JP2019033090A - 電池配線モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＰＣに設けられた電圧検知線の途中に電流制限素子が直列接続された構成において、電圧検知線を過電流から保護することができる電池配線モジュールの提供。【解決手段】複数の単電池の隣接する単電池の正極及び負極の電極端子を接続する複数の接続部材２１と、複数の接続部材を介して複数の単電池の電圧を検知する複数の電圧検知線２６を有するフレキシブルプリント基板２５とを備える電池配線モジュール２０Ａ。フレキシブルプリント基板の一の側縁には、接続部材に向かって突出する凸部２５Ｃが設けられており、接続部材は、フレキシブルプリント基板の一の側縁と離間した状態で、凸部に接続されており、各電圧検知線の途中には、当該電圧検知線に過電流が流れることを制限する電流制限素子２７が設けられ、電流制限素子の電圧検知線との接続部は、絶縁樹脂２３によってオーバーコートされている電池配線モジュール。【選択図】図２

Description

本発明は、電池配線モジュールに関し、詳しくは、電池配線モジュールに含まれる配線の短絡保護に関する。

電気自動車やハイブリッド車用の電池モジュールでは、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を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。ここで、複数の単電池を直列や並列に接続する場合、単電池間において電池電圧などの電池特性が不均一であると、電池の劣化や破損を招くという問題がある。

そこで、車両用の電池モジュールにおいては、各単電池間の電圧に異常が生じる前に充電、放電を中止するため、各接続部材には、単電池の電圧を検知するための電圧検知線が取り付けられている。各接続部材と電圧検知線（配線に相当）とによって電池配線モジュールが構成されている。

電圧検知線は、一般に、電池ＥＣＵ等の外部回路に接続されているため、外部回路の不具合に起因して二本の電圧検知線が短絡する虞がある。二本の電圧検知線が短絡すると、単電池が短絡され、過電流が電圧検知線に継続して流れることになる。そのため、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）に形成された電圧検知線に、ＰＴＣ（正温度係数）サーミスタ等の電流制限素子を直列接続して設けることが知られている（特許文献１を参照）。

特開２０１０−２５７７７５号公報

上記特許文献１においては、電流制限素子を電圧検知線に設けることによって、単電池の短絡に起因する電池モジュールの劣化を防止することが可能になる。しかしながら、車両が高湿度の環境に置かれた場合等においては、電池配線モジュールを構成し、電流制限素子が設けられたＦＰＣが結露する可能性がある。

ＦＰＣが結露すると、各電圧検知線に対応してＦＰＣ上に設けられた複数の電流制限素子のうちいずれか２個の電流制限素子の単電池側の電極が、結露に起因して形成された水滴等によって短絡する虞があった。２個の電流制限素子の単電池側の電極が短絡すると、電流制限素子の単電池側において２本の電圧検知線が短絡されることとなり、短絡された電圧検知線の電流制限素子は機能しなくなる。そのため、単電池から短絡された電圧検知線に過電流が継続して流れることになり、この場合、電圧検知線を過電流から保護することができない。
そこで、本明細書では、ＦＰＣに設けられた電圧検知線の途中に電流制限素子が直列接続された構成において、電圧検知線を過電流から保護することができる電池配線モジュールを提供する。

本明細書によって開示される電池配線モジュールは、正極及び負極の電極端子を有する複数の単電池が並べられてなる単電池群に取り付けられる電池配線モジュールであって、前記複数の単電池の隣接する単電池の正極及び負極の電極端子を接続する複数の接続部材と、前記複数の接続部材を介して前記複数の単電池の電圧を検知する複数の電圧検知線を有するフレキシブルプリント基板と、を備え、前記フレキシブルプリント基板の一の側縁には、前記接続部材に向かって突出する凸部が設けられており、前記接続部材は、前記フレキシブルプリント基板の一の側縁と離間した状態で、前記凸部に接続されており、各電圧検知線の途中には、当該電圧検知線に過電流が流れることを制限する電流制限素子が設けられており、前記電流制限素子と前記電圧検知線との接続部は、絶縁樹脂によってオーバーコートされている。
本構成によれば、電流制限素子と電圧検知線との接続部は、絶縁樹脂によってオーバーコートされている。そのため、ＦＰＣ上に設けられた複数の電流制限素子のうちいずれか２個の電流制限素子の単電池側の電極が、結露に起因して形成された水滴等によって短絡することはない。したがって、ＦＰＣが結露する場合であっても、２個の電流制限素子は機能し、ＦＰＣに設けられた電圧検知線の途中に電流制限素子が直列接続された構成において、電圧検知線を過電流から保護することができる。

上記電池配線モジュールにおいて、前記フレキシブルプリント基板には、前記電圧検知線を前記接続部材に接続する接続ランドが設けられており、前記電流制限素子は、前記接続ランドの近傍に設けられているようにしてもよい。
本構成によれば、電流制限素子は、接続ランドの近傍、すなわち、接続部材の近傍に設けられている。そのため、電流制限素子と接続部材との間に位置する電圧検知線の長さを短くすることができる。それによって、電流制限素子と接続部材との間において、隣接する２本の電圧検知線が短絡する区間を短くすることができる。その結果、電流制限素子と接続部材との間において、隣接する２本の電圧検知線が短絡する可能性を低減できる。
なお、ここで、「接続ランドの近傍」とは、例えば、接続部材の長手方向（単電池の並び方向）の両端の間等を意味する。

また、上記電池配線モジュールにおいて、各電圧検知線は、他の電圧検知線から分離されて配線された分離配線部を有するように配線されており、前記電流制限素子は、各電圧検知線において、前記分離配線部に設けられているようにしてもよい。
本構成によれば、分離配線部を設けることによって電流制限素子を電圧検知線に設置し易くなるとともに、電流制限素子の設置部と他の電圧検知線との間の短絡を発生し難くすることができる。

また、上記電池配線モジュールにおいて、前記電流制限素子は、正温度係数サーミスタ、あるいはチップヒューズによって構成するようにしてもよい。
本構成によれば、電圧検知線に過電流が流れた際に、正温度係数サーミスタの抵抗が増大したり、チップヒューズが溶断したりすることによって、電圧検知線を過電流から保護することができる。

また、上記電池配線モジュールにおいて、前記複数の電圧検知線に接続され、検知された単電池の電圧を外部に出力するコネクタを備えるようにしてもよい。
本構成によれば、コネクタを電池ＥＣＵ等の外部回路に接続することによって、単電池の充放電コントロール等を容易に行うことができる。

本発明によれば、ＦＰＣに設けられた電圧検知線の途中に電流制限素子が直列接続された構成において、電圧検知線を過電流から保護することができる。

一実施形態に係る電池モジュールの概略的な平面図 電池配線モジュールを示す平面図 電池配線モジュールを示す平面図 電流制限素子の周辺を示す部分拡大平面図 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図 バスバーと電圧検知線との接続態様を示す断面図

＜実施形態＞
本発明の一実施形態１を図１から図６を参照して説明する。

１．電池モジュールの構成
本実施形態に係る電池モジュール１０は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の駆動源として使用される。電池モジュール１０は、正極の電極端子１３Ａおよび負極の電極端子１３Ｂを有する複数（本実施形態では２２個）の単電池１１が並べて配された単電池群１１Ｇと、この単電池群１１Ｇに取り付けられた電池配線モジュール２０と、を備える。以下では、図１に示される前方を電池モジュール１０の前方とし、図１に示される後方を電池モジュール１０の後方とする。また、図１に示される左方を電池モジュール１０の左方とし、図１に示される右方を電池モジュール１０の右方とする。

隣り合う２つの単電池１１，１１の間には樹脂製のセパレータ(図示せず)が配置されている。セパレータには、突出形成された突出部１５が設けられている。各突出部１５は、隣り合う２つのバスバー２１，２１間に形成された空間に配置され、工具等による電極間の短絡を防止する機能を有する。

２．電池配線モジュールの構成
電池配線モジュール２０は、図２に示される、電池モジュール１０の前方に取付けられる電池配線モジュール２０Ａと、図３に示される、電池モジュール１０の後方に取付けられる電池配線モジュール２０Ｂとを含む。なお、以下の説明において、各電池配線モジュール２０Ａ，２０Ｂを区別する必要のない場合、電池配線モジュール２０と記す。

電池配線モジュール２０は、複数のバスバー（「接続部材」の一例）２１と、フレキシブルプリント基板（以下、「ＦＰＣ」と記す）２５とを含む。

各バスバー２１は、異なる単電池１１の電極端子１３Ａ，１３Ｂ同士を接続する。そのために、各バスバー２１には、異なる単電池１１の電極端子１３Ａ，１３Ｂが挿入される２個の端子挿通孔２２が形成されている。なお、図３に示されるように、電池配線モジュール２０Ｂの両端の接続部材２１Ａは、１個の端子挿通孔２２を有し、右端の接続部材２１Ａは、電極端子１３Ａに接続され、その電極端子１３Ａから、各単電池１１の電圧を合計した正電圧が負荷に印加される。一方、左端の接続部材２１Ａは、電極端子１３Ｂに接続され、その電極端子１３Ｂからは、グランド電位が負荷に印加される。

ＦＰＣ２５は、各バスバー２１に接続され各単電池１１の電圧を検知する複数の電圧検知線２６を含む。各電圧検知線２６には、図２および図３に示されるように、継続した過電流に対して各電圧検知線２６を保護する電流制限素子２７が設けられている。電流制限素子２７は、ＰＴＣ（正温度係数）サーミスタ、あるいはチップヒューズである。

詳細には、ＦＰＣ２５のベース層２５Ａ上に形成された銅箔をパターニングして、図２および図３に示される電圧検知線２６が形成されている。パターニングの際、図５に示されるように、電流制限素子２７が接続される箇所の銅箔は削除される。すなわち、電流制限素子２７は、電圧検知線２６に対して、その途中に直列に接続される。

また、各電圧検知線２６は、図２および図３に示されるように、他の電圧検知線２６から分離されて配線された分離配線部２６Ａを有するように配線、すなわちパターニングされている。そして、電流制限素子２７は、各電圧検知線２６において、分離配線部２６Ａに設けられている。

また、図４および図５に示されるように、電流制限素子２７が接続される箇所のＦＰＣ２５のカバーレイ層２５Ｂには、矩形の開口部Ｗが形成されている。開口部Ｗによって、電流制限素子２７が接続される箇所の電圧検知線２６が露出される。そして、露出された電圧検知線２６に対して、電流制限素子２７の電極（接続部）２７Ａが、例えば、半田ＳＤによって接合されている。

このように、電圧検知線２６に対して、その途中に電流制限素子２７が直列接続されている。それによって、電池配線モジュール２０が接続される電池ＥＣＵ等の外部回路の不具合に起因して、２本の電圧検知線２６が短絡して電圧検知線２６に単電池からの過電流が発生した場合であっても、単電池１１から電圧検知線２６に過電流が電圧検知線２６に流れることを制限できる。

例えば、電流制限素子２７がＰＴＣサーミスタの場合、電圧検知線に過電流が流れた際、電圧検知線２６の温度上昇に伴ってＰＴＣサーミスタの抵抗が増大して、過電流が流れることを制限できる。また、電流制限素子２７がチップヒューズの場合、電圧検知線２６に過電流が流れた際、チップヒューズが溶断することによって、過電流が流れることを制限できる。

それによって、外部回路の不具合に起因してＦＰＣ２５に設けられた電圧検知線２６に過電流が発生した場合であっても、電圧検知線２６を保護することができる。

さらに、図４および図５に示されるように、開口部Ｗを覆い隠すように、電流制限素子２７が接続される箇所は、絶縁樹脂２３によってオーバーコートされている。すなわち、電流制限素子２７と電圧検知線２６との接続部は、絶縁樹脂によってオーバーコートされている。ここで、接続部は、電流制限素子２７の電極２７Ａ、半田ＳＤ、および電圧検知線２６の露出した部分を含む。

また、各電圧検知線２６の一端には、バスバー２１と電気的に接続される接続ランド２８が形成されている。電流制限素子２７は、接続ランド２８の近くに設けられている。

詳しくは、図６に示されるように、接続ランド２８は、ＦＰＣ２５のベース層２５Ａの凸部２５Ｃ上の銅箔によって構成されており、電圧検知線２６と接続ランド２８とは連続している。また、接続ランド２８が形成される領域（凸部２５Ｃ）にはカバーレイ層２５Ｂは形成されておらず、接続ランド２８は露出されている。接続ランド２８とバスバー２１とは、例えば、半田ＳＤによって接合されている。このように、接続ランド２８の上面にバスバー２１を接続する場合、接続ランド２８の下面に下側にバスバー２１を接続する場合と比べて、接続ランド２８にバスバー２１を接続するための作業が簡易化される。

すなわち、接続ランド２８の上面にバスバー２１を接続する場合、電圧検知線２６に電流制限素子２７を接続するための銅箔に対する半田面が同一側となる。一方、接続ランド２８の下面にバスバー２１を接続する場合、電圧検知線２６に電流制限素子２７を接続する際と、バスバー２１を接続する際で、銅箔に対する半田面がことなる。そのため、半田付け作業が複雑になる。

また接続ランド２８の下面にバスバー２１を接続する場合、接続ランド２８を露出する際に、ベース層２５Ａを銅箔から剥がす作業が必要になり、接続ランド２８を露出する作業に手間が掛かる。
なお、接続ランド２８とバスバー２１との各接続部は、電流制限素子２７と電圧検知線２６との接続部と同等に、絶縁樹脂２３によってオーバーコートされるようにしてもよい。

また、各電圧検知線２６の他端は、コネクタ２９に接続されている。コネクタ２９は、図示しない電池ＥＣＵに接続されている。電池ＥＣＵは、マイクロコンピュータ、回路素子等が搭載されたものであって、各単電池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。

３．実施形態の効果
電流制限素子２７と電圧検知線２６との接続部は、絶縁樹脂２３によってオーバーコートされている。そのため、ＦＰＣ２５に設けられた複数の電流制限素子２７のうちいずれか２個の電流制限素子２７の単電池側の電極２７Ａが、結露等に起因して形成された水滴によって短絡することはない。したがって、ＦＰＣ２５が結露する場合であっても、各電流制限素子２７は正常に機能し、ＦＰＣ２５に設けられた電圧検知線２６の途中に電流制限素子２７が直列接続された構成において、電圧検知線２６を過電流から保護することができる。

また、電流制限素子２７は、接続ランド２８の近傍、すなわち、バスバー２１の近傍に設けられている。そのため、電流制限素子２７とバスバー２１との間に位置する電圧検知線２６の長さを短くすることができる。それによって、電流制限素子２７とバスバー２１との間において、隣接する２本の電圧検知線２６が短絡する区間を短くすることができる。その結果、電流制限素子２７とバスバー２１との間において、言い換えれば、電流制限素子２７の単電池１１側において、隣接する２本の電圧検知線２６が短絡する可能性を低減できる。

ここで、「接続ランド２８の近傍」とは、例えば、バスバー２１の長手方向（単電池１１の並び方向、すなわち、図１の左右方向）の両端の間、言い換えれば、接続ランド２８とバスバー２１の長手方向の一端との間を意味する。なお、この場合、全ての電流制限素子２７がバスバー２１の両端の間に設けられていることに限られない。全ての電流制限素子２７のうちの、例えば、５０％以上、あるいは７５％以上、あるいは９０％以上の電流制限素子２７がバスバー２１の両端の間に設けられるようにしてもよい。

また、各電圧検知線２６は、他の電圧検知線２６から分離されて配線された分離配線部２６Ａを有するように配線され、電流制限素子２７は、各電圧検知線２６において、分離配線部２６Ａに設けられている。そのため、電流制限素子２７を電圧検知線２６に設置し易くなるとともに、電流制限素子２７と他の電圧検知線２６との間の短絡を発生し難くすることができる。

＜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）本実施形態においては、ＦＰＣ２５とバスバー２１との接続において、図６等に示されるように、ＦＰＣ２５の上側にバスバー２１を接続する構成を示したが、これに限られない。逆に、ＦＰＣ２５の下側にバスバー２１を接続する構成としてもよい。その際、ＦＰＣ２５のベース層２５Ａが上側となり、カバーレイ層２５Ｂが下側となるように、ＦＰＣ２５を上下反転させて、バスバー２１を接続するようにしてもよい。
また、ＦＰＣ２５とバスバー２１との接続態様は、図６等に示されるような電気的な接続ランド２８のみによるものに限られない。その他、接続ランド２８のみによる接続を補強する機械的な接続部を、ＦＰＣ２５およびバスバー２１に設けてもよい。

（２）本実施形態においては、図１に示すように、電池配線モジュールを前側の電池配線モジュール２０Ａと後側の電池配線モジュール２０Ｂとに分離して構成する例を示したが、これに限られない。すなわち、電池配線モジュールを、電池配線モジュール２０Ａと電池配線モジュール２０Ｂとに分離しない構成としてもよい。例えば、電池配線モジュール２０Ａと電池配線モジュール２０Ｂとを接続する接続部を設け、一個のコネクタで電池配線モジュールと電池ＥＣＵとを接続する構成としてもよい。

（３）ＦＰＣ２５には、所定間隔の位置に、例えば、各バスバー２１の間の位置に、所定量の撓み（単電池１１の並び方向のマージン）を形成するようにしてもよい。この場合、電池配線モジュール２０を単電池群１１Ｇに搭載する際に、単電池１１の大きさの公差に対応できる。すなわち、単電池１１の並び方向の大きさに差があった場合でも、その差を所定量の撓みによって吸収できる。それによって、電池配線モジュール２０を単電池群１１Ｇに搭載する際の作業を簡易化できる。また、電池１１の大きさの公差に起因してＦＰＣ２５にかかるストレスを吸収できる。すなわち、電池配線モジュール２０の信頼性を向上できる。

１１…単電池
１１Ｇ…単電池群
１３Ａ…正電極端子
１３Ｂ…負電極端子
２０，２０Ａ，２０Ｂ…電池配線モジュール
２１…バスバー（接続部材）
２３…絶縁樹脂
２５…ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）
２６…電圧検知線
２７…電流制限素子
２７Ａ…電流制限素子の電極
２８…接続ランド

Claims (5)

1. 正極及び負極の電極端子を有する複数の単電池が並べられてなる単電池群に取り付けられる電池配線モジュールであって、
   前記複数の単電池の隣接する単電池の正極及び負極の電極端子を接続する複数の接続部材と、
   前記複数の接続部材を介して前記複数の単電池の電圧を検知する複数の電圧検知線を有するフレキシブルプリント基板と、を備え、
   前記フレキシブルプリント基板の一の側縁には、前記接続部材に向かって突出する凸部が設けられており、前記接続部材は、前記フレキシブルプリント基板の一の側縁と離間した状態で、前記凸部に接続されており、
   各電圧検知線の途中には、当該電圧検知線に過電流が流れることを制限する電流制限素子が設けられており、
   前記電流制限素子と前記電圧検知線との接続部は、絶縁樹脂によってオーバーコートされている、電池配線モジュール。
2. 請求項１に記載の電池配線モジュールにおいて、
   前記フレキシブルプリント基板には、前記電圧検知線を前記接続部材に接続する接続ランドが設けられており、
   前記電流制限素子は、前記接続ランドの近傍に設けられている、電池配線モジュール。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池配線モジュールにおいて、
   各電圧検知線は、他の電圧検知線から分離されて配線された分離配線部を有するように配線されており、
   前記電流制限素子は、各電圧検知線において、前記分離配線部に設けられている、電池配線モジュール。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池配線モジュールにおいて、
   前記電流制限素子は、正温度係数サーミスタ、あるいはチップヒューズである、電池配線モジュール。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池配線モジュールにおいて、
   前記複数の電圧検知線に接続され、検知された単電池の電圧を外部に出力するコネクタを備える、電池配線モジュール。

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