JP2024036048A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】フレキシブルプリント基板と制御基板とが接続された状態で、フレキシブルプリント基板はたわみを有する。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部が設けられる。位置決め部は、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。フレキシブルプリント基板のたわみに起因して孔の側面が突起に押しつけられることによりフレキシブルプリント基板が位置決めされる。突起は、プレート部材の主面から略垂直に立ち上がる柱部と、柱部から柱部に対して交差する方向に突出する突出部とを含む。【選択図】図７

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、フレキシブルプリント基板と制御基板とが接続された状態で、フレキシブルプリント基板はたわみを有し、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部が設けられ、位置決め部は、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み、フレキシブルプリント基板のたわみに起因して孔の側面が突起に押しつけられることによりフレキシブルプリント基板が位置決めされ、突起は、プレート部材の主面から略垂直に立ち上がる柱部と、柱部から柱部に対して交差する方向に突出する突出部とを含む、電池モジュール。

［２］突出部は、柱部からコネクタ部側に向かって突出する、［１］に記載の電池モジュール。

［３］フレキシブルプリント基板に設けられた孔は長孔であり、長孔の側面は、長孔の延在方向に沿って突起に押しつけられる、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

［４］突起は、略Ｌ字状の縦断面形状を有する、［１］から［３］のいずれか１つに記載の電池モジュール。

［５］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［４］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、突起の柱部から突出する突出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。 フレキシブルプリント基板のたわみを説明するための図である。 フレキシブルプリント基板の位置決め部を示す斜視図である。 位置決め部を構成する突起を示す斜視図である。 突起による位置決め機能を説明するための図である。 フレキシブルプリント基板の組み付け工程の一例における第１工程を示す図である。 フレキシブルプリント基板の組み付け工程の一例における第２工程を示す図である。 フレキシブルプリント基板の組み付け工程の変形例における第１工程を示す図である。 フレキシブルプリント基板の組み付け工程の変形例における第２工程を示す図である。 突起の変形例を示す断面図である。 突起に圧入される圧入部品を示す断面図である。 圧入部品が圧入された突起を示す断面図である。

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、フレキシブルプリント基板５００のたわみを説明するための図である。フレキシブルプリント基板５００は、コネクタ部９００を介して制御基板１０００に接続される。これにより、制御基板１０００は、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は変形しやすいため、フレキシブルプリント基板５００と制御基板１０００とが接続された状態で、フレキシブルプリント基板５００はたわみを有する。

たとえば、図５に示すように、フレキシブルプリント基板５００をコネクタ部９００を介して制御基板１０００に接続する際、フレキシブルプリント基板５００にたわみ部５１０が生じる。これにより、フレキシブルプリント基板５００に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に意図しない浮き上がりは、フレキシブルプリント基板５００の位置ずれにも繋がり得る。

図６は、フレキシブルプリント基板５００の位置決め部を示す斜視図である。図６に示すように、プレート部材４００は、突起４１０，４２０，４３０，４４０を有し、突起４１０，４２０，４３０，４４０がフレキシブルプリント基板５００に設けられた孔に挿入されることで、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の位置決めが行われる。本実施の形態に係る電池モジュールにおいては、コネクタ部９００に最も近い突起４１０を用いてフレキシブルプリント基板５００の位置決めが行われる。

図７は、フレキシブルプリント基板５００の位置決め部を構成する突起４１０を示す斜視図である。図７に示すように、プレート部材４００の突起４１０は、フレキシブルプリント基板５００に設けられた孔５２０に挿入される。

フレキシブルプリント基板５００にたわみ部５１０が形成されると、そのたわみに起因してフレキシブルプリント基板５００をスライド移動させる力が作用し、孔５２０の側面が突起４１０に押しつけられる。これにより、プレート部材４００上においてフレキシブルプリント基板５００が位置決めされる。

図７に示すように、突起４１０は、プレート部材４００の主面から略垂直に立ち上がる柱部４１１と、柱部４１１から柱部４１１に対して交差する方向に突出する突出部４１２とを含む。

このように、図７の例では、突起４１０は、略Ｌ字状の縦断面形状を有し、突出部４１２は、柱部４１１からコネクタ部９００側に向かって突出している。

また、図７の例において、孔５２０はＹ軸方向に延びる長孔である。孔５２０の側面は、長孔の延在方向に沿って突起に押しつけられる。

図８は、突起４１０による位置決め機能を説明するための図である。図８に示すように、突起４１０には柱部４１１から突出する突出部４１２が設けられている。これにより、コネクタ部９００にフレキシブルプリント基板５００を接続したときに、たわみに起因してフレキシブルプリント基板５００を浮き上がらせる力が作用した場合にも、突出部４１２が係合することでフレキシブルプリント基板５００の孔５２０が突起４１０から外れることを抑制することができる。結果として、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９および図１０は、フレキシブルプリント基板５００の組み付け工程の一例を示す図である。図９および図１０の例では、突出部４１２は、柱部４１１からＸ軸方向の両側に向かって突出している。

図９に示すように、フレキシブルプリント基板５００をＸ軸方向に向けることにより、孔５２０の長軸方向と突出部４１２の突出方向とを合わせることができる。このため、突起４１０を孔５２０に挿入することができる。

ここで、突出部４１２の上面を、柱部４１１から離れるにつれて斜め下方向（プレート部材４００の主面に近づく方向）に向かうように傾斜させることにより、突起４１０を孔５２０に挿入しやすくなる。

突起４１０を孔５２０に挿入した後、図１０に示すように、フレキシブルプリント基板５００を回転させてＹ軸方向に向ける。そして、フレキシブルプリント基板５００をコネクタ部９００を介して制御基板１０００に接続し、たわみによるスライド移動を利用してフレキシブルプリント基板５００の位置決めを行う。

図１１および図１２は、フレキシブルプリント基板５００の組み付け工程の変形例を示す図である。図１１および図１２の例では、突起４１０を孔５２０に挿入した後、突起４１０の先端を折り曲げ加工して突出部４１２を形成している。

図１３は、突起４１０の変形例を示す断面図である。図１３の例では、突起４１０を孔５２０に挿入した後、柱部４１１の先端に熱カシメ部４１２Ａを形成することにより、突出部４１２を形成している。

図１４は、突起４１０に圧入される圧入部品４１０Ａを示す断面図である。図１５は、圧入部品４１０Ａが圧入された突起４１０を示す断面図である。図１４，図１５に示すように、突起４１０を孔５２０に挿入した後、突起４１０に圧入部品４１０Ａを圧入することにより、突出部４１２が形成されてもよい。

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、４１０，４２０，４３０，４４０ 突起、４１０Ａ 圧入部品、４１１ 柱部、４１２ 突出部、４１２Ａ 熱カシメ部、５００ フレキシブルプリント基板、５１０ たわみ部、５２０ 孔、６００ コネクタ、７００ カバー部材、８００ バスバー、９００ コネクタ部、１０００ 制御基板。

Claims (5)

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、
   前記フレキシブルプリント基板と前記制御基板とが接続された状態で、前記フレキシブルプリント基板はたわみを有し、
   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部が設けられ、
   前記位置決め部は、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み、前記フレキシブルプリント基板のたわみに起因して前記孔の側面が突起に押しつけられることにより前記フレキシブルプリント基板が位置決めされ、
   前記突起は、前記プレート部材の主面から略垂直に立ち上がる柱部と、前記柱部から前記柱部に対して交差する方向に突出する突出部とを含む、電池モジュール。
2. 前記突出部は、前記柱部から前記コネクタ部側に向かって突出する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記フレキシブルプリント基板に設けられた前記孔は長孔であり、前記長孔の側面は、前記長孔の延在方向に沿って前記突起に押しつけられる、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記突起は、略Ｌ字状の縦断面形状を有する、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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