JP6993383B2

JP6993383B2 - 温度センサの取付構造

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Publication number: JP6993383B2
Application number: JP2019091857A
Authority: JP
Inventors: 知宏松島
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: US11408775B2; DE102020205412A1; JP2020187008A; US20200363268A1

Description

本発明は、電池パックの単電池の温度を検知する温度センサの取付構造に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両に搭載されて駆動源として使用される電池パックの単電池の温度を検知する温度センサの取付構造として、特許文献１に開示されたものがある。

この特許文献１に開示された温度センサの取付構造は、蓄電モジュール（電池パック）の一つの蓄電素子（単電池）に接触してその温度を温度センサで検知するものである。この温度センサは、蓄電素子に接触する接触壁を有する樹脂製の本体部と、この本体部のキャビティ内の接触壁上に載置され、充填材で覆われた温度検知素子と、本体部について蓄電素子と反対側に設けられると共に、弾性変形可能な板状の前バネ部及び後バネ部と、を備えている。

そして、蓄電素子の上面に配置されたホルダの前側の押圧部及び後側の押圧部が、本体部から上方に交差するようにＳ字状に屈曲して延びる前バネ部及び後バネ部の各上端部と上方から接触して、前バネ部及び後バネ部が下方に弾性変形することにより、温度センサの温度検知素子側が蓄電素子の上面に押圧されるようになっている。

特開２０１７－１０２０４８号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された温度センサの取付構造では、樹脂でバネ部を構成しているため、バネ部の撓み時に発生する応力を緩和させるために、バネ長を長くしないと応力を緩和しきれず、バネ長を長くする分、バネ部のサイズが大きくなって、全体構造が大型になり、蓄電素子（単電池）に搭載する際に制約が発生する虞がある。

また、部品点数が多いため、組み付けが煩雑になり、組付け加工費がかかってコスト高になる懸念がある。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、小型化及び低コスト化を図ることができ、省スペースで単電池側に取り付けることができる温度センサの取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、フレキシブル薄板状の電線に取り付けられて複数の単電池が接続された電池パックの前記単電池の温度を検知する温度センサの取付構造であって、一部が前記単電池上に載置された前記フレキシブル薄板状の電線と、前記フレキシブル薄板状の電線の導体露出部に実装され、前記単電池の温度を検知するチップ状の測温素子と、前記フレキシブル薄板状の電線の導体露出部の周囲に載置され、前記測温素子を囲む複数の脚部と、前記複数の脚部を前記単電池側に付勢する弾性片部と、を有する金属製の板バネと、を備え、前記金属製の板バネは、前記フレキシブル薄板状の電線に対向して配置される平板部と、前記平板部の少なくとも両側部から前記フレキシブル薄板状の電線側に折り曲げ形成された前記複数の脚部と、前記平板部の両側部間の一方の端部と反対側の他方の端部の少なくとも一方から前記フレキシブル薄板状の電線の反対側に湾曲状に折り曲げ形成された前記弾性片部と、を有し、前記金属製の板バネの前記複数の脚部間で前記測温素子を防湿材で被覆してなることを特徴とする。

本発明によれば、電線としてフレキシブル薄板状の電線を用い、このフレキシブル薄板状の電線の導体露出部に実装された測温素子を囲む金属製の板バネの複数の脚部間で該測温素子を防湿材で被覆したことにより、小型化及び低コスト化を図ることができ、省スペースで温度を検知する単電池側に取り付けることができる。

本発明の第１実施形態の温度センサの取付構造を示す斜視図である。上記温度センサの取付構造の組み付け前の状態を示す斜視図である。上記温度センサの取付構造を単電池上に実装した状態を示す側面図である。本発明の第２実施形態の温度センサの取付構造を示す斜視図である。本発明の第３実施形態の温度センサの取付構造を斜視図である。上記第３実施形態の温度センサの取付構造の組み付け前の状態を示す斜視図である。本発明の第４実施形態の温度センサの取付構造を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態の温度センサの取付構造を示す斜視図、図２は温度センサの取付構造の組み付け前の状態を示す斜視図、図３は温度センサの取付構造を単電池上に実装した状態を示す側面図である。

図１～図３に示すように、温度センサ１１の取付構造１０は、フレキシブル薄板状の電線２０に取り付けられて、複数のリチウム電池等の単電池（電池セル）Ｓが直列または並列接続された電池パック（電池モジュール）Ｍの一つの単電池Ｓの温度を検知するものであり、フレキシブル薄板状の電線としてのフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２０と、このフレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２の導体露出部２３に半田付けにより実装され、単電池Ｓの温度を検知するチップＮＴＣサーミスタ（チップ状の測温素子）１２と、フレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２の導体露出部２３の周囲に載置され、チップＮＴＣサーミスタ１２を囲む複数の脚部３２と、複数の脚部３２を単電池Ｓ側に付勢する弾性片部３３と、を有する金属製の板バネ３０と、を備えている。

図２に示すように、フレキシブルプリント配線板２０は、ポリイミド等の絶縁性を有した薄くて柔らかいベースフィルム２１上に銅箔等の導電性金属で配線パターン（導体）２２を２本平行にそれぞれ形成してあり、その上に一部の導体露出部２３を除いてポリイミド等のフィルム状のカバー２４を接着することで製造されている。また、導体露出部２３の周囲の４箇所には、矩形薄板状の銅箔２５をそれぞれ形成してあり、この各銅箔２５は銅箔露出部２６から露出している。

そして、図１、図２に示すように、２本の配線パターン２２，２２の導体露出部２３には、チップＮＴＣサーミスタ１２が導体露出部２３の２本の配線パターン２２，２２を跨ぐようにリフロー半田で半田付け（半田を図２中符号２８で示す）されて実装される。このチップＮＴＣサーミスタ１２をフレキシブルプリント配線板２０上に実装する際に、フレキシブルプリント配線板２０のチップＮＴＣサーミスタ１２が実装された部分の周囲の４箇所の銅箔露出部２６より露出した各銅箔２５には、後述する金属製の板バネ３０の４つの脚部３２をチップＮＴＣサーミスタ１２を囲むように半田付けにより実装されるようになっている。

図２に示すように、金属製の板バネ３０は、フレキシブルプリント配線板２０に対して平行に配置される矩形板状の平板部３１と、この平板部３１の両側部３１ｃ，３１ｃからフレキシブルプリント配線板２０側に直角に折り曲げ形成された各一対の脚部３２，３２と、平板部３１の前部３１ａからフレキシブルプリント配線板２０の反対側に湾曲状に折り曲げ形成された弾性片部３３と、を有している。

平板部３１の中央には、矩形の開口部３１ｄが形成されている。また、平板部３１の両側部３１ｃ，３１ｃの各一対の脚部３２，３２の間には、矩形の切欠き３２ａが形成されている。さらに、各一対の脚部３２，３２の下端側は、フレキシブルプリント配線板２０のチップＮＴＣサーミスタ１２が実装される部分の周囲の各一対の銅箔露出部２６，２６より露出した各銅箔２５に半田付けにより実装されるようになっている。詳述すると、フレキシブルプリント配線板２０の導体露出部２３内から露出した２本の配線パターン２２，２２にチップＮＴＣサーミスタ１２をリフロー半田にて半田付けを行う時に、金属製の板バネ３０の平板部３１の両側部３１ｃ，３１ｃの各一対の脚部３２，３２をフレキシブルプリント配線板２０の各一対の銅箔露出部２６，２６内より露出した各銅箔２５にリフロー半田で一緒に半田付けするようになっている。

また、図２に示すように、弾性片部３３は、平板部３１の前部３１ａの両側からフレキシブルプリント配線板２０の反対側に湾曲状に折り曲げ形成された一対のアーム部３３ａ，３３ａと、この一対のアーム部３３ａ，３３ａの先端側を連結する矩形板状の押圧部３３ｂと、を有している。この一対のアーム部３３ａ，３３ａ（弾性片部３３の中央）間には開口部３３ｄが形成されている。そして、フレキシブルプリント配線板２０のチップＮＴＣサーミスタ１２を囲むように半田付けにより実装された平板部３１の両側部３１ｃ，３１ｃの各一対の脚部３２，３２の間には、弾性片部３３の開口部３３ｄから平板部３１の開口部３１ｄを通して、防湿材２９がチップＮＴＣサーミスタ１２を覆うように注入されてポッティング加工（樹脂盛り）されるようになっている。

このように構成された温度センサ１１の取付構造１０では、図３に示すように、フレキシブルプリント配線板２０のチップＮＴＣサーミスタ１２が実装された部分が単電池Ｓ上に載置された状態で、単電池Ｓの両端側にある正負極の各端子ＴにナットＮを介して締結固定される付勢部材としての取付板４０により金属製の板バネ３０の弾性片部３３の押圧部３３ｂが単電池Ｓ側に押し付けられることで、弾性片部３３の弾性変形による反力によりチップＮＴＣサーミスタ１２を単電池Ｓ側に押し付けて付勢するようになっている。

尚、電池パックＭは、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の車両に搭載されて駆動源として使用されるものである。また、図３に示すように、取付板４０は、金属製の板バネ３０の弾性片部３３の押圧部３３ｂを単電池Ｓ側に押し付ける矩形板状の胴部４１と、この胴部４１の両端により段差状に屈曲形成されて、単電池Ｓの両端側の各端子ＴにナットＮで締結固定されるＬ字形で一対の取付部４２，４２とを有している。さらに、金属製の板バネ３０は、単電池Ｓ上に載置されて取付板４０の胴部４１が貫通する樹脂製のホルダ４５により単電池Ｓ上の所定位置に保持されるようになっている。

以上第１実施形態の温度センサ１１の取付構造１０によれば、電池パックＭの単電池Ｓの電圧等を監視する図示しない電池監視ユニットに接続される電圧検知線（電線）としてフレキシブルプリント配線板２０を用い、このフレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２の導体露出部２３に半田付けで実装されたチップＮＴＣサーミスタ１２を囲む金属製の板バネ３０の４つの脚部３２間でチップＮＴＣサーミスタ１２を防湿材２９のポッティング加工により被覆したことで、防湿材２９を充填する別部品が不要となって、その分部品点数を削減することができ、構造全体の小型化及び低コスト化を図ることができる。即ち、フレキシブルプリント配線板２０のチップＮＴＣサーミスタ１２が実装された部分の小型化を図ることができる。さらに、フレキシブルプリント配線板２０の導体露出部２３内の配線パターン２２に半田付けにより実装され、防湿材２９で被覆されたチップＮＴＣサーミスタ１２を使用することで、測温性能の向上や絶縁性を簡単に確保することができる。

また、温度センサ１１を取り付けたフレキシブルプリント配線板２０は、単電池Ｓの両端側の各端子ＴにナットＮを介して締結固定された取付板４０により金属製の板バネ３０を単電池Ｓ側に押し付けることで、単電池Ｓの上面側に押し付けられているため、車両の振動等によりフレキシブルプリント配線板２０が単電池Ｓの上面から浮き上がることがなく、測温性能をより一段と向上させることができる。

さらに、フレキシブルプリント配線板２０の導体露出部２３から露出した配線パターン２２にチップＮＴＣサーミスタ１２をリフロー半田にて半田付けする際に、金属製の板バネ３０の脚部３２をフレキシブルプリント配線板２０の銅箔露出部２６より露出した銅箔２５にリフロー半田で一緒に半田付けすることができるため、組付け工程を削減することができると共に、加工費を低減することができる。これにより、組付けの低コスト化及び簡略化を図ることができる。また、金属製の板バネ３０の弾性片部３３の開口部３３ｄから平板部３１の開口部３１ｄを通して、平板部３１の両側部３１ｃ，３１ｃの各一対の脚部３２，３２の間に防湿材２９を充填するようにしたことにより、板バネ３０の上方から防湿材２９をチップＮＴＣサーミスタ１２を覆うように簡単に注入することができ、ポッティング加工を簡単かつ短時間で行うことができる。さらに、金属製の板バネ３０の脚部３２をフレキシブルプリント配線板２０の銅箔２５に半田付けする際に、半田のセルフアライメント（自動でセンタリングされる）効果も期待でき、金属製の板バネ３０のある程度の位置ズレを抑制することができる。

また、金属製の板バネ３０の弾性片部３３の弾性変形による反力により温度センサ１１を単電池Ｓ側に押し付けるようにしたことで、従来の樹脂製のバネよりも応力に対する制限が緩和され、小型の温度センサ１１を設計することができる。これにより、温度センサ１１を省スペースで単電池Ｓ側に取り付けることができる。

また、小型化された温度センサ１１は、単電池Ｓの両端側の各端子ＴにナットＮを介して締結固定された取付板４０で金属製の板バネ３０の弾性片部３３を単電池Ｓ側に押し付けることにより単電池Ｓの上面に接触するため、その接触面積を最小化することができ、熱容量を小さくすることができる。これにより、熱容量を減らすことができ、測温性能をより一段と向上させることができる。

さらに、フレキシブルプリント配線板２０を電池監視ユニットに接続する際に、電池監視ユニットまでフレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２で接続可能であるため、被覆電線のままで接続する場合と比較すると、コネクタが不要となり、その分、部品点数を削減して、低コスト化をより一段と図ることができる。

図４は本発明の第２実施形態の温度センサの取付構造を示す斜視図である。

この第２実施形態の温度センサの取付構造１０は、金属製の板バネ３０の両側に位置する各一対の脚部３２，３２を平板部３１の前部３１ａ側及び後部３１ｂ側まで延設し、この各延設部３２ｂをＬ字状に折り曲げて、温度センサ１１のチップＮＴＣサーミスタ１２を被覆した防湿材２９を隙間なく囲むように形成した点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、両側に位置する各一対の脚部３２，３２間に形成された切欠き３２ａ′は前記第１実施形態のものに比べて小さく形成してあるが、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第２実施形態の温度センサの取付構造１０では、フレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２の導体露出部２３に半田付けで実装されたチップＮＴＣサーミスタ１２を囲む金属製の板バネ３０の４つの脚部３２間でチップＮＴＣサーミスタ１２を防湿材２９のポッティング加工により被覆したことで、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

特に、金属製の板バネ３０の４つの脚部３２及びその延設部３２ｂにより、防湿材２９を隙間なく囲むことができるため、防湿材２９の拡がりを確実に規制することができる。また、金属製の板バネ３０の４つの脚部３２及びその延設部３２ｂがフレキシブルプリント配線板２０の固定と、防湿材２９の拡がりの規制の両方の効果を有しているため、フレキシブルプリント配線板２０のチップＮＴＣサーミスタ１２が実装された部分の小型化及び低コスト化をより一段と図ることができる。

図５は本発明の第３実施形態の温度センサの取付構造を斜視図、図６は温度センサの取付構造の組み付け前の状態を示す斜視図である。

この第３実施形態の温度センサの取付構造１０は、金属製の板バネ３０の平板部３１の前部３１ａの一方の端側と後部３１ｂの他方の端側からフレキシブルプリント配線板２０の反対側に交差するように弾性片部３４をそれぞれ湾曲状に折り曲げ形成した点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第３実施形態の温度センサの取付構造１０では、フレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２の導体露出部２３に半田付けで実装されたチップＮＴＣサーミスタ１２を囲む金属製の板バネ３０の４つの脚部３２間でチップＮＴＣサーミスタ１２を防湿材２９のポッティング加工により被覆したことで、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

特に、平板部３１の前部３１ａの一方の端側と後部３１ｂの他方の端側からフレキシブルプリント配線板２０の反対側に交差するように弾性片部３４をそれぞれ湾曲状に折り曲げ形成したことで、フレキシブルプリント配線板２０上に金属製の板バネ３０を半田付けで実装する際に、その重心が取り易くなり、組付け作業性を向上させることができる。

図７は本発明の第４実施形態の温度センサの取付構造を示す斜視図である。

この第４実施形態の温度センサの取付構造１０は、金属製の板バネ３０の両側に位置する各一対の脚部３２，３２を平板部３１の前部３１ａ側及び後部３１ｂ側まで延設し、この各延設部３２ｂをＬ字状に折り曲げて、温度センサ１１１１０のチップＮＴＣサーミスタ１２を被覆した防湿材２９を隙間なく囲むように形成した点が、前記第３実施形態のものとは異なる。尚、両側に位置する各一対の脚部３２，３２間に形成された切欠き３２ａ′は前記第３実施形態のものに比べて小さく形成してあるが、他の構成は、前記第３実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第４実施形態の温度センサの取付構造１０では、フレキシブルプリント配線板２０の配線パターン２２の導体露出部２３に半田付けで実装されたチップＮＴＣサーミスタ１２を囲む金属製の板バネ３０の４つの脚部３２間でチップＮＴＣサーミスタ１２を防湿材２９のポッティング加工により被覆したことで、前記第３実施形態と同様の作用・効果を奏する。

尚、前記各実施形態によれば、フレキシブル薄板状の電線としてフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いた場合について説明したが、フレキシブル薄板状の電線としてフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等を用いても良い。

また、前記各実施形態によれば、チップ状の測温素子として負の温度特性をもつ（温度が上昇すると抵抗値が減少する）素子であるチップＮＴＣサーミスタを用いたが、正の温度特性をもつ（温度が上昇すると抵抗値が増加する）素子であるチップＰＴＣサーミスタやチップＣＴＲサーミスタをチップ状の測温素子として用いても良い。

１０温度センサの取付構造
１１温度センサ
１２チップＮＴＣサーミスタ（チップ状の測温素子）
２０フレキシブルプリント配線板（フレキシブル薄板状の電線）
２２配線パターン（導体）
２３導体露出部
２６銅箔露出部
２９防湿材
３０金属製の板バネ
３１平板部
３１ａ前部（一方の端部）
３１ｂ後部（他方の端部）
３１ｃ，３１ｃ両側部
３１ｄ開口部
３２脚部
３２ｂ延設部
３３，３４弾性片部
３３ｄ開口部
Ｍ電池パック
Ｓ単電池

Claims

フレキシブル薄板状の電線に取り付けられて複数の単電池が接続された電池パックの前記単電池の温度を検知する温度センサの取付構造であって、
一部が前記単電池上に載置された前記フレキシブル薄板状の電線と、
前記フレキシブル薄板状の電線の導体露出部に実装され、前記単電池の温度を検知するチップ状の測温素子と、
前記フレキシブル薄板状の電線の導体露出部の周囲に載置され、前記測温素子を囲む複数の脚部と、前記複数の脚部を前記単電池側に付勢する弾性片部と、を有する金属製の板バネと、を備え、
前記金属製の板バネは、前記フレキシブル薄板状の電線に対向して配置される平板部と、前記平板部の少なくとも両側部から前記フレキシブル薄板状の電線側に折り曲げ形成された前記複数の脚部と、前記平板部の両側部間の一方の端部と反対側の他方の端部の少なくとも一方から前記フレキシブル薄板状の電線の反対側に湾曲状に折り曲げ形成された前記弾性片部と、を有し、
前記金属製の板バネの前記複数の脚部間で前記測温素子を防湿材で被覆してなることを特徴とする温度センサの取付構造。
請求項１記載の温度センサの取付構造であって、
前記平板部と前記弾性片部の中央に開口部をそれぞれ形成し、前記弾性片部の開口部から前記平板部の開口部を通して、前記防湿材を前記測温素子を囲む前記複数の脚部間に充填自在にしたことを特徴とする温度センサの取付構造。
請求項１または２記載の温度センサの取付構造であって、
前記複数の脚部を前記平板部の一方の端部側及び他方の端部側まで延設して、前記複数の脚部で前記測温素子を隙間なく囲むようにしたことを特徴とする温度センサの取付構造。
請求項１記載の温度センサの取付構造であって、
前記弾性片部を前記平板部の一方の端部側から前記フレキシブル薄板状の電線の反対側に湾曲状に折り曲げ形成したことを特徴とする温度センサの取付構造。
請求項１記載の温度センサの取付構造であって、
前記弾性片部を前記平板部の一方の端部側と他方の端部側から前記フレキシブル薄板状の電線の反対側に交差するようにそれぞれ湾曲状に折り曲げ形成したことを特徴とする温度センサの取付構造。
請求項１記載の温度センサの取付構造であって、
前記フレキシブル薄板状の電線の導体露出部に前記チップ状の測温素子を実装する際に、前記複数の脚部を前記フレキシブル薄板状の電線の導体露出部の周囲に前記測温素子を囲むように設けられた銅箔露出部に実装したことを特徴とする温度センサの取付構造。