JP2024036050A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】限られたスペースを効率的に利用して多くの配線を配置可能とした電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュールは、第１方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの第１の側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および制御基板とを備え、フレキシブルプリント基板は、制御基板と電気的に接続される配線を有し、フレキシブルプリント基板の配線の少なくとも一部が、第１の側からみて制御基板と重なる領域であって制御基板と少なくとも１つの電池セルとの間に位置する。【選択図】図５

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２０１９－１１４４６４号公報

電池パックの高容量化に伴い、１つの電池モジュールあたりの電池セルの数が増大する傾向にある。これにより、電池モジュール上に配置すべき配線の数も増大する。これに対応するため、電池モジュール上の限られたスペースを効率的に利用することが求められる。

本技術の目的は、限られたスペースを効率的に利用して多くの配線を配置可能とした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、複数の電池セルの第１の側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および制御基板とを備え、フレキシブルプリント基板は、制御基板と電気的に接続される配線を有し、フレキシブルプリント基板の配線の少なくとも一部が、第１の側からみて制御基板と重なる領域であって制御基板と少なくとも１つの電池セルとの間に位置する、電池モジュール。

［２］フレキシブルプリント基板の配線の少なくとも一部が、第１の側からみて制御基板と重なる領域であって制御基板とプレート部材との間に位置する、［１］に記載の電池モジュール。

［３］プレート部材は、フレキシブルプリント基板の位置決めを行う突起部を有する、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

［４］制御基板はコネクタ部を有し、フレキシブルプリント基板は接続部を有し、接続部がコネクタ部に接続されることによりフレキシブルプリント基板と制御基板とが互いに電気的に接続される、［１］から［３］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

［５］コネクタ部または接続部の少なくとも一部が、第１の側からみて制御基板と重なる領域であって制御基板と少なくとも１つの電池セルとの間に位置する、［４］に記載の電池モジュール。

［６］フレキシブルプリント基板は、フィルム層と、フィルム層に形成され配線を構成する導体部とを有する、［１］から［５］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

［７］配線は、第１の側からみて制御基板と重なる領域に位置する第１部分と、第１部分に連なり、第１の側からみて制御基板から露出した領域に位置する第２部分と、第１部分の反対側において第２部分に連なり、第１の側からみて制御基板と重なる領域に位置する第３部分とを含む、［１］から［６］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

［８］配線は、電圧検出線および温度検出線のいずれかを含む、［１］から［７］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

［９］制御基板は、フレキシブルプリント基板が締結される締結部を有する、［１］から［８］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

［１０］フレキシブルプリント基板は、制御基板とプレート部材との締結部を避ける逃げ部を有する、［９］に記載の電池モジュール。

本技術によれば、電池モジュールにおいて、フレキシブルプリント基板の配線の少なくとも一部が電池モジュールの高さ方向からみて制御基板と重なる位置に配置されることにより、限られたスペースを効率的に利用して多くの配線を配置することができる。

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。 電池モジュールの上面図である。 図５に示すフレキシブルプリント基板および制御基板を示す斜視図である。 フレキシブルプリント基板の接続部と制御基板のコネクタ部との位置関係の一例を示す図である。 フレキシブルプリント基板の接続部と制御基板のコネクタ部との位置関係の変形例を示す図である。 変形例に係るフレキシブルプリント基板の形状を示す上面図である。 他の変形例に係るフレキシブルプリント基板の形状を示す上面図である。

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、電池モジュールの上面図である。図５に示すように、電池モジュールは、制御基板９００を備える。図５の例において、フレキシブルプリント基板５００の一部（図５中のＡ部およびＢ部）が制御基板９００の下側に位置する。換言すると、フレキシブルプリント基板５００の一部が、電池モジュールのＺ軸方向の上側（第１の側）からみて制御基板９００と重なる領域であって制御基板９００と電池セル１００との間（図５の例では制御基板９００とプレート部材４００との間）に位置する。プレート部材４００および制御基板９００は、電池セル１００のガス排出弁１２６の上方に開口４００Ａ，９００Ａを各々有する。したがって、プレート部材４００および制御基板９００によるガス排出弁１２６の閉塞が抑制される。

図６は、図５に示すフレキシブルプリント基板５００および制御基板９００を示す斜視図である。なお、図５，図６に示すフレキシブルプリント基板５００および制御基板９００は一例であり、本技術の範囲はこれに限定されるものではない。

図６に示すように、フレキシブルプリント基板５００は、接続部５１０と、タブ５２０とを有する。制御基板９００はコネクタ部９１０を有する。フレキシブルプリント基板５００の接続部５１０が制御基板９００のコネクタ部９１０に接続されることによりフレキシブルプリント基板５００と制御基板９００とが互いに電気的に接続される。このとき、フレキシブルプリント基板５００に撓みが生じる。

図６の例において、フレキシブルプリント基板５００は、本体部分５０１（第１部分）と、本体部分５０１から分岐した分岐部分５０２（第２部分）とを含む。図５の例において、接続部５１０は分岐部分５０２の先端に設けられる。分岐部分５０２に設けられた接続部５１０は、本体部分５０１の延在方向（図５の例ではＹ軸方向）から制御基板９００に接続される。このとき、接続部５１０に隣接する分岐部分５０２が撓み変形する。

フレキシブルプリント基板５００は、フィルム層５００Ａと、フィルム層５００Ａに形成された導体部５００Ｂとから構成される。フィルム層５００Ａは、絶縁性の素材から構成される。導体部５００Ｂは、たとえば銅などの金属（導電性素材）から構成される。導体部５００Ｂは、たとえば電圧検出線または温度検出線などの配線を構成する。

導体部５００Ｂは、制御基板９００の下側に位置する部分（図５中のＡ部およびＢ部）にも形成される。すなわち、導体部５００Ｂの一部（図５中のＡ部およびＢ部）が制御基板９００の下側に位置する。換言すると、導体部５００Ｂの一部が、電池モジュールのＺ軸方向の上側（第１の側）からみて制御基板９００と重なる領域であって制御基板９００と電池セル１００との間（図６の例では制御基板９００とプレート部材４００との間）に位置する。

接続部５１０から導体部５００Ｂは、制御基板９００と重なる領域から重ならない領域を通り、再び制御基板９００と重なる領域に延びてもよい。たとえば、接続部５１０の近傍において、導体部５００Ｂを含むフレキシブルプリント基板５００は、制御基板９００の下側（制御基板９００と重なる領域）に位置し（導体部５００Ｂの第１部分）、第１部分に連なる部分において、導体部５００Ｂを含むフレキシブルプリント基板５００は、Ｚ軸方向からみて制御基板９００から露出した領域（制御基板９００と重ならない領域）に位置し（導体部５００Ｂの第２部分）、第２部分に連なる部分において、導体部５００Ｂを含むフレキシブルプリント基板５００は、制御基板９００の下側（制御基板９００と重なる領域）に位置し得る（導体部５００Ｂの第３部分）。

図６の例において、プレート部材４００は、突起部４１０を有する。突起部４１０は、第１突起部４１１と第２突起部４１２とを含む。フレキシブルプリント基板５００は、孔部５３０と、切り込み部５４０と、バスバー接続部５５０とを有する。孔部５３０は、長孔５３１と、丸孔５３２とを含む。

プレート部材４００の第１突起部４１１は、フレキシブルプリント基板５００の長孔５３１を貫通し、第２突起部４１２は、丸孔５３２を貫通する。長孔５３１は、Ｙ軸方向が長手方向となるように形成される。長孔５３１により、Ｙ軸方向における長孔５３１から丸孔５３２までの寸法公差およびプレート部材４００とフレキシブルプリント基板５００との組立公差を吸収しながら、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の位置決めを行うことができる。

切り込み部５４０は、フレキシブルプリント基板５００の本体部分５０１と分岐部分５０２との間に設けられる。切り込み部５４０は、本体部分５０１の延在方向（図６の例ではＹ軸方向）に沿って形成されている。バスバー接続部５５０は、導体部５００Ｂの一部であり、本体部分５０１の先端に設けられる。バスバー接続部５５０は、バスバー８００に接続される。

図５，図６の例では、Ｚ軸方向からみたときに、少なくとも一部の領域において電池セル１００、プレート部材４００、フレキシブルプリント基板５００、および制御基板９００がこの順で重なる例について説明したが、本技術の範囲はこれに限定されない。たとえば、上記一部の領域においてプレート部材４００に開口が設けられた場合には、電池セル１００、フレキシブルプリント基板５００、および制御基板９００が、Ｚ軸方向に沿って、この順で重なることになる。

図７は、フレキシブルプリント基板５００の接続部５１０と制御基板９００のコネクタ部９１０との位置関係の一例を示す図である。

図７に示すように、接続部５１０がコネクタ部９１０に接続されていない状態、すなわち、フレキシブルプリント基板５００に撓みが生じていない状態で、フレキシブルプリント基板５００の接続部５１０の一部が制御基板９００の下側に位置する。換言すると、接続部５１０の一部が、電池モジュールのＺ軸方向の上側（第１の側）からみて制御基板９００と重なる領域であって制御基板９００とプレート部材４００との間に位置する。なお、フレキシブルプリント基板５００の接続部５１０の全体が制御基板９００の下側に位置してもよい。

図６に示すタブ５２０は、接続部５１０の近傍に設けられ、制御基板９００と重なる領域から突出する。タブ５２０をＹ軸方向に引っ張ることにより、接続部５１０を制御基板９００の下側から引き出すことができる。

図８は、フレキシブルプリント基板５００の接続部５１０と制御基板９００のコネクタ部９１０との位置関係の変形例を示す図である。

図８に示す例では、コネクタ部９１０が、制御基板９００の下側に位置している。換言すると、コネクタ部９１０が、電池モジュールのＺ軸方向の上側（第１の側）からみて制御基板９００と重なる領域であって制御基板９００とプレート部材４００との間に位置すしている。さらなる変形例として、コネクタ部９１０の一部のみが制御基板９００の下側に位置してもよい。

このように、コネクタ部９１０の少なくとも一部を制御基板９００の下側に配置することにより、電池モジュールの低背化を図ることができる。

図９および図１０は、変形例に係るフレキシブルプリント基板５００の形状を示す上面図である。

図９および図１０に示す変形例において、制御基板９００は、プレート部材４００との締結部９２０を有する。フレキシブルプリント基板５００は、締結部９２０よりも制御基板９００の奥側にまで達する。フレキシブルプリント基板５００は、締結部９２０を避ける逃げ部５６０を有する。これにより、締結部９２０との緩衝を避けながら、フレキシブルプリント基板５００の領域（面積）を拡大することができる。

逃げ部５６０は、図９の例のように、凹部により構成されてもよいし、図１０の例のように、孔により構成されてもよい。

本実施の形態によれば、フレキシブルプリント基板５００の導体部５００Ｂ（配線）の少なくとも一部がＺ軸方向からみて制御基板９００と重なる位置に配置されることにより、電池モジュール上の限られたスペースを効率的に利用して多くの導体部５００Ｂを配置することができる。

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、４００Ａ 開口、４１０ 突起部、４１１ 第１突起部、４１２ 第２突起部、５００ フレキシブルプリント基板、５００Ａ フィルム層、５００Ｂ 導体部、５０１ 本体部分、５０２ 分岐部分、５１０ 接続部、５２０ タブ、５３０ 孔部、５３１ 長孔、５３２ 丸孔、５４０ 切り込み部、５５０ バスバー接続部、５６０ 逃げ部、６００ コネクタ、７００ カバー部材、８００ バスバー、９００ 制御基板、９００Ａ 開口、９１０ コネクタ部、９２０ 締結部。

Claims (10)

1. 第１方向に配列された複数の電池セルと、
   複数の前記電池セルの第１の側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および制御基板とを備え、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記制御基板と電気的に接続される配線を有し、
   前記フレキシブルプリント基板の前記配線の少なくとも一部が、前記第１の側からみて前記制御基板と重なる領域であって前記制御基板と少なくとも１つの前記電池セルとの間に位置する、電池モジュール。
2. 前記フレキシブルプリント基板の前記配線の少なくとも一部が、前記第１の側からみて前記制御基板と重なる領域であって前記制御基板と前記プレート部材との間に位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記プレート部材は、前記フレキシブルプリント基板の位置決めを行う突起部を有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記制御基板はコネクタ部を有し、
   前記フレキシブルプリント基板は接続部を有し、前記接続部が前記コネクタ部に接続されることにより前記フレキシブルプリント基板と前記制御基板とが互いに電気的に接続される、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記コネクタ部または前記接続部の少なくとも一部が、前記第１の側からみて前記制御基板と重なる領域であって前記制御基板と少なくとも１つの前記電池セルとの間に位置する、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記フレキシブルプリント基板は、フィルム層と、前記フィルム層に形成され前記配線を構成する導体部とを有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
7. 前記配線は、
   前記第１の側からみて前記制御基板と重なる領域に位置する第１部分と、
   前記第１部分に連なり、前記第１の側からみて前記制御基板から露出した領域に位置する第２部分と、
   前記第１部分の反対側において前記第２部分に連なり、前記第１の側からみて前記制御基板と重なる領域に位置する第３部分とを含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
8. 前記配線は、電圧検出線および温度検出線のいずれかを含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
9. 前記制御基板は、前記フレキシブルプリント基板が締結される締結部を有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
10. 前記フレキシブルプリント基板は、前記締結部を避ける逃げ部を有する、請求項９に記載の電池モジュール。
    

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