JP6946837B2

JP6946837B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP6946837B2
Application number: JP2017155177A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　智之; 智之伊藤; 悟士山本; 洋明加藤; 卓矢山本; 文彦石黒; 宏昌吉澤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP2019036386A

Description

本発明は、電池パックに関する。

既存の電池パックとして、互いに隣接して配置される複数の電池モジュールと、各電池モジュールのそれぞれの端子に接続されるフレキシブル基板とを備えるものがある。
関連する技術として、例えば、特許文献１、２がある。

特開２０１０−２５７７７５号公報特開２０１４−０２２２８７号公報

しかしながら、上述の電池パックでは、各電池モジュールの膨張や収縮により各電池モジュールのそれぞれの端子が互いに離れたり近づいたりすることで電池モジュールの端子とフレキシブル基板との接続部分に応力がかかり、フレキシブル基板に亀裂が入るおそれがある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、電池モジュールの膨張や収縮によりフレキシブル基板に亀裂が入ることを抑制することが可能な電池パックを提供することである。

本発明に係る一つの形態である電池パックは、凸形状のバスバーと、フレキシブル基板とを備える。
凸形状のバスバーは、隣り合う２つの電池モジュールのうちの一方の電池モジュールの端子と接続される第１の接続部と、隣り合う２つの電池モジュールのうちの他方の電池モジュールの端子と接続される第２の接続部と、平坦部と、第１の接続部と平坦部とをつなぐ第１の変形部と、第２の接続部と前記平坦部とをつなぐ第２の変形部とを有する。

フレキシブル基板は、本体部と、平坦部と接続される突出部とを有する。
突出部は、本体部の隣り合う２つの電池モジュールの隣接方向に沿う辺の少なくとも一方の辺に、隣り合う２つの電池モジュール毎に設けられている。

本発明によれば、電池パックにおいて、電池モジュールの膨張や収縮によりフレキシブル基板に亀裂が入ることを抑制することができる。

実施形態の電池パックの一例を示す図である。バスバー及びフレキシブル基板を示す図である。フレキシブル基板の他の例を示す図である。電池パックの組み立て工程の一例を説明するための図である。電池パックの組み立て工程の一例を説明するための図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パックは、複数の電池モジュールＢｍと、各電池モジュールＢｍが電気的に直列接続されるように各電池モジュールＢｍの端子を接続する凸形状のバスバー（例えば、ばねバスバー）Ｂｂと、バスバーＢｂと接続されるフレキシブル基板ＦＰＣとを備える。なお、図１に示す電池パックは、８つの電池モジュールＢｍにより構成されているが、電池モジュールＢｍの数は、８つに限定されない。

各電池モジュールＢｍは、互いに隣接して配置されている。
また、各電池モジュールＢｍのそれぞれの間には弾性部材Ｅが配置されている。弾性部材Ｅは、電池モジュールＢｍの膨張や収縮によって隣り合う電池モジュールＢｍの端子間の距離が変化することを抑える。これにより、各電池モジュールＢｍの膨張によりフレキシブル基板ＦＰＣとバスバーＢｂとの接続部分にかかる応力を緩和することができるため、その応力によりフレキシブル基板ＦＰＣに亀裂が入ることを抑制することができる。なお、弾性部材Ｅは、電池モジュールＢｍから放出される熱を外部へ放出する機能を有してもよい。また、弾性部材Ｅは無くてもよい。

また、各電池モジュールＢｍは、１対のエンドプレートＰｔにより挟まれている。エンドプレートＰｔの４隅をそれぞれ貫通するボルトＢｔとナットＮとにより１対のエンドプレートＰｔ間の各電池モジュールＢｍが締め付けられることで、各電池モジュールＢｍが１対のエンドプレートＰｔ間に拘束される。１対のエンドプレートＰｔ、ボルトＢｔ、及びナットＮは、拘束部材の一例とする。各電池モジュールＢｍが１対のエンドプレートＰｔ間に拘束されることにより、１対のエンドプレートＰｔが対峙する方向、すなわち、各電池モジュールＢｍの隣接方向（ｘ方向）に生じる拘束荷重によって、各電池モジュールＢｍにそれぞれ荷重をかけることができるため、各電池モジュールＢｍのそれぞれの性能低下を抑制することができる。また、各電池モジュールＢｍを拘束しているため、各電池モジュールＢｍの膨張を抑えることができる。これにより、各電池モジュールＢｍの膨張によりフレキシブル基板ＦＰＣとバスバーＢｂとの接続部分にかかる応力を緩和することができるため、その応力によりフレキシブル基板ＦＰＣに亀裂が入ることを抑制することができる。

図２（ａ）は、図１に示すバスバーＢｂを示す図であり、図２（ｂ）は、電池モジュールＢｍとバスバーＢｂとフレキシブル基板ＦＰＣとの接続構成を説明するための図である。

バスバーＢｂは、隣り合う２つの電池モジュールＢｍのうちの一方の電池モジュールＢｍの端子Ｔと接続される第１の接続部Ｃ１と、他方の電池モジュールＢｍの端子Ｔと接続される第２の接続部Ｃ２と、平坦部Ｆと、第１の接続部Ｃ１と平坦部Ｆとをつなぐ第１の変形部Ｄ１と、第２の接続部Ｃ２と平坦部Ｆとをつなぐ第２の変形部Ｄ２とを有する。

第１の接続部Ｃ１は、ナットＮにより、一方の電池モジュールＢｍの端子Ｔと接続され、第２の接続部Ｃ２は、ナットＮにより、他方の電池モジュールＢｍの端子Ｔと接続されている。

第１の変形部Ｄ１及び第２の変形部Ｄ２は、電池モジュールＢｍの端子Ｔがある面Ｆａから遠ざかる方向に形成されている。これにより、隣り合う２つの電池モジュールＢｍが膨張して隣り合う２つの電池モジュールＢｍのそれぞれの端子Ｔが互いに離れると、第１の接続部Ｃ１と第２の接続部Ｃ２が互いに離れる。第１の接続部Ｃ１と第２の接続部Ｃ２が離れるに従って第１の接続部Ｃ１と第１の変形部Ｄ１とがなす角度θ１、第１の変形部Ｄ１と平坦部Ｆとがなす角度θ２、平坦部Ｆと第２の変形部Ｄ２とがなす角度θ３、及び第２の変形部Ｄ２と第２の接続部Ｃ２とがなす角度θ４がそれぞれ大きくなり、電池モジュールＢｍの端子Ｔがある面Ｆａを基準とする平坦部Ｆの高さｈが小さくなる。また、隣り合う２つの電池モジュールＢｍが収縮して隣り合う２つの電池モジュールＢｍのそれぞれの端子Ｔが互いに近づくと、第１の接続部Ｃ１と第２の接続部Ｃ２が互いに近づく。第１の接続部Ｃ１と第２の接続部Ｃ２が近づくに従って角度θ１〜角度θ４がそれぞれ小さくなり、平坦部Ｆの高さｈが大きくなる。すなわち、隣り合う２つの電池モジュールＢｍが膨張または収縮することによりフレキシブル基板ＦＰＣとバスバーＢｂの平坦部Ｆとの接続部分にかかる、各電池モジュールＢｍの隣接方向の応力の一部を、平坦部Ｆの高さｈ方向（ｚ方向）の応力に変換することができる。これにより、フレキシブル基板ＦＰＣと平坦部Ｆとの接続部分にかかる、各電池モジュールＢｍの隣接方向の応力（弾性部材や拘束部材により緩和しきれない応力）を緩和することでき、フレキシブル基板ＦＰＣに亀裂が生じることをさらに抑制することができる。また、第１の変形部Ｄ１及び第２の変形部Ｄ２は、電池モジュールＢｍの端子Ｔがある面Ｆａから遠ざかる方向に形成されているため、フレキシブル基板ＦＰＣを電池モジュールＢｍから遠ざけることができ、電池モジュールＢｍから放出される熱をフレキシブル基板ＦＰＣが受け難くすることができる。

なお、フレキシブル基板ＦＰＣは、平坦部Ｆの高さｈ方向の応力に対する耐性が高いものとし、隣り合う２つの電池モジュールＢｍが膨張または収縮することによりフレキシブル基板ＦＰＣと平坦部Ｆとの接続部分に、平坦部Ｆの高さｈ方向の応力にかかっても問題ないものとする。

図２（ｃ）は、図１に示すフレキシブル基板ＦＰＣを示す図である。
フレキシブル基板ＦＰＣは、２つの本体部Ｂｄと、７つの突出部Ｐｒと、７つのチップヒューズＦｓと、７本の配線Ｌとを有する。なお、配線Ｌの一方端は、バスバーＢｂを介して隣り合う２つの電池モジュールＢｍのそれぞれの端子Ｔに電気的に接続されるものとする。また、配線Ｌの途中には、チップヒューズＦｓが接続されるものとする。また、配線Ｌの他方端は、不図示のコネクタやハーネスなどを介して不図示の電圧検出部に接続されるものとする。電池監視部は、配線Ｌにかかる電圧に基づいて、電池モジュールＢｍにかかる電圧を監視する。電池モジュールＢｍに流れる大電流により、チップヒューズＦｓが遮断状態になることで、大電流による電池監視部の破損が防止される。

突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄの、隣り合う２つの電池モジュールＢｍの隣接方向に沿う一方の辺に、隣り合う２つの電池モジュールＢｍ毎に設けられている。言い換えると、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄの長手方向（ｘ方向）に沿う一方の辺に、隣り合う２つの電池モジュールＢｍ毎に設けられている。さらに言い換えると、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄの、隣り合う２つの電池モジュールＢｍの隣接方向に沿う一方の辺に、隣り合う２つの電池モジュールＢｍに接続されるバスバーＢｂの平坦部Ｆと重なる位置毎に本体部Ｂｄから平坦部Ｆに向かう方向（ｙ方向）に突出するように設けられている。このように、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄから突出するように本体部Ｂｄに設けられているため、本体部Ｂｄと突出部Ｐｒとの接続部分を支点として、隣り合う２つの電池モジュールＢｍの隣接方向に傾き易くなっている。そのため、隣り合う２つの電池モジュールＢｍが膨張または収縮することにより突出部Ｐｒが傾くことで、フレキシブル基板ＦＰＣと平坦部Ｆとの接続部分にかかる、各電池モジュールＢｍの隣接方向の応力（弾性部材や拘束部材やバスバーＢｂにより緩和しきれない応力）を緩和することができ、フレキシブル基板ＦＰＣに亀裂が生じることをさらに抑制することができる。

また、突出部Ｐｒは、突出部Ｐｒ及び平坦部Ｆを貫通するボルトＢｔとナットＮとにより、バスバーＢｂの平坦部Ｆに直接接続されている。これにより、突出部Ｐｒと平坦部Ｆとを平行に接続することができるため、突出部Ｐｒと平坦部Ｆとの接続強度を上げることができる。なお、溶接によりボルトを平坦部Ｆに固定し、そのボルトとナットにより、突出部ＰｒをバスバーＢｂの平坦部Ｆに直接接続させてもよい。

また、突出部Ｐｒは、平坦部Ｆの両面のうち、電池モジュールＢｍの端子Ｔがある面Ｆａから遠い側の面Ｆａｃに接続されている。これにより、フレキシブル基板ＦＰＣを電池モジュールＢｍから遠ざけることができるため、電池モジュールＢｍから放出される熱をフレキシブル基板ＦＰＣが受け難くすることができる。

チップヒューズＦｓは、本体部Ｂｄと突出部Ｐｒとの接続部分（例えば、破線枠ａ）に設けられている。これにより、電池モジュールＢｍに流れる大電流を、チップヒューズＦｓより先の配線Ｌ（バスバーＢｂと接続されない側の配線Ｌ）やコネクタ及びハーネスなどに流れる前に遮断させることができる。

図３は、フレキシブル基板ＦＰＣの他の例を示す図である。
例えば、図３（ａ）に示すように、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄとの接続部分（例えば、破線枠ｂ）が本体部Ｂｄに近づくほど広がる形状であってもよい。これにより、電池モジュールＢｍの膨張や伸縮により本体部Ｂｄと突出部Ｐｒとの接続部分に亀裂が入り難くすることができる。

また、例えば、図３（ｂ）に示すように、１つの本体部Ｂｄによりフレキシブル基板ＦＰＣを構成してもよい。このように構成する場合、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄの、隣り合う２つの電池モジュールＢｍの隣接方向に沿う両方の辺に、それぞれ、隣り合う２つの電池モジュールＢｍ毎に設けられる。言い換えると、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄの長手方向に沿う両方の辺に、それぞれ、隣り合う２つの電池モジュールＢｍ毎に設けられる。さらに言い換えると、突出部Ｐｒは、本体部Ｂｄの、隣り合う２つの電池モジュールＢｍの隣接方向に沿う両方の辺に、それぞれ、隣り合う２つの電池モジュールＢｍに接続されるバスバーＢｂの平坦部Ｆと重なる位置毎に本体部Ｂｄから平坦部Ｆに向かう方向に突出するように設けられる。

次に、実施形態の電池パックの組み立て工程の一例を説明する。
図４及び図５は、実施形態の電池パックの組み立て工程の一例を説明するための図である。

まず、図４に示すように、電池モジュールＢｍと弾性部材Ｅを交互に配置するとともに、両端の電池モジュールＢｍのそれぞれの外側にエンドプレートＰｔを配置し、ボルトＢｔとナットＮによりエンドプレートＰｔ間を締め付けて各電池モジュールＢｍを拘束する。

次に、図５に示すように、隣り合う２つの電池モジュールＢｍのうちの一方の電池モジュールＢｍの端子ＴにバスバーＢｂの第１の接続部Ｃ１を貫通させるとともに、他方の電池モジュールＢｍの端子ＴにバスバーＢｂの第２の接続部Ｃ２を貫通させた後、ナットＮにより、第１の接続部Ｃと一方の電池モジュールＢｍの端子Ｔとを接続するとともに、第２の接続部Ｃ２と他方の電池モジュールＢｍの端子Ｔとを接続する。

そして、図２（ｂ）に示すように、フレキシブル基板ＦＰＣの突出部ＰｒとバスバーＢｂの平坦部ＦとをボルトＢｔとナットＮにより接続する。なお、フレキシブル基板ＦＰＣの突出部ＰｒとバスバーＢｂの平坦部Ｆとを接続したときに、フレキシブル基板ＦＰＣの本体部Ｂｄが電池モジュールＢｍの方向へ傾かないように本体部Ｂｄを支える支持部を電池パックに備えてもよい。具体的には、フレキシブル基板ＦＰＣに支持部を備えてもよいし、電池モジュールＢｍの上部に支持部を備えてもよい。

このように、実施形態の電池パックは、電池モジュールＢｍの膨張や伸縮によりフレキシブル基板ＦＰＣとバスバーＢｂとの接続部分にかかる応力を緩和させることができるため、フレキシブル基板ＦＰＣに亀裂が入ることを抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、突出部Ｐｒと平坦部Ｆとを、ボルトＢｔとナットＮを使用しない超音波溶接や、接着剤による接着等で直接接続させてもよい。

また、例えば、フレキシブル基板ＦＰＣの突出部Ｐｒの先端側の一部をバスバーにしてもよい。具体的には、突出部Ｐｒの基部（本体部Ｂｄと突出部Ｐｒとの接続部分に近い部分）をフレキシブル基板ＦＰＣにし、突出部Ｐｒの先端部を金属のバスバーにして、突出部Ｐｒの基部と先端部とを接合する。これにより、フレキシブル基板ＦＰＣの本体部Ｂｄから突出する突出部Ｐｒを少なくでき、１枚の大型フィルムから製作できるフレキシブル基板を多くとることが可能になる。この場合、先端部のバスバーが上記実施形態に示される凸形状であれば、電池パックの組み立て工程において突出部Ｐｒと平坦部ＦとをボルトＢｔとナットＮにより接続する必要がなくなり、工程が簡潔になる。

Ｂｍ電池モジュール
Ｅ弾性部材
Ｂｂバスバー
ＦＰＣフレキシブル基板

Claims

隣り合う２つの電池モジュールのうちの一方の電池モジュールの端子と接続される第１の接続部と、前記隣り合う２つの電池モジュールのうちの他方の電池モジュールの端子と接続される第２の接続部と、平坦部と、前記第１の接続部と前記平坦部とをつなぐ第１の変形部と、前記第２の接続部と前記平坦部とをつなぐ第２の変形部とを有する凸形状のバスバーと、
本体部と、前記平坦部と接続される突出部とを有するフレキシブル基板と、
を備え、
前記突出部は、前記本体部の前記隣り合う２つの電池モジュールの隣接方向に沿う辺の少なくとも一方の辺に、前記隣り合う２つの電池モジュール毎に設けられ、
前記第１及び第２の変形部は、前記電池モジュールの端子がある面から遠ざかる方向に形成され、
前記突出部は、前記平坦部の両面のうち、前記電池モジュールの端子がある面から遠い側の面に接続されている
ことを特徴とする電池パック。
隣り合う２つの電池モジュールのうちの一方の電池モジュールの端子と接続される第１の接続部と、前記隣り合う２つの電池モジュールのうちの他方の電池モジュールの端子と接続される第２の接続部と、平坦部と、前記第１の接続部と前記平坦部とをつなぐ第１の変形部と、前記第２の接続部と前記平坦部とをつなぐ第２の変形部とを有する凸形状のバスバーと、
本体部と、前記平坦部と接続される突出部とを有するフレキシブル基板と、
を備え、
前記突出部は、前記本体部の前記隣り合う２つの電池モジュールの隣接方向に沿う辺の少なくとも一方の辺に、前記隣り合う２つの電池モジュール毎に設けられ、
前記突出部は、前記本体部との接続部分が前記本体部に近づくほど広がる形状である
ことを特徴とする電池パック。
請求項１または請求項２に記載の電池パックであって、
前記本体部と前記突出部との接続部分にチップヒューズが設けられている
ことを特徴とする電池パック。
請求項１または請求項２に記載の電池パックであって、
前記突出部は、前記平坦部に直接接続されている
ことを特徴とする電池パック。