組電池及びその溶接方法
【課題】
良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ると共に、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが減少でき、電池寿命向上に有効な組電池及びその溶接方法を提供する。
【解決手段】
複数個の単電池を電気絶縁性の収納ケースに一列又は複数列に収納後に、各単電池の極間を各接続金属板によって連結する組電池において、材質が銅製の前記接続金属板３を各単電池２の正極部６と他の単電池２の負極部７との両面に配置して重ね継手を各々形成し、正極部６の上側にある片方の前記接続金属板３の特定位置、及び前記負極部７の上側にある他方の前記接続金属板３の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部５を備えている。前記溶接部５の溶け込み深さｈは、前記接続金属板３の板厚Ｔ１より大きく、前記正極部６又は負極部７の板厚Ｔ２を加えた値より小さく、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されている。
良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ると共に、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが減少でき、電池寿命向上に有効な組電池及びその溶接方法を提供する。
【解決手段】
複数個の単電池を電気絶縁性の収納ケースに一列又は複数列に収納後に、各単電池の極間を各接続金属板によって連結する組電池において、材質が銅製の前記接続金属板３を各単電池２の正極部６と他の単電池２の負極部７との両面に配置して重ね継手を各々形成し、正極部６の上側にある片方の前記接続金属板３の特定位置、及び前記負極部７の上側にある他方の前記接続金属板３の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部５を備えている。前記溶接部５の溶け込み深さｈは、前記接続金属板３の板厚Ｔ１より大きく、前記正極部６又は負極部７の板厚Ｔ２を加えた値より小さく、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の単電池の正負極間を接続金属板によって連結する組電池及びその溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車や携帯機器等に使用する組電池（電池モジュールとも称す）は、大電流の充放電が要求されるため、数十本の単電池を直列に接続する必要がある。接続抵抗（電気抵抗）が大きいと、電圧降下による通電ロスが増加し、発熱量も大きくなり、電池の特性劣化，寿命低下が生じる。このため、従来より組電池の接続抵抗を小さくする方法や電池極間を連結する方法が幾つか提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の円筒型電池及び組電池では、雌ねじ孔が穿設され又は雄ねじ部が立設された面部を有する導電性材料からなる集電端子が前記面部を支持する脚部を介してそれぞれ正極部と負極部とに接続固定することが提案されている。
【０００４】
特許文献２に記載の組電池では、２本の単電池の正極キャップ上に配置された電気絶縁性樹脂製のプレートは、組電池の外周より小さく、単電池間の谷状空間に多角形状の窪みを有する突起が突設されており、前記プレート表面に前記単電池間を機械的，電気的に接続する金属ブスバを配置することが提案されている。
【０００５】
特許文献３では、縦列に並べられる単電池の対向する電極端子に、第１電極ユニットと第２電池ユニットの外側に突出した金属リード板を固定しており、前記金属リード板の表面を互いに接触させる状態で接続することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献４に記載の組電池では、接続部材の２種類の突起の内、一方の突起は一方の単電池の封口体上に溶接され、他方の突起は他方の単電池の外装缶底面に溶接されることが提案されている。
【０００７】
特許文献５に記載の密閉型電池とその製造法及び密閉型電池用蓋板では、電池容器の開口部を密閉する蓋板の裏面は注入穴近傍が外周部より薄肉に形成され、該薄肉に形成された部分と封止栓との溶融によって前記注入穴が封止されていることが提案されている。
【０００８】
また、特許文献６（特公昭６１−８５３９号公報）に記載の渦巻電極を備えた電池の製造法では、渦巻電極体の上下各電極突出端に略円盤状の金属無地板よりなる集電体を配置し、アークスポット溶接により集電体とこれと直角に交差接触する電極突出端とを溶接した後、電池ケース内に包み込むことが提案されている。
【０００９】
上記特許文献１の場合には、電池の正負極部に取付けた集電端子と電池同士を接続する接続体とをボルトで締結する構造であるため、部品数が多く、コスト高になる。集電端子の脚部に切込みと凸部を設けて、電池の正極部や負極部にスポット溶接（抵抗溶接）しているが、溶接箇所が８箇所もあり、溶接工数が増加するという問題がある。また、集電端子は、ニッケル製のような導電性材料が使用されており、スポット溶接（抵抗溶接）の施工が可能であるが、板厚を多少厚くしても、ニッケル材の電気抵抗が銅材の電気抵抗と比べて大きいため、接続抵抗の減少に限界がある。また、ニッケル材は銅材より高価である。電気抵抗の小さい銅材は、ジュール発熱方式の抵抗溶接が困難であるため、前記集電端子には使用することができず、また、前記抵抗溶接と方法が異なるアーク溶接（アークスポット溶接）は適用されていない。
【００１０】
上記特許文献２の場合には、電気絶縁性樹脂製のプレート上にＴ字状，十字状の金属ブスバを配置し、単電池の正極端子，負極端子にスポット溶接（抵抗溶接）している。前記金属ブスバの材質は記載されていないが、上記特許文献１と同様に、ニッケル製のような導電性材料と考えられる。また、電気抵抗の小さい銅材は、ジュール発熱方式の抵抗溶接が困難であるため、前記集電金属ブスバには使用することができない。また、前記抵抗溶接と方法が異なるアーク溶接（アークスポット溶接）は適用されていない。
【００１１】
上記特許文献３の場合には、上段の第１電池ユニットと下段の第２電池ユニットとを連結する金属リード板の突出部同士を半田付け又はスポット溶接（抵抗溶接）している。また、複数個の単電池の極間同士を接続するリード板もスポット溶接（抵抗溶接）している。組電池の構造は異なるが、上記特許文献１，２と同様に、抵抗溶接と方法が異なるアーク溶接（アークスポット溶接）は適用されていない。また、電気抵抗の小さい銅材は、ジュール発熱方式の抵抗溶接が困難であるため、前記金属リード板及びリード板には使用することができない。
【００１２】
上記特許文献４の場合には、２種類の突起を有する接続部材を介して上側の単電池と下側の単電池とを連結する構造であり、一方の突起を下側の単電池正極面に溶接(抵抗溶接)し、他方の突起を上側の単電池負極面を溶接（抵抗溶接）している。前記接続部材には溶接時に溶接電極を取付けるリード部が突出しているため、溶接終了後に前記リード部を切断する又は折り曲げる必要があり、余分な工数が増えるという問題がある。溶接トーチを挿入する空間がないため、抵抗溶接と異なるアーク溶接等の他の溶接法は適用することができない。
【００１３】
上記特許文献５の場合には、蓋板の薄肉部分と封止栓とをアーク溶接して穴封止（溶融接合）しているが、角型電池の穴を封止溶接する技術であり、複数個の単電池の極間同士を接続溶接するものではない。また、角型電池の蓋板及び封止栓の材質はアルミニウムであり、銅やニッケルではない。材質や形状が異なると、溶接可能な適正条件が全く異なるため、前記アルミニウムの溶接条件をそのまま適用することができない。
【００１４】
上記特許文献６の場合には、円盤状の集電体と下側にある渦巻電極体の突出端とをアークスポット溶接しているが、丸型電池の電極部分を溶接する技術であり、複数個の単電池の極間同士を接続溶接するものではない。また、前記集電体及び渦巻電極体の材質はニッケルメッキ付の鋼板であり、銅やニッケルではない。上記特許文献５と同様に、材質や形状が異なると、溶接可能な適正条件が全く異なるため、前記鋼板の溶接条件をそのまま適用することができないという問題がある。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−２８７８９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６４９８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１３３２２７号公報
【特許文献４】特開２００１−２６６８４３号公報
【特許文献５】特開２００４−２５９５８４号公報
【特許文献６】特公昭６１−８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部が得ると共に、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスを減少でき、電池寿命向上に有効な組電池及び溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するために、複数個の単電池を電気絶縁性の収納ケースに一列又は複数列に収納後に、各単電池の極間を各接続金属板によって連結する組電池において、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成し、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部を備えていることを特徴とする。
【００１８】
特に、前記溶接部の溶け込み深さｈは、前記接続金属板の板厚Ｔ１より大きく、前記正極部又は負極部の板厚Ｔ２を加えた値より小さく、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されているとよい。
【００１９】
また、前記重ね継手は、前記接続金属板に該当する上側の板厚Ｔ１が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、前記正極部又は負極部に該当する下側の板厚Ｔ２が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手であり、前記鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されているとよい。
【００２０】
また、本発明は、上記目的を達成するために、複数個の単電池を電気絶縁性の収納ケースに一列又は複数列に収納後に、各単電池の極間を各接続金属板によって連結する組電池の溶接方法において、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程と、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を各々施工する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
特に、前記溶接工程では、前記接続金属板の板厚をＴ１とし、前記正極部又は負極部の板厚をＴ２とした場合に、溶け込み深さｈが以下の式（１）を満たす範囲でアークスポット溶接を行うことを特徴とする。
【００２２】
Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５） …式（１）
すなわち、本発明の組電池では、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成し、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部を備えていることにより、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。特に、銅の電気抵抗はニッケル材や鋼材の電気抵抗と比べて(Ｃｕ：１.５５＜Ｎｉ：
６.５８＜Ｆｅ：８.７１(×１０-6Ω・cm)) 格段に小さいため、銅製の接続金属板を使用することで、前記接続抵抗が小さくでき、また、ニッケル材より低コストで製作することができる。また、銅製の接続金属板であっても、アークスポット溶接によって確実に溶融接合することができる。なお、従来のジュール発熱方式の抵抗溶接（スポット溶接）では、電気抵抗の小さな銅の溶接が困難であり、適用することができない。
【００２３】
前記溶接部の溶け込み深さｈは、前記接続金属板の板厚Ｔ１より大きく、前記正極部又は負極部の板厚Ｔ２の４／５をＴ１に加えた値より小さい、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されていることにより、重ね継手の裏側まで溶かさない深さの溶接部を確実に得ることができる。なお、前記溶け込み深さｈが上側の板厚Ｔ１より浅いと、溶接不足になり、反対に、溶け込み深さｈが（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）より大きくなると、裏溶けが生じ易くなり、耐食性の低下や電池液漏れの問題があるので好ましくない。
【００２４】
前記重ね継手は、前記接続金属板に該当する上側の板厚Ｔ１が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、前記正極部又は負極部に該当する下側の板厚Ｔ２が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手であり、前記鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されていることにより、Ｎｉメッキを媒体にして融点の低いＣｕと融点の高いＦｅとが結び付き、割れのない良好な極薄いＣｕ／Ｆｅの混合層が形成し、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ることができる。また、鋼製又は低炭素鋼であっても、Ｎｉメッキによって耐食性を高めることができる。Ｎｉメッキの厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であればよく、銅と
Ｎｉメッキ付鋼との異材溶接が施工でき、割れのない良好な溶接部を得ることができる。
【００２５】
なお、前記接続金属板の板厚Ｔ１が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ１が１.５mm より厚くなると、接続金属板への熱放散の増加によってアークスポット溶接ができなくなるので好ましくない。また、単電池の正極部又は負極部の板厚Ｔ２が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ２が１.５mm より厚くなると、深絞り成形加工が難しくなり、重量が増加するばかりでなく、アーク溶接も困難になるので好ましくない。また、Ｎｉメッキの厚みが１μｍより薄いと、僅かなキズ等によって鋼面が露出し、耐食性が低下し易くなり、反対に、１０μｍより厚くなると、メッキ処理に時間がかかるばかりでなく、アーク溶接時に接合不足が生じ易くなるので好ましくない。
【００２６】
また、本発明の組電池の溶接方法では、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程と、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を各々施工する工程とを備えていることにより、前記重ね継手を溶融接合でき、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ることができる。また、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができると共に、銅製の接続金属板の使用によってニッケル材より低コストに製作することができる。
【００２７】
特に、前記溶接工程では、前記接続金属板の板厚Ｔ１及び前記正極部又は負極部の板厚Ｔ２に対する溶け込み深さｈがＴ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成するように前記アークスポット溶接を行うことにより、上述したように、重ね継手の裏側まで溶かさない深さの溶接部を確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の組電池及びその溶接方法によれば、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部が得られ、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスを減少でき、電池寿命向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の組電池及びその溶接方法について好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の組電池に係わる単電池の配列と電池正負極間の接続及び電流経路の一実施例を示す説明図である。また、図２は、図１に示した電池正極間の接続状態の一実施例を示す上面図であり、図３は、図２に示した電池正極間の接続状態を示す断面図である。また、図４は、本発明の組電池及びその溶接方法に係わる接続金属板の配置工程及びアークスポット溶接工程の一実施例を示す手順及び断面図である。
【００３０】
図１に示すように、１組４０本の単電池２を電気絶縁性の収納ケース１に複数列に収納している。他の配列に変更しても良いし、また、単電池の本数が少ない場合には一列に配列し、倍数の８０本必要な場合には２組配置することもできる。各単電池２は、円筒型のリチウム電池であり、電池正極部６と他の電池負極部７とが交互に隣接するように配置し、各接続金属板３によって直列に連結されており、組電池の稼働時には、電流経路１２の方向に高電流が出力できるようにしている。
【００３１】
図２〜図４に示すように、材質が銅製の接続金属板３を単電池２の電池正極部６と他の単電池２の電池負極部７（電池底面）との両面に配置して重ね継手を各々形成し、電池正極部６の上側にある片方の前記接続金属板３の特定位置、及び前記電池負極部７の上側にある他方の前記接続金属板３の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部５を備えている。電池正極部６及び電池負極部７は、材質が鋼製であり、耐食性を高めるために、鋼製の裏表面にＮｉメッキが形成されている。各接続金属板３の表面部には、アークスポット溶接の施工による溶接部５が電池正極部６側に２点ずつ、他方の電池負極部７側に２点ずつ形成されている。２点ずつの溶接部５を形成すべき特定位置は、例えば、接続金属板３の板幅ｗに対して、両端面からｗ／４程度の位置又はこの近傍位置にするとよい。溶接し易い他の位置に変更することも可能である。また、溶接部５を電池正極部６側及び電池負極部７側に１点ずつ形成する場合には、板幅ｗのほぼ中央位置又はこの近傍位置にすればよい。少ない溶接点数であっても、良好な溶接品質及び高い引張強度の溶接部が得られ、電池正負極間を確実に締結でき、同時に、溶接工数を削減することもできる。
【００３２】
このように、アークスポット溶接による溶接部５を形成することにより、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。特に、銅の電気抵抗はニッケル材や鋼材の電気抵抗と比べて（Ｃｕ：１.５５＜Ｎｉ：６.５８＜
Ｆｅ：８.７１ (×１０-6Ω・cm)）格段に小さいため、銅製の接続金属板３を使用することで、接続抵抗が格段に小さくでき、また、ニッケル材より低コストで製作することもできる。また、銅製の接続金属板３であっても、アークスポット溶接によって確実に溶融接合でき、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５を得ることができる。なお、従来のジュール発熱方式の抵抗溶接（スポット溶接）は、電気抵抗の小さな銅の溶接が困難であり、適用することができない。
【００３３】
前記溶接部５の溶け込み深さｈは、接続金属板３（上側）の板厚Ｔ１より大きく、電池正極部６又は電池負極部７（下側）の板厚Ｔ２を加えた値より小さく、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されていることにより、重ね継手の裏側まで溶かさない深さの溶接部５を確実に得ることができる。
【００３４】
図１〜図３に示した実施例の単電池３又は組電池は、リチウム電池であるが、ニッケル水素電池等の他の電池であってもよく、本発明の溶接方法を行うことにより、上述したように、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５が得られ、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。また、接続金属板３には、溶接部５の位置から離れた箇所に２つ以上の曲がり部４を上位方向に形成している。この曲がり部４の形成により、組電池の一体化による拘束や自動車搭載稼働による振動などで溶接部５に加わる応力を抑制することができる。
【００３５】
図４に示すように、単電池の配列工程２１は、絶縁性の収納ケースに所定個数の単電池２を配列したり、出力電圧等の検出信号の配線や必要な各種部品を取付けたりする工程である。次の接続金属板の配置工程２２は、銅製の接続金属板３を単電池２の電池正極部６と他の単電池２の電池負極部７との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程である。各単電池２は、電池正極部６及び電池負極部７を除く外周囲を薄い絶縁シート（省略）でシールされており、また、絶縁材のブロック枠８によって事前に区分けされ、アーク溶接が施工できるように電池正極部６及び電池負極部７を露出させている。前記重ね継手は、接続金属板３に該当する上側の板厚Ｔ１が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、電池正極部６又は電池負極部７に該当する下側の板厚Ｔ２が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手である。単電池２の容器や電池正極部６及び電池負極部７は、耐食性を高めるため、鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されている。Ｎｉメッキの厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であり、銅とＮｉメッキ付鋼との異材継手のアーク溶接を可能にしている。
【００３６】
次のアークスポット溶接工程２３は、非消耗電極方式のアーク１０によって接続金属板３と電池正極部６又は電池負極部７との重ね継手を溶融接合１１する工程である。特に、この溶接工程２３では、接続金属板３の板厚Ｔ１及び電池正極部６又は電池負極部７の板厚Ｔ２に対する溶け込み深さｈがＴ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成するようにアークスポット溶接を行う。この詳細は次の図５を用いて説明する。
【００３７】
図５は、電池極間の重ね継手部をアークスポット溶接する工程を示す断面図及び溶接電流と時間の関係を示す線図であり、（１）上側の接続金属板のアーク加熱、（２）接続金属板の溶融、（３）下側の電池正極部又は負極部との溶融接合、（４）時間経過の電流波形の様子をそれぞれ示している。この実施例に用いているアーク熱源は、非消耗性のタングステン溶接電極９を用いるアーク１０であり、所定の溶接条件（電流と溶接時間）を溶接電源に設定して出力させている。図示していないシールドガス（Ａｒガス）流出の雰囲気内でアーク１０を発生させ、図５（４）に示すように所定時間Ｔ（ｍｓ）の電流Ｉ(Ａ)を出力させる。図５（１）及び図５（２）に示すように、最初に上側の接続金属板３がアーク加熱して溶融接合１１し、次に、図５（３）に示すように、熱伝導及びアーク力によって上側の溶融部と下側の電池正極部６又は電池負極部７とが溶融接合１１する。下板の裏側まで溶かさない短い時間の寸止め溶接であり、アーク消去直後に凝固し、裏溶けや割れのない品質良好な溶接部５を得ることができる。溶接施工時には、押え治具（省略）を用いて上側の接続金属板３が下板（電池正極部６又は電池負極部７）に密着するように押えるとよい。継手部にギャップがない方がよいが、少しのギャップがあっても、アーク力によって容易に溶融接合することができる。
【００３８】
また、銅製の接続金属板３と鋼製の電池正極部６又は電池負極部７との異材重ね継手の溶接であっても、確実に溶融接合することができ、特に、Ｎｉメッキを媒体にして融点の低いＣｕと融点の高いＦｅとが結び付き（金属の融点：Ｃｕ：１０８３＜Ｎｉ：１４５５＜Ｆｅ：１５３９℃）、割れのない良好な極薄いＣｕ／Ｆｅの混合層が形成し、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５を得ることができる。鋼製の電池正極部６又は電池負極部７の裏表面がＮｉメッキ処理されていれば、上板側の接続金属板３が銅製のまま
（Ｎｉメッキなし）でも、或いはＮｉメッキありでも、アーク溶接による異材溶接が各々施工可能であり、割れのない品質良好な溶接部５を得ることができる。なお、Ｎｉメッキの厚みが１μｍより薄いと、僅かなキズ等によって鋼面が露出し、耐食性が低下し易くなり、反対に、１０μｍより厚くなると、メッキ処理に時間がかかるばかりでなく、アーク溶接時に接合不足が生じ易くなるので好ましくない。
【００３９】
溶接部５の溶け込み深さｈは、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成することにより、裏溶けや割れのない品質良好な溶接部５を得ることができ、下板裏側のＮｉメッキが残存して耐食性を保持することができる。裏溶けのない寸止め溶接は、浅い溶け込みとなる適正な溶接条件又はこれに該当する入熱条件を予め選定し、溶接施工時に出力させればよい。なお、溶け込み深さｈが上側の板厚Ｔ１より浅いと、溶接不足になり、反対に、溶け込み深さｈが（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）より大きくなると、裏溶けが生じ易くなり、耐食性の低下や電池液漏れの問題があるので好ましくない。また、接続金属板３の板厚Ｔ１が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部５の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ１が１.５mm より厚くなると、接続金属板３への熱放散の増加によってアークスポット溶接ができなくなるので好ましくない。また、単電池２の電池正極部６又は電池負極部７の板厚Ｔ２が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ２が
１.５mm より厚くなると、深絞り成形加工が難しくなり、重量が増加するばかりでなく、アーク溶接も困難になるので好ましくない。
【００４０】
溶接箇所の接続金属板３は、平坦であるが、裏面に突起（凸部）を形成した接続金属板を用いてもよく、本発明の溶接方法を行うことにより、上述したように、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５が得られ、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。
【００４１】
表１は、電池正負極間の接続抵抗を測定した結果の一実施例であり、Ｎｉメッキ付銅材の接続金属板をアーク溶接したものと、ニッケル材の接続金属板を抵抗溶接したものとを示している。接続抵抗の測定にはハイテスタを使用し、図２中に示したように、単電池２の正負極間（ＡＢ点間）の抵抗値を交流４端子法により測定した。表１に示すように、銅製の接続金属板を２点溶接（アーク溶接）した正負極間の接続抵抗（３個測定の平均値）は、０.２７ｍΩ であり、Ｎｉ製の接続金属板を４点溶接（従来の抵抗溶接）した正負極間の接続抵抗（０.７６ｍΩ ）と比べて約１／３であり、また、１点溶接の場合でも0.39ｍΩと小さい結果になっている。２点溶接と１点溶接との接続抵抗が異なる理由としては、接合断面積の大きさの違いが考えられる。このように、銅製の接続金属板を使用することによって、電池正負極間の接続抵抗が小さくなり、図１に示した組電池における電池充放電時の通電ロスを大幅に軽減でき、電池寿命向上に寄与することができる。また、ニッケル材より低コストで製作することができる。
【００４２】
【表１】
図６は、電池溶接におけるアーク溶接の電流とアーク電圧，適正時間及び入熱量の関係を示す一実施例である。板厚０.８mm の接続金属板３（Ｎｉメッキ付銅）と板厚０.８mm の電池正極部６（Ｎｉメッキ付鋼）との異材溶接であり、裏溶けのない溶融接合１１が可能な適正条件を示している。アークスポット溶接では、高い電流Ｉを使用すると短時間及び低入熱量で溶融接合し、低い電流Ｉを使用すると、アーク力及び熱伝導の低下により、溶融接合可能な適正時間Ｔ及び入熱量Ｑが増加している。アーク電圧Ｖａは電流Ｉの大きさに応じて上昇している。入熱量Ｑ（Ｊ）は、電流Ｉ（Ａ）とアーク電圧Ｖａ（Ｖ）及び時間Ｔ（ｍｓ）から算出（Ｑ＝Ｉ×Ｖａ×Ｔ／１０００）することができる。
【００４３】
板厚が０.８mmより薄い０.５mmの電池正極部６又は電池負極部７を溶融接合する場合は、図６に示したアーク溶接の電流と時間の関係より短い適正時間を設定し、反対に、板厚を１mmに厚くする場合には、前記適正時間を長く設定するとよい。使用する板厚に適した溶接条件を用いて溶接施工することにより、裏溶けや割れのない品質良好な溶接部５を得ることができる。また、継手部に少しのギャップがあっても、アーク力によって容易に溶融接合することができる。
【００４４】
図７は、アークスポット溶接した２点溶接部の断面積と引張強度の関係を示す一実施例である。断面積Ｓは、溶接電流や時間を変えて変化させており、引張試験後の破断面から寸法測定して算出した値である。図７に示すように、２点溶接部の引張強度Ｆ(破断荷重)は、断面積Ｓの大きさにほぼ比例増加している。接合面Ｓが５mm2 未満の場合は、接合面から剥離破断し、引張強度Ｆが低く（６５０Ｎ未満）、５≦Ｓ≦８mm2 の場合には、上板溶融部から破断し、高い引張強度（６５０≦Ｆ≦１２００Ｎ）を得ることができる。接合面Ｓが８mm2 より大きくなると、引張強度がさらに増加するが、入熱過大により裏溶けに至る。
【００４５】
このように、本発明の組電池及びその溶接方法によれば、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスを減少することができる。また、抵抗溶接が困難な銅材の溶接、銅と鋼材との異材重ね継手の溶接であっても、アークスポット溶接によって良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の組電池に係わる単電池の配列と電池正負極間の接続及び電流経路の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の組電池及びその溶接方法に係わる電池正負極間の接続状態の一実施例を示す上面図である。
【図３】図２に示した電池正負極間の接続状態を示す断面図である。
【図４】本発明の組電池及びその溶接方法に係わる接続金属板の配置工程及びアークスポット溶接工程の一実施例を示す手順及び断面図である。
【図５】電池極間の重ね継手部をアークスポット溶接する工程を示す断面図及び溶接電流と時間の関係を示す線図である。
【図６】電池溶接におけるアーク溶接の電流とアーク電圧，適正時間及び入熱量の関係を示す一実施例である。
【図７】アークスポット溶接した２点溶接部の断面積と引張強度の関係を示す一実施例である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 収納ケース
２ 単電池
３ 接続金属板
４ 曲がり部
５ 溶接部
６ 電池正極部
７ 電池負極部
８ ブロック枠
９ タングステン溶接電極
１０ アーク
１１ 溶融接合
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の単電池の正負極間を接続金属板によって連結する組電池及びその溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車や携帯機器等に使用する組電池（電池モジュールとも称す）は、大電流の充放電が要求されるため、数十本の単電池を直列に接続する必要がある。接続抵抗（電気抵抗）が大きいと、電圧降下による通電ロスが増加し、発熱量も大きくなり、電池の特性劣化，寿命低下が生じる。このため、従来より組電池の接続抵抗を小さくする方法や電池極間を連結する方法が幾つか提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の円筒型電池及び組電池では、雌ねじ孔が穿設され又は雄ねじ部が立設された面部を有する導電性材料からなる集電端子が前記面部を支持する脚部を介してそれぞれ正極部と負極部とに接続固定することが提案されている。
【０００４】
特許文献２に記載の組電池では、２本の単電池の正極キャップ上に配置された電気絶縁性樹脂製のプレートは、組電池の外周より小さく、単電池間の谷状空間に多角形状の窪みを有する突起が突設されており、前記プレート表面に前記単電池間を機械的，電気的に接続する金属ブスバを配置することが提案されている。
【０００５】
特許文献３では、縦列に並べられる単電池の対向する電極端子に、第１電極ユニットと第２電池ユニットの外側に突出した金属リード板を固定しており、前記金属リード板の表面を互いに接触させる状態で接続することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献４に記載の組電池では、接続部材の２種類の突起の内、一方の突起は一方の単電池の封口体上に溶接され、他方の突起は他方の単電池の外装缶底面に溶接されることが提案されている。
【０００７】
特許文献５に記載の密閉型電池とその製造法及び密閉型電池用蓋板では、電池容器の開口部を密閉する蓋板の裏面は注入穴近傍が外周部より薄肉に形成され、該薄肉に形成された部分と封止栓との溶融によって前記注入穴が封止されていることが提案されている。
【０００８】
また、特許文献６（特公昭６１−８５３９号公報）に記載の渦巻電極を備えた電池の製造法では、渦巻電極体の上下各電極突出端に略円盤状の金属無地板よりなる集電体を配置し、アークスポット溶接により集電体とこれと直角に交差接触する電極突出端とを溶接した後、電池ケース内に包み込むことが提案されている。
【０００９】
上記特許文献１の場合には、電池の正負極部に取付けた集電端子と電池同士を接続する接続体とをボルトで締結する構造であるため、部品数が多く、コスト高になる。集電端子の脚部に切込みと凸部を設けて、電池の正極部や負極部にスポット溶接（抵抗溶接）しているが、溶接箇所が８箇所もあり、溶接工数が増加するという問題がある。また、集電端子は、ニッケル製のような導電性材料が使用されており、スポット溶接（抵抗溶接）の施工が可能であるが、板厚を多少厚くしても、ニッケル材の電気抵抗が銅材の電気抵抗と比べて大きいため、接続抵抗の減少に限界がある。また、ニッケル材は銅材より高価である。電気抵抗の小さい銅材は、ジュール発熱方式の抵抗溶接が困難であるため、前記集電端子には使用することができず、また、前記抵抗溶接と方法が異なるアーク溶接（アークスポット溶接）は適用されていない。
【００１０】
上記特許文献２の場合には、電気絶縁性樹脂製のプレート上にＴ字状，十字状の金属ブスバを配置し、単電池の正極端子，負極端子にスポット溶接（抵抗溶接）している。前記金属ブスバの材質は記載されていないが、上記特許文献１と同様に、ニッケル製のような導電性材料と考えられる。また、電気抵抗の小さい銅材は、ジュール発熱方式の抵抗溶接が困難であるため、前記集電金属ブスバには使用することができない。また、前記抵抗溶接と方法が異なるアーク溶接（アークスポット溶接）は適用されていない。
【００１１】
上記特許文献３の場合には、上段の第１電池ユニットと下段の第２電池ユニットとを連結する金属リード板の突出部同士を半田付け又はスポット溶接（抵抗溶接）している。また、複数個の単電池の極間同士を接続するリード板もスポット溶接（抵抗溶接）している。組電池の構造は異なるが、上記特許文献１，２と同様に、抵抗溶接と方法が異なるアーク溶接（アークスポット溶接）は適用されていない。また、電気抵抗の小さい銅材は、ジュール発熱方式の抵抗溶接が困難であるため、前記金属リード板及びリード板には使用することができない。
【００１２】
上記特許文献４の場合には、２種類の突起を有する接続部材を介して上側の単電池と下側の単電池とを連結する構造であり、一方の突起を下側の単電池正極面に溶接(抵抗溶接)し、他方の突起を上側の単電池負極面を溶接（抵抗溶接）している。前記接続部材には溶接時に溶接電極を取付けるリード部が突出しているため、溶接終了後に前記リード部を切断する又は折り曲げる必要があり、余分な工数が増えるという問題がある。溶接トーチを挿入する空間がないため、抵抗溶接と異なるアーク溶接等の他の溶接法は適用することができない。
【００１３】
上記特許文献５の場合には、蓋板の薄肉部分と封止栓とをアーク溶接して穴封止（溶融接合）しているが、角型電池の穴を封止溶接する技術であり、複数個の単電池の極間同士を接続溶接するものではない。また、角型電池の蓋板及び封止栓の材質はアルミニウムであり、銅やニッケルではない。材質や形状が異なると、溶接可能な適正条件が全く異なるため、前記アルミニウムの溶接条件をそのまま適用することができない。
【００１４】
上記特許文献６の場合には、円盤状の集電体と下側にある渦巻電極体の突出端とをアークスポット溶接しているが、丸型電池の電極部分を溶接する技術であり、複数個の単電池の極間同士を接続溶接するものではない。また、前記集電体及び渦巻電極体の材質はニッケルメッキ付の鋼板であり、銅やニッケルではない。上記特許文献５と同様に、材質や形状が異なると、溶接可能な適正条件が全く異なるため、前記鋼板の溶接条件をそのまま適用することができないという問題がある。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−２８７８９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６４９８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１３３２２７号公報
【特許文献４】特開２００１−２６６８４３号公報
【特許文献５】特開２００４−２５９５８４号公報
【特許文献６】特公昭６１−８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部が得ると共に、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスを減少でき、電池寿命向上に有効な組電池及び溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するために、複数個の単電池を電気絶縁性の収納ケースに一列又は複数列に収納後に、各単電池の極間を各接続金属板によって連結する組電池において、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成し、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部を備えていることを特徴とする。
【００１８】
特に、前記溶接部の溶け込み深さｈは、前記接続金属板の板厚Ｔ１より大きく、前記正極部又は負極部の板厚Ｔ２を加えた値より小さく、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されているとよい。
【００１９】
また、前記重ね継手は、前記接続金属板に該当する上側の板厚Ｔ１が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、前記正極部又は負極部に該当する下側の板厚Ｔ２が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手であり、前記鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されているとよい。
【００２０】
また、本発明は、上記目的を達成するために、複数個の単電池を電気絶縁性の収納ケースに一列又は複数列に収納後に、各単電池の極間を各接続金属板によって連結する組電池の溶接方法において、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程と、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を各々施工する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
特に、前記溶接工程では、前記接続金属板の板厚をＴ１とし、前記正極部又は負極部の板厚をＴ２とした場合に、溶け込み深さｈが以下の式（１）を満たす範囲でアークスポット溶接を行うことを特徴とする。
【００２２】
Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５） …式（１）
すなわち、本発明の組電池では、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成し、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部を備えていることにより、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。特に、銅の電気抵抗はニッケル材や鋼材の電気抵抗と比べて(Ｃｕ：１.５５＜Ｎｉ：
６.５８＜Ｆｅ：８.７１(×１０-6Ω・cm)) 格段に小さいため、銅製の接続金属板を使用することで、前記接続抵抗が小さくでき、また、ニッケル材より低コストで製作することができる。また、銅製の接続金属板であっても、アークスポット溶接によって確実に溶融接合することができる。なお、従来のジュール発熱方式の抵抗溶接（スポット溶接）では、電気抵抗の小さな銅の溶接が困難であり、適用することができない。
【００２３】
前記溶接部の溶け込み深さｈは、前記接続金属板の板厚Ｔ１より大きく、前記正極部又は負極部の板厚Ｔ２の４／５をＴ１に加えた値より小さい、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されていることにより、重ね継手の裏側まで溶かさない深さの溶接部を確実に得ることができる。なお、前記溶け込み深さｈが上側の板厚Ｔ１より浅いと、溶接不足になり、反対に、溶け込み深さｈが（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）より大きくなると、裏溶けが生じ易くなり、耐食性の低下や電池液漏れの問題があるので好ましくない。
【００２４】
前記重ね継手は、前記接続金属板に該当する上側の板厚Ｔ１が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、前記正極部又は負極部に該当する下側の板厚Ｔ２が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手であり、前記鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されていることにより、Ｎｉメッキを媒体にして融点の低いＣｕと融点の高いＦｅとが結び付き、割れのない良好な極薄いＣｕ／Ｆｅの混合層が形成し、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ることができる。また、鋼製又は低炭素鋼であっても、Ｎｉメッキによって耐食性を高めることができる。Ｎｉメッキの厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であればよく、銅と
Ｎｉメッキ付鋼との異材溶接が施工でき、割れのない良好な溶接部を得ることができる。
【００２５】
なお、前記接続金属板の板厚Ｔ１が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ１が１.５mm より厚くなると、接続金属板への熱放散の増加によってアークスポット溶接ができなくなるので好ましくない。また、単電池の正極部又は負極部の板厚Ｔ２が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ２が１.５mm より厚くなると、深絞り成形加工が難しくなり、重量が増加するばかりでなく、アーク溶接も困難になるので好ましくない。また、Ｎｉメッキの厚みが１μｍより薄いと、僅かなキズ等によって鋼面が露出し、耐食性が低下し易くなり、反対に、１０μｍより厚くなると、メッキ処理に時間がかかるばかりでなく、アーク溶接時に接合不足が生じ易くなるので好ましくない。
【００２６】
また、本発明の組電池の溶接方法では、材質が銅製の前記接続金属板を各単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程と、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板の特定位置、及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板の特定位置にアークスポット溶接を各々施工する工程とを備えていることにより、前記重ね継手を溶融接合でき、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ることができる。また、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができると共に、銅製の接続金属板の使用によってニッケル材より低コストに製作することができる。
【００２７】
特に、前記溶接工程では、前記接続金属板の板厚Ｔ１及び前記正極部又は負極部の板厚Ｔ２に対する溶け込み深さｈがＴ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成するように前記アークスポット溶接を行うことにより、上述したように、重ね継手の裏側まで溶かさない深さの溶接部を確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の組電池及びその溶接方法によれば、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部が得られ、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスを減少でき、電池寿命向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の組電池及びその溶接方法について好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の組電池に係わる単電池の配列と電池正負極間の接続及び電流経路の一実施例を示す説明図である。また、図２は、図１に示した電池正極間の接続状態の一実施例を示す上面図であり、図３は、図２に示した電池正極間の接続状態を示す断面図である。また、図４は、本発明の組電池及びその溶接方法に係わる接続金属板の配置工程及びアークスポット溶接工程の一実施例を示す手順及び断面図である。
【００３０】
図１に示すように、１組４０本の単電池２を電気絶縁性の収納ケース１に複数列に収納している。他の配列に変更しても良いし、また、単電池の本数が少ない場合には一列に配列し、倍数の８０本必要な場合には２組配置することもできる。各単電池２は、円筒型のリチウム電池であり、電池正極部６と他の電池負極部７とが交互に隣接するように配置し、各接続金属板３によって直列に連結されており、組電池の稼働時には、電流経路１２の方向に高電流が出力できるようにしている。
【００３１】
図２〜図４に示すように、材質が銅製の接続金属板３を単電池２の電池正極部６と他の単電池２の電池負極部７（電池底面）との両面に配置して重ね継手を各々形成し、電池正極部６の上側にある片方の前記接続金属板３の特定位置、及び前記電池負極部７の上側にある他方の前記接続金属板３の特定位置にアークスポット溶接を施工して各々形成した溶接部５を備えている。電池正極部６及び電池負極部７は、材質が鋼製であり、耐食性を高めるために、鋼製の裏表面にＮｉメッキが形成されている。各接続金属板３の表面部には、アークスポット溶接の施工による溶接部５が電池正極部６側に２点ずつ、他方の電池負極部７側に２点ずつ形成されている。２点ずつの溶接部５を形成すべき特定位置は、例えば、接続金属板３の板幅ｗに対して、両端面からｗ／４程度の位置又はこの近傍位置にするとよい。溶接し易い他の位置に変更することも可能である。また、溶接部５を電池正極部６側及び電池負極部７側に１点ずつ形成する場合には、板幅ｗのほぼ中央位置又はこの近傍位置にすればよい。少ない溶接点数であっても、良好な溶接品質及び高い引張強度の溶接部が得られ、電池正負極間を確実に締結でき、同時に、溶接工数を削減することもできる。
【００３２】
このように、アークスポット溶接による溶接部５を形成することにより、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。特に、銅の電気抵抗はニッケル材や鋼材の電気抵抗と比べて（Ｃｕ：１.５５＜Ｎｉ：６.５８＜
Ｆｅ：８.７１ (×１０-6Ω・cm)）格段に小さいため、銅製の接続金属板３を使用することで、接続抵抗が格段に小さくでき、また、ニッケル材より低コストで製作することもできる。また、銅製の接続金属板３であっても、アークスポット溶接によって確実に溶融接合でき、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５を得ることができる。なお、従来のジュール発熱方式の抵抗溶接（スポット溶接）は、電気抵抗の小さな銅の溶接が困難であり、適用することができない。
【００３３】
前記溶接部５の溶け込み深さｈは、接続金属板３（上側）の板厚Ｔ１より大きく、電池正極部６又は電池負極部７（下側）の板厚Ｔ２を加えた値より小さく、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成されていることにより、重ね継手の裏側まで溶かさない深さの溶接部５を確実に得ることができる。
【００３４】
図１〜図３に示した実施例の単電池３又は組電池は、リチウム電池であるが、ニッケル水素電池等の他の電池であってもよく、本発明の溶接方法を行うことにより、上述したように、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５が得られ、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。また、接続金属板３には、溶接部５の位置から離れた箇所に２つ以上の曲がり部４を上位方向に形成している。この曲がり部４の形成により、組電池の一体化による拘束や自動車搭載稼働による振動などで溶接部５に加わる応力を抑制することができる。
【００３５】
図４に示すように、単電池の配列工程２１は、絶縁性の収納ケースに所定個数の単電池２を配列したり、出力電圧等の検出信号の配線や必要な各種部品を取付けたりする工程である。次の接続金属板の配置工程２２は、銅製の接続金属板３を単電池２の電池正極部６と他の単電池２の電池負極部７との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程である。各単電池２は、電池正極部６及び電池負極部７を除く外周囲を薄い絶縁シート（省略）でシールされており、また、絶縁材のブロック枠８によって事前に区分けされ、アーク溶接が施工できるように電池正極部６及び電池負極部７を露出させている。前記重ね継手は、接続金属板３に該当する上側の板厚Ｔ１が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、電池正極部６又は電池負極部７に該当する下側の板厚Ｔ２が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手である。単電池２の容器や電池正極部６及び電池負極部７は、耐食性を高めるため、鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されている。Ｎｉメッキの厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であり、銅とＮｉメッキ付鋼との異材継手のアーク溶接を可能にしている。
【００３６】
次のアークスポット溶接工程２３は、非消耗電極方式のアーク１０によって接続金属板３と電池正極部６又は電池負極部７との重ね継手を溶融接合１１する工程である。特に、この溶接工程２３では、接続金属板３の板厚Ｔ１及び電池正極部６又は電池負極部７の板厚Ｔ２に対する溶け込み深さｈがＴ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成するようにアークスポット溶接を行う。この詳細は次の図５を用いて説明する。
【００３７】
図５は、電池極間の重ね継手部をアークスポット溶接する工程を示す断面図及び溶接電流と時間の関係を示す線図であり、（１）上側の接続金属板のアーク加熱、（２）接続金属板の溶融、（３）下側の電池正極部又は負極部との溶融接合、（４）時間経過の電流波形の様子をそれぞれ示している。この実施例に用いているアーク熱源は、非消耗性のタングステン溶接電極９を用いるアーク１０であり、所定の溶接条件（電流と溶接時間）を溶接電源に設定して出力させている。図示していないシールドガス（Ａｒガス）流出の雰囲気内でアーク１０を発生させ、図５（４）に示すように所定時間Ｔ（ｍｓ）の電流Ｉ(Ａ)を出力させる。図５（１）及び図５（２）に示すように、最初に上側の接続金属板３がアーク加熱して溶融接合１１し、次に、図５（３）に示すように、熱伝導及びアーク力によって上側の溶融部と下側の電池正極部６又は電池負極部７とが溶融接合１１する。下板の裏側まで溶かさない短い時間の寸止め溶接であり、アーク消去直後に凝固し、裏溶けや割れのない品質良好な溶接部５を得ることができる。溶接施工時には、押え治具（省略）を用いて上側の接続金属板３が下板（電池正極部６又は電池負極部７）に密着するように押えるとよい。継手部にギャップがない方がよいが、少しのギャップがあっても、アーク力によって容易に溶融接合することができる。
【００３８】
また、銅製の接続金属板３と鋼製の電池正極部６又は電池負極部７との異材重ね継手の溶接であっても、確実に溶融接合することができ、特に、Ｎｉメッキを媒体にして融点の低いＣｕと融点の高いＦｅとが結び付き（金属の融点：Ｃｕ：１０８３＜Ｎｉ：１４５５＜Ｆｅ：１５３９℃）、割れのない良好な極薄いＣｕ／Ｆｅの混合層が形成し、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５を得ることができる。鋼製の電池正極部６又は電池負極部７の裏表面がＮｉメッキ処理されていれば、上板側の接続金属板３が銅製のまま
（Ｎｉメッキなし）でも、或いはＮｉメッキありでも、アーク溶接による異材溶接が各々施工可能であり、割れのない品質良好な溶接部５を得ることができる。なお、Ｎｉメッキの厚みが１μｍより薄いと、僅かなキズ等によって鋼面が露出し、耐食性が低下し易くなり、反対に、１０μｍより厚くなると、メッキ処理に時間がかかるばかりでなく、アーク溶接時に接合不足が生じ易くなるので好ましくない。
【００３９】
溶接部５の溶け込み深さｈは、Ｔ１＜ｈ≦（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）の範囲に形成することにより、裏溶けや割れのない品質良好な溶接部５を得ることができ、下板裏側のＮｉメッキが残存して耐食性を保持することができる。裏溶けのない寸止め溶接は、浅い溶け込みとなる適正な溶接条件又はこれに該当する入熱条件を予め選定し、溶接施工時に出力させればよい。なお、溶け込み深さｈが上側の板厚Ｔ１より浅いと、溶接不足になり、反対に、溶け込み深さｈが（Ｔ１＋Ｔ２×４／５）より大きくなると、裏溶けが生じ易くなり、耐食性の低下や電池液漏れの問題があるので好ましくない。また、接続金属板３の板厚Ｔ１が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部５の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ１が１.５mm より厚くなると、接続金属板３への熱放散の増加によってアークスポット溶接ができなくなるので好ましくない。また、単電池２の電池正極部６又は電池負極部７の板厚Ｔ２が０.５mm より薄いと、素材そのものの強度が低く、溶接部の強度が低く振動に弱い構造になってしまい、反対に、板厚Ｔ２が
１.５mm より厚くなると、深絞り成形加工が難しくなり、重量が増加するばかりでなく、アーク溶接も困難になるので好ましくない。
【００４０】
溶接箇所の接続金属板３は、平坦であるが、裏面に突起（凸部）を形成した接続金属板を用いてもよく、本発明の溶接方法を行うことにより、上述したように、良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部５が得られ、電池極間の接続抵抗を小さく、電池充放電時の通電ロスが少ない組電池を得ることができる。
【００４１】
表１は、電池正負極間の接続抵抗を測定した結果の一実施例であり、Ｎｉメッキ付銅材の接続金属板をアーク溶接したものと、ニッケル材の接続金属板を抵抗溶接したものとを示している。接続抵抗の測定にはハイテスタを使用し、図２中に示したように、単電池２の正負極間（ＡＢ点間）の抵抗値を交流４端子法により測定した。表１に示すように、銅製の接続金属板を２点溶接（アーク溶接）した正負極間の接続抵抗（３個測定の平均値）は、０.２７ｍΩ であり、Ｎｉ製の接続金属板を４点溶接（従来の抵抗溶接）した正負極間の接続抵抗（０.７６ｍΩ ）と比べて約１／３であり、また、１点溶接の場合でも0.39ｍΩと小さい結果になっている。２点溶接と１点溶接との接続抵抗が異なる理由としては、接合断面積の大きさの違いが考えられる。このように、銅製の接続金属板を使用することによって、電池正負極間の接続抵抗が小さくなり、図１に示した組電池における電池充放電時の通電ロスを大幅に軽減でき、電池寿命向上に寄与することができる。また、ニッケル材より低コストで製作することができる。
【００４２】
【表１】
図６は、電池溶接におけるアーク溶接の電流とアーク電圧，適正時間及び入熱量の関係を示す一実施例である。板厚０.８mm の接続金属板３（Ｎｉメッキ付銅）と板厚０.８mm の電池正極部６（Ｎｉメッキ付鋼）との異材溶接であり、裏溶けのない溶融接合１１が可能な適正条件を示している。アークスポット溶接では、高い電流Ｉを使用すると短時間及び低入熱量で溶融接合し、低い電流Ｉを使用すると、アーク力及び熱伝導の低下により、溶融接合可能な適正時間Ｔ及び入熱量Ｑが増加している。アーク電圧Ｖａは電流Ｉの大きさに応じて上昇している。入熱量Ｑ（Ｊ）は、電流Ｉ（Ａ）とアーク電圧Ｖａ（Ｖ）及び時間Ｔ（ｍｓ）から算出（Ｑ＝Ｉ×Ｖａ×Ｔ／１０００）することができる。
【００４３】
板厚が０.８mmより薄い０.５mmの電池正極部６又は電池負極部７を溶融接合する場合は、図６に示したアーク溶接の電流と時間の関係より短い適正時間を設定し、反対に、板厚を１mmに厚くする場合には、前記適正時間を長く設定するとよい。使用する板厚に適した溶接条件を用いて溶接施工することにより、裏溶けや割れのない品質良好な溶接部５を得ることができる。また、継手部に少しのギャップがあっても、アーク力によって容易に溶融接合することができる。
【００４４】
図７は、アークスポット溶接した２点溶接部の断面積と引張強度の関係を示す一実施例である。断面積Ｓは、溶接電流や時間を変えて変化させており、引張試験後の破断面から寸法測定して算出した値である。図７に示すように、２点溶接部の引張強度Ｆ(破断荷重)は、断面積Ｓの大きさにほぼ比例増加している。接合面Ｓが５mm2 未満の場合は、接合面から剥離破断し、引張強度Ｆが低く（６５０Ｎ未満）、５≦Ｓ≦８mm2 の場合には、上板溶融部から破断し、高い引張強度（６５０≦Ｆ≦１２００Ｎ）を得ることができる。接合面Ｓが８mm2 より大きくなると、引張強度がさらに増加するが、入熱過大により裏溶けに至る。
【００４５】
このように、本発明の組電池及びその溶接方法によれば、電池極間の接続抵抗が小さく、電池充放電時の通電ロスを減少することができる。また、抵抗溶接が困難な銅材の溶接、銅と鋼材との異材重ね継手の溶接であっても、アークスポット溶接によって良好な溶接品質及び引張強度の高い溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の組電池に係わる単電池の配列と電池正負極間の接続及び電流経路の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の組電池及びその溶接方法に係わる電池正負極間の接続状態の一実施例を示す上面図である。
【図３】図２に示した電池正負極間の接続状態を示す断面図である。
【図４】本発明の組電池及びその溶接方法に係わる接続金属板の配置工程及びアークスポット溶接工程の一実施例を示す手順及び断面図である。
【図５】電池極間の重ね継手部をアークスポット溶接する工程を示す断面図及び溶接電流と時間の関係を示す線図である。
【図６】電池溶接におけるアーク溶接の電流とアーク電圧，適正時間及び入熱量の関係を示す一実施例である。
【図７】アークスポット溶接した２点溶接部の断面積と引張強度の関係を示す一実施例である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 収納ケース
２ 単電池
３ 接続金属板
４ 曲がり部
５ 溶接部
６ 電池正極部
７ 電池負極部
８ ブロック枠
９ タングステン溶接電極
１０ アーク
１１ 溶融接合
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の単電池を収納ケースに一列又は複数列に収納し、複数個の前記単電池の極間を接続金属板によって連結する組電池において、
前記接続金属板は銅を含み、
前記接続金属板は、単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置され重ね継手を形成し、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板にアークスポット溶接を施工して形成した溶接部を備えていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記溶接部の溶け込み深さｈは、前記接続金属板の板厚より大きく、前記正極部又は前記負極部の板厚の４／５を前記接続金属板の板厚に加えた値より小さい範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記重ね継手は、前記接続金属板に該当する上側の板厚が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、前記正極部又は負極部に該当する下側の板厚が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手であり、前記鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
複数個の単電池を収納ケースに一列又は複数列に収納し、複数個の前記単電池の極間を接続金属板によって連結する組電池の溶接方法において、
前記接続金属板が銅を含み、
前記接続金属板は、単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程と、
前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板にアークスポット溶接を施工する工程と、
を備えていることを特徴とする組電池の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接工程では、前記接続金属板の板厚及び前記正極部又は負極部の板厚に対する溶け込み深さｈが、前記接続金属板の板厚より大きく、前記正極部又は前記負極部の板厚の４／５を前記接続金属板の板厚に加えた値より小さい範囲に形成されるように前記アークスポット溶接を行うことを特徴とする請求項４に記載の組電池の溶接方法。
【請求項１】
複数個の単電池を収納ケースに一列又は複数列に収納し、複数個の前記単電池の極間を接続金属板によって連結する組電池において、
前記接続金属板は銅を含み、
前記接続金属板は、単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置され重ね継手を形成し、前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板にアークスポット溶接を施工して形成した溶接部を備えていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記溶接部の溶け込み深さｈは、前記接続金属板の板厚より大きく、前記正極部又は前記負極部の板厚の４／５を前記接続金属板の板厚に加えた値より小さい範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記重ね継手は、前記接続金属板に該当する上側の板厚が０.５mm以上１.５mm以下の銅材と、前記正極部又は負極部に該当する下側の板厚が０.５mm以上１.５mm以下の鋼材との異材継手であり、前記鋼材の表裏面にニッケルメッキが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
複数個の単電池を収納ケースに一列又は複数列に収納し、複数個の前記単電池の極間を接続金属板によって連結する組電池の溶接方法において、
前記接続金属板が銅を含み、
前記接続金属板は、単電池の正極部と他の単電池の負極部との両面に配置して重ね継手を各々形成する工程と、
前記正極部の上側にある片方の前記接続金属板及び前記負極部の上側にある他方の前記接続金属板にアークスポット溶接を施工する工程と、
を備えていることを特徴とする組電池の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接工程では、前記接続金属板の板厚及び前記正極部又は負極部の板厚に対する溶け込み深さｈが、前記接続金属板の板厚より大きく、前記正極部又は前記負極部の板厚の４／５を前記接続金属板の板厚に加えた値より小さい範囲に形成されるように前記アークスポット溶接を行うことを特徴とする請求項４に記載の組電池の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２１０７３０（Ｐ２００８−２１０７３０Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４８３５１（Ｐ２００７−４８３５１）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
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