JP2019129056A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板の実装面をコネクタの導電面に容易に接続できる蓄電モジュールを提供する。【解決手段】蓄電モジュール１は、複数の蓄電セル１１を備える配列体２と、実装面６ｅのみにヒューズ８が実装されたフレキシブルプリント基板６と、コネクタ１０１と、監視素子１０２と、監視基板１１０とを備える。コネクタ１０１は、フレキシブルプリント基板６の端部６２に接続される。監視素子１０２は、コネクタ１０１に電気的に接続され蓄電セル１１を監視する。監視基板１１０は、コネクタ１０１と監視素子１０２とが実装される主面１１０ａを有する。主面１１０ａは、コネクタ１０１の導電面１０１ｐを含む。導電面１０１ｐがフレキシブルプリント基板６の端部６２における実装面６ｅと対向するように監視基板１１０が配置されることによって、当該実装面６ｅは、導電面１０１ｐに対向して接続される。【選択図】図３

Description

本発明の一側面は、蓄電モジュールに関する。

配列された複数の蓄電セルに接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を備える蓄電モジュールが知られている（例えば特許文献１）。このフレキシブルプリント基板は、各蓄電セルの電圧を監視する監視ユニットのコネクタに接続される。

特開２０１０−１１４０２５号公報

フレキシブルプリント基板には、例えばヒューズ等の部品が両面に実装された両面フレキシブルプリント基板と、部品が片面のみに実装された片面フレキシブルプリント基板とがある。片面フレキシブルプリント基板は、部品が実装された実装面と、部品が実装されていない非実装面とを有する。配列された複数の蓄電セル上に片面フレキシブルプリント基板を配置する場合、非実装面が複数の蓄電セルと対向し、実装面が複数の蓄電セルとは反対側を向くように、片面フレキシブルプリント基板を配置することが考えられる。

ところで、フレキシブルプリント基板をコネクタに接続する場合、接続作業の容易性を考慮すると、コネクタの導電面が見えるように、コネクタの導電面が上を向くように、コネクタを配置することが考えられる。そうすると、配列された複数の蓄電セル上に片面フレキシブルプリント基板を配置する場合、コネクタの導電面は片面フレキシブルプリント基板の実装面と同じ方向を向くことになる。その結果、コネクタの導電面はフレキシブルプリント基板の非実装面と対向するので、そのままではフレキシブルプリント基板の実装面をコネクタの導電面に接続することができない。

そこで、実装面が反転するようにフレキシブルプリント基板を折り曲げることによって、フレキシブルプリント基板の実装面をコネクタの導電面に接続することが考えられる。しかしながら、その場合、実装面が反転するようにフレキシブルプリント基板を折り曲げる必要がある。

本発明の一側面は、配列された複数の蓄電セル上に片面フレキシブルプリント基板を配置する場合であっても、片面フレキシブルプリント基板の実装面をコネクタの導電面に容易に接続できる蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る蓄電モジュールは、配列された複数の蓄電セルを備える配列体と、前記複数の蓄電セルに接続され、一方の面のみに部品が実装されたフレキシブルプリント基板であり、前記部品と前記複数の蓄電セルとの間に配置され前記複数の蓄電セルの配列方向に延在する本体部と、前記配列方向における端部とを備える前記フレキシブルプリント基板と、前記配列方向において一端に位置する蓄電セルの外側に配置され、前記フレキシブルプリント基板の前記端部に接続されるコネクタと、前記コネクタに電気的に接続され前記複数の蓄電セルを監視するための監視素子と、前記コネクタと前記監視素子とが実装される主面を有する監視基板と、を備え、前記監視基板の前記主面は、前記コネクタの導電面を含み、前記コネクタの前記導電面が前記フレキシブルプリント基板の前記端部における前記一方の面と対向するように前記監視基板が配置されることによって、前記フレキシブルプリント基板の前記端部における前記一方の面が前記コネクタの前記導電面に対向して接続される。

上記蓄電モジュールでは、コネクタの導電面がフレキシブルプリント基板の端部における実装面（一方の面）と対向するように監視基板が配置されることによって、当該実装面がコネクタの導電面に対向して接続される。よって、実装面が反転するようにフレキシブルプリント基板を折り曲げる必要がない。そのため、配列された複数の蓄電セル上に片面フレキシブルプリント基板を配置する場合であっても、フレキシブルプリント基板の実装面をコネクタの導電面に容易に接続できる。

前記監視基板の前記主面とは反対側の面に、前記監視素子に電力を供給する電源素子が実装されてもよい。この場合、監視素子と電源素子との間に監視基板が介在するので、監視素子が電源素子から受けるノイズの影響を小さくできる。

前記監視素子が前記配列体と前記監視基板との間に配置されてもよい。この場合、監視素子が蓄電モジュールの外部から受けるノイズの影響を小さくできる。

上記蓄電モジュールが、前記配列体に対して前記配列方向に拘束荷重を付加するための拘束部材を更に備え、前記拘束部材が前記監視素子と前記配列体との間に配置されてもよい。この場合、監視素子が蓄電モジュールの外部から受けるノイズの影響を更に小さくできる。また、複数の蓄電セルの発熱により監視素子が受ける熱の影響を小さくできる。

本発明の一側面によれば、配列された複数の蓄電セル上に片面フレキシブルプリント基板を配置する場合であっても、フレキシブルプリント基板の実装面をコネクタの導電面に容易に接続できる蓄電モジュールが提供され得る。

一実施形態に係る蓄電モジュールを模式的に示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面にはＸＹＺ直交座標系が示される。

図１は、一実施形態に係る蓄電モジュールを模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図（ＸＺ断面図）である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図（ＹＺ断面図）である。図１〜図３に示されるように、蓄電モジュール１は、配列体２と、弾性部材３と、拘束部材４と、排煙ダクト５と、フレキシブルプリント基板６と、監視装置１００とを備え得る。

蓄電モジュール１は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電モジュール１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であるが、電気二重層キャパシタであってもよい。

配列体２は、配列された複数（本実施形態では７つ）の蓄電セル１１を備える。各蓄電セル１１は、例えば矩形箱状のケース内に電極組立体が収容された単電池である。複数の蓄電セル１１は、配列方向Ｄ１（Ｙ方向）に配列されている。各蓄電セル１１は、樹脂製のセルホルダ（不図示）に保持される。蓄電セル１１の上面１１ｄには、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが互いに離間して設けられている。正極端子１１ａは、電極組立体の正極に接続された電極端子であり、負極端子１１ｂは、電極組立体の負極に接続された電極端子である。隣り合う蓄電セル１１は、正極端子１１ａと負極端子１１ｂとが互いに隣り合うように配列され、隣り合う正極端子１１ａと負極端子１１ｂとがバスバー１２によって互いに電気的に接続されている。これにより、隣り合う蓄電セル１１が電気的に直列に接続されている。正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂは、ボルトによってバスバー１２に接続されてもよいし、溶接によってバスバー１２に接続されてもよい。蓄電セル１１の配列方向Ｄ１において、一端の蓄電セル１１の負極端子１１ｂ及び他端の蓄電セル１１の正極端子１１ａには、例えば板状の導電部材である外部接続端子１３がそれぞれ接続されている。

各蓄電セル１１は、安全弁１１ｃを有している。安全弁１１ｃは、例えば蓄電セル１１の上面１１ｄに設けられる。安全弁１１ｃは、蓄電セル１１内のガス圧力が予め定められた値を超えた場合にガスを外部に放出する。安全弁１１ｃは、蓄電セル１１の上面１１ｄにおいて、正極端子１１ａと負極端子１１ｂとの間に配置される。よって、複数の安全弁１１ｃが配列方向Ｄ１に沿って配列される。

弾性部材３は、蓄電セル１１の配列方向Ｄ１において、配列体２の一端に配置されている。弾性部材３は、拘束荷重による蓄電セル１１の破損を防止する目的で用いられる部材であり、例えばウレタン製のゴムスポンジから構成されている。弾性部材３は、矩形の板状部材である。弾性部材３の材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、及びシリコンゴム等が挙げられる。弾性部材３は、ゴムに限られず、バネ材等であってもよい。弾性部材３は、配列方向Ｄ１における配列体２の両端に配置されていてもよく、互いに隣り合う蓄電セル１１，１１間に配置されていてもよい。

拘束部材４は、配列体２に対して配列方向Ｄ１に拘束荷重を付加するための部材である。拘束部材４は、一対のエンドプレート４１と、複数の連結部材４２と、を備えている。一対のエンドプレート４１は、配列体２を配列方向Ｄ１の両側から挟持するための部材である。エンドプレート４１は、鉄等の金属材料からなる板状部材である。

連結部材４２は、一対のエンドプレート４１同士を連結する。連結部材４２は、例えば鉄等の金属から構成されたボルト及びナットによって構成されている。各連結部材４２のボルトは、一方のエンドプレート４１の挿通孔、各セルホルダの挿通孔、及び他方のエンドプレート４１の挿通孔に順次挿通され、他方のエンドプレート４１の外側でナットにより締結されている。この締結によって配列体２に対して配列方向Ｄ１に拘束荷重が付加される。

排煙ダクト５は、安全弁１１ｃを覆う。排煙ダクト５は、正極端子１１ａと負極端子１１ｂとの間に配置され得る。排煙ダクト５は、例えば樹脂製の部材である。排煙ダクト５は、側板５１と側板５２と上板５３とを有する。側板５１、側板５２及び上板５３は、配列方向Ｄ１に延在している。上板５３は、安全弁１１ｃと対向配置される。安全弁１１ｃから放出されるガスは、排煙ダクト５の側板５１，５２及び上板５３と、蓄電セル１１の上面１１ｄとによって囲まれる空間を通って外部に排出される。配列方向Ｄ１に直交する排煙ダクト５の断面（図２の断面）における空間領域は、例えば矩形状であるが、上板５３から蓄電セル１１の上面１１ｄに向かうに連れて幅が広がる台形状であってもよい。排煙ダクト５は、側板５１の下端から外側に広がる底板５４と、側板５２の下端から外側に広がる底板５５とを有してもよい。底板５４，５５は、それぞれ側板５１，５２と交差する方向に延在し、蓄電セル１１の上面１１ｄ上に載置される。底板５４，５５によって、排煙ダクト５は、蓄電セル１１の上面１１ｄ上に安定して載置され得る。

フレキシブルプリント基板６は、例えば排煙ダクト５の上板５３上に設けられる。フレキシブルプリント基板６は複数の蓄電セル１１に接続される。フレキシブルプリント基板６は、例えばヒューズ８等の部品が実装された実装面６ｅと、そのような部品が実装されていない非実装面６ｆとを有する。フレキシブルプリント基板６は、一方の面である実装面６ｅのみにヒューズ８が実装された片面ＦＰＣである。

フレキシブルプリント基板６は、複数の蓄電セル１１の配列方向Ｄ１に延在する本体部６１と、配列方向Ｄ１における端部６２とを備える。本体部６１は、ヒューズ８と複数の蓄電セル１１との間に配置される。すなわち、本体部６１の非実装面６ｆは蓄電セル１１の上面１１ｄに対向し、本体部６１の実装面６ｅは蓄電セル１１とは反対側を向く。本体部６１の実装面６ｅは、配列方向Ｄ１に交差する方向Ｄ２（Ｘ方向）においても延在している。本体部６１は、例えば接着剤等により排煙ダクト５の上板５３に固定される。端部６２は、監視装置１００のコネクタ１０１に接続される。端部６２は、配列方向Ｄ１及び方向Ｄ２の両方に交差する方向（Ｚ方向）に突出している。本体部６１から端部６２までにわたって、フレキシブルプリント基板６の非実装面６ｆは蓄電セル１１と対向し、実装面６ｅは蓄電セル１１とは反対側を向いている。本体部６１は配列体２の上面２ｂ（複数の蓄電セル１１の上面１１ｄ）に沿って延在しており、端部６２は配列体２の端面２ａ（配列方向Ｄ１に交差する蓄電セル１１の外側端面）に沿って延在している。配列体２の上面２ｂと端面２ａとによって形成される角部において、フレキシブルプリント基板６は、配列体２の上面２ｂ及び端面２ａに沿うように湾曲している。フレキシブルプリント基板６は、本体部６１から分岐する複数の分岐部６３を備え得る。各分岐部６３の根元は本体部６１に接続される。各分岐部６３は、フレキシブルプリント基板６の一部を切り取って折り曲げられた部分であってもよい。フレキシブルプリント基板６は、図１及び図３に示されるように、複数の絶縁フィルム６ｂ，６ｃ間に挟まれた複数（本実施形態では１０本）の配線６ａを有している。配線６ａは例えば銅配線である。絶縁フィルム６ｂが非実装面６ｆを有し、絶縁フィルム６ｃが実装面６ｅを有する。

本体部６１には、複数のヒューズ８が実装され得る。各ヒューズ８は、本体部６１の実装面６ｅにおいて絶縁フィルム６ｃに形成された開口から露出した各配線６ａに接続される（図３参照）。ヒューズ８は、分岐部６３の根元の隣に配置される。各蓄電セル１１について、１つのヒューズ８が正極端子１１ａに電気的に接続され、もう１つのヒューズ８が負極端子１１ｂに電気的に接続される。ヒューズ８に電気的に接続された各配線６ａは、各分岐部６３の先端における実装面６ｅにおいて露出しており、例えばリベット接続、溶接又は半田接続等によってバスバー１２又は外部接続端子１３に接続される。ヒューズ８に電気的に接続されていない各配線６ａは、分岐部６３の先端における実装面６ｅにおいて露出している。当該配線６ａにはサーミスタ８１が実装され得る。サーミスタ８１は、分岐部６３の先端を介して蓄電セル１１の上面１１ｄに取り付けられる。本体部６１及び端部６２においては、実装面６ｅのみにおいて配線６ａが露出するが、分岐部６３の先端においては、実装面６ｅに加えて非実装面６ｆにおいても配線６ａが露出してもよい。

監視装置１００は、配列方向Ｄ１において一端に位置するエンドプレート４１の外側に位置する。監視装置１００は、フレキシブルプリント基板６の端部６２に接続されるコネクタ１０１と、監視素子１０２と、監視基板１１０とを備え得る。

コネクタ１０１は、導電面１０１ｐを有する導電層１１１と、フレキシブルプリント基板６の端部６２に嵌合される絶縁嵌合部１１２とを有している。導電層１１１は例えばコネクタピンである。絶縁嵌合部１１２は例えばコネクタハウジングである。導電面１０１ｐがフレキシブルプリント基板６の端部６２における実装面６ｅと対向するように監視基板１１０が配置されることによって、フレキシブルプリント基板６の端部６２における実装面６ｅは、導電面１０１ｐに対向して接続される。実装面６ｅは導電面１０１ｐに接触している。導電面１０１ｐが配列体２の端面２ａに対向していると、導電面１０１ｐが見える状態でコネクタ１０１にフレキシブルプリント基板６を接続することができる。導電面１０１ｐは、ＸＺ平面に沿って延在しているが、配列体２の端面２ａに対して傾斜した方向に沿って延在してもよい。この場合でも、導電面１０１ｐが見える状態でコネクタ１０１にフレキシブルプリント基板６を接続することができる。なお、導電面１０１ｐがＸＹ平面に沿って延在してもよい。

監視素子１０２は、監視基板１１０の内部を通じてコネクタ１０１に電気的に接続される。よって、フレキシブルプリント基板６をコネクタ１０１に接続することによって、監視素子１０２は、複数の蓄電セル１１を監視することができる。監視素子１０２は、複数の蓄電セル１１の電圧又は温度を監視することができる。監視素子１０２はエンドプレート４１と監視基板１１０との間に配置される。

監視基板１１０は、例えばＧＮＤ層を内層として含むリジッドプリント配線板である。監視基板１１０は、コネクタ１０１と監視素子１０２とが実装された主面１１０ａを有する。主面１１０ａには、例えばコンデンサ等の他の素子が更に実装されてもよい。主面１１０ａはコネクタ１０１の導電面１０１ｐを含む。導電面１０１ｐは主面１１０ａの縁に位置する。主面１１０ａは、フレキシブルプリント基板６の端部６２を挟んで配列体２の端面２ａと対向する。フレキシブルプリント基板６の端部６２は、導電面１０１ｐと配列体２の端面２ａとの間に配置される。

監視基板１１０の主面１１０ａとは反対側の面１１０ｂには、監視素子１０２に電力を供給する電源素子１０３が実装され得る。監視基板１１０の面１１０ｂには、外部の通信素子と通信を行う通信素子１０４が実装され得る。面１１０ｂには、例えばコンデンサ等の他の素子が更に実装されてもよい。電源素子１０３及び通信素子１０４は、監視基板１１０の内部を通じて監視素子１０２に電気的に接続される。監視基板１１０の主面１１０ａには、監視素子１０２を被覆する絶縁部材１０５が設けられてもよい。監視基板１１０の面１１０ｂには、電源素子１０３及び通信素子１０４を被覆する絶縁部材１０６が設けられてもよい。監視素子１０２、電源素子１０３及び通信素子１０４は、例えば半導体チップ等の電子部品である。なお、電源素子１０３及び通信素子１０４のうち少なくとも一方が主面１１０ａに実装されてもよい。

上述の構成により、蓄電セル１１の電圧に関する信号が、フレキシブルプリント基板６を通して監視装置１００に送られる。ヒューズ８に電気的に接続されるフレキシブルプリント基板６の配線６ａは、蓄電セル１１の電圧に関する信号を監視装置１００に伝達する。これにより、蓄電セル１１の電圧を監視することができる。ヒューズ８によって、過大電流が監視装置１００とフレキシブルプリント基板６の配線６ａに流れることが抑制される。ヒューズ８が分岐部６３の根元の隣に配置されることにより、過大電流がヒューズ８よりも監視装置１００側の配線６ａに流れることを抑制できる。その結果、過大電流により、本体部６１及び端部６２におけるその他の配線６ａに影響を及ぼすことが抑制される。また、サーミスタ８１に電気的に接続されるフレキシブルプリント基板６の配線６ａは、蓄電セル１１の温度に関する信号を監視装置１００に伝達する。これにより、蓄電セル１１の温度を監視することができる。

以上説明したように、蓄電モジュール１では、コネクタ１０１の導電面１０１ｐがフレキシブルプリント基板６の端部６２における実装面６ｅと対向するように監視基板１１０が配置されることによって、当該実装面６ｅが導電面１０１ｐに対向して接続される。よって、実装面６ｅが反転するようにフレキシブルプリント基板６を折り曲げる必要がない。そのため、配列された複数の蓄電セル１１上にフレキシブルプリント基板６を配置する場合であっても、フレキシブルプリント基板６の実装面６ｅをコネクタ１０１の導電面１０１ｐに容易に接続できる。

監視基板１１０の面１１０ｂに電源素子１０３が実装されている場合、監視素子１０２と電源素子１０３との間に監視基板１１０が介在するので、監視素子１０２が電源素子１０３から受けるノイズの影響を小さくできる。特に監視基板１１０がＧＮＤ層を内層として含む場合には、当該ＧＮＤ層によってノイズを効果的に遮断することができる。

監視素子１０２が配列体２と監視基板１１０との間に配置される場合、監視素子１０２が蓄電モジュール１の外部から受けるノイズの影響を小さくできる。

蓄電モジュール１が拘束部材４を備え、拘束部材４が監視素子１０２と配列体２との間に配置される場合、監視素子１０２が蓄電モジュール１の外部から受けるノイズの影響を更に小さくできる。また、複数の蓄電セル１１の発熱により監視素子１０２が受ける熱の影響を小さくできる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、蓄電モジュール１が拘束部材４を備えない場合、監視素子１０２は配列体２と監視基板１１０との間に配置される。

１…蓄電モジュール、２ａ…端面、４…拘束部材、６…フレキシブルプリント基板、６ｅ…実装面（一方の面）、８…ヒューズ（部品）、１１…蓄電セル、６１…本体部、６２…端部、１０１…コネクタ、１０１ｐ…導電面、１０２…監視素子、１０３…電源素子、１１０ａ…主面、１１０ｂ…面、１１０…監視基板、Ｄ１…配列方向。

Claims (4)

1. 配列された複数の蓄電セルを備える配列体と、
   前記複数の蓄電セルに接続され、一方の面のみに部品が実装されたフレキシブルプリント基板であり、前記部品と前記複数の蓄電セルとの間に配置され前記複数の蓄電セルの配列方向に延在する本体部と、前記配列方向における端部とを備える前記フレキシブルプリント基板と、
   前記配列方向において一端に位置する蓄電セルの外側に配置され、前記フレキシブルプリント基板の前記端部に接続されるコネクタと、
   前記コネクタに電気的に接続され前記複数の蓄電セルを監視するための監視素子と、
   前記コネクタと前記監視素子とが実装される主面を有する監視基板と、
   を備え、
   前記監視基板の前記主面は、前記コネクタの導電面を含み、
   前記コネクタの前記導電面が前記フレキシブルプリント基板の前記端部における前記一方の面と対向するように前記監視基板が配置されることによって、前記フレキシブルプリント基板の前記端部における前記一方の面が前記コネクタの前記導電面に対向して接続される、蓄電モジュール。
2. 前記監視基板の前記主面とは反対側の面に、前記監視素子に電力を供給する電源素子が実装されている、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記監視素子が前記配列体と前記監視基板との間に配置される、請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記配列体に対して前記配列方向に拘束荷重を付加するための拘束部材を更に備え、
   前記拘束部材が前記監視素子と前記配列体との間に配置される、請求項３に記載の蓄電モジュール。

Images