JP7273784B2 - 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。

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とを有し、
   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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