JP7229681B2 - バッテリモジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルが積層されたバッテリモジュールに関する。

ハイブリッドカーや電気自動車には、リチウムイオン二次電池等の電池セルを複数積層して構成されるバッテリモジュールが搭載されている。従来、このようなバッテリモジュールとして、電圧検出部によって電池セルの電圧を検出することにより、電池セルの残容量を監視して電池セルの充放電を制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－１３７８０７号公報

電圧検出部は複数の電子部品により構成され、それらが一つの筐体内に収容された筐体構造とされている。一般に、このような電圧検出部は、電池セルの電極端子にハーネスによって電気的に接続される。このとき、電圧検出部との距離が近い電池セルの電極端子と遠い電池セルの電極端子とが存在していると、電極端子と電圧検出部との距離の遠近に応じて、電極端子と電圧検出部とを電気的に接続する接続経路（ハーネス）の長さが異なり、接続経路毎に経路抵抗のばらつきが生じる問題がある。経路抵抗がばらつくと、検出値に誤差が生じて検出精度が低下するおそれがある。しかも、バッテリモジュールを構築する際に長さの異なる複数種のハーネスを用意する必要があるため、管理する部品点数が多くなり、コスト増となる問題もある。

そこで、本発明は、複数積層される電池セルの電極端子と電圧検出部とを電気的に接続する複数の接続経路の経路抵抗が接続経路毎にばらつくことを防止できると共に、コストの低減化が可能なバッテリモジュールを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係るバッテリモジュールは、複数積層された電池セル（例えば、後述の電池セル２）と、前記複数積層された電池セルの外側面に配置され、前記電池セルの電極端子（例えば、後述の正極端子２１及び負極端子２２）に電気的に接続されることにより前記電池セルの電圧検出を行う電圧検出部（例えば、後述の電圧検出部５）と、を備えるバッテリモジュール（例えば、後述のバッテリモジュール１）であって、一部の前記電池セルの前記電極端子と前記電圧検出部との接続経路が、一定のパターンを有する接続回路（例えば、後述の接続回路６）により構成され、全ての前記電池セルの前記電極端子が、同一パターンの前記接続回路を用いて、前記電圧検出部に電気的に接続される。

上記（１）に記載のバッテリモジュールによれば、複数積層された電池セルの全ての電極端子と電圧検出部とが、同一パターンの接続回路により電気的に接続されるため、経路抵抗が接続経路毎にばらつくことを容易に防止できる。また、複数の接続回路が同一パターンで共通化されるため、管理する部品点数を削減でき、コストの低減化を図ることができる。

（２） （１）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記電圧検出部は、前記電池セルの積層方向の全体に亘って延在する扁平形状を有することが好ましい。

上記（２）に記載のバッテリモジュールによれば、複数積層された電池セルの外側面からの電圧検出部の突出量が抑えられるため、バッテリモジュールの高さ寸法が抑制されると共に、各電池セルの電極端子と電圧検出部との接続経路を最短経路で共通化することができる。

（３） （１）又は（２）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記電池セルは、前記電極端子を有する端子面（例えば、後述の端子面２ａ）を同一面に配置させて複数積層され、前記電圧検出部は、前記端子面において、各々の前記電池セルの正負一対の前記電極端子の間に配置され、前記接続回路は、前記電圧検出部における前記電極端子に対向する側面（例えば、後述の側面５ａ）と前記電極端子とに亘って設けられることが好ましい。

上記（３）に記載のバッテリモジュールによれば、接続回路は、電圧検出部の側面から各電極端子に向けて配置されるため、接続回路が電圧検出部よりも上方に突出することがなく、接続回路を電圧検出部に接続することに起因してバッテリモジュールの高さ寸法が増加することはない。

（４） （１）～（３）のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記接続回路は、隣り合う前記電池セルの前記電極端子同士を電気的に接続するバスバー部（例えば、後述のバスバー部６１）と、前記バスバー部と前記電圧検出部とを電気的に接続する接続部（例えば、後述の接続部６２）と、を有し、前記バスバー部と前記接続部とのうちの少なくとも前記接続部は、フレキシブルプリント基板（例えば、後述のフレキシブルプリント基板６２１）を用いて構成されることが好ましい。

上記（４）に記載のバッテリモジュールによれば、各接続回路の接続部を極力薄型化できると共に容易に撓み変形可能とすることができるため、この接続部がバッテリモジュールの高さ寸法に影響を与えることはない。また、フレキシブルプリント基板は軽量であるため、バッテリモジュールも軽量化できる。

（５） （４）に記載のバッテリモジュールにおいて、前記接続部は、前記電圧検出部にコネクタ（例えば、後述のコネクタ６２２）を介して着脱可能に電気的に接続されることが好ましい。

上記（５）に記載のバッテリモジュールによれば、各接続回路と電圧検出部とを、はんだ付け等によらずに簡単に接続することができ、バッテリモジュールの組立て作業性に優れる。また、各接続回路と電圧検出部との接続を、必要に応じて容易に解除することもできる。

本発明によれば、複数積層される電池セルの電極端子と電圧検出部とを電気的に接続する複数の接続経路の経路抵抗が接続経路毎にばらつくことを防止できると共に、コストの低減化が可能なバッテリモジュールを提供することができる。

本発明に係るバッテリモジュールの全体斜視図である。 本発明に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。 本発明に係るバッテリモジュールの平面図である。 本発明に係るバッテリモジュールの一つの接続回路を示す斜視図である。 本発明に係るバッテリモジュールの側面図である。

以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るバッテリモジュールの全体斜視図である。図２は、本発明に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。図３は、本発明に係るバッテリモジュールの平面図である。
バッテリモジュール１は、複数積層された電池セル２を、一対のエンドプレート３と共に締結部材４によって一体に締結することにより構成される。なお、図中に示す方向において、Ｄ１方向は、複数の電池セル２の積層方向に沿う方向であり、バッテリモジュール１の長さ方向を示す。Ｄ２方向は、複数の電池セル２の積層方向と直交する方向であり、バッテリモジュール１の幅方向を示す。Ｄ３方向は、複数の電池セル２の積層方向と直交する方向であり、バッテリモジュール１の高さ方向（上下方向）を示す。Ｄ３方向において、紙面の上側を「上」、下側を「下」とする。

電池セル２は、例えばリチウムイオン二次電池からなり、アルミニウムやアルミニウム合金等により構成される直方体形状のセルケース２０の内部に、電極体（図示せず）を収納している。電池セル２の上面は被蓋され、正極端子２１と負極端子２２との一対の電極端子が突出して配置される端子面２ａとされる。

電池セル２は、Ｄ２方向に沿う幅に対してＤ１方向に沿う厚みが十分に小さい箱型形状とされる。複数の電池セル２は、図２に示すように、端子面２ａが同一面となるように、それぞれの端子面２ａを上方に向けて配置されて厚み方向に積層される。隣り合う電池セル２、２同士は、積層方向に見た場合に、正極端子２１と負極端子２２とを交互に一直線に配列させて配置されている。隣り合う電池セル２、２の間は、それぞれセパレータと呼ばれる絶縁プレート２３を間に挟むことにより絶縁されると共に一定の間隔に保持される。

エンドプレート３は、金属、樹脂又はこれらの複合体により形成され、複数積層される電池セル２の積層方向の両端部にそれぞれ配置される。エンドプレート３は、電池セル２の積層方向に面する側面２ｂと同様の矩形状の板状部材からなる。全ての電池セル２は、一対のエンドプレート３、３の間に挟まれるように配置され、一対の締結部材４、４によって一体に締結される。なお、図２に示すように、積層方向の両端に配置される電池セル２とエンドプレート３との間にも、絶縁プレート２３が挟まれている。

締結部材４は、複数積層された電池セル２及び一対のエンドプレート３、３の全体を拘束する金属製の連結バンドであり、電池セル２の積層方向に沿って長尺に形成されている。一対の締結部材４、４が、複数積層された電池セル２及び一対のエンドプレート３、３の全体を両側から挟むように配置される。各締結部材４、４の長さ方向（Ｄ１方向）の両端部には、それぞれ内側（電池セル２側）に向けて直角に折れ曲げられた固定片４１、４１が設けられている。締結部材４は、各固定片４１、４１によって、エンドプレート３の外表面３ａに、ボルト等の適宜数の固定部材４２を用いて固定される。これにより、全ての電池セル２には、一対の締結部材４、４によってエンドプレート３、３の間で積層方向に拘束力が付与され、電池セル２の充放電による膨張が抑制される。

バッテリモジュール１には、複数積層された電池セル２の外側面に電圧検出部５が配置される。電圧検出部５は、直方体形状の筐体５０の内部に、図示しない複数の電子部品により構成される電圧検出回路を収容している。電圧検出部５は、複数の接続回路６を介して各電池セル２の電圧を検出し、その検出結果を図示しない信号線を介して、バッテリモジュール１の外部に出力する。

本実施形態に示す電圧検出部５は、各電池セル２の端子面２ａにより構成されるバッテリモジュール１の上面１ａに配置される。具体的には、電圧検出部５は、バッテリモジュール１の上面１ａにおいて、各端子面２ａ上の正極端子２１と負極端子２２との間に配置される。このため、正極端子２１及び負極端子２２の突出高さに影響されることなく、電圧検出部５を正極端子２１及び負極端子２２に対して平面方向（バッテリモジュール１の上面１ａに平行な方向）に近接して配置することができる。電圧検出部５は各電池セル２の端子面２ａに当接して又は近接して配置されるため、例えば電圧検出部５を正極端子２１及び負極端子２２の上方に載置する場合に比べて、バッテリモジュール１の高さ寸法を小さくすることができる。

本実施形態に示す電圧検出部５は、図１及び図３に示すように、電池セル２の積層方向の全体に亘って延在している。電圧検出部５は、筐体５０の内部の電子部品を、平面方向に分散して配置することにより、高さ方向（Ｄ３方向）よりも平面方向に、具体的には電池セル２の積層方向に、長尺となるように形成される。このため、電圧検出部５は、Ｄ２方向に沿う幅に比べてＤ３方向に沿う高さ（厚み）が十分に小さい扁平形状とされている。これにより、バッテリモジュール１の上面１ａに電圧検出部５を配置しても、上面１ａからの電圧検出部５の突出量が抑えられるため、図５に示すように、バッテリモジュール１の高さ寸法Ｈも抑えられる。電圧検出部５は、長さ方向の両端部に一体に設けられた取付け部５１、５１を利用して、ねじ等の固定部材５２によってエンドプレート３、３の上端面３ｂ、３ｂに固定される。

電圧検出部５の幅は、図３に示すように、電池セル２の端子面２ａから突出する一対の電極端子（正極端子２１と負極端子２２）の離間距離よりも十分に小さい。これにより、電圧検出部５と各電池セル２の正極端子２１及び負極端子２２との間には、一定の距離Ｌが設けられている。電圧検出部５において、Ｄ２方向に面する２つの側面５ａ、５ａは、電池セル２の積層方向に沿って配列される正極端子２１及び負極端子２２の列に対面するように配置されている。電圧検出部５は、電池セル２の積層方向の全体に亘って延在しているため、各正極端子２１及び各負極端子２２と電圧検出部５の側面５ａ、５ａとの距離Ｌは、全ての正極端子２１及び負極端子２２で均等となる。

電圧検出部５は、２つの側面５ａ、５ａを利用して、同一パターンを有する複数の接続回路６によって各電池セル２の正極端子２１及び負極端子２２と電気的に接続される。接続回路６は、各電池セル２の正極端子２１及び負極端子２２と電圧検出部５との接続経路をそれぞれ構成する。各正極端子２１及び各負極端子２２と電圧検出部５の側面５ａ、５ａとの距離Ｌは、全ての正極端子２１及び負極端子２２で均等であるため、接続経路は最短経路で共通化することができる。

この接続回路６の構成の一例について、図４を参照して更に詳しく説明する。接続回路６は、バスバー部６１と、接続部６２と、を有する。バスバー部６１は、積層方向に隣り合う正極端子２１と負極端子２２との２つの電極端子を電気的に接続する。接続部６２は、このバスバー部６１と電圧検出部５とを電気的に接続する。接続回路６は、これらバスバー部６１と接続部６２とでパターン回路化され、同一パターン（同一構造、同一形状）を有する複数の接続回路６が、他の隣り合う電池セル２、２の正極端子２１及び負極端子２２と電圧検出部５との電気的な接続にそれぞれ適用される。従って、このバッテリモジュール１における全ての接続回路６は一つのパターンに共通化されるため、接続回路６毎に経路抵抗がばらつくことはない。また、複数の接続回路６が共通化されることにより、管理する部品点数も削減でき、バッテリモジュール１のコストを低減化することが可能である。

本実施形態に示すバスバー部６１は、矩形平板状の薄い金属製プレートからなる。バスバー部６１には、電極端子を貫通させる２つの貫通穴６１１、６１１を有する。バスバー部６１は、正極端子２１及び負極端子２２を貫通穴６１１、６１１にそれぞれ挿通させて嵌合させ、図示しないナットを正極端子２１及び負極端子２２に螺合することにより固定される。これにより、バスバー部６１は、正極端子２１及び負極端子２２に亘って固定されると共に、正極端子２１と負極端子２２とを電気的に接続する。

本実施形態に示す接続回路６のバスバー部６１は、２つの貫通穴６１１、６１１に嵌合させる正極端子２１と負極端子２２とを、電圧検出部５の両側で１つずつずらしている。従って、各接続回路６のバスバー部６１は、両端に配置される２つの電池セル２、２における一対の電極端子のうちの一方（本実施形態では一方端の電池セル２の正極端子２１Ａと他方端の電池セル２の負極端子２２Ａ）を除き、全ての隣り合う正極端子２１と負極端子２２とを電気的に接続することにより、全ての電池セル２を直列に接続している。しかし、バッテリモジュール１は、隣り合う電池セル２、２の正極端子２１と負極端子２２とを同一側に配置させて積層することにより、全ての電池セル２がバスバー部６１によって並列に接続されるようにしてもよい。

本実施形態に示す接続部６２は、フレキシブルプリント基板６２１（以下、ＦＰＣ６２１という）と、コネクタ６２２と、を有する。ＦＰＣ６２１は、帯状に形成された金属薄膜層６２１Ａの両面に絶縁層６２１Ｂが積層されることにより構成される。ＦＰＣ６２１の一端部６２１ａの一方の面には、絶縁層６２１Ｂの一部が除去されることにより金属薄膜層６２１Ａが露出している。ＦＰＣ６２１は、この一端部６２１ａにおける露出した金属薄膜層６２１Ａをバスバー部６１の表面に当接させて、導電性接着剤、はんだ又はねじ等の固定部材（いずれも図示せず）によりバスバー部６１に接合される。

コネクタ６２２は、ＦＰＣ６２１の他端部６２１ｂに設けられる。コネクタ６２２は、電圧検出部５の側面５ａに積層方向に間隔をおいて設けられるコネクタ装着部５３に嵌合装着されることにより、ＦＰＣ６２１（金属薄膜層６２１Ａ）を電圧検出部５に着脱可能に電気的に接続する。本実施形態に示すバッテリモジュール１は、電圧検出部５の一方の側面５ａに６個、他方の側面５ａに５個のコネクタ装着部５３を有する。従って、バッテリモジュール１は、図３に示すように、コネクタ装着部５３に対応する１１個の接続回路６が、それぞれ側方（Ｄ２方向）に向けて張り出すように設けられる。

全ての接続回路６は、電圧検出部５の側面５ａを利用して接続されるため、電圧検出部５よりも上方に突出しない。このため、図５に示すように、接続回路６を電圧検出部５に接続することに起因してバッテリモジュールの高さ寸法Ｈが増加することはない。接続回路６は、コネクタ６２２によって電圧検出部５に接続されるため、各接続回路６と電圧検出部５とを、はんだやねじ等によらずに簡単に接続することができ、バッテリモジュール１の組立て作業性に優れる。また、バッテリモジュール１のメンテナンスや部品交換等の際には、各接続回路６と電圧検出部５との接続を容易に解除することができる。

また、各接続回路６の接続部６２はＦＰＣ６２１を有して構成されるため、断面形状が円形の一般的な配線を使用する場合に比べ、接続部６２を極力薄型化できると共に、接続部６２を容易に撓み変形可能に構成することができる。このため、接続部６２がバッテリモジュール１の高さ寸法Ｈに影響を与えるおそれはない。しかも、ＦＰＣ６２１は軽量であるため、バッテリモジュール１を軽量化することができる。

なお、接続回路６のバスバー部６１は、金属製プレートに限らず、例えば金属ワイヤによって構成されてもよい。また、接続回路６は、バスバー部６１の部位も接続部６２と一体のＦＰＣによって形成されてもよい。コネクタ６２２を除く接続回路６の全体をＦＰＣ化することができるため、接続回路６を簡素化できて部品コストも抑えられると共に、バッテリモジュール１を更に軽量化することができる。また、接続回路６の接続部６２は、コネクタ６２２により着脱可能に接続されるものに限らず、電圧検出部５に着脱不能に接続されていてもよい。

１ バッテリモジュール
２ 電池セル
２ａ 端子面
２１ 正極端子（電極端子）
２２ 負極端子（電極端子）
５ 電圧検出部
５ａ （電圧検出部の）側面
６ 接続回路
６１ バスバー部
６２ 接続部
６２１ フレキシブルプリント基板
６２２ コネクタ

Claims (5)

1. 複数積層された電池セルと、前記電池セルの電極端子に電気的に接続されることにより前記電池セルの電圧検出を行う電圧検出部と、を備えるバッテリモジュールであって、
   前記電池セルは、前記電極端子を有する端子面を同一面に配置させて複数積層され、前記電池セルの積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記電池セルの積層方向の両側に前記一対のエンドプレートに亘って配置される一対の締結部材と、によって拘束されており、
   前記電圧検出部は、前記電池セルの積層方向の全体に亘って延在する筐体の内部に複数の電子部品を分散して配置して構成され、前記端子面により構成される前記バッテリモジュールの上面に配置され、
   全ての前記電池セルの前記電極端子が、同一パターンの接続回路を用いて、前記電圧検出部に電気的に接続され、
   前記電圧検出部の長さ方向の両端部は、固定部材によって前記一対のエンドプレートの上端面にそれぞれ固定される、バッテリモジュール。
2. 前記電圧検出部は、前記電池セルの積層方向の全体に亘って延在する扁平形状を有する、請求項１に記載のバッテリモジュール。
3. 前記電圧検出部は、前記端子面において、各々の前記電池セルの一対の前記電極端子の間に配置され、
   前記接続回路は、前記電圧検出部における前記電極端子に対向する側面と前記電極端子とに亘って設けられる、請求項１又は２に記載のバッテリモジュール。
4. 前記接続回路は、隣り合う前記電池セルの前記電極端子同士を電気的に接続するバスバー部と、前記バスバー部と前記電圧検出部とを電気的に接続する接続部と、を有し、
   前記バスバー部と前記接続部とのうちの少なくとも前記接続部は、フレキシブルプリント基板を用いて構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリモジュール。
5. 前記接続部は、前記電圧検出部にコネクタを介して着脱可能に電気的に接続される、請求項４に記載のバッテリモジュール。

Images