JP2010192310A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なセル電圧の検知が可能な電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池モジュールは、複数の電池セルと、電池セルの電圧を検知して制御する制御部と、制御部と電池セルとを接続するフレキシブルプリント基板３０と、電池セルの端部から外側方向に突出形成された電極端子２３とを備える。電池モジュールは、フレキシブルプリント基板３０が電極端子２３と接触するように配され、かつ、フレキシブルプリント基板３０を覆うとともに、フレキシブルプリント基板３０と電極端子２３との接触部４０を押えるカバーを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

車両用の電池モジュールでは、出力を大きくするために多数の電池セルを直列に接続することにより高電圧にしている。複数の電池セルを直列に接続する場合、電池セル間において電池電圧などの電池特性が不均一であると、過放電や過充電状態になり電池の劣化や破損を招くという問題が生じる。そこで、車両用の電池モジュールにおいては、各電池セルの電圧を検知して過放電、過充電状態になる前に充電、放電を中止するコントロールユニットが設けられている。このコントロールユニットには、電池セルに接続されたセル電圧を検知するための端子（「電圧検知端子」という）が接続される。

上記のような電圧検知端子を電池セルに接続する構造としては、例えば、特許文献１に記載のものなどが知られている。

特開２０００−３３３３４３号公報

特許文献１には、隣接する二つの電池セルごとに電圧検知端子を設けた構造のものであって、電池セルの各電極がナット締めによりバスバーに接続され、バスバーを経て電圧検知端子が接続されている構造のものが記載されている。

特許文献１に記載の構造では、電池セルと電圧検知端子との接続にバスバーが介在するので、電池セルと電圧検知端子との接続部の抵抗値が高くなる。また、ニつの電池セルに対して一つの電圧検知端子を設けているので、電池セルごとに電圧検知端子を設けた場合と比較して、電圧検知端子と電極との接続部における抵抗値が高くなる傾向にある。このように電池セルと電圧検知端子との接続部の抵抗値が高くなると、高精度の電圧検知ができないという問題がある。
また、適用する電池種によっては、電池セルの容量調整のために最大１００ｍＡの電流を流す場合があり、電圧検知端子と電極との接続部における抵抗値が高いと正確な電圧検知ができないので抵抗値を低く抑える必要がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、高精度なセル電圧の検知が可能な電池モジュールを提供することを目的とする

本発明は、電池モジュールであって、複数の電池セルと、前記電池セルの電圧を検知して制御する制御部と前記電池セルとを接続するフレキシブルプリント基板と、前記電池セルの端部から外側方向に突出形成された電極端子とを備え、前記フレキシブルプリント基板は前記電極端子と接触するように配され、かつ、前記フレキシブルプリント基板を覆うとともに、前記フレキシブルプリント基板と前記電極端子との接触部を押えるカバーを備えるところに特徴を有する。

本発明の電池モジュールにおいては、各電池セルのセル電圧を制御する制御部と電極端子とを接続するフレキシブルプリント基板が、電極端子に接触するように配される。すなわち、本発明の電池モジュールにおいてはフレキシブルプリント基板と各電池セルの電極端子とが直接接続されるから、フレキシブルプリント基板と電極端子とが電気的に接続される部分の抵抗を小さくすることができる。 また本発明の電池モジュールは、フレキシブルプリント基板を覆い、フレキシブルプリント基板と電極端子との接触部を押えるカバーを備えるから、電極端子とフレキシブルプリント基板とが接触している部分がカバーにより固定されて、電極端子とフレキシブルプリント基板の電気的な接続を確実なものとすることができる。その結果、本発明によれば、高精度なセル電圧の検知が可能な電池モジュールを提供することができる。

本発明は、以下の構成であってもよい。
前記フレキシブルプリント基板が前記カバーに固定されていてもよい。このような構成とすると、カバーを電極端子に取り付けるだけで、フレキシブルプリント基板と電極端子とが接触し、かつ、フレキシブルプリント基板と電極端子との接触部が固定されるので、電池モジュールの組み立て作業を簡素化することができる。

前記カバーは、前記フレキシブルプリント基板が配される側と反対側の面に金属製の補強板を備えていてもよい。このような構成とすると、カバーの強度が確保され、かつ、接触部にかかる押圧力が大きくなり、フレキシブルプリント基板と電極端子との電気的な接続をより確実なものとすることができる。

前記フレキシブルプリント基板には、前記電極端子と接触可能な接触突部が突出形成されていてもよい。このような構成とすると、フレキシブルプリント基板の接触突部を電極端子に接触するように配すればよいので、電池モジュールの組み立て作業を簡素化することができ、かつ、フレキシブルプリント基板と電極端子との電気的な接続をより確実なものとすることができる。

前記フレキシブルプリント基板には前記電極端子の先端部が嵌まり込む嵌合孔が形成され、前記カバーのフレキシブルプリント基板が配される側の面には、前記嵌合孔に対応して前記フレキシブルプリント基板と前記電極端子との接触部を固定する固定突部が突出形成されていてもよい。

このような構成とすると、フレキシブルプリント基板の嵌合孔に電極端子を嵌め込んでから、フレキシブルプリント基板を覆うようにカバーを取り付けると、カバーに設けた固定突部により、フレキシブルプリント基板と電極端子との接触部が固定される。その結果、フレキシブルプリント基板をカバーに固定しない場合であっても、上記のような構成とすれば、フレキシブルプリント基板と電極端子との電気的な接続を確実なものとすることができる。

前記電池セルに形成された前記電極端子と、当該電池セルと隣り合う別の電池セルに形成された電極端子と、を電気的に接続するジョイント端子を備えていてもよい。
このような構成とすると、隣り合う電池セルの電極端子間の接続作業にかかる手間を省くことが可能となり好ましい。

本発明によれば、高精度なセル電圧の検知が可能な電池モジュールを提供することができる。

実施形態１の電池モジュールを示す斜視図 電池モジュールの組み立て方法を示す斜視図 電池ケースに収容されている電池セルを示す斜視図 ジョイント端子をはずした状態の電池セルを示す斜視図 裏側面から見た蓋（カバー）の斜視図 図１のＡ−Ａ線における一部断面図 実施形態２の電池モジュールの一部断面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。以下の記載において図１〜図４における手前側を前、図１〜図４における後側を後とする。
本実施形態の電池モジュール１は、図１、図２、および図６に示すように、複数の電池セル２０を収容する電池ケース１０と、各電池セル２０を制御する電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；本発明の制御部に相当、図示せず）と各電池セル２０との間を接続するフレキシブルプリント基板３０（以下、ＦＰＣ３０と略記する）とを備える。

電池ＥＣＵは、図示しないマイクロコンピュータ、素子等が搭載されたものであって、セル電圧・電流・温度等の検知、各電池セル２０の充放電コントロール等を行うための機能を備えた周知の構成のものである。この電池ＥＣＵは、ＦＰＣ３０（詳細は後述する）によって各電池セル２０と接続されている。

電池セル２０は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の駆動源として使用される周知の構成のものである。電池セル２０は、全体として角筒形に形成され、内部に図示しない発電要素が収容された本体部２１と、この本体部２１における一方の端面および他方の端面（電池セル２０の端部に相当）に設けられた正負一対の電極２２とを備えている。電極２２の表面には、それぞれ電極端子２３が外側方向に垂直に突出して設けられており、隣り合う電極端子２３間は、図３に示すように、ジョイント端子３により電気的に接続されている。

ジョイント端子３は、例えば、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属製の板材を、所定の形状にプレス加工することにより形成されている。ジョイント端子３は、互いに接近・離間方向（対向方向）に弾性変位可能な一対の対向壁５を有している。この、一対の対向壁５は、隣り合う電池セル２０の正負の電極端子２３が接続される電極接続部４として機能する。対向壁５は、図３における左右方向（電極端子１３の接続方向に対して略直交方向）に長い略長方形状をなしている。自然状態における一対の対向壁５の間の間隔は、電極端子２３の最大幅寸法よりも小さく設定されており、電極端子２３に接続した状態では電極端子２３と弾性的に接触するようになっている。

一対の対向壁５のうち、前側（図３における手前側）に配されている第１の対向壁５Ａの上端には、第１の対向壁５Ａを他方の対向壁５Ｂ（第２の対向壁５Ｂ）方向に屈曲することにより、ひさし部６が形成されている。ひさし部６は、第１の対向壁５Ａと第２の対向壁５Ｂとの間の領域のうち、略中央に至るところまで設けられており、ひさし部６の長さ方向の略中央のところには、２つの対向壁５Ａ，５Ｂを連結する連結部７が設けられている。すなわち、ひさし部６と第２の対向壁５Ｂとの間のうち連結部７以外のところは開放状態になっている。

各対向壁５Ａ，５Ｂの、電極端子２３と接触する部分には、電極端子２３の頭部２３Ａが嵌合可能な孔部８が設けられている。孔部８は、各電極端子２３に対応して、第１の対向壁５Ａおよび第２の対向壁５Ｂの両方に設けられ、各対向壁５Ａ，５Ｂを壁厚方向に打ち抜いて形成されている。各対向壁５Ａ，５Ｂに設けられた一対の孔部８は、略円形状をなしており、互いに対向する位置に配置され、互いに略同形・同大とされている。

各対向壁５Ａ，５Ｂにはその下縁から孔部８にかけて電極端子２３を案内する案内溝９が形成されている。案内溝９は、孔部８を有する全ての対向壁５Ａ，５Ｂに設けられ、対向壁５Ａ，５Ｂを壁厚方向に打ち抜いて形成されている。なお、ジョイント端子３に設けられた案内溝９は、全てが略同形・同大とされている。

電極端子２３は、金属製（銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等）であって、プレス加工、切削加工、鋳造、または鍛造等、公知の手法により、略同形・同大に形成されている（図４を参照）。各電極端子２３の先端には、球形状をなす頭部２３Ａがそれぞれ設けられている。

電池ケース１０は、図２に示すように、上部が開口するとともに内部に電池セル２０を収容する樹脂製の収容部１１と、収容部１１の上部の開口部分を覆う樹脂製の蓋１２（本発明のカバーに相当）と、蓋１２の上に重ね合わせて配される金属製の板１３と、を備える。

収容部１１は略直方体状をなし、その上端には、長方形の枠状をなし蓋１２が載置される蓋受け部１１Ａが、収容部１１の内側方向に張出し形成されている。
蓋１２の上に配されている金属製の板１３は、平板状をなし、蓋１２の上面（蓋板部１２Ａ）とほぼ同形同大に形成されている。この金属製の板１３は、樹脂製の蓋１２を補強する補強板１３として機能する。

蓋受け部１１Ａ、蓋１２および補強板１３には、これら３つの部材を重ね合わせたときに一致する位置にねじ孔１４が４つづつ形成されている。蓋受け部１１Ａと、蓋１２と、補強板１３とは、それぞれに形成されたねじ孔１４の位置を合わせた状態で重ねられて補強板１３の上から、ねじ１５により固定されるようになっている。

蓋１２は、図２に示すように、収容部１１の蓋受け部１１Ａに載置される方形状の蓋板部１２Ａと、収容部１１の側壁１１Ｂの外側に配される側壁部１２Ｂとを備える。なお、蓋板部１２Ａの４つの角には蓋受け部１１Ａや補強板１３と固定するためのねじ孔１４が形成されている。
蓋１２の側壁部１２Ｂは、図５に示すように、方形状の蓋板部１２Ａの３辺（長手方向の１辺および短辺方向の２辺）において、蓋板部１２Ａに対して略垂直に形成されている。

さて、蓋板部１２Ａの裏側面（収容部１１側に配される面）には、蓋板部１２Ａの短辺方向に対して略平行に、ＦＰＣ３０が２つ固定されている（図５を参照）。詳しくは、ＦＰＣ３０は、電極端子２３と対向する位置に、その一端を、蓋板部１２Ａの縁部のうち側壁部１２Ｂが形成されていない縁部から突出させた状態で蓋１２の蓋板部１２Ａに固定されている。

ここで、２つのＦＰＣ３０のうち、図５における前側に固定されているＦＰＣ３０を第１のＦＰＣ３０Ａ、図５における後側に固定されているＦＰＣ３０を第２のＦＰＣ３０Ｂとする。

第１のＦＰＣ３０Ａは、前側に並ぶ電極端子２３に接続され、第２のＦＰＣ３０Ｂは後側に並ぶ電極端子２３に接続される。第１のＦＰＣ３０Ａは第２のＦＰＣ３０Ｂよりも長く形成されている。

第１のＦＰＣ３０Ａには、電極端子２３と接触可能な接触突部３１が４つ形成され、第２のＦＰＣ３０Ｂには、電極端子２３と接触可能な接触突部３１が２つ形成されている。第１のＦＰＣ３０Ａに設けた４つの接続突部３１は、それぞれ、図６に示すように、ジョイント端子３のひさし部６と第２の対向壁５Ｂとの間に入り込み電極端子２３の頭部２３Ａに接触するように配される。また、第２のＦＰＣ３０Ｂにおいても第１のＦＰＣ３０Ａと同様に、第２のＦＰＣ３０Ｂに形成された接続突部が電極端子２３の頭部２３Ａに接触するように配される。

本発明で用いるＦＰＣ３０は、絶縁性のベースフィルム上に、銅製の導体箔によって回路を形成し、この導体箔の上面を保護フィルムで覆った構成のものである。ＦＰＣ３０のベースフィルムおよび保護フィルムとしては、それぞれポリイミド製のものなどを用いることができる。

次に、本実施形態に係る電池モジュール１の組み立て工程の一例について説明する。まず。複数の電池セル２０を、電池ケース１０の収容部１１の内部に、電池セル２０の厚み方向に対して平行に並べる（図２を参照）。

次に、電池セル２０の電極２２から突出する電極端子２３にジョイント端子３を接続する。前側に並ぶ電極端子２３には、図２に示すように、ジョイント端子３を２つ接続し、後側に並ぶ電極端子２３にはジョイント端子３を１つ接続する。

ジョイント端子３を、位置合わせしてから下側方向に押し込むと、電極端子２３の頭部２３Ａが各対向壁５Ａ，５Ｂに設けた各案内溝９の入口に入り込む。ジョイント端子３を、さらに押し込むと、電極端子２３の頭部２３Ａが案内溝９の上方に案内され、一対の対向壁５Ａ，５Ｂが離間方向に弾性変位する。さらにジョイント端子３を押し込んで電極端子２３の頭部２３Ａが対向壁５Ａ，５Ｂの孔部８に嵌合されると、一対の対向壁５Ａ，５Ｂが互いに接近する方向へ弾性復帰し、孔部８の孔縁が電極端子２３の頭部２３Ａの外周面に押し付けられた状態となるとともに、ひさし部６と電極端子２３の頭部２３Ａとが当接する。このようにして電極端子２３にジョイント端子３が接続され、電池セル２０が直列に接続された状態になる。

次に、裏側の面にＦＰＣ３０が固定された蓋１２を、第１のＦＰＣ３０Ａが前側になるように配して電池ケース１０の収容部１１の蓋受け部１１Ｂに載置する。このようにすることにより、蓋１２がＦＰＣ３０を覆い、２つのＦＰＣ３０Ａ，３０Ｂに形成された接続突部３１が、対応するジョイント端子３のひさし部６と第２の対向壁５Ｂとの間に入り込んで、電極端子２３の頭部２３Ａに接触する(図６を参照）。

さらに、蓋１２の表側の面（ＦＰＣ３０が配される側とは反対側の面）に、補強板１３を載置する。そして、蓋受け部、蓋１２および補強板１３を、それぞれの部材に設けたねじ孔１４が重なり合うように重ね合わせて、補強板１３の上部からねじ１５を螺合させると、補強板１３および蓋１２が収容部１１に固定されて、本実施形態の電池モジュール１が得られる（図２を参照）。

次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
本実施形態においては、２つのＦＰＣ３０に形成された接触突部３１がそれぞれ、対応するジョイント端子３のひさし部６と第２の対向壁５Ｂとの間に入り込んで、ひさし部６と第２の対向壁５Ｂとの間に配される電極端子２３の頭部２３Ａと接触することにより、ＦＰＣ３０と電極端子２３とが電気的に接続される（図６を参照）。すなわち、本実施形態によれば、各電池セル２０のセル電圧を制御する制御部と電極端子２３とを接続するＦＰＣ３０が、接触部４０において各電池セル２０の電極端子２３と直接接続されるから、ＦＰＣ３０と電極端子２３とが電気的に接続される部分（接触部４０）の抵抗を小さくすることができる。

また、本実施形態の電池モジュール１は、ＦＰＣ３０を覆い、ＦＰＣ３０と電極端子２３との接触部４０を押える蓋１２を備えるから、電極端子２３とＦＰＣ３０とが接触している部分が蓋１２により固定される。その結果、本実施形態によれば、電極端子２３とＦＰＣ３０との電気的な接続を確実なものとすることができる。特に、本実施形態では、蓋１２の上側面に金属製の補強板１３を備えているから、接触部４０にかかる押圧力が大きくなり、ＦＰＣ３０と電極端子２３との電気的な接続をより確実なものとすることができる上に、蓋１２の強度を向上することができる。

従って、本実施形態によれば、ＦＰＣ３０と電極端子２３との接触部４０の抵抗を小さくし、かつ、ＦＰＣ３０と電極端子２３との電気的な接続を確実なものとすることができるので、高精度なセル電圧の検知が可能な電池モジュール１を提供することができるのである。

さらに、本実施形態によれば、ＦＰＣ３０がカバーに固定されており、かつ、ＦＰＣ３０には電極端子２３と接触可能な接触突部３１が形成されているから、ＦＰＣ３０を固定した蓋１２を電極端子２３に取り付けるだけで、ＦＰＣ３０の接触突部３１と電極端子２３とが接触し、かつ、ＦＰＣ３０と電極端子２３との接触部４０が固定されるので、電池モジュール１の組み立て作業を簡素化することができる。

加えて、本実施形態によれば、隣接しあう電極端子２３間を電気的に接続するジョイント端子３を備えているから、隣り合う電池セル２０の電極端子２３間の接続作業にかかる手間を省くことができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図７によって説明する。
本実施形態の電池モジュール１は、ＦＰＣ３０の形状と、ＦＰＣ３０が蓋１２に固定されていないという点で実施形態１とは相違する。なお、実施形態１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態において、ＦＰＣ３０には、電極端子２３の頭部２３Ａ（先端部）が嵌まり込む嵌合孔３２が電極端子２３ごとに形成されている。この嵌合孔３２は電極端子２３の頭部２３Ａの最大径よりも小さく形成されている。

また、蓋１２の裏側面（図７の下側の面、ＦＰＣ３０が配される側の面）においては、ＦＰＣ３０に設けた嵌合孔３２と対向する位置に、突部１６が突出形成されている。この突部１６は、ＦＰＣ３０の嵌合孔３２に嵌まり込んでいる電極端子２３の頭部２３Ａと接触して固定する固定突部１６として機能する。

次に本実施形態の作用・効果について説明する。
本実施形態によれば、ＦＰＣ３０が、各電池セル２０の電極端子２３に直接接続されるから、ＦＰＣ３０と電極端子２３とが電気的に接続されている部分（接触部４０）の抵抗を小さくすることができる。また、本実施形態によれば、ＦＰＣ３０を覆い、ＦＰＣ３０と電極端子２３との接触部４０を押える蓋１２を備えるから、電極端子２３とＦＰＣ３０との電気的な接続を確実なものとすることができる。その結果、本実施形態によっても、実施形態１と同様に、高精度なセル電圧の検知が可能な電池モジュール１を提供することができる。

また、本実施形態においては、ＦＰＣ３０の嵌合孔３２に電極端子２３を嵌め込んでから、ＦＰＣ３０を覆うように蓋１２を取り付けると、蓋１２に設けた固定突部１６が、ＦＰＣ３０と電極端子２３との接触部４０を固定するので、電極端子２３とＦＰＣ３０との電気的な接続を確実なものとすることができる。その結果、本実施形態によれば、ＦＰＣ３０を蓋１２に固定しない態様の電池モジュール１であっても、本発明を適用することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、蓋１２として蓋板部１２Ａと側壁部１２Ｂとからなるものを示したが、ＦＰＣ３０を覆い、ＦＰＣ３０と電極端子２３との接触部４０を押える蓋であれば、例えば、側壁部１２Ｂのないものであってもよい。
また、上記実施形態では、蓋板部１２Ａの３辺に側壁部１２Ｂが形成されているものを示したが、蓋板部１２Ａの４辺すべてに側壁部１２Ｂが形成されているものであってもよい。

（２）上記実施形態１では、ＦＰＣ３０を蓋１２に固定し、かつ、蓋１２の上に補強板１３を備えるものを示したが、ＦＰＣ３０を蓋１２に固定する態様ではあるが、補強板１３を備えないものであってもよい。

（３）上記実施形態２では、ＦＰＣ３０を蓋１２に固定しない構成のものを示したが、ＦＰＣ３０は蓋１２に固定されていてもよい。例えば、ＦＰＣ３０の嵌合孔３２を、蓋１２の固定突部１６に対向するように配して蓋に固定してもよい。要は、蓋１２を収容部１１に載置して固定した際に、ＦＰＣ３０の嵌合孔３２に電極端子２３の頭部２３Ａが嵌まり込み、かつ、ＦＰＣ３０と電極端子２３の接触部４０のところに蓋１２に設けた固定突部１６が配されるようになっていればよい。

（４）上記実施形態では、電極端子２３として頭部２３Ａが球形状をなすものを示したが、電極端子２３の形状はこれに限定されない。電極端子２３は、ボルト状のものや、直径が一定の円筒状のものや、頭部２３Ａが球面でないものなどであってもよい。

１…電池モジュール
１２…蓋（カバー）
１３…補強板
２０…電池セル
２３…電極端子
３０…フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
４０…接触部

Claims (6)

1. 複数の電池セルと、
   前記電池セルの電圧を検知して制御する制御部と前記電池セルとを接続するフレキシブルプリント基板と、
   前記電池セルの端部から外側方向に突出形成された電極端子とを備え、
   前記フレキシブルプリント基板は前記電極端子と接触するように配され、かつ、
   前記フレキシブルプリント基板を覆うとともに、前記フレキシブルプリント基板と前記電極端子との接触部を押えるカバーを備えることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記フレキシブルプリント基板が前記カバーに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記カバーは、前記フレキシブルプリント基板が配される側と反対側の面に金属製の補強板を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記フレキシブルプリント基板には、前記電極端子と接触可能な接触突部が突出形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
5. 前記フレキシブルプリント基板には前記電極端子の先端部が嵌まり込む嵌合孔が形成され、
   前記カバーのフレキシブルプリント基板が配される側の面には、前記嵌合孔に対応して前記フレキシブルプリント基板と前記電極端子との接触部を固定する固定突部が突出形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記電池セルに形成された前記電極端子と、当該電池セルと隣り合う別の電池セルに形成された電極端子と、を電気的に接続するジョイント端子を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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