JP6856685B2

JP6856685B2 - バッテリモジュール及びバッテリパック

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Publication number: JP6856685B2
Application number: JP2019043281A
Authority: JP
Inventors: 恵太郎野澤; 公洋松浦; 秀彦清水; 吉田　晴彦; 晴彦吉田; 悠希知屋城
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP2020149765A; DE102020203015A1; US20200295323A1; CN111697276A

Description

本発明は、セルモジュールと排煙ダクトと回路基板とを備えるバッテリモジュールに関する。また、このバッテリモジュールと、バッテリモジュールを収容するためのケース及びカバーとを備えるバッテリパックに関する。

従来例のバッテリモジュールは、複数個の電池セルからなるセルモジュールと、このセルモジュールの電極配置面から突出するように形成され且つ電池セルの整列方向に沿ってのびるように形成される排煙ダクトと、電極配置面の側に配置される回路基板とを備えて構成される（例えば下記特許文献１参照）。バッテリモジュールは、ケース及びカバー内に収容される（例えば下記特許文献２参照）。

特開２０１５−４１５９５号公報特許第５３４０６７６号公報

特許文献１の従来技術にあっては、回路基板が電極配置面の上に平行に配置される。回路基板の中央には、複数の開口部が並んで配置される。開口部は、電池セルの内部で発生したガスを外部に排出するための弁の位置に合わせて配置される。開口部を通過したガスは、回路基板の中央位置において載せられるように配設された排煙ダクトを介して外部に排出される。特許文献１の従来技術にあっては、排煙ダクトの存在により、この排煙ダクトと電極との間が回路基板における電子部品等の実装スペースになる。従って、電子部品等の実装スペースが限られてしまい、主要部品であるセル電圧監視ＩＣ等の比較的大きな部品の実装をする際には、スペース確保をしなければならないという問題点を有する。

一方、特許文献２の従来技術にあっては、排煙ダクトの上に回路基板が配置固定される。この場合、バッテリモジュール全体としての高さが高くなってしまうという問題点を有する。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、回路基板における部品実装スペースを確保しつつ、回路基板を配置した状態での高さを低く抑えることも可能なバッテリモジュールと、このバッテリモジュールを備えて構成されるバッテリパックとを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明のバッテリモジュールは、複数個の電池セルからなるセルモジュールと、該セルモジュールの電極配置面から突出するように形成され且つ前記電池セルの整列方向に沿ってのびるように形成される排煙ダクトと、該排煙ダクト及び前記電極配置面を覆うように配置形成される回路基板とを備え、該回路基板は、前記電極配置面に対し非平行な傾斜状態に配置形成されることを特徴とする。

このような請求項１の特徴を有する本発明によれば、回路基板を傾斜状態に配置することから、傾斜状態の回路基板における低い位置に比較的高さのある部品を実装することで、従来例よりもバッテリモジュール全体としての高さを低くすることができる。すなわち、小型化・低背化を図ることができる。また、本発明によれば、回路基板を傾斜状態に配置することから、回路基板における部品実装スペースを従来例よりも大きく確保することができる。これは直角三角形を用いて説明すると、本発明における回路基板は直角三角形の斜辺の位置に該当するように配置され、従来例の回路基板は直角三角形の隣辺に該当するように配置される（尚、上記直角三角形の対辺は、排煙ダクトの高さに相当するような位置であるものとする）。直角三角形は、隣辺よりも斜辺の方が辺の長さが長くなることから、本発明における回路基板の方が幅広になる。すなわち、本発明における回路基板の方が部品実装スペースを大きく確保することができる。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のバッテリモジュールにおいて、前記回路基板は、該回路基板の幅方向中間が前記整列方向に沿って二分割された形状になる一方の分割回路基板及び他方の分割回路基板を備え、前記一方の分割回路基板及び前記他方の分割回路基板における前記二分割された部分が前記排煙ダクトの側になるように前記傾斜状態に配置形成されることを特徴とする。

このような請求項２の特徴を有する本発明によれば、排煙ダクトを中心にこの両側に上記直角三角形が存在するような状態、すなわち断面逆Ｖ字状に回路基板が形成されることから、従来例に比べて高さを低くすることができるとともに、部品実装スペースも大きく確保することができる。

請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載のバッテリモジュールにおいて、前記一方の分割回路基板は、前記他方の分割回路基板よりも幅広に形成されることを特徴とする。

このような請求項３の特徴を有する本発明によれば、幅広となる一方の分割回路基板と、一方の分割回路基板よりも幅狭になる他方の分割回路基板とを備えることから、比較的幅の広い部品でも一方の分割回路基板を活用すれば実装することができる。

請求項４に記載の本発明は、請求項２又は３に記載のバッテリモジュールにおいて、前記一方の分割回路基板及び前記他方の分割回路基板は、柔軟性を有する連結用回路体にて連結されることを特徴とする。

このような請求項４の特徴を有する本発明によれば、柔軟性を有する連結用回路体にて一方の分割回路基板と他方の分割回路基板とを連結する回路基板になることから、上記断面逆Ｖ字状に回路基板を容易に形成することができる。

請求項５に記載の本発明は、請求項１、２、３又は４に記載のバッテリモジュールにおいて、前記排煙ダクトには、前記回路基板を前記傾斜状態に配置し且つ載置しておくための傾斜載置面が形成されることを特徴とする。

このような請求項５の特徴を有する本発明によれば、排煙ダクトに傾斜載置面を形成することから、回路基板を傾斜状態に配置し易くすることができる。

また、上記課題を解決するためになされた請求項６に記載の本発明のバッテリパックは、請求項１、２、３、４又は５に記載のバッテリモジュールと、該バッテリモジュールを収容するケースと、該ケースを覆うカバーとを備えることを特徴とする。

このような請求項６の特徴を有する本発明によれば、回路基板における部品実装スペースを確保しつつ、回路基板を配置した状態での高さを低く抑えたバッテリモジュールを備えることから、より良いバッテリパックを提供することができる。

本発明のバッテリモジュールによれば、回路基板における部品実装スペースを確保しつつ、回路基板を配置した状態での高さを低く抑える（小型化・低背化）ことができるという効果を奏する。また、本発明のバッテリパックによれば、より良いものを提供することができるという効果を奏する。

本発明のバッテリモジュールの一実施形態を示す模式的な図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ｂ）の拡大図である。小型化・低背化に係る説明図であり、（ａ）は本発明のバッテリモジュールを示す図、（ｂ）は比較例１を示す図である。部品実装スペースの確保に係る説明図であり、（ａ）は本発明のバッテリモジュールを示す図、（ｂ）は比較例２を示す図、（ｃ）及び（ｄ）は直角三角形を用いた説明図である。バッテリモジュールの変形例を示す図である。バッテリモジュールの他の変形例を示す図である。

自動車に搭載されるバッテリパックは、ケース及びカバー内にバッテリモジュールが収容される。バッテリモジュールは、複数個の電池セルからなるセルモジュールと、このセルモジュールの電極配置面から突出するように形成され且つ電池セルの整列方向に沿ってのびるように形成される排煙ダクトと、排煙ダクト及び電極配置面を覆うように配置形成される回路基板とを備えて構成される。回路基板は、電極配置面に対し非平行な傾斜状態に配置形成される。

以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図１は本発明のバッテリモジュールの一実施形態を示す模式的な図である。また、図２は図１（ｂ）の拡大図、図３は小型化・低背化に係る説明図、図４は部品実装スペースの確保に係る説明図、図５及び図６はバッテリモジュールの変形例を示す図である。尚、図中の矢印Ｐは上下方向（高さ方向）、矢印Ｑは左右方向（幅方向）、矢印Ｒは長手方向（特許請求の範囲に記載された整列方向）をそれぞれ示すものとする。

＜バッテリパック１及びバッテリモジュール２について＞
図１及び図２において、バッテリパック１は、電気自動車やハイブリッド車、多目的自動運転車両のような高電圧の駆動モータを必要とする自動車に搭載される。バッテリパック１は、バッテリモジュール２と、このバッテリモジュール２を収容するケース３と、ケース３の開口を覆うカバー４とを備えて構成される。バッテリモジュール２は、セルモジュール５と、排煙ダクト６と、回路基板７と、図示しないバスバーモジュール等とを備えて構成される。以下、上記の各構成について説明をする。

＜セルモジュール５について＞
図１において、セルモジュール５は、電池セル８を矢印Ｒの長手方向（整列方向）に複数個並べたものとして形成される。尚、電池セル８同士の間には、絶縁性を有するセパレータを設けてもよいものとする。電池セル８は、上下の高さや左右の幅の寸法に比べて上記長手方向の幅が小さくなるような直方体の形状に形成される（図示形状は一例であるものとする）。このような電池セル８の上面は、電極配置面９として形成される（本実施例では平坦な面の電極配置面９として図示されるが、例えば多少、段付きがある面であってもよいものとする）。電池セル８は、二つの電極１０と、弁１１と、図示しない注液孔とを電極配置面９に有する。二つの電極１０は、正極及び負極であって、これらは所定の間隔をあけて配置される。二つの電極１０は、電極配置面９の左右方向の両端近傍に配置される。正極及び負極には、図示しないバスバーモジュールのバスバーがそれぞれ接続される。隣接する電池セル８のそれぞれの電極１０は、図示しないバスバーモジュールのバスバーによって直列或いは並列に接続される。弁１１は、電極配置面９の左右方向の中央位置に配置される。弁１１は、電池セル８の内部で発生したガスを電池セル８の外部に排出するための（排煙するための）部分として設けられる。弁１１は、電池セル８の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して内圧の上昇を抑えることができるような機構部分に形成される。以上のような電池セル８としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池等が採用されるものとする。

＜図示しないバスバーモジュールについて＞
上記バスバーモジュールは、複数のバスバーと、この複数のバスバーを保持する樹脂フレーム等とを備えて構成される。バスバーは、導電性を有する金属板をプレス加工して形成される。バスバーは、電池セル８の電極１０に対しナット締結又は溶接等にて、すなわち公知の方法にて接続することができるように形成される。樹脂フレームには、例えば回路基板７を支持する部分が形成される（一例であるものとする。回路基板７の支持に関しては特に限定されないものとする）。

＜排煙ダクト６について＞
図１及び図２において、排煙ダクト６は、電池セル８の弁１１から外部に排出（排煙）されたガスをセルモジュール５から遠ざける方向（本実施例では長手方向（整列方向））に移動させる部分として形成される。排煙ダクト６は、長手方向（整列方向）にのびる煙突部分として形成される。排煙ダクト６は、電池セル８の電極配置面９に対し垂直にのびる（上方にのびる）側壁１２、１３と、この側壁１２、１３の上端に連続する天井壁１４とを有して図示のような断面形状に形成される。排煙ダクト６は、内部空間１５を有する状態で長手方向（整列方向）に並ぶ弁１１を覆うような形状に形成される。側壁１２、１３は、上方への長さが異なるように形成される（一例であるものとする。長さが同じ例に関しては後述するものとする）。天井壁１４は、電極配置面９に対し非平行な傾斜状態に形成される。天井壁１４は、回路基板７を図示のような右肩上がりの傾斜状態に配置し且つ載置しておくための傾斜載置面１６になるような部分に形成される。天井壁１４（傾斜載置面１６）は、平らな斜めの面に形成される。尚、天井壁１４（傾斜載置面１６）には、基板固定用の複数のネジ穴（符号省略）が複数形成されるものとする。ネジ穴は、回路基板７の固定に必要な位置に形成される。天井壁１４（傾斜載置面１６）は、回路基板７を傾斜状態に配置し易くすることができるように形成される。

＜回路基板７について＞
図１及び図２において、回路基板７は、例えばセル電圧監視ＩＣ（図示省略）をセルモジュール５の近傍に配置するために備えられる。回路基板７の上面には、上記セル電圧監視ＩＣの他に各種の電子部品（図３（ａ）の引用符号２１はそのうちの一つであるものとする）が実装される。また、回路基板７には、図示しない配線が形成される。尚、回路基板７の下面にも電子部品を実装してデッドスペースを少なくしてもよいものとする。上記電子備品としては、例えばヒューズや抵抗、ダイオード、コンデンサ、サーミスタ等であるものとする。本実施例の回路基板７は、配線が印刷されたプリント基板が本体部分として採用されるものとする。

回路基板７は、排煙ダクト６及び電池セル８の電極配置面９を覆うように配置形成される。回路基板７は、この回路基板７の幅方向中間が上記整列方向に沿って二分割された形状に形成される。具体的には、一方の分割回路基板１７と、他方の分割回路基板１８と、これら一方の分割回路基板１７及び他方の分割回路基板１８を連結する連結用回路体１９とを備えて構成される。一方の分割回路基板１７は、他方の分割回路基板１８よりも幅広に形成される。一方の分割回路基板１７及び他方の分割回路基板１８は、幅が異なる平面視長方形状に形成される。一方の分割回路基板１７及び他方の分割回路基板１８における上記二分割された部分は、排煙ダクト６の上端側になるように配置される。すなわち、一方の分割回路基板１７及び他方の分割回路基板１８は、上記傾斜状態に配置形成される。尚、上記二分割された部分の反対側（回路基板７の幅方向の両端部）は、図示しないバスバーモジュールの樹脂フレームなど、適宜構造部分にて支持・固定されるものとする。上記反対側は、電池セル８の電極１０の基端近傍に配置される。すなわち上記反対側は、電池セル８の電極配置面９に近づくように配置される（ここでの説明の配置や図示の配置は一例であるものとする。図示を省略するが、上記反対側をのばして電極１０を覆うような配置にしてもよいものとする）。幅広の一方の分割回路基板１７は、排煙ダクト６の傾斜載置面１６に対しネジ２０にて固定される。幅広の一方の分割回路基板１７は、比較的幅の広い部品を実装するために用いられる。連結用回路体１９は、柔軟性を有する。本実施例においては、柔軟性を有するＦＰＣが連結用回路体１９として採用される。一方の分割回路基板１７及び他方の分割回路基板１８の間の通信等は、連結用回路体１９を介して行われるようになる。連結用回路体１９は、上記二分割された部分の位置に配置される。以上のような回路基板７は、排煙ダクト６を中心にこの両側に直角三角形のスペースが存在するような状態に、すなわち断面逆Ｖ字状になるような図示の状態に形成される。

＜小型化・低背化について＞
図３（ａ）において、回路基板７における一方の分割回路基板１７の低い位置（回路基板７の幅方向の端部近傍）には、比較的高さのある電子部品２１が実装される。一方の分割回路基板１７は、傾斜状態に配置されることから、電池セル８の電極配置面９から電子部品２１の上端までの高さ寸法Ｈ１は、図３（ｂ）で示す比較例１よりも低くなる。図３（ｂ）において、比較例回路基板２２は、比較例排煙ダクト２３の上に固定され、電極配置面９に対して平行になるよう形成される。このような比較例回路基板２２に電子部品２１を実装すると、電極配置面９から電子部品２１の上端までの高さ寸法Ｈ２は、基板傾きの差があることから当然に高くなってしまう（Ｈ１＜Ｈ２）。このことから、カバー４（図２参照）は比較的低くすることができ、逆に比較例１は高くなってしまうことが分かる。従って、比較例１よりもバッテリモジュール２全体としての高さを低くすることができるのは勿論のこと、バッテリパック１（図２参照）の高さも低くすることができ、結果、小型化・低背化を図ることができるという効果を奏する。

＜部品実装スペースの確保について＞
図４（ａ）において、一方の分割回路基板１７は、傾斜状態に配置される。ここで図４（ｃ）に示す直角三角形２４は斜辺２５、隣辺２６、対辺２７で形成されることから、一方の分割回路基板１７は斜辺２５に相当する位置に配置されることになる。一方、図４（ｂ）の比較例２の回路基板２８、２８は、比較例排煙ダクト２３の左右両側に配置されることから、比較例２の回路基板２８は直角三角形２４の隣辺２６に相当する位置に配置されることが分かる。従って、隣辺２６は斜辺２５よりも長さが短くなることから、一方の分割回路基板１７は比較例２よりも部品実装スペースを広く確保することができるという効果を奏する。

＜変形例について＞
図５において、次のような変形例でも有効である。具体的には、回路基板２９における一方の分割回路基板３０及び他方の分割回路基板３１は、幅が同じになる平面視長方形状に形成される。一方の分割回路基板３０及び他方の分割回路基板３１を連結する連結用回路体３２は、排煙ダクト３３を覆うように配置される。尚、排煙ダクト３３は、図４（ｂ）の比較例排煙ダクト２３と基本的に同じに形成されるものとする。一方の分割回路基板３０及び他方の分割回路基板３１は、排煙ダクト３３を中心にしてこの左右に傾斜状態に配置される。この他、図６に示すように、一方の分割回路基板３０及び他方の分割回路基板３１を傾斜状態に載置しておくための傾斜載置面３４が形成された排煙ダクト３５を採用してもよいものとする。

＜効果について＞
以上、図１ないし図６を参照しながら説明してきたように、本発明の一実施形態であるバッテリパック１及びバッテリモジュール２によれば、回路基板７を傾斜状態に配置することから、傾斜状態の回路基板７における低い位置に比較的高さのある電子部品２１を実装することで、従来例よりもバッテリモジュール２全体としての高さを低くすることができる。すなわち、小型化・低背化を図ることができるという効果を奏する。また、バッテリパック１及びバッテリモジュール２によれば、回路基板７を傾斜状態に配置することから、回路基板７における部品実装スペースを従来例よりも大きく確保することができるという効果を奏する。

本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

１…バッテリパック、２…バッテリモジュール、３…ケース、４…カバー、５…セルモジュール、６…排煙ダクト、７…回路基板、８…電池セル、９…電極配置面、１０…電極、１１…弁、１２、１３…側壁、１４…天井壁、１５…内部空間、１６…傾斜載置面、１７…一方の分割回路基板、１８…他方の分割回路基板、１９…連結用回路体、２０…ネジ、２１…電子部品、２２…比較例回路基板、２３…比較例排煙ダクト、２４…直角三角形、２５…斜辺、２６…隣辺、２７…対辺、２８、２９…回路基板、３０…一方の分割回路基板、３１…他方の分割回路基板、３２…連結用回路体、３３…排煙ダクト、３４…傾斜載置面、３５…排煙ダクト

Claims

複数個の電池セルからなるセルモジュールと、
該セルモジュールの電極配置面から突出するように形成され且つ前記電池セルの整列方向に沿ってのびるように形成される排煙ダクトと、
該排煙ダクト及び前記電極配置面を覆うように配置形成される回路基板とを備え、
該回路基板は、前記電極配置面に対し非平行な傾斜状態に配置形成される
ことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項１に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記回路基板は、該回路基板の幅方向中間が前記整列方向に沿って二分割された形状になる一方の分割回路基板及び他方の分割回路基板を備え、前記一方の分割回路基板及び前記他方の分割回路基板における前記二分割された部分が前記排煙ダクトの側になるように前記傾斜状態に配置形成される
ことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項２に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記一方の分割回路基板は、前記他方の分割回路基板よりも幅広に形成される
ことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項２又は３に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記一方の分割回路基板及び前記他方の分割回路基板は、柔軟性を有する連結用回路体にて連結される
ことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項１、２、３又は４に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記排煙ダクトには、前記回路基板を前記傾斜状態に配置し且つ載置しておくための傾斜載置面が形成される
ことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項１、２、３、４又は５に記載のバッテリモジュールと、該バッテリモジュールを収容するケースと、該ケースを覆うカバーとを備える
ことを特徴とするバッテリパック。