CN105745772A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种能够减少施加于FPC(柔性印刷基板)的导电箔的负荷的电源装置。该电源装置具有：多个电池单元(1)，该多个电池单元具有电极端子(13)；刚性基板(9)，其安装有用于检测电池单元(1)的状态的检测电路；FPC(7)，其将电极端子(13)和检测电路之间电连接；连接构件，其设置于FPC(7)的顶端，用于将电池单元(1)和FPC(7)之间电连接。FPC(7)具有固定于刚性基板(9)的固定部(8)。固定部(8)具有：信号线连接部(81)，其具有将电极端子(13)和检测电路之间电连接且一端固定于刚性基板(9)的导电箔(71)；加强部(82)，其具有相对于电极端子(13)绝缘且一端固定于刚性基板(9)的固定用金属箔(74)。信号线连接部(81)具有与刚性基板(9)重叠的连接区域。该电源装置还具有加强焊盘(83)，该加强焊盘(83)沿着与连接区域内的导电箔(71)的延伸方向垂直的方向延伸。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及一种电源装置，该电源装置具有：多个具有电极端子的电池单元；柔性印刷基板，其与电极端子电连接。

背景技术

对于具有多个电池单元的电源装置而言，为了避免过充电、过放电等电池单元的异常状态，其具有用于一直监视各二次电池单元的电压、温度等的检测电路。此外，为了正确地计算出电池组的充电率(Stateofcharge：SOC)，也利用该检测出的电压。特别是，为了能够在较大范围的SOC下使用锂离子电池，过放电区域、过充电区域靠近常用区域，因此需要比其他种类的电池更严格的电压管理。

另一方面，公知有如下结构：通过将多个电池单元集合化从而形成电池块，能够减少电源装置所占用的空间。对于该种电源装置而言，还能够具有布线模块，该布线模块是将安装有检测电路的刚性基板以及用于将检测电路和电池单元的电极端子连接起来的布线模块化而成。布线也能够使用适于模块化的柔性印刷基板(专利文献1)。柔性印刷基板能够提供一种在捆扎布线的同时容易使布线材变形的、组装性良好的布线模块。

柔性印刷基板包括作为导电部的导电箔和具有柔软性的绝缘性膜。公知有一种使用铜箔作为导电箔、使用聚酰亚胺等作为绝缘性膜的结构。

专利文献1的电源装置具有：多个电池单元；安装有检测电路的刚性基板；及柔性印刷基板，其内置有用于连接检测电路和电池单元的布线材。柔性印刷基板在一端设置有连接构件，并借助连接构件与电池单元的电极端子或者与用于将电极端子彼此相连的母线相连。此外，将柔性印刷基板直接软钎焊于刚性基板。

专利文献1：日本特开2012-28186号公报

发明内容

发明要解决的问题

如专利文献1所述那样，为了将电池单元的电极端子电连接于柔性印刷基板，需要连接构件。此外，在组装工序中，存在将处于软钎焊有柔性印刷基板的状态的刚性基板固定于电池块的工序。因为在柔性印刷基板的顶端设置有连接构件，所以在将刚性基板固定于电池块的工序中，会在对用于连接柔性印刷基板和刚性基板的软钎焊部分施加了载荷的状态下处理刚性基板。因此，在专利文献1的电源装置中，负荷集中在柔性印刷基板和刚性基板之间的连接部分，存在柔性印刷基板的导电箔剥离或者导电箔断线的可能。

本发明鉴于这样的情况而做成，其主要目的在于提供一种降低对柔性印刷基板的导电箔施加的负荷，并且防止导电箔的剥离、断线的技术。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明的一技术方案的电源装置具有：多个电池单元，其具有电极端子；刚性基板，其安装有用于检测多个电池单元的状态的检测电路；柔性印刷基板，其将电极端子和检测电路之间电连接；连接构件，其设置在柔性印刷基板的顶端，用于将多个电池单元和柔性印刷基板之间电连接。柔性印刷基板具有固定于刚性基板的多个固定部，多个固定部包括：信号线连接部，其具有将电极端子和检测电路之间电连接且一端固定于刚性基板的多个导电箔；加强部，其具有相对于电极端子绝缘且一端固定于刚性基板的多个固定用金属箔。信号线连接部具有与刚性基板重叠的连接区域。本发明的一技术方案的电源装置还具有加强焊盘，该加强焊盘沿着与连接区域内的多个导电箔的延伸方向垂直的方向延伸。

发明的效果

采用本发明，不仅具有将刚性基板和柔性印刷基板之间电连接的信号线连接部，还具有用于保持柔性印刷基板的加强部，所以能够防止由柔性印刷基板的自重带来的负荷集中于作为布线材的导电箔。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电池块的立体图。

图2是本发明的实施方式的电池块的俯视图。

图3是本发明的实施方式的方形电池的剖视图。

图4是本发明的实施方式的电源装置的分解立体图。

图5是用于说明本发明的实施方式的柔性印刷基板的结构的俯视图。

图6是图5的柔性印刷基板的放大图。

图7是用于说明在图6中将柔性印刷基板软钎焊于刚性基板之前的状态的图。

图8是用于说明本发明的其他实施方式的柔性印刷基板的结构的俯视图。

图9是用于说明本发明的实施方式的柔性印刷基板和刚性基板的位置关系的图。

图10是用于说明本发明的实施方式的加强焊盘的结构的俯视图。

图11是本发明的实施方式的检测电路的电路图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的实施方式的电源装置具有层叠多个电池单元1而构成的电池块2。多个电池单元1是具有扁平的长方体形状的外装壳体11的方形电池。多个电池单元1在其上表面具有正负电极端子13，电极端子13在电池块2的一面上并排配置。构成电池块2的多个电池单元1以相邻的电池单元1的电极端子13彼此靠近的方式层叠在一起，形成一对端子列2A。如图4所示，相邻的电池单元1利用母线17连接彼此的电极端子13，从而实现串联连接或者并联连接。

电池块2根据串联连接的电池单元1的数量来决定输出电压，根据并联连接的电池单元1的数量来决定容量。例如，在将带有4V的电压和5Ah的容量的锂离子电池作为电池单元1的情况下，如果将10个电池单元串联连接，将会形成40V的输出电压的电池块，如果将10个电池单元并联连接，将会形成50Ah的容量的电池块。电池块2能够根据所要求的电源装置的性能，适当地将电池单元1串联连接或者并联连接。此外，也能够将电池块2彼此串联连接或者并联连接。

此外，电池单元1也可以是具有圆筒状的外装壳体的圆筒型电池、具有由绝缘性膜形成的外装壳体的袋型电池。此外，作为电池的种类，能够使用锂离子电池、镍氢电池等各种各样的电池。无论在采用了何种电池单元的情况下，在本发明的实施方式中，以形成多个端子列2A的方式将多个电池单元1集合化并构成电池块2。在以下说明中，针对采用了锂离子电池的情况的实施方式进行详细描述，该锂离子电池具有扁平的长方体形状的外装壳体。

如图3所示，电池单元1包括：一个面敞开的长方体形状的外装壳体11、用于封闭外装壳体11的开口的封口体12、固定于封口体12的电极体14以及被注入外装壳体11内的电解液。外装壳体11由铝、铝合金等金属形成。具有金属制的外装壳体11的电池单元1能够提高外装壳体11的强度，通过对外装壳体进行冷却来抑制电池的温度上升。具有金属制的外装壳体11的电池单元1因为在外装壳体11上产生电位，所以需要将相邻的电池单元1彼此绝缘。

如图1所示，电池块2具有绝缘性的隔离件15，隔离件15介于相邻的电池单元1之间。具体而言，交替层叠电池单元1和隔离件15以形成电池块2。此外，也可以在隔离件15上设置用于冷却电池单元1的风路，对此并未图示。

如图4所示，电池块2在电池单元1的层叠方向的两个端部具有一对端板3。一对端板3彼此之间借助连接件4进行固定，且将电池单元1集合化。在使用了方形电池作为电池单元1的情况下，从扁平的长方体形状这一外形上的理由来看，电池单元1容易在层叠方向上膨胀。在采用方形电池作为电池单元1的电源装置中，端板3和连接件4除了有将电池单元1集合化的目的以外，还具有抑制电池单元1的膨胀这样的目的。

在电池块2的、有电池单元1的电极端子13排列的上表面，配置有刚性基板9。刚性基板9能够直接配置在电池块2之上，也能够使树脂板5介于刚性基板9和电池单元1之间。在图4的电源装置中，在电池块2的上表面配置有布线模块组装体。布线模块组装体包括：母线17，其用于连接电池单元1的电极端子；绝缘性的树脂板5，其用于保持该母线17；以及刚性基板9，其固定于树脂板5。柔性印刷基板7作为布线构件连接于刚性基板9。

如图5所示，俯视观察时，刚性基板9为形成为长方形的硬质的电路基板。刚性基板9是在作为基材的绝缘性树脂层上印刷呈规定的图案的导电层而形成电路。作为绝缘性树脂层，例如能够使用BT树脂等三聚氰胺衍生物、液晶聚合物、环氧树脂、PPE树脂、聚酰亚胺树脂、氟系树脂、酚醛树脂、聚酰胺双马来酰亚胺(日文：ポリアミドビスマレイミド)等热固化性树脂等。导电层由铜等金属材料形成。此外，导电层不仅能够设置在绝缘性树脂的表面，还能够设置在绝缘性树脂层的内部。作为该种刚性基板，例如示出了具有多层绝缘树脂层和导电层的多层基板。在安装有呈复杂的图案的电路时等情况下，多层基板能够抑制刚性基板的尺寸增大。

在刚性基板9上安装有用于检测电池单元1的状态的检测电路90。具体而言，在刚性基板9上安装有包括IC等半导体元件以及电阻、电容器等被动元件在内的电子器件，并且利用电子器件和刚性基板9的导电层构成检测电路90。图11例示出检测电路90的电路图。检测电路90包含：电压检测电路92，其借助连接于电池单元的端子之间的电压检测线来检测端子之间的电压；放电电路91，其用于使电池单元1的充电率、电池单元的电压均匀化。放电电路91以使电压检测线成为旁路的方式设置，且包括放电电阻91A和开关91B。在接通开关91B时，电流从对应的电池单元1流向放电电阻91A，并使对应的电池单元放电。在电池单元1的充电率上产生了偏差时，放电电路91对处于充电率较高的状态的电池单元1进行强制放电，以使充电率均匀。

特别是在锂离子电池的情况下，形成过充电状态、过放电状态会显著地造成电池性能的劣化，所以需要检测电路90高精度地检测出电池单元1的状态。因此，谋求极力减小从电池单元1的电极端子13到检测电路90的布线电阻。在本发明的实施方式中，通过将刚性基板9靠近电池块2配置，能够缩短布线，从而能够减少由布线电阻造成的损失。特别是，如图5例示那样，优选的是，构成为在形成于电池块2的一对端子列2A之间配置有刚性基板9。

此外，这里所说的“端子列2A之间”不特别限定上下方向上的具体位置。若使刚性基板9靠近电池块2，则存在电池块2和刚性基板9接触而造成短路的可能。因此，优选的是，确保电池块2和刚性基板9之间的绝缘距离的结构，或者使树脂板5介于电池块2和刚性基板9之间的结构，在采用这些结构的情况下，有可能构成刚性基板9位于比电池单元1的电极端子13靠上方的位置的结构。即使是这样的结构，在从上方观察电池块2的俯视过程中，刚性基板9配置在端子列2A之间，由此能够缩短布线。

此外，刚性基板9并非一定配置在电池块2的上表面。根据构成电池块2的电池单元1的结构，有时电极端子不是位于电池块2的上表面。例如，在采用像圆筒形电池那样，在电池单元的两端形成有电极端子的电池单元的情况下，电极端子位于电池块的相对的两个面上。在这样的结构的情况下，刚性基板配置在与配置有电极端子的两个面相邻的面上。采用这样的结构，能够缩短将刚性基板和电池块的各电极端子连接起来的布线构件的长度，从而能够减少布线损失。

如图5至图9所示，柔性印刷基板7包括导电箔71和覆盖导电箔71的绝缘性膜72，其中，该导电箔71由箔材料形成。柔性印刷基板7因为形成为箔状，所以具有柔性。作为绝缘性膜72，使用聚酰亚胺等绝缘性树脂材料。在不对柔性印刷基板7进行软钎焊等耐热性的要求较低的情况下，还能够使用聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等。此外，也可以是使用多种绝缘性树脂材料的结构，例如，也可以是在聚酰亚胺层和铜层之间设置有环氧层的结构。在该结构中，环氧层发挥粘接聚酰亚胺层和铜层的作用。此外，为了提高柔性印刷基板7的挠性，作为导电箔71也能够使用覆铜箔层压板(Coppercladlaminates)。覆铜箔层压板除了弹性良好以外，还具有耐热性优异、热膨胀性低的特征。

柔性印刷基板7的导电箔71将电池单元1和安装于刚性基板9的检测电路90之间电连接。在本发明的实施方式中，相邻的电池单元1的电极端子13借助母线17相连，柔性印刷基板7的导电箔71与母线17相连。在导电箔71的顶端设置有用于与母线17相连的多个极耳73。极耳73以配置在对应的母线17的上表面的状态被焊接。此外，导电箔71被软钎焊于刚性基板9的导电层。采用该结构，各个电池单元1的电极端子13的电位能够向安装于刚性基板9的检测电路90进行输入。

如上所述，柔性印刷基板7通过软钎焊而被固定于作为刚性基板的刚性基板9，从操作性的问题来看，刚性基板9在固定有柔性印刷基板7的状态下，配置于树脂板5或者电池块2之上。因此，在配置刚性基板9时，柔性印刷基板7的自由端侧下垂而存在操作性降低的问题。此外，因为在柔性印刷基板7的顶端设置有极耳73，所以有比较大的载荷施加于柔性印刷基板7和刚性基板9之间的固定部分。因此，在具有柔性印刷基板的电源装置中，重要的是柔性印刷基板和刚性基板之间的固定结构。

此外，在上述实施方式中，构成为将母线17和设置于柔性印刷基板7的顶端的极耳73焊接在一起而成的结构，也能够形成为在柔性印刷基板7的顶端直接设置母线17的结构。因为需要将电极端子13与母线17相连，所以母线17变得比极耳大且重。在将母线17直接设置在柔性印刷基板7的顶端的结构中，柔性印刷基板和刚性基板之间的固定结构变得更加重要。

接着，详细描述本发明的实施方式的柔性印刷基板和刚性基板之间的固定结构。如图5和图9所示，柔性印刷基板7以与刚性基板9重叠的方式配置，且其一端具有多个固定于刚性基板9的固定部8。作为固定部8，包括：信号线连接部81，其连接柔性印刷基板7的导电箔71和刚性基板9的导电层；和加强部82，其以保持柔性印刷基板7为目的而固定于刚性基板9。在本发明的实施方式中，各个固定部8借助软钎料S固定于刚性基板9。在利用软钎料进行焊接的情况下，将金属彼此连接在一起。

如上所述，柔性印刷基板7具有导电箔71作为布线材。导电箔71因为是布线材，所以在刚性基板9的布线图案方面，将其汇集在一处位置能够缩小刚性基板9的尺寸。在本发明的实施方式中，导电箔71位于信号线连接部81，且将导电箔71软钎焊于刚性基板9，从而将信号线连接部81固定。利用该结构，导电箔71在执行检测电路90和电池单元1之间的电连接的同时，还能够对柔性印刷基板7和刚性基板9之间进行机械性的固定。另一方面，因为导电箔71不位于固定部8的除信号线连接部81以外的部位、即加强部82，所以在加强部82的固定方面不能使用导电箔71。

如图5至图7所示，在本发明的实施方式中，柔性印刷基板7除了导电箔71以外，作为金属制的箔材还具有固定用金属箔74。固定用金属箔74位于加强部82，且相对于电池单元1的电极端子13、导电箔71绝缘。固定用金属箔74用于将加强部82固定于刚性基板9，不具有作为电路的功能(作为布线材的功能)。

此外，在本发明的实施方式中，为了提高生产效率，采用如下加工方法：涂覆膏状的软钎料S且通过照射激光，使软钎料S熔融来进行焊接，在该情况下，更加优选的是，各个固定部8的固定所使用的软钎料S的量是相同的。除此之外，优选的是，设计为涂覆有软钎料S的箔材的面积也相等。如果软钎料的量不同则在固定的强度方面可能存在偏差，通过采用以上结构，容易使软钎料的量变得比较均匀。

如图8所示，本发明的实施方式的信号线连接部81位于刚性基板9的上表面。通过将信号线连接部81固定在刚性基板9的上表面，从而形成刚性基板9和柔性印刷基板7在上下方向上重叠的连接区域。在连接区域中，刚性基板9形成为位于柔性印刷基板7和电池块2之间的结构，刚性基板9能够支承柔性印刷基板7的连接侧端部附近。因此，采用该结构，柔性印刷基板7的自重不向将柔性印刷基板7从刚性基板9剥离的方向施加力，能够防止导电箔71的断线、柔性印刷基板7的剥离等。此外，通过扩大连接区域，也能够抑制柔性印刷基板7的下垂。

而且，在连接区域内还可以具有用于提高柔性印刷基板7和刚性基板9之间的固定强度的加强焊盘83。加强焊盘83是外观为长方形的固定构件，其一端固定于刚性基板9，另一端固定于连接区域内的柔性印刷基板7。加强焊盘83在相对于连接区域内的导电箔71的延伸方向垂直的方向上延伸，能够减少施加于导电箔71的负荷。

如图6、图7所示，在本发明的实施方式中，加强焊盘83包括固定用金属箔74和软钎料S。信号线连接部81除了导电箔71以外，还具有固定用金属箔74。信号线连接部81的固定用金属箔74被软钎焊于刚性基板9的导电层。优选的是，作为加强焊盘83所使用的固定用金属箔74和软钎料S，构成为在相对于连接区域内的导电箔71的延伸方向垂直的方向上延伸的结构。采用该结构，对于柔性印刷基板7的剥离方向的力能够有效地发挥作用，并且能够防止柔性印刷基板7的剥离。

此外，优选的是，刚性基板9作为供固定用金属箔74进行软钎焊的导电层，具有与固定用金属箔74相连的伪端子。伪端子并不与检测电路90、安装于刚性基板9的其他的电路导通，也不具有作为电路的作用，其是为了借助软钎料S、固定用金属箔74来固定柔性印刷基板7而设置的。

此外，信号线连接部81和刚性基板9之间的固定位置能够是各种结构。在图5中，示出了在刚性基板9的端部设置有信号线连接部81的结构，但信号线连接部81也能够设置在刚性基板9的长边的中央部分。具体而言，在图8例示的其他的实施方式中，沿着刚性基板9的长边设置有信号线连接部81和两个加强部82。采用该结构，信号线连接部81位于沿着刚性基板9的长边排列设置的多个加强部82之间，因此，位于刚性基板9两端的加强部82支承柔性印刷基板7的自重，能够防止负荷集中于信号线连接部81。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明。这些实施方式只不过是例示，在上述各构成要素、各处理流程的组合中能够存在各种各样的变形例，而且这些变形例也应被本领域技术人员理解为在本发明的范围中。

附图标记说明

1电池单元、11外装壳体、12封口体、13电极端子、14电极体、15隔离件、17母线、2电池块、2A端子列、3端板、4连接件、5树脂板、7柔性印刷基板、71导电箔、72绝缘性膜、73极耳、74固定用金属箔、8固定部、81信号线连接部、82加强部、83加强焊盘、9刚性基板、90检测电路、91放电电路、91A放电电阻、91B开关、92电压检测电路、S软钎料。

Claims (9)

1.一种电源装置，其特征在于，具有：

多个电池单元，该多个电池单元具有电极端子；

刚性基板，其安装有用于检测所述多个电池单元的状态的检测电路；

柔性印刷基板，其将所述电极端子和所述检测电路之间电连接；

连接构件，其设置在所述柔性印刷基板的顶端，用于将所述多个电池单元和所述柔性印刷基板之间电连接，

所述柔性印刷基板具有固定于所述刚性基板的多个固定部，

所述多个固定部包括：

信号线连接部，其具有将所述电极端子和所述检测电路之间电连接且一端固定于所述刚性基板的多个导电箔；

加强部，其具有相对于所述电极端子绝缘且一端固定于所述刚性基板的固定用金属箔，

所述信号线连接部具有与所述刚性基板重叠的连接区域，

该电源装置还具有加强焊盘，该加强焊盘在所述连接区域内沿着与所述多个导电箔的延伸方向垂直的方向延伸。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

该电源装置还具有长方体形状的电池块，该电池块具有所述多个电池单元，

所述刚性基板与所述电池块的一个面相对地配置。

3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，

在所述连接区域中，所述刚性基板位于所述柔性印刷基板和所述多个电池单元之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源装置，其特征在于，

所述多个导电箔和所述固定用金属箔借助软钎料固定于所述刚性基板。

5.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，

所述固定用金属箔还设置于所述信号线连接部，

所述加强焊盘包括软钎料，该软钎料焊接于所述信号线连接部的固定用金属箔。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源装置，其特征在于，

所述刚性基板形成为俯视观察时呈长方形的形状，

所述多个固定部沿着所述刚性基板的长边排列设置。

7.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于，

所述加强部具有多个加强部，

在沿着所述刚性基板的长边排列设置的所述多个加强部之间配置所述信号线连接部。

8.根据权利要求6或7所述的电源装置，其特征在于，

所述多个电池单元以形成多个端子列的方式层叠配置，

所述刚性基板以所述刚性基板的长边沿着所述多个端子列的排列方向的方式配置在所述多个端子列之间。

9.根据权利要求6或7所述的电源装置，其特征在于，

该电源装置还具有多个用于将所述多个电池单元的电极端子彼此电连接的母线，

所述连接构件是焊接于所述母线的多个极耳。