专利名称：电池间连接结构及方法
技术领域：
本发明主要涉及将多个单电池串联连接以形成可得到所需输出电压的蓄电池组件的电池间连接结构及方法。
背景技术：
过去在将多个单电池串联连接以形成可得到所需输出电压的蓄电池组件时，要使用将单电池之间进行连接的连接体。即，一般的电池是用将电池一端面以外的整体进行外装的金属制电池外壳兼用作负电极，电池外壳一端的开口部由封口体封闭，该封口体包含有作为正电极的金属制电极板，通过将相邻连接的各2个单电池中一个单电池的电极板和另一个单电池的电池外壳在单一连接体的各所需部位进行电气连接，就形成2个电池间的串联连接。这里，连接体和2个电池的各所需部位通过点焊而形成电气性串联连接，同时形成机械性连接。
不过，通常的点焊是将要焊接的部分在2个焊接电极之间夹紧并使焊接电流流过，由此将夹紧部熔化以进行焊接，而在进行上述的点焊时，由于不夹紧，故很多电流作为连接体及电极板的表面电流流入焊接电极间，故当连接体为较厚的材料或电阻率较小时，就难以焊接。即，过去的电池间连接结构不能用较厚的或电阻率较小的材料作为连接体，故单电池间的电气连接的电阻大，有较大电流流过的电池间连接时损耗大，而且由于连接体的机械性强度低，故电池间的机械性连接强度也低。
为此，本申请人曾提出过通过改进连接体结构和焊接方法来降低连接电阻、提高连接强度、克服过去结构的缺点的电池间连接结构(见特开平10-106533号公报)。该电池间连接结构如图5的纵剖视图所示。连接体1具有与一个电池B1的正电极、即电极板2抵接的平坦底板部3及与兼作另一个电池B2的负电极的电池外壳4嵌合的筒状部7。在筒状部7和底板部3上分别在同一圆上形成多个凸焊用凸起8、9。该图表示焊接前的状态，连接体1和一个电池B1的电极板2经过凸起9而凸焊，由此相互熔敷，连接体1和另一个电池B2的电池外壳4经过凸起8而凸焊，由此相互熔敷。
上述凸焊是使要连接的2个构件以由凸起8、9形成的很小的接触面积接触，由于其接触面积小，使电流局部地集中于电阻最大的凸起8、9的接触部位以使之发热，通过发热引起的熔敷进行焊接，故无须如点焊时那样夹紧。上述的电池间连接结构是通过上述的凸焊将连接体1与相邻2个电池B1、B2的所需部位熔敷，故较少受到连接体1的材料厚度或电阻率的影响，可以提高焊接强度。而且由于电极板2和电池外壳4的焊接位置是在同一圆上的多个部位，故连接形成的电流路径为最短距离，故可得到连接电阻小的电气性连接和机械强度高的连接。
然而，上述电池间连接结构虽然具有以上显著效果，但在实用化时仍存在需要改进的问题。即，当将相邻的2个电池B1、B2进行连接时，是在将连接体1的底板部3与一个电池B1的电极板2进行凸焊后再将连接体1的筒状部7与另一个电池B2的电池外壳4进行凸焊的，故焊接要分为2道工序。
另外，随着连接的电池数量增多，连接体1的数量也会增多，而且连接体1为了避开密封垫片10而向电池外壳4的外部引出，既要形成深度方向形成2段的圆形盘状，又要在中央部设置避开帽状正极端子11用的开口部12，另外，要在筒状部7形成裂缝(未图示)，以便在将电池外壳4与筒状部7嵌合时施加对电池外壳加压的弹力，或是在底板部3形成具有切口(未图示)等比较复杂的形状，以便在进行凸焊时防止无效电流。如上所述，上述电池间连接结构由于焊接工序多，而且形状复杂、价格昂贵的连接体1等零件数量多，导致成本很高。
再有，由于连接体1的筒状部7设置在电池外壳4的外侧，故将多个电池连接而成的蓄电池组件的相邻电池间的连接部位的外径尺寸扩大，故收容蓄电池组件用的铠状管的尺寸精度不佳。而且在相邻的电池间，电流的流通路径中夹有连接体1，故电流路径延长，相应地增大了电阻。
本发明鉴于传统装置的上述问题，其目的在于提供一种能降低成本、消除各电池从电池外壳凸出的部分、且能降低电阻的电池间连接结构及方法。
发明的公开为了实现上述目的，本发明的电池间连接结构具有多个电池，各电池具有兼用作一个电极的有底筒状电池外壳和兼用作另一个电极并将前述电池外壳的开口部加以封闭的封口体，将这些电池串联配置，并通过焊接将相邻的2个电池之间相互连接成电气连接状态，其特点是，在前述封口体上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部，通过凸焊而将相邻的各2个电池中一个电池的前述连接电极部经过设于其上的多个凸焊用凸起而与另一个电池的前述电池外壳的另一端底面直接连接，以形成将多个电池间串联连接的结构。
采用上述电池间连接结构，在将串联配置的多个中相邻的各2个电池连接时，通过1次凸焊焊接即可将一个电池的连接电极与另一个电池的电池外壳直接连接，而无须经过传统的连接体，故可减少焊接工序和连接体等零件，从而可较大幅度的降低成本。另外，由于相邻的各2个电池间是在电池外壳的外周附近连接的，故提高了电池间的弯曲强度，形成稳定的连接状态，可充分确保连接的机械强度。还有，由于将所需数量的电池连接形成的蓄电池组件全无如过去连接体那样向电池外壳的外侧凸出的部分，故可以高精度地装入单纯圆筒状的铠状管中。此外，电池间的电流路径成为最短路径，即，只通过一个电池上兼用作另一个电极的连接电极部和另一个电池上兼用作一个电极的电池外壳，电流路径缩短，相应地降低了电阻。
另外，在上述发明中，最好封口体是在设于电极板中央部的阀体容纳凹部中容纳阀体，且前述阀体容纳凹部被熔敷于其上端周围的阀体保持板所封闭，在前述电极板上沿着外周的部位形成向电池轴向外方凸出的环状连接电极部，并在该连接电极部的多个部位形成凸焊用凸起。
由此就可利用电极板上的阀体容纳凹部的形状得到传统的封口体上由帽状正极端子形状所决定的阀体容纳空间的尺寸精度。另外，是在向电池轴向外方凸出的连接电极部上的同一圆上设置多个凸焊用凸起，故可不受阀体容纳空间的影响而自由地设定高度，同时由于连接电极部呈沿着电池外壳的外周部的环状，故电池间能更加稳定地连接，进一步提高弯曲强度。
为了实现上述目的，本发明的电池间连接方法将电池串联配置，各电池具有兼用作一个电极的有底筒状电池外壳和兼用作另一个电极且将前述电池外壳的开口部封闭的封口体，通过焊接将相邻电池间相互连接成电气连接的状态，其特点是，前述封口体上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部，同时在该连接电极部形成多个凸焊用凸起，在使一个电池的凸焊用凸起与另一个电池的电池外壳底面接触的状态下，使一个焊接电极与一个电池的连接电极部的侧周面抵接，使另一个焊接电极与另一个电池的电池外壳的侧周面抵接，并通过在两个焊接电极间施加电压来进行凸焊，以进行电池间连接。
在上述的电池间连接方法中，最好与一个电池的连接电极部的侧周面抵接的焊接电极具有板状插入部，其厚度为可插入在一个电池的顶部与另一个电池的底部之间形成的间隙，并且在其前端边形成与连接电极部的外形一致的凹部。
过去未曾提出过具有上述板状插入部的焊接电极，故如前所述，只能分2道工序进行焊接，即，首先将连接体1的底板部3与一个电池B1的电极板2进行凸焊，然后再使电池B1、B2串联地紧密接触，并使焊接电极从外侧与连接体1的筒状部7抵接而将筒状部7与电池B2的电池外壳4进行凸焊。采用本发明，焊接电极具有可插入在一个电池的顶部和另一个电池的底部之间形成的狭小间隙的厚度的板状插入部，故可将焊接电极插入在串联配置的电池间形成的间隙内，通过一次凸焊即可将一个电池的连接电极部与另一个电池的电池外壳底面直接连接，故可以减少焊接工序、减少连接体等零件、降低成本。再有，由于在焊接电极的板状插入部前端边形成与连接电极部的外形一致的凹部，故焊接电极可与连接电极部的外周全面抵接，实现良好的凸焊。
另外，通过在焊接电极的板状插入部的上下面设置绝缘层，能可靠地避免插入2个电池间狭小间隙的焊接电极与位于上下方附近的电池外壳接触而发生短路。
另外，上述发明的电池间结构及方法是在一个电池的连接电极部设置凸焊用凸起，而如果在另一个电池的电池外壳底面上设置这种凸起，也可得到相同效果。
对附图的简单说明图1是本发明一实施形态的电池间连接结构的纵剖视图。
图2是上述电池间连接结构在连接前的电池俯视图。
图3是表示上述电池间连接结构在焊接前状态的纵剖视图。
图4是将多个单电池连接后构成的蓄电池组件的立体图。
图5是表示传统的电池间连接结构的纵剖视图。
图6是本发明电池间连接结构的变形例的纵剖视图。
图7是表示本发明的电池间连接方法的示意图。
图8是表示上述电池间连接方法中的焊接电极的示意俯视图。
图9是图8的焊接电极主要部分的剖视图。
图10是本发明的电池间连接结构又一实施形态的纵剖视图。
实施发明的最佳形态以下结合
本发明的最佳形态。图1是本发明一实施形态的电池间连接结构的纵剖视图。图中，与本发明无直接关系的电池组成部分等构件省略表示，只是表示主要部分。相邻连接的2个电池Ba1、Ba2为同一种类同一规格的产品，兼用作负电极的电池外壳4形成有底筒状，覆盖圆柱形电池Ba1、Ba2的除了一端面以外的整体。该电池外壳4的一端面被由密封垫片10、兼用作正电极的电极板14、橡胶阀体17以及阀体保持板18构成的封口体13封闭。
图2是从上方看凸焊到上方电池Ba2上之前的下方电池Ba1的俯视图。俯视呈圆形的金属制电极板14的周缘部隔着密封垫片10而对电池外壳4电气绝缘，且隔着密封垫片10而固定于铆接加工的电池外壳4的开口部。在该电极板14的中央部，形成容纳橡胶阀体17用的空间、即圆形盘状的阀体容纳凹部19，同时在该阀体容纳凹部19的中央部开有排气孔20。在阀体容纳凹部19的上端周围设有支承圆板状阀体保持板18的环状平坦支承面21，在该平坦支承面21的外侧形成向平坦支承面21的上方凸出的环状连接电极部22。
橡胶阀体17封入由阀体容纳凹部19和焊接在平坦支承面21上的阀体保持板18构成的阀体容纳空间中，以将排气孔20封闭。该橡胶阀体17在电池内部的气体压力异常上升并达到打开阀的压力时，即受到通过排气孔20而起作用的气体压力而发生弹性变形，并将排气孔20打开。由此，电池内部的气体就通过排气孔20及阀保持板18的放气孔23而向电池外部排出。
如图2所示，在电极板以14的连接电极部22上，通过冲压成形等在同一圆上等间隔的4个部位形成凸焊用凸起24。图3是表示对2个电池Ba1、Ba2进行凸焊前的状态的纵剖视图，当将要连接的电池Ba1、Ba2串联配置后，一个电池Ba1的4个凸焊用凸起24就与另一个电极Ba2的电池外壳4的底面抵接，在此状态下，如图3的双点划线所示，使焊接电极27、28分别与一个电池Ba1的电极板14和另一个电池Ba2的电池外壳4抵接以进行凸焊。
图6是表示本发明的电池间连接方法的示意图，图7、图8是表示与电池Ba1的连接电极部22抵接的一个焊接电极27的俯视图、剖视图。
如图6所示，将2个电池串联配置，并沿图中箭头方向加压，以使一个电池Ba1的凸焊用凸起与另一个电池Ba2的电池外壳4底面接触，在此状态下使正侧焊接电极27与电池Ba1的封口体13的连接电极部22的侧周面抵接，并使负侧焊接电极28与电池Ba2的电池外壳4的侧周面抵接，从逆变器直流电源32向两个焊接电极间施加10ms譬如10000安培的电压，由此进行凸焊，将电池间连接。
与电池Ba1的连接电极部22的侧周面抵接的焊接电极27具有可插入在该电池的顶部与电池Ba2的底部之间形成的间隙、其厚度为譬如0.7mm、宽度给为50mm的板状插入部27a，同时如图7所示，在其前端边上形成与连接电极部22的外形一致的半圆形凹部27b。如上所述，将焊接电极插入在串联配置的电池间形成的间隙中后在两个焊接电极之间施加电压，并通过一次凸焊即可将一个电池的连接电极部与另一个电池的电池外壳底面直接连接，故可减少焊接工序、减少连接体等零件的数量，从而降低成本。另外，由于在板状插入部27a的前端边上形成与连接电极部22的外形一致的凹部27b，故焊接电流可经过板状插入部27a而全部流入连接电极部23，实现良好的凸焊。
又如图8所示，在焊接电极27的板状插入部27a上，在其上下面通过氟利昂(フロン)系树脂涂覆等形成绝缘片34，以避免插入2个电池间狭小间隙的焊接电极与位于上下方附近的电池外壳接触而发生短路。这种绝缘片可以设在板状插入部27a的上面或下面中的任何一面，但为了避免焊接电极与任一方的电池接触而导致短路，最好是在上下两面都设绝缘片。绝缘片34除了用氟利昂系树脂外，还可用其他各种绝缘树脂，不过从良好的滑动性以及不易附着污垢等角度出发，最好使用氟利昂系树脂。
采用上述结构，焊接电流因接触面积小而局部地集中于接触电阻极小的凸起24与电池外壳4之间的接触部分流动，并因此而发热，使凸起24熔敷，如图1所示，一个电池Ba1的电极部14上的连接电极部22的整体与另一个电池Ba2的电池外壳4的底面紧密接触，在此状态下，在焊点26部分相互熔敷，2个电池Ba1、Ba2被串联连接。在可得到所需输出电压的数量的电池之间进行电池间连接，譬如图4所示，将6个电池Ba1～Ba6连接，即可构成蓄电池组件30。这里，可用普通的电池作为上端部的电池Ba6。
阀体保持板18先于上述2个电池Ba1、Ba2之间的连接而焊接于电极板14的平坦支承面21上。即，阀体保持板18如图2的双点划线所示，在与设在平坦支承面21同一圆上的3处凸焊用凸起29抵接的状态下被凸焊，由此而熔敷成与平坦支承面21密合的状态。该焊接工序与图5所示的将传统电池间连接结构中的帽状正极端子11凸焊于电极板2上的工序相同。
从而，与在连接2个电池B1、B2时需要2道工序的传统电池间连接结构相比，上述实施形态的电池间连接结构只需1道焊接工序就能将2个电池Ba1、Ba2各自的电极板14和电池外壳4直接连接，无需经过连接体，因此可以通过减少焊接工序和连接体1等零件数量，较大幅度地降低成本。
另外，在将相邻的2个电池Ba1、Ba2之间进行连接时，不经过传统的连接体1，但将一个电池Ba1上沿电极板14外周附近设置的环状连接电极部22与另一个电池Ba2的电池外壳4的底部焊接，故通过在外周附近部位的连接，使电池Ba1、Ba2之间的弯曲强度提高，形成稳定的连接状态，且可充分确保连接部的机械强度。再有，如图4所示，将所需数量的电池Ba1～Ba6连接而成的蓄电池组件30全无过去的连接体1那样向电池外壳4的外侧凸出的部分，故可高精度地装入单纯圆筒状的铠状管中。再有，2个电池Ba1、Ba2间的电流路径是电极板14和电池外壳4连接而成的最短路径，故可相应地降低电阻。
又，采用上述实施形态的封口体13的结构，可根据电极板14上的阀体容纳凹部19的形状得到传统的封口体上取决于帽状正极端子11的形状的橡胶阀体17的阀体容纳空间的尺寸精度。另外，凸焊用焊接凸起24设于连接电极部22上，而该连接电极部22比载放盖住凹部19用的阀体保持板18并加以焊接的平坦支承面21更向上方凸起，故该凸起24的高度可不受阀体容纳空间的限制而自由设定。
曾考虑在图5的电池间连接结构中，如图9所示，去掉连接体1，在向电极板2的上方凸出的帽状正极端子11上设置凸焊用凸起124，并将正极端子11凸焊于上方电池B2的电池外壳4的底面，这样直接进行连接。这种结构与上述实施形态的结构相比，由于正极端子11位于电极板2的中央部，故电池B1、B2之间的弯曲强度不够，不能保证连接部的机械强度。另外，在进行凸焊时，焊接电极必须在一个电池B1的电极板2与另一个电池的电池外壳4的底板部3之间的狭小空间内插入到与正极端子11抵接的大致中央部附近，致使焊接电极可能与电池B1或B2接触而发生短路。再有，用图9所示的电池间连接结构时，电流路径要通过凸起124与上方电池B2的底面之间的焊接点以及帽状正极端子11与电极板2之间的焊接点这2处焊接点，故与图1所示实施形态的只通过焊点26部分的结构相比，电流路径长，电阻增加，当将多个单电池进行电池间连接时，损耗较大。
而采用上述实施形态的凸焊时，焊接电极27在电池Ba1的连接电极22与另一个电池的电池外壳4的底面之间的狭小空间内只须稍稍插入到与外周部附近的连接电极部22抵接即可，焊接效果特别好。另外，与图9所示的、通过发热而被焊接的焊接点位于覆盖橡胶阀体117的帽状正极端子11上的连接结构相比，采用图1所示实施形态的凸焊时，因凸焊用凸起设于外周部附近的连接电极部22上，且焊接点脱离橡胶阀体17，故可避免橡胶阀体17的热劣化。故而可以说图1的电池间连接结构更佳。
本发明的电池间连接结构不限于上述例子，还可有其他多种设计。譬如图10所示，凸焊用凸起24可以不设在封口体13的连接电极部22上，而是通过冲压成形等形成于电池外壳4底面上并与其他电池的连接电极部抵接的多个部位。可以与上述实施形态同样，将2个电池串联配置，并使设于一个电池Ba2的电池外壳4底面的凸焊用凸起24与另一个电池Ba1的连接电极部22接触，在此状态下使正侧焊接电极27与电池Ba1的封口体13的连接电极部22的侧周面抵接，使负侧焊接电极28与电池Ba2的电池外壳4的侧周面抵接，并在两个焊接电极间施加电压，以进行凸焊，将两个电池之间进行电气和机械连接。
工业上利用的可能性如上所述，采用本发明的电池间连接结构及方法，通过1次凸焊即可将一个电池的连接电极部与另一个电池的电池外壳直接连接，而不必经过传统的连接体，故可减少焊接工序和连接体等零件的数量，可大幅度降低成本。另外，将所需数量的电池连接后形成的蓄电池组件没有如传统的连接体那样向电池外壳的外方凸出的部分，故可以高精度地装入单纯的圆筒状铠状管。再有，电池间的电流路径是通过一个电池的兼用作另一个电极的连接电极部和另一电池的兼用作一个电极的电池外壳，即，成为最短路径，相应地减少了电阻。从而，本发明的电池间连接结构及方法尤其适用于将多个单电池串联连接以形成可得到所需输出电压的蓄电池组件。
权利要求
1．一种电池间连接结构，具有多个电池，各电池具有兼用作一个电极的有底筒状电池外壳(4)和兼用作另一个电极并将所述电池外壳(4)的开口部加以封闭的封口体(13)，将这些电池同轴串联配置，并通过焊接将相邻的各2个电池之间相互连接成电气连接状态，其特征在于，在所述封口体(13)上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部(22)，通过凸焊而将相邻的各2个电池中一个电池的所述连接电极部(22)经过设于其上的多个凸焊用凸起(24、124)而与另一个电池的所述电池外壳(4)的另一端底面直接连接，以将多个电池间串联连接。
2．根据权利要求1所述的电池间连接结构，其特征在于，封口体(13)是在设于电极板(14)中央部的阀体容纳凹部(19)中容纳阀体(17)，且所述阀体容纳凹部(19)被熔敷于其上端周围的阀体保持板(18)所封闭，在所述电极板(14)上沿着外周的部位形成向电池轴向外方伸凸出的环状连接电极部(22)，并在该连接电极部(22)的多个部位形成凸焊用凸起(24)。
3．一种电池间连接方法，是将电池串联配置，各电池具有兼用作一个电极的有底筒状电池外壳(4)和兼用作另一个电极且将所述电池外壳(4)的开口部封闭的封口体(13)，通过焊接将相邻电池间相互连接成电气连接的状态，其特征在于，在所述封口体(13)上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部(22)，同时在该连接电极部(22)形成多个凸焊用凸起(24)，在使一个电池的凸焊用凸起(24)与另一个电池的电池外壳(4)底面接触的状态下，使一个焊接电极(27)与一个电池的连接电极部(22)的侧周面抵接，使另一个焊接电极(28)与另一个电池的电池外壳(4)的侧周面抵接，并通过在两个焊接电极间施加电压来进行凸焊，以进行电池间连接。
4．根据权利要求3所述的电池间连接结构，其特征在于，封口体(13)是在设于电极板(14)中央部的阀体容纳凹部(19)中容纳阀体(17)，且所述阀体容纳凹部(19)被熔敷于其上端周围的阀体保持板(18)所封闭，在所述电极板(14)上沿着外周的部位形成向电池轴向外方伸凸出的环状连接电极部(22)，并在该连接电极部(22)的多个部位形成凸焊用凸起(24)。
5．根据权利要求3或4所述的电池间连接方法，其特征在于，与一个电池的电池连接部(22)的侧周面抵接的焊接电极(27)具有板状插入部(27a)，其厚度可插入在一个电池的顶部与另一个电池的底部之间形成的间隙，并且在其前端边(27b)形成与连接电极部(22)的外形一致的凹部。
6．根据权利要求5所述的电池间连接方法，其特征在于，在板状插入部(27a)的上下面设置绝缘层(34)。
7．一种电池间连接结构，具有多个电池，各电池具有兼用作一个电极的有底筒状电池外壳(4)和兼用作另一个电极并将所述电池外壳(4)的开口部加以封闭的封口体(13)，将这些电池串联配置，并通过焊接将相邻的各2个电池之间相互连接成电气连接状态，其特征在于，在所述封口体(13)上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部(22)，通过凸焊而将相邻的各2个电池中一个电池的电池外壳(4)底面经过设于其上的多个凸焊用凸起(24)而与另一个电池的封口体(13)的所述连接电极部(22)直接连接，以将多个电池间串联连接。
8．一种电池间连接方法，是将电池串联配置，各电池具有兼用作一个电极的有底筒状电池外壳(4)和兼用作另一个电极且将所述电池外壳(4)的开口部封闭的封口体(13)，通过焊接将相邻电池间相互连接成电气连接的状态，其特征在于，在所述封口体(13)上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部(22)，同时在电池外壳(4)底面形成多个凸焊用凸起(24)，在使一个电池的电池外壳(4)底面的凸焊用凸起(24)与另一个电池的封口体(13)的所述连接电极部(22)接触的状态下，使一个焊接电极(27)与一个电池的连接电极部(22)的侧周面抵接，使另一个焊接电极(28)与另一个电池的电池外壳(4)的侧周面抵接，并通过在两个焊接电极间施加电压来进行凸焊，以进行电池间连接。
全文摘要
在封闭电池外壳4的开口部的封口体13上形成向电池轴向外方凸出的连接电极部22。通过凸焊,将相邻的各2个电池中一个电池的连接电极部22经过设于其上的多个凸焊用凸起24而与另一个电池的电池外壳4的另一端底面直接连接,以将多个电池间串联连接。
文档编号H01M2/04GK1315059SQ99810046
公开日2001年9月26日 申请日期1999年8月31日 优先权日1998年9月1日
发明者中塚三郎, 岩崎瑞夫 申请人:松下电器产业株式会社