JP2021111714A - 絶縁トランス及び絶縁トランスの製造方法 - Google Patents

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幸貴 内田
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Abstract

【課題】電気的特性が安定した絶縁トランス及び絶縁トランスの製造方法を提供する。【解決手段】絶縁トランス50は、第1貫通孔50Fが形成された回路基板40と、回路基板40において第1貫通孔50Fの周りに配置される第1パターン50Bと、回路基板40において第1貫通孔50Fの周りに配置され、第1パターン50Bに対して絶縁される第2パターン50Cと、第1磁性体50Dと第2磁性体50Eとを有する磁性体部50Aとを備え、第2磁性体50Eは、回路基板40の一方面と対向して配置され、第1磁性体50Dは、少なくとも一部が第1貫通孔50F内に挿入される第1挿入部50Gを有し、第1挿入部50Gの一方面側の第1端部50Nは、第2磁性体50Eと対向して配置され、一方面に沿った第1方向Diにおける第2磁性体50Eの外形寸法は、第1方向Diにおける第1端部50Nの外形寸法よりも大きい【選択図】図6

Description

本開示は、絶縁トランス及び絶縁トランスの製造方法に関する。
特許文献1には、基板に形成された1次側回路と2次側回路とを2つのフェライトコアを用いて挟み込むことによって基板上にトランス構造を形成することが開示されている。このトランス構造において2つのフェライトコアの各々の断面形状は、E字状及びI字状をなしている。このトランス構造においてE字状をなしたフェライトコアは、基板に形成された貫通孔に挿入する挿入部を有しており、挿入部の端部がI字状のフェライトコアに接触している。
特開2000−91138号公報 特開2011−40509号公報 特開平5−135968号公報
特許文献1に開示された構成の場合、I字状のフェライトコアは、基板に沿った方向の位置が定まり難いという問題が生じ易い。このため、基板に対してI字状のフェライトコアの位置がばらつくと、E字状のフェライトコアの挿入部の端部とI字状のフェライトコアと対向して接触する面積がばらつき、その結果、トランス構造の電気的特性がばらつくおそれがある。
そこで、本開示は、電気的特性が安定した絶縁トランス及び絶縁トランスの製造方法を提供することを目的とする。
本開示の第1態様に係る絶縁トランスは、
貫通孔が形成された基板と、
前記基板において前記貫通孔の周りに配置される第1パターンと、
前記基板において前記貫通孔の周りに配置され、前記第1パターンに対して絶縁される第2パターンと、
第1磁性体と第2磁性体とを有する磁性体部と、
を備え、
前記第2磁性体は、前記基板の一方面と対向して配置され、
前記第1磁性体は、少なくとも一部が前記貫通孔内に挿入される挿入部を有し、
前記挿入部の前記一方面側の端部は、前記第2磁性体と対向して配置され、
前記一方面に沿った第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1方向における前記端部の外形寸法よりも大きい絶縁トランス。
本開示の第2態様に係る絶縁トランスの製造方法は、
互いに絶縁された第1パターン及び第2パターンが形成され、前記第1パターン及び前記第2パターンが周りに配置される貫通孔が形成される基板に対して、
前記貫通孔に挿入される挿入部を有した第1磁性体を、前記貫通孔に前記挿入部を挿入する第1磁性体配置工程と、
第2磁性体を、前記基板の一方面に対向させ、且つ前記挿入部の端部に対向させて配置する第2磁性体配置工程と、
を備え、
前記一方面に沿った第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1方向における前記端部の外形寸法よりも大きい。
本開示に係る技術は、絶縁トランスの電気的特性を安定させることができる。
図1は、実施形態1に係る蓄電モジュールを概略的に例示する斜視図である。 図2は、実施形態1に係る蓄電モジュールを概略的に例示する平面図である。 図3は、実施形態1に係る蓄電モジュールにおける回路基板及びその周辺を拡大して例示する平面図である。 図4は、実施形態1に係る絶縁トランスを拡大して例示する平面図である。 図5は、図4におけるA−A断面図である。 図6は、図5におけるB−B断面図である。 図7は、図5におけるC−C断面図である。 図8は、図5におけるD−D断面図である。 図9は、図5におけるE−E断面図である。 図10は、実施形態1に係る蓄電モジュール及び電池監視ユニットの構成を概念的に例示する回路図である。
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で示す〔1〕〜〔7〕の特徴は、矛盾しない態様でどのように組み合わせてもよい。
〔1〕貫通孔が形成された基板と、前記基板において前記貫通孔の周りに配置される第1パターンと、前記基板において前記貫通孔の周りに配置され、前記第1パターンに対して絶縁される第2パターンと、第1磁性体と第2磁性体とを有する磁性体部と、を備え、前記第2磁性体は、前記基板の一方面と対向して配置され、前記第1磁性体は、少なくとも一部が前記貫通孔内に挿入される挿入部を有し、前記挿入部の前記一方面側の端部は、前記第2磁性体と対向して配置され、前記一方面に沿った第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1方向における前記端部の外形寸法よりも大きい絶縁トランス。
上記〔1〕の絶縁トランスは、製造段階において挿入部の端部が第2磁性体の対向面(基板の一方面に対向する面)からずれて配置され難いため、電気的特性が安定し易い。更に、第2磁性体の一部を第1方向において挿入部の端部よりも張り出して配置することができるため、張り出した部分においても磁性体に起因する磁気的影響を生じさせることができる。一方面は、基板における厚さ方向(板厚方向)の一方側の板面である。
〔2〕前記基板は、前記第1方向において前記貫通孔の少なくとも一方側に1以上の第2貫通孔が形成され、前記挿入部は、前記貫通孔に挿入される第1挿入部と、前記第2貫通孔に挿入される1以上の第2挿入部と、を有し、前記第1挿入部における前記一方面側の第1端部と前記第2挿入部における前記一方面側の第2端部とが前記第1方向に並び、前記第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1端部及び前記第2端部を含んだ前記端部全体の前記第1方向の外形寸法よりも大きい〔1〕に記載の絶縁トランス。
上記〔2〕に記載された絶縁トランスは、第2磁性体の一部を第1方向において第1挿入部の第1端部、及び第2挿入部の第2端部よりも張り出して配置することができるため、張り出した部分においても磁性体に起因する磁気的影響を良好に生じさせることができる。「挿入部の一方面側の端部が第2磁性体と対向して配置される構成」は、端部が第2磁性体に接合される構成と、端部が第2磁性体に接合されずに接触する構成とを含む。
〔3〕前記一方面に沿ったいずれの方向でも、前記第2磁性体の外形寸法は、前記端部の外形寸法よりも大きい〔1〕に記載の絶縁トランス。
上記〔3〕に記載された絶縁トランスは、基板に沿ったいずれの方向において、第2磁性体の位置がずれても、挿入部の端部が第2磁性体と対向する状態を維持し易くなる。
〔4〕前記基板の温度を検知する温度検知部を備え、前記温度検知部は、前記基板において前記第1磁性体及び前記第2磁性体の少なくとも一方の周囲に設けられる〔1〕から〔3〕までのいずれかに記載の絶縁トランス。
上記〔4〕に記載された絶縁トランスは、温度検知部によって基板の温度を検知することができるため、第1磁性体及び第2磁性体が設けられた基板の温度に基づいた動作が可能となる。第1磁性体の周囲は、基板において第1磁性体の温度変化の影響を受ける位置であり、具体的には、基板の外縁よりも第1磁性体に近い位置が望ましい。第2磁性体の周囲は、基板において第2磁性体の温度変化の影響を受ける位置であり、具体的には、基板の外縁よりも第2磁性体に近い位置が望ましい。
〔5〕前記基板の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部によって検知された温度が閾値以上である場合に前記基板の温度上昇を抑制する保護動作を行う保護動作部と、を備えている〔1〕から〔4〕までのいずれかに記載の絶縁トランス。
上記〔5〕に記載された絶縁トランスは、温度検知部及び保護動作部によって第1磁性体及び第2磁性体が設けられた基板の温度が上昇することを抑えることができる。これによって、第1磁性体及び第2磁性体に起因する基板の温度上昇も抑えることができる。
第1磁性体、及び第2磁性体はフェライト系の材料で形成されている〔5〕に記載の絶縁トランス。
この絶縁トランスは、温度検知部及び保護動作部によって第1磁性体及び第2磁性体が設けられた基板の温度上昇を抑えることができるため、第1磁性体及び第2磁性体に温度上昇によって磁気飽和し易いフェライト系の材料を用いても、第1磁性体及び第2磁性体における磁気飽和を抑えることができ、これによって第1磁性体及び第2磁性体に係るコストを抑えることができる。
〔6〕複数の蓄電素子が一体的に設けられた蓄電モジュールに組み付けられる〔4〕に記載の絶縁トランス。
上記〔6〕に記載された絶縁トランスは、蓄電モジュールが温度検知部によって蓄電素子の温度を検知して、保護動作部によって蓄電素子の温度上昇を抑制することが行われる。こうした構成を有する蓄電モジュールに絶縁トランスを設ければ、第1磁性体及び第2磁性体に起因する基板の温度上昇も抑えることができる。
〔7〕互いに絶縁された第1パターン及び第2パターンが形成され、前記第1パターン及び前記第2パターンが周りに配置される貫通孔が形成される基板に対して、前記貫通孔に挿入される挿入部を有した第1磁性体を、前記貫通孔に前記挿入部を挿入する第1磁性体配置工程と、第2磁性体を、前記基板の一方面に対向させ、且つ前記挿入部の端部に対向させて配置する第2磁性体配置工程と、を備え、前記一方面に沿った第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1方向における前記端部の外形寸法よりも大きい絶縁トランスの製造方法。
上記〔7〕に記載された絶縁トランスの製造方法は、第1磁性体配置工程と第2磁性体配置工程とを実行することによって基板に絶縁トランス構造を形成することができる。一方面に沿った第1方向における第2磁性体の外形寸法は、第1方向における端部の外形寸法よりも大きい。このため、第2磁性体の一部を第1方向において挿入部の端部よりも張り出して配置することができるため、張り出した部分においても磁性体に起因する磁気的影響を生じさせることができる。
〔8〕第2磁性体配置工程は、第1磁性体配置工程を実行する前に実行される〔7〕に記載の絶縁トランスの製造方法。
上記〔8〕に記載された絶縁トランスの製造方法は、先に第2磁性体を基板の一方面に配置することによって、挿入部の端部を第2磁性体に接触させた状態にしたときに、挿入部の端部の位置を基板の一方面に揃え易い。
[本開示の実施形態の詳細]
<実施形態1>
図1には、実施形態1に係る絶縁トランス50を備えた回路基板40が取り付けられた蓄電モジュール1が例示される。蓄電モジュール1は、例えば、電気自動車、又はハイブリッド自動車等の車両に搭載され、搭載された車両を駆動するための電源として使用される。蓄電モジュール1は、複数の蓄電素子1A、電池配線モジュール10Aを有する。蓄電モジュール1は、単位電池である蓄電素子1Aが複数まとめられて構成されている。
(蓄電モジュールの構成)
蓄電モジュール1は、図2に示すように、正極P及び負極Nを備えた複数の蓄電素子1Aが所定方向に並べられている。複数の蓄電素子1Aは、正極P及び負極Nの配置される向きが交互に入れ替わるように一方向に並べられている。蓄電モジュール1は、正極P及び負極Nが交互に一列をなして構成された端子列Rが二つならんでいる。蓄電モジュール1は直方体状の構成をなす(図1参照。)。複数の蓄電素子1Aを一体的に保持するための保持部の構造は特に限定されない。各蓄電素子1Aは、正極P及び負極Nを有する1つの単位電池として機能する。各蓄電素子1Aは、例えば所定サイズの直方体状をなしている。図1、2では、蓄電素子1Aが所定方向に一列に並んだ形態にされた蓄電モジュール1が例示されているが、複数の蓄電素子1Aを一体的に配列するためのレイアウトはこの例に限定されない。
(電池配線モジュールの構成)
電池配線モジュール10Aは、図1に示すように、ケース本体11、複数のバスバー12、及び蓋13を有している。ケース本体11は、合成樹脂製であり、四角形状をなした平板状をなしている。バスバー12は四角形状をなした板金で形成されている。ケース本体11にはバスバー12が複数取り付けられている。複数のバスバー12は、ケース本体11における、互いに平行をなす一対の辺の各々に沿うように配置され、ケース本体11に取り付けられている。つまり、複数のバスバー12は二列をなしてケース本体11に取り付けられている。電池配線モジュール10Aは、蓄電モジュール1の端子列Rを覆うように蓄電モジュール1に取り付けられる(図2参照。)。
各バスバー12は、蓄電モジュール1における隣合う蓄電素子1Aの電極同士を電気的に接続する。具体的には、図2に示すように、一方の列をなすバスバー12は、蓄電モジュール1の一方の端子列Rを覆うように配置され、他方の列をなすバスバー12は、他方の端子列Rを覆うように配置される。各バスバー12は、隣合う正極Pと負極Nとを跨ぐように配置される。両側に蓄電素子1Aが配置された蓄電素子1Aの一つに着目すると、正極Pを覆うバスバー12は、一方側に隣合う蓄電素子1Aの負極Nを覆い、負極Nを覆うバスバー12は、他方側に隣合う蓄電素子1Aの正極Pを覆う。各バスバー12は、自身が覆う正極Pと負極Nとに電気的に接続することによって、複数の蓄電素子1Aを電気的に直列に接続する。直列に接続された複数の蓄電素子1Aの最も高電位の正極Pには、板金で形成された高電位側電極BHが電気的に接続されている。直列に接続された複数の蓄電素子1Aの最も低電位の負極Nには、板金で形成された低電位側電極BLが電気的に接続されている。つまり、複数の蓄電素子1Aは、二列に配置された複数のバスバー12によって電気的に接続される。
本開示において、「電気的に接続される」とは、接続対象の両方の電位が等しくなるように互いに導通した状態(電流を流せる状態)で接続される構成であることが望ましい。ただし、この構成に限定されない。例えば、「電気的に接続される」とは、両接続対象の間に電気部品が介在しつつ両接続対象が導通し得る状態で接続された構成であってもよい。
蓋13は合成樹脂製であり四角形状をなした平板状である。蓋13は、ケース本体11との間にバスバー12、及び回路基板40を挟み込み、バスバー12、及び回路基板40を覆う。
電池配線モジュール10Aには、回路基板40が取り付けられている。回路基板40は、プリント基板として構成され、平板状に形成され、板厚方向から見た平面視における外形が四角形状をなしている。回路基板40は、複数の導電層と絶縁層とが交互に積層された、所謂、多層基板である。回路基板40には、回路基板40の表面や内部に形成されるパターンや、各導電層を電気的に接続するスルーホールやビア等が設けられている(図示せず。)。回路基板40は、蓄電モジュール1における各蓄電素子1Aを電気的に接続する電池配線モジュール10Aに配置される。
回路基板40には、電池監視ユニット10Bが形成されている。電池監視ユニット10Bは、図3に示すように、隣合うバスバー12の列の間であって、複数の蓄電素子1Aによって構成された蓄電モジュール1の端縁部に設けられた回路基板40に形成される。電池監視ユニット10Bは、回路基板40に実装されたサーミスタ42、セルバランス回路43、コネクタ44、放電制御部45、及び絶縁トランス50等を有している。
サーミスタ42は、自身が設けられた位置の温度を示す温度信号を出力する素子である。サーミスタ42は、回路基板40においてセルバランス回路43及び絶縁トランス50の近傍に実装される。サーミスタ42は、回路基板40の所定位置の温度を検出するように機能する。例えば、サーミスタ42は、セルバランス回路43の抵抗器43Aの温度や蓄電素子1Aの温度や絶縁トランス50の後述する第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eの少なくとも一方の周囲の温度等を検知する温度検知部として機能する。なお、サーミスタ42によって蓄電素子1Aの温度の検知に重きを置く場合には、サーミスタ42の回路基板40における実装位置を蓄電素子1Aにより近づけた位置にすることも考えられる。つまり、サーミスタ42の実装位置は、正確に温度を検知したい対象の位置により近づけることによって、温度を検知したい対象の温度をより正確に検知することができる。
セルバランス回路43は、蓄電モジュール1での蓄電量の偏りを補正するセルバランス動作を行う回路であり、具体的には、蓄電素子1Aのそれぞれの電圧又は容量を均等にするセルバランス回路として機能する。セルバランス回路43には、複数の抵抗器43Aが設けられている。これら抵抗器43Aは、セルバランス回路43がバランス動作を行う際に各蓄電素子1Aに蓄電された電気エネルギーを熱エネルギーに変換する機能を有する。コネクタ44には、他の機器等(例えば、外部ECU等)と信号のやり取りをするケーブル73が電気的に接続される。
放電制御部45は、例えばマイクロコンピュータなどの情報処理装置によって構成されており、ケーブル73を介して他の機器と通信可能とされている。放電制御部45は、セルバランス回路43のセルバランス動作を制御する機能を有する。
絶縁トランス50は、図5に示すように、回路基板40と、磁性体部50Aと、第1パターン50Bと、第2パターン50Cとを備える。回路基板40には、貫通孔である第1貫通孔50F、及び一対の第2貫通孔50Kが貫通して形成されている。第1貫通孔50Fは、図4に示すように、円形状をなしている。一対の第2貫通孔50Kは、一方向に長く形成されている。一対の第2貫通孔50Kは、一方向に長く伸びる向きが互いに平行である。一対の第2貫通孔50Kは、第1貫通孔50Fを挟んで回路基板40に形成されている(図5参照。)。
磁性体部50Aは、第1磁性体50Dと、第2磁性体50Eとを有している。第1磁性体50Dは、フェライト系の材料によって形成されている。フェライト系の材料は、アモルファス系や圧粉系の材料に比べて、温度上昇によって磁気飽和し易い。第1磁性体50Dは、第1磁性体本体50H、及び挿入部50Qを有している。第1磁性体本体50Hは、四角形状をなし平板状に形成されている。挿入部50Qは第1挿入部50G、及び一対の第2挿入部50Jを有している。第1挿入部50Gは、円柱状をなし、第1磁性体本体50Hの一方の面の中央部から突出する。第2挿入部50Jは、第1磁性体本体50Hの反対に位置する一対の辺に沿って第1挿入部50Gと同じ方向に突出する。第1挿入部50G、及び一対の第2挿入部50Jの第1磁性体本体50Hから突出する寸法は互いに同じであり、回路基板40の板厚よりも僅かに大きい(図5参照。)。
第1磁性体50Dは、図5に示すように、第1挿入部50Gが回路基板40の第1貫通孔50Fに挿入され、一対の第2挿入部50Jの各々が回路基板40の第2貫通孔50Kに挿入されている。第1磁性体50Dは、接着剤を用いて第1磁性体本体50Hが回路基板40の他方面に貼付けられている。第1磁性体50Dは、第1貫通孔50Fに挿入される第1挿入部50Gを有し、回路基板40の他方面に配置される。
第2磁性体50Eは、フェライト系の材料によって形成されている。第2磁性体50Eは、四角形状をなした平板状に形成されている。第2磁性体50Eは、接着剤を用いて第1磁性体本体50Hに対向する位置であって、回路基板40の一方面に貼り付けられている。第1磁性体50Dの第1挿入部50Gの第1端部50Nの先端面、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの先端面の全体は、第2磁性体50Eに対向した状態にされる(図4、5参照。)。第1端部50N、及び第2端部50Pは第1磁性体50Dの端部50Rに含まれる(図5参照。)。具体的には、第1磁性体50Dの第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの先端面の全体は、第2磁性体50Eに密着して接触した状態にされる(図5参照。)。第2磁性体50Eは、第1磁性体50Dに対して対向する位置であって、回路基板40の一方面に配置される。
第1磁性体50Dは、回路基板40の他方面(回路基板40の厚さ方向において一方面とは反対側の面)と対向する第1磁性体本体50H(対向部)と、第1挿入部50Gと、第2挿入部50Jとを有する。第1挿入部50G、及び第2挿入部50Jは、第1磁性体本体50H(対向部)から回路基板40の厚さ方向に突出する部位である。更に、第1挿入部50G、及び第2挿入部50Jは、自身の回路基板40の一方面側の第1端部50N、第2端部50Pが第2磁性体50Eと対向する部位であり、少なくとも一部が第1貫通孔50F、及び第2貫通孔50Kに挿入される部位である。
図4は、第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eが回路基板40に取り付けられた状態を示す。回路基板40に沿ったいずれの方向において、第2磁性体50Eの外形寸法は、第1磁性体50Dの第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの外形寸法よりも大きい(図4、5参照。)。少なくとも、第1方向Diにおける第2磁性体50Eの外形寸法は、第1端部50N及び第2端部50Pを含んだ端部50R全体の第1方向Diの外形寸法よりも大きい(図5参照。)。回路基板40の一方面に沿った方向の内の第1方向Diと直交する第2方向Di2においても、第2磁性体50Eの外形寸法は、第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの外形寸法よりも大きい(図4参照。)。
回路基板40に沿ったいずれの方向において、第2磁性体50Eの周縁部は、第1磁性体50Dの第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pにおける周縁よりも突出している(図4、5参照。)。回路基板40に沿ったいずれの方向において、第2磁性体50Eの外形寸法は、第1磁性体50Dの外形寸法よりも大きい(図4参照。)。
第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの外側に張り出すようにフランジ状に第2磁性体50Eは設けられる。具体的には、第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの全体が、第2磁性体50Eの対向面(回路基板40の一方面と対向する面)における外縁の内側に収まるように配置される。
回路基板40の厚さ方向と直交する仮想平面に第2磁性体50Eの対向面を投影した第1投影図形S1の外縁の内側に、第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pを上記仮想平面に投影した第2投影図形S2の全体が配置される(図4参照。)。
第1パターン50B、及び第2パターン50Cは、回路基板40に設けられ、第1貫通孔50Fの周囲を周回して配置される。第2パターン50Cは第1パターン50Bに対して絶縁されている。第1パターン50B、及び第2パターン50Cは、回路基板40の内部に形成される(図5参照。)。第1パターン50B、及び第2パターン50Cは、回路基板40の内部に積層される四つの導電層に形成される(図5参照。)。具体的には、第1パターン50B、及び第2パターン50Cは、図6から9に示すように、各導電層において、第1貫通孔50Fの周囲を互いに同じ方向であって、同じ数周回している。各導電層において、第1パターン50B、及び第2パターン50Cは、第1貫通孔50Fの径方向に互いに交互に配置されている。
図6、7に示すように、回路基板40の他方面に最も近い一つ目の導電層において、第1パターン50Bの一端は、一つ目の導電層よりも回路基板40の他方面から離れた二つ目の導電層に形成された第1パターン50Bの一端に対してビアSv1を介して電気的に接続している。一つ目の導電層において、第2パターン50Cの一端は、二つ目の導電層に形成された第2パターン50Cの一端に対してビアSv2を介して電気的に接続している。一つ目の導電層において、第1パターン50B、及び第2パターン50Cの各々の他端は、絶縁トランス50の外部に向けて、互いに反対方向に伸びている(図6参照。)。
図7、8に示すように、二つ目の導電層において、第1パターン50Bの他端は、二つ目の導電層よりも回路基板40の他方面から離れた三つ目の導電層に形成された第1パターン50Bの他端にビアSv3を介して電気的に接続している。二つ目の導電層において、第2パターン50Cの他端は、三つ目の導電層に形成された第2パターン50Cの他端にビアSv4を介して電気的に接続している。
図8、9に示すように、三つ目の導電層において、第1パターン50Bの一端は、回路基板40の一方面に最も近い四つ目の導電層に形成された第1パターン50Bの一端にビアSv5を介して電気的に接続している。三つ目の導電層において、第2パターン50Cの一端は、四つ目の導電層に形成された第2パターン50Cの一端にビアSv6を介して電気的に接続している。
図9に示すように、四つ目の導電層において、第1パターン50B、及び第2パターン50Cの各々の他端は、絶縁トランス50の外部に向けて、互いに反対方向に伸びている。四つ目の導電層における第1パターン50Bの他端は、一つ目の導電層における第1パターン50Bの他端と同じ方向に伸びて、第1端子50Lを形成している(図6、9参照。)。四つ目の導電層における第2パターン50Cの他端は、一つ目の導電層における第2パターン50Cの他端と同じ方向に伸びて第2端子50Mを形成している(図6、9参照。)。第1パターン50B、及び第2パターン50Cの少なくとも一部は、回路基板40の板厚方向において交互に並ぶように配置される(図5参照。)。
こうして構成された絶縁トランス50は、例えば、放電制御部45とケーブル73との間に介在して設けられる(図10参照。)。例えば、絶縁トランス50の第1端子50Lがケーブル73、及び放電制御部45のいずれか一方に電気的に接続され、第2端子50Mがケーブル73、及び放電制御部45のいずれか他方に電気的に接続される。これによって、絶縁トランス50は、放電制御部45とケーブル73とを絶縁し、放電制御部45とケーブル73との間でパルス状の波形を有するパルス信号をやり取りすることができる。
回路基板40は、ケース本体11に取り付けられている。具体的には、回路基板40は、ケース本体11の一方の辺に沿って並ぶバスバー12と、ケース本体11の他方の辺に沿って並ぶバスバー12との間であって、ケース本体11の一方側の端縁部に配置されている。回路基板40は、フレキシブル基板20(図2参照)を介して蓄電モジュール1における複数の蓄電素子1Aに対して電気的に接続されている。フレキシブル基板20には、FPC(Flexible printed circuits)が採用されている。フレキシブル基板20は、柔軟性を有するとともに変形可能な構成であり、変形した場合にも電気的特性が維持される構成をなす。フレキシブル基板20と回路基板40とは、回路基板40に設けられたコネクタ48(図3参照)を介して電気的に接続されている。つまり、絶縁トランス50は、複数の蓄電素子1Aによって構成される蓄電モジュール1に設けられている。
回路基板40に形成された電池監視ユニット10Bは、フレキシブル基板20を介して蓄電モジュール1の各蓄電素子1Aにおける電圧、電流の状態を検知する機能を有する。回路基板40に形成された電池監視ユニット10Bは、サーミスタ42を用いて抵抗器43Aの温度や蓄電素子1Aの温度や絶縁トランス50の温度等の状態を検知する機能を有する。回路基板40に形成された電池監視ユニット10Bは、複数の蓄電素子1Aのバランス制御を行う際に各蓄電素子1Aに蓄電された電気エネルギーを抵抗器43Aによって熱エネルギーに変換する機能を有する。
蓄電モジュール1に組み付けられた電池配線モジュール10Aのケース本体11には、蓄電素子1Aの電圧、電流、温度等の状態を検知する電池監視ユニット10Bが形成された回路基板40が設けられている(図3参照。)。電池監視ユニット10Bは、自身が検知した各蓄電素子1Aにおける電圧、電流、温度等の状態を、ケーブル73を介して他の機器に送信する。他の機器は、複数の電池監視ユニット10Bが検知した各蓄電素子1Aにおける電圧、電流、温度等の状態に基づいて、各蓄電素子1Aにおけるバランス制御等の充放電を制御する。つまり、電池監視ユニット10Bは、車載用バッテリとして機能する蓄電モジュール1を構成する複数の蓄電素子1Aの充放電を制御する電池管理システムとして機能する。
(絶縁トランスの製造方法)
次に、絶縁トランスの製造方法について説明する。先ず、回路基板40の一方面において、第2磁性体50Eを配置する領域に接着剤を塗布する。接着剤は、例えば、熱が加えられることによって硬化する性質を有した物や、熱の影響を受けずに所定の時間が経過することによって硬化する性質を有した物等である。
次に、第2磁性体50Eを回路基板40の一方面に沿って配置する第2磁性体配置工程を実行する。第2磁性体50Eは、表面実装機等を用いて回路基板40の一方面であって、接着剤が塗布された領域を覆うように配置される。このとき、回路基板40は一方面が上向きにされている。第2磁性体50Eは、回路基板40を板厚方向から見たときに、第1パターン50B、及び第2パターン50Cにおける第1貫通孔50Fを周回する部分を覆うように配置される(図6から9参照。)。第2磁性体50Eと回路基板40の一方面とは、接着剤を介して接触している。第1貫通孔50F、及び第2貫通孔50K内には接着剤が入り込まないようにされている。そして、回路基板40の一方面において、他の実装部品を配置した後に回路基板40をリフロー炉に投入する。こうして、回路基板40の一方面への第2磁性体50E及び他の実装部品の実装が完了する。
次に、回路基板40の他方面において、第1磁性体50Dを配置する領域に接着剤を塗布する。次に、第1貫通孔50Fに挿入される第1挿入部50Gを有した第1磁性体50Dを、第1貫通孔50Fに第1挿入部50Gを挿入して回路基板40の他方面に沿って配置する第1磁性体配置工程を実行する。つまり、第2磁性体配置工程は、第1磁性体配置工程を実行する前に実行される。第1磁性体50Dは、表面実装機等を用いて回路基板40の他方面であって、接着剤が塗布された領域を覆うように配置される。このとき、回路基板40は他方面が上向きにされている。第1磁性体50Dの第1挿入部50Gは第1貫通孔50Fに挿入され、一対の第2挿入部50Jは一対の第2貫通孔50Kに挿入される。第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの全体は、第2磁性体50Eにおける回路基板40の一方面に対向する面に密着して接触する。これによって、第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pは、回路基板40の一方面に対して面一にすることができる。
第1磁性体50Dは、回路基板40を板厚方向から見たときに、第1パターン50B、及び第2パターン50Cにおける第1貫通孔50Fを周回する部分を覆うように配置される(図6から9参照。)。そして、回路基板40の他方面において、他の実装部品を配置した後に回路基板40をリフロー炉に投入する。こうして、回路基板40の他方面への第1磁性体50D及び他の実装部品の実装が完了する。第1磁性体50Dの第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pの先端面の全体は、第2磁性体50Eに対向する(図4、5参照。)。
次に、電池監視ユニット10Bの電気的構成及び制御について説明する。図10に示すように、電池監視ユニット10Bは、蓄電モジュール1に関する信号を伝送する導電路である配線47によって各蓄電素子1Aと電気的に接続されている。例えば、各配線47は、フレキシブル基板20や回路基板40に形成されたパターンである。各配線47は、蓄電モジュール1の各位置の電圧を示す信号を伝送する電圧検出線として機能し、具体的には、蓄電モジュール1の各位置と電池監視ユニット10Bの放電制御部45とを導通させる導電路として機能する。このように複数の配線47が設けられているため、蓄電モジュール1の各位置の電圧値が電池監視ユニット10Bの放電制御部45の各端子に入力される。
放電制御部45が検知する信号は、蓄電モジュール1の所定位置の電圧を特定し得る信号であってもよい。この場合、上記信号は、蓄電モジュール1の所定位置の電圧値そのものを示す信号であってもよく、当該電圧値を分圧した値を示す信号などであってもよく、上記電圧値が閾値よりも高いか否かを示す信号などであってもよい。
放電制御部45が検知する信号は、蓄電モジュール1の所定位置を流れる電流を特定し得る信号であってもよい。この場合、上記検出信号は、上記所定位置を流れる電流の値を示す電圧信号であってもよく、上記所定位置を流れる電流が閾値よりも高いか否かを示す信号などであってもよく、上記所定位置を流れる電流が所定範囲内にあるか否かを示す信号などであってもよい。
放電制御部45が検知する信号は、蓄電モジュール1又は回路基板40に組み付けられた部品の所定位置の温度を特定し得る信号であってもよい。この場合、上記検出信号は、上記所定位置の温度を示す電圧信号であってもよく、上記所定位置の温度が閾値よりも高いか否かを示す信号などであってもよく、上記所定位置の温度が所定範囲内にあるか否かを示す信号などであってもよい。
蓄電モジュール1は、蓄電モジュール1の一部又は全部において複数の蓄電素子1Aが電気的に直列に接続されている。蓄電モジュール1における電池監視ユニット10Bは、配線47を介して、直列に接続された複数の蓄電素子1Aの電池間電極部又は端部電極部に電気的に接続されている。各々の配線47は、自身が接続された電極部と導通し、自身が接続された電極部の電圧を示す信号を放電制御部45に入力する。
放電制御部45、及びセルバランス回路43は、協働してセルバランス動作を行い得る。例えば、放電制御部45は、他の機器からセルバランス指令が与えられた場合にセルバランス動作を開始する。まず、放電制御部45及びセルバランス回路43は、セルバランス動作に際し、蓄電モジュール1におけるセルバランス回路43が割り当てられた部分のうちで、正極Pと負極Nの電位差(端子間電圧)が最小となる蓄電素子1Aを検出する。そして、放電制御部45は、「正極Pと負極Nの電位差が最小となる蓄電素子1A」以外の他の蓄電素子1Aの電圧を、「正極Pと負極Nの電位差が最小となる蓄電素子1A」の電圧に合わせる放電動作をセルバランス回路43の放電部43Bに行わせる。この場合、放電制御部45は、セルバランス回路43をパッシブ型セルバランス回路として動作させることができる。均等化のための放電動作は、複数の蓄電素子1Aに対応して設けられた抵抗器43Aを有する複数の放電部43Bを用いて行うことができる。なお、ここで例示されたセルバランス回路43及びセルバランス動作はあくまで一例であり、他のセルバランス回路や他のセルバランス動作を用いてもよい。
次に、電池監視ユニット10Bにおける保護動作について説明する。回路基板40に形成された電池監視ユニット10Bは保護動作部として機能する。保護動作部は、サーミスタ42で検知した温度が閾値以上である場合に周囲の温度上昇を抑制する保護動作を行う。具体的には、例えば、放電制御部45はサーミスタ42からの温度信号を継続的に監視する。そして、放電制御部45は、サーミスタ42からの温度信号が閾値以上である場合、即ち、サーミスタ42が出力する温度信号が示す温度の値が閾値以上である場合に、セルバランス回路43の抵抗器43Aの温度や蓄電素子1Aの温度上昇を抑制する保護動作を行う。具体的には、放電制御部45は、セルバランス回路43が上述したセルバランス動作を行っている場合においてサーミスタ42からの温度信号が閾値以上である場合にセルバランス動作を停止させる。
次に、本開示に係る構成の効果が例示される。絶縁トランス50は、第1貫通孔50Fが形成された回路基板40と、回路基板40において第1貫通孔50Fの周りに配置される第1パターン50Bと、回路基板40において第1貫通孔50Fの周りに配置され、第1パターン50Bに対して絶縁される第2パターン50Cと、第1磁性体50Dと第2磁性体50Eとを有する磁性体部50Aとを備え、第2磁性体50Eは、回路基板40の一方面と対向して配置され、第1磁性体50Dは、少なくとも一部が第1貫通孔50F内に挿入される第1挿入部50Gを有し、第1挿入部50Gの回路基板40の一方面側の第1端部50Nは、第2磁性体50Eと対向して配置され、一方面に沿った第1方向Diにおける第2磁性体50Eの外形寸法は、第1方向Diにおける第1端部50Nの外形寸法よりも大きい。
絶縁トランス50は、製造段階において第1挿入部50Gの第1端部50Nが第2磁性体50Eの対向面(回路基板40の一方面に対向する面)からずれて配置され難いため、電気的特性が安定し易い。更に、第2磁性体50Eの一部を第1方向Diにおいて第1挿入部50Gの第1端部50Nよりも張り出して配置することができるため、張り出した部分においても磁性体に起因する磁気的影響を生じさせることができる。一方面は、回路基板40における厚さ方向(板厚方向)の一方側の板面である。
絶縁トランス50の回路基板40は、第1方向Diにおいて第1貫通孔50Fの少なくとも一方側に1つの第2貫通孔50Kが形成され、挿入部50Qは、第1貫通孔50Fに挿入される第1挿入部50Gと、第2貫通孔50Kに挿入される1以上の第2挿入部50Jと、を有し、第1挿入部50Gにおける一方面側の第1端部50Nと第2挿入部50Jにおける一方面側の第2端部50Pとが第1方向Diに並び、第1方向Diにおける第2磁性体50Eの外形寸法は、第1端部50N、及び第2端部50Pを含んだ端部50R全体の第1方向Diの外形寸法よりも大きい。これによって、第2磁性体50Eの一部を第1方向Diにおいて第1挿入部50Gの第1端部50N、及び第2挿入部50Jの第2端部50Pよりも張り出して配置することができるため、張り出した部分においても磁性体に起因する磁気的影響を良好に生じさせることができる。「第1挿入部50Gの一方面側の第1端部50N及び第2端部50Pが第2磁性体50Eと対向して配置される構成」は、端部50Rが第2磁性体50Eに接合される構成と、端部50Rが第2磁性体50Eに接合されずに接触する構成とを含む。
絶縁トランス50は、一方面に沿ったいずれの方向でも、第2磁性体50Eの外形寸法が、端部50Rの外形寸法よりも大きい。これによって、絶縁トランス50は、回路基板40に沿ったいずれの方向において、第2磁性体50Eの位置がずれても、第1挿入部50Gの第1端部50Nの先端面の全体が第2磁性体50Eと対向する状態を維持し易くなる。
絶縁トランス50は、回路基板40の温度を検知するサーミスタ42を備え、サーミスタ42は、回路基板40において第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eの少なくとも一方の周囲に設けられる。これによって、絶縁トランス50は、サーミスタ42によって回路基板40の温度を検知することができるため、第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eが設けられた回路基板40の温度に基づいた動作が可能となる。第1磁性体50Dの周囲は、回路基板40において第1磁性体50Dの温度変化の影響を受ける位置であり、具体的には、回路基板40の外縁よりも第1磁性体50Dに近い位置が望ましい。第2磁性体50Eの周囲は、回路基板40において第2磁性体50Eの温度変化の影響を受ける位置であり、具体的には、回路基板40の外縁よりも第2磁性体50Eに近い位置が望ましい。
絶縁トランス50は、回路基板40の温度を検知するサーミスタ42と、サーミスタ42によって検知された温度が閾値以上である場合に回路基板40の温度上昇を抑制する保護動作を行う電池監視ユニット10Bとを備えている。これによって、サーミスタ42、及び電池監視ユニット10Bによって第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eが設けられた回路基板40の温度が上昇することを抑えることができる。これによって、第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eに起因する回路基板40の温度上昇も抑えることができる。
絶縁トランス50は、複数の蓄電素子1Aが一体的に設けられた蓄電モジュール1に組み付けられる。蓄電モジュール1はサーミスタ42によって蓄電素子1Aの温度を検知して、電池監視ユニット10Bによって蓄電素子1Aの温度上昇を抑制することが行われる。こうした構成を有する蓄電モジュール1に絶縁トランス50を設ければ、第1磁性体50D、及び第2磁性体50Eに起因する回路基板40の温度上昇も抑えることができる。
絶縁トランスの製造方法は、互いに絶縁された第1パターン50B、及び第2パターン50Cが形成され、第1パターン50B、及び第2パターン50Cが周りに配置される第1貫通孔50Fが形成される回路基板40に対して、第1貫通孔50Fに挿入される第1挿入部50Gを有した第1磁性体50Dを、第1貫通孔50Fに第1挿入部50Gを挿入する第1磁性体配置工程と、第2磁性体50Eを、回路基板40の一方面に対向させ、且つ第1挿入部50Gの第1端部50Nに対向させて配置する第2磁性体配置工程と、を備え、一方面に沿った第1方向Diにおける第2磁性体50Eの外形寸法は、第1方向Diにおける第1端部50Nの外形寸法よりも大きい。これによって、絶縁トランスの製造方法は、第1磁性体配置工程と第2磁性体配置工程とを実行することによって回路基板40に絶縁トランス構造を形成することができる。一方面に沿った第1方向Diにおける第2磁性体50Eの外形寸法は、第1方向Diにおける第1端部50Nの外形寸法よりも大きい。このため、第2磁性体50Eの一部を第1方向Diにおいて第1挿入部50Gの第1端部50Nよりも張り出して配置することができるため、張り出した部分においても磁性体に起因する磁気的影響を生じさせることができる。
絶縁トランスの製造方法の第2磁性体配置工程は、第1磁性体配置工程を実行する前に実行される。これによって、絶縁トランスの製造方法は、先に第2磁性体50Eを回路基板40の一方面に配置することによって、第1挿入部50Gの第1端部50Nを第2磁性体50Eに接触させた状態にしたときに、第1挿入部50Gの第1端部50Nの位置を回路基板40の一方面に揃え易い。
<他の実施形態>
本開示は、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い。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
第1パターン50B、及び第2パターン50Cを形成する導電層の数は、実施形態1に限定されない。各導電層における、第1パターン、及び第2パターンが第1貫通孔の周囲を周回する回数は、実施形態1に限定されない。
実施形態1では、セルバランス回路43が回路基板40に設けられている。これに限らず、セルバランス回路の一部又は全部がフレキシブル基板に設けられていてもよい。
実施形態1では、1つの単位電池によって1つの蓄電素子1Aが構成されるが、蓄電素子を構成する単位はこの例に限定されない。例えば、複数の単位電池によって1つの蓄電素子が構成されていてもよい。
実施形態1では、電池監視ユニット10Bが保護動作部として機能することが例示されている。これに限らず、蓄電モジュールの周囲に通水路を設け、通水路に水を流すことによって蓄電モジュールを冷却する冷却部を保護動作部として用いてもよい。
実施形態1では、温度検知部としてサーミスタ42を用いている。これに限らず、温度検知部として、測温抵抗体やリニア抵抗器等を用いてもよい。
実施形態1では、第1方向Diに沿って第1挿入部50Gと第2挿入部50Jとが並ぶ、つまり、第1方向Diは、第1挿入部50Gと第2挿入部50Jとが並ぶ方向である。但し、この例に限定されず、これ以外の任意の方向であってもよい。
実施形態1では、第1方向Diにおいて第1貫通孔50Fの両側に配置される孔部が第2貫通孔50Kである。実施形態1では、第1方向Diにおいて、第1挿入部50Gの両側に配置される挿入部が第2挿入部50Jである。第2挿入部は1つでも3以上でもよい。
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1…蓄電モジュール
1A…蓄電素子
10A…電池配線モジュール
10B…電池監視ユニット(保護動作部)
11…ケース本体
12…バスバー
13…蓋
20…フレキシブル基板
40…回路基板(基板)
42…サーミスタ(温度検知部)
43…セルバランス回路
43A…抵抗器
43B…放電部
44…コネクタ
45…放電制御部
47…配線
48…コネクタ
50…絶縁トランス
50B…第1パターン
50C…第2パターン
50D…第1磁性体
50E…第2磁性体
50F…第1貫通孔(貫通孔)
50G…第1挿入部(挿入部)
50H…第1磁性体本体
50J…第2挿入部(挿入部)
50K…第2貫通孔
50L…第1端子
50M…第2端子
50N…第1端部(端部)
50P…第2端部(端部)
50Q…挿入部
50R…端部
73…ケーブル
BH…高電位側電極
BL…低電位側電極
Di…第1方向
Di2…第2方向
N…負極
P…正極
R…端子列
Sv1,Sv2,Sv3,Sv4,Sv5,Sv6…ビア

Claims (8)

  1. 貫通孔が形成された基板と、
    前記基板において前記貫通孔の周りに配置される第1パターンと、
    前記基板において前記貫通孔の周りに配置され、前記第1パターンに対して絶縁される第2パターンと、
    第1磁性体と第2磁性体とを有する磁性体部と、
    を備え、
    前記第2磁性体は、前記基板の一方面と対向して配置され、
    前記第1磁性体は、少なくとも一部が前記貫通孔内に挿入される挿入部を有し、
    前記挿入部の前記一方面側の端部は、前記第2磁性体と対向して配置され、
    前記一方面に沿った第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1方向における前記端部の外形寸法よりも大きい絶縁トランス。
  2. 前記基板は、前記第1方向において前記貫通孔の少なくとも一方側に1以上の第2貫通孔が形成され、
    前記挿入部は、前記貫通孔に挿入される第1挿入部と、前記第2貫通孔に挿入される1以上の第2挿入部と、を有し、前記第1挿入部における前記一方面側の第1端部と前記第2挿入部における前記一方面側の第2端部とが前記第1方向に並び、
    前記第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1端部及び前記第2端部を含んだ前記端部全体の前記第1方向の外形寸法よりも大きい請求項1に記載の絶縁トランス。
  3. 前記一方面に沿ったいずれの方向でも、前記第2磁性体の外形寸法は、前記端部の外形寸法よりも大きい請求項1に記載の絶縁トランス。
  4. 前記基板の温度を検知する温度検知部を備え、
    前記温度検知部は、前記基板において前記第1磁性体及び前記第2磁性体の少なくとも一方の周囲に設けられる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の絶縁トランス。
  5. 前記基板の温度を検知する温度検知部と、
    前記温度検知部によって検知された温度が閾値以上である場合に前記基板の温度上昇を抑制する保護動作を行う保護動作部と、
    を備えている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の絶縁トランス。
  6. 複数の蓄電素子が一体的に設けられた蓄電モジュールに組み付けられる請求項4に記載の絶縁トランス。
  7. 互いに絶縁された第1パターン及び第2パターンが形成され、前記第1パターン及び前記第2パターンが周りに配置される貫通孔が形成される基板に対して、
    前記貫通孔に挿入される挿入部を有した第1磁性体を、前記貫通孔に前記挿入部を挿入する第1磁性体配置工程と、
    第2磁性体を、前記基板の一方面に対向させ、且つ前記挿入部の端部に対向させて配置する第2磁性体配置工程と、
    を備え、
    前記一方面に沿った第1方向における前記第2磁性体の外形寸法は、前記第1方向における前記端部の外形寸法よりも大きい絶縁トランスの製造方法。
  8. 前記第2磁性体配置工程は、前記第1磁性体配置工程を実行する前に実行される請求項7に記載の絶縁トランスの製造方法。
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