JP6301480B2 - 信号収集アセンブリおよび該信号収集アセンブリを備えるパワーバッテリモジュール - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、全般的には、バッテリの分野に関し、特に、信号収集アセンブリ、および該信号収集アセンブリを有するパワーバッテリモジュールに関する。
石油エネルギーの枯渇および環境保護の必要性の高まりに伴って、陸上輸送において、電気自動車もしくはハイブリッド自動車が重要な役割を果たしている。パワーバッテリモジュールは、電気自動車の主要な動力源として、優れた安全性能と高い信頼性を有する必要がある。自動車に搭載されるパワーバッテリモジュールは、直列もしくは並列に接続された数十もしくは数百、さらには数千もの単一バッテリを備える。自動車のバッテリシステムを適切に管理するためには、ストラテジ(例えば、安全運転)を実行するための基盤を提供するために、バッテリ群内の個々の単一バッテリの電圧信号や温度信号のような信号が収集される必要がある。しかし、従来の信号収集アセンブリは、比較的複雑な構造を有し、比較的信頼性が低い。さらに、従来の信号収集アセンブリは、構造が不完全であり、容積が大きく、コストが高く、メンテナンスが難しく、密閉性が低く、開発期間が長いなどの多くの欠点を有する。したがって、従来の信号収集アセンブリの構造を改良する必要がある。
本開示の実施形態の目的は、関連技術に見られる問題の少なくとも1つを少なくともある程度解決することである。
本開示の第1の広い態様の実施形態は、パワーバッテリモジュールの信号収集アセンブリであって、基板と、基板上に配置されるシート状導電性金属要素から成る信号収集線と、基板上に配置され、信号収集線と接続される信号収集部材と、基板上に配置され、信号収集線と接続される第1の端子、およびパワーバッテリモジュールの電力接続部材と接続される第2の端子を画定する信号収集端子とを含む信号収集アセンブリを提供する。
本開示の実施形態の信号収集アセンブリでは、信号収集線、信号収集部材、および信号収集端子は、基板上に統合される。したがって、信号収集アセンブリは、小型であり、軽量であり、低コストであり、製造および組立が容易であるので、組立作業の効率が高く、自動生産に適している。さらに、信号収集の信頼性は高く、導線もしくは電線間の摩擦および衝突による絶縁不良は効果的に回避され、従来の信号収集部材の面倒な構造の欠陥が除去される。本開示の信号収集アセンブリは、広い用途を有することができる。異なる信号を収集する必要のある異なる環境で信号収集が使用される場合、信号収集アセンブリ全体を設計し直さなくても、信号は対応する信号収集部材と信号収集端子とを信号収集アセンブリに配置するだけで接続可能である。したがって、本開示の実施形態の信号収集アセンブリは、使用するのに便利である。
本開示の実施形態の第2の広い態様の実施形態は、上述の信号収集アセンブリと、複数のバッテリを含むバッテリ群とを含むパワーバッテリモジュールであって、隣接するバッテリはパワーバッテリモジュールの電力接続部材によって互いに電気的に接続され、信号収集アセンブリの信号収集端子の第2の端子は電力接続部材と電気的に接続されるパワーバッテリモジュールを提供する。
本開示の実施形態のさらに別の態様および利点は、以下の説明で一部示され、一部は以下の説明から明らかになるであろう、または本開示の実施形態の実施により習得されるであろう。
本開示の実施形態の上述した態様および利点、ならびにさらに他の態様および利点は、添付図面を参照した以下の説明から明らかになり、容易に理解されるであろう。
本開示の一実施形態のパワーバッテリモジュールの信号収集アセンブリの概略図である。 本開示の一実施形態のパワーバッテリモジュールの部分概略図である。
本開示の実施形態について、詳細に説明する。同一もしくは同様の要素および同一もしくは同様の機能を有する要素は、説明全体を通して同じ参照番号で示されている。本明細書において添付図面を参照して示されている実施形態は、説明および例示するために示されたものであり、本開示を全体的に理解するのに使用される。これらの実施形態は、本開示を制限するものと解釈すべきでない。
本明細書において、別段の規定もしくは制限のない限り、「中央」、「長手方向」、「側方」、「前部」、「後部」、「右」、「左」、「内側」、「外側」、「下方」、「上方」、「水平方向」、「垂直方向」、「〜より上」、「〜より下」、「上へ」、「最上部」、「下部」、「内側」、「外側」、「右回り」、「左回り」およびそれらの派生語(例えば、「水平方向に」、「下方に」、「上方へ」など)のような相対語は、その時に説明されている向きもしくは当該図面に示されている向きを指すものと解釈すべきである。これらの相対語は、説明の便宜上使用するものであって、本開示が特定の向きで構成される、もしくは操作されることが必要であることを意味するものではない。
さらに、「第1の」および「第2の」のような語は、本明細書では、説明のために使用されており、相対的重要性もしくは有意性を示す、もしくは意味するためのものではない。したがって、「第1の」および「第2の」の語で限定される特徴は、1つまたは複数のこれらの特徴を含むことを示す、もしくは意味するものである。本開示の説明において、「複数の」は、2つ以上のものに関係する。
本開示の説明において、別段の規定もしくは制限のない限り、用語「取り付けられる」、「接続される」、「結合される」、および「締結される」の表現は、永久接続もしくは取り外し可能な接続、電気的接続もしくは機械的接続、直接的接続もしくは介在物を介した間接的接続、さらに、2つの要素間の内部連通もしくは相互作用のような広い意味で理解できることに留意されたい。当業者は、特定の状況に応じて、本開示における特定の意味を理解すべきである。
本開示の説明において、第1の特徴が第2の特徴「の上に」ある構造は、第1の特徴が第2の特徴と直接接触する実施形態を含む場合があり、さらに、別段の規定のない限り、追加の特徴が第1の特徴と第2の特徴との間に形成されることにより第1の特徴が第2の特徴と直接接触しない実施形態を含む場合もある。さらに、第1の特徴が第2の特徴「の上に」、「より上に」、もしくは「の最上部に」位置する構造は、第1の特徴が第2の特徴「の上」「より上」、もしくは「の最上部」に直接位置する実施形態を含む場合があり、さらに第1の特徴が第2の特徴「の上」「より上」、もしくは「の最上部」に直接位置しない実施形態を含む場合もあり、または単に第1の特徴の海抜高度が第2の特徴の海抜高度より高いことを意味する場合もある。一方、第1の特徴が第2の特徴「の真下に」、「より下に」もしくは「の下に」位置する構造は、第1の特徴が第2の特徴「の真下に」、「より下に」もしくは「の下に」直接位置する実施形態を含む場合があり、さらに第1の特徴が第2の特徴「の真下に」、「より下に」もしくは「の下に」直接位置しない実施形態を含む場合もあり、または単に第1の特徴の海抜高度が第2の特徴の海抜高度より低いことを意味する場合もある。
以下に、本開示の実施形態のパワーバッテリモジュールの信号収集アセンブリ400について、図1および図2を参照しながら説明する。
図1および図2に示されるように、本開示の実施形態の信号収集アセンブリ400は、基板401と、信号収集線4021と、信号収集部材402と、信号収集端子403とを含む。
いくつかの実施形態では、信号収集線4021は、基板401上に配置されるシート状導電性金属要素から成り、信号収集部材402は、基板401上に配置され、信号収集線4021と接続される。信号収集端子403は、基板401上に配置され、第1の端子と第2の端子とを有する。信号収集端子403の第1の端子は、信号収集線4021と接続され、信号収集端子403の第2の端子は、パワーバッテリモジュールの電力接続部材430と接続される。
本開示の実施形態の信号収集アセンブリ400では、信号収集線4021、信号収集部材402、および信号収集端子403は、基板401上に統合される。したがって、アセンブリ400は、小型であり、軽量であり、低コストであり、製造および組立が容易であるので、組立作業の効率が上がり、自動生産に適している。さらに、信号収集400の信頼性は高く、導線もしくは電線間の摩擦、および衝突による絶縁不良は共に効果的に回避され、従来の信号収集部材の面倒な構造の欠陥が除去される。本開示の信号収集アセンブリ400は、広い用途を有することができる。異なる信号を収集する必要のある異なる環境で信号収集が使用される場合、信号収集アセンブリ400全体を設計し直さなくても、信号は対応する信号収集部材402と信号収集端子403とを信号収集アセンブリ400に配置するだけで接続可能である。したがって、本開示の実施形態の信号収集アセンブリ400は、使用するのに便利である。
図2に示されるような本開示のいくつかの実施形態では、パワーバッテリモジュール420は、複数のバッテリ421を含み、隣接する2つのバッテリ421は、電力接続部材430を介して互いに接続され、信号収集端子403は、異なるバッテリ421の信号もしくはデータを検出するために信号収集端子403の両側に配置される2つの電力接続部材430と接続されることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、信号収集アセンブリ400の信号収集端子403は、パワーバッテリモジュール420の電力接続部材430と接続される。本開示のいくつかの実施形態では、信号収集端子403と電力接続部材430との接続を容易にするために、信号収集端子403の第2の端子は、基板401の縁部を超えて伸びる。その結果、信号収集端子403は、異なるバッテリの異なる電力接続部材430と容易に接続される。
本開示の一実施形態では、信号収集アセンブリ400はさらに、信号収集4021と接続されるコネクタ404を含む。いくつかの実施形態では、本開示の実施形態のコネクタ404は、信号収集線4021と電気的に接続され、外部信号出力装置および外部電力接続装置と結合するのに適しており、コネクタ404は、市販されているFPC用もしくはPCB用のコネクタのように、実際の条件に応じて選択されてよい。
コネクタ404を外部信号出力装置および外部電力接続装置と結合して信号伝送および電力接続を行うことができれば、コネクタ404と基板401との組立関係に関して、特に制限はない。あるいは、コネクタ404は、基板401上に配置される。あるいは、コネクタ404は、基板401の縁部に配置される。いくつかの実施形態では、信号収集線4021の第2の端子は、基板401の縁部まで伸びる。したがって、コネクタ404が外部信号出力装置および外部電力接続装置と結合するのに都合が良い。
本開示の一実施形態では、基板401は、フレキシブル基板である。したがって、基板401が、パワーバッテリを互いに接続するのに使用される場合、フレキシブル基板401は、パワーバッテリ間の相対変位および組立許容誤差を低減するのに適しているので、信号接続アセンブリの信頼性が向上する。
いくつかの実施形態では、基板401は、ポリイミド(PI)フィルムのような可撓性材料製としてよい。コネクタ404は、基板401と接続される。基板401は、コネクタ404を介して外部信号出力装置および外部電力接続装置と接続され、その接続方法は、錫はんだ付けのような溶接、機械的接続、およびこれらの接続としてよい。FPCもしくはPCB用のコネクタの構造は、関連技術の当業者に既知であるので、本明細書では、この詳細な説明は省略する。
信号収集線4021の構造に関して、制限はなく、また基板401上での信号収集線4021それぞれの組立方法に関しても、制限はない。本開示の一実施形態では、信号収集線4021は、基板401上に固定される導電性金属シートから成る。いくつかの実施形態では、信号収集線4021を形成する導電性金属シートは、接着、射出成形、ホットプレス、および溶接のうちの少なくとも1つによって、基板401上に固定される。
すなわち、信号収集線4021は、接着、射出成形、ホットプレス、または溶接によって、基板401上に統合される。したがって、上述の方法を使用して信号収集線4021を基板401上に統合させるのが容易であり、信号収集アセンブリ400を形成する際の困難を低減することができる。
本開示の一実施形態では、信号収集線4021は、基板401上に形成される導電性金属層から成る。いくつかの実施形態では、導電性金属層は、基板401上の導電性被膜である。すなわち、信号収集線4021は、基板401上に形成される導電性金属被膜であり、導電性金属被膜は、電気めっきもしくは化学めっきによって形成されてよい。したがって、二次的な接続または組立をしなくても、基板401上に信号収集線4021を形成して統合させるのはより便利になり、信号伝送および電力接続の確度および信頼性が向上する。
本開示の一実施形態では、基板401は、フレキシブル基板であり、信号収集線4021は、基板401上で導電性金属箔をエッチング加工することにより形成される。すなわち、信号収集線4021は、エッチング加工により基板401上に形成される。したがって、基板401上に信号収集線4021を形成するのが便利である。
いくつかの実施形態では、基板401の表面に配線スロット(図示せず)が形成されてよく、信号収集線4021は、配線スロット内に配置される。したがって、信号収集線4021を配線スロット内に配置することによって、配線スロットは、信号収集線4021を保護する機能を果たし、その結果、信号収集アセンブリ400の信頼性が向上する。
配線スロット内に信号収集線4021を形成することに関して、特別な制限はない。本開示の一実施形態では、信号収集線4021は、配線スロット内に固定される導電性金属シート、または配線スロット内に形成される導電性金属被膜から成る。本開示の別の実施形態では、信号収集線4021は、配線スロット内で導電性金属箔をエッチング加工することにより形成される。配線スロット内の信号収集線4021の構造は、基板401上に配置される信号収集線4021の上述の構造と同じであるので、本明細書では、この詳細な説明は省略する。
信号収集部材402の構造は、収集されるデータもしくは信号に応じて合理的に選択されてよい。本開示の一実施形態では、信号収集部材402は、温度検知素子、湿度検知素子、圧力検知素子、濃度検知素子、および電圧検知素子のうちの少なくとも1つを含む。すなわち、本開示の実施形態の信号収集部材402は、温度検知素子、湿度検知素子、圧力検知素子、濃度検知素子、電圧検知素子、およびこれらの組み合わせから選択されてよい。信号収集部材402は、実際の要件に応じて合理的に選択されてよい。
信号収集プロセスの間に、信号収集部材402を基板401上に固定し、信号収集部材402を信号収集線4021に接続し、信号収集アセンブリ400をパワーバッテリと接続するだけで、信号収集アセンブリ400に新しい部品を追加しなくても、信号収集アセンブリ400を使用して種々のデータの信号(例えば、温度、バッテリのガス圧、電解質の濃度、および湿度)を収集することができる。このように、信号収集アセンブリ400は使用するのに便利であり、パワーバッテリの関連データが効率良く収集され、信号収集アセンブリ400によって収集されるデータの確度が保証される。
いくつかの実施形態では、信号収集端子403は、パワーバッテリモジュール420の信号を収集するように構成される。本開示のいくつかの実施形態では、信号収集端子403は、金属シート製である。いくつかの実施形態では、信号収集端子403は、アルミニウム、ニッケル、銅、およびこれらの合金のうちの少なくとも1つで作られる。本開示のいくつかの実施形態では、信号収集アセンブリ400は、複数の信号収集端子403を含み、信号収集端子403は、基板401上に配置され、互いに離間される。
本開示のいくつかの実施形態では、信号収集端子403の第1の端子は、信号収集線4021と接続され、信号収集端子403の第2の端子は、パワーバッテリモジュール420から信号を収集するために電力接続部材430もしくはバッテリ101の電極ポストと接続される。信号収集端子403の数および配置形態は、パワーバッテリモジュールのバッテリの運転条件や配置形態に応じて合理的に調整されてよい。基板401上の信号収集線4021および信号収集端子403は、対応する信号を収集するための導電路を形成する。信号収集端子403は、基板上で導電性金属層をエッチング加工するなどのエッチング加工によって形成されてよい。
本開示のいくつかの実施形態では、信号収集端子403の第2の端子は、基板401を超えて伸び、基板401上に配置される信号収集端子403の一部は、エッチング加工によって形成される。その結果、信号収集端子403を基板401と接続するのが便利になり、信号伝送の効果が保証される。
本開示のいくつかの実施形態では、信号収集部材400はさらに、基板401上に配置され、信号収集線4021と接続される保護部品406を含む。本開示のいくつかの実施形態では、保護部品406は、ヒューズとしてよく、または基板上の回路の一部で形成されてよく、これは、実際の使用条件に応じて選択されてよい。保護部品406は、バッテリの過電流保護を行うことにより、信号収集アセンブリの安全性能を向上させるように構成される。
本開示のいくつかの実施形態では、保護部品406は、錫はんだ付けによって信号収集線4021と接続されたチップヒューズであり、保護部品406の数は、バッテリ421の数に応じて合理的に調整されてよい。保護部品406は、広いソース領域を有し、信号収集線4021のフレキシブル回路層と容易に接続可能であり、組立が容易であるので、パワーバッテリモジュール全体を保護することができる。
さらに、本開示の一実施形態では、信号収集アセンブリ400はさらに、信号収集線4021、信号収集端子403、および信号収集部材402を覆うために基板401上に配置される保護フィルム405を含む。いくつかの実施形態では、保護フィルム405は、信号収集線4021、信号収集端子403、および信号収集部材402を基板401上に統合させることができる。保護フィルム405は、絶縁性、耐圧性、および耐摩耗性を有し、信号収集アセンブリ400の構造の密閉性を向上させることができる。さらに、保護フィルム405は、信号収集部材402および信号収集線4021を保護する機能を果たすので、信号収集アセンブリ400の安全性および信頼性が保証される。
本開示のいくつかの実施形態では、基板401および信号収集線4021は、FPC基板として構成され、信号収集線4021は、エッチング加工により基板401上に形成される。本開示の一実施形態では、FPC基板は、導電性金属箔と、導電性金属箔の両面を覆う保護フィルム(図示せず)とを含む。保護フィルムは、基板401の一部によって形成される、または基板401と同じ材料で作られる。信号収集線4021は、導電性金属箔をエッチング加工することにより形成される。さらに、導電性金属箔の片面に配置される保護フィルム上に、保護フィルム405が配置される。
すなわち、信号収集アセンブリ400の基板401、信号収集線4021、および信号収集部材402は、FPC基板を形成し、FPC基板は、導電性金属箔と、導電性金属箔を覆う保護フィルムとを含み、保護フィルムは、基板401の一部によって形成され、信号収集線4021は、導電性金属箔をエッチング加工することにより形成される。
本開示の実施形態の信号収集アセンブリ400は、信号収集線4021の第2の端子と結合されるコネクタ404をさらに含む。いくつかの実施形態では、コネクタ404は、基板401上に配置される。あるいは、コネクタ404は、基板401の縁部に配置され、信号収集線4021の第2の端子は、基板401の縁部まで伸びる。コネクタ404の構造および配置は、本開示の上述の実施形態のコネクタ404の構造および配置と同じであるので、本明細書では、これらの詳細な説明は省略する。
図2に示されるように、本開示の実施形態はさらに、パワーバッテリモジュール420を提供する。パワーバッテリモジュール420は、バッテリ群と、信号収集アセンブリ400とを含む。バッテリ群は、複数のバッテリ421を含み、隣接するバッテリ421は、電力接続部材430によって互いに電気的に接続される。信号収集アセンブリ400の信号収集端子403は、電力接続部材430と電気的に接続され、例えば、信号収集端子403の第2の端子は、パワーバッテリモジュール420の電力接続部材430に接続される。
本開示の実施形態のパワーバッテリモジュール420は、上述の信号収集アセンブリ400を含むので、信号収集アセンブリ400に関して説明した上記利点は、パワーバッテリモジュール420に適用される。例えば、信号収集線4021、信号収集部材402、および信号収集端子403は、基板401上に統合される。したがって、信号収集アセンブリ400は、小型であり、軽量であり、低コストであり、製造および組立が容易であるので、組立作業の効率が上がり、自動生産に適している。
本開示の電力接続部材は、当業者に既知の任意の一般的な電力接続部材とすることができることに留意されたい。例えば、図2に示される本開示の一実施形態では、電力接続部材430はアーチ型の金属接続シートとして構成され、金属接続シートの両端はバッテリの電極端子とそれぞれ接続される。
電力接続部材430とバッテリ421との接続方法に関して、特別な制限はなく、例えば、接続方法は、溶接またはねじ締結としてよい。本開示の一実施形態では、電力接続部材430は、バッテリ421の電極端子に溶接される。本開示の別の実施形態では、信号収集アセンブリ400に取り付け穴が形成され、バッテリ群上に保持部材(図示せず)が配置される。信号収集アセンブリ400は、取り付け穴と保持部材とを接続することによって、バッテリ群上に予め位置決めされる。その結果、信号収集アセンブリ400はバッテリ群とさまざまな接続方法で接続可能である、すなわち、電力接続部材430とバッテリ群との接続方法はさまざまな形があるので、適応性を高めることができる。
バッテリ421間の接続方法に関して、特別な制限はない。本開示の一実施形態では、複数のバッテリ421は、直列接続、並列接続、もしくは混成(直列‐並列のような)接続によって互いに接続され、その接続は、インパルス溶接、レーザビーム溶接、または機械的接続によって形成されてよい。
パワーバッテリモジュール420の他の部品およびそれらの動作は、当業者に既知であるので、本明細書ではこれらの詳細な説明は省略されていることに留意されたい。
本明細書を通して、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「1つの実施形態」、「別の例」、「一例」、「特定の例」、もしくは「いくつかの例」という表現は、実施形態もしくは例に関して説明されている特定の特徴、構造、材料、もしくは特性が、本開示の少なくとも1つの実施形態もしくは例に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通してさまざまな場所で使用されている「いくつかの実施形態では」、「1つの実施形態では」、「一実施形態では」、「別の例では」、「一例では」、「特定の例では」、もしくは「いくつかの例では」のような表現は、必ずしも本開示の同じ実施形態もしくは例を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、もしくは特性は、1つまたは複数の実施形態もしくは例において、任意の適切な形で組み合わされてよい。
例示的な実施形態について図示および説明したが、上述の実施形態は本開示を制限するものではなく、本開示の精神、原理、および範囲から逸脱せずに、上述の実施形態の中で変更、代替、および修正を行うことができることは、当業者に理解されるであろう。

Claims (8)

  1. パワーバッテリモジュールの信号収集アセンブリであって、
    基板と、
    前記基板上に配置されるシート状導電性金属要素から成る信号収集線と、
    前記基板上に配置され、前記信号収集線と接続される信号収集部材と、
    前記基板上に配置され、前記信号収集線と接続される第1の端子、および前記パワーバッテリモジュールの電力接続部材と接続される第2の端子を画定する信号収集端子と
    を備え、
    前記基板および前記信号収集線は、FPC基板として構成され、前記信号収集線は、エッチング加工により前記基板上に形成され、
    前記FPC基板は、
    導電性金属箔と、
    前記導電性金属箔の両面に配置され、前記基板の一部によって形成される保護フィルムと
    を備え、
    前記信号収集線は、前記導電性金属箔をエッチング加工することにより形成され、
    前記導電性金属箔の片面の前記保護フィルム上に、保護フィルムが配置される、信号収集アセンブリ。
  2. 前記信号収集端子の前記第2の端子は、前記基板の縁部を超えて伸びる、請求項1に記載の信号収集アセンブリ。
  3. 前記信号収集線と接続されるコネクタをさらに備え、
    前記コネクタは、前記基板の縁部に配置される、請求項1または請求項2に記載の信号収集アセンブリ。
  4. 前記基板は、前記基板の表面に形成される配線スロットを備え、前記信号収集線は、前記配線スロット内に配置される、請求項1に記載の信号収集アセンブリ。
  5. 前記基板上に配置され、前記信号収集線と接続される保護部品をさらに備え、
    前記保護部品は、錫はんだ付けによって前記信号収集線と接続されたチップヒューズを含む、請求項1〜請求項4のうちのいずれかに記載の信号収集アセンブリ。
  6. 前記信号収集端子の前記第2の端子は、前記基板の縁部を超えて伸び、前記基板上に配置される前記信号収集端子の一部は、エッチング加工によって形成される、請求項1に記載の信号収集アセンブリ。
  7. パワーバッテリモジュールであって、
    請求項1〜請求項6のうちのいずれかに記載の信号収集アセンブリと、
    複数のバッテリを備えるバッテリ群であって、隣接するバッテリが前記パワーバッテリモジュールの前記電力接続部材によって互いに電気的に接続されるバッテリ群と
    を備え、
    前記信号収集アセンブリの信号収集端子の第2の端子は、前記電力接続部材と電気的に接続される、パワーバッテリモジュール。
  8. 前記電力接続部材は、前記バッテリの電極端子に溶接され、
    前記信号収集アセンブリに取り付け穴が形成され、前記バッテリ群上に保持部材が配置され、前記バッテリ群は、前記取り付け穴と前記保持部材とを協働させることによって前記信号収集アセンブリ内で予め保持される、請求項7に記載のパワーバッテリモジュール。
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