特開 2024-132104 フレキシブルプリント配線板及びバッテリーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132104

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】フレキシブルプリント配線板及びバッテリーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20240920BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/569 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/519 20210101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 F

H01M50/284

H01M50/204 401D

H01M50/569

H01M50/519

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042764

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000230249

【氏名又は名称】メクテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小室 雄輝

(72)【発明者】

【氏名】橋本 侑亮

(72)【発明者】

【氏名】小野 翼

【テーマコード（参考）】

5E338

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5E338AA01

5E338AA12

5E338AA16

5E338BB05

5E338BB75

5E338CC04

5E338CC08

5E338CD08

5E338CD13

5E338EE02

5H040AA27

5H040AS07

5H040AT06

5H040DD08

5H040DD10

5H040DD15

5H043AA08

5H043AA13

5H043CA05

5H043FA26

5H043FA32

(57)【要約】

【課題】温度の急激な上昇を抑制することのできるフレキシブルプリント配線板及びバッテリーモジュールを提供する。
【解決手段】複数のセル１０を有するバッテリーと、前記バッテリーに取り付けられて、複数のセル１０の電圧と温度を測定するために利用されるＦＰＣ１００と、を備えるバッテリーモジュールであって、ＦＰＣ１００は、ＦＰＣ本体１１０と、ＦＰＣ本体１１０の表裏面のうち少なくとも一方の面の所定範囲に取り付けられる熱容量増加用補材１２０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレキシブルプリント配線板本体と、
前記フレキシブルプリント配線板本体の表裏面のうち少なくとも一方の面の所定範囲に取り付けられる熱容量増加用補材と、
を備えることを特徴とするフレキシブルプリント配線板。

【請求項2】

前記熱容量増加用補材は、前記フレキシブルプリント配線板本体のうち撓み変形を必要としない範囲内に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板。

【請求項3】

前記フレキシブルプリント配線板本体は、幹部と、前記幹部から枝分かれする複数の枝部と、有しており、
前記熱容量増加用補材は、前記幹部の範囲内に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板。

【請求項4】

前記フレキシブルプリント配線板本体には複数の配線が設けられ、かつ、これら複数の配線においては、通電方向に垂直な断面の面積が配置領域に応じて異なっており、
前記熱容量増加用補材は、前記面積が一定以下となる前記配置領域を含むように取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板。

【請求項5】

複数のセルを有するバッテリーに取り付けられて、前記複数のセルの電圧と温度を測定するために利用されることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のフレキシブルプリント配線板。

【請求項6】

複数のセルを有するバッテリーと、
前記バッテリーに取り付けられて、前記複数のセルの電圧と温度を測定するために利用されるフレキシブルプリント配線板と、
を備えるバッテリーモジュールであって、
前記フレキシブルプリント配線板は、
フレキシブルプリント配線板本体と、
前記フレキシブルプリント配線板本体の表裏面のうち少なくとも一方の面の所定範囲に取り付けられる熱容量増加用補材と、
を備えることを特徴とするバッテリーモジュール。

【請求項7】

前記熱容量増加用補材は、前記フレキシブルプリント配線板本体のうち撓み変形を必要としない範囲内に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。

【請求項8】

前記フレキシブルプリント配線板本体は、幹部と、前記幹部から枝分かれする複数の枝部と、有しており、
前記熱容量増加用補材は、前記幹部の範囲内に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。

【請求項9】

前記フレキシブルプリント配線板本体には複数の配線が設けられ、かつ、これら複数の配線においては、前記表裏面に垂直な断面の面積が配置領域に応じて異なっており、
前記熱容量増加用補材は、前記面積が一定以下となる前記配置領域を含むように取り付けられることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フレキシブルプリント配線板及びバッテリーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車などに搭載される車載用バッテリーにおいては、バッテリーを構成する複数のセルの電圧及び温度を測定するための装置が設けられている。このような装置には、フレキシブルプリント配線板（以下、「ＦＰＣ」と称する）が利用されている。車載用バッテリーにおいて異常が発生した場合には、ＦＰＣの配線（一般的には、銅箔により構成される）に大電流が流れる可能性がある。この場合、配線が発熱して急激に温度が上昇してしまう。

【0003】

配線の急激な温度上昇を抑制するためには、配線の幅や厚みを大きくすることで、断面積を増やして発熱量を下げるのが一般的である。しかし、車載用バッテリーの大型化によるバッテリーセル数の増加に伴い、ＦＰＣにおける配線数も増加しているため、限られたスペース内で、配線の幅を広くするには限度がある。また、配線の厚みを厚くすると可撓性が低下してしまい、ＦＰＣ本来の機能が低下してしまう。

【0004】

以上のような問題は、車載用バッテリーに利用されるＦＰＣに限らず、各種装置に用いられるＦＰＣにおいても生じ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－１２５２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、急激な温度上昇を抑制することのできるフレキシブルプリント配線板及びバッテリーモジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

【0008】

すなわち、本発明のフレキシブルプリント配線板は、
フレキシブルプリント配線板本体と、
前記フレキシブルプリント配線板本体の表裏面のうち少なくとも一方の面の所定範囲に取り付けられる熱容量増加用補材と、
を備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明のバッテリーモジュールは、
複数のセルを有するバッテリーと、
前記バッテリーに取り付けられて、前記複数のセルの電圧と温度を測定するために利用されるフレキシブルプリント配線板と、
を備えるバッテリーモジュールであって、
前記フレキシブルプリント配線板は、
フレキシブルプリント配線板本体と、
前記フレキシブルプリント配線板本体の表裏面のうち少なくとも一方の面の所定範囲に取り付けられる熱容量増加用補材と、
を備えることを特徴とする。

【0010】

これらの発明によれば、フレキシブルプリント配線板本体に熱容量増加用補材が取り付けられることで、フレキシブルプリント配線板の温度上昇を緩やかにすることができる。

【0011】

前記熱容量増加用補材は、前記フレキシブルプリント配線板本体のうち撓み変形を必要としない範囲内に取り付けられるとよい。

【0012】

これにより、可撓性を要する部分においては、フレキシブルプリント配線板本体の可撓性が妨げられることはない。

【0013】

前記フレキシブルプリント配線板本体は、幹部と、前記幹部から枝分かれする複数の枝部と、有しており、
前記熱容量増加用補材は、前記幹部の範囲内に取り付けられるとよい。

【0014】

前記フレキシブルプリント配線板本体には複数の配線が設けられ、かつ、これら複数の配線においては、通電方向に垂直な断面の面積が配置領域に応じて異なっており、
前記熱容量増加用補材は、前記面積が一定以下となる前記配置領域を含むように取り付けられるとよい。

【0015】

配線においては、上記の面積が狭いほど温度上昇が高くなる。そこで、本発明の構成を採用することで、温度上昇し易い領域に熱容量増加用補材が取り付けられるため、効果的にフレキシブルプリント配線板の温度上昇を抑制することができる。

【0016】

フレキシブルプリント配線板は、複数のセルを有するバッテリーに取り付けられて、前記複数のセルの電圧と温度を測定するために利用されるとよい。

【0017】

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように、本発明によれば、急激な温度上昇を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は本発明の実施例１に係るバッテリーモジュールの概略図である。

【図2】図２は本発明の実施例１に係るフレキシブルプリント配線板の概略図である。

【図3】図３は本発明の実施例１に係るフレキシブルプリント配線板の模式的断面図である。

【図4】図４は本発明の実施例１に係るフレキシブルプリント配線板の温度上昇の解析結果を示す図である。

【図5】図５は本発明の実施例２に係るフレキシブルプリント配線板の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の実施例においては、車載用のバッテリーモジュールに適用されるフレキシブルプリント配線板（以下、「ＦＰＣ」と称する）を例にして説明する。しかしながら、本発明に係るＦＰＣ及びバッテリーモジュールは、各種装置に適
用され得る。

【0021】

（実施例１）
図１～図４を参照して、本発明の実施例１に係るフレキシブルプリント配線板ＦＰＣ及びバッテリーモジュールについて説明する。図１は本発明の実施例１に係るバッテリーモジュールの概略図であり、（ａ）はバッテリーモジュールの側面図であり、（ｂ）はバッテリーモジュールの平面図である。図２は本発明の実施例１に係るＦＰＣの概略図であり、（ａ）はＦＰＣの平面図であり、（ｂ）はその一部の変形例を示す図である。なお、図２（ａ）においては、図１中の下側のＦＰＣの一部とバスバについてのみ示しており、内部の配線を透視して点線にて示している。図３は本発明の実施例１に係るＦＰＣの模式的断面図であり、図２（ａ）中のＡＡ断面図である。図４は本発明の実施例１に係るＦＰＣの温度上昇の解析結果を示す図である。

【0022】

＜バッテリーモジュール＞
特に、図１を参照して、本実施例に係るバッテリーモジュールについて説明する。バッテリーモジュールは、複数のセル１０を有するバッテリーと、バッテリーに取り付けられて、複数のセル１０の電圧と温度を測定するために利用されるＦＰＣ１００と、ＦＰＣ１００に接続されるコネクタ１５０とを備えている。複数のセル１０は、正極と負極が隣り合うように配列されている。また、これら複数のセル１０は、隣り合う正極と負極が、それぞれバスバ２０によって電気的に接続されることで直列に接続されるように構成される。なお、図示の例では、説明の便宜上、５個のセル１０からなるバッテリを示している。しかしながら、電気自動車などに搭載されるバッテリの場合、より多くのセルにより構成されるのが一般的である。

【0023】

ＦＰＣ１００の先端に取り付けられたコネクタ１５０は、バッテリを構成するセル１０の電圧及び温度を測定し、かつ各種制御を行う測定装置（不図示）に接続される。

【0024】

＜ＦＰＣ＞
本実施例に係るＦＰＣ１００は、フレキシブルプリント配線板本体（以下、「ＦＰＣ本体１１０」と称する）と、ＦＰＣ本体１１０の表裏面のうち少なくとも一方の面の所定範囲に取り付けられる熱容量増加用補材１２０とを備えている。なお、本実施例では、ＦＰＣ本体１１０の表側の面に熱容量増加用補材１２０が設けられる構成を示すが、熱容量増加用補材１２０はＦＰＣ本体１１０の裏側の面に設けてもよいし、両面に設けてもよい。

【0025】

ＦＰＣ本体１１０は、幹部１１０Ａと、幹部１１０Ａから枝分かれする複数の枝部１１０Ｂと有している。ＦＰＣ本体１１０の幹部１１０Ａの先端に、上記の通り、コネクタ１５０が取り付けられる。そして、幹部１１０Ａにおけるコネクタ１５０が取り付けられた側とは反対側の一部が、複数のセル１０の上面に配される。また、複数の枝部１１０Ｂの先端は、それぞれバスバ２０の上面に配されて電気的に接続される。なお、枝部１１０Ｂの先端において露出した配線が、直接、バスバ２０に接続されてもよいし、図２（ｂ）に示すように、金属片２５を介して電気的に接続されてもよい。後者の場合、配線と金属片２５は例えば半田により接続され、金属片２５とバスバ２０は例えば溶接により接続される。

【0026】

図３に示すように、ＦＰＣ１００は、ベースフィルム１１０ａと、ベースフィルム１１０ａ上に設けられる複数の配線１１０ｂと、複数の配線１１０ｂを保護するカバーフィルム１１０ｃとを備えている。なお、ＦＰＣ１００は、ベースフィルム１１０ａと配線１１０ｂ、配線１１０ｂとカバーフィルム１１０ｃ、及び、ベースフィルム１１０ａとカバーフィルム１１０ｃとを接着する接着剤層１１０ｄも備えている。一般的に、配線１１０ｂは、予めベースフィルム１１０ａに設けられた金属箔（通常、銅箔）をエッチングするこ
とにより得られる。なお、図３に示す例では、いわゆる片面ＦＰＣの構造を示しているが、本発明のＦＰＣは両面ＦＰＣの他、多層構造のＦＰＣにも適用可能である。

【0027】

熱容量増加用補材１２０は、ＦＰＣ本体１１０のうち撓み変形を必要としない範囲内に取り付けられる。本実施例では、熱容量増加用補材１２０は、幹部１１０Ａの範囲内に取り付けられる。より具体的には、幹部１１０Ａにおいて、複数のセル１０の上面に取り付けられる範囲に、熱容量増加用補材１２０が設けられる。

【0028】

幹部１１０Ａのうち、複数のセル１０の上面に取り付けられない範囲（図１において、セル１０とコネクタ１５０との間の範囲）においては、コネクタ１５０を不図示の測定装置に取り付けるために可撓性が必要である。また、複数の枝部１１０Ｂも、それぞれバスバ２０に取り付けるために可撓性が必要である。これに対して、幹部１１０Ａのうち、複数のセル１０の上面に取り付けられる範囲については、可撓性は必要ではない。そこで、本実施例においては、この範囲の略全体に熱容量増加用補材１２０を取り付ける構成が採用されている。

【0029】

熱容量増加用補材１２０の材料は、特に限定されるものではなく、樹脂製のフィルム、金属製のフィルムの他、樹脂板や金属板、またそれらの積層材なども採用することができ、熱容量が大きな材料が望ましい。また、本実施例においては、熱容量増加用補材１２０は、ＦＰＣ本体１１０に対して、接着剤層１２１により接着することで取り付けられているが、熱容量増加用補材１２０の取り付け方は限定されるものではなく、両面テープなどにより取り付けることもできる。

【0030】

＜本実施例に係るＦＰＣ及びバッテリーモジュールの優れた点＞
本実施例に係るＦＰＣ１００及びバッテリーモジュールによれば、ＦＰＣ本体１１０に熱容量増加用補材１２０が取り付けられることで、ＦＰＣ１００の温度上昇を緩やかにすることができる。図４を参照して、温度上昇についての解析結果の一例を説明する。

【0031】

図４（ａ）は解析に用いた片面ＦＰＣの模式的断面図である。この片面ＦＰＣの各構成の材料と厚みについて説明する。図中、下層から上層の順に説明する。ベースフィルム１１０ａは厚み２５μｍのポリイミドフィルムである。第１の接着剤層１１０ｄ１は、エポキシ系接着剤層である。配線１１０ｂは、厚み３５μｍの銅箔である。第２の接着剤層１１０ｄ２は、エポキシ系接着剤層である。カバーフィルム１１０ｃは厚み２５μｍのポリイミドフィルムである。第３の接着剤層１２１ａは、エポキシ系接着剤層である。第１の熱容量増加用補材１２０ａは、厚み７５μｍのポリイミドフィルムである。第４の接着剤層１２１ｂは、エポキシ系接着剤層である。第２の熱容量増加用補材１２０ｂは、厚み７５μｍのポリイミドフィルムである。なお、上記の各接着剤層の厚みについては、各フィルムとの関係等に応じて適宜設定することができる。

【0032】

図４（ｂ）は解析に用いた両面ＦＰＣの模式的断面図である。なお、この両面ＦＰＣにおいては、図４（ａ）に示す片面ＦＰＣと同一の構成については同一の符号を示している。図示の通り、ベースフィルム１１０ａの両面に、第１の接着剤層１１０ｄ１と、配線１１０ｂと、第２の接着剤層１１０ｄ２と、カバーフィルム１１０ｃとが設けられている。各構成の材料と厚みは、図４（ａ）に示す片面ＦＰＣと同一であるので、その説明は省略する。

【0033】

また、図４（ａ）に示す片面ＦＰＣにおいて、熱容量増加用補材を設けない構成（第３の接着剤層１２１ａと、第１の熱容量増加用補材１２０ａと、第４の接着剤層１２１ｂと第２の熱容量増加用補材１２０ｂとを設けない構成）についても解析した。更に、図４（ｂ）に示す両面ＦＰＣにおいて、熱容量増加用補材を設けない構成（第３の接着剤層１２
１ａと、第１の熱容量増加用補材１２０ａと、第４の接着剤層１２１ｂと第２の熱容量増加用補材１２０ｂとを設けない構成）についても解析した。

【0034】

図４（ｃ）は解析結果を示すグラフであり、横軸は通電時間であり、縦軸は温度である。グラフＬ１は熱容量増加用補材が設けられていない片面ＦＰＣの場合を示し、グラフＬ２は図４（ａ）に示す片面ＦＰＣの場合を示し、グラフＬ３は熱容量増加用補材が設けられていない両面ＦＰＣの場合を示し、グラフＬ４は図４（ｂ）に示す両面ＦＰＣの場合をそれぞれ示している。

【0035】

これらの解析結果から分かるように、熱容量増加用補材１２０を設ける構成が採用されることで、ＦＰＣ１００の温度上昇を緩やかにすることができる。

【0036】

また、本実施例においては、熱容量増加用補材１２０は、ＦＰＣ本体１１０のうち撓み変形を必要としない範囲内に取り付けられている。従って、可撓性を要する部分においては、ＦＰＣ本体１１０の可撓性が妨げられることはない。また、本実施例においては、配線１１０ｂの幅を広くしたり、厚みを厚くしたりすることなく、ＦＰＣ１００の温度上昇を緩やかにすることができる。従って、省スペースの環境下でも好適に利用でき、かつ、ＦＰＣ本来の機能である可撓性を妨げることもない。

【0037】

（実施例２）
図５には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、熱容量増加用補材が取り付けられる範囲が実施例１とは異なる場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。図５は本発明の実施例２に係るＦＰＣの概略図（ＦＰＣの平面図）であり、ＦＰＣの一部とバスバについてのみ示しており、内部の配線を透視して点線にて示している。

【0038】

上記実施例１においては、ＦＰＣ本体１１０のうち撓み変形を必要としない範囲（幹部１１０Ａのうち、複数のセル１０の上面に取り付けられる範囲）の略全体に熱容量増加用補材１２０が取り付けられる構成を示した。しかしながら、ＦＰＣの温度上昇を緩やかにすることができれば、熱容量増加用補材が取り付けられる範囲は、実施例１に示す構成には限定されない。すなわち、ＦＰＣ本体のうち、温度が上昇し易い領域に熱容量増加用補材を設ければ、ＦＰＣの温度上昇を緩やかにすることができる。そこで、本実施例においては、必要最小限の領域に熱容量増加用補材を設ける場合の構成を示す。

【0039】

本実施例に係るＦＰＣ１００Ｘにおいても、ＦＰＣ本体１１０と、熱容量増加用補材１２０Ｘとを備えている。ＦＰＣ本体１１０の構成については、実施例１と同一である。ＦＰＣ本体１１０には、複数の配線１１０ｂが設けられている。これら複数の配線１１０ｂにおいては、通電方向に垂直な断面の面積が配置領域に応じて異なっている。これは、ＦＰＣ本体１１０に設けられる配線の回路構成に起因する。配線１１０ｂの厚みについては、製法上、その位置に関係なく一定であるのに対して、配線１１０ｂの幅は、回路構成に応じて狭くしなければならない箇所と広くできる箇所がある。これにより、配線１１０ｂにおける通電方向に垂直な断面の面積が配置領域に応じて異なる。

【0040】

より具体的には、ＦＰＣ本体１１０には、複数のバスバ２０にそれぞれ接続するための配線１１０ｂと、不図示の温度測定用の配線が設けられる。これら複数の配線の一方の端部は、幹部１１０Ａのうちコネクタ１５０が取り付けられる端部に配される。これに対して、各配線の反対の端部は、各枝部や不図示の温度測定用センサーに接続するように配される。従って、幹部１１０Ａのうちコネクタ１５０が取り付けられる側においては、全ての配線が配されるのに対して、幹部１１０Ａにおいてコネクタ１５０が取り付けられる側
から離れるほど、配置される配線の数は減少する。そのため、幹部１１０Ａのうちコネクタ１５０が取り付けられる側においては、配線の幅を狭くせざるを得ないのに対して、幹部１１０Ａにおいてコネクタ１５０が取り付けられる側から離れるほど配線の幅を広くすることが可能となる。

【0041】

そこで、本実施例においては、図５に示すように、熱容量増加用補材１２０Ｘは、ＦＰＣ本体１１０のうち、ＦＰＣ本体１１０の可撓性を必要としない範囲であって、配線１１０ｂの幅を広くできる領域を避けつつ、配線の幅がＷとなる配置領域を含むように取り付ける構成が採用されている。なお、複数の配線１１０ｂにおいて、最小となる幅が上記の幅Ｗに相当する。このように、本実施例においては、熱容量増加用補材１２０Ｘは、配線１１０ｂにおいて、通電方向に垂直な断面の面積が一定以下となる配置領域を含むように、必要最小限の範囲で取り付けられている。

【0042】

配線１１０ｂにおいては、通電方向に垂直な断面の面積が狭いほど電気抵抗が大きくなり、発熱量が高くなることは言うまでもない。本実施例においては、発熱量が高くなる領域にのみ熱容量増加用補材１２０Ｘが設けられることで、熱容量増加用補材１２０の使用量を実施例１に比べて少なくしつつ、ＦＰＣ１００Ｘの温度上昇を緩やかにすることができる。

【符号の説明】

【0043】

１０：セル
２０：バスバ
２５：金属片
１００，１００Ｘ：ＦＰＣ
１１０：ＦＰＣ本体
１１０Ａ：幹部
１１０Ｂ：枝部
１１０ａ：ベースフィルム
１１０ｂ：配線
１１０ｃ：カバーフィルム
１１０ｄ：接着剤層
１１０ｄ１：第１の接着剤層
１１０ｄ２：第２の接着剤層
１２０，１２０Ｘ：熱容量増加用補材
１２０ａ：第１の熱容量増加用補材
１２０ｂ：第２の熱容量増加用補材
１２１：接着剤層
１２１ａ：第３の接着剤層
１２１ｂ：第４の接着剤層
１５０：コネクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】