(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-07
(45)【発行日】2023-03-15
(54)【発明の名称】蓄電モジュールおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 50/284 20210101AFI20230308BHJP
H01G 11/12 20130101ALI20230308BHJP
H01G 11/84 20130101ALI20230308BHJP
H01M 50/209 20210101ALI20230308BHJP
H01M 50/271 20210101ALI20230308BHJP
H01M 50/287 20210101ALI20230308BHJP
【FI】
H01M50/284
H01G11/12
H01G11/84
H01M50/209
H01M50/271 Z
H01M50/287
(21)【出願番号】P 2020211178
(22)【出願日】2020-12-21
【審査請求日】2022-01-05
(73)【特許権者】
【識別番号】520184767
【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】稲村 卓思
(72)【発明者】
【氏名】小島 康雅
(72)【発明者】
【氏名】蔭山 崇俊
【審査官】多田 達也
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-113438(JP,A)
【文献】特開2019-023996(JP,A)
【文献】特開2019-135687(JP,A)
【文献】特開2020-087666(JP,A)
【文献】特開2021-068696(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M50/50-50/598
H01M50/20-50/298
H01G2/02、H01G2/06
H01G11/12、H01G11/84
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の蓄電セルを積層方向に積層した積層体と、
底面部を有し、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、
前記樹脂プレートの前記底面部上に載置され、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、
前記フレキシブルプリント基板に固定された前記電気回路用のコネクタと、
前記フレキシブルプリント基板および前記コネクタを支持し、前記樹脂プレートの前記底面部の延在方向において位置決めされた状態で前記樹脂プレートに固定される基板とを備
え、
前記樹脂プレートは、前記底面部から各々立ち上がり、前記複数の蓄電セルの前記積層方向に並ぶように設けられた第1突起および第2突起を有し、
前記フレキシブルプリント基板は、前記第1突起および前記第2突起が各々貫通する第1孔部および第2孔部を有し、
前記第2突起および前記第2孔部は、前記第1突起および前記第1孔部よりも前記コネクタから離れた位置に設けられ、
前記積層方向に沿った前記第2孔部の孔径は、前記積層方向に沿った前記第1孔部の孔径よりも大きい、蓄電モジュール。
【請求項2】
前記樹脂プレートと前記基板とを互いに係合させる係合部をさらに備えた、請求項1に記載の蓄電モジュール。
【請求項3】
前記樹脂プレートは突起を有し、前記基板は孔部を有し、前記突起と前記孔部とにより前記係合部が形成される、請求項2に記載の蓄電モジュール。
【請求項4】
前記樹脂プレートは、前記底面部の前記延在方向に直交する方向に沿って前記コネクタを拘束する拘束部を含む、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。
【請求項5】
複数の蓄電セルを積層方向に積層して積層体を形成する工程と、
底面部を有する樹脂プレートを前記複数の蓄電セルの前記積層体上に載置する工程と、
電気回路を有するフレキシブルプリント基板を含む配線部材を前記樹脂プレートの前記底面部上に載置する工程とを備え、
前記配線部材を前記樹脂プレートの前記底面部上に載置する工程は、
前記フレキシブルプリント基板に前記電気回路用のコネクタを固定することと、
前記フレキシブルプリント基板および前記コネクタに基板を組み付けることと、
前記底面部の延在方向において位置決めした状態で前記基板を前記樹脂プレートに固定することとを
含み、
前記配線部材を前記樹脂プレートの前記底面部上に載置する工程は、
前記樹脂プレートの前記底面部から立ち上がる第1突起を前記フレキシブルプリント基板の第1孔部に挿通し、前記第1突起よりも前記コネクタから離れた位置で前記樹脂プレートの前記底面部から立ち上がる第2突起を前記フレキシブルプリント基板の第2孔部に挿通することを含み、
前記積層方向に沿った前記第2孔部の孔径は、前記積層方向に沿った前記第1孔部の孔径よりも大きい、蓄電モジュールの製造方法。
【請求項6】
前記樹脂プレートと前記基板とを互いに係合させることにより、前記底面部の前記延在方向における位置決めが行われる、
請求項5に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【請求項7】
前記樹脂プレートに形成された突起と前記基板に形成された孔部とを係合させることより、前記底面部の前記延在方向における位置決めが行われる、
請求項6に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【請求項8】
前記底面部の前記延在方向に直交する方向に沿って前記樹脂プレートに前記コネクタを拘束させる工程をさらに備えた、
請求項5から
請求項7のいずれか1項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、蓄電モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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2013-93307号公報(特許文献1)には、フレキシブルプリント基板によって集合導電線路を形成した電池用配線モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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の位置決め、および機器側コネクタに嵌合する電線側コネクタの位置決めを精度よく行うことは重要である。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。
【0005】
本技術の目的は、フレキシブルプリント基板、およびフレキシブルプリント基板に接続されたコネクタが精度よく位置決めされた蓄電モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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、底面部を有し、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、樹脂プレートの底面部上に載置され、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、フレキシブルプリント基板に固定された電気回路用のコネクタと、フレキシブルプリント基板およびコネクタを支持し、樹脂プレートの底面部の延在方向において位置決めされた状態で樹脂プレートに固定される基板とを備える。
【0007】
本技術に係る蓄電モジュールの製造方法は、複数の蓄電セルを積層方向に積層して積層体を形成する工程と、底面部を有する樹脂プレートを複数の蓄電セルの積層体上に載置する工程と、電気回路を有するフレキシブルプリント基板を含む配線部材を樹脂プレートの底面部上に載置する工程とを備える。配線部材を樹脂プレートの底面部上に載置する工程は、フレキシブルプリント基板に電気回路用のコネクタを固定することと、フレキシブルプリント基板およびコネクタに基板を組み付けることと、底面部の延在方向において位置決めした状態で基板を樹脂プレートに固定することとを含む。
【発明の効果】
【0008】
本技術によれば、フレキシブルプリント基板、およびフレキシブルプリント基板に接続されたコネクタが精度よく位置決めされた蓄電モジュールおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図2】
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3】
図1に示す組電池における電池セルを示す図である。
【
図4】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。
【
図5】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。
【
図6】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。
【
図7】配線モジュールにおけるコネクタ近傍の断面図である。
【
図8】配線モジュールにおけるコネクタ近傍の斜視図である。
【
図9】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。
【
図10】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9に示す凸部近傍)である。
【
図12】他の変形例に係る凸部近傍の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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内の電気回路と外部の電気機器とを電気的に接続し得る。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
図8は、配線モジュールにおけるコネクタ600近傍の斜視図である。
図8に示すように、真円状の突起440が基板800およびフレキシブルプリント基板510を貫通し、これにより配線部材500の位置決めが行われる。また、基板800は、プレート部材400の内壁部400Cに当接し、この当接によっても、基板800の位置決めが行われる。
【0047】
また、プレート部材400は、爪部400D(拘束部)を有し、爪部400Dがコネクタ600に係合することにより、コネクタ600がZ軸方向にも拘束される。
【0048】
このように、本実施の形態に係る構造においては、フレキシブルプリント基板510よりも硬い基板800およびコネクタ600の位置決めを行うことにより配線部材500の位置決めが行われる。また、基板800は、フレキシブルプリント基板510の全体にわたって設けられるのではなく、コネクタ600の近傍にのみ設けられる。フレキシブルプリント基板510よりも硬く、コネクタ600の近傍にのみ設けられる基板800は、プレート部材400上に設置する際のハンドリングが容易である。したがって、本実施の形態に係る構造によれば、配線部材の位置決めを容易かつ正確に行うことが可能となる。
【0049】
図9は、プレート部材400の突起440近傍を示す斜視図である。
図9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。
【0050】
図10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10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。
【0051】
フレキシブルプリント基板510内の電気回路は、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が当接することによりフレキシブルプリント基板510内の電気回路が損傷することが抑制される。フレキシブルプリント基板510内の電気回路が筒状突起720の当接面720Aよりも内周側に達する場合、筒状突起720の先端の一部に切り欠きを設けて電気回路の損傷を抑制してもよい。
【0052】
図11は、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11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。
【0053】
図12は、他の変形例に係る突起440近傍の断面図である。
図12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12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。
【0054】
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。
【符号の説明】
【0055】
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、400C 内壁部、400D 爪部、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、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、800 基板、800A 孔部。