JPWO2018155158A1 - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
電池モジュール(10)は、複数の円筒形電池(11)と、配線基板(20)と、複数の正極側集電部材(30)と、複数の負極側集電部材(40)とを備える。配線基板(20)は、配線パターンが複数層に分かれて形成される複層構造の配線基板であって、正極側配線パターン(23)と、負極側配線パターン(24)とを有する。各配線パターンは、配線基板(20)の異なる層として形成されている。各正極側集電部材(30)は、各円筒形電池(11)の正極外部端子として機能する封口体(13)と正極側配線パターン(23)とをそれぞれ電気的に接続する。各負極側集電部材(40)は、各円筒形電池(11)の負極外部端子として機能するケース本体(12)と負極側配線パターン(24)とをそれぞれ電気的に接続する。
Description
本開示は、電池モジュールに関する。
従来、特に電動車、ハイブリッド車等の車両、電動工具、蓄電システムなどの用途に適用される電池モジュールでは、多くの電池を接続して、高容量化、高出力化を図っている。例えば、特許文献1には、円筒形電池の正極および負極にそれぞれ集電部材を接続して、複数の円筒形電池を並列接続した電池モジュールが開示されている。
ところで、各円筒形電池に取り付けられる正極側および負極側の各集電部材は、一般的に各円筒形電池の軸方向一端面および他端面に対して個別に溶接される。このため、従来の電池モジュールでは、各円筒形電池の軸方向両側に集電部材、絶縁部材等をそれぞれ設ける必要がある。
本開示の一態様である電池モジュールは、発電要素を収容する有底円筒形状のケース本体と、ケース本体の開口を塞ぐ封口体とで構成される電池ケースをそれぞれ有し、封口体を同じ方向に向けた状態で配置された複数の円筒形電池を備える電池モジュールであって、複数の円筒形電池を覆うように封口体側に設けられ、配線パターンが複数層に設けられた配線基板と、複数の円筒形電池の第1外部端子として機能する封口体にそれぞれ電気的に接続される複数の第1集電部材と、複数の円筒形電池の第2外部端子として機能するケース本体にそれぞれ電気的に接続される複数の第2集電部材と、複数の第1集電部材をそれぞれ電気的に接続する配線基板の一方側配線パターンと、複数の第2集電部材をそれぞれ電気的に接続する配線基板の他方側配線パターンとを備え、一方側配線パターンと他方側配線パターンとは、配線基板の異なる層に設けられていることを特徴とする。
本開示の一態様である電池モジュールにおいて、第2集電部材は、ケース本体に形成された凹部に係合する係合爪と、他方側配線パターンに接合される接続片とを有するリング状部材であることが好ましい。さらに、第1集電部材は、円筒形電池の軸方向に弾性変形する部材であって、第2集電部材の係合爪が円筒形電池の凹部にそれぞれ係合した状態で、封口体に付勢されることが好ましい。
本開示の一態様である電池モジュールによれば、円筒形電池の軸方向両側に集電部材、絶縁部材等を設ける必要がなく、例えば生産性の向上、構造の簡素化、材料コストの低減、電池の冷却性能の向上等を図ることができる。
また、従来の電池モジュールでは、集電部材を取り付ける際の溶接工数が多く、溶接不良によるロスも発生し易くなるが、第2集電部材に上記リング状部材を適用し、第1集電部材が封口体に付勢される構成とすれば、このような問題も解消される。本構成によれば、集電部材と電池ケースとを溶接する必要がないため、モジュール廃棄時における円筒形電池の回収が容易である。
以下、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示の電池モジュールは以下で説明する実施形態に限定されない。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであるから、図面に描画された構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。
以下では、説明の便宜上、円筒形電池の軸方向を「上下方向」とし、封口体側を「上」とする。また、配線基板の面に沿った互いに直交する二方向を、「縦方向」、「横方向」とする。図1等には、上下方向を矢印α、縦方向を矢印β、横方向を矢印γで示す。
[第1の実施形態]
以下、図1〜図6を参照しながら、第1の実施形態である電池モジュール10について詳細に説明する。
以下、図1〜図6を参照しながら、第1の実施形態である電池モジュール10について詳細に説明する。
図1は、電池モジュール10の分解斜視図である。図1に例示するように、電池モジュール10は、発電要素を収容する有底円筒形状のケース本体12と、ケース本体12の開口を塞ぐ封口体13とで構成される電池ケース14をそれぞれ有する複数の円筒形電池11を備える。複数の円筒形電池11は、封口体13を同じ方向に向けた状態で配置されている。電池モジュール10は、例えば図示しないモジュールケースを備え、複数の円筒形電池11等は当該モジュールケース内に収容されている。
電池モジュール10は、複数の円筒形電池11を覆うように封口体13側に設けられた配線基板20と、複数の正極側集電部材30(第1集電部材)と、複数の負極側集電部材40(第2集電部材)とを備える。配線基板20は、配線パターンが複数層に形成される複層構造の基板(多層配線基板)により構成され、正極側配線パターン23(一方側配線パターン)と、負極側配線パターン24(他方側配線パターン)とが相違する層に形成されている。また、配線基板20は、複数の円筒形電池11の封口体13をそれぞれ露出させる複数の貫通孔26を有する。
電池モジュール10では、1枚の配線基板20を各円筒形電池11の軸方向一方側(上側)に取り付けることで、正極側および負極側の両方の電気的接続が可能である。さらに、各集電部材と電池ケース14を溶接する必要もない。かかる優れた効果を実現するための電池モジュール10の構成について、以下詳細に説明する。
電池モジュール10に搭載される複数の円筒形電池11は、互いに並列接続されていることが好ましい。電池モジュール10は、円筒形電池11が並列接続されてなる並列ブロックを複数有していてもよい。本実施形態では、複数の円筒形電池11が、第1の並列ブロックAと、第2の並列ブロックBとに分類される。また、第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとが、直列接続されている。なお、電池モジュール10に含まれる並列ブロックの数は特に限定されず、各並列ブロックを構成する円筒形電池11の数も特に限定されない。
以下、第1の並列ブロックAを構成する6個の円筒形電池11を「円筒形電池11A」、第2の並列ブロックBを構成する6個の円筒形電池11を「円筒形電池11B」とする。円筒形電池11A,11Bには同種の電池を用いるものとする。また、各正極側集電部材30および各負極側集電部材40についても、同じ形状、同じ寸法を有するものとして説明する。
円筒形電池11を構成する発電要素は、例えば正極と負極がセパレータを介して巻回されてなる巻回構造の電極体と、非水電解質とを有する。円筒形電池11の一例は、リチウムイオン電池である。電池ケース14は、ケース本体12と、封口体13とで構成される金属製ケースである。ケース本体12と封口体13との間には、ガスケットが設けられ、電池ケース14内の密閉性が確保されると共に、ケース本体12と封口体13とが絶縁されている。
円筒形電池11は、ケース本体12に形成された溝15を有する。溝15は、例えばケース本体12の側面部を外側からプレスして形成された凹部であって、ケース本体12の周方向に沿って環状に形成されている。ケース本体12は、溝15が形成された部分が内側に張り出していてもよい。封口体13は、例えばガスケットを介して当該張り出し部の上面に載せられ、ケース本体12の開口側の端部(上端部)に取り付けられる。
封口体13は、電池ケース14内の圧力がある閾値まで上昇したときに破断する安全弁を有することが好ましい。封口体13の安全弁からガスが噴出した場合、配線基板20の貫通孔26および図示しない排気ダクトを通って電池モジュール10の外部にガスが排出される。
本実施形態では、正極に接続された正極リードが封口体13の下面(内面)に溶接され、負極に接続された負極リードがケース本体12の底部内面に溶接される。このため、封口体13が正極外部端子(第1外部端子)として機能し、ケース本体12が負極外部端子(第2外部端子)として機能する。但し、円筒形電池11は、ケース本体12が正極外部端子として機能し、封口体13が負極外部端子として機能するように構成されていてもよい。この場合は、図1に例示する複数のバー状部材が負極側集電部材となり、複数のリング状部材が正極側集電部材となる。
正極側集電部材30は、円筒形電池11の正極外部端子として機能する封口体13に電気的に接続される。また、複数の正極側集電部材30は、配線基板20の正極側配線パターン23に電気的に接続される。すなわち、各正極側集電体30によって各円筒形電池11の封口体13と配線基板20の正極側配線パターン23とが電気的に接続され、正極側配線パターン23によって複数の円筒形電池11の正極同士が接続される。正極側集電部材30は、上下方向に弾性変形するバー状の部材であって、負極側集電部材40の後述する係合爪42がケース本体12に形成された溝15に係合した状態で、円筒形電池11の封口体13に付勢される。正極側集電部材30が上下方向にある程度撓むことバネ力が得られ、封口体13を押圧することが可能となる。このため、正極側集電部材30を封口体13に溶接しなくても良好な電気的接続が確保される。
正極側集電部材30は、ベース部31と、封口体13に押し付けられる凸部32と、配線基板20の後述する集電パッド25に接合される接続部33とを有する。ベース部31は、平面視において略一定の幅を有する細長いバー状に形成されている。凸部32はベース部31の長手方向中央部に形成され、接続部33はベース部31の長手方向両端部に形成されている。例えば、凸部32はベース部31を略V字状に折り曲げて、接続部33はベース部31を略L字状に折り曲げてそれぞれ形成される。正極側集電部材30は、配線基板20に対して、凸部32の先端が円筒形電池11側を向くように取り付けられる。
負極側集電部材40は、円筒形電池11の負極外部端子として機能するケース本体12に電気的に接続される。また、複数の負極側集電体40は、配線基板20の負極側配線パターン24に電気的に接続される。すなわち、各負極側集電体40によって各円筒形電池11のケース本体12と配線基板20の負極側配線パターン24とが電気的に接続され、負極側配線パターン24によって複数の円筒形電池11の負極同士が接続される。負極側集電部材40は、円環状の環状ベース部41と、円筒形電池11のケース本体12に形成された溝15に係合する係合爪42と、配線基板20の負極側配線パターン24に接合される接続片43とを有するリング状部材である。係合爪42は、環状ベース部41の径方向外側端部から下方に延び、下端部が内側に曲がっている。接続片43は、環状ベース部41の径方向外側端部から径方向外側に突出している。
係合爪42および接続片43は、複数設けられることが好ましい。本実施形態では、係合爪42および接続片43が環状ベース部41の周方向に交互に設けられている。これらは、環状ベース部41の周方向に略等間隔で同数(6個ずつ)設けられているが、個数、配置等はこれに限定されない。負極側集電部材40の直径は、接続片43が形成された部分で貫通孔26の直径よりも大きくなっている。一方、環状ベース部41の直径は貫通孔26の直径よりも小さく、環状ベース部41および係合爪42は貫通孔26に挿入可能である。
以下、図2〜図6を参照しながら、配線基板20の各配線パターンと、当該各配線パターンと各集電部材との接続形態について、さらに詳説する。図2および図6は、電池モジュール10の平面図である。図6では、図2の一部を拡大すると共に、正極側配線パターン23を併せて示す。図3は、図2中のAA線断面の一部を示す図である。図4は配線基板20の背面図、図5は図4の一部を拡大して示す図である。
図2および図3に示すように、配線基板20は、基板21と、基板21の上面に形成された負極側配線パターン24とを有する。配線基板20は、平面視略正方形状を有するが、配線基板20の平面視形状は特に限定されない。負極側配線パターン24には、第1の並列ブロックAに対応する第1配線パターン24Aと、第2の並列ブロックBに対応する第2配線パターン24Bとが含まれる。第1配線パターン24Aは6個の円筒形電池11Aの負極同士を電気的に接続するためのパターン、第2配線パターン24Bは6個の円筒形電池11Bの負極同士を電気的に接続するためのパターンであって、互いに電気的に分離されている。
負極側配線パターン24は、例えば銅、アルミニウムなどを主成分とする金属材料で構成される。負極側配線パターン24は、蒸着、スパッタリング、メッキ等によって基板21の上面に金属層を形成した後、当該金属層をパターニングして形成できる。正極側配線パターン23、集電パッド25、および各集電部材についても、負極側配線パターン24と同様の金属材料で構成される。
配線基板20は、基板21の下面側に積層された基板22を有する。配線基板20は、上から順に、負極側配線パターン24、基板21、正極側配線パターン23の第1配線パターン23A(図4参照)、基板22、および正極側配線パターン23の第2配線パターン23B(図4参照)が積層された構造を有する。すなわち、配線基板20には、配線パターンを構成する金属層が3層形成されており、正極側配線パターン23を構成する金属層が2層に分かれて形成されている。配線基板20は、正極側および負極側の配線パターンが互いに異なる層に分かれて形成される複層構造の配線基板である。詳しくは後述するが、本実施形態では第1配線パターン23Aと第2配線パターン23Bとが配線基板20の厚み方向に重なるため、基板22を設けて両配線パターンを絶縁している。
基板21,22は、絶縁性を有する基板であればよいが、加工性、軽量性等の観点から樹脂基板であることが好ましい。好適な基板21,22の例としては、樹脂成分としてエポキシ樹脂を含有するガラス繊維強化プラスチックが挙げられる。基板21,22のそれぞれの厚みは、例えば0.2mm〜2mmである。
電池モジュール10は、配線基板20の上面に形成され、配線基板20を貫通して配線基板20の下面側に形成される正極側配線パターン23と電気的に接続される複数の集電パッド25を備えることが好ましい。複数の集電パッド25のそれぞれには、複数のスルーホール接続部27が形成されている。集電パッド25は、スルーホール接続部27によって正極側配線パターン23と電気的に接続される。
集電パッド25には、正極側配線パターン23の第1配線パターン23Aに接続される集電パッド25Aと、正極側配線パターン23の第2配線パターン23Bに接続される集電パッド25Bとが含まれる。すなわち、一部のスルーホール接続部27は基板21を貫通して第1配線パターン23Aにつながり、残りのスルーホール接続部27は基板21,22を貫通して第2配線パターン23Bにつながっている。
基板21の上面には、正極側集電部材30および負極側集電部材40が接合される。具体的には、正極側集電部材30の接続部33が集電パッド25に接合され、負極側集電部材40の接続片43が負極側配線パターン24に接合される。集電パッド25を形成することで、各集電部材を配線基板20の同じ面に接合できる。各集電部材は、例えば配線基板20に半田付けされる。但し、電池モジュール10では、集電部材付きの配線基板20と各円筒形電池11との接続時に半田付けは不要である。
配線基板20には、上述のように、複数の貫通孔26が形成されている。貫通孔26は、円筒形電池11と同数形成され、円筒形電池11からガスが噴出したときにガスの排出経路となる。また、貫通孔26は、円筒形電池11および負極側集電部材40がそれぞれ挿通可能なサイズで形成される。円筒形電池11の上端部、負極側集電部材40の環状ベース部41、および貫通孔26は、例えば平面視略真円形状を有し、それらの直径は、円筒形電池11の上端部<環状ベース部41<貫通孔26である。円筒形電池11は、負極側集電部材40が取り付けられる上端部が、他の部分に比べて縮径した形状を有する。
複数の貫通孔26は、配線基板20の横方向に3個ずつ合計12個形成されている。3個の貫通孔26は、横方向に一列に並んで形成されているが、縦方向に隣り合う貫通孔26同士は千鳥状に形成されている。複数の円筒形電池11は、負極側集電部材40が取り付けられる上端部が各貫通孔26にそれぞれ挿通された状態で、各貫通孔26の下に配置される。すなわち、複数の円筒形電池11は千鳥状に配置される。円筒形電池11の上端部だけを小さくし、各円筒形電池11を千鳥状に詰めて配置することで、電池モジュール10の体積エネルギー密度を高めることができる。
負極側配線パターン24および集電パッド25は、複数の貫通孔26の周縁部に形成されている。また、正極側配線パターン23も、複数の貫通孔26の周縁部に形成されている。そして、正極側集電部材30および負極側集電部材40は、各貫通孔26の周縁部で対応する配線パターンと電気的に接続される。
配線基板20には、基板21の上面の横方向一方側に第1配線パターン24Aが、横方向他方側に第2配線パターン24Bがそれぞれ形成されている。第1配線パターン24Aおよび第2配線パターン24Bには、6個の貫通孔26の周縁部にわたり連続して形成された1つの大きなパターンがそれぞれ存在する。また、第1配線パターン24Aおよび第2配線パターン24Bのうち、円筒形電池11A,11Bの間に形成される部分など、一部については互いに接触しないように小さな島状に形成されている。
各負極側集電部材40の接続片43は、各貫通孔26の周縁部で負極側配線パターン24にそれぞれ接合されている。各負極側集電部材40は、第1配線パターン24Aおよび第2配線パターン24Bのいずれか一方のみに接合される。また、各正極側集電部材30についても、集電パッド25A,25Bのいずれか一方のみに接合される。
各負極側集電部材40は、係合爪42を下方に向けた状態で各貫通孔26にそれぞれ挿入され、各貫通孔26から下方に突き出した係合爪42が各ケース本体12の溝15に係合している。係合爪42の下端部は内側に折れ曲がっており、この折れ曲がった下端部が溝15に引っ掛かっている。係合爪42は環状ベース部41の周方向に複数設けられているため、負極側集電部材40は、複数の係合爪42によってケース本体12にしっかり固定される。このため、負極側集電部材40とケース本体12との良好な電気的接続が得られる。
集電パッド25は、貫通孔26の周縁部において、貫通孔26の径方向に並んで2個形成されている。正極側集電部材30は、貫通孔26の径方向中央の上方を通って貫通孔26の両側に架け渡され、長手方向両端部の各接続部33が2個の集電パッド25にそれぞれ接合される。本実施形態では、全ての集電パッド25Aと、2個の集電パッド25Bとが、負極側配線パターン24との間に隙間をあけて形成されているが、4個の集電パッド25Bは負極側配線パターン24の第1配線パターン24Aとつながって形成されている。
詳しくは後述するが、第1配線パターン24Aと、集電パッド25Bに接合される正極側集電部材30とが電気的に接続されることで、第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとが直列接続される。また、配線基板20には、第1配線パターン24Aと、正極側配線パターン23の第2配線パターン23Bとを電気的に接続するスルーホール接続部28が形成されている。
正極側集電部材30は、負極側集電部材40と接触しないように、負極側集電部材40を跨いで設けられている。集電パッド25に接合される接続部33は、ベース部31の長手方向両端部を下方に折り曲げて形成されるため、ベース部31の長手方向両端部から離れた部分は、接続部33よりも上方に位置する。このため、接続部33を集電パッド25に接合した状態で、ベース部31が環状ベース部41を跨ぐことができる。
他方、正極側集電部材30は、接続部33が集電パッド25に接合され、負極側集電部材40の係合爪42が円筒形電池11の溝15に係合した状態で、円筒形電池11の封口体13と接触する。正極側集電部材30の長手方向中央部には、接続部33よりも下方に突出した凸部32が形成されているため、この凸部32が封口体13と接触する。正極側集電部材30は、上下方向に弾性変形するバー状の部材であるから、そのバネ力によって凸部32は封口体13に強く押し付けられる。このため、正極側集電部材30と封口体13との良好な電気的接続が得られる。
図4および図5に示すように、配線基板20は、基板22の下面に形成された正極側配線パターン23の第2の並列ブロックBに対応する第2配線パターン23Bを有する。また、配線基板20は、基板21と基板22の間に形成された正極側配線パターン23の第1の並列ブロックAに対応する第1配線パターン23Aを有する。第1配線パターン23Aは、基板21の下面に形成されてもよいし、基板22の上面に形成されてもよい。
第1配線パターン23Aは6個の円筒形電池11Aの正極同士を電気的に接続し、第2配線パターン23Bは6個の円筒形電池11Bの正極同士を電気的に接続する。第1配線パターン23Aおよび第2配線パターン23Bのそれぞれは、6個の貫通孔26の周縁部にわたってつながって形成されており、負極側配線パターン24のように島状の小さなパターンを含まない。
本実施形態では、第1配線パターン23Aの一部と、第2配線パターン23Bの一部とが配線基板20の厚み方向に重なっている。このため、第1配線パターン23Aと第2配線パターン23Bとの絶縁を確保するために、両パターンの間に基板22が介在している。基板22を介して第2配線パターン23Bの上に重なった第1配線パターン23Aのオーバーラップ部29は、正極側集電部材30の一方の接続部33との電気的接続を確保するために形成されている。オーバーラップ部29の先端部に対応する集電パッド25のスルーホール接続部27(図4,5では図示せず)が形成されている。なお、第2配線パターン23Bは、第1配線パターン23Aと重なる部分を有さないパターンとしてもよく、この場合は基板22を設けなくてよい。
以上のように、配線基板20は、6個の円筒形電池11Aからなる第1電池群Aと電気的に接続される正極側配線パターン23の第1配線パターン23Aおよび負極側配線パターン24の第1配線パターン24Aを有する。また、6個の円筒形電池11Bからなる第2電池群Bと電気的に接続される正極側配線パターン23の第2配線パターン23Bおよび負極側配線パターン24の第2配線パターン24Bを有する。
図6に示すように、電池モジュール10では、正極側配線パターン23の第2配線パターン23Bと、負極側配線パターン24の第1配線パターン24Aとが電気的に接続されることにより、第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとが直列接続されている。例えば、図6に示す地点P1,P2,P3において、第2配線パターン23Bと第1配線パターン24Aとが電気的に接続されている。地点P1,P2では、集電パッド25Bと第1配線パターン24Aとがつながって形成されている。そして、集電パッド25Bに形成されたスルーホール接続部27により、第2配線パターン23Bと第1配線パターン24Aとが電気的に接続される。
地点P2では、集電パッド25Bのスルーホール接続部27に加えて、第2配線パターン23Bと第1配線パターン24Aとを接続する複数のスルーホール接続部28が形成されている。また、地点P3の第1配線パターン24Aには、正極側集電部材30は接続されていないが、第2配線パターン23Bと第1配線パターン24Aとを接続する複数のスルーホール接続部28が形成されている。このように、配線基板20の複数箇所で、第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとが直列接続されている。なお、正極側配線パターン23の第1配線パターン23Aと、負極側配線パターン24の第2配線パターン24Bとが接続されることで、第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとが直接接続されてもよい。
[第2の実施形態]
以下、図7〜図11を参照しながら、第2の実施形態である電池モジュール50について詳細に説明する。以下では、第1の実施形態との相違点について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成要素についての重複する説明を省略する。
以下、図7〜図11を参照しながら、第2の実施形態である電池モジュール50について詳細に説明する。以下では、第1の実施形態との相違点について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成要素についての重複する説明を省略する。
図7は、電池モジュール50の分解斜視図である。図7に例示するように、電池モジュール50は、複数の円筒形電池51と、複数の円筒形電池51を覆うように封口体53側に設けられた配線基板60と、複数の正極側集電部材70と、複数の負極側集電部材80とを備える。円筒形電池51は、ケース本体52と、封口体53とで構成される金属製の電池ケース54を有するが、上端部が縮径していない点で、円筒形電池11と異なる。円筒形電池51は、円筒形電池11と同様に、ケース本体52の上部に形成された溝55を有する。
電池モジュール50は、第1の並列ブロックAと、第2の並列ブロックBとを有し、各並列ブロックが直列接続されている点で、電池モジュール10と共通する。本実施形態では、各並列ブロックが24個の円筒形電池51A,51Bでそれぞれ構成されている。本実施形態においても、封口体53が正極外部端子として機能し、ケース本体52が負極外部端子として機能する。
配線基板60は、第1配線パターン63Aと第2配線パターン63Bとを含む正極側配線パターン63と、第1配線パターン64Aと第2配線パターン64Bとを含む負極側配線パターン64とを有する点で、配線基板20と共通する。第1配線パターン63A,64Aは第1の並列ブロックAに対応する配線パターンであり、第2配線パターン63B,64Bは第2の並列ブロックBに対応する配線パターンである。
一方、配線基板60には、上面側に正極側配線パターン63が、下面側に負極側配線パターン64がそれぞれ形成されている点で、配線基板20と異なる。また、配線基板60は、上から順に、正極側配線パターン63、基板61、および負極側配線パターン64が積層された構造を有し、正極側配線パターン63のオーバーラップ部は存在しない。本実施形態では、基板61の下面に複数の集電パッド65が形成されており、各正極側集電部材70および各負極側集電部材80は、いずれも配線基板60の下面に接合される。
正極側集電部材70は、円筒形電池51の封口体53と配線基板60の正極側配線パターン63とをそれぞれ電気的に接続する部材である。正極側集電部材70は、正極側集電部材30と同様に、上下方向に弾性変形するバー状の部材であって、負極側集電部材80の後述する係合爪82がケース本体52に形成された溝55に係合した状態で、封口体53に付勢される。正極側集電部材70のバネ力により、当該集電部材が封口体53に強く押し付けられ、良好な電気的接続が確保される。
正極側集電部材70は、ベース部71と、封口体53に押し付けられる凸部72と、配線基板60の集電パッド65に接合される接続部73とを有するが、接続部73が上方に折り曲げられて形成されている点で、正極側集電部材30と異なる。この場合も、正極側集電部材70は、配線基板60に対して、凸部72の先端が円筒形電池51側を向くように取り付けられる。
負極側集電部材80は、負極側集電部材40と同様に、円筒形電池51のケース本体12と配線基板60の負極側配線パターン64とをそれぞれ電気的に接続するリング状部材であって、環状ベース部81と、係合爪82と、接続片83とを有する。一方、接続片83が環状ベース部81の径方向内側端部から上方に延出し、途中で径方向外側に折れ曲がって略L字状に形成されている点で、負極側集電部材40の接続片43と異なる。また、環状ベース部81において係合爪82および接続片83が形成される位置が一致している。これらは、環状ベース部81の周方向に略等間隔で同数(6個ずつ)設けられている。
以下、図8〜図11を参照しながら、配線基板60の各配線パターンと、当該各配線パターンと各集電部材との接続形態について、さらに詳説する。図8は、電池モジュール50の平面図である。図9は、図8中のBB線断面の一部を示す図である。図10は配線基板20の背面図、図11は図10中の一部を拡大して示す図であって、配線基板60に正極側集電部材70および負極側集電部材80を取り付けた状態を示す。
図8および図9に示すように、配線基板60は、基板61と、基板61の上面に形成された正極側配線パターン63とを有する。配線基板60は、平面視略正方形状を有するが、配線基板60の平面視形状は特に限定されない。配線基板60には、配線基板20と同様に、円筒形電池51の封口体53を露出させる複数の貫通孔66が形成されている。配線基板60には、縦方向に6個ずつ合計48個形成されており、横方向に隣り合う貫通孔66同士は千鳥状に形成されている。
貫通孔66は、円筒形電池51と同数形成され、円筒形電池51からガスが噴出したときにガスの排出経路となる。一方、貫通孔66には、負極側集電部材80が取り付けられた円筒形電池51は挿入されない点で、配線基板20の貫通孔26と異なる。電池モジュール50において、各集電部材および円筒形電池51は、配線基板60の下面側のみに配置される。
正極側配線パターン63は、複数の貫通孔66の周縁部に形成されている。正極側配線パターン63には、上述の通り、第1配線パターン63Aおよび第2配線パターン63Bが含まれる。第1配線パターン63Aと第2配線パターン63Bとの間には、溝状の隙間が形成されており、両パターンの電気的接続が遮断されている。両パターンを分離する溝状の隙間は、その両側で貫通孔66の数が同数となるように形成されることが好ましい。なお、両パターンの平面視形状は特に限定されない。
正極側配線パターン63には、各貫通孔66の周縁部に複数のスルーホール接続部67が形成されている。スルーホール接続部67は、正極側集電部材70が接合される集電パッド65に形成され、基板61を貫通して集電パッド65と正極側配線パターン63とを電気的に接続している。多くの貫通孔66の周縁部にはスルーホール接続部67の群が4箇所に形成されているが、一部の貫通孔66の周縁部にはスルーホール接続部67の群が2箇所または3箇所に形成されている。なお、スルーホール接続部67の群の数は、集電パッド65の数と同数である。
図9に示すように、負極側集電部材80の接続片83は、貫通孔66の周縁部で負極側配線パターン64に接合されている。負極側集電部材80の係合爪82の下端部は内側に突出しており、この突出した下端部が溝55に引っ掛かっている。係合爪82は環状ベース部81の周方向に複数設けられているため、負極側集電部材80は、複数の係合爪82によってケース本体52にしっかり固定される。
正極側集電部材70の接続部73は、貫通孔66の周縁部で2個の集電パッド65にそれぞれ接合されている。本実施形態では、負極側集電部材80の接続片83が上方に延出しているため、環状ベース部81と配線基板60の下面との間に正極側集電部材70を挿通可能な隙間が形成される。このため、正極側集電部材70は負極側集電部材80と接触することなく、環状ベース部81の上を通って集電パッド65に接続される。また、正極側集電部材70の凸部72は、円筒形電池51の封口体53と接触している。正極側集電部材70は、上下方向に弾性変形するバー状の部材であるから、そのバネ力によって凸部72は封口体53に強く押し付けられる。
図10および図11に示すように、基板61の下面には、複数の負極側配線パターン64と、複数の集電パッド65とが形成されている。負極側配線パターン64および集電パッド65は、各貫通孔66の周縁部に形成されている。負極側配線パターン64は、各貫通孔66の周りに6個ずつ形成され、この6個の負極側配線パターン64に負極側集電部材80の接続片83がそれぞれ接合されている。集電パッド65は、各貫通孔66の周りに2個〜4個ずつ形成され、この2個の集電パッド65に正極側集電部材70の接続部73がそれぞれ接合されている。
なお、正極側集電部材70が接合される2個の集電パッド65は、貫通孔66の径方向に並んで形成されず、貫通孔66の周縁部の片側に偏って形成されている。このため、正極側集電部材70は、平面視(背面視)において貫通孔66の径方向中央を通らない。
電池モジュール50では、同じ並列ブロックを構成する円筒形電池51に接続される負極側集電部材80同士が、1つの負極側配線パターン64を共有している。1つの負極側配線パターン64には、最大で3つの負極側集電部材80の接続片83が接合される。各並列ブロックの境界位置に形成される負極側配線パターン64は、溝状の隙間によって2つの島状に分離されており、一方が第1配線パターン64A、他方が第2配線パターン64Bである。
各正極側集電部材70は、集電パッド65A,65Bのいずれか一方のみに接合される。また、各負極側集電部材40も、第1配線パターン64Aおよび第2配線パターン64Bのいずれか一方のみに接合される。電池モジュール50においても、正極側配線パターン63の第2配線パターン63Bと、負極側配線パターン64の第1配線パターン64Aとが電気的に接続されることにより、第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとが直列接続されている。
具体的には、円筒形電池51Bに接続された正極側集電部材70が接合される集電パッド65と、負極側配線パターン64の第1配線パターン64Aとがつながって形成されている。そして、集電パッド65に形成されたスルーホール接続部67により、第2配線パターン63Bと第1配線パターン64Aとが電気的に接続されている。第1の並列ブロックAと第2の並列ブロックBとの直列接続部は、配線基板60の複数箇所に設けられている。
10,50 電池モジュール、11,51 円筒形電池、12,52 ケース本体、13,53 封口体、14,54 電池ケース、15 溝、20,60 配線基板、21,22,61 基板、23,63 正極側配線パターン、23A,24A,63A,64A 第1配線パターン、23B,24B,63B,64B 第2配線パターン、24,64 負極側配線パターン、25,65 集電パッド、26,66 貫通孔、27,28,67 スルーホール接続部、30,70 正極側集電部材、31,71 ベース部、32,72 凸部、33,73 接続部、40,80 負極側集電部材、41,81 環状ベース部、42,82 係合爪、43,83 接続片
Claims (8)
- 発電要素を収容する有底円筒形状のケース本体と、前記ケース本体の開口を塞ぐ封口体とで構成される電池ケースをそれぞれ有し、前記封口体を同じ方向に向けた状態で配置された複数の円筒形電池を備える電池モジュールであって、
前記複数の円筒形電池を覆うように前記封口体側に設けられ、配線パターンが複数層に設けられた配線基板と、
前記複数の円筒形電池の第1外部端子として機能する前記封口体にそれぞれ電気的に接続される複数の第1集電部材と、
前記複数の円筒形電池の第2外部端子として機能する前記ケース本体にそれぞれ電気的に接続される複数の第2集電部材と、
前記複数の第1集電部材をそれぞれ電気的に接続する前記配線基板の一方側配線パターンと、
前記複数の第2集電部材をそれぞれ電気的に接続する前記配線基板の他方側配線パターンと、
を備え、
前記一方側配線パターンと前記他方側配線パターンとは、前記配線基板の異なる層に設けられている、電池モジュール。 - 前記複数の円筒形電池のそれぞれは、前記ケース本体に形成された凹部を有し、
前記複数の第2集電部材のそれぞれは、前記凹部に係合する係合爪と、前記他方側配線パターンに接合される接続片とを有するリング状部材である、請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記複数の第1集電部材のそれぞれは、前記複数の円筒形電池の軸方向に弾性変形し、前記複数の第2集電部材の前記係合爪が前記複数の円筒形電池の前記凹部にそれぞれ係合した状態で、前記各封口体に付勢されている、請求項2に記載の電池モジュール。
- 前記配線基板の前記他方側配線パターンが形成される層に形成され、前記配線基板を貫通して前記一方側配線パターンと電気的に接続される複数の集電パッドをさらに備え、
前記配線基板の前記他方側配線パターンが形成される層において、前記複数の第1集電部材が前記複数の集電パッドにそれぞれ接合され、前記複数の第2集電部材が前記他方側配線パターンにそれぞれ接合されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記複数の円筒形電池は、第1の並列ブロックと、第2の並列ブロックとに分類され、
前記一方側配線パターンは、前記複数の円筒形電池のうち、前記第1の並列ブロックを構成する第1電池群と電気的に接続される一方側第1配線パターンと、前記第2の並列ブロックを構成する第2電池群と電気的に接続される一方側第2配線パターンとを含み、
前記他方側配線パターンは、第1電池群と電気的に接続される他方側第1配線パターンと、第2電池群と電気的に接続される他方側第2配線パターンとを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記一方側第1配線パターンと前記他方側第2配線パターンとが電気的に接続されている、請求項5に記載の電池モジュール。
- 前記配線基板は、前記複数の円筒形電池の前記封口体をそれぞれ露出させる複数の貫通孔を有し、
前記一方側配線パターンおよび前記他方側配線パターンは、前記複数の貫通孔の周縁部に形成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記複数の貫通孔は、前記複数の円筒形電池および前記複数の第2集電部材がそれぞれ挿通可能なサイズで形成され、
前記複数の第2集電部材は、前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された状態で、前記ケース本体および前記他方側配線パターンと電気的に接続されている、請求項7に記載の電池モジュール。
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