JP7273784B2 - 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。
蓄電モジュールの構成を開示した先行文献として、特開2019-135687号公報(特許文献1)がある。特許文献1に記載された蓄電モジュールは、複数の蓄電セルと、排煙ダクトと、フレキシブルプリント基板と、カバーとを備える。複数の蓄電セルの各々は、互いにバスバーによって接続されている。排煙ダクトは、複数の蓄電セルを覆い、排煙ダクトの表面から突出した突起部を含む。フレキシブルプリント基板は、排煙ダクトの表面上に配置され、突起部に係合された係合部と、係合部の隣に位置してバスバーに接続された分岐部とを含む。カバーは、排煙ダクト上に設けられ、フレキシブルプリント基板を押圧し得る押圧片を有する。フレキシブルプリント基板は、押圧片により排煙ダクト側に押圧され、係合部に突起部が係合された状態で排煙ダクトに沿って位置が固定されている。
特開2019-135687号公報
サーミスタ素子を用いて蓄電セルの温度を検出する場合がある。この場合、蓄電セルに対するサーミスタ素子の位置のばらつきによってサーミスタ素子の検出精度が低下することがある。
本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、蓄電セルに対するサーミスタ素子の位置決め精度を向上させることができる、蓄電モジュールを提供することを目的とする。
本技術に基づく蓄電モジュールは、積層体と、樹脂プレートと、フレキシブルプリント基板と、サーミスタ素子と、カバー部材とを備える。積層体は、複数の蓄電セルが積層されている。樹脂プレートは、積層体上に載置されている。フレキシブルプリント基板は、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た電気回路を有する。サーミスタ素子は、電気回路上に設けられ、複数の蓄電セルのうちの1つの蓄電セルに接触して蓄電セルの温度を検出する。カバー部材は、樹脂プレート上に設けられ、フレキシブルプリント基板を覆う。樹脂プレートは、サーミスタ素子と蓄電セルとが互いに接触する位置に開口部を有する。フレキシブルプリント基板は、樹脂プレートの開口部上に延出した延出片部、および、延出片部に隣接して延出片部より幅広の根元部を有する。サーミスタ素子は、延出片部上に配置されている。カバー部材は、樹脂プレート側に突出して、延出片部を押し曲げてサーミスタ素子を蓄電セルに押しつける突出部を有する。根元部は、樹脂プレートに固定されている。
本技術によれば、蓄電セルに対するサーミスタ素子の位置決め精度を向上させることができる。
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。 サーミスタ素子近傍を示す斜視図である。 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サーミスタ素子周辺の断面図である。 配線モジュールにカバー部材を取り付けた状態の根元部近傍を示す断面図である。 第1変形例に係る根元部近傍の断面図である。 第2変形例に係る根元部近傍の断面図である。
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。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上にフレキシブルプリント基板500が設けられる。フレキシブルプリント基板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、フレキシブルプリント基板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、フレキシブルプリント基板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、開口部420,430と、突起部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。
開口部420は、積層された複数の電池セル100のうちY軸方向の端に位置する電池セル100における、電極端子110とガス排出弁130との間の位置の、上方に位置する。開口部430は、複数の電池セル100の各々の電極端子110の上方に位置する。
突起部440は、フレキシブルプリント基板500を貫通する。これにより、フレキシブルプリント基板500の位置決めが行われる。突起部440は、第1突起部441と第2突起部442とを含む。第1突起部441は、後述するサーミスタ素子の位置決めに使用される。第2突起部442は、コネクタ600の位置決めに使用される。
突起部450は、Y軸方向にならぶように複数形成される。複数の突起部450は、フレキシブルプリント基板500を貫通する。突起部450の数は、任意に変更可能である。
フレキシブルプリント基板500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500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。
フレキシブルプリント基板500には、電極端子110と電気的に接続されるバスバー接合部530が設けられている。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500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。
コネクタ600は、フレキシブルプリント基板500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500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。
フレキシブルプリント基板500は、本体部510と、変位吸収部520とを含む。変位吸収部520は、フレキシブルプリント基板500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。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。
フレキシブルプリント基板500には、Y軸方向にならぶように複数の長孔540が形成される。長孔540の数は、任意に変更可能である。複数の長孔540の各々には、複数の突起部450の各々が1対1で対応して挿通される。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っている。このようにすることで、フレキシブルプリント基板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。
フレキシブルプリント基板500の電気回路上に、サーミスタ素子550が設けられている。サーミスタ素子550は、フレキシブルプリント基板500の電気回路と電気的に接続されている。サーミスタ素子550は、組電池1における複数の電池セル100のうちのY軸方向の端に位置する1つの電池セル100上に配置される。サーミスタ素子550は、開口部420を通じて上記1つの電池セル100に接触してこの電池セル100の温度を検出する。これにより、サーミスタ素子550は、組電池1における最も温度が低い電池セル100の温度を検出する。なお、サーミスタ素子550によって、組電池1における最も温度が高い電池セル100の温度を検出してもよいし、複数のサーミスタ素子550を用いて、複数の電池セル100の温度を検出してもよい。
図6は、サーミスタ素子近傍を示す斜視図である。図6に示すように、プレート部材400における開口部420は、サーミスタ素子550と電池セル100とが互いに接触する位置に配置される。
フレキシブルプリント基板500は、延出片部560と、板状部材580と、根元部590とをさらに含む。延出片部560は、本体部510からプレート部材400の開口部420上に延出している。フレキシブルプリント基板500の電気回路570の一部は、延出片部560上に設けられ、サーミスタ素子550に接続されている。
サーミスタ素子550は、延出片部560上に配置されている。サーミスタ素子550は、2つの素子が並列に電気回路570に接続されている。これにより、サーミスタ素子550は、2つの素子の合成された抵抗値を有するため、1つの素子のみで温度を検出する場合と比較して、検出温度のばらつきが低減される。なお、サーミスタ素子550は、2つの素子を並列接続した構成に限られず、1つの素子から構成されていてもよい。また、2つの素子において、一方の素子(根元部590側)をコンデンサ素子とし、他方の素子をサーミスタ素子とする構成であってもよい。この構成によれば、コンデンサ素子でノイズを除去することによって、サーミスタ素子550により正確な温度を検出できる。
板状部材580は、延出片部560のサーミスタ素子550側とは反対側に設けられている。板状部材580は、サーミスタ素子550と電池セル100との間の熱伝導性を向上するとともにフレキシブルプリント基板500へのサーミスタ素子550の実装を容易にするために設けられる。板状部材580は、たとえばアルミニウムで形成されている。
根元部590は、本体部510の端部であり、延出片部560に隣接している。根元部590において、第1突起部441は、フレキシブルプリント基板500を貫通している。
根元部590は、延出片部560より幅広である。具体的には、根元部590は、X軸方向において幅寸法L1を有している。延出片部560は、X軸方向において幅寸法L2を有している。幅寸法L2に対する幅寸法L1の比率は、たとえば、2倍以上3倍以下である。なお、幅寸法L2に対する幅寸法L1の比率は、延出片部560がZ軸方向に曲がりやすくなっていれば、必ずしも2倍以上3倍以下である必要はない。
図7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500を覆うようにプレート部材400上に設けられる。図7に示すように、カバー部材700は、本体710と、突起720と、突出部730とを含む。
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500に向けて突出する。突起720は、筒状の形状を有している。
突出部730は、プレート部材400側に突出している。突出部730は、Z軸方向において、サーミスタ素子550と並ぶ位置に設けられている。
突出部730は、本体710に接着されている。突出部730は、たとえばスポンジなどの樹脂製発泡体である。なお、突出部730は、少なくともZ軸方向に弾性変形することが可能であればよく、ゴムまたは樹脂ばねなどの他の樹脂製弾性体であってもよいし、金属製弾性体であってもよい。
図8は、配線モジュールにおけるサーミスタ素子周辺の断面図である。図8に示すように、突出部730は、Z軸方向において、カバー部材700とサーミスタ素子550との間に位置して、延出片部560を押し曲げてサーミスタ素子550を電池セル100に押しつける。具体的には、突出部730は、サーミスタ素子550を押圧し、サーミスタ素子550とともに延出片部560および板状部材580を電池セル100に押しつける。これにより、板状部材580は、電池セル100に密着する。
図9は、配線モジュールにカバー部材を取り付けた状態の根元部近傍を示す断面図である。図9に示すように、カバー部材700の突起720は、フレキシブルプリント基板500に当接する。具体的には、突起720の当接面720Aがフレキシブルプリント基板500に当接する。これにより、根元部590は、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向においてプレート部材400に固定されている。
突起720がフレキシブルプリント基板500に当接する際、第1突起部441は、突起720の内部に収納される。フレキシブルプリント基板500の電気回路570は、突起720の当接面720Aよりも外周側に設けられているため、電気回路570と突起720とが干渉することはない。
本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、幅広の根元部590から開口部420上に延出している延出片部560上にサーミスタ素子550を配置し、根元部590をプレート部材400に固定した状態で、延出片部560を押し曲げてサーミスタ素子550を電池セル100に押しつけることにより、延出片部560の折れ曲がり起点および折れ曲がり方向を一定に維持することが可能となるため、電池セル100に対するサーミスタ素子550の位置決め精度を向上させることができる。
本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、根元部590を突起720の当接により固定することによって、電池セル100に対するサーミスタ素子550の位置決め精度を簡易に向上させることができる。なお、サーミスタ素子550の検出精度が低下しない程度の根元部590の固定構造として、突起720の当接面720Aとフレキシブルプリント基板500との間に若干の隙間(1mm以内)が設けられていてもよい。この構造によっても、根元部590のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の位置ズレを抑制することができるため、電池セル100に対するサーミスタ素子550の位置決め精度を向上させることができる。
以下、本技術の実施の形態の第1変形例について説明する。図10は、第1変形例に係る根元部近傍の断面図である。図10に示すように、プレート部材400は、フレキシブルプリント基板500を貫通する第1突起部441を含んでいる。
第1突起部441の先端には、カシメ部441Aが形成されている。カシメ部441Aは、たとえば熱カシメにより形成される。第1突起部441がカシメられることにより、根元部590がプレート部材400に固定される。本変形例において、カバー部材700の突起720は必ずしも必要ない。
本実施の形態の第1変形例に係る蓄電モジュールにおいては、根元部590を第1突起部441のカシメにより固定することによって、電池セル100に対するサーミスタ素子550の位置決め精度を簡易に向上させることができる。
以下、本技術の実施の形態の第2変形例について説明する。図11は、第2変形例に係る根元部近傍の断面図である。図11に示すように、プレート部材400は、フレキシブルプリント基板500を貫通する第1突起部441を含んでいる。
第1突起部441の外周部に、環状の固定部材441Bが嵌合している。固定部材441Bは、根元部590をプレート部材400に固定する。具体的には、固定部材441Bは、第1突起部441の外径より小さい内径を有し、固定部材441Bが第1突起部441に圧入されることによって、根元部590をプレート部材400に固定する。本変形例においても、カバー部材700の突起720は必ずしも必要ない。
本実施の形態の第2変形例に係る蓄電モジュールにおいては、根元部590を第1突起部441と固定部材441Bとの嵌合により固定することによって、電池セル100に対するサーミスタ素子550の位置決め精度を簡易に向上させることができる。
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 開口部、440,450 突起部、441 第1突起部、441A カシメ部、441B 固定部材、442 第2突起部、500 フレキシブルプリント基板、510 本体部、520 変位吸収部、530 バスバー接合部、540 長孔、550 サーミスタ素子、560 延出片部、570 電気回路、580 板状部材、590 根元部、600 コネクタ、700 カバー部材、710 本体、720 突起、720A 当接面、730 突出部。

Claims (4)

  1. 複数の蓄電セルを積層した積層体と、
    前記積層体上に載置された樹脂プレートと、
    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た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、前記複数の蓄電セルのうちの1つの蓄電セルに接触して該蓄電セルの温度を検出するサーミスタ素子と、
    前記樹脂プレート上に設けられ、前記フレキシブルプリント基板を覆うカバー部材とを備え、
    前記樹脂プレートは、前記サーミスタ素子と前記蓄電セルとが互いに接触する位置に開口部を有しており、
    前記フレキシブルプリント基板は、本体部と、前記樹脂プレートの前記開口部上に延出した延出片部と、前記本体部の端部に位置し、かつ前記延出片部に隣接して前記延出片部より幅広の根元部を有し、
    前記延出片部は、前記根元部に対して前記本体部とは反対側に位置しており、
    前記サーミスタ素子は、前記延出片部上に配置されており、
    前記カバー部材は、樹脂プレート側に突出して、前記延出片部を押し曲げて前記サーミスタ素子を前記蓄電セルに押しつける突出部を有し、
    前記根元部は、前記樹脂プレートに固定されている、蓄電モジュール。
  2. 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突起を有し、
    前記突起が前記フレキシブルプリント基板に当接することにより、前記根元部が前記樹脂プレートに固定されている、請求項1に記載の蓄電モジュール。
  3. 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突起部を含み、
    前記突起部がカシメられることにより、前記根元部が前記樹脂プレートに固定されている、請求項1または請求項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を貫通する突起部を含み、
    前記突起部の外周部に設けられ、前記根元部を前記樹脂プレートに固定する固定部材をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の蓄電モジュール。
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