光Lの照射が終わると、そのままの状態で固まる。このように、溶接装置20によってバスバー5の接続部7と外部端子4とが溶接されると、バスバー5は、電池セル1の外部端子4に対して電気的及び機械的に接続される。その後、バスバー5を介して電気的に接続された複数の電池セル1,…がハウジング10に収容される。これにより、大容量の電池(電池モジュール)が完成する。
【0043】
以上のように、本実施形態に係る電池モジュールでは、バスバー5の接続部7に設けられた内側面部8aの外部端子4側の部位と、外部端子4と、が溶接されている。これにより、バスバー5を厚み方向全体に溶かしてバスバー5と外部端子4とを溶接する構成と比較して、溶接するための熱量が小さくなる。したがって、外部端子4の熱損傷を軽減することができ、その結果、内部構造である電極体の熱損傷を軽減することができる。また、外部端子4が熱変形することも防止できるため、外部端子4の変形に起因する電池セル1内部の密封性の低下も防止できる。
【0044】
また、本実施形態に係る電池モジュールによれば、内側面部8aの全周(又は、周方向の一部)と、外部端子4とが溶接されている。これにより、バスバー5と外部端子4とが、電気的及び機械的に、確実に接続される。
【0045】
なお、本発明に係る蓄電装置及び溶接方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
【0046】
上記実施形態においては、貫通孔8を画定する内側面部8aにおいて、外部端子4の軸部4aの軸心方向における軸部4aと重なる箇所が、外部端子4と溶接される。しかしながら、他の実施形態を示す図9やさらに他の実施形態を示す図10に示す如く、貫通孔8を画定する内側面部8aは、外部端子4のうちの軸部4aから当該軸部4aの軸心と交差する方向に離れた箇所と溶接されてもよい。しかも、図9及び図10に示す如く、貫通孔8は、外部端子4における軸部4aから当該軸部4aの軸心と交差する方向に離れた箇所に対して軸心方向に重なる位置に配置されてもよい。かかる構成によれば、軸部4aの熱損傷を防止できるため、内部構造である電極体の熱損傷を防止できる。
【0047】
図9に示す貫通孔8,8は、バスバー5の短手方向において、軸部4aを挟むように配置されている。図10に示す貫通孔8は、バスバー5の長手方向において、中央部寄りに配置されることで、軸部4aから離れている。図10に示す負極用の外部端子4では、軸部4aと、軸部4aに嵌合される板状体4cとが別部材によって構成されている。具体的には、軸部4aは、例えば、銅で形成されており、板状体4cは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料で形成されている。
【0048】
また、上記実施形態の複数の電池セル1,…は、蓋板2bの短手方向に並ぶようにして並列配置されていたが、この構成に限定されない。例えば、図11及び図12に示す如く、複数の電池セル1,…は、蓋板2bの長手方向に並ぶように並列配置されてもよい。そして、蓋板2bの長手方向における一端部に配置されている正極用の外部端子4と、蓋板2bの長手方向における他端部に配置されている負極用の外部端子4とは、これら正極用の外部端子4と負極用の外部端子4とに跨って配置されるバスバー5の内周面部8aと溶接されることで、電気的に接続されている。
【0049】
また、上記実施形態の溶接装置20では、溶接ヘッド21が移動する(首を振る)ように構成されていたが、この構成に限定されない。例えば、ミラーが、溶接ヘッド21から出射したレーザ光Lの光軸を変更する構成でもよく、また、ワーク(蓄電素子)が、固定されている溶接ヘッド21に対して移動してもよい。
【0050】
また、上記実施形態においては、溶接ヘッド21から出射するレーザ光Lの光軸が外部端子4の平坦面4bに対して傾斜状態で交差するように、レーザ光Lが照射されている。これにより、レーザ光Lの光軸が貫通孔8の内側面部8aに対して傾斜するように、レーザ光Lが内側面部8aに照射される。しかし、この構成に限定されない。例えば、貫通孔8を画定する内側面部8aが、バスバー5の平坦面5aに対して傾斜するように配置される。このとき、溶接ヘッド21から出射するレーザ光Lの光軸が外部端子4の平坦面4bと直交するようにレーザ光Lを照射することで、レーザ光Lの光軸が内側面部8aに対して傾斜するようにレーザ光Lを照射してもよい。
【0051】
また、上記実施形態の外部端子4及びバスバー5は、アルミニウム系金属材料で構成されているが、これに限定されない。例えば、外部端子4及びバスバー5は、銅、SUS、スチール等の金属材料(合金を含む)であってもよい。すなわち、外部端子4及びバスバー5は、導電性を有し、互いに溶接可能な金属材料であればよい。
【0052】
上記実施形態においては、レーザ溶接によってバスバー5と電池セル1の外部端子4とを接続したが、これに限定されない。例えば、一般的なアーク溶接、ガス溶接等によってバスバー5と外部端子4とを接続してもよい。
【0053】
本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタにも適用可能である。そして、電池の種類や大きさ(容量)は任意である。
【符号の説明】
【0054】
1…電池セル(蓄電素子)、2…ケース、2a…ケース本体、2b…蓋体、3…外部ガスケット、4…外部端子、4a…軸部、4b…平坦面、4c…板状体、5…バスバー、5A…(外部接続用の)バスバー、5a…平坦面、6…本体部、7…接続部、8…貫通孔、8a…内側面部、10…ハウジング、20…溶接装置、21…溶接ヘッド、L…レーザ光
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