JP6978483B2 - Battery system voltage detection circuit, battery system voltage detection circuit manufacturing method and battery system - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリシステム用電圧検出回路及びバッテリシステムに関するものである。 The present invention relates to a voltage detection circuit for a battery system and a battery system.
自動車の航続距離を伸ばすためには、バッテリの出力を大きくする必要がある。バッテリの出力を大きくするために、複数のバッテリセルを直列に連接したバッテリシステムが利用されている。かかるバッテリシステムを構成する複数のバッテリセルは、同一のものであっても、実質的には各々が特性を異にするため、充放電を繰り返すことにより、各々の残容量、さらには電圧が不均衡になる。電圧の不均衡は、一部のバッテリセルに過度な充放電を強いることになり、バッテリセル間の不均衡がさらに進行するため、バッテリシステム全体として本来の出力を得ることができなくなる。そこで、従来から、前記バッテリシステムは、電圧の制御部(サブコンピュータ)で充放電の電流を制御するために、各バッテリセルの電圧を監視、検出する電圧検出回路を備える。 In order to extend the cruising range of a car, it is necessary to increase the output of the battery. In order to increase the output of the battery, a battery system in which a plurality of battery cells are connected in series is used. Even if the plurality of battery cells constituting such a battery system are the same, each of them has substantially different characteristics. Therefore, by repeating charging and discharging, the remaining capacity and the voltage of each are inconsistent. Become in equilibrium. The voltage imbalance forces some battery cells to be excessively charged and discharged, and the imbalance between the battery cells further progresses, so that the original output of the battery system as a whole cannot be obtained. Therefore, conventionally, the battery system includes a voltage detection circuit that monitors and detects the voltage of each battery cell in order to control the charging / discharging current by the voltage control unit (sub computer).
電圧検出回路は、電圧検出部と、前記複数のバッテリセル及び前記電圧検出部を接続する電圧検出線(ハーネス)とから構成されている。この電圧検出線は、手作業により、バッテリシステムの周囲に簡易な結束具を用いて組付けられるが、電圧検出線のほとんどが外部に露出した状態である。 The voltage detection circuit includes a voltage detection unit, a voltage detection line (harness) connecting the plurality of battery cells and the voltage detection unit. This voltage detection line is manually assembled around the battery system using a simple bundling tool, but most of the voltage detection line is exposed to the outside.
上記のような電圧検出線は、外観を損なうだけでなく、前記組み付けが手作業になるため、作業効率が悪くなるという問題もあった。さらに、前記電圧検出線の束が外部に露出しないように、束全体を遮蔽する結束具を使ったとしても、バッテリセルの数に対応する電圧検出線を遮蔽するため、結束した束の径が大きくなり、これをバッテリシステムの外部に組み付けると、依然として外観を損ねることになるとともに、収納性が悪くなり、最終的な車体内への取付けの障害になるおそれがあった。特に、今後、出力を上げるためにバッテリセルの数が増加するにしたがって、電圧検出線の数も増加するため、結束した束の径も大きくなるという問題があった。 The voltage detection line as described above not only spoils the appearance, but also has a problem that the work efficiency is deteriorated because the assembly is manual work. Further, even if a binding tool that shields the entire bundle is used so that the bundle of the voltage detection lines is not exposed to the outside, the diameter of the bundle is increased in order to shield the voltage detection lines corresponding to the number of battery cells. If it becomes large and is assembled to the outside of the battery system, the appearance is still spoiled, the storability is deteriorated, and there is a risk that the final installation inside the vehicle body will be hindered. In particular, in the future, as the number of battery cells increases in order to increase the output, the number of voltage detection lines also increases, so that there is a problem that the diameter of the bundled bundle also increases.
そこで、従来、前記電圧検出線をフレキシブル基板上に実装し、複数のバッテリセルの電極端子側の面に配置するバッテリシステムが提案されていた(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, a battery system has been proposed in which the voltage detection line is mounted on a flexible substrate and arranged on a surface of a plurality of battery cells on the electrode terminal side (see, for example, Patent Document 1).
しかし、前記先行技術では、補正回路、メモリ、検出部から構成される電圧検出回路は、リジッド基板上に実装されているため、少なくとも、フレキシブル基板とリジッド基板の2部品を有し、両者を接続する作業負荷が生じるという問題があった。また、部品点数が多く、リジッド基板であるため、バッテリシステム全体の軽量化を損なうという問題もあった。 However, in the prior art, since the voltage detection circuit composed of the correction circuit, the memory, and the detection unit is mounted on the rigid board, it has at least two components, a flexible board and a rigid board, and both are connected. There was a problem that a workload was generated. Further, since the number of parts is large and the rigid substrate is used, there is a problem that the weight reduction of the entire battery system is impaired.
さらに、隣接するバッテリセルを接続するバスバも、前記フレキシブル基板と別配線になり、フレキシブル基板と接続しなければならず、さらなる部品点数の増加と作業負荷が生じていた。 Further, the bus bar connecting the adjacent battery cells also has to be wired separately from the flexible board and must be connected to the flexible board, which further increases the number of parts and causes a workload.
この明細書における開示の目的としては、上記課題を解消させるためのものであり、電圧検出回路の部品点数を減らすとともに、取付作業負荷を軽減することが可能な電圧検出回路及びかかる電圧検出回路を取り付けたバッテリシステムを提供することを目的とする。 The purpose of the disclosure in this specification is to solve the above-mentioned problems, and to provide a voltage detection circuit and such a voltage detection circuit capable of reducing the number of parts of the voltage detection circuit and reducing the mounting work load. It is intended to provide an installed battery system.
上記目的を達成させるために、本明細書で開示される電圧検出回路は、電圧検出回路を構成する電圧検出線と、各バッテリセルの残容量を監視し、電圧を検出する電圧検出部とをフレキシブル基板上に形成したことを最も主要な特徴とする。 In order to achieve the above object, the voltage detection circuit disclosed in the present specification includes a voltage detection line constituting the voltage detection circuit and a voltage detection unit that monitors the remaining capacity of each battery cell and detects the voltage. The most important feature is that it is formed on a flexible substrate.
すなわち、自動車用バッテリシステムを構成する複数のバッテリセルの電圧を検出するバッテリシステム用電圧検出回路であって、
少なくとも、前記バッテリシステムの両端に位置する前記バッテリセルの電極端子及び中間に位置する各バッテリセル間の電極端子に各々接続される電圧検出線と、
前記電圧検出線に印加された電圧を得て、前記各バッテリセルの残容量を検出して監視する電圧検出部と、
薄膜絶縁体の可撓性ベースフィルム、接着層、導体箔より構成され、前記電圧検出線および電圧検出部を順に積層し、前記複数のバッテリセルが直列接続された各電極端子の配列側の面の形状に合わせた長方形を含む矩形状のフレキシブル基板と、
を有し、
前記フレキシブル基板は、前記矩形状の長手方向の対向する辺縁部に配列形成され、隣接する前記電極端子を電気的に直列接続するバスバと前記電圧検出線との間に介在し、前記電極端子と前記電圧検出線とを接続し、前記各バッテリセルに固定する固定部を有することを特徴とする。
That is, it is a voltage detection circuit for a battery system that detects the voltage of a plurality of battery cells constituting the battery system for an automobile.
At least, a voltage detection line connected to the electrode terminals of the battery cells located at both ends of the battery system and the electrode terminals between the battery cells located in the middle, respectively.
A voltage detection unit that obtains the voltage applied to the voltage detection line and detects and monitors the remaining capacity of each battery cell .
It is composed of a flexible base film of a thin film insulator, an adhesive layer, and a conductor foil, and the voltage detection line and the voltage detection unit are laminated in order, and the surface on the arrangement side of each electrode terminal to which the plurality of battery cells are connected in series. a rectangular flexible substrate including a rectangular to match the shape,
Have,
The flexible substrate is arranged in an array on the opposite edge portions in the longitudinal direction of the rectangular shape, and is interposed between the bus bar for electrically connecting the adjacent electrode terminals in series and the voltage detection line, and the electrode terminals. It is characterized by having a fixing portion for connecting the voltage detection line and the voltage detection line and fixing the voltage detection line to each battery cell.
この構成によれば、電圧検出線のほか、電圧検出部を構成する各種電子部品をすべてフレキシブル基板に実装することができる。なお、ここでいう矩形とは、各頂角が90度の四角形に限定されず、角がR形状を有するものであっても、テーパーが形成されたものであっても、その他不定形状が角もしくは各辺に設けられたものであってもよい。 According to this configuration, in addition to the voltage detection line, all the various electronic components constituting the voltage detection unit can be mounted on the flexible substrate. The rectangle referred to here is not limited to a quadrangle whose apex angle is 90 degrees, and whether the angle has an R shape or a taper is formed, other indefinite shapes are angles. Alternatively, it may be provided on each side.
前記フレキシブル基板は、前記固定部が配列形成された前記辺縁部に挟まれた中間部に前記電圧検出線と電圧検出部とを実装し、前記複数のバッテリセルの電極端子の配列側の面の形状に沿って装着可能に構成されたものであればよい。 Before Symbol flexible substrate, wherein the fixing unit is mounted and the voltage detecting lines and the voltage detection section in an intermediate portion sandwiched between the edges which are arranged and formed, the array-side electrode terminals of the plurality of battery cells Any structure may be used as long as it can be mounted according to the shape of the surface.
この構成によれば、前記電圧検出線と前記バスバとを接続する固定部も前記フレキシブル基板上に設けてコンパクトに複数のバッテリセル上に搭載することができる。 According to this configuration, a fixing portion connecting the voltage detection line and the bus bar can also be provided on the flexible substrate and compactly mounted on a plurality of battery cells.
さらに、前記バスバはアルミニウムにより構成されるとともに、前記固定部に接合して、前記フレキシブル基板と前記バスバとを一体化してもよい。 Further, the bus bar may be made of aluminum and may be joined to the fixed portion to integrate the flexible substrate and the bus bar.
この構成によれば、バスバ自体も前記フレキシブル基板上に設けることができる。 According to this configuration, the bus bar itself can be provided on the flexible substrate.
本明細書で開示するバッテリシステム用電圧検出回路は、前記電圧検出線と前記電圧検出部とが実装された前記フレキシブル基板の前記電圧検出部及び前記バスバの通電部位を除いて外装材により防水被覆してもよい。前記外装材は、例えば、真空ラミネートによって貼り合わせた熱可塑性フィルムであればよい。さらに、本明細書で開示するバッテリシステム用電圧検出回路は、前記固定部に接合された前記バスバを絶縁保護するために、前記外装材の防水被覆により、前記バスバを各々個別に包囲するように配設固定された樹脂カバーを有する構成としてもよい。 The voltage detection circuit for a battery system disclosed in the present specification is waterproofed with an exterior material except for the voltage detection part of the flexible substrate on which the voltage detection line and the voltage detection part are mounted and the energized part of the bus bar. You may. The exterior material may be, for example, a thermoplastic film bonded by vacuum laminating. Further, the voltage detection circuit for a battery system disclosed in the present specification individually surrounds the bus bar with a waterproof coating of the exterior material in order to insulate and protect the bus bar bonded to the fixed portion. It may be configured to have a resin cover arranged and fixed.
この構成によれば、バッテリシステム用電圧検出回路の凹凸に応じて防水することができる。また、前記防水被覆によって、前記樹脂カバーの配設固定も可能になる。 According to this configuration, waterproofing can be performed according to the unevenness of the voltage detection circuit for the battery system. Further, the waterproof coating makes it possible to dispose and fix the resin cover.
上記目的を達成させるために、本明細書で開示される自動車用バッテリシステムは、複数のバッテリセルが相互に接続かつ配列して形成されたバッテリブロックから成る自動車用バッテリシステムであって、
前記バッテリブロックは、直方体に形成され、前記複数のバッテリセルの各電極端子の配列側の面の形状に沿って前記バッテリシステム用電圧検出回路を装着し、
前記バッテリシステム用電圧検出回路に、バスを介して接続された各バッテリセルの充放電を制御するサブコンピュータを有することを最も主要な特徴とする。
To achieve the above object, the automotive battery system disclosed herein is an automotive battery system consisting of a battery block formed by interconnecting and arranging a plurality of battery cells.
The battery block is formed in a rectangular parallelepiped, and the voltage detection circuit for the battery system is mounted along the shape of the array-side surface of each electrode terminal of the plurality of battery cells.
The most important feature of the voltage detection circuit for a battery system is to have a sub computer that controls charging / discharging of each battery cell connected via a bus.
この構成によれば、前記バッテリセル上に前記バッテリシステム用電圧検出回路を実装したフレキシブル基板を装着し、前記バッテリシステムを構成する各バッテリセルと電圧検出回路とを接続する一方、前記サブコンピュータは、前記バッテリブロックから離れた位置に配置することが可能になる。 According to this configuration, a flexible board on which the voltage detection circuit for the battery system is mounted is mounted on the battery cell, and each battery cell constituting the battery system is connected to the voltage detection circuit, while the sub computer is used. , It becomes possible to arrange it at a position away from the battery block.
自動車用バッテリシステムを構成する複数のバッテリセルの電圧を検出するバッテリシステム用電圧検出回路の製造方法であって、
導体層と可撓性ベースフィルムをラミネートし、矩形状シートのフレキシブル基板を形成する工程と、
電圧検出回路形成面となる前記導体層側の表面にエッチングレジスト層を形成する工程と、
前記エッチングレジスト層が形成された表面をエッチングによって電圧検出回路パターンを構成する電圧検出線を形成するとともに、前記矩形状シートの長手方向の対向する辺縁部に、前記電圧検出線と前記バッテリセルの各電極端子を電気的に直列接続するバスバとの間に介在し、前記電極端子と前記電圧検出線とを接続し、前記バスバを前記各バッテリセルに固定するための固定部を形成し、レジスト層を除去する工程と、
前記電圧検出線を保護するために、前記固定部及び電圧検出部を構成する電子部品を接続するランド部を除き、ソルダーレジストを印刷する工程と、
前記バスバに接続するために所定の形状に外形打ち抜きする工程と、
前記外形打ち抜きされた固定部に前記バスバを電気的に接続可能に配設する工程と、
隣接する前記バスバを絶縁保護するために、前記バスバを各々個別に包囲する樹脂カバーを所定の位置に仮固定する工程と、
前記ランド部と前記樹脂カバーで包囲されたバスバをマスキングする工程と、
前記マスキングの工程後のフレキシブル基板を外装材により防水被覆し、前記樹脂カバーを前記フレキシブル基板に固定する工程と、
前記マスキングを除去する工程と、を有することを最も主要な特徴とする。
It is a method of manufacturing a voltage detection circuit for a battery system that detects the voltage of a plurality of battery cells constituting the battery system for an automobile.
The process of laminating the conductor layer and the flexible base film to form a flexible substrate of a rectangular sheet,
A step of forming an etching resist layer on the surface on the conductor layer side, which is a voltage detection circuit forming surface, and
A voltage detection line forming a voltage detection circuit pattern is formed by etching the surface on which the etching resist layer is formed, and the voltage detection line and the battery cell are formed on opposite edges of the rectangular sheet in the longitudinal direction. Each electrode terminal of the above is interposed between the bus bar for electrically connecting in series, the electrode terminal and the voltage detection line are connected, and a fixing portion for fixing the bus bar to each battery cell is formed. The process of removing the resist layer and
In order to protect the voltage detection line, a step of printing the solder resist and a step of printing the solder resist, except for the land portion connecting the fixed portion and the electronic component constituting the voltage detection portion.
The process of punching the outer shape into a predetermined shape to connect to the bus bar,
A step of arranging the bus bar so as to be electrically connectable to the fixed portion punched out from the outer shape, and
In order to insulate and protect the adjacent bus bars, a step of temporarily fixing a resin cover that individually surrounds the bus bars to a predetermined position, and
The process of masking the bus bar surrounded by the land portion and the resin cover, and
A step of waterproofing the flexible substrate after the masking step with an exterior material and fixing the resin cover to the flexible substrate.
The most important feature is to have a step of removing the masking.
この構成によれば、前記電圧検出線、電圧検出部、バスバ及び樹脂カバーをバッテリシステムに搭載可能に一体的に製造することができる。 According to this configuration, the voltage detection line, the voltage detection unit, the bus bar, and the resin cover can be integrally manufactured so as to be mounted on the battery system.
本明細書で開示されるバッテリシステム用電圧検出回路及びバッテリシステム用電圧検出回路の製造方法によれば、電圧検出回路の部品点数を減らすとともに、取付作業負荷を軽減することが可能になるという効果を奏する。また、本明細書で開示されるバッテリシステム用電圧検出回路を搭載したバッテリシステムは、バッテリブロックにバッテリシステム用電圧検出回路をコンパクトに搭載できるという効果を奏する。 According to the method for manufacturing the voltage detection circuit for a battery system and the voltage detection circuit for a battery system disclosed in the present specification, it is possible to reduce the number of parts of the voltage detection circuit and reduce the installation work load. Play. Further, the battery system equipped with the voltage detection circuit for the battery system disclosed in the present specification has an effect that the voltage detection circuit for the battery system can be compactly mounted on the battery block.
以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態を説明する。先に説明した実施形態に対応する構成要素を後続の実施形態が有する場合には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態において構成の一部のみを説明している場合、当該構成の他の部分については先行して説明した実施形態の参照符号を使用する場合がある。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示していない場合でも、特に当該組み合わせに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. When the subsequent embodiments have components corresponding to the embodiments described above, they are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted. Further, when only a part of the configuration is described in each embodiment, the reference code of the embodiment described above may be used for the other parts of the configuration. Even if it is not explicitly stated that the combinations are possible in each embodiment, it is possible to partially combine the embodiments as long as the combination does not cause any trouble.
図1は、本明細書で開示される自動車用のバッテリシステム1の実施形態を例示的に示す概略回路図である。図1は、本実施形態の説明で必要な構成のみを記載したものであり、各種電子部品等の記載は省略している。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram schematically showing an embodiment of a
バッテリシステム1は、複数のバッテリセル2A、2B、2C…2Nから構成されるバッテリブロック2と、電圧検出回路とを有する。前記電圧検出回路は、少なくとも、電圧検出部4と、一方を前記各バッテリセル2A、2B、2C…2Nの電極端子に接続し、他方を前記電圧検出部4に接続する電圧検出線5とから構成される。前記各バッテリセル2A、2B、2C…2Nのうち、相互に隣接するバッテリセルは、異極の電極端子21が相対する。すなわち、例示的に説明すると、バッテリセル2Aのマイナス側の電極端子21とバッテリセル2Bのプラス側の電極端子21とが隣接する。そして、この隣接する異極の2つの電極端子21は、バスバ3を介して接続される。バッテリセル2A及びバッテリセル2B以外の相互に隣接するバッテリセルも同様に接続され、バッテリシステム全体として、各バッテリセル2A、2B、2C…2Nは、直列接続される。
The
電圧検出部4は、バス7を介してサブコンピュータ8に接続されている。電圧検出部4によって検出されたバッテリセル2A、2B、2C…2Nの電圧は、サブコンピュータ8によって各バッテリセル2A、2B、2C…2Nの充放電が制御され、各バッテリセル2A、2B、2C…2Nの電圧の不均衡を是正する。
The
バッテリシステム1の前記電圧検出回路は、サブコンピュータ8以外の電圧検出部4及び電圧検出線5をフレキシブル基板6上に実装している。
In the voltage detection circuit of the
図2は、本明細書で開示されるバッテリシステム1の斜視図であり、図3は、バッテリシステム1の模式的側面図である。バッテリセル2A、2B、2C…2Nは、図1でも説明した通り、直列接続されているが、バッテリセル2A、2B、2C…2N全体で直方体のバッテリブロック2が形成されている。
FIG. 2 is a perspective view of the
バッテリブロック2の上面は、図3で示す通り、短手側の側面視で上辺部分の両端に切欠状の段差部23が形成されており、両端の段差部23の間は、凸状の上辺部22が形成されている。段差部23には、バッテリセル2A、2B、2C…2Nの各電極端子21が配されている。すなわち、バッテリセル2A、2B、2C…2Nの各電極端子21が、バッテリブロック2の長手方向の両辺に連続的に形成された段差部23に沿って各々1列に配列されている。なお、バッテリブロック2を自動車内に設置した場合に、上辺部22の長手方向の両辺と段差部23とで空間領域が形成される。この空間領域は、走行時に通気空間となり、バッテリセル2A、2B、2C…2Nの稼働で発生する熱を冷却し、放熱させる効果が期待できる。
As shown in FIG. 3, the upper surface of the
フレキシブル基板6は、バッテリブロック2の上辺部22と段差部23によって形成された上面の形状、すなわち、各電極端子21の配列側の面の形状に沿って折り曲げられて装着されている。
The
フレキシブル基板6も、バッテリブロック2の前記上面の形状と略同じ長方形に形成されている。以下、図4を使って、フレキシブル基板6に実装されている電圧検出回路を説明する。
The
フレキシブル基板6の長手方向に対向する辺縁部62は、前記の通り、折り曲げて装着した場合に、電極端子21上に装着され、2つの辺縁部62に挟まれた中間部61は、上辺部22に装着される。中間部61には、電圧検出部4及び電圧検出線5が実装されている。すなわち、電圧検出部4及び電圧検出線5を実装する箇所を中間部61のみとしている。辺縁部62の前記折り曲げの箇所(L−L線)に電圧検出線5や電圧検出部4を設けると、折り曲げによって実装した電圧検出部4及び電圧検出線5が剥がれるおそれがある。そこで、実装された電圧検出部4及び電圧検出線5を安定的に保持するために、実装する領域を中間部61としている。
As described above, the
辺縁部62は、段差部23の形状に沿ってL字状に折り曲げられる。辺縁部62には、辺縁部62の長手方向に直交して形成された複数の固定部51が、所定間隔離間して配列形成されている。本実施の形態では、固定部51は、矩形状の突出部の中央をリング状に開口した形状になっている。
The
なお、固定部51は、前記所定間隔離間して配列形成されている。バッテリセル2A、2B、2C…2Nを長時間使用すると、熱膨張によって、バッテリセル2A、2B、2C…2Nと固定部51との間で電極端子21の配列方向にずれが生じる。固定部51を1枚のフレキシブル基板のシートに前記のようなリング状の開口を設けると、前記ずれに伴って、撚れ、場合によって破断の原因になるおそれがある。そこで、前記ずれを吸収するために、隣接する固定部51の間に所定の遊間部63を設けている。
The fixing
固定部51の前記開口の周囲は、導体箔で構成されている。固定部51の前記導体箔は、中間部61の電圧検出線5に接続される固定部接続線52に接続されている。したがって、電極端子21から、バスバ3、固定部51及び固定部接続線52を介して、電圧検出線5までが電気的に接続されるため、バッテリセル2A、2B、2C…2Nの電圧を電圧検出部4に送り込むことができる。
The periphery of the opening of the fixing
フレキシブル基板6は、薄膜絶縁体の可撓性ベースフィルムであればよい。なお、電子部品の実装時に、高温ハンダを使用した場合、電子部品に対して悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、低温ハンダでの実装が好ましい。前記可撓性ベースフィルムとして、低温ハンダによる実装に対応可能な素材であれば制限されないが、特にポリエチレンテレフタレートが好適である。
The
フレキシブル基板6は、前記薄膜絶縁体の可撓性ベースフィルム上に接着層を有し、この接着層上に導体箔を電圧検出線5として形成する。前記導体箔は、具体的には、銅箔、アルミニウム箔を使用する。ただし、軽量化を図る場合は、銅箔よりもアルミニウム箔が好ましい。
The
図5は、バッテリブロックの変形例であり、図3のバッテリブロック2に対応する変形例の模式的側面図である。バッテリシステム11を構成するバッテリブロック201は、図3のバッテリブロック2同様、長手方向の両辺に電極端子2011を配し、バスバ3によって隣接する各電極端子2011は接続されている。バッテリブロック201は、図3のバッテリブロック2と異なり、段差部23のような空間領域を有さず、上辺部2012は平坦になっている。したがって、フレキシブル基板601は、図3のように、折り曲げず、平坦なままでバッテリブロック201の上辺部2012に装着することができる。
FIG. 5 is a modification of the battery block, and is a schematic side view of the modification corresponding to the
例えば、バッテリシステムを構成するバッテリセルが全個体電池の場合、リチウムイオン電池に比べて、熱に強く小型化が可能になるため、段差部23のような形状を要さず、上辺部2012のように平坦に形成することが可能になる。また、上辺部2012を平坦することにより、上記した通り、フレキシブル基板601を折り曲げ装着することが可能になり、電圧検出部及び電圧検出線の実装領域を図3のように中間部に限定しなくてもよくなる(図示せず)。
For example, when the battery cell constituting the battery system is an all-solid-state battery, it is more resistant to heat and can be miniaturized than a lithium-ion battery, so that the shape of the
以下、図6を使用して、電極端子21にフレキシブル基板6及びバスバ3を装着する手順について説明する。なお、図6は、バッテリセル2Aの電極端子21A、バッテリセル2Bの電極端子21Bを例として説明する。
Hereinafter, a procedure for mounting the
たとえば、バッテリセル2Aの電極端子21Aをマイナス電極とすると、バッテリセル2Bの電極端子21Bは、プラス電極となる。隣接するバッテリセル2Aの電極端子21Aとバッテリセル2Bの電極端子21Bとは、バスバ3によって電気的に接続されている。すなわち、バッテリセル2Aとバッテリセル2Bとは直列に接続されている。バスバ3は、電極端子21A及び電極端子21Bにねじ24によって螺設されている。このような接続が前記配列に従って連続して施され、すべてのバッテリセル2A、2B、2C…2Nが直列に接続されている。
For example, if the
固定部51は、電極端子21Bとバスバ3との間に介在させ、前記リング状の開口に合わせて、電極端子21B、バスバ3とともにねじ24によって螺設をする。この螺設をすべての電極端子21、バスバ3に対して施すことにより、辺縁部62は、バッテリブロック2に固定される。
The fixing
図7は、前記実施形態にかかるフレキシブル基板6にバスバ3を一体的に接合した形態を示した図である。前記実施形態では、バスバ3とフレキシブル基板6とは別部品であり、フレキシブル基板6の辺縁部62の装着は、フレキシブル基板6を折り曲げて、固定部51、電極端子21及びバスバ3の位置合わせをしたうえで、螺設するという工程を繰り返す。本実施形態では、バスバ3とフレキシブル基板6とを一体的に接合することにより、前記装着工程をより簡略化することが可能になる。
FIG. 7 is a diagram showing a form in which the
具体的には、バスバ3と固定部51とを溶接、ハンダ等の接合手段により、接合し、一体化するほか、一体成形してもよい。本実施形態では、固定部51の接合面を大きくとるために、延在部51Aを設けている。
Specifically, the
なお、前記の通り、フレキシブル基板6の軽量化のためには、バスバ3もアルミニウムで形成することが好ましい。たとえば、銅製のバスバ3と比較すると、同体積であれば、アルミニウム製の方が、1/3程度、同一抵抗であれば、1/2程度の軽量化をはかることができる。しかし、ハンダで接合する場合、固定部51が前記の通り、アルミニウム箔であるため、酸化被膜が形成されやすく、溶けたハンダが弾かれ、ハンダ濡れ性が低下する。したがって、アルミニウム箔の固定部51にニッケル及び金又は錫などの被覆層を形成すればよい。
As described above, in order to reduce the weight of the
ハンダによる接合のほか、超音波溶着によって接合してもよい。超音波溶着であれば、溶着時間が短く、低コストで、高い強度の接合が可能になる。 In addition to bonding by soldering, bonding may be performed by ultrasonic welding. With ultrasonic welding, welding time is short, low cost, and high-strength bonding is possible.
図8は、図7のバスバ3を一体的に接合した形態の変形例を示した図である。図8は、固定部51の下にバスバ3を配して固定部51と接合した形態であるが、図7は、固定部511の上にバスバ3を配して接合する形態である。すなわち、辺縁部621に固定部接続線521を介して固定部511が形成され、その上にバスバ3を接合している。なお、図7では、隣接する固定部511の間の遊間部63は、フレキシブル基板の基材によって形成されているが、図8の実施形態では、スリット状の遊間部631が形成されている。
FIG. 8 is a diagram showing a modified example of the form in which the
ところで、バッテリブロック2の上に、フレキシブル基板6に実装された電圧検出部4、すなわち、電子部品等が露出した状態で装着されているため、フレキシブル基板6を外装材によって防水被覆することが好ましい。
By the way, since the
従来のバッテリシステムは、電圧検出線と電圧検出部が一体化されていないため、両者をワイヤハーネス、又は、その代用となるフレキシブル基板を介して接続していた。そして、このような形態で接続する場合、差込型のコネクタが必要となっていた。しかし、差込型のコネクタは完全な防水加工が難しい。特に、線の集約が不可欠であるため、高い電圧で駆動する車載分野では、高い電位差を集約したコネクタからの水分の排除が非常に難しいという課題があった。このような場合、当業者が考え得る対応方法としては、例えば、ヒューズにより、電圧に限界値を設ける方法が考えられる。もっとも、高い電圧がきわめて短い時間に生じる場合、又は、ヒューズそのものが水分でショートした場合など、かかる対応方法では、十分な効果が得られないという課題があった。 In the conventional battery system, since the voltage detection line and the voltage detection unit are not integrated, both are connected via a wire harness or a flexible substrate as a substitute thereof. When connecting in such a form, a plug-in type connector is required. However, it is difficult to completely waterproof the plug-in type connector. In particular, since wire aggregation is indispensable, there is a problem that it is very difficult to remove water from a connector that aggregates a high potential difference in the in-vehicle field driven by a high voltage. In such a case, as a possible countermeasure method for those skilled in the art, for example, a method of setting a limit value in the voltage by using a fuse can be considered. However, there is a problem that a sufficient effect cannot be obtained by such a countermeasure method, such as when a high voltage is generated in an extremely short time or when the fuse itself is short-circuited by moisture.
本明細書で開示するフレキシブル基板1は、電圧検出線5及び電圧検出部4を一体化したものを搭載するものであるため、外装材によって防水被覆をしても、前記のような課題が発生しない。
Since the
なお、防水被覆は、電圧検出部4の外表面の凹凸があるため、形状に沿って被覆可能な外装材が好ましい。例えば、樹脂コーティングでも防水被覆は可能であるが、一定の防水効果を発揮させるためには、樹脂を厚塗りする必要がある。前記の通り、電圧検出部4は、フレキシブル基板6の中間部61に集約して実装しなければならないが、樹脂を厚塗りすると、省スペース化による実装を阻害するおそれがある。さらに、樹脂コーティングの場合、樹脂の塗布後に硬化、養生などの作業工程を必要とし、作業効率の低下を招くおそれもある。
Since the waterproof coating has irregularities on the outer surface of the
以上より、前記外装材として、真空ラミネートによって貼り合わせた熱可塑性フィルムが好適である。熱可塑性フィルムによる防水被覆は、たとえば、図9で示す手順で行えばよい。すなわち、真空ラミネート装置Vに、フレキシブル基板6を設置し、上部に熱可塑性フィルムFの粘着面をフレキシブル基板6の防水被覆面(上面)と対向する位置で張架させる(図9(A))。次いで、熱可塑性フィルムFの前記粘着面と反対側の面から、ヒータHで加熱するとともに、熱可塑性フィルムFとフレキシブル基板6を設置した真空ラミネート装置V内を真空引きし、真空雰囲気に設定する(図9(B))。その後、圧縮空気によって外装フィルムFの前記反対側の面から、フレキシブル基板6の前記上面に向けて圧力Pをかけて、フレキシブル基板6の前記上面全体を熱可塑性フィルムFで被覆する(図9(C))。なお、防水被覆する前に、フレキシブル基板Fの通電部位など、防水被覆させない部分にはマスキングを施し、図9(C)の工程の後、前記マスキング箇所と真空ラミネート装置Vでフレキシブル基板6を設置した箇所の端部のフィルムを除去する(図9(D))。以上の手順によって、フレキシブル基板6の外表面の凹凸に合わせて防水被覆をすることができる。なお、真空ラミネートによる防水被覆は、電圧検出線5とバッテリの電極端子21とを接続可能に、フレキシブル基板の一部が露出する様に形成することが好ましい。したがって、フレキシブル基板6に固定部51、511を配列形成する場合は、固定部51、511についても、前記マスキングして前記防水被覆すればよい。
From the above, as the exterior material, a thermoplastic film laminated by vacuum laminating is suitable. The waterproof coating with the thermoplastic film may be performed, for example, by the procedure shown in FIG. That is, the
さらに、図10で示す通り、隣接するバスバ3の絶縁保護等を目的として、各バスバ3を個別に包囲する樹脂カバー9を配設する場合、固定部511上に固定設置した各バスバ3の周囲に樹脂カバー9を仮固定する。樹脂カバー9は、固定部511上に固定した状態のバスバ3の周囲を包囲する無底無蓋の直方体で形成されている。したがって、前記仮固定した状態で前記真空ラミネートによる防水被覆を施すと、樹脂カバー9の上面開放部分(無蓋の部分)を閉塞し、通電を阻害するおそれがある。そこで、前記上面開放部分をマスキングした状態で、前記防水被覆を施し、図9(D)の工程で、マスキングを除去すればよい。樹脂カバー9は、前記防水被覆後は、熱可塑性フィルムFによって、フレキシブル基板6上に固定される。したがって、防水被覆と同時に樹脂カバー9の配設固定の作業も可能になる。なお、図10は、図8で説明した変形例で樹脂カバー9を配設固定した図であるが、図7で説明した形態であっても、樹脂カバー9の配設固定方法は同様である(図示せず)。
Further, as shown in FIG. 10, when the
真空ラミネートによる防水被覆によれば、防水効果を維持しつつも、前記樹脂コーティングに比べて、薄いフィルムで被覆が可能になり、前記省スペース化を阻害することはない。また、真空引きによって被覆作業は完了するため、前記樹脂の硬化、養生などの工程が不要であり、作業効率が向上する。さらに、真空引きすることにより、外装材(ラミネートフィルム)とフレキシブル基板6との間の空気(気泡)を排除することができるため、温度変化などによる結露が発生し、各種電子部品に悪影響を及ぼすような障害も発生しにくい。
According to the waterproof coating by vacuum laminating, it is possible to coat with a thinner film as compared with the resin coating while maintaining the waterproof effect, and the space saving is not hindered. Further, since the coating work is completed by evacuation, steps such as curing and curing of the resin are unnecessary, and work efficiency is improved. Further, by evacuating, air (air bubbles) between the exterior material (laminated film) and the
以上で説明した通り、本明細書で開示するフレキシブル基板1は、電圧検出線5及び電圧検出部4を一体化して搭載した基板上に、真空成型による防水被覆を行うことができるため、きわめて信頼性の高い防水加工が可能となった。
As described above, the
以下、図11を使ってバッテリシステム用電圧検出回路の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing a voltage detection circuit for a battery system will be described with reference to FIG.
フレキシブル基板の基材となる導体層、例えば、アルミニウム箔と可撓性ベースフィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレートをラミネートし(S1)、フレキシブル基板をバッテリブロックの上面に搭載するために、前記ラミネートした基材を前記上面の形状、すなわち、矩形状に形成する(S2)。矩形状に形成された前記基材にエッチングレジスト層を形成する(S3)。エッチング(S1で説明した通り、アルミニウム箔を使用した場合は、アルミエッチング)及びレジスト層の除去により、電圧検出線及びバスバの固定部、すなわち、回路パターンを形成する(S4、S5)。回路パターンが形成されたフレキシブル基板の表面を保護する絶縁膜を形成するため、ソルダーレジストを印刷する(S6)。 A conductor layer serving as a base material for a flexible substrate, for example, an aluminum foil and a flexible base film, for example, polyethylene terephthalate are laminated (S1), and the laminated base material is used to mount the flexible substrate on the upper surface of a battery block. Is formed into the shape of the upper surface, that is, a rectangular shape (S2). An etching resist layer is formed on the rectangularly formed base material (S3). By etching (aluminum etching when an aluminum foil is used as described in S1) and removal of the resist layer, a fixed portion of the voltage detection line and the bus bar, that is, a circuit pattern is formed (S4, S5). A solder resist is printed in order to form an insulating film that protects the surface of the flexible substrate on which the circuit pattern is formed (S6).
前記アルミエッチングによって形成された固定部は、図4で説明した通り、矩形状の突出部の中央をリング状に開口した形状に外形打ち抜き加工する(S7)。この開口は、図6で説明した通り、バスバとバッテリセルの電極端子との間に固定部を介在させて、螺設する際に、固定部の位置決めとして使用することができる。なお、本実施の形態では、前記固定部は、ニッケル金メッキ加工したうえで、前記外形打ち抜き加工をするようにしている。 As described with reference to FIG. 4, the fixed portion formed by the aluminum etching is externally punched into a shape in which the center of the rectangular protruding portion is opened in a ring shape (S7). As described with reference to FIG. 6, this opening can be used as a positioning of the fixed portion when the fixed portion is interposed between the bus bar and the electrode terminal of the battery cell and screwed. In the present embodiment, the fixed portion is plated with nickel gold and then punched out.
バスバを前記外形打ち抜きされた前記開口に合わせて固定部に接合し配設する(S8)。前記バスバの固定部への接合は、図7で説明した通り、ハンダ、超音波溶接などにより行えばよい。次いで、図10で説明した通り、固定部に配設された各バスバを包囲する樹脂カバーをフレキシブル基板上で仮固定する(S9)。フレキシブル基板を前記バッテリブロック上面に搭載して通電させる部位、すなわち、仮固定された樹脂カバーに包囲されたバスの上面開放部分及び前記回路パターンのランド部をマスキングし(S10)、図9で説明した通り、フレキシブル基板を外装材で防水被覆する(S11)。防水被覆が終了した後、前記マスキングを除去する(S12)。以上の工程によって、バスバ、樹脂カバーを一体化したバッテリシステム用フレキシブル基板を製造することができる。 The bus bar is joined to and arranged in the fixed portion in accordance with the opening punched out (S8). As described with reference to FIG. 7, the joining of the bus bar to the fixed portion may be performed by soldering, ultrasonic welding, or the like. Next, as described with reference to FIG. 10, the resin cover surrounding each bus bar arranged in the fixing portion is temporarily fixed on the flexible substrate (S9). The portion where the flexible substrate is mounted on the upper surface of the battery block and energized, that is, the open portion on the upper surface of the bus surrounded by the temporarily fixed resin cover and the land portion of the circuit pattern are masked (S10) and described with reference to FIG. as was to waterproof coated flexible base plate in the outer package (S11). After the waterproof coating is completed, the masking is removed (S12). Through the above steps, it is possible to manufacture a flexible substrate for a battery system in which a bus bar and a resin cover are integrated.
以上の通り、電圧検出部4及び電圧検出線5を実装したフレキシブル基板6をバッテリブロック2上に装着することにより、バッテリシステム1全体を小型化することが可能になる。また、電圧検出線5のパターンをアルミニウム箔で形成するとともに、バスバ3の素材もアルミニウムとすることで、バッテリシステム1全体の軽量化を図ることができる。
As described above, by mounting the
近年、電動自動車に対する航続距離の延長要請が高まっており、連接するバッテリセルの数をさらに増加することが予想される。バッテリセルの増加によって生じる放射熱が、バッテリシステム周辺の温度を上昇させ、各バッテリセルの充放電を制御するサブコンピュータの誤作動、機能停止を招来する。したがって、サブコンピュータ(さらには、サブコンピュータに接続されているECU)は、複数のバッテリセルから構成されるバッテリブロックから極力離れた場所に設置する必要がある。 In recent years, there has been an increasing demand for extended cruising range for electric vehicles, and it is expected that the number of connected battery cells will be further increased. The radiant heat generated by the increase in the number of battery cells raises the temperature around the battery system, causing the subcomputer that controls the charging and discharging of each battery cell to malfunction or stop functioning. Therefore, the sub-computer (furthermore, the ECU connected to the sub-computer) needs to be installed in a place as far as possible from the battery block composed of a plurality of battery cells.
一方、一般に、電圧検出回路とサブコンピュータは、近接的に接続され、バッテリセルの充放電を制御しているが、前記した通り、サブコンピュータをバッテリブロックから離れた場所に設置した場合に、電圧検出回路の配線材料が物理的に増加することによって、組付け作業が煩雑化するとともに、バッテリシステムの外観を損ねる。また、バッテリセルの増加に伴い、バッテリブロックの全長が延伸し、両端から電圧検出部までの距離の差が顕著となり、回路の電気抵抗に相違が発生する。 On the other hand, in general, the voltage detection circuit and the subcomputer are closely connected to control the charging / discharging of the battery cell. However, as described above, when the subcomputer is installed in a place away from the battery block, the voltage is applied. The physical increase in the wiring material of the detection circuit complicates the assembly work and spoils the appearance of the battery system. Further, as the number of battery cells increases, the total length of the battery block is extended, the difference in the distance from both ends to the voltage detection unit becomes remarkable, and the electric resistance of the circuit is different.
したがって、電圧検出回路が、バッテリブロック上に装着可能になれば、上記のような問題が解消する。 Therefore, if the voltage detection circuit can be mounted on the battery block, the above-mentioned problem will be solved.
本明細書で開示するバッテリシステム1は、電圧検出部4及び電圧検出線5を実装したフレキシブル基板6を複数のバッテリセル2A、2B、2C…2Nの各電極端子21の配列側の面の形状に沿って装着し、前記実装したフレキシブル基板6から成る電圧検出回路と、複数のバッテリセル2A、2B、2C…2Nのうち、隣接するバッテリセルの各電極端子21を電気的に接続するバスバ3と、を接続するとともに、複数のバッテリセル2A、2B、2C…2Nから電圧検出部4によって検出された電圧に基づき、各バッテリセルの充放電を制御するサブコンピュータ8を、バス7を介して、バッテリブロック2から離間させた構成としている。したがって、前記電圧検出回路は、コンパクトにバッテリブロック2に装着することにより、バッテリセルが増加しても、配線材料の数量を抑制するとともに、外観を損なうこともなく、さらには、電圧検出部4を最短距離で配線することができる。また、サブコンピュータ8は、バッテリブロック2から離間しているため、バッテリセルの増加によって生じる放射熱の影響を抑制することもできる。
In the
1、11 バッテリシステム
2、201 バッテリブロック
2A、2B、2C、2N バッテリセル
3 バスバ
4 電圧検出部
5 電圧検出線
6、601 フレキシブル基板
7 バス
8 サブコンピュータ
9 樹脂カバー
21、2011 電極端子
22 上辺部
23 段差部
24 ネジ
51、511 固定部
52、521 固定部接続線
61 中間部
62、621 辺縁部
63、631 遊間部
1,11 Battery system 2,201
Claims (11)
少なくとも、前記バッテリシステムの両端に位置する前記バッテリセルの電極端子及び中間に位置する前記バッテリセル間の電極端子に各々接続される電圧検出線と、
前記電圧検出線に印加された電圧を得て、前記各バッテリセルの残容量を検出して監視する電圧検出部と、
薄膜絶縁体の可撓性ベースフィルム、接着層、導体箔より構成され、前記電圧検出線および電圧検出部を順に積層し、前記複数のバッテリセルが直列接続された各電極端子の配列側の面の形状に合わせた長方形を含む矩形状のフレキシブル基板と、
を有し、
前記フレキシブル基板は、前記矩形状の長手方向の対向する辺縁部に配列形成され、隣接する前記電極端子を電気的に直列接続するバスバと前記電圧検出線との間に介在し、前記電極端子と前記電圧検出線とを接続し、前記各バッテリセルに固定する固定部を有するバッテリシステム用電圧検出回路。 A voltage detection circuit for a battery system that detects the voltage of a plurality of battery cells constituting an automobile battery system.
At least, voltage detection lines connected to the electrode terminals of the battery cells located at both ends of the battery system and the electrode terminals between the battery cells located in the middle, respectively.
A voltage detection unit that obtains the voltage applied to the voltage detection line and detects and monitors the remaining capacity of each battery cell .
It is composed of a flexible base film of a thin film insulator, an adhesive layer, and a conductor foil, and the voltage detection line and the voltage detection unit are laminated in order, and the surface on the arrangement side of each electrode terminal to which the plurality of battery cells are connected in series. a rectangular flexible substrate including a rectangular to match the shape,
Have,
The flexible substrate is arranged in an array on the opposite edge portions in the longitudinal direction of the rectangular shape, and is interposed between the bus bar for electrically connecting the adjacent electrode terminals in series and the voltage detection line, and the electrode terminals. A voltage detection circuit for a battery system having a fixed portion for connecting the voltage detection line and the voltage detection line and fixing the voltage detection line to each battery cell.
前記バッテリブロックは、直方体に形成され、前記複数のバッテリセルの各電極端子の配列面の形状に沿って、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載のバッテリシステム用電圧検出回路を装着し、
前記バッテリシステム用電圧検出回路に、バスを介して接続された各バッテリセルの充放電を制御するサブコンピュータを有する自動車用のバッテリシステム。 A battery system for automobiles consisting of a battery block formed by connecting and arranging a plurality of battery cells to each other.
The voltage detection circuit for a battery system according to any one of claims 1 to 9 , wherein the battery block is formed in a rectangular parallelepiped and follows the shape of an array surface of each electrode terminal of the plurality of battery cells. Attached,
A battery system for an automobile, wherein the voltage detection circuit for the battery system includes a sub computer that controls charging / discharging of each battery cell connected via a bus.
導体層と可撓性ベースフィルムをラミネートし、矩形状シートのフレキシブル基板を形成する工程と、
電圧検出回路形成面となる前記導体層側の表面にエッチングレジスト層を形成する工程と、
前記エッチングレジスト層が形成された表面をエッチングによって電圧検出回路パターンを構成する電圧検出線を形成するとともに、前記矩形状シートの長手方向の対向する辺縁部に、前記電圧検出線と前記バッテリセルの各電極端子を電気的に直列接続するバスバとの間に介在し、前記電極端子と前記電圧検出線とを接続し、前記バスバを前記各バッテリセルに固定するための固定部を形成し、レジスト層を除去する工程と、
前記電圧検出線を保護するために、前記固定部及び電圧検出部を構成する電子部品を接続するランド部を除き、ソルダーレジストを印刷する工程と、
前記バスバに接続するために所定の形状に外形打ち抜きする工程と、
前記外形打ち抜きされた固定部に前記バスバを電気的に接続可能に配設する工程と、
隣接する前記バスバを絶縁保護するために、前記バスバを各々個別に包囲する樹脂カバーを所定の位置に仮固定する工程と、
前記ランド部と前記樹脂カバーで包囲されたバスバをマスキングする工程と、
前記マスキングの工程後のフレキシブル基板を外装材により防水被覆し、前記樹脂カバーを前記フレキシブル基板に固定する工程と、
前記マスキングを除去する工程と、を有するバッテリシステム用電圧検出回路の製造方法。 It is a method of manufacturing a voltage detection circuit for a battery system that detects the voltage of a plurality of battery cells constituting the battery system for an automobile.
The process of laminating the conductor layer and the flexible base film to form a flexible substrate of a rectangular sheet,
A step of forming an etching resist layer on the surface on the conductor layer side, which is a voltage detection circuit forming surface, and
A voltage detection line forming a voltage detection circuit pattern is formed by etching the surface on which the etching resist layer is formed, and the voltage detection line and the battery cell are formed on opposite edges of the rectangular sheet in the longitudinal direction. Each of the electrode terminals of the above is interposed between the bus bar for electrically connecting in series, the electrode terminal and the voltage detection line are connected, and a fixing portion for fixing the bus bar to each battery cell is formed. The process of removing the resist layer and
In order to protect the voltage detection line, a step of printing the solder resist and a step of printing the solder resist, except for the land portion connecting the fixed portion and the electronic component constituting the voltage detection portion.
The process of punching the outer shape into a predetermined shape to connect to the bus bar,
A step of arranging the bus bar so as to be electrically connectable to the fixed portion punched out from the outer shape, and
In order to insulate and protect the adjacent bus bars, a step of temporarily fixing a resin cover that individually surrounds the bus bars to a predetermined position, and
The process of masking the bus bar surrounded by the land portion and the resin cover, and
A step of waterproofing the flexible substrate after the masking step with an exterior material and fixing the resin cover to the flexible substrate.
A method for manufacturing a voltage detection circuit for a battery system, comprising a step of removing the masking.
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