JP7193520B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本技術は、蓄電モジュールに関する。

フレキシブルプリント基板を用いた蓄電装置用の配線モジュールが従来から知られている。たとえば、特開２０１３－９３３０７号公報（特許文献１）には、フレキシブルプリント基板によって集合導電線路を形成した電池用配線モジュールが開示されている。

特開２０１３－９３３０７号公報

特許文献１に記載の配線モジュールにおいて、フレキシブルプリント基板の位置決めを精度よく行い、その固定を安定させることは重要である。しかし、従来の配線モジュールは、このような観点から必ずしも十分な構成を備えていない。

本技術の目的は、フレキシブルプリント基板が精度よく位置決めされ、かつ、その固定が安定した蓄電モジュールを提供することにある。

本技術に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電セルを積層方向に積層した積層体と、複数の蓄電セルの積層体上に載置される樹脂プレートと、樹脂プレート上に載置され、複数の蓄電セルと電気的に接続される電気回路を有するフレキシブルプリント基板と、フレキシブルプリント基板を覆うように樹脂プレート上に設けられるカバー部材とを備える。樹脂プレートは、フレキシブルプリント基板を貫通する凸部を含む。カバー部材は、樹脂プレート上のフレキシブルプリント基板に向けて突出する筒状突起を含む。凸部は、筒状突起の内周に収納される。筒状突起は、電気回路を避けた位置においてフレキシブルプリント基板に当接する。

本技術によれば、フレキシブルプリント基板が精度よく位置決めされ、かつ、その固定が安定した蓄電モジュールを提供することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。 図１に示す組電池における電池セルおよびエンドプレートを示す図である。 図１に示す組電池における電池セルを示す図である。 組電池上に配線モジュールを設けた状態を示す斜視図である。 組電池上に載置される配線モジュールの模式的な上面図である。 配線モジュールを覆うカバー部材の模式的な上面図である。 配線モジュールにおけるコネクタ近傍の断面図である。 配線モジュールのプレート部材に設けられた凸部近傍を示す斜視図である。 配線モジュールにカバー部材を取り付けた状態を示す断面図（図８に示す凸部近傍）である。 カバー部材の筒状突起を示す斜視図である。 筒状突起とフレキシブルプリント基板との当接部を示す拡大図である。

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。

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。

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、ニッケル水素電池など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、「蓄電セル」ないし「蓄電モジュール」は、電池セルないし電池モジュールに限定されず、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。

図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池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（配列方向）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。エンドプレート２００のＸ軸方向の両端には、段差部２１０が形成される。

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。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に各々形成された段差部２１０に取り付けられる。

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に係合させ、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。

拘束部材３００は、第１部材３１０と、第２部材３２０とを含む。第１部材３１０と第２部材３２０とは、たとえば突き合わせ溶接により互いに結合される。第２部材３２０が折り返されて形成された先端面が、Ｙ軸方向からエンドプレート２００の段差部２１０に当接する。

図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。図３に示すように、電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを含む。

電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。筐体１２０は、略直方体形状に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。ガス排出弁１３０は、筐体１２０内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、筐体１２０内のガスが筐体１２０外に排出される。

図４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４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上に配線部材５００が設けられる。配線部材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、配線部材５００を覆うようにカバー部材７００が設けられる。

図５は、組電池１上に載置される配線モジュールの模式的な上面図である。図５に示すように、配線モジュールは、プレート部材４００、配線部材５００、およびコネクタ６００を含む。

プレート部材４００（バスバープレート）は、絶縁性および耐熱性を有する樹脂プレートである。プレート部材４００は、底面部４００Ａと、底面部４００ＡからＺ軸方向に立ち上がるように形成された側面部４００Ｂとを有する。

プレート部材４００は、壁部４１０と、開口４２０，４３０と、突起４４０，４５０とを含む。

壁部４１０は、プレート部材４００の底面部４００ＡからＺ軸方向に立ち上がるように形成される。壁部４１０は、Ｘ軸方向の中心側に形成された第１壁部４１１と、Ｘ軸方向の外側に第１壁部４１１と平行に設けられた第２壁部４１２とを含む。第１壁部４１１および第２壁部４１２は、各々、Ｙ軸方向に断続的に延びるように形成される。

第１壁部４１１および第２壁部４１２は、電池セル１００の筐体１２０から排出されたガスを電池パック外に排出する通路を確保しつつ、プレート部材４００内で発生した火花を直接外部に出さない防護壁の役割を果たし得る。

開口４２０は、電池セル１００のガス排出弁１３０の上部に位置する。開口４３０は、電池セル１００の電極端子１１０の上部に位置する。

突起４４０（凸部）は、コネクタ６００の近傍において配線部材５００を貫通する。これにより、コネクタ６００の位置決めが行われる。

突起４５０は、コネクタ６００に近い側から、第１突起４５１、第２突起４５２、および第３突起４５３を含む。第１突起４５１、第２突起４５２、および第３突起４５３は、Ｙ軸方向にならぶように形成される。第１突起４５１、第２突起４５２、および第３突起４５３は、各々、配線部材５００を貫通する。突起４５０の数は、任意に変更可能である。

配線部材５００は、フレキシブルプリント基板５１０と、変位吸収部５２０と、バスバー接合部５３０と、長孔５４０とを含む。

フレキシブルプリント基板５１０は、絶縁性を有するベースフィルムと、導電性金属箔とからなる基材上に電気回路が形成された基板である。ベースフィルムは、たとえばポリイミド等により構成される。導電性金属箔は、たとえば銅箔等により構成される。フレキシブルプリント基板５１０は、柔軟性を有し、変形した場合にもその電気的特性を維持する特性を有する。

変位吸収部５２０は、フレキシブルプリント基板５１０の一部を略Ｕ字状に形成し、変形しやすくしたものである。変位吸収部５２０は、バスバー接合部５３０に接続される。バスバー接合部５３０は、複数の電池セル１００の電極端子１１０を連結するバスバー１００Ａに接合される。これにより、フレキシブルプリント基板５１０に設けられた電気回路と組電池１とが電気的に接続される。変位吸収部５２０により、バスバー接合部５３０の変位（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向）を吸収することができる。

長孔５４０は、コネクタ６００に近い側から、第１長孔５４１と、第２長孔５４２と、第３長孔５４３とを含む。第１長孔５４１、第２長孔５４２、および第３長孔５４３は、Ｙ軸方向にならぶように形成される。長孔５４０の数は、任意に変更可能である。

第１長孔５４１には、第１突起４５１が挿通される。第２長孔５４２には、第２突起４５２が挿通される。第３長孔５４３には、第３突起４５３が挿通される。第２長孔５４２は、第１長孔５４１よりもＹ軸方向に長く、第３長孔５４３は、第２長孔５４２よりもＹ軸方向に長い。すなわち、コネクタ６００から離れるに従って、長孔５４０のＹ軸方向の長さが長くなる。このようにすることで、配線部材５００およびコネクタ６００をプレート部材４００上に載置するときの位置決めが行いやすい。

コネクタ６００は、フレキシブルプリント基板５１０に固定される。コネクタ６００を介して、フレキシブルプリント基板５１０内の電気回路用と外部の電気機器とを電気的に接続し得る。

図６は、図５に示す配線モジュールを覆うカバー部材７００（バスバーカバー）の模式的な上面図である。カバー部材７００は、フレキシブルプリント基板５１０を覆うようにプレート部材４００上に設けられる。

図６に示すように、カバー部材７００は、本体７１０と、筒状突起７２０とを含む。筒状突起７２０は、プレート部材４００上のフレキシブルプリント基板５１０に向けて突出する。筒状突起７２０および突起４４０，４５０は、開口４２０に対してＸ軸方向の両側に設けられる。また、筒状突起７２０および突起４４０，４５０は、Ｙ軸方向（電池セル１００の積層方向）に沿って複数設けられる。

図７は、配線モジュールにおけるコネクタ６００近傍の断面図である。図７に示すように、フレキシブルプリント基板５１０およびコネクタ６００を支持する基板８００が設けられる。基板８００は、プレート部材４００に固定される。基板８００は、たとえばガラスエポキシ樹脂等により構成される。基板８００は、フレキシブルプリント基板５１０よりも硬質の素材により構成される。

プレート部材４００の突起４４０は、基板８００の孔部８００Ａと、フレキシブルプリント基板５１０の孔部５００Ａとを貫通する。すなわち、プレート部材４００の突起４４０と基板８００の孔部８００Ａとにより、プレート部材４００と基板８００とが互いに係合している。これにより、プレート部材４００に対する基板８００および配線部材５００の位置決めを行うことができる。

また、突起４４０の付根部に位置するプレート部材４００に環状の溝部４６０が形成されている。溝部４６０は、曲線状の輪郭を有する。これにより、溝部４６０周辺の応力集中を緩和することができる。

樹脂成形によりプレート部材４００上に突起４４０を形成する場合、製造の都合上、突起４４０の付根部には曲線形状（Ｒ形状）の部分が必要とされる。仮に、溝部４６０を形成せずに曲線形状（Ｒ形状）を設けようとすると、突起４４０の付根部の径が大きくなるため、フレキシブルプリント基板５１０の孔部５００Ａおよび基板８００の孔部８００Ａを若干大きくしなければならない。フレキシブルプリント基板５１０の孔部５００Ａが拡大されると、フレキシブルプリント基板５１０において電気回路を形成可能な面積が縮小される。また、基板８００の孔部８００Ａが拡大されると、基板８００を介したコネクタ６００の位置決め精度が低下する。

これに対し、本実施の形態に係る構造によれば、曲線状の輪郭を有する溝部４６０を、突起４４０の付根部に位置するプレート部材４００の底面部４００Ａ上に形成することにより、溝部４６０周辺の応力集中を緩和しながら、フレキシブルプリント基板５１０の孔部５００Ａおよび基板８００の孔部８００Ａが拡大することを抑制し得る。この結果、フレキシブルプリント基板５１０における電気回路を形成可能な面積の縮小、および、基板８００を介したコネクタ６００の位置決め精度の低下を抑制し得る。この結果、モジュール全体として小型化が図られ、かつ、コネクタ６００の位置決め精度が高い蓄電モジュールが得られる。

図８は、プレート部材４００の突起４４０近傍を示す斜視図である。図８に示すように、溝部４６０は、突起４４０の付根部を全周取り囲むように環状に形成されている。

図９は、配線モジュールにカバー部材７００を取り付けたときの突起４４０近傍の断面図である。図９に示すように、カバー部材７００の筒状突起７２０は、フレキシブルプリント基板５１０に当接する。これにより、配線部材５００および基板８００がプレート部材４００に押しつけられて固定される。このとき、プレート部材４００の突起４４０は、筒状突起７２０の内周に収納される。また、筒状突起７２０の当接面７２０Ａは、突起４４０の付根部の溝部４６０よりも外周側に位置する。本実施の形態に係る構造によれば、フレキシブルプリント基板５１０の位置決めを精度よく行い、かつ、その固定を安定させることができる。

突起４４０は、プレート部材４００の底面に対して垂直な側面を有する第１部分４４１と、第１部分４４１よりもプレート部材４００底面から離れた位置に設けられ、プレート部材４００底面から離れるにつれて縮径する第２部分４４２とを含む。筒状突起７２０は、第２部分４４２を超えて第１部分４４１の径方向外方にまで達する。

なお、図９および後述の図１１においては突起４４０を図示しているが、突起４５０（第１突起４５１、第２突起４５２、および第３突起４５３）上においても、同様の構造を有する筒状突起７２０が設けられる。

図１０は、カバー部材の筒状突起を示す斜視図である。図１０に示すように、筒状突起７２０の先端は、フレキシブルプリント基板５１０に当接する当接面７２０Ａ（当接部）と、筒状突起７２０の周方向に当接部と並び、フレキシブルプリント基板５１０から離間する切り欠き部７２１（非当接部）とを有する。

図１１は、筒状突起とフレキシブルプリント基板との当接部を示す拡大図である。図１１に示すように、フレキシブルプリント基板５１０には、電気回路５１１が形成されている。筒状突起７２０は、電気回路５１１を避けた位置においてフレキシブルプリント基板５１０に当接する。具体的には、フレキシブルプリント基板５１０上の電気回路５１１は、筒状突起７２０の当接面７２０Ａよりも外周側に設けられている。したがって、筒状突起７２０が当接してフレキシブルプリント基板５１０上の電気回路５１１が損傷することが抑制される。電気回路５１１が筒状突起７２０の当接面７２０Ａよりも内周側に達する部分については、筒状突起７２０の先端部に切り欠き７２１が設けられることにより、電気回路５１１の損傷が抑制される。

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、１００Ａ バスバー、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１３０ ガス排出弁、２００ エンドプレート、２１０ 段差部、３００ 拘束部材、３１０ 第１部材、３２０ 第２部材、４００ プレート部材、４００Ａ 底面部、４００Ｂ 側面部、４１０ 壁部、４１１ 第１壁部、４１２ 第２壁部、４２０，４３０ 開口、４４０，４５０ 突起、４５１ 第１突起、４５２ 第２突起、４５３ 第３突起、４６０ 溝部、５００ 配線部材、５００Ａ 孔部、５１０ フレキシブルプリント基板、５１１ 電気回路、５２０ 変位吸収部、５３０ バスバー接合部、５４０ 長孔、５４１ 第１長孔、５４２ 第２長孔、５４３ 第３長孔、６００ コネクタ、７００ カバー部材、７１０ 本体、７２０ 筒状突起、７２０Ａ 当接面、７２１ 切り欠き部、８００ 基板、８００Ａ 孔部。

Claims (6)

1. 複数の蓄電セルを積層方向に積層した積層体と、
   前記複数の蓄電セルの前記積層体上に載置される樹脂プレートと、
   前記樹脂プレート上に載置され、前記複数の蓄電セルと電気的に接続される電気回路を有するフレキシブルプリント基板と、
   前記フレキシブルプリント基板を覆うように前記樹脂プレート上に設けられるカバー部材とを備え、
   前記樹脂プレートは、前記フレキシブルプリント基板を貫通する凸部を含み、
   前記カバー部材は、前記樹脂プレート上の前記フレキシブルプリント基板に向けて突出する筒状突起を含み、
   前記凸部は、前記筒状突起の内周に収納され、
   前記筒状突起は、前記電気回路を避けた位置において前記フレキシブルプリント基板に当接する、蓄電モジュール。
2. 前記筒状突起は先端部を含み、
   前記先端部は、
   前記フレキシブルプリント基板に当接する当接部と、
   前記筒状突起の周方向に前記当接部と並び、前記フレキシブルプリント基板から離間する非当接部とを有する、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記非当接部は、前記筒状突起の前記先端部に設けられた切り欠き部により構成される、請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記樹脂プレートは、前記フレキシブルプリント基板が載置される底面を含み、
   前記凸部は、前記底面に対して垂直な側面を有する第１部分と、前記第１部分よりも前記底面から離れた位置に設けられ、前記底面から離れるにつれて縮径する第２部分とを含み、
   前記筒状突起は、前記第２部分を超えて前記第１部分の径方向外方にまで達する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
5. 前記複数の蓄電セルは、筐体と、前記積層方向に直交する方向に並ぶように前記筐体に設けられた２つの電極端子と、前記２つの電極端子の間に位置する前記筐体に設けられたガス排出弁とを含み、
   前記樹脂プレートは、前記ガス排出弁の上部に位置する開口部を含み、
   前記筒状突起および前記凸部は、前記開口部に対して前記２つの電極端子が並ぶ方向の両側に設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記筒状突起および前記凸部は、前記積層方向に沿って複数設けられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。

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