JP7142260B2 - 電池モジュール - Google Patents

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。

特開２０１６－２０７５６９号公報

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、封口体側に設けられた、絶縁性の基板と、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集電部材とそれぞれ電気的に接続する集電パッドと、複数の第２集電部材とそれぞれ電気的に接続する金属層とを備え、集電パッドと金属層とは、基板の同じ面側に設けられているとともに、基板の同じ面が拡がる方向において互いに離れて配置さ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。

第１の実施形態である電池モジュールの分解斜視図である。 第１の実施形態である電池モジュールの平面図である。 図２中のＡＡ線断面の一部を示す図である。 第１の実施形態である配線基板の背面図である。 図４の一部を拡大して示す図である。 各配線パターンおよび各集電部材の接続形態を説明するための図である。 第２の実施形態である電池モジュールの分解斜視図である。 第２の実施形態である配線基板の平面図である。 図８中のＢＢ線断面の一部を示す図である。 第２の実施形態である配線基板の背面図である。 図１０の一部を拡大して示す図であって、配線基板に正極側集電部材および負極側集電部材を取り付けた状態を示す。

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。

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でバネ力が得られ、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。本実施形態では、封口体１３の配線基板２０と向かい合う面に窪みが形成され、正極側集電部材３０の凸部３２がこの窪みに押し付けられて電気的に接続されている。

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。

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 (10)

1. 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、
   前記封口体側に設けられた、絶縁性の基板と、
   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集電部材とそれぞれ電気的に接続する集電パッドと、
   前記複数の第２集電部材とそれぞれ電気的に接続する金属層と、を備え、
   前記集電パッドと前記金属層とは、前記基板の同じ面側に設けられているとともに、前記基板の同じ面が拡がる方向において互いに離れて配置され、
   前記複数の第２集電部材はそれぞれ、前記ケース本体において、前記複数の円筒形電池と前記基板とが並ぶ方向において、前記封口体側の部分で接続した、
   電池モジュール。
2. 前記封口体は前記基板と向かい合う面に窪みを有し、
   前記第１集電部材は前記窪みと電気的に接続した、
   請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記基板は、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た配線パターンが複数層に設けられた配線基板であり、
   前記配線基板は、前記集電パッドと電気的に接続した一方側配線パターンを有し、
   前記金属層は、前記配線基板の他方側配線パターンであり、
   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、
   請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 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３に記載の電池モジュール。
5. 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４に記載の電池モジュール。
6. 前記集電パッドは複数あり、複数の前記集電パッドは、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、
   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集電部材が複数の前記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３～５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
7. 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３～６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
8. 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７に記載の電池モジュール。
9. 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３～８のいずれか１項に記載の電池モジュール。
10. 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９に記載の電池モジュール。

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