JP6837033B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池セルの状態を監視する電池監視ユニットを有する電池モジュールに関する。
この種の電気自動車の電池モジュールとして、特許文献１に開示されたものがある。この電気自動車の電池モジュールは、複数の直列に配列された電池セルと、この複数の電池セルの電圧等の状態を監視する電池監視ユニット及び通信線により構成されている。
特開２０１０−２８３９１８号公報 特開２０１７−１１２０６６号公報
ところで、正極及び負極の各電極端子が離れた位置にある電池セルが直列に接続された電池モジュールでは、その隣り合った電極端子同士が接続箇所に固定されるバスバーは交互に離れた位置に配置される。また、電池セルを直列に接続した電池モジュールでは、バスバーの電圧が回路の一方側から順に高くなる。さらに、電池監視ユニットのＩＣ入力部には、各バスバーの電圧が順番に配列された状態で電圧検出線を接続する必要がある。したがって、バスバーからコネクタに電圧検出線を真っ直ぐに延ばす際は、その配列が電圧順にならず、電池監視ユニットのＩＣ入力部へそのまま接続することができない。
電圧検出線に電線を使用する際には、電線を３次元的に配索でき、電圧順に回路を組み替えることが可能となるが、複数の電線を用いる分、全体の重量が嵩張って、大型になっていた。
これに対処するに、例えば、特許文献２に記載の電池モジュールの隣り合う電極端子をバスバーとフラットケーブルとで接続するものがあるが、フラットケーブルは２次元的にしか配索することができないため、電池監視ユニット側で電圧順に並び替える回路等を設けることによる回路の複雑化を招いてしまう。
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、全体の薄型化及び軽量化を図ることができ、かつ、電池監視ユニットへの配索を簡単かつ確実に行うことができる電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の電池モジュールであって、配列された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの状態を監視する電池監視ユニットと、前記複数の電池セルに電気的に接続される配索材としてのセル側の回路基板と、前記電池監視ユニットに電気的に接続される配索材としてのユニット側の回路基板と、を備え、前記セル側の回路基板と前記ユニット側の回路基板は、コネクタを介して電気的に接続されて前記電池監視ユニット側にかけてストレートにそれぞれ配索されており、前記セル側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路と前記ユニット側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路同士が繋がるように前記セル側の回路基板と前記ユニット側の回路基板を電気的に接続し、前記セル側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路と前記ユニット側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路を電圧順にそれぞれ配列したことを特徴とする。
本発明によれば、電池監視ユニットと複数の電池セル間の配索材としてフレキシブルプリント配線板等の回路基板を用い、セル側の回路基板とユニット側の回路基板をコネクタを介して電気的に接続して電池監視ユニット側にかけてストレートにそれぞれ配索したことにより、従来のように、複数の電線で接続した場合に比べて、電池監視ユニットに簡単かつ確実に接続することができ、かつ、電池モジュール全体の薄型化及び軽量化を図ることができる。
本発明の第１実施形態の電池モジュールを示す分解斜視図である。 上記電池モジュールに用いるフレキシブルプリント配線板を模式的に示す平面図である。 上記電池モジュールの要部の部分斜視図である。 上記フレキシブルプリント配線板の変形例を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態の電池モジュールを模式的に示す側面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態の電池モジュールを示す分解斜視図、図２は電池モジュールに用いられるフレキシブルプリント配線板を模式的に示す平面図、図３は電池モジュールの要部の部分斜視図である。
図１に示すように、電池モジュール１０は、直列に配列された充電のできる複数の電池セル１１と、この複数の電池セル１１の上面側に配置され、各電池セル１１の電圧等の状態を測定して監視する電池監視ユニット（セル・モニタリング・ユニット：ＣＭＵ）２０と、複数の電池セル１１の各両側の正負の電極端子１２，１２に電気的に接続されるセル側の回路基板（配索材）としてのフレキシブルプリント配線板３０と、電池監視ユニット２０にコネクタ１９を介して電気的に接続されるユニット側の回路基板（配索材）としてのフレキシブルプリント配線板４０と、を備えており、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の電動車両に搭載される電池パックである。
図２に示すように、セル側の回路基板としてのフレキシブルプリント配線板３０は、複数の電池セル１１の各両側の電極端子１２，１２の各列毎に一対（分割）形成されており、その各表面の片面３０ａに各電池セル１１に対応する複数の配線パターン（電気回路）３１Ａ〜３１Ｇをそれぞれ形成してある（図１及び図３では各配線パターンを総称して符号３１で示す）。即ち、フレキシブルプリント配線板３０は、ポリイミド等の絶縁性を有した薄くて柔らかいベースフィルムの片面に銅箔等の導電性金属で電気回路を形成し、その上にポリイミド等のフィルム状のカバーを接着剤で接着することで製造されており、片面３０ａに形成された配線パターン３１は、電池セル１１の電圧を測定するものである。
そして、図１と図３に示すように、セル側の一対のフレキシブルプリント配線板３０，３０は、複数の電池セル１１上から電池監視ユニット２０側にかけてストレートに配索されている。
また、図２に示すように、各フレキシブルプリント配線板３０の一端側に形成された接続部３２は、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の他端側に形成された一対の接続部４３，４３に一対のコネクタ１８，１８を介して電気的に接続されている。
さらに、図１と図３に示すように、一対のフレキシブルプリント配線板３０，３０の各片側の複数の電池セル１１の各両側の電極端子１２，１２に対応する位置には、複数の電池接続部３３をそれぞれ一体突出形成してある。即ち、各フレキシブルプリント配線板３０の片面３０ａに形成された各配線パターン３１は対応する各電池接続部３３まで延びており、この各電池接続部３３の先端部は、隣接する電池セル１１，１１の同極の電極端子１２，１２に一対の丸孔５１，５１を嵌め込んだ矩形板状のバスバー５０にハンダ付けにより電気的に接続されている。この一対のフレキシブルプリント配線板３０，３０の各片側に位置する複数のバスバー５０は一対のフレキシブルプリント配線板３０，３０の両側において千鳥状（互い違い）に配置されていて対応する各電池接続部３３にハンダ付けされている。
図２に示すように、ユニット側の回路基板としてのフレキシブルプリント配線板４０は、その表面の片面４０ａにセル側の一対のフレキシブルプリント配線板３０，３０のうちの一方のフレキシブルプリント配線板３０の各配線パターン３１に対応する複数の配線パターン（電気回路）４１をそれぞれ形成してあると共に、その裏面の片面４０ｂにセル側の一対のフレキシブルプリント配線板３０，３０のうちの他方のフレキシブルプリント配線板３０の各配線パターン３１に対応する複数の配線パターン（電気回路）４１Ａ〜４１Ｇをそれぞれ形成してある（図１では各配線パターンを総称して符号４１で示す）。即ち、フレキシブルプリント配線板４０は、ポリイミド等の絶縁性を有した薄くて柔らかいベースフィルム両面に銅箔等の導電性金属で電気回路をそれぞれ形成し、その上下にポリイミド等のフィルム状のカバーを接着剤でそれぞれ接着することで製造されており、両面４０ａ，４０ｂに形成された配線パターン４１は、電池セル１１の電圧を測定するものである。
さらに、電池監視ユニット２０内の図示しないＩＣ入力部へ直接接続できるように、セル側のフレキシブルプリント配線板３０の電圧検出ラインの電気回路３１Ａ〜３１Ｇとユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の電圧検出ラインの電気回路３１Ａ〜３１Ｇ，４１Ａ〜４１Ｇ同士が繋がるようにセル側のフレキシブルプリント配線板３０とユニット側のフレキシブルプリント配線板４０とが電気的に接続されている。即ち、セル側のフレキシブルプリント配線板３０及びユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の電圧検出ラインの各配線パターン３１Ａ〜３１Ｇ，４１Ａ〜４１Ｇは電圧順にそれぞれ配列されていて、同じ電圧値の配線パターン３１Ａ〜３１Ｇ，４１Ａ〜４１Ｇ同士が繋がるようにセル側のフレキシブルプリント配線板３０とユニット側のフレキシブルプリント配線板４０とが電気的に接続されている。
詳述すると、セル側のフレキシブルプリント配線板３０の複数の電池セル１１の各両側の電極端子１２，１２の各列毎に分けて形成されている一方の列の電圧検出ラインの配線パターン３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｅ，３１Ｇは、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の両面４０ａ，４０ｂのうちの表面４０ａの配線パターン４１Ａ，４１Ｃ，４１Ｅ，４１Ｇにそれぞれ電気的に接続されている。
さらに、セル側のフレキシブルプリント配線板３０の複数の電池セル１１の各両側の電極端子１２，１２の各列毎に分けて形成されている他方の列の電圧検出ラインの配線パターン３１Ｂ，３１Ｄ，３１Ｆは、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の両面４０ａ，４０ｂのうちの裏面４０ｂの配線パターン４１Ｂ，４１Ｄ，４１Ｆにそれぞれ電気的に接続されていると共に、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の裏面４０ｂのうちで交差する配線パターン４１Ｂと４１Ｆ及び４１Ｄと４１Ｆの交差部分Ｂ，Ｄは表面４０ａに部分的に形成されている。
そして、図１と図２に示すように、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の一端側に形成された一対の接続部４２，４２は電池監視ユニット２０に一対のコネクタ１９，１９を介して電気的に接続されている。また、図２及び図３に示すように、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の他端側に形成された接続部４３はセル側のフレキシブルプリント配線板３０の一端側に形成された接続部３２にコネクタ１８を介して電気的に接続されている。さらに、図１〜図３に示すように、フレキシブルプリント配線板４０の両端側の中央には、長短尺のＵ字スリット状の切欠き４４，４５が形成されていて、各コネクタ１８，１９に接続し易くなっている。
尚、電池監視ユニット２０は、複数の電池セル１１の前方（前面側）に配置されていて、各電池セル１１の電圧を測定する図示しない電圧測定回路と、高電圧の電力をＣＰＵ（演算処理装置）等に適応する電圧に変換する図示しない電源回路等により構成されていている。さらに、電池監視ユニット２０は、その監視結果から電池モジュール１０を制御する図示しない電池制御ユニット（ＭＰＵ）に接続されている。
以上第１実施形態の電池モジュール１０によれば、図２に示すように、電圧検出ラインの各配線パターン３１Ａ〜３１Ｇ，４１Ａ〜４１Ｇが電圧順にそれぞれ配列されているセル側のフレキシブルプリント配線板３０とユニット側のフレキシブルプリント配線板４０を用いるため、電池監視ユニット２０内のＩＣ入力部にそのまま接続することができる。
このように、電池監視ユニット２０内のＩＣ入力部に直接接続できるように各フレキシブルプリント配線板３０，４０の電圧検出ラインの配線パターン３１Ａ〜３１Ｇ、４１Ａ〜４１Ｇの配列を電圧順に予め入れ替えてあるため、電池監視ユニット２０内の基板内で、別途回路の変更を行う必要がなく、基板の薄型化が可能となり、結果として電池監視ユニット２０自体の小型化や、製造の簡略化を図ることができる。
また、複数の電池セル１１と電池監視ユニット２０とを各フレキシブルプリント配線板３０，４０とコネクタ１８，１９を介して電気的に接続したことにより、従来のように、複数の電線で接続した場合に比べて、電池モジュール１０全体の薄型化及び軽量化を図ることができる。
さらに、電池監視ユニット２０側へ配索される回路基板として、両面４０ａ，４０ｂに複数の配線パターン４１Ａ〜４１Ｇをそれぞれ形成したフレキシブルプリント配線板４０を用いることにより、２次元的な配索でも電池監視ユニット２０とフレキシブルプリント配線板４０の接続を簡単かつ確実に行うことができる。その結果、電池監視ユニット２０内に配置される図示しない基板をフレキシブルで薄型のものにすることができる。
図４はフレキシブルプリント配線板の変形例を模式的に示す平面図である。
この変形例のセル側のフレキシブルプリント配線板３０′は、複数の電池セル１１の各両側の電極端子１２，１２の各列間に跨るように１枚に形成されている点が、前記実施形態の分割形成された一対のセル側のフレキシブルプリント配線板３０，３０とは異なる。尚、フレキシブルプリント配線板３０′の一端側の中央には、短尺のＵ字スリット状の切欠き３４が形成されており、他の構成は、前記実施形態の一対のセル側のフレキシブルプリント配線板３０，３０と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この変形例のセル側のフレキシブルプリント配線板３０′でも、前記実施形態の一対のセル側のフレキシブルプリント配線板３０，３０と同様に、複数の電池セル１１と電池監視ユニット２０とを各フレキシブルプリント配線板３０′，４０とコネクタ１８，１９を介して電気的に接続したことにより、従来のように、複数の電線で接続した場合に比べて、電池モジュール１０の全体の薄型化及び軽量化を図ることができる。
図５は本発明の第２実施形態の電池モジュールを模式的に示す側面図である。
この第２実施形態の電池モジュール１０′では、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０を、最前列の電池セル１１と電池監視ユニット２０と間でＵ字状に湾曲させて配索し、電池監視ユニット２０にＵ字状に湾曲させたユニット側のフレキシブルプリント配線板４０を電気的に接続してある。
この第２実施形態の電池モジュール１０′によれば、ユニット側のフレキシブルプリント配線板４０の中央をＵ字状に湾曲させて電池監視ユニット２０に接続したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏すると共に、第１実施形態のものより全体の小型化をより一段と図ることができる。
尚、前記各実施形態によれば、複数の電池セルの上に配索して各電池セルに電気的に接続する配索材としてフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いたが、このＦＰＣに限らず、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）やフラットケーブル（ＦＣ）等を用いても良い。
また、前記各実施形態によれば、電池監視ユニットとフレキシブルプリント配線板との接続やフレキシブルプリント配線板同士の接続にコネクタを用いたが、コネクタ接続に換えて、内側に金メッキを施したスルーホールに金属ピンを挿入する接続や、ハンダ付けや熱圧着等により接続するようにしても良い。
さらに、前記第１実施形態によれば、複数の電池セルの前方（前面側）に配置した電池監視ユニットについて説明したが、例えば、セル側のフレキシブルプリント配線板をＵ字状に折り曲げて、複数の電池セルの上方（上面側）に電池監視ユニットを配置しても良い。
１０ 電池モジュール
１１ 複数の電池セル
１２ 電極端子
２０ 電池監視ユニット
３０，３０′ フレキシブルプリント配線板（セル側の回路基板）
３０ａ 表面（片面）
３１，３１Ａ〜３１Ｇ 配線パターン（電気回路）
４０ フレキシブルプリント配線板（ユニット側の回路基板）
４０ａ，４０ｂ 表裏面（両面）
４０ａ 表面（一方の面）
４０ｂ 裏面（他方の面）
４１，４１Ａ〜４１Ｇ 配線パターン（電気回路）
Ｂ，Ｄ 交差する配線パターンの部分（交差する電気回路の部分）

Claims (3)

  1. 配列された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの状態を監視する電池監視ユニットと、
    前記複数の電池セルに電気的に接続される配索材としてのセル側の回路基板と、
    前記電池監視ユニットに電気的に接続される配索材としてのユニット側の回路基板と、
    を備え、
    前記セル側の回路基板と前記ユニット側の回路基板は、コネクタを介して電気的に接続されて前記電池監視ユニット側にかけてストレートにそれぞれ配索されており、
    前記セル側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路と前記ユニット側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路同士が繋がるように前記セル側の回路基板と前記ユニット側の回路基板を電気的に接続し、
    前記セル側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路と前記ユニット側の回路基板の電圧検出ラインの電気回路を電圧順にそれぞれ配列したことを特徴とする電池モジュール。
  2. 請求項１記載の電池モジュールであって、
    前記セル側の回路基板は、片面に複数の電気回路を形成したフレキシブルプリント配線板であり、
    前記ユニット側の回路基板は、両面に複数の電気回路をそれぞれ形成したフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする電池モジュール。
  3. 請求項１または２記載の電池モジュールであって、
    前記セル側の回路基板の前記複数の電池セルの各両側の電極端子の各列毎に分けて形成されている一方の列の電圧検出ラインの電気回路は、前記ユニット側の回路基板の両面のうちの一方の面の電気回路に電気的に接続され、かつ、前記セル側の回路基板の前記複数の電池セルの各両側の電極端子の各列毎に分けて形成されている他方の列の電圧検出ラインの電気回路は、前記ユニット側の回路基板の両面のうちの他方の面の電気回路にそれぞれ電気的に接続されると共に、該他方の面のうちで交差する電気回路の交差部分は前記一方の面に部分的に形成されていることを特徴とする電池モジュール。
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