JP7271499B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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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2019-33090号公報(特許文献1)には、フレキシブルプリント基板に設けられた電圧検知線の途中に電流制限素子が直列接続された構成が開示されている。
特開2019-33090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上に設けられた素子の応力の過度な増大を抑制す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上に設けられた素子および半田接続部の応力が低減され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、電気回路上に設けられた素子とを備える。フレキシブルプリント基板は、互いに隣接する第1固定部および第2固定部を含む固定位置において樹脂プレートに固定される。
1つの局面では、第1固定部と第2固定部とは、積層方向に沿って第1の距離(L1)だけ離間し、素子は、第1固定部または第2固定部から積層方向に沿って第1の距離(L1)の1/3以下の第2の距離(L2)だけ離間する位置に設けられる。
他の局面では、素子は、第1固定部および第2固定部において固定されたフレキシブルプリント基板を1次振動モードで振動させたときの第1固定部および第2固定部の間における最大振幅点から第1固定部または第2固定部までの積層方向に沿う距離の半分以下の距離だけ第1固定部または第2固定部から積層方向に沿って離れた位置に設けられる。
本技術によれば、フレキシブルプリント基板上に設けられた素子および半田接続部の応力が低減され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。 変形例に係る凸部近傍の断面図である。 他の変形例に係る凸部近傍の断面図である。 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。 固定部近傍に設けられた電気回路および素子を示す図である。 素子を設ける位置について説明するための図である。
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10,図11,図13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、変形例に係る突起440近傍の断面図である。図10に示す例においては、突起440の先端にカシメ部440Aが形成される。カシメ部440Aは、たとえば熱カシメにより形成される。カシメ部440Aによりフレキシブルプリント基板510はプレート部材400に固定される。図10の例において、カバー部材700の筒状突起720は必ずしも必要ない。
図11は、他の変形例に係る突起440近傍の断面図である。図11に示す例においては、突起440の外周部に固定部材440Bが設けられる。固定部材440Bは、フレキシブルプリント基板510をプレート部材400に固定する。図11の例においても、カバー部材700の筒状突起720は必ずしも必要ない。
図12は、カバー部材の筒状突起を示す斜視図である。図12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13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13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。
図14は、第2突起452の近傍に設けられた電気回路511および素子512を示す図である。図14に示すように、電気回路511は、Y軸方向に延びる部分を有する。素子512は、Y軸方向に延びる電気回路511上に設けられ、半田付けで接続されている。素子512を設ける位置は、電気回路511上において適宜変更可能であり、Y軸方向に延びる部分に限定されない。素子512は、たとえば、ヒューズ素子または抵抗素子であるが、素子512はこれらに限定されない。
次に、図15を用いて、素子512を設ける位置について説明する。フレキシブルプリント基板510は、第1突起451(第1固定部)および第2突起452(第2固定部)においてプレート部材400に固定される。フレキシブルプリント基板510は、第1突起451および第2突起452以外の箇所においてもプレート部材400に固定され得る。図15に示すように、Y軸方向に沿った断面において、第1突起451および第2突起452の間にフレキシブルプリント基板510の固定部は存在しない。すなわち、第1突起451および第2突起452は、互いに隣接する固定部である。
第1突起451と第2突起452とは、Y軸方向に沿ってL1(第1の距離)だけ離間している。図15の例において、素子512は、第2突起452の近傍に設けられている。第2突起452と素子512とは、Y軸方向に沿ってL2(第2の距離)だけ離間している。
L2(第2の距離)は、L1(第1の距離)の距離の1/3以下程度、好ましくは1/4以下程度である。換言すると、素子512は、第1突起451(第1固定部)および第2突起452(第2固定部)において固定されたフレキシブルプリント基板510を1次振動モードで振動させたときの最大振幅点513から第1突起451または第2突起452までのY軸方向に沿う距離の半分以下の距離だけ第1突起451または第2突起452からY軸方向に沿って離れた位置に設けられることが好ましい。なお、図15の例では、最大振幅点513は第1突起451と第2突起452との間隔の中央に位置するが、フレキシブルプリント基板510の形状により最大振幅点513の位置は変動し得る。
このように、フレキシブルプリント基板510の固定部の近傍に素子512を設けることにより、外部振動に起因してフレキシブルプリント基板510がZ軸方向に振動した場合にも、フレキシブルプリント基板510上に設けられた素子512および半田接続部の応力が過度に増大することを抑制できる。すなわち、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の振動時の素子512および半田接続部の応力低減を図ることが可能である。
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 突起、440A カシメ部、440B 固定部材、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、512 素子、513 最大振幅点、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 (9)

  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、
    前記電気回路上に設けられた素子とを備え
    前記電気回路は前記積層方向に延びる部分を有し、前記素子は前記積層方向に延びる前記電気回路上に設けられ、
    前記フレキシブルプリント基板は、互いに隣接する第1固定部および第2固定部を含む固定位置において前記樹脂プレートに固定され、
    前記第1固定部の前記積層方向の中心と前記第2固定部の前記積層方向の中心とは、前記積層方向に沿って第1の距離(L1)だけ離間し、
    前記素子の前記積層方向の中心は、前記第1固定部の前記積層方向の中心または前記第2固定部の前記積層方向の中心から前記積層方向に沿って前記第1の距離(L1)の1/3以下の第2の距離(L2)だけ離間する位置に設けられる、蓄電モジュール。
  2. 前記第2の距離(L2)は、前記第1の距離(L1)の1/4以下である、請求項1に記載の蓄電モジュール。
  3. 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、
    前記電気回路上に設けられた素子とを備え
    前記電気回路は前記積層方向に延びる部分を有し、前記素子は前記積層方向に延びる前記電気回路上に設けられ、
    前記フレキシブルプリント基板は、互いに隣接する第1固定部および第2固定部を含む固定位置において前記樹脂プレートに固定され、
    前記素子の前記積層方向の中心は、前記第1固定部および前記第2固定部において固定された前記フレキシブルプリント基板を1次振動モードで振動させたときの前記第1固定部および前記第2固定部の間における最大振幅点から前記第1固定部の前記積層方向の中心または前記第2固定部の前記積層方向の中心までの前記積層方向に沿う距離の半分以下の距離だけ前記第1固定部の前記積層方向の中心または前記第2固定部の前記積層方向の中心から前記積層方向に沿って離れた位置に設けられる、蓄電モジュール。
  4. 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をさらに備え、
    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、
    前記第1固定部および前記第2固定部は、2つの前記筒状突起により構成される、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4に記載の蓄電モジュール。
  6. 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5に記載の蓄電モジュール。
  7. 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、
    前記凸部を前記フレキシブルプリント基板にカシメることにより前記第1固定部または前記第2固定部が形成される、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。
  8. 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、
    前記凸部の外周部に設けられ、前記フレキシブルプリント基板を前記樹脂プレートに固定する固定部材をさらに備え、
    前記固定部材により前記第1固定部または前記第2固定部が形成される、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。
  9. 前記素子は、ヒューズ素子または抵抗素子である、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の蓄電モジュール。
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