JP5714718B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１０年１２月８日に中華人民共和国国家知識産権局（Ｐ．Ｒ．Ｃ．）に出願された中国特許出願第２０１０１０５８１６０９．４号に対する優先権及び利益を主張し、その全体を参照により本願に援用する。

本開示は、電池分野、より具体的には改良された電池モジュールに関する。

石油の枯渇、及び、高まる環境保護の要求に伴い、油を燃料とする従来の車両は徐々に電気自動車又はハイブリッド電気自動車に置き換えられるであろう。したがって、電気自動車の主なエネルギー源として、電池モジュールが益々重要になる。

搭載電池における電池モジュールは高容量を有する必要があるが、体積が大きくなる、構造が複雑になる、などの問題が生じる。また、電池モジュールは、通常、数百の単電池が直列に接続されて形成されるので、単電池間の接続は複雑になる。搭載電池の安全性能を確保するために、サンプリング・モジュールは各単電池の温度と電圧をモニタリングするための重要な手段である。

現在のところ、前記サンプリング・モジュールは、従来の配線サンプリング・パターンを採用している。即ち、配線が単電池に直接接続されて、サンプリング信号を伝送する。上記従来のサンプリング・パターンでは、回路が複雑になったり、配線を手動で組み立てる必要が生じたりすることがあり、自動生産は容易ではない。更に、組立工程中に、組立てを誤ったり、組立てが不足したりする可能性がある。更に、複雑な構造を有する配線のための特別な固定装置が必要となることもあり、配線の外装は磨耗しやすく、漏れ電流を引き起こすことがあり得る。

したがって、電池モジュールの高容量を確保するため、上記接続及び上記サンプリング構造は簡素化される必要があり、これにより、簡素な組立工程及び高い安全性能を有する電池モジュールが提供される。

上記に鑑み、高い信頼性と高い安全性能を有する、簡素なサンプリング構造と簡素な組立工程を有する電池モジュールの提供が求められている。

本開示の実施態様によれば、電池モジュールが提供される。前記電池モジュールは、複数の単電池と、隣接する前記単電池を電気的に接続するための複数の電力接続器とを有する電池パックと、複数の電圧サンプリング端子及び複数の温度センサーがそれぞれ配置されたフレキシブル回路基板を有するサンプリング・モジュールと、前記電池パック及び前記サンプリング・モジュールを受けるためのシェルとを有してなる。各電圧サンプリング端子は各電力接続器に電気的に接続され、各温度センサーは各電力接続器に接続される。

従来のサンプリング構造を有する電池モジュールに比べて、本開示の実施形態に係る上記電池モジュールは、下記の利点を有する。

前記フレキシブル回路基板を前記温度センサー及び前記電圧サンプリング端子と接続することにより、前記電池モジュールの容積が減り組立てが簡略化され、組立工程が制御し易くなることで組立てにおけるエラーが起こらない。

本開示の実施形態に係る前記電池モジュールにおいて、上記部材は内部絶縁層及び外部絶縁層を使って接合及び固定することができ、これは容易に達成できる。更に、前記内部絶縁層及び前記外部絶縁層は効率的にフレキシブル回路基板の電気回路を保護できるので、前記電気回路における配線外装の磨耗により起こる漏れ電流を防ぐことができる。

更に、本開示の実施形態に係る前記電池モジュールは、前記自動生産に容易に適用できる高い信頼性を有し、当該技術分野の前記サンプリング・モジュールの接続要件を更に満足する。

本開示の実施態様の更なる態様及び利点は、以下の記載で部分的に説明される、以下の記載から部分的に明らかになる、又は、本開示の実施形態の実施により理解されよう。

図面を参照して記載される以下の説明により、本開示のこれら及び他の特徴並びに利点が明らかになると共によりよく理解されるであろう。
図１は、本開示の実施形態に係る電池モジュールにおけるサンプリング・モジュールの分解斜視図である。 図２は、本開示の実施形態に係るフレキシブル回路基板の斜視図である。 図３は、本開示の実施形態に係る電池モジュールにおける電力接続器の斜視図である。 図４は、本開示の実施形態に係る、隣接する２つの単電池を有する電力接続器の概略図である。 図５は、本開示の実施形態に係る、サンプリング・モジュールを有する電池パックの斜視図である。 図６は、本開示の実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。

本開示の実施形態について詳細に説明する。ここに記載される実施形態は、説明及び例示のためのものであり、本開示の理解のために用いられる。これらの実施形態は、本開示を限定するものではない。同一又は類似の要素、並びに、同一又は類似の機能を有する要素は、明細書全体を通して同一の参照番号が付されている。

以下、本開示の実施形態に係る電池モジュールについて、図１〜６を参照しながら詳細を説明する。

図１〜６に示されるように、本開示の実施形態に係る電池モジュールは、電池パック１００、サンプリング・モジュール２００、及び、シェル３００を含む。前記電池パック１００は、複数の単電池６と、隣接する単電池６を電気的に接続するための複数の電力接続器３とを含む。前記サンプリング・モジュール２００は、フレキシブル回路基板１並びに絶縁保護部を含む。複数の電圧サンプリング端子７及び複数の温度センサー４が前記フレキシブル回路基板１上にそれぞれ配置されており、各温度センサー４が、対応する電力接続器３と接続され、各電圧サンプリング端子７が、対応する電力接続器３と電気的に接続されている。前記絶縁保護部は、前記電池パック１００及び前記複数の電力接続器３からフレキシブル回路基板１を絶縁するために、フレキシブル回路基板１上に配置されている。前記絶縁保護部は、前記フレキシブル回路基板１の外表面を覆う外部絶縁層（又は第１絶縁層）５１、及び、前記電力接続器３と前記単電池６との間に配置された内部絶縁層（又は第２絶縁層）５２を含む。前記シェル３００は、前記電池パック１００及び前記サンプリング・モジュール２００を受けるために使用される。

一実施形態では、前記単電池６が図４に示されている。正極端子６１と負極端子６２が、各単電池６の２つの端面にそれぞれ配置されている。前記単電池６は並列に配置されており、一の単電池６の前記正極端子６１と前記一の単電池６に隣接する別の単電池６の前記負極端子６２は交互に上向きであり、一の単電池６の前記正極端子６１と前記一の単電池６の前記正極端子６１に隣接する別の単電池の前記負極端子６２は、それぞれ電力接続器３を介して接続されている。したがって、前記単電池６は、電力接続器３を介して直列に接続されている。

図３に示されるように、前記電力接続器３は、主要部分３３と、前記主要部分３３に接続された第１接続端子３１及び第２接続端子３２とを有し、これらは前記隣接する単電池６を電気的に接続するために、前記主要部分３３の両側に接続されている。各温度センサー４の端部と各電圧サンプリング端子７の端部とが、前記主要部分３３にそれぞれ接続され、前記第１及び第２接続端子３１、３２は、２つの隣接する単電池６の前記正極及び負極端子６１、６２にそれぞれ接続されているので、２つの隣接する単電池６が電気的に接続される。

また、サンプリング電流の優れた導電性を確保するために、前記電力接続器３及び前記電圧サンプリング端子７は、例えばスズ、はんだ付けなどで接続されてもよい。前記電力接続器３と前記温度センサー４との間の温度差を最小限にするために、前記温度センサー４と前記電力接続器３は、熱伝導性シリコーンゴムのような熱伝導性の高い接着剤により接合されてもよい。

図１に示されるように、前記温度センサー４と前記電圧サンプリング端子７の他端は、それぞれフレキシブル回路基板１に接続されている。本開示の実施形態によれば、前記温度センサー４、前記電圧サンプリング端子７及び前記フレキシブル回路基板１の間で良好な導電性と良好な信号伝送の効果を確保するために、前記温度センサー４及び前記電圧サンプリング端子７が、はんだスズによってそれぞれ前記フレキシブル回路基板１に接続されている。なお、上述した部材を接続するために使用される材料は、スズに限定されるものではなく、良好な電気伝導性を有する他の溶接材料を代わりに用いてもよい。

更に、前記フレキシブル回路基板１の自由端に、コネクタ２が固定されるなどして形成されてもよく、前記フレキシブル回路基板１が前記コネクタ２を介して外部の監視装置（図示せず）に接続されてもよい。前記コネクタ２は、当該技術分野において知られた信号伝送インターフェースであってもよい。よって、簡略化目的のために、その詳細な説明はここでは省略する。

図２に示されるように、一実施形態では、前記フレキシブル回路基板１が温度収集アーム１１、電圧収集アーム１２及び接続アーム１３を有してもよい。前記複数の温度センサー４が温度収集アーム１１に接続され、前記複数の電圧サンプリング端子７が電圧収集アーム１２に接続される。前記電圧収集アーム１２及び前記温度収集アーム１１は互いに離間しており、それぞれ接続アーム１３に接続される。前記複数の電力接続器３が前記電圧収集アーム１２と前記温度収集アーム１１との間に形成されるスペースに配置される。

前記外部及び内部絶縁層５１、５２は前記フレキシブル回路基板１の両面にそれぞれ配置されている。特に、前記外部絶縁層５１は前記フレキシブル回路基板１の外表面を覆い、前記内部絶縁層５２は前記電力接続器３と前記単電池６の間に配置される。更に、前記内部絶縁層５２及び前記外部絶縁層５１は、相互に協同して、前記電力接続器３、前記温度センサー４、前記電圧サンプリング端子７及び前記フレキシブル回路基板１を共に覆ってもよい。

前記外部及び内部絶縁層５１、５２のそれぞれが、優れた電気絶縁性を有する可撓なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）材料から作製されてもよい。したがって、前記外部絶縁層５１を前記電力接続器３と接続するための、又は、前記内部絶縁層５２を前記電力接続器３と接続するための接着剤は、良好な熱安定性と、良好な化学的安定性と、金属との高い接合強度を有するホットプレス用接着剤であってもよい。各温度センサー４は、ＳＭＤ（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ：表面マウントされたデバイス）サーミスタ・センサーであってもよい。

一実施態様において、外側から前記電池モジュールをより簡便に溶接し、前記電力接続器３の前記第１及び前記第２接続端子３１、３２を前記単電池６と電気的に接続するために、図１に示されるように、前記第１接続端子３１及び前記第２接続端子３２と一致するように構成されたビアホール８が、前記内部及び外部絶縁層５２、５１にそれぞれ配置され、溶接及び組立てがより簡便になる。

一実施態様において、前記正極及び負極端子６１、６２は、各単電池６の２つの端部にそれぞれ配置されてよく、したがって、前記組み立てられた電池モジュールは、図５に示される構造を有してもよい。もちろん、他の実施態様において、前記正極端子６１及び前記負極端子６２が、各単電池６の同じ端部に配置されてよく、それらについての詳細な説明は、簡略化のためここでは省略する。

図６に示されるように、前記電池パック１００は前記シェル３００内に簡単に設置できる。前記電池モジュールのシェル３００の構造並びに前記シェル３００の使用及び組立方法は、当該技術分野においてよく知られていることに留意されたい。よって、簡略化目的のために、その詳細な説明はここでは省略する。

説明的実施形態を図示及び説明してきたが、前記実施形態において、本開示の精神及び原理から逸脱することなく変更、代替及び改変がなされ得ることが当業者によって理解されるであろう。このような変更、代替及び改変は、全て特許請求の範囲及びその均等物の範囲である。

Claims (14)

1. 複数の単電池と、隣接する前記単電池を電気的に接続するための複数の電力接続器とを有する電池パックと；
   フレキシブル回路基板を有するサンプリング・モジュールであって、複数の電圧サンプリング端子及び複数の温度センサーがそれぞれ前記フレキシブル回路基板上に配置されてなり、各電圧サンプリング端子が各電力接続器に電気的に接続され、各温度センサーが各電力接続器に接続されてなるサンプリング・モジュールと；
   前記電池パック及び前記サンプリング・モジュールを収納するためのシェルと；
   を含むことを特徴とする電池モジュール。
2. 前記電池パック及び前記複数の電力接続器から前記フレキシブル回路基板を絶縁するために、前記サンプリング・モジュールが更に前記フレキシブル回路基板上に配置された絶縁保護部を有する請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電力接続器が、
   前記温度センサー及び前記電圧サンプリング端子が接続された主要部分と；
   隣接する単電池を電気的に接続するために、前記主要部分の両側にそれぞれ接続される第１接続端子及び第２接続端子と；
   を有する請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記フレキシブル回路基板が、
   複数の電圧サンプリング端子が配置された電圧収集アームと；
   前記複数の温度センサーが配置された温度収集アームと；
   前記電圧収集アーム及び前記温度収集アームが互いに離間して接続されてなる接続アームと、
   を有してなり、
   前記複数の電力接続器が前記電圧収集アームと前記温度収集アームとの間のスペースに配置される請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記絶縁保護部が、第１絶縁層と、第２絶縁層とを有してなり、
   前記第１及び第２絶縁層（５１、５２）が前記フレキシブル回路基板の両面にそれぞれ配置されている請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記サンプリング・モジュールが更に前記フレキシブル回路基板に接続されたコネクタを有する請求項１に記載の電池モジュール。
7. 絶縁保護部が、第１絶縁層と、第２絶縁層とを有してなり、
   前記第１及び第２絶縁層にそれぞれ形成された前記第１接続端子及び前記第２接続端子に対応するビアホールがある請求項３に記載の電池モジュール。
8. 各温度センサーは各電力接続器に接合されている請求項１に記載の電池モジュール。
9. 絶縁保護部が、第１絶縁層と、第２絶縁層とを有してなり、
   前記第１絶縁層及び第２絶縁層は、それぞれＰＥＴ層である請求項１に記載の電池モジュール。
10. 各温度センサーは、ＳＭＤサーミスタ・センサである請求項１に記載の電池モジュール。
11. 複数の単電池と、隣接する前記単電池を電気的に接続するための複数の電力接続器とを有する電池パックと；
    サンプリング・モジュールと；
    前記電池パック及び前記サンプリング・モジュールを収納するためのシェルと
    を含む電池モジュールであって、
    前記サンプリング・モジュールは、絶縁保護部と、複数の温度センサー及び複数の電圧サンプリング端子が接続されたフレキシブル回路基板とを有してなり、
    各温度センサーは各電力接続器に接続され、
    各電圧サンプリング端子は各電力接続器に電気的に接続され、
    前記絶縁保護部が、前記フレキシブル回路基板の外表面を覆う外部絶縁層、及び、前記複数の電力接続器と前記複数の単電池との間に配置された内部絶縁層を有する
    ことを特徴とする電池モジュール。
12. 各電力接続器が、
    一の単電池の正極端子に接続される第１接続端子と；
    前記一の単電池に隣接する他の単電池の負極端子に接続する第２接続端子と；
    前記第１接続端子及び前記第２接続端子にそれぞれ接続され、各温度センサー及び各電圧サンプリング端子を接続される主要部分と
    を有する請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記フレキシブル回路基板が、
    接続アームと；
    前記複数の電圧サンプリング端子が電気的に接続された電圧収集アームと；
    前記複数の温度センサーが配置された温度収集アームと
    を有する請求項１１に記載の電池モジュール。
14. 前記サンプリング・モジュールが更に前記接続アームの自由端に形成されたコネクタを有する請求項１３に記載の電池モジュール。

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