JP2013098031A - サーミスタの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタの取付構造において取付作業を簡素化する。
【解決手段】単電池群１０には、複数の単電池１１の並び方向に沿って配置されるとともに、単電池１１の並び方向に延びて配される導電路３２が形成された本体部３１を有するフレキシブルプリント基板３０が配される。フレキシブルプリント基板３０には、導電路３２Ａの一方の端末から連なり、隣り合う単電池１１の間に導入される導入線部３４と、導入線部３４に実装されたサーミスタ３５とを備える導入片３３が、本体部３１と一体的に設けられている。本発明のサーミスタ３５の取付構造においては、導入片３３を隣り合う単電池１１の間に挿入することにより、サーミスタ３５が単電池群１０に取り付けられる。
【選択図】図６

Description

本発明は、サーミスタの取付構造に関する。

電気自動車やハイブリッド車用の電池モジュールにおいては、出力を大きくするために多数の単電池が横並びに接続されている。隣り合う単電池の電極端子間はバスバーなどの接続部材で接続することにより複数の単電池が直列や並列に接続されるようになっている。

ところで、電池モジュールを高温状態で使用すると寿命が低下することがあり、リチウムイオン電池などを複数個接続してなる電池モジュールでは、充電の際に高温になることにより発火することがある。そこで、このような事態を避けるべく、電池モジュールには電池温度を検知するための温度センサが取り付けられる（例えば特許文献１を参照）。

特許第４５４０４２９号公報

上記特許文献１においては、プリント基板に温度センサを固定して、温度センサを電池モジュールを収納するケースに貫通させて配置する構成が提案されている。

しかしながら、このような構成の電池モジュールにおいては、温度センサをケースに貫通させる必要があるうえに、温度センサがリード線を介してプリント基板に接続されているため、温度センサを接続する際に、半田接続を行う必要があり、手間がかかるという問題があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、温度を検知するためのサーミスタの取付作業を簡素化することを目的とする。

本発明は、複数の単電池を並べて接続してなる単電池群に取り付けられるサーミスタの取付構造であって、前記単電池群には、前記単電池の並び方向に沿って配置されるとともに、前記単電池の並び方向に延びて配される導電路が形成された本体部を有するフレキシブルプリント基板が配され、前記フレキシブルプリント基板には、前記導電路の一方の端末から連なり、隣り合う前記単電池の間に導入される導入線部と、前記導入線部に実装されたサーミスタとを備える導入片が、前記本体部と一体的に設けられ、前記導入片を隣り合う前記単電池の間に挿入することにより、前記サーミスタが前記単電池群に取り付けられところに特徴を有する。

本発明においては、導電路を形成した本体部と、導電路の一方の端末から連なる導入線部および導入線部に実装されたサーミスタを備える導入片と、を設けたフレキシブルプリント基板を、単電池群に配置して、導入片を隣り合う単電池の間に導入するだけでサーミスタを取り付けることができる。したがって、本発明によれば、サーミスタの取付作業を簡素化することができる。

本発明は、以下の構成であってもよい。
前記サーミスタはチップタイプであってもよい。このような構成とすると、リード線により接続される温度センサを備える場合よりも部品コストを低減することができる。

隣り合う前記単電池の間に配されるセパレータを備え、前記セパレータには前記フレキシブルプリント基板の前記導入片を受け入れ可能な導入片受入孔が設けられていてもよい。
このような構成とすると、単電池のケースが金属製であってケース同士が接触することによる短絡が発生しうる場合に短絡の発生を防止しつつ、フレキシブルプリント基板の導入片を単電池の間で保持することができる。

前記フレキシブルプリント基板には、前記単電池の電圧を検知する電圧検知端子部と、前記電圧検知端子部に接続されて電圧検知回路を構成する検知用導電路と、が設けられ、前記電圧検知端子部が前記単電池に接続されていてもよい。
このような構成とすると、１つのフレキシブルプリント基板を取り付けるだけで、温度制御のための回路と電圧検知回路の双方を組み付けることができるので、組み付け作業を簡素化できるうえに、部品点数を少なくすることもできる。

本発明によれば、サーミスタの取付構造において取付作業を簡素化することができる。

実施形態１の電池モジュールの斜視図 電池モジュールの平面図 隣り合う単電池の電極端子の接続状態を示す一部断面図 図２のＡ−Ａ線における一部断面図 電池モジュールの一部平面図 図２のＢ−Ｂ線における一部断面図 図６の一部拡大断面図 単電池群にフレキシブルプリント基板を取り付ける様子を説明する斜視図 図８に示す状態における一部断面図 図９の一部拡大断面図

＜実施形態＞
本発明の一実施形態を、図１ないし図１０を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールＭの斜視図である。本実施形態の電池モジュールＭは、電気自動車又はハイブリッド自動車等に搭載され、駆動用の電源として使用される。図１に示されるように、電池モジュールＭは、単電池群１０と、フレキシブルプリント基板３０（以下ＦＰＣ３０ともいう）とを備える。以下では、図６の上方を上方、下方を下方として説明する。

本実施形態において、単電池群１０は、複数個（本実施形態では２４個）の単電池１１を一列に並べて直列に接続したものである。詳しくは、単電池群１０を構成する単電池１１は、電極端子２０の延出方向が互いに異なっている２種類の単電池１１Ａ，１１Ｂからなり、これら二種類の単電池１１Ａ，１１Ｂを交互に配置して接続することにより単電池群１０が構成される。

単電池１１Ａは、扁平な直方体状のケース１２と、このケース１２の上面から上方に向けて突出した正負一対の電極端子２０（２０Ａ，２０Ｂ）とを備える。

ケース１２内には、例えば周知のリチウムイオン電池を構成する電池要素（図示せず）が収容されており、その電池要素の正極側が電極端子２０Ａ，負極側が電極端子２０Ｂに連なっている。

単電池１１Ａ（図１の左端から２番目の単電池１１Ａを参照）の一対の電極端子２０のうち、図１の手前側にある一方の電極端子２０Ａが正極側の電極端子２０Ａ（正極端子２０Ａ）であり、奥側にある他方の電極端子２０Ｂが負極側の電極端子２０Ｂ（負極端子２０Ｂ)である。

正極端子２０Ａと、負極端子２０Ｂとは、共に単電池１１の並び方向に撓み変形可能な薄板状の金属板材料から形成されている。正極端子２０Ａは、図１および図３に示すように、ケース１２の上面から上方に突出する立ち上がり部２１Ａと、立ち上がり部２１Ａの上端からＬ字状に折れ曲がって手前側（図示左側）に向かう平坦面部２２Ａと、平端部２２Ａの先端で先上がりに傾斜する操作部２３とを備える。

負極端子２０Ｂは、図１および図３に示すように、単電池１１のケース１２の上面から上方に突出する立ち上がり部２１Ｂと、立ち上がり部の上端からＬ字状に折れ曲がって奥側（図示右側）に向かう平坦面部２２Ｂとを備える。負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂは、隣り合う単電池１１の正極端子２０Ａと電気的に接続される部分である。

負極端子２０Ｂにおいては、平坦面部２２Ｂが、図３に示すように、正極端子２０Ａの平坦面部２２Ａの下側に配されるように、折り曲げ位置が設定されている。

ケース１２の上面の負極端子２０Ｂと隣り合う位置には、図１に示すように、絶縁隔壁１５が立設されている。この絶縁隔壁１５は、負極端子２０Ｂの横幅よりも広く設定され、隣り合う単電池１１の異極性の電極端子２０Ａ，２０Ｂ間に導電製材料からなる工具や部材等が落ち込むことによる短絡の発生を防止している。

正極端子２０Ａにおける平坦面部２２Ａには、バネ部材２４が取り付けられている。バネ部材２４は、負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂを受け入れて挟み付ける挟持バネ部２５と、ＦＰＣ３０の延出片３６（詳細は後述する）を受け入れて挟みつける補助バネ部２６と、が一体に設けられた部材である。バネ部材２４は、正極端子２０Ａとは別体の例えばステンレス鋼等のばね性に優れた金属板材をプレス加工することにより形成されている。

挟持バネ部２５は、金属板材の一端部に板幅方向に延びるスリット２５Ａを形成して、当該金属板材の他端部がスリット２５Ａ側に向かうように回曲させて形成したものである。挟持バネ部２５のスリット２５Ａには、正極端子２０Ａの操作部２３が貫通されており、正極端子２０Ａの平坦面部２２Ａと挟持バネ部２５のスリット２５Ａの下側の内周縁との間に、単電池１１の並び方向に沿って負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂを受け入れる挿入口２５Ｂが形成されている。挿入口２５Ｂに負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂが挿入されると、挟持バネ部２５の弾発力により、正極端子２０Ａの平坦面部２２Ａがケース１２側（下側）に押さえつけられ、負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂの上面に圧接される。

補助バネ部２６は、図４に示すように、挟持バネ部２５の構成を幅方向に小さくしたような構成をなし、具体的には、正極端子２０Ａの操作部２３と並んで設けられた補助操作部２７を、補助バネ部２６に設けた補助スリット２６Ａに貫通させてなる。補助バネ部２６には、正極端子２０Ａの補助操作部２７と補助スリット２６Ａの下側の内周縁との間に、ＦＰＣ３０の延出片３６を受け入れる補助挿入口２６Ｂが形成されている。

挟持バネ部２５と補助バネ部２６とは、補助挿入口２６Ｂが開くのに連動して挿入口２５Ｂが開くことがないよう、また、逆に挿入口２５Ｂが開くのに連動して補助挿入口２６Ｂが開くことがないよう、スリット２５Ａと補助スリット２６Ａとの間を切り欠くこと（切欠部２８）により隔てられている。

正負一対の電極端子２０の間には、ＦＰＣ３０を載置する合成樹脂製の基板載置部１６が上方に突出して設けられている。基板載置部１６はＦＰＣ３０の本体部３１が載置される本体載置部１６Ａと本体載置部１６Ａから連なりＦＰＣ３０の延出片３６が載置される延出片載置部１６Ｂとからなる。基板載置部１６の高さは、補助バネ部２６の補助挿入口２６Ｂの高さと概ね同じ高さとなるように設定されており、ＦＰＣ３０の延出片３６を屈曲させずに補助挿入口２６Ｂに挿入することができるようになっている。

単電池１１Ｂの基本的な構成は、上述した単電池１１Ａと同様であり、ケース１２と、正負一対の電極端子２０Ａ，２０Ｂとを備える。ただし、単電池１１Ｂと、単電池１１Ａとでは、各電極端子２０Ａ、２０Ｂの平坦面部２２Ａ，２２ＢのＬ字状に折れ曲がる向きが、逆になっている。

隣り合う単電池１１Ａと単電池１１Ｂの間には、絶縁樹脂製のセパレータ１７が配置されている。セパレータ１７には、図６に示すように、ＦＰＣ３０の導入片３３を挿入可能な導入片受入孔１８が設けられている。

単電池群１０に取り付けられているＦＰＣ３０は、詳細は図示しないが、例えばポリイミドフィルムや液晶状フィルム等からなる絶縁性のベースフィルムの片面または両面にプリント配線技術により複数の導電路３２を形成し（図５および図８を参照）、その導電路３２の表面を保護フィルム（例えば、ポリイミド製フィルム）で覆った構造とされる。なお、図５では電圧検知回路を構成する導電路３２Ｂ（検知用導電路３２Ｂの一例）のみを示しており、図８では温度制御回路を構成する導電路３２Ａのみを示し、その他の図では導電路３２の図示を省略している。

ＦＰＣ３０は帯状（長尺状）の本体部３１（ＦＰＣ本体部３１という）と、ＦＰＣ本体部３１の幅方向の端部から延出されている複数の延出片３６と、ＦＰＣ本体部３１の略中央に設けられている２本の導入片３３とを備える。

ＦＰＣ本体部３１は、図２に示すように、基板載置部１６の本体載置部１６Ａの上に載置され、単電池１１の並び方向に沿って配置されている。ＦＰＣ本体部３１には、複数の電圧検知回路用の検知用導電路３２Ｂと、２本の温度制御回路用の導電路３２Ａと、が単電池１１の並び方向に延びて形成されている（図５および図８を参照）。

導入片３３は、ＦＰＣ本体部３１の幅方向の略中央部に方形状の切り込みを形成することにより設けられており、長方形状をなしている。２本の導入片３３には、それぞれ、温度制御用の導電路３２Ａの一方の端末から連なる導入線部３４が設けられている。各導入線部３４にはチップタイプのＮＴＣサーミスタ３５が実装されている。各導入片３３は隣り合う単電池１１Ａ，１１Ｂ間に挿入されるようになっており、本実施形態では８個の単電池１１ごとに１本の導入片３３が挿入されている。単電池１１間に挿入された導入片３３はセパレータ１７に設けた導入片受入孔１８に受け入れられて収容されている（図６および図７を参照）。温度制御用の導電路３２Ａの他方の端末は、図示しないＥＣＵに接続されている。サーミスタ３５で得られた温度に関する情報は、導入線部３４及び導電路３２Ａを通じてＥＣＵに取り込まれ、各単電池１１の温度が検知されるようになっている。

ここで、ＥＣＵは、マイクロコンピュータ、素子等が搭載されたものであって、単電池１１の電圧・電流・温度等の検知、各単電池１１の充放電コントロール等を行うための機能を備えた周知の構成のものである。

延出片３６はＦＰＣ本体部３１の長手方向に沿って延出されており、導入片３３よりも短い長方形状をなしている。延出片３６はＦＰＣ本体部３１の幅方向の２つの端部から、交互に、長手方向においてずらした位置に延出されている。延出片３６は基板載置部１６の延出片載置部１６Ｂに載置される。

延出片３６には、検知用導電路３２Ｂの一方の端末から連なって延出片３６の端部に延びる導入線部３７が形成されており、延出片３６における導入線部３７の端部には電圧検知端子部３８が実装されている。

延出片３６の電圧検知端子部３８は、正極端子２０Ａに取り付けられている補助バネ部２６に挟みつけられることにより、電気的に接続されている。検知用導電路３２Ｂの他方の端末には、例えばＥＣＵなどが接続されている。電圧検知端子部３８で得られた電圧に関する情報は、導入線部３７及び導電路３２を通じて図示しないＥＣＵなどに取り込まれ、各単電池１１の電圧が検知されるようになっている。

次に、電池モジュールＭの組み付け方法について説明する。
まず、単電池群１０とＦＰＣ３０をそれぞれ作製する。複数の延出片３６および導入片３３を形成した所定形状のＦＰＣ３０に、導電路３２、電圧検知端子部３８、サーミスタ３５、電子部品などを実装・接続して本実施形態のＦＰＣ３０を作製する。

次に、単電池群１０の作製方法について説明する。単電池群１０は、２種類の単電池１１（１１Ａ，１１Ｂ）を合計２４個用いて、電極端子２０Ａ，２０Ｂの極性を交互に逆にした状態で同一平面上に横並びにする。このとき、単電池１１Ａの電極端子２０Ａと、単電池１１Ｂの電極端子２０Ｂとが対向する状態となるようにし隣り合う単電池１１Ａ，１１Ｂの間にセパレータ１７を配置する。

次に、単電池１１Ａと単電池１１Ｂとを単電池１１の並び方向に近づけると、負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂと正極端子２０Ａの挿入口２５Ｂとが対向する位置に配されて、平坦面部２２Ｂは電極端子２０Ａの操作部２３にガイドされて挿入口２５Ｂに誘い込まれる。

さらに、単電池１１Ａと単電池１１Ｂとを近づけて、平坦面部２２Ｂを挿入口３２に挿入すると、バネ部材２４が弾性復帰し、負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂと正極端子２０Ａの平坦面部２２Ａとがバネ部材２４の弾発力により圧接される（図３を参照）。これにより、正極端子２０Ａに設けられた挟持バネ部に負極端子２０Ｂの平坦面部２２Ｂが挟み付けられた状態となり、一対の単電池１１Ａ，１１Ｂの組み付けが完了する。このような作業を繰り返し、２４個の単電池１１（１１Ａ，１１Ｂ）を順次組み付けると、単電池群１０の組み付けが完了し、各単電池１１が導通可能に接続される。

次に、単電池群１０の上面に、ＦＰＣ３０を上方から組み付ける（図８〜図１０を参照）。詳細には、図８における左から８個目の単電池１１Ａと左から９個目の単電池１１Ｂとの間および、図８における右から８個目の単電池１１Ｂと右から９個目の単電池１１Ａとの間に導入片３３を導入すると、導入片３３はセパレータ１７に形成された導入片受入孔１８に受け入れられ、これにより、サーミスタ３５の取り付けが完了する。

次に、ＦＰＣ３０の各延出片３６を、それぞれ、補助バネ部２６の補助挿入口２６Ｂに差し込むと、補助バネ部２６が弾性変形して、補助挿入口２６Ｂが開き、ＦＰＣ３０の延出片３６を受け入れ可能となる。さらに、ＦＰＣ３０の延出片３６を補助挿入口２６Ｂに挿入すると、補助バネ部２６が弾性復帰し、ＦＰＣ３０の延出片３６と正極端子２０Ａの平坦面部２２Ａとがバネ部材２４の弾発力により圧接される（図４を参照）。これにより、正極端子２０Ａに設けられた補助バネ部２６にＦＰＣ３０が挟み付けられた状態となり、延出片３６に設けた電圧検知端子部３８と単電池１１とが電気的に接続可能となる。ＦＰＣ３０の延出片３６を全て補助バネ部２６に挟みつけた状態とすると、電池モジュールＭが完成する。

本実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態においては、導電路３２Ａを形成した本体部３１と、導電路３２Ａの一方の端末から連なる導入線部３４および導入線部３４に実装されたサーミスタ３５を備える導入片３３と、を設けたＦＰＣ３０を、単電池群１０に配置して、導入片３３を隣り合う単電池１１の間に導入するだけでサーミスタ３５を取り付けることができる。したがって、本実施形態によれば、サーミスタ３５の取付作業を簡素化することができる。

また、本実施形態によれば、サーミスタ３５はチップタイプであるから、リード線により接続される温度センサを備える場合よりも部品コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、隣り合う単電池１１の間に配されるセパレータ１７を備え、セパレータ１７にはＦＰＣ３０の導入片３３を受け入れ可能な導入片受入孔１８が設けられているから、単電池１１のケース１２が金属製であってケース１２同士が接触することによる短絡が発生しうる場合に短絡の発生を防止しつつ、ＦＰＣ３０の導入片３３を単電池１１の間で保持することができる。

また、本実施形態によれば、ＦＰＣ３０には、単電池１１の電圧を検知する電圧検知端子部３８と、電圧検知端子部３８に接続されて電圧検知回路を構成する検知用導電路３２Ｂと、が設けられ、電圧検知端子部３８が単電池１１に接続されているから、１つのＦＰＣ３０を取り付けるだけで、温度制御のための回路と電圧検知回路の双方を組み付けることができるので、組み付け作業を簡素化できるうえに、部品点数を少なくすることもできる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、チップタイプのＮＴＣサーミスタ３５を実装したＦＰＣ３０を示したが、チップタイプ以外のサーミスタや、ＮＴＣサーミスタ以外のサーミスタが実装されていてもよい。
（２）上記実施形態では単電池１１間にセパレータ１７が配される構成のものを示したが、セパレータを備えないものであってもよい。
（３）上記実施形態では、電圧検知回路と温度制御回路とを備えるＦＰＣ３０を示したが、温度制御回路のみを備えるＦＰＣであってもよい。
（４）上記実施形態では、基板載置部１６を備える単電池１１を示したが、基板載置部１６を備えないものであってもよい。
（５）上記実施形態では、バスバーなどの接続部材を用いずに電極端子同士を直接接続するタイプの単電池１１を示したが、ボルト状の電極端子を有し、バスバーにより接続される単電池を備える単電池群に、本発明のサーミスタ３５の取付構造を適用してもよい。
（６）上記実施形態では、セパレータ１７にサーミスタ３５を受け入れる導入片受入孔１８を設けたが、単電池１１にサーミスタ２５を受け入れる凹み部を設けてもよい。

Ｍ…電池モジュール
１０…単電池群
１１…単電池
１１Ａ…単電池
１１Ｂ…単電池
１２…ケース
１７…セパレータ
１８…導入片受入孔
２０…電極端子
２０Ａ…正極側の電極端子（正極端子）
２０Ｂ…負極側の電極端子（負極端子）
３０…ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）
３１…ＦＰＣ本体部（本体部）
３２…導電路
３２Ａ…（温度制御回路用）導電路
３２Ｂ…検知用導電路
３３…導入片
３４…導入線部
３５…サーミスタ

Claims (4)

1. 複数の単電池を並べて接続してなる単電池群に取り付けられるサーミスタの取付構造であって、
   前記単電池群には、前記単電池の並び方向に沿って配置されるとともに、前記単電池の並び方向に延びて配される導電路が形成された本体部を有するフレキシブルプリント基板が配され、
   前記フレキシブルプリント基板には、前記導電路の一方の端末から連なり、隣り合う前記単電池の間に導入される導入線部と、前記導入線部に実装されたサーミスタとを備える導入片が、前記本体部と一体的に設けられ、
   前記導入片を隣り合う前記単電池の間に挿入することにより、前記サーミスタが前記単電池群に取り付けられることを特徴とするサーミスタの取付構造。
2. 前記サーミスタがチップタイプであることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタの取付構造。
3. 隣り合う前記単電池の間に配されるセパレータを備え、前記セパレータには前記フレキシブルプリント基板の前記導入片を受け入れ可能な導入片受入孔が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーミスタの取付構造。
4. 前記フレキシブルプリント基板には、前記単電池の電圧を検知する電圧検知端子部と、前記電圧検知端子部に接続されて電圧検知回路を構成する検知用導電路と、が設けられ、
   前記電圧検知端子部が前記単電池に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のサーミスタの取付構造。

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