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技術 溶接装置および溶接方法

出願人 オートモーティブエナジーサプライ株式会社
発明者 石丸正太朗泉水一紘
出願日 2016年7月5日 (4年0ヶ月経過) 出願番号 2016-133627
公開日 2018年1月11日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2018-006215
状態 特許登録済
技術分野 電池の接続・端子
主要キーワード 導出位置 各溶接部位 レーザ接合 負極ターミナル 離反移動 半円柱 正極ターミナル 溶接治具
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

電極タブバスバとを好適に溶接することのできる溶接装置および溶接方法を提供する。

解決手段

溶接装置200は、電池111の電極タブ115とバスバ121とをレーザ溶接する溶接装置であって、ブロック211と、ポンプ220と、駆動部230と、レーザ光照射部240と、を有している。ブロックは、開口211fを有するガス流路215が設けられ、バスバと電極タブとの溶接部位Wに開口を向かい合わせた状態に配置される。ポンプは、ガス流路に給気またはガス流路の排気を行う。駆動部は、バスバまたは電極タブとブロックとを相対的に押し当てて、バスバと電極タブとを接触させる。レーザ光照射部は、バスバと電極タブとを接合するレーザ光照射する。

概要

背景

組電池は、電極タブを備える単電池複数枚積層することによって構成している。積層された単電池の電極タブ同士は、バスバによって電気的に接続される。

例えば下記特許文献1では、複数の電極タブと複数のバスバとをレーザ溶接する溶接方法が開示されている。

概要

電極タブとバスバとを好適に溶接することのできる溶接装置および溶接方法を提供する。 溶接装置200は、電池111の電極タブ115とバスバ121とをレーザ溶接する溶接装置であって、ブロック211と、ポンプ220と、駆動部230と、レーザ光照射部240と、を有している。ブロックは、開口211fを有するガス流路215が設けられ、バスバと電極タブとの溶接部位Wに開口を向かい合わせた状態に配置される。ポンプは、ガス流路に給気またはガス流路の排気を行う。駆動部は、バスバまたは電極タブとブロックとを相対的に押し当てて、バスバと電極タブとを接触させる。レーザ光照射部は、バスバと電極タブとを接合するレーザ光照射する。

目的

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電極タブとバスバとを好適に溶接することのできる溶接装置および溶接方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電池電極タブバスバとをレーザ溶接する溶接装置であって、開口を有するガス流路が設けられ、前記バスバと前記電極タブとの溶接部位に前記開口を向かい合わせた状態に配置されるブロックと、前記ガス流路内給気または前記ガス流路の排気を行うポンプと、前記バスバまたは前記電極タブと前記ブロックとを相対的に押し当てて、前記バスバと前記電極タブとを接触させる駆動部と、前記バスバと前記電極タブとを接合するレーザ光照射するレーザ光照射部と、を有する溶接装置。

請求項2

前記ブロックは、前記バスバまたは前記電極タブに当接する当接面を備え、前記ガス流路は、前記当接面を窪ませた窪みによって形成されている、請求項1に記載の溶接装置。

請求項3

前記ガス流路は、前記ブロックに内包された管状部材によって形成されている、請求項1または請求項2に記載の溶接装置。

請求項4

前記ブロックの構成材料は、多数の連続した隙間を備える多孔質材料を含み、前記ガス流路は、前記多数の連続した隙間によって形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接装置。

請求項5

前記ブロックを支持する支持部をさらに有し、前記支持部には、前記ポンプに接続されると共に前記ガス流路に給気を行う給気口と、前記ガス流路に連通すると共に前記ガス流路の排気を行う排気口と、が設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶接装置。

請求項6

前記支持部は、前記ブロックを挟んで設けられる第1支持部および第2支持部を備え、前記第1支持部には、前記給気口が設けられており、前記第2支持部には、前記排気口が設けられている、請求項5に記載の溶接装置。

請求項7

請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶接装置に用いられる溶接治具であって、開口を有するガス流路が設けられ、前記バスバと前記電極タブとの溶接部位に前記開口を向かい合わせた状態に配置されるブロックを有する、溶接治具。

請求項8

電池の電極タブとバスバとをレーザ溶接する溶接方法であって、開口を有するガス流路が設けられたブロックを、前記バスバと前記電極タブとの溶接部位に前記開口を向かい合わせた状態に配置し、前記バスバまたは前記電極タブと前記ブロックとを相対的に押し当てて、前記バスバと前記電極タブとを接触させ、前記ガス流路に給気または前記ガス流路の排気を行っている状態においてレーザ光を照射し、前記バスバと前記電極タブとをレーザ溶接する、溶接方法。

技術分野

0001

本発明は、溶接装置および溶接方法に関する。

背景技術

0002

組電池は、電極タブを備える単電池複数枚積層することによって構成している。積層された単電池の電極タブ同士は、バスバによって電気的に接続される。

0003

例えば下記特許文献1では、複数の電極タブと複数のバスバとをレーザ溶接する溶接方法が開示されている。

先行技術

0004

特表2012−515418号公報

発明が解決しようとする課題

0005

一般的に、レーザ溶接を行うと、溶接部溶出して金属蒸気であるヒュームが発生する。このため、例えば、上記特許文献1のように複数の電極タブと複数のバスバとを順次溶接する場合、一の電極タブと一のバスバとを溶接したときに生じたヒュームが溶接部位周辺滞留する。そして、滞留したヒュームに阻害されて、その次の電極タブとバスバとを溶接する際に溶接不良が生じる場合がある。

0006

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電極タブとバスバとを好適に溶接することのできる溶接装置およ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

0007

上記目的を達成する本発明に係る溶接装置は、電池の電極タブとバスバとをレーザ溶接する溶接装置である。本発明に係る溶接装置は、ブロックと、ポンプと、駆動部と、レーザ光照射部と、を有している。前記ブロックは、開口を有するガス流路が設けられ、前記バスバと前記電極タブとの溶接部位に前記開口を向かい合わせた状態に配置される。前記ポンプは、前記ガス流路に給気または前記ガス流路の排気を行う。前記駆動部は、前記バスバまたは前記電極タブと前記ブロックとを相対的に押し当てて、前記バスバと前記電極タブとを接触させる。前記レーザ光照射部は、前記バスバと前記電極タブとを接合するレーザ光照射する。

0008

また、上記目的を達成する本発明に係る溶接方法は、電池の電極タブとバスバとをレーザ溶接する溶接方法である。開口を有するガス流路が設けられたブロックを、前記バスバと前記電極タブとの溶接部位に前記開口を向かい合わせた状態に配置する。前記バスバまたは前記電極タブと前記ブロックとを相対的に押し当てて、前記バスバと前記電極タブとを接触させる。前記ガス流路に給気または前記ガス流路の排気を行っている状態においてレーザ光を照射し、前記バスバと前記電極タブとをレーザ溶接する。

発明の効果

0009

上記構成を備える本発明に係る溶接装置および溶接方法によれば、電極タブとバスバとを好適に溶接することができる。

図面の簡単な説明

0010

実施形態に係る組電池を示す斜視図である。
実施形態に係る組電池を示す分解斜視図である。
実施形態に係る組電池を構成する一対のバスバと複数の電極タブとの接続の説明に供する図である。
図3Aの矢印3B方向からみた矢視図である。
実施形態に係る組電池を構成する単電池を示す斜視図である。
実施形態に係る溶接装置を示す概略図である。
図5の矢印6方向からみた矢視図である。
実施形態に係る溶接装置を構成する溶接治具を示す斜視図である。
実施形態に係る溶接方法を示すフローチャートである。
実施形態の変形例1に係る溶接治具を示す概略図である。
実施形態の変形例2に係る溶接治具を示す概略図である。
実施形態の変形例3に係る溶接治具を示す概略図である。

実施例

0011

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

0012

まず、実施形態に係る組電池100を図1図4を参照しつつ説明する。

0013

図1は、組電池100を示す斜視図である。図2は、組電池100を示す分解斜視図である。図3Aは、組電池100を構成する一対のバスバ121と複数の電極タブ115との接続状態の説明に供する斜視図である。図3Bは、図3Aの矢印3Bからみた矢視図である。図4は、組電池100を構成する単電池111を示す斜視図である。

0014

なお、図中、単電池111の積層方向を矢印Zで示している。また、積層方向Zと交差し、かつ、単電池111の長手方向に沿う方向を矢印Xで示している。また、積層方向Zと交差し、かつ、単電池111の短手方向に沿う方向を矢印Yで示している。

0015

本実施形態に係る組電池100は、電気自動車動力部に使用される組電池として構成している。ただし、組電池100の適用対象は、自動車の動力部に特に限定されない。

0016

組電池100は、図1および図2を参照して概説すると、扁平型の単電池111を厚み方向に複数枚積層した積層体110と、複数のバスバ121を備えるバスバユニット120と、を有している。組電池100は、さらに、バスバユニット120を覆う保護カバー130と、積層体110を収容する筐体140と、を有している。以下、組電池100について詳述する。

0017

積層体110は、図2および図4に示すように、単電池111および単電池111を支持するスペーサ112を複数枚積層して構成している。

0018

各単電池111は、例えば、リチウムイオン二次電池によって構成することができる。各単電池111は、図3A図3Bおよび図4に示すように、発電要素113と、発電要素113を封入する外装部材114と、発電要素113に電気的に接続されると共に、外装部材114から外部に導出された電極タブ115と、を備えている。

0019

発電要素113は、外部から電力の供給を受けて充電した上で、外部の電気デバイスに対して放電しつつ電力を供給する機能を備えている。発電要素113は、正極と負極をセパレータで挟持したもの(図示せず)を複数枚積層することによって構成している。

0020

外装部材114は、例えば、金属箔の両側を絶縁性シートによって覆ったラミネートフィルムによって構成することができる。本実施形態では、外装部材114は、電極タブ115を導出させた状態において、一対のラミネートフィルムの周縁部を封止することによって構成している。なお、外装部材114は、一枚のラミネートフィルムを折り曲げて、その間に発電要素113を挟み込むことによって構成してもよい。

0021

電極タブ115は、図4に示すように、発電要素113の正極に接続された正極タブ115aと、発電要素113の負極に接続された負極タブ115kと、を備えている。本実施形態では、正極タブ115aおよび負極タブ115kは、外装部材114の周縁の同じ辺から導出されている。なお、正極タブ115aと負極タブ115kは、外装部材114の周縁の異なる辺から導出されていてもよい。

0022

正極タブ115aの基端部(発電要素113に接続されている側)は、図3Aおよび図3Bに示すように、積層方向Zと交差する方向(矢印X方向)に沿って延在している。正極タブ115aの先端部は、積層方向Zの下方に向かって折れ曲がっている。負極タブ115kの基端部(発電要素113に接続されている側)も、同様に、積層方向Zと交差する方向(矢印X方向)に沿って延在している。負極タブ115kの先端部も、同様に、積層方向Zの下方に向かって折れ曲がっている。このように、正極タブ115aおよび負極タブ115kは、矢印Y方向から平面視したときに、L字状の外形形状を備えている。

0023

正極タブ115aは、例えば、発電要素113の正極の構成部材の特性に合わせて、アルミニウムによって構成することができる。負極タブ115kは、例えば、発電要素113の負極の構成部材の特性に合わせて、銅によって構成することができる。

0024

なお、本実施形態では、積層体110は、正極タブ115aおよび負極タブ115kの矢印Y方向における導出位置が異なる2種類の単電池111を有している。具体的には、図3Aに示すように、積層体110は、正極タブ115aが図3Aの左側に配置された単電池111と、負極タブ115kが図3Aの左側に配置された単電池111と、を有している。そして、積層体110は、単電池111が3枚積層されるごとに、正極タブ115aおよび負極タブ115kの矢印Y方向における位置が変わるように、構成している。

0025

スペーサ112は、図4に示すように、単電池111において電極タブ115が導出する側に取り付けられる第1スペーサ112aと、単電池111を挟んで第1スペーサ112aと対向して取り付けられる第2スペーサ112bと、を備えている。

0026

第1スペーサ112aおよび第2スペーサ112bは、外装部材114の短辺に沿って
延在している。

0027

第1スペーサ112aおよび第2スペーサ112bの構成材料は、絶縁性およびある程度の強度を備える材料であることが好ましい。そのような材料としては、例えば、強化プラスチックを用いることができる。

0028

バスバユニット120は、図2に示すように、積層された単電池111の電極タブ115同士を電気的に接続する複数のバスバ121と、外部装置に電気的に接続可能なターミナル122と、バスバ121およびターミナル122を保持するホルダ123と、を備えている。

0029

バスバ121は、図3Aおよび図3Bに示すように、積層方向Zに並んだ3枚の正極タブ115aに電気的に接続される正極バスバ121aと、積層方向Zに並んだ3枚の負極タブ115kに電気的に接続される負極バスバ121kと、を備えている。バスバユニット120は、図2に示すように、単電池111の積層枚数に応じて、複数の正極バスバ121aおよび複数の負極バスバ121bを備えている。

0030

各正極バスバ121aは、図3Bに示すように、3枚の正極タブ115aの先端部が接合される第1接合部124aと、第1接合部124aの端部に連なると共に、隣接する負極バスバ121kが接合される第2接合部125aと、を有している。第1接合部124aは、略平板状の外形形状を備えている。第2接合部125aは、第1接合部124aの端部から正極タブ115aが設けられている側と反対側に向かって突出している。

0031

各負極バスバ121kも、同様に、3枚の負極タブ115kの先端部が接合される第1接合部124kと、第1接合部124kの端部に連なると共に、隣接する正極バスバ121aが接合される第2接合部125kと、を有している。第1接合部124kは、略平板状の外形形状を備えている。第2接合部125kは、第1接合部124kの端部から負極タブ115kが設けられている側と反対側に向かって突出している。

0032

各バスバ121と各電極タブ115は、レーザ溶接によって接合されている。また、隣り合う正極バスバ121aと負極バスバ121kとは、例えば、超音波接合によって接合することができる。このように、本実施形態では、隣り合う正極バスバ121aと負極バスバ121kとを接続することにより、並列接続した3枚の単電池111と、並列接続した3枚の単電池111と、を直列に接続している。

0033

正極バスバ121aは、正極タブ115aの構成材料に合わせて、アルミニウムによって構成している。負極バスバ121kは、負極タブ115kの構成材料に合わせて、銅によって構成している。

0034

ターミナル122は、図2に示すように、並列および直列に接続した単電池群の正極側の終端に接続される正極ターミナル122aと、並列および直列に接続した単電池群の負極側の終端に接続される負極ターミナル122kと、を備えている。

0035

ホルダ123は、複数のバスバ121のそれぞれが対応する電極タブ115に対面するように、複数のバスバ121をマトリクス状に一体的に保持している。

0036

ホルダ123の構成材料は、絶縁性を備えることが好ましい。そのような材料としては、例えば、プラスチックを用いることができる。

0037

保護カバー130は、バスバユニット120を被覆することによって、バスバ121同士が短絡したり、バスバ121が外部の部材に接触して短絡したり漏電したりすることを防止する機能を備えている。

0038

保護カバー130は、バスバユニット120を覆い、かつ、バスバユニット120に嵌合する形状を備えている。保護カバー130には、正極ターミナル122aおよび負極ターミナル122kが外部に臨むように、孔部130a、130bが設けられている。

0039

保護カバー130の構成材料は、絶縁性を備えていることが好ましい。そのような材料としては、例えば、プラスチックを用いることができる。

0040

筐体140は、積層体110を積層方向Zに沿って加圧した状態において、積層体110を収容する機能を備えている。

0041

筐体140は、積層方向Zにおいて積層体110を挟むように配置される上部加圧板141および下部加圧板142と、上部加圧板141と下部加圧板142との間に設けられる一対の側板143と、を備えている。上部加圧板141、下部加圧板142、一対の側板143を接合することにより、内方に積層体110を収容可能な空間が形成される。

0042

次に、図5図7を参照して、本実施形態に係る溶接装置200について説明する。

0043

図5は、溶接装置200を示す概略図である。図6は、図5の矢印6方向からみた矢視図である。図7は、溶接装置200を構成する溶接治具210を示す斜視図である。なお、図5において、一点鎖線ガスの流れを示し、点線で囲んだ部分は溶接部位Wを示している。また、図6において、スペーサ112の一部は省略して示している。

0044

溶接装置200は、組電池100を構成する複数のバスバ121と複数の電極タブ115とをレーザ溶接する溶接装置として構成している。

0045

溶接装置200は、図5を参照して概説すると、ガス流路215が設けられたブロック211を備える溶接治具210と、ガス流路215に給気を行うポンプ220と、を有している。溶接装置200は、さらに、バスバ121とブロック211とを相対的に押し当てて、バスバ121と電極タブ115とを接触させる駆動部230と、バスバ121と電極タブ115とを接合するレーザ光を照射するレーザ光照射部240と、を有している。以下、溶接装置200について詳述する。

0046

溶接治具210は、図6に示すように、1枚のバスバ121(正極バスバ121aまたは負極バスバ121k)と当接するブロック211と、ブロック211を支持する第1支持部212および第2支持部213と、を基本ユニット210Uとして備えている。溶接治具210は、積層方向Zに配列されたバスバ121の枚数に応じて、基本ユニット210Uを複数連ねることによって構成している。すなわち、溶接治具210は、図2の積層方向Zに配列された一列のバスバ群に、一度に押し当てることができるように構成している。隣接する基本ユニット210U同士は、図6に示すように、連結部214を介して連結している。

0047

各ブロック211は、略平板状の外形形状を備えている。各ブロック211は、図7に示すように、一枚のバスバ121と当接する当接面211aと、ブロック211の両脇に位置する溶接部位Wと向かい合う一対の対向面211bと、を備えている。ブロック211には、当接面211aを厚み方向に窪ませた窪み211cが形成されている。

0048

窪み211cは、一対の対向面211bにおいて開口するガス流路215を形成している。具体的には、窪み211cは、一対の対向面211bのうちの一方の面から他方の面に向かって延在する3本の第1窪み211dと、3本の第1窪み211d同士を連通する第2窪み211eと、を備えている。

0049

第1窪み211dおよび第2窪み211eは、半円柱状の内面形状を備えている。ただし、第1窪み211dおよび第2窪み211eの内面形状は、ガス流路215が形成可能である限り特に限定されず、例えば四角柱であってもよいし、三角柱であってもよい。

0050

各第1窪み211dは、一対の対向面211bの両面において開口211fを備えている。後述するように、駆動部230を用いてガス流路215に供給されたガスは、開口211fから吹き出し、溶接部位Wにおいて生じたヒュームを吹き飛ばす。特に、本実施形態では、バスバ121との当接面211aから窪んだ窪み211cからガスが吹き出すため、ガスが溶接部位Wに当たりやすい。このため、比較的効率的にヒュームを吹き飛ばすことができる。また、窪み211cが形成されていることにより、ブロック211とバスバ121との接触面積を小さく保つことができる。このため、溶接時にブロック211がバスバ121から吸熱する吸熱量を低減することができる。その結果、バスバ121を適切な温度に保つことができ、バスバ121と電極タブ115とをより良好に溶接することができる。

0051

本実施形態では、図5に示すように、各開口211fは、ブロック211をバスバ121に接触させて矢印Y方向から見たときに、各溶接部位Wと重なる位置に設けられている。このため、開口211fから吹出したガスを、好適に溶接部位Wに当てることができる。ただし、開口211fを設ける位置は、溶接部位Wに向かい合い、開口211fから吹出したガスの少なくとも一部が、溶接部位Wにおいて生じたヒュームを吹き飛ばし可能な位置に設けられている限り特に限定されない。例えば、各開口211fは、矢印Y方向から見たときに、各溶接部位Wと部分的に重ならない位置に設けられていてもよい。

0052

第2窪み211eは、積層方向Zに沿って延在している。ただし、本実施形態では、第2窪み211eは、積層方向Zにブロック211を貫通しない。これにより、ポンプ220から供給されたガスが、溶接部位Wと面しない面から吹出すのを防ぐことができる。なお、第2窪み211eは、積層方向Zにブロック211を貫通してもよい。

0053

第1支持部212および第2支持部213は、ブロック211を挟んで、積層方向Zにおいて対向するように設けられている。

0054

第1支持部212および第2支持部213のそれぞれは、図6に示すように、ブロック211の端部からバスバ121が配置されている側と反対側に向かって延在している。

0055

第1支持部212には、ガス流路215に連通し、かつ、ポンプ220に接続される給気口215aが設けられている。第2支持部213には、ガス流路215に連通し、かつ、外方に開放された排気口215bが設けられている。このように、ガス流路215を挟んで給気口215aおよび排気口215bを設けることにより、ポンプ220から供給されるガスは、給気口215aから排気口215bに向かって流れる。このため、給気口215aと排気口215bとの間に配置されている開口211fにガスが行き渡る。その結果、溶接部位Wにおいて生じたヒュームを好適に吹き飛ばすことができる。なお、第1支持部212に排気口を設け、第2支持部213に給気口を設けてもよい。また、第1支持部212および第2支持部213のいずれにも排気口を設けなくてもよい。

0056

連結部214は、第1支持部212の先端部(ブロック211が設けられているのと反対側の端部)と、第2支持部213の先端部とを連結している。連結された第1支持部212、第2支持部213および連結部214は、内方に、正極バスバ121aの第2接合部125aと負極バスバ121kの第2接合部125kを収容可能な空間214aを形成している。

0057

ブロック211、第1支持部212、第2支持部213および連結部214の構成材料は、特に限定されないが、例えば、プラスチックや金属等を用いることができる。

0058

ポンプ220は、給気口215aに接続されて、ガス流路215にガスを給気する機能を備えている。

0059

ポンプ220は、例えば、コンプレッサによって構成することができる。ポンプ220によって給気されるガスは特に限定されないが、例えば、溶接時にバスバ121の酸化を抑制可能な不活性ガスを用いることができる。不活性ガスが開口211fから吹出すことによって、溶接部位W周辺に生じたヒュームを吹き飛ばし、さらに、バスバ121の酸化も防ぐことができる。なお、ポンプ220によって給気されるガスとして、例えば、空気を用いてもよい。

0060

駆動部230は、ブロック211をバスバ121に相対的に押し当ててバスバ121と電極タブ115を接触させる位置と、ブロック211がバスバ121から離間した位置と、の間においてブロック211を相対的に移動可能な駆動力を発生する。溶接時にバスバ121と電極タブ115とを接触させることによって、良好な溶接品質を得ることができる。

0061

駆動部230は、例えば、産業用ロボットによって構成することができる。本実施形態では、積層体110が固定された状態において、駆動部230は、第1支持部212および第2支持部213を保持し、バスバ121に対してブロック211を接近離反移動させる。

0062

また、駆動部230は、矢印Y方向に沿ってブロック211を移動させる機能を備えていてもよい。これによって、例えば、図2の矢印Y方向の左側に配置されている一列のバスバ群と電極タブ群とを溶接した後、ブロック211を矢印Y方向の右側に移動させて、矢印Y方向の右側に配置されている一列のバスバ群と電極群とを溶接することができる。

0063

レーザ光照射部240は、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザによって構成している。ただし、レーザ光照射部240は、バスバ121と電極タブ115とを溶接可能なレーザ光を照射可能である限り特に限定されない。

0064

レーザ光照射部240からのレーザ光は、例えば、光ファイバーミラーによって光路を調整し、集光レンズによって集光した状態において、バスバ121に対して照射する。レーザ光照射部240からのレーザ光は、例えば、ハーフミラーによって分岐させて、ブロック211の両側に位置する溶接部位Wに対し、同時に照射する構成としてもよい。

0065

次に、図8を参照して、溶接装置200を用いた溶接方法について説明する。

0066

本実施形態に係る溶接方法は、概説すると、まず、開口211fを有するガス流路215が設けられたブロック211を、バスバ121と電極タブ115との溶接部位Wに開口211fを向かい合わせた状態に配置する(S11)。次に、バスバ121とブロック211とを相対的に押し当てて、バスバ121と電極タブ115とを接触させる(S12)。次に、ガス流路215に給気を行っている状態においてレーザ光を照射し、バスバ121と電極タブ115とをレーザ溶接する(S13)。以下、溶接方法について詳述する。

0067

本実施形態では、バスバ121と電極タブ115との溶接に先立って、積層体110は、筐体140に収容されている。積層体110を収容した筐体140は、載置台の上に載置され、固定されている(図示せず)。また、バスバ121は、ホルダ123に保持されている。バスバ121を保持したホルダ123は、積層体110の電極タブ115が導出している側に配置されている。

0068

テップS11では、まず、ブロック211がバスバ121に当接したときに、開口211fが溶接部位Wに向かい合うように配置した状態で、溶接治具210を駆動部230に取り付ける。そして、駆動部230を駆動し、ブロック211をバスバ121に向かって接近移動させ、ブロック211をバスバ121に当接させる。これによって、ブロック211は、溶接部位Wに開口211fを向かい合わせた状態に配置される。また、これによって、溶接治具210は、図2のZ方向に配列された一列のバスバ群に一度に当接される。

0069

ステップS12では、駆動部230を駆動し、ブロック211をバスバ121に向かってさらに接近移動させ、ブロック211をバスバ121に押付ける。これによって、バスバ121と、電極タブ115とを接触させる。

0070

ステップS13では、ポンプ220を駆動し、ガス流路215にガスを供給する。供給されたガスは、ガス流路215の開口211fから溶接部位Wに向かって吹出す。この状態において、レーザ光照射部240からレーザ光を各溶接部位Wに向かって順次照射する。この際、溶接部位Wからヒュームが生じる。生じたヒュームは開口211fから吹出すガスによって吹き飛ばされる。このため、狭い間隔で離間的に位置する複数の溶接部位Wを順次溶接する際に、前の溶接において生じたヒュームが滞留して次の溶接の品質が低下するのを好適に防止することができる。また、ガス流路215は、バスバ121に押し当てられるブロック211に設けられているため、溶接部位Wに比較的近い位置からガスの吹き出しを行うことができる。このため、ヒュームをより効率的に除去することができる。

0071

次に、駆動部230を駆動し、溶接治具210を図2の矢印Y方向に移動させ、再びステップS11〜S13を実行し、積層方向Zに配列された他のバスバ群と電極タブ群とをレーザ溶接する。

0072

以上、本実施形態に係る溶接装置200は、単電池111の電極タブ115とバスバ121とをレーザ溶接する溶接装置であって、ブロック211と、ポンプ220と、駆動部230と、レーザ光照射部240と、を有している。ブロック211は、開口211fを有するガス流路215が設けられ、バスバ121と電極タブ115との溶接部位Wに開口211fを向かい合わせた状態に配置される。ポンプ220は、ガス流路215に給気する。駆動部230は、バスバ121とブロック211とを相対的に押し当てて、バスバ121と電極タブ115とを接触させる。レーザ光照射部240は、バスバ121と電極タブ115とを接合するレーザ光を照射する。

0073

このため、ガス流路215に給気して溶接部位W周辺のヒュームを吹き飛ばすことによって、溶接部位Wに生じたヒュームを除去することができる。その結果、電極タブ115とバスバ121とを好適に溶接することができる。

0074

また、ブロック211は、バスバ121に当接する当接面211aを備え、ガス流路215は、当接面211aを窪ませた窪み211cによって形成されている。バスバ121と接触する面から窪んだ窪み211cからガスが吹出すため、溶接部位Wにガスが当たりやすい。このため、効率的にヒュームを吹き飛ばすことができる。また、ブロック211とバスバ121との接触面積を小さく保つことができるため、溶接時にブロック211がバスバ121から吸熱する吸熱量を低減することができる。このため、バスバ121を適切な温度に保つことができ、バスバ121と電極タブ115とをより良好に溶接することができる。

0075

また、溶接装置200は、ブロック211を支持する支持部212、213をさらに有する。支持部212、213には、ポンプ220に接続されると共にガス流路215に給気を行う給気口215aと、ガス流路215に連通すると共にガス流路215の排気を行う排気口215bと、が設けられている。このため、支持部212、213に設けた給気口215aから排気口215bに向かってガスが流れ、給気口215aと排気口215bの間に設けられた開口211fにガスが行き渡る。その結果、溶接部位Wにおいて生じたヒュームを好適に吹き飛ばすことができる。

0076

また、第1支持部212および第2支持部213は、ブロック211を挟んで設けられ、第1支持部212には、給気口215aが設けられており、第2支持部213には、排気口215bが設けられている。このため、ガスが、給気口215aから排気口215bに向かってより一層流れやすくするようにすることができる。

0077

また、溶接治具210は、開口211fを有するガス流路215が設けられ、バスバ121と電極タブ115との溶接部位Wに開口211fを向かい合わせた状態に配置されるブロック211を有している。このため、溶接治具210のガス流路215にガスを給気可能なポンプ220を接続すれば、溶接部位Wから生じたヒュームを吹き飛ばすことができる。その結果、電極タブ115とバスバ121とを好適に溶接することができる。

0078

また、上記実施形態に係る溶接方法は、単電池111の電極タブ115とバスバ121とをレーザ溶接する溶接方法である。開口211fを有するガス流路215が設けられたブロック211を、バスバ121と電極タブ115との溶接部位Wに開口211fを向かい合わせた状態に配置する。バスバ121とブロック211とを相対的に押し当てて、バスバ121と電極タブ115とを接触させる。ガス流路215に給気を行っている状態においてレーザ光を照射し、バスバ121と電極タブ115とをレーザ溶接する。

0079

このため、ガス流路215に給気して、溶接部位Wから生じたヒュームを吹き飛ばすことができる。その結果、電極タブ115とバスバ121とを好適に溶接することができる。

0080

(変形例1)
次に、図9を参照して、上記実施形態の変形例1に係る溶接治具310について説明する。図9は、上記実施形態の変形例1に係る溶接治具310を示す概略図である。

0081

変形例1に係る溶接治具310は、ガス流路315が、第1管状部材316aおよび第2管状部材316bによって形成されている点において上記実施形態に係る溶接治具210と相違する。以下、溶接治具310について詳述する。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

0082

ブロック211には、ブロック211に内包され、かつ、一対の対向面211bの一方面から他方面に向かって延在する3本の第1管状部材316aと、3本の第1管状部材316a同士を連通する第2管状部材316bと、が設けられている。

0083

第1管状部材316aおよび第2管状部材316bによって、ガス流路315が形成されている。各第1管状部材316aは、一対の対向面211bの両面において開口311fを備えている。第2管状部材316bは、積層方向Zに沿って延在している。ブロック211は、第1管状部材316aおよび第2管状部材316bを内包するため、ガス流路315を形成しつつも、ブロック211の強度を良好に維持することができる。

0084

また、第1支持部212には、第1支持部212に内包され、かつ、給気口215aとガス流路315を連通する第3管状部材316cが設けられている。また、第2支持部213には、第2支持部213に内包され、かつ、排気口215bとガス流路315を連通する第4管状部材316dが設けられている。このため、第1支持部212および第2支持部213の強度を良好に維持することができる。

0085

以上、上記変形例1に係る溶接治具310によれば、ガス流路315は、ブロック211に内包された第1管状部材316aおよび第2管状部材316bによって形成されている。このため、ブロック211にガス流路315を形成しつつも、ブロック211の強度を良好に保つことができる。

0086

(変形例2)
次に、図10を参照して、上記実施形態の変形例2に係る溶接治具410について説明する。図10は、上記実施形態の変形例2に係る溶接治具410を示す概略図である。

0087

変形例2に係る溶接治具410は、ガス流路415が、多孔質材料の連続する隙間(空隙)によって形成されている点において上記実施形態に係る溶接治具210と相違する。以下、溶接治具410について詳述する。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

0088

ブロック411は、バスバ121と当接する多孔質部412と、多孔質部412においてバスバ121と当接する面の反対側の面を覆う蓋部413と、を備えている。

0089

多孔質部412は、多孔質材料によって構成している。多孔質材料は、連続する隙間を備える限り特に限定されないが、例えば、連続気泡構造を備えるウレタンフォーム等を用いることができる。

0090

多孔質材料の連続する隙間によって、ガス流路415を形成している。ポンプ220から供給されるガスは、多孔質部412に設けられた多数の隙間から吹出す。多数の隙間は、様々な位置設けられており、様々な方向に向いている。このため、様々な位置および多方向から溶接部位Wにガスを吹き付けることができる。その結果、溶接部位Wから生じるヒュームをより一層好適に吹き飛ばすことができる。また、バスバ121とブロック411との接触面積を比較的小さくすることによって、ブロック411の吸熱量を低減することができる。このため、バスバ121を適切な温度に保つことができ、バスバ121と電極タブ115とをより良好に溶接することができる。

0091

蓋部413は、多孔質部412よりもガスを透過しにくい材料によって構成していることが好ましい。これにより、ガス流路415に供給されたガスが、ブロック411においてバスバ121が設けられている側と反対側の面から吹出すのを抑制することができる。

0092

以上、上記変形例2に係る溶接治具410によれば、ブロック411の構成材料は、多数の連続した隙間を備える多孔質材料を含み、ガス流路415は、多数の連続した隙間によって形成されている。このため、より一層好適に溶接部位Wから生じたヒュームを吹き飛ばすことができる。したがって、バスバ121と電極タブ115とを好適に溶接することができる。また、ブロック411とバスバ121との接触面積を小さく保つことができるため、溶接時にブロック411がバスバ121から吸熱する吸熱量を低減することができる。このため、バスバ121を適切な温度に保つことができ、バスバ121と電極タブ115とをより良好に溶接することができる。

0093

(変形例3)
次に、図11を参照して、上記実施形態の変形例3に係る溶接治具510について説明する。図11は、上記実施形態の変形例3に係る溶接治具510を示す概略図である。

0094

上記実施形態では、電極タブ151は、バスバ121の両面のうち単電池111に向かい合う面に接合される。これに対し、変形例3では、電極タブ151は、先端部がバスバ121を挿通した状態で積層方向Zの下方に折り曲げられており、バスバ121の両面のうち単電池111に向かい合う面の反対側の面に接合される。以下、溶接治具510について詳述する。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

0095

溶接治具510は、複数のバスバ121と、先端部がバスバ121を挿通した状態で積層方向Zの下方に折り曲げられている複数の電極タブ115と、のレーザ溶接に用いられる溶接治具として構成している。

0096

溶接治具510は、3枚の電極タブ115と当接するブロック511を備えている。ブロック511には、上記実施形態と同様に、開口211fを備えるガス流路215が形成されている。

0097

駆動部230は、ブロック511を複数の電極タブ115に相対的に押し当てて電極タブ115とバスバと接触させる位置と、ブロック211が複数の電極タブ115から離間した位置と、の間においてブロック511を相対的に移動させる駆動力を発生する。

0098

以上、実施形態および変形例を通じて本発明に係る溶接装置および溶接方法を説明したが、本発明は説明した各構成のみに限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

0099

例えば、上記実施形態では、駆動部は、支持部を保持して、バスバに対してブロックを接近離反移動させる形態を説明した。しかし、例えば、駆動部は、ブロックを保持して、バスバに対してブロックを接近離反移動させてもよい。また、駆動部は、溶接治具が固定された状態で、電極タブおよびバスバをブロックに対して接近離反移動させてもよい。

0100

また、上記実施形態では、溶接治具は、複数のブロックを備えており、積層方向に配列された一列のバスバ群に、一度に押し当てられる形態を説明した。しかし、溶接治具が備えるブロックは1つであってもよい。この場合は、駆動部によって、溶接治具を積層方向に順次移動させればよい。

0101

また、本発明に係る溶接装置および溶接方法を用いて溶接される電極タブおよびバスバの枚数は特に限定されない。例えば、本発明に係る溶接装置および溶接方法は、1枚のバスバと1枚の電極タブとをレーザ溶接する場合にも適用可能である。この場合も、溶接中にヒュームの除去がなされるため、溶接品質を向上することができる。また、本発明に係る溶接装置および溶接方法は、互いに接合された正極バスバおよび負極バスバのそれぞれに、1枚の電極タブをレーザ溶接する場合にも適用可能である。

0102

また、上記実施形態では、電極タブが、積層方向に折り曲げられている形態を説明したが、電極タブの外形形状は、バスバと接触する面を備えている限り特に限定されない。例えば、折り曲げられていない平坦な電極タブを複数枚積層し、その上にバスバを重ねて、レーザ接合してもよい。

0103

また、上記実施形態では、バスバが、積層方向Zと交差する方向に突出する第2接合部を備える形態を説明したが、バスバの外形形状は、電極タブと接触する面を備えている限り特に限定されない。例えば、正極バスバおよび負極バスバは、第2接合部に相当する部分を備えず、平板状の外形形状を備えており、互いに重ね合わせた状態で接合されていてもよい。

0104

また、ガス流路は、上記実施形態および変形例において説明した窪み、管状部材、多孔質材料を適宜組合せることによって形成することができる。

0105

また、ポンプは、ガス流路の排気を行うように構成してもよい。この場合、ポンプは例えば、真空ポンプ等のガス流路内のヒュームを含むガスを吸引可能な装置によって構成することができる。これによって、溶接部位と向かい合うガス流路の開口からガス流路内へヒュームが取り込まれ、溶接部位からヒュームが取り除かれる。このため、電極タブとバスバとを好適に溶接することができる。

0106

また、本発明に係る溶接装置は、支持部を備えず、ポンプをブロックのガス流路に直接接続するように構成してもよい。

0107

また、上記実施形態では、給気口が第1支持部に設けられ、排気口が第2支持部に設けられている場合を説明した。しかしながら、例えば、第1支持部に給気口および排気口の両方を設け、当該給気口および排気口に連通するようにガス流路をUの字状に形成することも可能である。

0108

100組電池、
111単電池、
115電極タブ、
121バスバ、
200溶接装置、
210、310、410、510溶接治具、
211、411、511ブロック、
211f 開口、
212、213 支持部、
215、315、415ガス流路、
215a給気口、
215b排気口、
220ポンプ、
230 駆動部、
240レーザ光照射部、
W溶接部位。

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