JP2017004741A - 配線モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】電池アッセンブリに要する配線部品の組み付け作業をさらに簡単化することができる配線モジュールを提供する。
【解決手段】薄型の直方体形状に形成された複数の電池１１の柱状陽極１２ａと柱状陰極１２ｂを互い違いに配列されてなる電池アッセンブリ１０に用いられ、絶縁樹脂基材２の一方の面に、隣り合う電池１１の柱状陽極と柱状陰極に接続される端子パターン３と、端子パターン３に接続された電圧検出配線パターン５とが互いに間隔をあけて形成され、端子パターンと、端子パターンに接続された電圧検出配線パターン５と、電圧検出配線パターン５の一部に介装されたヒューズパターン４とを有し、端子パターンの周縁部と電圧検出配線パターンとヒューズパターンが絶縁樹脂層６覆われてなり、端子パターンと絶縁樹脂基材には、各電池の柱状陽極と柱状陰極が挿入される一対の貫通穴７がそれぞれ形成されてなる配線モジュール１を提案する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線モジュールに係り、特に、複数の薄型電池を直列接続して形成される電池アッセンブリに好適な配線モジュールに関する。
例えば、特許文献１には、ハイブリッド自動車または電気自動車の電動モータを駆動する電源としての電池アッセンブリが記載されている。このような電池アッセンブリは、薄型の直方体形状の単位電池（以下、単に電池という。）を短辺方向に複数接して並べて形成され、各電池の上面または側面に電池の電極が設けられている。一般に、電池の上面に電極を設ける場合は、長辺方向の両端側に離して陽極と陰極が設けられ、電池の側面に電極を設ける場合は、互いに反対側の側面の上部に陽極と陰極が設けられる。このように形成される電池の陽極と陰極を互い違いに配列し、隣り合う電池の陽極と陰極をバスバと称する接続端子で直列接続して電池アッセンブリが形成される。
また、電池アッセンブリの各電池の電圧は、端子が圧着された電圧検出配線を各接続端子に接続し、電圧検出配線の他端を電池コントローラに接続して各単位電池の電圧を検出するとともに、電池アッセンブリの充電等の制御を行うようにしている。これらの電圧検出配線は、ワイヤーハーネスを構成して、配線作業を効率化するとともに、配線の省スペース化、軽量化、低コスト化が図られている。
特開２０１２−１９９００７号公報
ところで、特許文献１に記載されているように、電池アッセンブリには、複数の電池間を接続する複数のバスバ（接続端子）と、各電池の電圧を検出する複数の電圧検出配線と、電圧検出配線をバスバに接続する複数の圧着端子とを含む複数の配線部品が必要となる。これらの配線部品を電池アッセンブリに組み付ける作業は、同文献に記載のように、電池の直列数に応じて一層手間がかかることから、同文献によれば、隣り合うバスバを絶縁部材を介して相互に連結して絶縁部材に保持させることにより、複数のバスバの取り付け作業を簡単化することが提案されている。
しかしながら、同文献に記載の技術によれば、バスバと、電圧検出配線および圧着端子は、それぞれ別部品として組み付けていることから、電池アッセンブリに対する配線部品の組み付け作業をさらに簡単化する余地がある。
本発明が解決しようとする課題は、電池アッセンブリに対する配線部品の組み付け作業をさらに簡単化することができる配線モジュールを提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明は、薄型の直方体形状に形成された複数の電池の柱状陽極と柱状陰極を互い違いに配列してなる電池アッセンブリに用いられる配線モジュールであって、絶縁樹脂基材の一方の面に、隣り合う前記電池の柱状陽極と柱状陰極に接続される端子パターンと、前記端子パターンに接続された電圧検出配線パターンと、前記電圧検出配線パターンの一部に介装されたヒューズパターンとを有し、前記端子パターンの周縁部と前記電圧検出配線パターンと前記ヒューズパターンが絶縁樹脂層で覆われてなり、前記端子パターンと前記絶縁樹脂基材には、前記各電池の柱状陽極と柱状陰極が挿入される一対の貫通穴が形成されてなることを特徴とする。
すなわち、本発明は、電池アッセンブリに対応させて、電池の電極に接続する端子パターンと、端子パターンに接続された電圧検出配線パターンとヒューズパターン４とを、絶縁樹脂基材に一体的に形成したことを特徴とする。これにより、電圧検出配線を端子パターンに接続する圧着端子等が不要になり、電池アッセンブリに必要な複数の配線部品を１つの部品にまとめることができる。これにより、電池アッセンブリに要する配線部品の組み付け作業を一層、簡単化することができる。さらに、配線の省スペース化、軽量化、低コスト化を実現することができる。
本発明において、絶縁樹脂基材は、電池アッセンブリの配列方向に対応させて帯状に形成され、端子パターンは、絶縁樹脂基材の帯状側縁から張り出された張出部に設定数形成してもよい。また、一つの配線モジュールは、例えば、複数個（例えば、２〜４個）の端子パターンに対応させて形成することが好ましい。これによれば、帯状の配線モジュールの帯幅の最大幅を抑えることができ、電池の直列数が多いときは複数の配線モジュールを重ねて用いればよい。しかし、本発明の配線モジュールは、これに限られるものではなく、全部の端子パターンに対応させて一つの配線モジューを形成してもよい。
また、電圧検出配線パターン５には、ヒューズパターン４が形成されていることを特徴とする。例えば、電圧検出配線の途中にヒューズを挿入接続する必要がある場合、ヒューズが収容されたヒューズ箱など等を経由させなければならないが、本発明によれば、電圧検出配線パターンの一部に、ヒューズパターンを組み込むことにより、配線の省スペース化、軽量化、低コスト化に、さらに寄与することができる。なお、ヒューズパターンは、設定値以上の電流が流れた場合に溶断するように、導電材などの断面積および長さを設定すればよい。
さらに、本発明の配線モジュールは、絶縁樹脂層で覆われていない端子パターンの露出面に重ねて配置された補助導体板と、補助導体板の側面外周を取り囲んで端子パターンの周縁部を含む設定領域の絶縁樹脂層を覆って形成された保護樹脂層とを形成してもよい。これによれば、電池アッセンブリの電流容量に合わせて、配線モジュールの端子パターンの実質的な電流容量を任意に調整することができる。
本発明によれば、電池アッセンブリに要する配線部品の組み付け作業をさらに簡単化することができることができる。
本発明の配線モジュールの実施例１の構成図である。 実施例１の配線モジュールを適用する電池アッセンブリの一実施形態を説明する図である。 実施例１の配線モジュールを図２の電池アッセンブリに使用する方法を説明する図である。 本発明の配線モジュールの実施例２の構成図である。 本発明の配線モジュールの実施例３の主要部の構成図である。 本発明の配線モジュールの実施例１の変形例の構成図を示す。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１に、本発明の配線モジュールの実施例１の構成図を示す。同図（ａ）は配線モジュール１の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｉｂ−Ｉｂにおける矢視断面図である。それらの図に示すように、配線モジュール１は、細長い帯状の絶縁樹脂基材２と、絶縁樹脂基材２の一方の面に、それぞれの導電材により形成された例えばバスバパターンを構成する複数の端子パターン３と、ヒューズパターン４を有する複数の電圧検出配線パターン５が形成されている。また、端子パターン３の周縁部を除く部分には、絶縁樹脂基材２が除去又は形成されていない。これにより、同図（ｂ）に示すように、端子パターン３の周縁部以外の部分は露出されている。なお、端子パターン３の絶縁樹脂基材２側の露出部は本実施例に限られるものではなく、図６を用いて後述する変形例のように、端子パターン３が電気的に接続される相手電極などの相手端子にボルト締めするナットが螺合可能な円形領域を露出させるだけでもよい。一方、絶縁樹脂基材２の一方の面の端子パターン３の周縁部３ａ、ヒューズパターン４および電圧検出配線パターン５は、絶縁樹脂層６で覆われている。つまり、端子パターン３の周縁部３ａ以外の部分は露出され、これにより端子パターン３を隣り合う電池の陽極と陰極に接触させて、それらの電極間を接続可能に形成されている。
図２に、実施例１の配線モジュール１を適用する一実施形態の電池アッセンブリ１０の主要部分の斜視図を示す。同図（ａ）は配線モジュール１の斜視図を示し、同図（ｂ）は電池アッセンブリ１０の要部の斜視図を示す。電池アッセンブリ１０は、薄型の直方体形状に形成された複数の電池１１の柱状陽極（以下、単に陽極という。）１２ａと柱状陰極（以下、単に陰極という。）１２ｂを互い違いに配列して形成されている。各電池１１の陽極１２ａと陰極１２ｂは、電池１１の上面に設けられた台座１３上に突出して設けられており、図示していないが、柱状の外周面に図示していないナットが螺合可能なねじが形成されている。
端子パターン３は、配線モジュール１の長手方向の一辺に沿って、電池アッセンブリ１０の隣り合う２つの電池１１を単位として、等間隔で複数（図示例では、２つ）形成されている。図１に示すように、複数の端子パターン３には、配線モジュール１の長手方向に一列に配列された複数の貫通穴７が形成されている。この貫通穴７は、各端子パターン３の両面の露出部を貫通して形成されている。
ヒューズパターン４は、各端子パターン３に対応させて複数形成され、それぞれ一端は第１の電圧検出配線パターン５ａにより端子パターン３に接続され、他端は第２の電圧検出配線パターン５ｂに接続されている。複数のヒューズパターン４は、端子パターン３に対応させて絶縁樹脂基材２の短手方向に延在させて形成され、第２の電圧検出配線パターン５ｂは、絶縁樹脂基材２の長手方向に延在させて形成されている。これにより、配線モジュール１の幅を小さくすることができる。また、ヒューズパターン４は、設定値以上の電流が流れた場合に溶断するように、導電材の断面積および長さが設定される。すなわち、ヒューズパターン４の断面積は、厚み及び幅により調整し、ヒューズパターン４の長さは、図示のように、屈曲長さにより調整して設定する。
ヒューズパターン４が介装された電圧検出配線パターン５は、電池１１の電圧を検出するものであり、配線モジュール１の長手方向の端子パターン３の反対側の辺に沿って、それぞれ伸延して形成されている。電圧検出配線パターン５（第２電圧検出配線パターン５ｂ）の他端は、図示していない電池コントローラにコネクタなどを介して接続されるようになっている。なお、実施例１では、一つの配線モジュール１に２つ分の端子パターン３と、２本分のヒューズパターン４を有する電圧検出配線パターン５を形成したが、本発明は、これに限られるものではない。３つ分以上の端子パターン３と、３本分以上のヒューズパターン４を有する電圧検出配線パターン５を形成してもよい。また、電池の直列数が多いときは、図３に示すように、複数枚の配線モジュール１を重ねて用いることで対応する。
配線モジュール１の端子パターン３には、隣り合う電池１１の陽極１２ａと陰極１２ｂが挿入される貫通穴７が穿設されている。これにより、実施例１の配線モジュール１を適用する場合、端子パターン３の絶縁樹脂層６側の露出面を図２のように下面側にして、貫通穴７に陽極１２ａと陰極１２ｂを挿通する。そして、端子パターン３の露出面を陽極１２ａと陰極１２ｂの台座１３に接触させて、絶縁樹脂基材２側の端子パターン３の露出面側からナットで締め付け固定する。このとき、配線モジュール１の端子パターン３および貫通穴７が一列にして形成されているから、一つの端子パターン３の貫通穴７を一つの陽極１２ａまたは陰極１２ｂに位置合せすれば、他の端子パターン３の貫通穴７の位置を、対応する陽極１２ａまたは陰極１２ｂに位置合せすることができる。なお、複数の電池１１の配列誤差、陽極１２ａまたは陰極１２ｂの間隔の公差および製造誤差を考慮して、貫通穴７の穴径に余裕を設けたり、長穴に形成することが好ましい。
以上説明したように、実施例１によれば、従来、別々の配線部品であった複数の端子パターン３と、ヒューズパターン４を有する複数の電圧検出配線パターン５を一つの配線モジュール１として形成したことから、電池アッセンブリ１０への組み付け作業を簡単化することができる。特に、複数の端子パターン３を絶縁部材を介して保持させるとともに、各電池１１の陽極１２ａまたは陰極１２ｂに位置合せをして挿入する作業を大幅に軽減することができる。
また、電圧検出配線に圧着端子を接続するのに必要なスペースを最小化することができる。また、圧着端子が不要になるから、軽量化することができる。さらに、それらのヒューズと電圧検出配線との接続に要する作業を大幅に軽減して、低コスト化することができる。言い換えれば、ヒューズを含む電圧検出配線をコンパクトに形成することができる。また、組付け性の向上および組付け作業性に優れた配線モジュールを提供できる。
また、一般に、電圧検出配線の途中にヒューズを介装する場合は、ヒューズが収容されたヒューズ箱など等を経由して配線しければならない。この点、実施例１によれば、電圧検出配線パターンの一部に、ヒューズパターンを組み込むことができるから、配線の省スペース化、軽量化、低コスト化に、さらに寄与することができる。なお、配線モジュール１にヒューズパターン４を設けることは必須ではない。ヒューズパターン４に相当するヒューズ機能を電池コントローラに設けることも可能である。
また、実施例１において、柔軟性を有する材料を用いた絶縁樹脂基材２に、端子パターン３と、ヒューズパターン４を含む電圧検出配線パターン５を蒸着などによりパターン形成した、いわゆるフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）により形成してもよい。これによれば、薄くかつ曲げ易く、取り扱いが容易な配線部材を提供することができる。
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、絶縁樹脂基材２は、一定の硬さを有する材料を用いてもよい。また、配線モジュール１の端子パターン３が形成される端子パターン領域２ａの端子パターン３の露出部を除く領域を、樹脂によりモールド成形してもよい。
図４に、本発明の配線モジュールの実施例２の平面図を示す。本実施例の配線モジュール３０は、端子パターン３を、電池アッセンブリ１０の隣り合う２つの電池１１を単位として等間隔で配置する点は、実施例１と同じである。実施例１と異なる点は、端子パターン３を５つ以上、例えば電池１１の全部の直列数に対応する数の端子パターン３を設けて、一つの配線モジュール３０を形成したことにある。その他の点は、実施例１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例２によれば、実施例１に比べて、電池アッセンブリ１０に必要な配線モジュール３０の数量を減らすことができる。しかし、図４に示すように、配線モジュール３０の全幅Ｗ２が大きくなるから、電池アッセンブリ１０の構成によっては全幅Ｗ２の制約を受ける場合がある。これに対し、実施例１によれば、図３に示すように、配線モジュール１の全幅Ｗ１が小さいので、電池アッセンブリ１０の構成による制約を受けにくい。この場合、配線モジュール１の端子パターン３が形成される端子パターン領域２ａを除き、電圧検出配線パターン５が形成される配線パターン領域２ｂは、図３に示すように、重ねて配設することができる。
図５に、本発明の配線モジュールの実施例３の主要部の断面図を示す。図５の断面図は、図１（ｂ）に対応する断面図である。本実施例３の配線モジュール４０が実施例１と異なる点は、絶縁樹脂層６で覆われていない端子パターン３の露出面に重ねて補助導体板４１が配置されていること、および補助導体板４１の側面の外周を取り囲んで端子パターン３の周縁部を含む設定領域の絶縁樹脂層６を覆って保護樹脂層４２が形成されていることにある。本実施例３によれば、補助導体板４１の厚みを調整することにより、電池アッセンブリ１０の電流容量に合わせて、配線モジュール４０の端子パターン３の実質的な電流容量を任意に調整することができる。保護樹脂層４２は、樹脂によりモールド成形してもよい。
（変形例）
図６に、実施例１の配線モジュール１の変形例の構成図を示す。本変形例が図２の配線モジュールと相違する点は、端子パターン３が電気的に接続される相手電極などの相手端子にボルト締めするナットが螺合可能な円形領域を露出させたものである。これによれば、端子パターン３の周縁部を絶縁樹脂基材２で覆う領域が多くなるので、端子パターン３の絶縁樹脂基材２による保持力を大きくすることができる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形または変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形または変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。
１ 配線モジュール
２ 絶縁樹脂基材
３ 端子パターン
４ ヒューズパターン
５ 電圧検出配線パターン
５ａ 第１の電圧検出配線パターン
５ｂ 第２の電圧検出配線パターン
６ 絶縁樹脂層
７ 貫通穴
１０ 電池アッセンブリ
１１ 電池
１２ａ 柱状陽極
１２ｂ 柱状陰極

Claims (3)

  1. 薄型の直方体形状に形成された複数の電池の柱状陽極と柱状陰極を互い違いに配列してなる電池アッセンブリに用いられる配線モジュールであって、
    絶縁樹脂基材の一方の面に、隣り合う前記電池の柱状陽極と柱状陰極に接続される端子パターンと、前記端子パターンに接続された電圧検出配線パターンと、前記電圧検出配線パターンの一部に介装されたヒューズパターンとを有し、前記端子パターンの周縁部と前記電圧検出配線パターンと前記ヒューズパターンが絶縁樹脂層で覆われてなり、前記端子パターンと前記絶縁樹脂基材には、前記各電池の柱状陽極と柱状陰極が挿入される一対の貫通穴が形成されてなる配線モジュール。
  2. 前記絶縁樹脂基材は、前記電池アッセンブリの配列方向に対応させて帯状に形成され、
    前記端子パターンは、前記絶縁樹脂基材の帯状側縁から張り出された張出部に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のる配線モジュール。
  3. さらに、前記絶縁樹脂層で覆われていない前記端子パターンの露出面に重ねて配置された補助導体板と、前記補助導体板の側面外周を取り囲んで前記端子パターンの周縁部を含む設定領域の前記絶縁樹脂層を覆って形成された保護樹脂層とが形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のる配線モジュール。
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