JP7338576B2 - フレキシブル基板 - Google Patents

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Description

本明細書に記載の開示は、フレキシブル基板に関するものである。
特許文献1に示されるように、回路基板部を備える電池用配線モジュールが知られている。
特開2018-18612号公報
特許文献1に記載の回路基板部は、基板本体部と、基板本体部に形成される導電層と、を備えている。この導電層のために回路基板部(フレキシブル基板)の柔軟性が低下する虞がある。
本開示の目的は、柔軟性の低下の抑制されたフレキシブル基板を提供することである。
本開示の一態様によるフレキシブル基板は、絶縁性の可撓基板(31)と、
可撓基板に形成された、電位の異なる複数の配線パターン(32)と、を有し、
複数の配線パターンの少なくとも一部は、交差しつつ電気的に接続された複数の導電線(41~44,46)を備えるメッシュ配線(40,40a,40b)であり、
可撓基板は、積層方向で積層配置された複数の可撓層(35,36)を備え、
メッシュ配線は、複数の導電線の他に、複数の可撓層のうちの異なる第1可撓層と第2可撓層とを電気的に接続する導電ビア(37)を備え、
第1可撓層と第2可撓層それぞれに形成された複数の導電線が導電ビアを介して電気的に接続されている。
これによれば、フレキシブル基板の柔軟性が配線パターン(32)の形成領域と非形成領域とで著しく異なることが抑制される。そのためにフレキシブル基板の全体的な柔軟性が低下することが抑制される。
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
電池パックの回路図である。 電池スタックを示す上面図である。 監視装置を示す上面図である。 監視装置が電池スタックに配置された状態を示す上面図である。 第1実施形態のメッシュ配線を示す上面図である。 メッシュ配線の一形態を示す上面図である。 メッシュ配線の一形態を示す上面図である。 第2実施形態のメッシュ配線を示す上面図である。 第3実施形態のメッシュ配線を示す上面図である。 メッシュ配線の変形例を示す上面図である。 第4実施形態のメッシュ配線を示す上面図である。 メッシュ配線の変形例を示す上面図である。 第5実施形態のフレキシブル基板を説明するための分解斜視図である。 第6実施形態のメッシュ配線を示す斜視図である。 第1メッシュ配線と第2メッシュ配線を説明するための分解斜視図である。 監視装置の変形例を示す上面図である。
以下、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
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る部分同士の組み合わせが可能である。また、特に組み合わせに支障が生じなければ、組み合わせが可能であることを明示していなくても、実施形態同士、実施形態と変形例、および、変形例同士を部分的に組み合せることも可能である。
以下、実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1~図7に基づいて、本実施形態に係るフレキシブル基板を備える電池パックと、この電池パックがハイブリッド自動車に適用された例を説明する。
<電池パックの概要>
電池パック400はハイブリッド自動車の電気負荷に電力供給する機能を果たす。この電気負荷には、動力供給源および発電源としての機能を果たすモータジェネレータが含まれている。例えばこのモータジェネレータが力行する場合、電池パック400は放電してモータジェネレータに電力供給する。モータジェネレータが発電する場合、電池パック400は発電によって生じた発電電力を充電する。
電池パック400は電池ECU300を有する。この電池ECU300はハイブリッド自動車に搭載された各種ECU(車載ECU)と電気的に接続される。電池ECU300と車載ECUは相互に信号を送受信し、ハイブリッド自動車を協調制御する。この協調制御により、電池パック400の充電量に応じたモータジェネレータの発電と力行、および、内燃機関の出力などが制御される。
なお、ECUはelectronic control unitの略である。ECUは、少なくとも1つの演算処理装置(CPU)と、プログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも1つのメモリ装置(MMR)と、を有する。ECUはコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体はコンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供され得る。
電池パック400は電池モジュール200を有する。図2に示すように電池モジュール200は複数の電池セル220が電気的および機械的に直列接続された電池スタック210を有する。
電池パック400は監視装置100を有する。監視装置100は電池スタック210を構成する各電池セル220の電圧を検出する。監視装置100はその監視結果を電池ECU300に出力する。電池ECU300は監視装置100の監視結果に基づいて複数の電池セル220それぞれのSOCの均等化を判断する。そして電池ECU300はその判断に基づく均等化処理の指示を監視装置100に出力する。監視装置100は電池ECU300から入力された指示にしたがって、複数の電池セル220のSOCを等しくする均等化処理を行う。SOCはstate of chargeの略である。
以上に示すように電池パック400は、監視装置100、電池モジュール200、および、電池ECU300を有する。図示しないが、電池パック400はこれらの他に電池モジュール200を冷却する送風ファンを有する。この送風ファンの駆動は電池ECU300によって制御される。
電池パック400はハイブリッド自動車の例えば座席下の配置空間に設けられる。概して後部座席下のほうが前部座席下よりも広い。そのために本実施形態の電池パック400は後部座席下の配置空間に設けられる。ただし電池パック400の配置場所としてはこれに限定されない。例えば後部座席とトランクルームの間、運転席と助手席の間などに電池パック400を配置することができる。
次に、電池モジュール200と監視装置100を説明する。それにあたって、以下においては互いに直交の関係にある3方向を、x方向、y方向、および、z方向と示す。本実施形態ではx方向はハイブリッド自動車の進退方向に沿っている。y方向はハイブリッド自動車の左右方向に沿っている。z方向はハイブリッド自動車の天地方向に沿っている。なお図面では、「方向」の記載を削除して、単に、x、y、zと表記している。x方向が横方向に相当する。y方向が縦方向に相当する。z方向が積層方向に相当する。
<電池モジュールの概要>
上記したように電池モジュール200は電池スタック210を有する。また電池モジュール200は電池スタック210を収容する電池ケース(図示略)を有する。この電池ケースは筐体と蓋部を有する。筐体はアルミダイカストで製造される。また筐体は鉄やステンレスをプレス加工することで製造することもできる。蓋部は樹脂材料、若しくは、金属材料で形成される。
筐体はz方向に開口するとともに底を有する箱形状を成している。筐体の開口は蓋部によって覆われている。筐体と蓋部とによって電池スタック210と監視装置100を収納する収納空間が構成されている。収納空間には風の流通する流通経路が構成されている。筐体と蓋部の少なくとも一方に、外部雰囲気と流通経路とを連通するための連通孔が構成されている。
電池スタック210は複数の電池セル220を有する。これら複数の電池セル220はy方向に並んでいる。複数の電池セル220は電気的および機械的に直列接続されている。そのために電池モジュール200の出力電圧は複数の電池セル220の出力電圧を総和した電圧になっている。
<監視装置の概要>
図1に示すように監視装置100は、複数の電池セル220それぞれの電圧を監視する監視部10、および、監視部10と複数の電池セル220それぞれとを電気的に接続するフレキシブル基板30を有する。監視部10とフレキシブル基板30はz方向で電池スタック210と並ぶ態様で電池モジュール200に設けられる。
<電池スタックの構成>
上記したように電池スタック210は複数の電池セル220を有する。図2に示すように電池セル220は四角柱形状を成す。電池セル220は6面を有する。
電池セル220はz方向に面する上端面220aを有する。また図示しないが、電池セル220はz方向に面して上端面220aとz方向で離間して並ぶ下端面を有する。電池セル220はx方向に面する第1側面220cと第2側面220dを有する。電池セル220はy方向に面する第1主面220eと第2主面220fを有する。これら6面のうち第1主面220eと第2主面220fは他の4面よりも面積が大きくなっている。
電池セル220はy方向の長さがz方向およびx方向の長さよりも短くなっている。そのために電池セル220はy方向の長さの短い平板形状を成している。複数の電池セル220はこのy方向に並んでいる。
電池セル220は二次電池である。具体的には電池セル220はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は化学反応によって起電圧を生成する。起電圧の生成により電池セル220に電流が流れる。これにより電池セル220はガスを発生する。電池セル220は膨張する。なお電池セル220としてはリチウムイオン二次電池に限定されない。例えば電池セル220としては、ニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池などを採用することができる。
上記したように電池セル220の第1主面220eと第2主面220fは他の4面よりも面積が大きくなっている。そのために電池セル220では第1主面220eと第2主面220fが膨張しやすくなっている。これにより電池セル220はy方向に膨張する。すなわち電池セル220は複数の電池セル220の並ぶ方向に膨張する。
電池スタック210は図示しない拘束具を有する。この拘束具により、複数の電池セル220は機械的にy方向に直列接続されている。またこの拘束具により複数の電池セル220それぞれの膨張による電池スタック210の体格の増大が抑制されている。なお、隣接する電池セル220の間には空隙が構成されている。この空隙を空気が通ることで各電池セル220の放熱が促される。
電池セル220の上端面220aに正極端子221と負極端子222が形成されている。正極端子221と負極端子222はx方向に離間して並んでいる。正極端子221は第1側面220c側に位置する。負極端子222は第2側面220d側に位置する。
図2に示すように隣接して並ぶ2つの電池セル220は互いに第1主面220e同士、第2主面220f同士で対向している。隣接して並ぶ2つの電池セル220の上端面220aがy方向に並んでいる。これにより隣接して並ぶ2つの電池セル220のうちの一方の正極端子221と他方の負極端子222とがy方向に並んでいる。この結果、電池スタック210では、正極端子221と負極端子222とがy方向で交互に並んでいる。
電池スタック210では、y方向で負極端子222と正極端子221とが交互に並ぶ第1電極端子群211と、y方向で正極端子221と負極端子222とが交互に並ぶ第2電極端子群212と、が構成されている。これら第1電極端子群211と第2電極端子群212とがx方向で離間して並んでいる。
上記した第1電極端子群211と第2電極端子群212に含まれる複数の電極端子のうち、y方向で並んで隣り合う1つの正極端子221と1つの負極端子222とが直列端子223を介して機械的および電気的に接続されている。これにより電池スタック210を構成する複数の電池セル220が電気的に直列接続されている。
本実施形態の電池スタック210は9個の電池セル220を有する。そのために正極端子221と負極端子222の総数は18個になっている。図1および図2に示すように、これら18個の電極端子に、最低電位から最高電位に向かうにしたがって数の大きくなる番数(No)を付与している。
図2に示すようにNo.1の正極端子221とNo.2の負極端子222はy方向で隣接して並んでいる。これらx方向で隣接して並ぶ正極端子221と負極端子222が直列端子223を介して接続される。
これと同様にして、第1電極端子群211では、No.1とNo.2の電極端子、No.5とNo.6の電極端子、No.9とNo.10の電極端子、No.13とNo.14の電極端子が直列端子223を介して接続される。第2電極端子群212では、No.3とNo.4の電極端子、No.7とNo.8の電極端子、No.11とNo.12の電極端子、No.15とNo.16の電極端子が直列端子223を介して接続される。このように9個の電池セル220は計8個の直列端子223を介して直列接続されている。
以上に示した接続構成により、No.0の負極端子222は最低電位になる。No.17の正極端子221は最高電位になる。No.17の正極端子221は各電池セル220の出力を総和した電位になる。
この最低電位の負極端子222と最高電位の正極端子221に出力端子224が接続されている。この2つの出力端子224が電気負荷と電気的に接続される。この結果、最低電位と最高電位との電位差が、電池モジュール200の出力電圧として電気負荷に出力される。
なお、出力端子224がほかの電池モジュール200の最低電位の負極端子222若しくは最高電位の正極端子221に接続されることで、複数の電池モジュール200が直列接続若しくは並列接続された構成を採用することもできる。電気負荷に電力供給する車載電源は1つの電池モジュール200によって構成されてもよいし、複数の電池モジュール200によって構成されてもよい。
<監視装置の回路構成>
次に、図1に基づいて監視装置100の回路構成を説明する。
図1に示すように監視部10は配線基板11、第1電子素子12、および、監視ICチップ13を有する。配線基板11に第1電子素子12と監視ICチップ13が搭載されている。第1電子素子12と監視ICチップ13は配線基板11の基板配線14を介して電気的に接続されている。
配線基板11にフレキシブル基板30が接続される。このフレキシブル基板30を介して監視部10と電池スタック210とが電気的に接続されている。
配線基板11には図示しないコネクタが設けられている。このコネクタに図1に示すワイヤ301が接続される。このワイヤ301を介して監視部10と電池ECU300とが電気的に接続されている。
なお、監視部10と電池ECU300とは無線によって信号の送受信を行ってもよい。例えば上記したように複数の電池モジュール200が直列接続若しくは並列接続された構成の場合、複数の電池モジュール200それぞれに監視部10が搭載される。これら複数の監視部10それぞれが電池ECU300と無線によって信号の送受信を行う構成を採用することもできる。もちろんではあるが、複数の監視部10それぞれが電池ECU300と有線によって信号の送受信を行う構成を採用することもできる。
フレキシブル基板30は絶縁性の可撓基板31と、可撓基板31に形成された複数の配線パターン32と、を有する。
複数の配線パターン32それぞれの一端が直列端子223若しくは出力端子224に接続されている。これら複数の配線パターン32それぞれの他端が複数の基板配線14と電気的に接続されている。以上に示した配線の接続により電池セル220と監視ICチップ13とが電気的に接続されている。
以下においては、説明を簡便とするため、互いに電気的に接続された配線パターン32と基板配線14をまとめて、適宜、電圧検出配線と示す。
図1に示すように可撓基板31には第2電子素子60が搭載されている。第2電子素子60はヒューズ61とインダクタ62を有する。また監視部10は第1電子素子12としてツェナーダイオード15、並列コンデンサ16、および、抵抗17を有する。これらツェナーダイオード15、並列コンデンサ16、および、抵抗17それぞれは配線基板11に搭載されている。
図1に示すように複数の電圧検出線それぞれにヒューズ61、インダクタ62、および、抵抗17が設けられている。電池セル220から監視ICチップ13へと向かって、ヒューズ61、インダクタ62、および、抵抗17が順に直列接続されている。
ツェナーダイオード15と並列コンデンサ16それぞれは、電位順に並ぶ2つの電圧検出線の間で並列接続されている。詳しく言えば電圧検出線におけるインダクタ62と抵抗17との間に、ツェナーダイオード15と並列コンデンサ16が接続されている。ツェナーダイオード15のアノード電極は隣り合う2つの電圧検出線のうちの低電位側に接続されている。ツェナーダイオード15のカソード電極は隣り合う2つの電圧検出線のうちの高電位側に接続されている。
以上に示した接続構成により、抵抗17と並列コンデンサ16とによってRC回路が構成されている。このRC回路とインダクタ62は、電圧検出の際にノイズを除去するフィルタとしての機能を果たしている。
なおツェナーダイオード15は、電池モジュール200から過電圧が印加された際に短絡故障(ショート故障)する構造となっている。具体的に言えば、ツェナーダイオード15は一対のリードによってPN接合型のICチップが狭持された構造となっている。これにより、例えばICチップとリードとがワイヤを介して間接的に接続された構成とは異なり、過電圧の印加によるワイヤの破断によってツェナーダイオード15がオープン故障することが避けられている。
ヒューズ61は、過電圧にてツェナーダイオード15が短絡故障した際に、電圧検出配線に流れる大電流によって破断するように構成されている。ヒューズ61の定格電流は、過電圧にてツェナーダイオード15が短絡故障した際の電圧検出配線に流れる大電流を基準に設定されている。ヒューズ61の破断により監視ICチップ13に大電流が流れることが抑制される。
図1に模式的に示すように監視ICチップ13は、増幅などの信号処理を行うドライバ18と、複数の電池セル220を充放電するための複数のスイッチ19と、を有する。このスイッチ19は電位順に並ぶ2つの電圧検出線間の電気的な接続を制御する。スイッチ19の一端は電位順に並ぶ2つの電圧検出線の一方に接続された監視ICチップ13の配線に接続される。スイッチ19の他端は電位順に並ぶ2つの電圧検出線の他方に接続された監視ICチップ13の配線に接続される。スイッチ19の開閉制御により、このスイッチ19の接続された2つの電圧検出線に電気的に接続された電池セル220の充放電が制御される。
また監視ICチップ13は、複数の電池セル220それぞれの電圧を検出するためのコンパレータ20を有する。コンパレータ20の反転入力端子と非反転入力端子とに、電位順に並ぶ2つの電圧検出線が接続される。これによりコンパレータ20の反転入力端子と非反転入力端子とに、1つの電池セル220の正極端子221と負極端子222が接続される。コンパレータ20の出力端子は監視ICチップ13の配線に接続される。コンパレータ20の出力が、1つの電池セル220の出力電圧(起電圧)を差動増幅したものとして電池ECU300に出力される。
なお、コンパレータ20の入力インピーダンスは出力インピーダンスよりもハイインピーダンスになっている。そのために電池セル220からコンパレータ20に流れる電流は、複数の電池セル220の直列接続された電池スタック210に流れる電流に比べて微量になっている。
電池セル220の充電状態(SOC)と起電圧には相関関係がある。電池ECU300はこの相関関係を記憶している。電池ECU300は監視ICチップ13から入力された出力電圧(起電圧)と記憶している相関関係に基づいて、複数の電池セル220それぞれのSOCを検出する。
電池ECU300はこの検出したSOCに基づいて、複数の電池セル220のSOCの均等化処理を判断する。そして電池ECU300はその判断に基づく均等化処理の指示を監視ICチップ13のドライバ18に出力する。ドライバ18は均等化処理の指示にしたがって複数の電池セル220それぞれに対応するスイッチ19を開閉制御する。これにより複数の電池セル220が充放電される。複数の電池セル220のSOCが均等化される。
また、電池ECU300は入力された電圧などに基づいて電池スタック210の充電状態も検出する。電池ECU300は検出した電池スタック210の充電状態を車載ECUに出力する。車載ECUはこの充電状態、車両に搭載された各種センサから入力されるアクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブ開度などの車両情報、そしてイグニッションスイッチなどに基づいて、電池ECU300に指令信号を出力する。電池ECU300はこの指令信号に基づいて電池スタック210と電気負荷との接続を制御する。
図示しないが、電池スタック210と電気負荷との間にはシステムメインリレーが設けられている。このシステムメインリレーは磁界の発生によって電池スタック210と電気負荷との電気的な接続を制御する。電池ECU300はこのシステムメインリレーの磁界の発生を制御することで、電池スタック210と電気負荷との接続を制御する。
<フレキシブル基板>
次に、フレキシブル基板30を詳説する。上記したようにフレキシブル基板30は可撓基板31と配線パターン32を有する。
可撓基板31は配線基板11よりも厚みが薄く、撓みやすい絶縁性の樹脂材料から成る。そのために可撓基板31は湾曲可能になっている。可撓基板31はz方向に並ぶ表面31aとその裏側の裏面との間の長さ(厚さ)の薄い扁平形状となっている。
細分化して説明すると、可撓基板31は1つの母板33と複数の突起部34を有する。母板33は突起部34よりも体格が大きくなっている。母板33の平面形状はy方向に延びた矩形を成している。複数の突起部34の平面形状はx方向に延びた矩形を成している。
図4に示すように母板33は複数の電池セル220それぞれの上端面220aに設けられる。複数の電池セル220と上記の拘束具の形状や配置などに応じて変形しやすいように、母板33に図示しない切り欠きが形成されていてもよい。また母板33の一部が蛇腹構造になっていてもよい。さらに言えば、電池ケースによって構成される収容空間での風の流動が妨げられるのを避けるために、z方向に貫通する切欠きや孔が母板33に形成されていてもよい。
突起部34は母板33のy方向に延びる2つの側辺それぞれに一体的に連結されている。母板33の備える2つの側辺の1つから延びた複数の突起部34はy方向で離間して並んでいる。なお、突起部34はx方向からy方向に傾斜した斜め方向に延びてもよい。
配線パターン32は母板33と突起部34それぞれの表面31aに形成されている。そして配線パターン32の大部分が被覆樹脂で覆われている。配線パターン32における被覆樹脂からの露出部位にヒューズ61やインダクタ62などの第2電子素子60が電気的に接続される。
配線パターン32の一端は突起部34に設けられている。この突起部34と配線パターン32の一端とが直列端子223若しくは出力端子224に連結される。これにより配線パターン32が直列端子223若しくは出力端子224と電気的に接続される。
配線パターン32の他端は母板33に設けられている。配線パターン32の他端ははんだとワイヤを介して配線基板11の基板配線14に機械的および電気的に接続される。
なお図3と図4では1つの配線パターン32を1つの単調に延びる1つの線によって表現している。しかしながら1つの配線パターン32の一部が複数に分岐することで、複数の異なる方向に延長する構成を採用することもできる。
<配線パターン>
図3と図4においてハッチングで図示するように、複数の配線パターン32には、複数の細線が交差して電気的に接続されたメッシュ配線40が含まれている。本実施形態では複数の配線パターン32それぞれがメッシュ配線40になっている。ただし、メッシュ配線40の他に、単線やベタパターンが複数の配線パターン32に含まれた構成を採用することもできる。細線が導電線に相当する。
図5に示すようにメッシュ配線40は複数の第1配線41と複数の第2配線42とを備えている。これら複数の第1配線41と複数の第2配線42とは同一の導電材料で形成されている。これら複数の第1配線41と複数の第2配線42それぞれの太さは同等になっている。そのために第1配線41と第2配線42それぞれの延長方向の電導度は同等になっている。
なお、第1配線41と第2配線42の形成材料は異なっていてもよい。第1配線41と第2配線42の太さが異なってもよい。第1配線41が第1導電線に相当する。第2配線42が第2導電線に相当する。
複数の第1配線41それぞれの延長方向は同等になっている。複数の第1配線41はy方向とx方向で離間しながら並んでいる。同様にして、複数の第2配線42それぞれの延長方向は同等になっている。複数の第2配線42はy方向とx方向で離間しながら並んでいる。本実施形態では複数の第1配線41の隣接ピッチと複数の第2配線42の隣接ピッチとが同等になっている。
第1配線41と第2配線42の延長方向は異なっている。第1配線41および第2配線42のうちの一方の1つに対して、第1配線41および第2配線42のうちの他方の複数が交差している。複数の第1配線41と複数の第2配線42とが互いに交差することで、可撓基板31上でメッシュ配線40は多数の格子を形成している。
第1配線41と第2配線42それぞれの延長方向と、メッシュ配線40の延長方向とは異なっている。図5にメッシュ配線40の延長方向を破線で示す。図5に示すメッシュ配線40はy方向とx方向とに分岐している。メッシュ配線40はy方向とx方向それぞれに延長している。メッシュ配線40の延長方向はメッシュ配線40の通電方向と同等である。
メッシュ配線40の通電方向における単位長さ当たりの抵抗値は、通電方向に対する第1配線41と第2配線42それぞれの延長方向に依存する。すなわち、メッシュ配線40の通電方向における単位長さ当たりの抵抗値は、第1配線41と第2配線42それぞれの延長方向とメッシュ配線40の通電方向との間の角度に依存する。
図5に示す構成では、y方向に沿う通電方向と第1配線41との間の角度がθ1になっている。x方向に沿う通電方向と第1配線41との間の角度がθ2になっている。これらθ1とθ2とは異なっている。そのために第1配線41のy方向とx方向に対する単位長さ当たりの抵抗値は異なっている。
また、y方向に沿う通電方向と第2配線42との間の角度がφ1になっている。x方向に沿う通電方向と第2配線42との間の角度がφ2になっている。これらφ1とφ2とは異なっている。そのために第2配線42のy方向とx方向に対する単位長さ当たりの抵抗値は異なっている。
これに対して、図6に示す構成では、θ1とθ2とが等しく、φ1とφ2とが等しくなっている。これら4つの角度それぞれは45°になっている。第1配線41と第2配線42との間の角度はθ1+φ1とθ2+φ2になるが、両者の値は等しくなっている。これら2つの角度それぞれは90°になっている。
この構成においては、第1配線41のy方向とx方向に対する単位長さ当たりの抵抗値が等しくなっている。第2配線42のy方向とx方向に対する単位長さ当たりの抵抗値が等しくなっている。そのためにメッシュ配線40のy方向とx方向に対する単位長さ当たりの抵抗値が等しくなっている。
なお、第1配線41と第2配線42との間の角度は、製造誤差のために、厳密には90°にはならない。第1配線41と第2配線42との間の角度は90°から±5°程度の幅がある。
図5および図6それぞれにおいては、表面31aに形成されたメッシュ配線40の全体形状として、その延長方向に比べて、それに直交する幅方向の長さの短い線形状の形態を示した。しかしながら例えば図7に示すように、1つのメッシュ配線40の全体形状としては、その延長方向と幅方向とが同等の形状を採用することもできる。本実施形態に記載の「線」には、図7に示す正方形や円形などの各種形態も含まれている。
<作用効果>
可撓基板31に形成される配線パターン32には、複数の第1配線41と複数の第2配線42とが交差して電気的に接続されたメッシュ配線40が含まれている。
これによれば、フレキシブル基板30の柔軟性が可撓基板31における配線パターン32の形成領域と非形成領域とで著しく異なることが抑制される。そのためにフレキシブル基板30の柔軟性が低下することが抑制される。
また、メッシュ配線40は単線と比べて表面積(表層)が大きくなる。そのために交流電流の通電時に表皮効果によって配線の表層に電流が集中的に流れたとしても、その交流電流が流動しがたくなることが抑制される。
メッシュ配線40の延長方向(通電方向)と第1配線41および第2配線42それぞれの延長方向とが異なっている。図6に示す構成においては、メッシュ配線40のy方向に沿う通電方向と第1配線41との間の角度θ1とメッシュ配線40のy方向に沿う通電方向と第2配線42との間の角度φ1とが互いに等しくなっている。θ1+φ1が90°になっている。そして、メッシュ配線40のx方向に沿う通電方向と第1配線41との間の角度θ2とメッシュ配線40のx方向に沿う通電方向と第2配線42との間の角度φ2とが互いに等しくなっている。θ2+φ2が90°になっている。
そのため、メッシュ配線40のy方向とx方向に対する単位長さ当たりの抵抗値が等しくなっている。メッシュ配線40の電導度にy方向とx方向とで異方性が生じることが抑制されている。メッシュ配線40の延長方向の変更によって、メッシュ配線40の電導度が変わることが抑制される。
なお、図5に基づいて説明したように、メッシュ配線40としては、θ1+φ1とθ2+φ2とが等しい構成には限定されない。例えば、メッシュ配線40のy方向の配線長がx方向の配線長よりも長い場合、θ1+φ1をθ2+φ2よりも小さくすることで、y方向の単位長さ当たりの電導度をx方向の単位長さ当たりの電導度よりも高めてもよい。これにより、メッシュ配線40のy方向の抵抗値とx方向の抵抗値とに差が生じることが抑制される。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図8に基づいて説明する。
第1実施形態ではメッシュ配線40が複数の第1配線41と複数の第2配線42とを有し、メッシュ配線40におけるy方向に延びる部位とx方向に延びる部位それぞれが第1配線41と第2配線42とによって構成される例を示した。これに対して本実施形態のメッシュ配線40は複数の第1配線41と複数の第2配線42の他に、複数の第3配線43と複数の第4配線44とを有している。第1配線41と第3配線43が第1導電線に相当する。第2配線42と第4配線44が第2導電線に相当する。
図8に示すように、メッシュ配線40におけるy方向に延びる部位が複数の第1配線41と複数の第2配線42とによって構成される。メッシュ配線40におけるx方向に延びる部位が複数の第3配線43と複数の第4配線44とによって構成される。そして、第1配線41と第2配線42に対して、第3配線43と第4配線44それぞれの一部が交差している。これによりメッシュ配線40がy方向とx方向とに延びている。
係る構成を採用することで、メッシュ配線40のy方向に延びる部位の電導度と、x方向に延びる部位の電導度とを独立して決定することができる。
なお本実施形態に記載のフレキシブル基板30には、第1実施形態に記載のフレキシブル基板30と同等の構成要素が含まれている。そのために本実施形態のフレキシブル基板30が第1実施形態に記載のフレキシブル基板30と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。そのためにその記載を省略する。以下に示す他の実施形態でも重複する作用効果の記載を省略する。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を図9と図10に基づいて説明する。
第1実施形態ではメッシュ配線40が複数の第1配線41と複数の第2配線42とを有する例を示した。これに対して本実施形態のメッシュ配線40は複数の第1配線41と複数の第2配線42の他に、メッシュ配線40の延長方向に沿って延びる補助配線45を有している。補助配線45が補助線に相当する。
図9に示すように補助配線45は、y方向に切れ目なく連続的に延びる第1補助配線45aと、x方向に切れ目なく連続的に延びる第2補助配線45bと、を有する。これら第1補助配線45aと第2補助配線45bとによって、メッシュ配線40の延長方向の導電経路が増大する。そのためにメッシュ配線40の電導度が高められる。
なお、例えば図10に示すように、第1補助配線45aと第2補助配線45bそれぞれは連続的に切れ目なく延びていなくともよい。複数の第1補助配線45aそれぞれがy方向とx方向で離間し、複数の第2補助配線45bそれぞれがx方向とy方向で離間していてもよい。
y方向に延びる不連続の第1補助配線45aは、y方向に並ぶすべての第1配線41と第2配線42それぞれと電気的に接続されるのではなく、その一部同士を連結する。同様にして、x方向に延びる不連続の第2補助配線45bは、x方向に並ぶすべての第1配線41と第2配線42それぞれと電気的に接続されるのではなく、その一部同士を連結する。
係る構成によっても、メッシュ配線40のy方向とx方向の電導度が高められる。それとともに、第1補助配線45aと第2補助配線45bとによってフレキシブル基板30の柔軟性が損なわれることが抑制される。
なお、第1補助配線45aはy方向だけではなくx方向に延びてもよい。第2補助配線45bはx方向だけではなくy方向に延びてもよい。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態を図11と図12に基づいて説明する。
第1実施形態ではメッシュ配線40がともに直線形状をなす第1配線41と第2配線42を有する例を示した。これに対して本実施形態のメッシュ配線40は、図11に示すように、曲線形状の湾曲配線46を備えている。湾曲配線46が湾曲線に相当する。
メッシュ配線40の延長方向と湾曲配線46の延長方向とは同等になっている。しかしながら湾曲配線46はその延長方向に対して周期的に波打つ形状を成している。湾曲配線46はy方向に延びるとともに、x方向で振幅が増減する態様で波打っている。
複数の湾曲配線46は一部が交差しあいながらx方向で並んでいる。これにより複数の湾曲配線46は互いに電気的に接続されている。なお、図11に示すメッシュ配線40と比べて、湾曲配線46の形成密度を2倍にした場合のメッシュ配線40を図12に示す。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態を図13に基づいて説明する。
第1実施形態では可撓基板31の表面31aに配線パターン32が形成される例を示した。これに対して本実施形態では、図13で分けて示すように、可撓基板31がz方向に積層配置された第1可撓層35と第2可撓層36とを有する。配線パターン32はこれら第1可撓層35と第2可撓層36それぞれに形成されている。
そして、複数のメッシュ配線40のうちの一部は、第1可撓層35と第2可撓層36それぞれに形成された複数の配線(細線)と、これら異なる可撓層に形成された複数の細線とを電気的に接続する導電ビア37と、を有する。
本実施形態では上記した複数の細線として、第1可撓層35と第2可撓層36それぞれに複数の第1配線41と複数の第2配線42とが形成されている。導電ビア37は第1可撓層35をz方向に貫いている。
電位の異なる、第1可撓層35に形成された配線パターン32と第2可撓層36に形成された配線パターン32とは、z方向に直交する方向で離間している。図13に、第1可撓層35に形成された配線パターン32が第2可撓層36に投影された投影パターン38を破線で示す。この破線で示される投影パターン38と、これとは電位の異なる第2可撓層36に形成されている配線パターン32との最短離間距離はd1になっている。
この最短離間距離d1は、同一の可撓層に形成された、電位の異なる複数の配線パターン32の最短離間距離d2よりも短くなっている。このように最短離間距離に差が生じるのは、2つの配線パターン32の間に絶縁性の可撓基板31の一部が介在されるか介在されないかによって、2つの配線パターン32を絶縁するのに必要となる距離(絶縁距離)が変化するためである。このように異なる可撓層に配線パターン32を形成することで、異なる可撓層の配線パターン32の最短離間距離を短くすることができる。そのためにフレキシブル基板30のz方向に直交する方向の体格の増大が抑制される。
なお、第1可撓層35のz方向の厚みが、第1可撓層35に形成された配線パターン32と第2可撓層36に形成された配線パターン32との絶縁を保証できる程度に厚い場合、これら2つの可撓層に形成された配線パターン32はz方向で対向していてもよい。電位が異なろうと、電位が同一であろうと、第1可撓層35に形成された配線パターン32と第2可撓層36に形成された配線パターン32とは、第1可撓層35を介して、その一部がz方向で対向配置していてもよい。
なお、第1可撓層35に形成された配線パターン32と第2可撓層36に形成された配線パターン32とが、第1可撓層35と第2可撓層36それぞれのz方向の厚みを加算した分だけ、z方向で離間した構成を採用することもできる。
本実施形態では可撓基板31が2つの可撓層を有する例を示した。しかしながら可撓基板31は3つ以上の可撓層を備えてもよい。これら3つ以上の可撓層の少なくとも1つに配線パターン32の形成された構成を採用することができる。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態を図14と図15に基づいて説明する。
各実施形態では電位の異なる複数のメッシュ配線40の通電方向の関係に対して特に言及していなかった。可撓基板31に形成される複数のメッシュ配線40の通電方向はさまざまであり、一律に定まってはいない。しかしながら、複数のメッシュ配線40のレイアウトによっては、通電方向が逆向きになる2つのメッシュ配線40を並走させることもできる。
本実施形態では、通電方向が逆向きであるとともに、第1可撓層35と第2可撓層36それぞれで入れ違いに形成される第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bとが可撓基板31に形成されている。これら第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bとは、x方向で離間して並ぶとともに、y方向に延びている。
図14と図15では第1メッシュ配線40aを実線で示し、第2メッシュ配線40bを一点鎖線で示している。第1メッシュ配線40aの通電方向を実線矢印で示し、第2メッシュ配線40bの通電方向を一点鎖線矢印で示している。
第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bそれぞれは、第1可撓層35に形成された複数の第1断片線47と、第2可撓層36に形成された複数の第2断片線48と、複数の導電ビア37と、を有する。第1断片線47と第2断片線48それぞれは例えば第1実施形態で説明した複数の第1配線41と複数の第2配線42とによって形成されている。図面では表記が煩雑となることを避けるために、2つの断片線それぞれを単線で表記している。
図15に示すように、第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bそれぞれの延長方向はy方向になっている。これら2つのメッシュ配線それぞれの備える第1断片線47と第2断片線48とがy方向で交互に並んでいる。これらy方向で並ぶ第1断片線47と第2断片線48とが導電ビア37を介して電気的に接続されている。
第1メッシュ配線40aの第1断片線47と第2メッシュ配線40bの第1断片線47とがy方向で並んでいる。第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bの一方の備えるy方向で並ぶ2つの第1断片線47の間に、第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bの他方の備える1つの第1断片線47が位置している。
同様にして、第1メッシュ配線40aの第2断片線48と第2メッシュ配線40bの第2断片線48とがy方向で並んでいる。第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bの一方の備えるy方向で並ぶ2つの第2断片線48の間に、第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bの他方の備える1つの第2断片線48が位置している。
第1メッシュ配線40aの第1断片線47と第2メッシュ配線40bの第2断片線48とは、形成される可撓層が異なるため、当然ながらにしてz方向で離間している。しかしながら、これら第1断片線47と第2断片線48それぞれのy方向の位置は同等である。これら第1断片線47と第2断片線48とはx方向で離間して並んでいる。これらx方向で並ぶ第1断片線47と第2断片線48とはx方向で互いに離間する方向に凸となるように湾曲している。
同様にして、第1メッシュ配線40aの第2断片線48と第2メッシュ配線40bの第1断片線47それぞれのy方向の位置は同等である。これら第2断片線48と第1断片線47とはx方向で離間して並ぶとともに、x方向で互いに離間する方向に凸となるように湾曲している。
このように、通電方向が逆向きの第1断片線47と第2断片線48とがz方向で離間するとともにx方向で離間して並んでいる。これら逆向きの電流の流れる、異なる2種類の断片線の間に絶縁性の可撓基板31の一部が介在されている。
また、第1メッシュ配線40aの導電ビア37と第2メッシュ配線40bの導電ビア37とはx方向で並んでいる。これら逆向きの電流の流れる2つの導電ビア37の間に絶縁性の可撓基板31の一部が介在されている。
以上に示したように、通電方向が逆向きの第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bとが可撓基板31で撚りあわされている。これら2つのメッシュ配線によってツイストペアケーブルが構成されている。そのために第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bそれぞれから出力される電磁ノイズが打ち消しあうとともに、これら2つのメッシュ配線は外部ノイズからの影響を受けにくくなっている。
これにまでに説明したように、通電方向が逆向きの第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bとの間に可撓基板31の一部が介在されている。そのために第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bとの離間距離を狭めることができる。
これにより第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bそれぞれから出力される電磁ノイズを効果的に打ち消しあうことができる。それとともに、第1メッシュ配線40aと第2メッシュ配線40bの可撓基板31における形成領域を小さくすることができる。
また、メッシュ配線40の耐ノイズ性能が向上するので、電磁ノイズを除去するために基準電位に電位の固定されたベタパターンなどを可撓基板31に形成する領域を小さくすることができる。これによりフレキシブル基板30の柔軟性が損なわれることが抑制される。なお、上記した電磁ノイズ対策のためのベタパターンの代わりに、例えば図7に示す形状のメッシュ配線40を可撓基板31に形成し、その電位を基準電位に固定してもよい。
(第1の変形例)
各実施形態では特にメッシュ配線40の備える複数の配線(細線)の形成領域や形成密度について言及していなかった。図示しないが、メッシュ配線40の備える複数の細線の形成領域の広さを場所によって差を設けることで、場所によって電導度に差を設けてもよい。メッシュ配線40の備える複数の細線の形成密度を場所によって差を設けることで、場所によって電導度に差を設けてもよい。
(第2の変形例)
各実施形態では主としてメッシュ配線40を説明した。図示しないが、例えば、配線パターン32におけるy方向に延びる部位を主としてメッシュ配線40で構成し、配線パターン32におけるx方向に延びる部位を主として単線で構成してもよい。また、配線パターン32におけるy方向に延びる部位の一部をメッシュ配線40で構成し、残りのy方向に延びる部位を単線で構成してもよい。第2電子素子60の一端にメッシュ配線40が接続され、他端に単線やベタパターンの接続される構成を採用することもできる。
(第3の変形例)
各実施形態では第1配線41と第2配線42それぞれが直線形状である例を示した。しかしながら、第1配線41と第2配線42のうちの少なくとも一方が曲線形状の構成を採用することもできる。このように曲線形状の構成を採用することで、第1配線41と第2配線42のうちの少なくとも一方の延長方向に対して、フレキシブル基板30の柔軟性が損なわれることが抑制される。
(第4の変形例)
各実施形態では可撓基板31にヒューズ61とインダクタ62が設けられる例を示した。これに対して、ヒューズ61とインダクタ62の他に、例えばツェナーダイオード15、並列コンデンサ16、および、抵抗17が可撓基板31に設けられる構成を採用することもできる。
(第5の変形例)
各実施形態では、例えば図4に示すように可撓基板31に監視部10が搭載される例を示した。しかしながら例えば図16に示すように、監視部10が可撓基板31に搭載されない構成を採用することもできる。この変形例では可撓基板31に入出力コネクタ39が設けられている。入出力コネクタ39と監視部10とがワイヤハーネス70を介して電気的に接続されている。なお図16では第2電子素子60の記載を省略している。
(その他の変形例)
各実施形態ではフレキシブル基板30を備える電池パック400がハイブリッド自動車に適用された例を示した。しかしながら電池パック400は例えばプラグインハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に適用することもできる。
各実施形態ではフレキシブル基板30が電池パック400に適用された例を示した。しかしながらフレキシブル基板30の適用としては上記例に限定されない。可撓性を備えるフレキシブル基板30を採用する用途のある各種民生の電気製品に適用することができる。
例えば、配置スペースが制限されているために、その配置スペースに応じて形状を変化させることの求められる電気製品にフレキシブル基板30を適用することができる。信号線の増大によって体格の増大が懸念される電気製品にフレキシブル基板30を適用することができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
10…監視部、30…フレキシブル基板、31…可撓基板、32…配線パターン、35…第1可撓層、36…第2可撓層、37…導電ビア、40…メッシュ配線、40a…第1メッシュ配線、40b…第2メッシュ配線、41…第1配線、42…第2配線、43…第3配線、44…第4配線、45…補助配線、45a…第1補助配線、45b…第2補助配線、46…湾曲配線、47…第1断片線、48…第2断片線、100…監視装置、200…電池モジュール、300…電池ECU、400…電池パック

Claims (7)

  1. 絶縁性の可撓基板(31)と、
    前記可撓基板に形成された、電位の異なる複数の配線パターン(32)と、を有し、
    複数の前記配線パターンの少なくとも一部は、交差しつつ電気的に接続された複数の導電線(41~44,46)を備えるメッシュ配線(40,40a,40b)であり、
    前記可撓基板は、積層方向で積層配置された複数の可撓層(35,36)を備え、
    前記メッシュ配線は、複数の前記導電線の他に、複数の前記可撓層のうちの異なる第1可撓層と第2可撓層とを電気的に接続する導電ビア(37)を備え、
    前記第1可撓層と前記第2可撓層それぞれに形成された複数の前記導電線が前記導電ビアを介して電気的に接続されているフレキシブル基板。
  2. 前記メッシュ配線の備える複数の前記導電線には、それぞれの延長方向が異なるとともに互いに交差する第1導電線(41,43)と第2導電線(42,44)とが含まれている請求項1に記載のフレキシブル基板。
  3. 前記第1導電線と前記第2導電線との間の角度が90°になっている請求項2に記載のフレキシブル基板。
  4. 前記第1導電線と前記第2導電線の少なくとも一方は曲線である請求項2または請求項3に記載のフレキシブル基板。
  5. 前記メッシュ配線の備える複数の前記導電線には、前記第1導電線と前記第2導電線の他に、前記メッシュ配線の延長方向に延びるとともに、複数の前記第1導電線と前記第2導電線のうちの少なくとも2つと電気的に接続される補助線(45,45a,45b)含まれている請求項2~4いずれか1項に記載のフレキシブル基板。
  6. 前記メッシュ配線の備える複数の前記導電線には、前記メッシュ配線の延長方向に波打ちながら延びる湾曲線(46)が含まれている請求項1に記載のフレキシブル基板。
  7. 前記メッシュ配線には、通電方向が逆向きになるとともに、前記積層方向に直交する縦方向で並走する第1メッシュ配線(40a)と第2メッシュ配線(40b)が含まれており、
    前記第1メッシュ配線の前記第1可撓層および前記第2可撓層の一方に形成された複数の前記導電線と、前記第2メッシュ配線の前記第1可撓層および前記第2可撓層の他方に形成された複数の前記導電線とが前記積層方向で離間するとともに、前記積層方向と前記縦方向に直交する横方向で並び、
    前記第1メッシュ配線の前記導電ビアと前記第2メッシュ配線の前記導電ビアとが前記横方向で並んでいる請求項1~6いずれか1項に記載のフレキシブル基板。
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