CN114365335A - 电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制由于来自电池单元的不需要的辐射的影响而无法高精度地检测电池单元的状态的情况的电池模块。电池模块(30)具备：层叠配置的多个电池单元(20)、以及用于检测多个电池单元(20)的状态的布线构件(50)，布线构件(50)层叠有：具有绝缘性的基材(52)；布线层(53)，其配置在基材(52)的一个面(52a)侧，包含用于检测多个电池单元(20)的状态的多条检测线(53a)；以及接地层(55)，其配置在基材(52)的另一个面(52b)侧的至少与布线层(53)对应的位置，且具有接地电位。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备多个电池单元的电池模块。
背景技术
以往，电动汽车(EV)、通过电动机来辅助驱动的一部分的混合动力汽车(HEV)由各汽车制造商开发，作为其电源要求高容量且高输出的二次电池。作为这样的二次电池，已知有包含层叠配置的多个电池单元的电池模块，例如在专利文献1中公开了用于检测电池模块的各电池单元的电压的布线构件。
在上述专利文献1中公开了一种电池布线模块，该电池布线模块安装在将多个具有正极的电极端子和负极的电极端子的单电池排列而成的单电池组上，且具备与电极端子连接的多个连接构件；以及具有保持连接构件的保持部的绝缘树脂制的树脂保护器。在该电池布线模块中，设置有FPC(Flexible printed circuits)，该FPC与母线连接，且形成有检测各单电池的电压的电压检测用的导电线路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-105571号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，如专利文献1所示，例如在检测电池单元的电压等电池单元的状态时，由于来自电池单元的不需要的辐射的影响，存在无法高精度地检测电池单元的状态这样的问题。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制由于来自电池单元的不需要的辐射的影响而无法高精度地检测电池单元的状态的情况的电池模块。
解决问题的技术手段
为了解决上述课题，本发明的电池模块具备：层叠配置的多个电池单元；以及布线构件，其配置在所述多个电池单元的端子侧，且用于检测所述多个电池单元的状态，所述布线构件层叠有：绝缘层，其具有绝缘性；布线层，其配置在所述绝缘层的一面侧，且包含用于检测所述多个电池单元的状态的多条检测线；以及接地层，其配置在所述绝缘层的另一面侧的至少与所述布线层对应的位置，且具有接地电位。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够抑制由于来自电池单元的不需要的辐射的影响而无法高精度地检测电池单元的状态的情况的电池模块。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的电池模块的立体图。
图2是本发明的第1实施方式的电池模块的分解立体图。
图3是表示本发明的第1实施方式的电池模块的电池单元的构造的立体图。
图4是表示本发明的第1实施方式的电池模块的布线层以及接地层周边的构造的分解立体图。
图5是表示本发明的第2实施方式的电池模块的布线层以及接地层周边的构造的分解立体图。
图6是表示本发明的第2实施方式的变形例的电池模块的布线层以及接地层周边的构造的分解立体图。
图7是表示本发明的第3实施方式的电池模块的布线层以及接地层周边的构造的分解立体图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式的电池模块进行说明。
(第1实施方式)
图1是本发明的第1实施方式的电池模块30的立体图。图2是本发明的第1实施方式的电池模块30的分解立体图。
本发明的第1实施方式的电池模块30搭载在例如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等车辆上。电池模块30将经由一对输入输出端子(未图示)提供的电力存储在电池单元20中，并将存储在电池单元20中的电力经由输入输出端子(未图示)提供给车辆的马达之类的电气设备。
如图1和图2所示，电池模块30具备：电池层叠体31、多条母线32、母线保持件33、布线构件50、一对端保持件35、多个中间保持件36、一对端板41和一对侧板42。
在此，图1～图3表示相互正交的X方向、Y方向以及Z方向。X方向是将电池单元20的端子8A、8B彼此连接的方向，将该方向定义为电池单元20的长度方向。Y方向是层叠了多个电池单元20的层叠方向。Z方向是与X方向和Y方向正交的方向，是电池模块30(或电池单元20)的高度方向。另外，在布线构件50与电池层叠体31的相对关系中，将布线构件50侧作为上侧，将电池层叠体31侧作为下侧。
电池层叠体31通过层叠由二次电池构成的多个电池单元20而构成。多条母线32将多个相邻的电池单元20彼此电连接。母线保持件33保持多条母线32。布线构件50是为了检测电池单元20的状态(在此为电压)而设置的，收纳在母线保持件33内。关于布线构件50的详细构造将在后面叙述。一对端保持件35由具有绝缘性的树脂构成，配置在电池层叠体31的层叠方向(Y方向)的一端以及另一端。中间保持件36由具有绝缘性的树脂构成，将相邻配置的电池单元20彼此划分，并且以覆盖电池单元20的长度方向(X方向)的两端面的方式形成。一对端板41隔着端保持件35配置在电池层叠体31的层叠方向(Y方向)的一端和另一端。一对侧板42配置在电池层叠体31的短边方向(X方向)的一端和另一端。
以下，对电池模块30进行详细说明。
如图3所示，构成电池层叠体31的电池单元20具有电池壳体1和盖6。在电池壳体1的内部收纳有作为发电体的电极组(未图示)，电池壳体1的上部开口被盖6密封。盖6通过激光焊接来焊接在电池壳体1上，由电池壳体1和盖6构成电池容器。
在盖6的长度方向(X方向)的两端部设置有正极外部端子(端子)8A和负极外部端子(端子)8B。正极外部端子8A以及负极外部端子8B形成为从盖6的上表面向上方突出的大致长方体形状。经由该正极外部端子8A和负极外部端子8B对电极组(未图示)进行充电，并且向外部负荷供给电力。另外，在盖6的长度方向(X方向)的中央部一体地设置有气体排出阀10。气体排出阀10通过使盖6的一部分薄壁化而形成狭缝状的槽来形成。当电池单元20内的压力上升而超过规定压力时，气体排出阀10开裂而从电池单元20的内部排出气体。另外，在盖6上焊接有注液栓11，用于向电池壳体1内注入电解液的注液口9被密封。
以相邻的2个电池单元20中的一个电池单元20的正极外部端子8A和另一个电池单元20的负极外部端子8B在层叠方向上相邻的方式，使多个电池单元20交替反转而层叠配置，从而构成电池层叠体31(参照图2)。
如图2所示，母线32是具有导电性的金属制的板状构件。母线32将相邻配置的电池单元20的正极外部端子8A与负极外部端子8B电连接。由此，多个电池单元20串联连接。母线32相对于正极外部端子8A以及负极外部端子8B的连接方法没有特别限定，例如可以通过激光焊接、超声波焊接或软钎焊来连接。
母线保持件33以覆盖多个电池单元20的盖6的方式来配置。母线保持件33是例如PP(聚丙烯)等具有绝缘性的树脂制的构件。母线保持器33包含：底面部33a，其与电池单元20的盖6相对配置，且安装有多条母线32；以及多个侧壁33b，它们从底面部33a的周边竖立设置。在底面部33a上，在位于母线32的下方的部分形成有供电池单元20的正极外部端子8A以及负极外部端子8B插通的开口部33c。另外，在母线保持件33的X方向的一侧，在Y方向的两端部设置有端子片39，该端子片39与多条母线32中的配置在Y方向的一端以及另一端的母线32电连接。该端子片39与上述的输入输出端子(未图示)电连接。输入输出端子(未图示)与车辆的马达等电气设备连接。
端板41是金属制的板状构件。端板41以隔着端保持件35从层叠方向的两侧夹住电池层叠体31的方式配置。在端板41的X方向的两端面上形成有用于固定侧板42的孔。
侧板42是金属制的板状构件。侧板42从电池层叠体31的长度方向(Y方向)的一端延伸到另一端，并以隔着中间保持架36的X方向的侧面部从短边方向(X方向)的两侧夹住电池层叠体31的方式配置。在侧板42的Y方向的两端部形成有插入孔，侧板42使用螺钉、铆钉等固定构件43固定在端板41上。
接着，对布线构件50的详细构造进行说明。
布线构件50配置在母线保持件33的底面部33a上，并且以从电池层叠体31的层叠方向的一端延伸到另一端的方式形成。在本实施方式中，布线构件50由布线基板51和安装在布线基板51的长度方向(Y方向)的一端部的连接器59构成。
如图4所示，布线基板51由如下构成：具有绝缘性的基材52；配置在基材52的一面52a侧(上侧)的布线层53；以覆盖布线层53以及基材52的规定区域的方式配置，且具有绝缘性的第1覆盖层54；配置在基材52的另一面52b侧(下侧)的至少与布线层53对应的位置上的接地层55；以及以覆盖接地层55以及基材52的规定区域的方式配置，且具有绝缘性的第2覆盖层56。
布线基板51没有特别限定，可以是具有挠性的所谓柔性基板，也可以是不具有挠性的基板，但从薄型化、轻量化、弯曲性的观点出发，优选柔性基板。
基材52的材质没有特别限定，可以使用聚酰亚胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、玻璃环氧树脂等，但从挠性和耐热性等观点出发，优选使用聚酰亚胺树脂。
布线层53的材质只要具有导电性就没有特别限定，例如可以使用铜箔。布线层53的形成方法没有特别限定，例如通过将设置在基材52的一个面52a上的铜箔(导电层)蚀刻成规定形状来形成布线层53。
第1覆盖层54没有特别限定，例如通过由聚酰亚胺层和粘接层构成的覆盖膜、或阻焊剂等形成。
接地层55的材质只要具有导电性就没有特别限定，例如可以使用铜箔。接地层55的形成方法没有特别限定，例如通过将设置在基材52的另一面52b上的铜层(导电层)蚀刻成规定形状来形成接地层55。
第2覆盖层56没有特别限定，例如通过由聚酰亚胺层以及粘接层构成的覆盖膜、或阻焊剂等形成。
这里，布线层53包含用于检测多个电池单元20的状态的多条检测线53a。作为电池单元20的状态，例如可以举出电池单元20的电压、温度、以及流过电池单元20的电流等，但是在此对检测电池单元20的电压的情况进行说明。检测线53a的厚度以及布线宽度没有特别限定，例如形成为数μm～数十μm的厚度、数十μm～数百μm的布线宽度。这样，在检测线53a的截面积小的情况下，后述的不需要的辐射的影响变大。另外，在本实施方式中，所有的检测线53a都形成为相同的厚度且相同的布线宽度。
各检测线53a的一端与母线32的某一个电连接，另一端与连接器59电连接。在连接器59上连接有线束(未图示)，连接器59经由线束(未图示)与电池控制装置(未图示)连接。该电池控制装置检测与各检测线53a对应的电池单元20的电压，将检测结果发送到车辆控制装置(未图示)。
将检测线53a的一端与母线32电连接的方法没有特别限定，例如可以通过软钎焊、压接、激光焊接或超声波焊接来连接。另外，也可以将检测线53a直接与母线32连接，也可以在布线基板51上设置由镍或铜等构成的薄板状的板，经由该板将检测线53a与母线32电连接。另外，由于多条母线32沿布线基板51的长度方向(Y方向)排列，各母线32与连接器59之间的距离不同，所以多条检测线53a的布线长度相互不同。
在此，当电池模块30充放电时，在电池单元20内大量的电荷移动，因此电池单元20的电位变动，从电池单元20产生不需要的辐射。由于布线基板51与电池单元20接近配置，所以容易受到不需要的辐射的影响，不需要的辐射成为噪声而检测线53a的电位变动。因此，各电池单元20的电压的检测精度可能会降低。
因此，在本实施方式中，在布线基板51的基材52的另一面52b上设置具有接地电位的接地层55。接地层55设置在基材52的另一面52b的大致整个面上。接地层55例如通过与侧板42、端板41或连接器59的接地端子电连接而成为接地电位。
通过在布线基板51的基材52的另一个面52b上设置接地层55，从电池单元20放射的电磁波被接地层55屏蔽，抑制由不需要的辐射引起的检测线53a的电位的变动。由此，能够抑制各电池单元20的电压的检测精度降低。
接地层55的形状没有特别限定，例如可以是实心形状、在导电层(铜箔)上形成有多个贯通孔的形状等。作为在导电层上形成多个贯通孔的形状，例如可以举出以等间隔平行配置的多个线状导电区域大致正交的方式形成的所谓网格形状、具有等间隔平行配置的多个线状导电区域的形状、以及在导电层上形成了多个圆形的贯通孔的形状等。在此，接地层55以等间隔平行配置的多个线状导电区域55a与多个线状导电区域55b大致正交的方式形成，是形成为网格形状的导电图案，该网格形状是由多个线状导电区域55a和多个线状导电区域55b形成多个贯通孔55c而得到的。另外，即使在将图4所示的接地层55形成为网格形状的情况下，与形成为实心形状的情况相比，屏蔽电磁波的性能也几乎没有变化。
在本实施方式中，如上所述，布线构件50的布线基板51层叠有：具有绝缘性的基材52、配置在基材52的一面52a侧的布线层53、以及配置在基材52的另一面52b侧的至少在与布线层53对应的位置的接地层55。由此，从电池单元20放射的电磁波被接地层55屏蔽，抑制由不需要的辐射引起的检测线53a的电位的变动(噪声)。因此，能够抑制与各检测线53a对应的电池单元20的电压的检测精度降低。
(第2实施方式)
在本发明的第2实施方式的电池模块30中，如图5所示，检测线53a具有检测线53b以及检测线53c，该检测线53b以及检测线53c具有互不相同的布线长度。检测线53b的布线长度比检测线53c的布线长度长。
在此，在设置有具有互不相同的布线长度的检测线53b和53c的情况下，检测线53b以及53c的阻抗不同。如果检测线53b以及53c的阻抗不同，则通过上述的电池控制装置(未图示)检测各电池单元20的电压时的精度降低，因此优选使检测线53b以及53c的阻抗相等。
因此，在本实施方式中，为了使长度不同的检测线53b以及53c的阻抗相等(或接近)，构成为在检测线53b产生的寄生电容变少。具体而言，接地层55的网格形状的导电图案至少具有：与至少一条检测线53a(在此为检测线53b)对应配置的第1图案部P1以及与至少一条检测线53a(在此为检测线53c)对应配置的第2图案部P2。第2图案部P2的面积率(导电区域的面积/导电区域以及贯通孔的面积)比第1图案部P1的面积率大。
即，使与布线长度长的检测线53b对应的第1图案部P1的面积率比与布线长度短的检测线53c对应的第2图案部P2的面积率小。由此，与以与检测线53b相对的方式配置第2图案部P2的情况相比，能够减少与检测线53b相对的导电区域的面积，因此能够减少在检测线53b产生的寄生电容。因此，能够使检测线53b以及53c的阻抗相等(或接近)，因此能够通过上述的电池控制装置(未图示)高精度地检测电池单元20的电压。
另外，在图5中，示出了接地层55的导电图案具有第1图案部P1以及第2图案部P2这两个图案的例子，但具有3个以上的图案部的情况也是同样的。具体而言，如图6所示的第2实施方式的变形例那样，检测线53a还具有比检测线53b短、且比检测线53c长的检测线53d。接地层55的导电图案还具有与检测线53d相对配置的第3图案部P3。第3图案部P3的面积率比第1图案部P1的面积率大、且比第2图案部P2的面积率小。这样，通过根据检测线53a的布线长度变更相对的图案部的面积率，能够容易地使多条检测线53a的阻抗相等(或接近)。
另外，在图5以及图6中，为了使接地层55的多个图案部的面积率不同，变更了线状导电区域55a以及55b的间距，但例如也可以通过使线状导电区域55a以及55b的线宽度局部变宽或变窄来使面积率不同。
第2实施方式的其他的构成和效果与上述第1实施方式相同。
(第3实施方式)
如图7所示，在本发明的第3实施方式的电池模块30中，检测线53a具有检测线53e、53f以及53g，该检测线53e、53f以及53g具有互不相同的布线长度。检测线53f的布线长度比检测线53g的布线长度长，检测线53e的布线长度比检测线53f的布线长度长。例如，检测线53e是本发明的“第2检测线”的一例，检测线53g是本发明的“第一检测线”的一例。另外，在本实施方式中，接地层55的导电图案以面积率大致均等的方式形成。
在此，在本实施方式中，为了使长度不同的检测线53e～53g的阻抗相等(或接近)，如下形成检测线53e～53g的布线宽度。具体而言，检测线53f的布线宽度形成得比检测线53g的布线宽度宽，检测线53e的布线宽度形成得比检测线53f的布线宽度宽。即，随着检测线53a的布线长度变长，将检测线53a的布线宽度形成得宽，减小每单位长度的电阻值。由此，能够使各检测线53a的阻抗相等(或接近)，所以能够通过上述的电池控制装置(未图示)高精度地检测电池单元20的电压。
第3实施方式的其他的构成以及效果与上述第1实施方式相同。
另外，本发明不限于上述实施方式，还包含各种变形方式。例如，上述的实施方式是为了容易理解说明本发明而详细说明的实施方式，并不一定限定于具备所说明的全部构成的实施方式。此外，可以将某个实施例的构成的一部分置换为其它实施例的构成，并且可以将其它实施例的构成加入到某个实施例的构成。另外，对于各实施方式的构成的一部分，可以进行其他构成的追加、删除、置换。
例如，在上述实施方式中，作为电池单元20的状态，示出了检测电池单元20的电压的例子，但本发明不限于此，也可以检测电池单元20的温度或流过电池单元20的电流。例如，在检测电池单元20的温度的情况下，在多个电池单元20中的几个(例如3个)电池单元20上安装热敏电阻，使布线构件50的布线层53与热敏电阻电连接即可。在这种情况下，也能够通过电池控制装置(未图示)高精度地检测多个电池单元20的温度。
另外，在上述实施方式中，示出了在布线层53与电池单元20之间配置接地层55的例子，但本发明不限于此，也可以在相对于布线层53而与电池单元20相反的一侧配置接地层55。即，例如也可以是使布线层53和接地层55在上下方向(厚度方向)上反转的配置。在这种情况下，也能够抑制由来自电池单元20的不需要的辐射引起的检测线53a的电位变动，因此能够抑制各电池单元20的电压的检测精度降低。
另外，在上述实施方式中，示出了将接地层55形成为网格形状的例子，但本发明不限于此，也可以将接地层55形成为实心形状。在这种情况下，例如也可以在由基材52、布线层53以及第1覆盖层54构成的布线基板51上粘贴导电性薄膜，该导电性薄膜在铝膜、银膜等(接地层)的单面上设置了粘接层。在这种情况下，只要粘贴在布线基板51的下表面(电池单元20侧的面)、上表面(与电池单元20相反的一侧的面)的某一个上即可。另外，在由基材52、布线层53以及第1覆盖层54构成的布线基板51的上表面(与电池单元20相反的一侧的面)上粘贴导电性薄膜的构成的情况下，导电性薄膜的粘接层以及第1覆盖层54是本发明的“绝缘层”。
另外，也可以在由基材52、布线层53以及第1覆盖层54构成的布线基板51的下表面或上表面层叠配置由铝膜、银膜等构成的接地层而不进行粘贴。
另外，将上述实施方式以及变形例的构成适当组合而得到的构成也包含在本发明的技术范围内。例如，也可以将上述第2实施方式的接地层55的导电图案与上述第3实施方式的不同的布线宽度的检测线53a组合使用。如果这样进行构成，则能够容易地使多条检测线53a的阻抗相等(或者更接近)。
符号说明
8A：正极外部端子(端子)，8B：负极外部端子(端子)，20：电池单元，30：电池模块，50：布线构件，52：基材(绝缘层)，52a：一面，52b：另一面，53：布线层，53a～53d、53f：检测线，53e：第2检测线(检测线)，53g：第1检测线(检测线)，55：接地层，55c：贯通孔，P1：第1图案部，P2：第2图案部。
Claims (5)
1.一种电池模块，其特征在于，具备：
层叠配置的多个电池单元；以及
布线构件，其配置在所述多个电池单元的端子侧，且用于检测所述多个电池单元的状态，
所述布线构件层叠有：
绝缘层，其具有绝缘性；
布线层，其配置在所述绝缘层的一面侧，且包含用于检测所述多个电池单元的状态的多条检测线；以及
接地层，其配置在所述绝缘层的另一面侧的至少与所述布线层对应的位置，且具有接地电位。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述接地层是在导电层上形成多个贯通孔的具有所述接地电位的导电图案。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，
所述导电图案至少具有：与至少一条所述检测线对应配置的第1图案部和与至少一条其他所述检测线对应配置的第2图案部，
所述第2图案部的面积率比所述第1图案部的面积率大。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其特征在于，
所述多条检测线具有互不相同的布线长度，
与所述第1图案部对应配置的所述检测线的布线长度比与所述第2图案部对应配置的所述检测线的布线长度长。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述多条检测线包含：第1检测线和第2检测线，所述第2检测线与所述第1检测线相比，布线长度长且布线宽度宽。
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