JP7570381B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本技術は、電池モジュールに関する。

複数の電池セルを含む電池モジュールの配線としてフレキシブルプリント基板が用いられることがある。

国際公開第２０１５／１０７５８３号 特開２０２１－６８６９６号公報 特開２０２１－７２２８９号公報

フレキシブルプリント基板は変形しやすいため、組み付け時においてたわみが生じ、意図しない浮き上がりが生じることがある。フレキシブルプリント基板の組み付け性を向上させることが求められている。

本技術の目的は、フレキシブルプリント基板の組み付け性が高い電池モジュールを提供することにある。

本技術は、以下の電池モジュールを提供する。
［１］第１方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの上に設けられたプレート部材と、プレート部材上に設けられた他部品と、プレート部材上に設けられたフレキシブルプリント基板と、プレート部材上に設けられ、フレキシブルプリント基板と電気的に接続される制御基板と、フレキシブルプリント基板と制御基板との間に設けられたコネクタ部とを備え、フレキシブルプリント基板は、第１部分と、分岐部と、分岐部において第１部分から分岐する第２部分とを含み、フレキシブルプリント基板の第１部分は本体部および先端部を含み、第１部分は他部品に接続され、コネクタ部は、第１部分の本体部の延在方向から制御基板に接続され、フレキシブルプリント基板の第２部分と制御基板とは、コネクタ部を介して互いに電気的に接続され、分岐部と第１部分の先端部との間にプレート部材からのフレキシブルプリント基板の浮き上がりを防止する浮き上がり抑制部が設けられる、電池モジュール。

［２］他部品は、プレート部材上に設けられ、複数の電池セルを電気的に接続するバスバーを含む、［１］に記載の電池モジュール。

［３］第１部分の前記先端部が前記他部品に接続される、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

［４］浮き上がり抑制部は、プレート部材上におけるフレキシブルプリント基板の位置決め機能を有する、［１］から［３］のいずれか１つに記載の電池モジュール。

［５］浮き上がり抑制部は、プレート部材に設けられた突起と、フレキシブルプリント基板に設けられた孔とを含む、［１］から［４］のいずれか１つに記載の電池モジュール。

［６］フレキシブルプリント基板の第２部分は、第１方向に交差する第２方向に延びる第１辺部と、第１辺部から第１方向に延びる第２辺部とを含む略Ｌ字形状を有する、［１］から［５］のいずれか１つに記載の電池モジュール。

［７］制御基板は、複数の電池セルの各々の充放電を制御する制御回路を含む、［１］または［６］のいずれか１つに記載の電池モジュール。

本技術によれば、他部品に接続される第１部分にフレキシブルプリント基板の浮き上がり抑制部が設けられることにより、コネクタ接続時におけるフレキシブルプリント基板の第２部分のたわみに起因するフレキシブルプリント基板の第１部分の浮き上がりを抑制することができる。この結果、フレキシブルプリント基板の組み付け性が向上する。

電池モジュールの基本的構成を示す図である。 電池セルを示す斜視図である。 電池モジュール上に配線モジュールを設けた状態を示す斜視図である。 組電池におけるバスバーの配置を示す図である。 電池モジュールにおけるフレキシブルプリント基板の上面図（その１）である。 プレート部材の突起周辺の構造例を示す断面図である。 電池モジュールにおけるフレキシブルプリント基板の上面図（その２）である。 電池モジュールにおけるフレキシブルプリント基板の上面図（その３）である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

本明細書において、「電池セル」は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、および電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などに搭載可能である。ただし、「電池セル」の用途は、車載用に限定されるものではない。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図１に示すように、組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（第１方向）に並ぶように設けられる。これにより、電池セル１００の積層体が形成される。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に固定し、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０（外装缶）とを有する。すなわち、電池セル１００は角型二次電池セルである。

電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなす。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。

筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。筐体１２０には、ガス排出弁１２６が設けられている。

上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。

第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。

ガス排出弁１２６は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１２６は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。

図３は、組電池１上に配線モジュールを設けた状態を示す斜視図である。図３に示すように、組電池１上にプレート部材４００が載置され、プレート部材４００上にフレキシブルプリント基板５００が設けられる。フレキシブルプリント基板５００はコネクタ６００を介して外部機器と電気的に接続可能である。プレート部材４００上には、フレキシブルプリント基板５００を覆うようにカバー部材７００が設けられる。

図４は、組電池１におけるバスバー８００の配置を示す図である。図４の例では、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー８００により電気的に接続され、複数の電池セル１００が電気的に直列接続される。

すなわち、組電池１は、電極端子１１０を各々有し、所定の方向に沿って配列された複数の電池セル１００と、複数の電池セル１００の電極端子１１０どうしを接続するバスバー８００とを備える。

図５は、電池モジュールにおけるフレキシブルプリント基板５００の上面図である。図５に示すように、フレキシブルプリント基板５００は、プレート部材４００上に設けられる。フレキシブルプリント基板５００は、第１部分５１０と、第２部分５２０とを含む。

第１部分５１０は、本体部５１１と、先端部５１２を含む。図５に示す例において、本体部５１１はＹ軸方向に延在する。先端部５１２は、バスバー接続部８００Ａを介して「他部品」としてのバスバー８００に接続される。これにより、個々のバスバー８００の電圧を検出することができる。ただし、本技術において「他部品」はバスバー８００に限定されず、温度センサや抵抗素子等の電子部品であってもよい。先端部５１２は、本体部５１１よりも細い部分が複数回（図５の例では２回）Ｕターンした先に形成されている。先端部５１２は、Ｙ軸方向の変位吸収機能を有する。ただし、本技術において、先端部５１２の変位吸収機能は必須のものではない。

第２部分５２０は、分岐部５００Ａにおいて第１部分５１０から分岐する。第２部分５２０は、コネクタ部１１００を介して制御基板１０００と電気的に接続される。コネクタ部１１００は、Ｙ軸方向（第１部分５１０の本体部５１１の延在方向）から制御基板１０００に接続される。コネクタ部１１００により、プレート部材４００上に設けられた制御基板１０００がフレキシブルプリント基板５００と電気的に接続される。制御基板１０００は、複数の電池セル１００の各々の充放電を制御する制御回路を含む。

フレキシブルプリント基板５００の第２部分５２０は、Ｙ軸方向（第１方向）に交差するＸ軸方向（第２方向）に延びる第１辺部５２１と、第１辺部５２１からＹ軸方向に延びる第２辺部５２２とを含む略Ｌ字形状を有する。

プレート部材４００は、突起４１０，４２０を含む。フレキシブルプリント基板５００は、孔部５３０Ａ，５３０Ｂを含む。突起４１０，４２０は、孔部５３０Ａ，５３０Ｂに各々挿入される。突起４１０および孔部５３０Ａによりフレキシブルプリント基板５００が位置決めされる。

突起４１０および孔部５３０Ａは、第１部分５１０と第２部分５２０との分岐部５００Ａと第１部分５１０の先端部５１２との間に位置するように設けられる。

フレキシブルプリント基板５００は、電気回路５４０を有する。これにより、電池セル１００と制御基板１０００とを電気的に接続することができる。

このように、プレート部材４００に設けられた突起４１０と、フレキシブルプリント基板５００に設けられた孔部５３０Ａとが、プレート部材４００からのフレキシブルプリント基板５００の浮き上がりを防止する「浮き上がり抑制部」を構成する。

図６は、プレート部材４００の突起４１０周辺の構造例を示す断面図である。図５，図６に示す例では、突起４１０の周囲において、プレート部材４００とフレキシブルプリント基板５００とを接着する接着部９００が設けられている。接着部９００は、プレート部材４００からのフレキシブルプリント基板５００の浮き上がり抑制機能およびプレート部材４００上におけるフレキシブルプリント基板５００の位置決め機能を高め得る。ただし、本技術において接着部９００は必ずしも必須の構成ではない。

フレキシブルプリント基板５００は変形しやすいため、組み付け時においてたわみが生じ得る。たとえば、コネクタ部１１００を制御基板１０００に接続する際、フレキシブルプリント基板５００の第２部分５２０にはたわみが生じる。これにより、フレキシブルプリント基板５００の意図しない浮き上がりが生じることがある。フレキシブルプリント基板５００の意図しない浮き上がりが生じた場合、フレキシブルプリント基板５００の組み付け性が低下し得る。

本実施の形態に係る電池モジュールにおいては、バスバー８００等の他部品に接続される第１部分５１０にフレキシブルプリント基板５００の浮き上がり抑制部が設けられることにより、コネクタ部１１００にフレキシブルプリント基板５００を接続したときに、フレキシブルプリント基板５００の第２部分５２０のたわみに起因するフレキシブルプリント基板５００の第１部分５１０の浮き上がりを抑制することができる。この結果、フレキシブルプリント基板５００の組み付け性が向上する。

図７および図８は、各々、変形例に係るフレキシブルプリント基板５００の上面図である。

図７の例では、突起４１０の周囲において、フレキシブルプリント基板５００の裏面にプレート部材９００Ａが固定（貼り付け）されている。プレート部材９００Ａは、ＰＢＴ、ＰＰなどからなる樹脂基板、またはガラスエポキシ基板により構成される。これにより、突起４１０の周囲においてフレキシブルプリント基板５００を変形させにくくすることができるので、突起４１０の周囲においてプレート部材４００からのフレキシブルプリント基板５００の浮き上がりを防止することができる。

図８の例では、接着部９００（図５）およびプレート部材９００Ａ（図７）は設けられていないが、突起４１０の周囲に位置するフレキシブルプリント基板５００の第１部分５１０の幅（Ｗ１）が、コネクタ部１１００に接続される第２部分５２０の第２辺部５２２の幅（Ｗ２）よりも大きく形成されているため、突起４１０の周囲においてフレキシブルプリント基板５００は相対的に変形しにくく、突起４１０の周囲においてプレート部材４００からのフレキシブルプリント基板５００の浮き上がりが防止されている。このような場合も「浮き上がり抑制部」が形成されていると解釈されるべきである。

また、第１部分５１０の所定の領域においてフレキシブルプリント基板５００の厚みを増大させる（たとえば２枚重ねにする）ことにより、当該領域においてフレキシブルプリント基板５００を相対的に変形させにくくしてもよい。

本実施の形態においては、「他部品」としてのバスバー８００が第１部分５１０の先端部５１２に接続される構造を例示したが、本技術はこれに限定されるものではない。第１部分５１０における先端部５１２から離れた位置（たとえば、第１部分５１０における先端部５１２と逆側の端部）に「他部品」が接続される場合もある。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 組電池、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１２６ ガス排出弁、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、４００ プレート部材、４１０ 突起、４２０ 突起、５００ フレキシブルプリント基板、５００Ａ 分岐部、５１０ 第１部分、５１１ 本体部、５１２ 先端部、５２０ 第２部分、５２１ 第１辺部、５２２ 第２辺部、５３０Ａ 孔部、５３０Ｂ 孔部、５４０ 電気回路、６００ コネクタ、７００ カバー部材、８００ バスバー、８００Ａ バスバー接続部、９００ 接着部、９００Ａ プレート部材、１０００ 制御基板、１１００ コネクタ部。

Claims (6)

1. 第１方向に配列された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルの上に設けられたプレート部材と、
   前記プレート部材上に設けられた他部品と、
   前記プレート部材上に設けられたフレキシブルプリント基板と、
   前記プレート部材上に設けられ、前記フレキシブルプリント基板と電気的に接続される制御基板と、
   前記フレキシブルプリント基板と前記制御基板との間に設けられたコネクタ部とを備え、
   前記フレキシブルプリント基板は、第１部分と、分岐部と、前記分岐部において前記第１部分から分岐する第２部分とを含み、
   前記フレキシブルプリント基板の前記第１部分は本体部および先端部を含み、前記第１部分は前記他部品に接続され、
   前記コネクタ部は、前記第１部分の前記本体部の延在方向から前記制御基板に接続され、
   前記フレキシブルプリント基板の前記第２部分と前記制御基板とは、前記コネクタ部を介して互いに電気的に接続され、
   前記分岐部と前記第１部分の前記先端部との間に前記プレート部材からの前記フレキシブルプリント基板の浮き上がりを防止する浮き上がり抑制部が設けられ、
   前記フレキシブルプリント基板の前記第２部分は、前記第１方向に交差する第２方向に延びる第１辺部と、前記第１辺部から前記第１方向に延びる第２辺部とを含む略Ｌ字形状を有する、電池モジュール。
2. 前記他部品は、前記プレート部材上に設けられ、前記複数の電池セルを電気的に接続するバスバーを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第１部分の前記先端部が前記他部品に接続される、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記浮き上がり抑制部は、前記プレート部材上における前記フレキシブルプリント基板の位置決め機能を有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記浮き上がり抑制部は、前記プレート部材に設けられた突起と、前記フレキシブルプリント基板に設けられた孔とを含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
6. 前記制御基板は、前記複数の電池セルの各々の充放電を制御する制御回路を含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

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