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公開番号2024175574
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-18
出願番号2023093459
出願日2023-06-06
発明の名称センサユニット
出願人住友理工株式会社
代理人個人,個人
主分類G01L 5/00 20060101AFI20241211BHJP(測定;試験)
要約【課題】簡単な構成で、衝撃の入力を検出することができるようにする。
【解決手段】センサユニット4は、左右方向へ延びるシート状で、下面に左右方向へ延びる1つの第1電極部12を有する第1電極シート10と、左右方向へ延びるシート状で、上面に左右方向へ延びる1つの第2電極部22を有する第2電極シート20と、第1電極シート10と第2電極シート20との間に介在され、左右方向に沿って形成されて第1電極部12と第2電極部22とを対向させる1つの開口部31を有する絶縁層30とを積層してなる。センサユニット4では、第1電極部12と第2電極部22とが開口部31を介して接触して導通することで衝撃入力が検出可能な検出領域Eが形成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
水平である所定の第１方向に配列される複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールの下面側に配置されるアンダー部材とを含むバッテリパックにおいて、前記バッテリモジュールの下面と前記アンダー部材の上面との間に配置されて前記バッテリモジュールへの衝撃入力を検出するセンサユニットであって、
前記第１方向へ延びるシート状で、下面に前記第１方向に沿って形成される１つの第１電極部を有する第１電極シートと、
前記第１方向へ延びるシート状で、上面に前記第１方向に沿って形成される１つの第２電極部を有する第２電極シートと、
前記第１電極シートと前記第２電極シートとの間に介在され、前記第１方向に沿って形成されて前記第１電極部と前記第２電極部とを対向させる１つの開口部を有する絶縁層と、を積層してなり、
前記第１電極部と前記第２電極部とが前記開口部を介して接触して導通することで衝撃入力が検出可能な検出領域が形成されていることを特徴とするセンサユニット。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記検出領域は、少なくとも所定の第１検出領域と所定の第２検出領域とを含んでなり、前記第１検出領域は、前記第２検出領域よりも検出感度が小さく或いは検出感度が０に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記第１検出領域は、前記第１方向と直交する水平である第２方向での前記開口部の幅が、前記第２方向での前記第２検出領域の前記開口部の幅よりも小さく形成されることで検出感度が前記第２検出領域よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記開口部と相似或いは同じ平面視形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記第１方向と交差する方向で前記開口部を部分的に塞ぐ橋掛部を有して、前記橋掛部により検出感度が０に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサユニット。
【請求項６】
前記第２電極シートの下面に、前記絶縁層よりも小さい弾性率を有する弾性シートが配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサユニット。
【請求項７】
前記弾性シートは、前記第１検出領域の下方に位置する部分の厚みが、前記第２検出領域の下方に位置する部分の厚みよりも小さくなっていることを特徴とする請求項６に記載のセンサユニット。
【請求項８】
前記バッテリモジュールとの間に、前記バッテリモジュールの取付部材が設けられていると共に、前記取付部材の下面に、下方へ突出する凸部及び／又は上方へ凹む凹部が形成されており、
前記第１検出領域は、前記凸部の側面及び／又は前記凹部の側面を含む領域の下方に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、自動車等の移動体に用いられるバッテリパックの変形を検出するためのセンサユニットに関する。
続きを表示（約 4,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば自動車では、ハイブリッド式や全電気式といった電動化が進み、各装置の駆動電源として、リチウムイオン電池等を用いたバッテリパックが搭載されている。このバッテリパックは、複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールを有し、自動車のフレームの上側或いはフレームの下側に設置される。
バッテリパックがフレームの下側に設置される場合、路面との接触や飛び石等による衝撃から保護するために、バッテリパックの下面はアンダー部材で覆われる。
しかし、リチウムイオン電池は外部からの衝撃に弱く、変形等により爆発や火災の危険があり、路面からの衝撃によりアンダー部材が変形するとバッテリパックに衝撃入力が加わる。よって、バッテリパックへの衝撃入力をアンダー部材の変形を検出することで監視するセンサが用いられている。このセンサとして、例えば特許文献１には、バッテリパックの下面とアンダー部材との間に、冷却剤が通過する複数の冷却導管を配置し、路面からの衝撃により冷却導管が変形した際の冷却剤の流速又は圧力等を監視することでバッテリパックの損傷を検出するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５８５８１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムは、バッテリパックとアンダー部材との間に、冷却剤が通過する冷却導管を介在させるため、熱交換器やコンプレッサ等の供給システムが新たに必要となる。よって、厚みや重量が大きくなってコストアップに繋がる。
そこで、シート状のセンサをバッテリパックとアンダー部材との間に介在させれば、コンパクト化及び軽量化が達成できる。このセンサとして、例えば、絶縁層を挟んで一対の電極層を設けてなる静電容量型センサが挙げられる。この静電容量型センサをバッテリパックとアンダー部材との間に複数並べて配置すれば、アンダー部材に外力が作用した際の静電容量の変化から衝撃入力を検出することができる。
しかし、バッテリパックが複数配列される場合、複数の静電容量型センサを配置する必要があり、切替回路などを含め、回路構成が複雑になってしまう。
【０００５】
そこで、本開示は、簡単な構成で、複数箇所の衝撃の入力を検出することができるセンサユニットを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本開示は、水平である所定の第１方向に配列される複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、バッテリモジュールの下面側に配置されるアンダー部材とを含むバッテリパックにおいて、バッテリモジュールの下面とアンダー部材の上面との間に配置されてバッテリモジュールへの衝撃入力を検出するセンサユニットであって、
第１方向へ延びるシート状で、下面に第１方向に沿って形成される１つの第１電極部を有する第１電極シートと、
第１方向へ延びるシート状で、上面に第１方向に沿って形成される１つの第２電極部を有する第２電極シートと、
第１電極シートと第２電極シートとの間に介在され、第１方向に沿って形成されて第１電極部と第２電極部とを対向させる１つの開口部を有する絶縁層と、を積層してなり、
第１電極部と第２電極部とが開口部を介して接触して導通することで衝撃入力が検出可能な検出領域が形成されていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、検出領域は、少なくとも所定の第１検出領域と所定の第２検出領域とを含んでなり、第１検出領域は、第２検出領域よりも検出感度が小さく或いは検出感度が０に設定されていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、第１検出領域は、第１方向と直交する水平である第２方向での開口部の幅が、第２方向での第２検出領域の開口部の幅よりも小さく形成されることで検出感度が第２検出領域よりも小さく設定されていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、第１電極部及び第２電極部は、開口部と相似或いは同じ平面視形状であることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、絶縁層は、第１方向と交差する方向で開口部を部分的に塞ぐ橋掛部を有して、橋掛部により検出感度が０に設定されていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、第２電極シートの下面に、絶縁層よりも小さい弾性率を有する弾性シートが配置されていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、弾性シートは、第１検出領域の下方に位置する部分の厚みが、第２検出領域の下方に位置する部分の厚みよりも小さくなっていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、バッテリモジュールとの間に、バッテリモジュールの取付部材が設けられていると共に、取付部材の下面に、下方へ突出する凸部及び／又は上方へ凹む凹部が形成されており、
第１検出領域は、凸部の側面及び／又は凹部の側面を含む領域の下方に配置されていることを特徴とする。
なお、本開示において、「水平」は、厳密な水平を含むが、下方からの衝撃入力を検出できれば足りる趣旨から、厳密な水平からの多少の誤差（傾斜）は許容する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、簡単な構成で、複数箇所の衝撃の入力を検出することができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、検出領域が、検出感度が異なる少なくとも第１、第２検出領域を含むことで、衝撃の入力位置に合わせて第１、第２検出領域を配置すれば、衝撃の入力位置による検出感度の調整を容易に行うことができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、第１検出領域は、第２方向での開口部の幅が第２検出領域の開口部の幅よりも小さく形成されることで検出感度が第２検出領域よりも小さく設定されているので、開口部の幅を設定する簡単な構造で検出感度の調整が行える。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、第１電極部及び第２電極部は、開口部と相似或いは同じ平面視形状であるので、各検出領域での検出精度を均一化することができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、絶縁層は、第１方向と交差する方向で開口部を部分的に塞ぐ橋掛部を有して、橋掛部により検出感度が０に設定されているので、衝撃入力を検出する必要のない位置での誤検出を防止することができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、第２電極シートの下面に、絶縁層よりも小さい弾性率を有する弾性シートが配置されているので、アンダー部材からの衝撃入力が緩衝されて過度の衝撃がセンサユニットに加わることを防止できる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、弾性シートは、第１検出領域の下方に位置する部分の厚みが、第２検出領域の下方に位置する部分の厚みよりも小さくなっているので、検出感度に合わせた緩衝作用の調整が可能となる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、第１検出領域は、取付部材に設けた凸部の側面及び／又は凹部の側面を含む領域の下方に配置されているので、剛性の高い凸部及び／又は凹部の側面に対応して検出感度の小さい第１検出領域を配置することができ、凹凸のある取付部材が用いられても検出精度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
バッテリパックの正面図である。
センサユニットの平面図である。
センサユニットの分解斜視図である。
（Ａ）は図２のＡ－Ａ線断面の後半分を拡大して示す説明図、（Ｂ）は図２のＢ－Ｂ線断面の後半分を拡大して示す説明図である。
（Ａ）は、凸部がある取付部材の側面図、（Ｂ）は、凸部に対応した検出領域を有するセンサユニットの平面図である。
第１、第２電極部を開口部と同じ平面形状としたセンサユニットの平面図である。
橋掛部を設けたセンサユニットの平面図である。
弾性シートの厚みを変えた変更例を示す側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、バッテリパックの一例を示す正面図である。なお、説明の便宜上、図１の上側を上、左側を左として上下方向及び左右方向を規定する。センサユニットにおいては、長手方向を左右方向、短手方向を前後方向とする。
バッテリパック１は、自動車のフレームの下面に設置されている。バッテリパック１は、バッテリモジュール２と、バッテリモジュール２を収容するケース３と、センサユニット４とを備えている。
バッテリモジュール２は、左右方向に配列される複数のバッテリセル２ａ，２ａ・・を有している。
ケース３は、バッテリモジュール２を上方から保持して下面が開口するアッパー部材５と、アッパー部材５に下方から組み付けられて開口を閉塞するアンダー部材６とを備えている。アッパー部材５及びアンダー部材６は、何れも導電性材料で形成されて接地がなされている。バッテリモジュール２の下側には、バッテリモジュール２をアッパー部材５に取り付けるための取付部材７が設けられている。センサユニット４は、ケース３内で取付部材７の下側に取り付けられている。
【００１０】
センサユニット４は、図２及び図３に示すように、上側の第１電極シート１０と、下側の第２電極シート２０と、第１、第２電極シート１０，２０の間に介在される絶縁層３０と、第２電極シート２０の下方に配置される弾性シート４０とを積層してなる。第１、第２電極シート１０，２０及び絶縁層３０、弾性シート４０は、何れも左右方向に延びる平面視帯板状の外形を有している。
図４に、図２におけるＡ－Ａ断面及びＢ－Ｂ断面を拡大して示している。但し、各断面では後半分のみを一部省略して示すと共に、積層構造を明確にするために後述する電極部及びカバーコート層の厚みを誇張して示している。
第１電極シート１０は、樹脂製（例えばＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ）で平面視帯板状の第１樹脂フィルム１１の下面に、導電インク（例えばカーボン、銀等）を印刷してなる第１電極部１２を、所定の前後幅で左右方向へ帯状に形成したものである。第１電極シート１０の左右方向の両端には、第１電極部１２と電気的に接続するための第１配線部１３，１３が設けられている。第１樹脂フィルム１１の下面には、樹脂製の第１カバーコート層１４が形成されている。第１カバーコート層１４は、第１樹脂フィルム１１と同じ外形で形成され、内側には、第１電極部１２の外形よりも一回り小さい相似形の第１内孔１５が形成されている。よって、第１電極部１２は、第１内孔１５を介して下方に露出している。
（【００１１】以降は省略されています）

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