JP2013131093A - Power supply system and power supply module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一時的な電源供給を行う電源供給システム及び電源モジュールに関する。 The present invention relates to a power supply system and a power supply module that perform temporary power supply.
従来より、停電等が原因で電源が供給されなくなると、ボタン型の電池や大容量のコンデンサを用いて一時的な電源供給を行うことが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, when power is not supplied due to a power failure or the like, it is known to temporarily supply power using a button-type battery or a large-capacitance capacitor (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、従来の電池やコンデンサでは、瞬時に大きな電力を供給することができない場合がある。そのため、停電等が原因で電源が供給されなくなると、SSD等の揮発性メモリを備えた記憶装置に記憶されているデータが失われる恐れがあった。 However, conventional batteries and capacitors may not be able to supply a large amount of power instantaneously. Therefore, when power is not supplied due to a power failure or the like, data stored in a storage device having a volatile memory such as an SSD may be lost.
本発明の目的は、安定した電源供給を行うことが可能な電源供給システム及び電源モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power supply system and a power supply module that can perform stable power supply.
本発明の一態様によれば、メイン基板と、前記メイン基板から電源が供給される供給対象装置と、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分に電解液とイオンが通過可能なセパレータを介在させながら、前記引き出し電極が露出するように、かつ前記活物質電極の正電極と負電極とが交互になるように積層した2層以上の積層体をラミネートシートで封止したラミネート型エネルギーデバイスがその周辺回路と一体にモジュール基板に実装された電源モジュールとを備え、前記メイン基板の電源が正常に供給されている場合、前記メイン基板の電源から前記供給対象装置に電源を供給するとともに、前記メイン基板の電源によって前記ラミネート型エネルギーデバイスを充電し、前記メイン基板の電源が正常に供給されなくなった場合、前記ラミネート型エネルギーデバイスを放電させ、前記ラミネート型エネルギーデバイスから前記供給対象装置に電源を供給する電源供給システムが提供される。 According to one aspect of the present invention, a main substrate, a supply target device to which power is supplied from the main substrate, an active material electrode having positive and negative electrodes, and an active electrode having positive and negative electrodes formed integrally are provided. Two or more layers laminated so that the extraction electrode is exposed and the positive electrode and the negative electrode of the active material electrode are alternated while interposing a separator through which electrolyte and ions can pass through the material electrode portion When the laminate type energy device in which the laminate is sealed with a laminate sheet is provided with a power supply module mounted on a module substrate integrally with its peripheral circuit, and the main substrate is supplied with power normally, the main substrate Power from the power source to the supply target device, and the laminate type energy device is charged by the power source of the main board, If the power of the plate is not supplied correctly, it discharges the laminate type energy device, a power supply system for supplying power to the supply target device from the laminate type energy device is provided.
また、本発明の他の態様によれば、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分に電解液とイオンが通過可能なセパレータを介在させながら、前記引き出し電極が露出するように、かつ前記活物質電極の正電極と負電極とが交互になるように積層した2層以上の積層体をラミネートシートで封止したラミネート型エネルギーデバイスと、前記ラミネート型エネルギーデバイスの周辺回路と、前記ラミネート型エネルギーデバイス及び前記周辺回路を実装するモジュール基板とを備え、メイン基板の電源が正常に供給されている場合、前記メイン基板の電源から供給対象装置に電源を供給するとともに、前記メイン基板の電源によって前記ラミネート型エネルギーデバイスを充電し、前記メイン基板の電源が正常に供給されなくなった場合、前記ラミネート型エネルギーデバイスを放電させ、前記ラミネート型エネルギーデバイスから前記供給対象装置に電源を供給する電源モジュールが提供される。 According to another aspect of the present invention, a separator capable of passing an electrolyte and ions is interposed in the active material electrode portion of the electrode in which the positive and negative active material electrodes and the positive and negative lead electrodes are integrally formed. A laminate type energy device in which a laminate of two or more layers laminated so that the lead electrode is exposed and the positive electrode and the negative electrode of the active material electrode are alternated is sealed with a laminate sheet, A peripheral circuit of the laminate type energy device, and a module substrate on which the laminate type energy device and the peripheral circuit are mounted, and when the power of the main board is normally supplied, the supply target from the power of the main board Supplying power to the apparatus, and charging the laminated energy device with the power source of the main board, If the power of the plate is not supplied correctly, the discharges the laminate type energy device, a power supply module supplies power to the supply target device from the laminate type energy device is provided.
本発明によれば、安定した電源供給を行うことが可能な電源供給システム及び電源モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply system and power supply module which can perform the stable power supply can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each component and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, and structure of each component. The arrangement is not specified below. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
[第1の実施の形態]
以下、図1〜図5を参照して、第1の実施の形態を説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
(電源供給システム)
第1の実施の形態に係る電源供給システムは、メイン基板100と、メイン基板100から電源が供給される供給対象装置190と、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極34とが一体に形成された電極の活物質電極部分に電解液とイオンが通過可能なセパレータ30を介在させながら、引き出し電極34が露出するように、かつ活物質電極の正電極と負電極とが交互になるように積層した2層以上の積層体をラミネートシートで封止したラミネート型エネルギーデバイス18がその周辺回路と一体にモジュール基板に実装された電源モジュールMとを備え、メイン基板100の電源が正常に供給されている場合、メイン基板100の電源から供給対象装置190に電源を供給するとともに、メイン基板100の電源によってラミネート型エネルギーデバイス18を充電し、メイン基板100の電源が正常に供給されなくなった場合、ラミネート型エネルギーデバイス18を放電させ、ラミネート型エネルギーデバイス18から供給対象装置190に電源を供給する。例えば、供給対象装置190は、揮発性メモリを備えた記憶装置(SSD)であり、電源モジュールMは、揮発性メモリに記憶されているデータのバックアップに必要な電源を供給する。
(Power supply system)
In the power supply system according to the first embodiment, the
図1は、第1の実施の形態に係る電源供給システムの模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、メイン基板100には、ICチップ160,170、トランス120、その他デバイス部品140などが多数搭載されている。メイン基板100上のコネクタ101には、SSD190がケーブル192を介して接続されている。SSDは、ハードディスクの代替として利用される記憶装置であって、不揮発性メモリと揮発性メモリを備えている。そのため、停電等が原因で電源が供給されなくなると、揮発性メモリに記憶されているデータが失われる恐れがある。そこで、メイン基板100の端面に設けたコネクタ102に電源モジュールMを差し込んでおく。停電等の緊急時に電源モジュールMが一時的な電源をSSD190に供給し、揮発性メモリに記憶されているデータを保護するようになっている(後述する)。
FIG. 1 is a schematic bird's-eye view of the power supply system according to the first embodiment. As shown in this figure, a large number of
(メイン基板)
図2は、第1の実施の形態に係るメイン基板100の模式的ブロック構成図である。メイン基板100は、例えばノートパソコンに搭載されるマザーボードである。この図に示すように、メイン基板100は、電源回路104と、CPU105と、メモリ106と、インターフェイス107と、画像表示部108と、記憶装置109とを備えている。電源回路104は、入力される電源(電力)から必要とされる電源を生成する回路である。電源回路104によって生成された電源はSSD190に供給されるようになっている。
(Main board)
FIG. 2 is a schematic block configuration diagram of the
(電源モジュール)
第1の実施の形態に係る電源モジュールMは、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極34とが一体に形成された電極の活物質電極部分に電解液とイオンが通過可能なセパレータ30を介在させながら、引き出し電極34が露出するように、かつ活物質電極の正電極と負電極とが交互になるように積層した2層以上の積層体をラミネートシートで封止したラミネート型エネルギーデバイス18と、ラミネート型エネルギーデバイス18の周辺回路と、ラミネート型エネルギーデバイス18及び周辺回路を実装するモジュール基板111とを備え、メイン基板100の電源が正常に供給されている場合、メイン基板100の電源からSSD190に電源を供給するとともに、メイン基板100の電源によってラミネート型エネルギーデバイス18を充電し、メイン基板100の電源が正常に供給されなくなった場合、ラミネート型エネルギーデバイス18を放電させ、ラミネート型エネルギーデバイス18からSSD190に電源を供給する。
(Power module)
The power supply module M according to the first embodiment includes a
図3は、第1の実施の形態に係る電源モジュールMを説明するための図であって、図3(a)は模式的鳥瞰構造図、図3(b)は模式的側面図である。この電源モジュールMは、バッテリーをアシストする電源モジュールであって、図3に示すように、EDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ(又は、スイッチングレギュレータ)160と一体にラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板111に実装されている。モジュール基板111には、その他の周辺回路(電圧監視IC170等)を実装してもよい。周辺回路とは、ラミネート型エネルギーデバイス18を正常に機能させるために必要な回路である。モジュール基板111の端面には、メイン基板100のコネクタ102にアドオン接続するための接続端子110が設けられている。ラミネート型エネルギーデバイス18は、例えば電気二重層キャパシタ(EDLC)である。薄型でありながら瞬時に大容量の電力を供給することが可能である。ラミネート型エネルギーデバイス18の構成やラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に実装する方法については後に詳しく説明する。
3A and 3B are diagrams for explaining the power supply module M according to the first embodiment, in which FIG. 3A is a schematic bird's-eye view structural view, and FIG. 3B is a schematic side view. The power supply module M is a power supply module that assists the battery. As shown in FIG. 3, the
図4は、第1の実施の形態に係る電源モジュールMの模式的ブロック構成図である。EDLCチャージャー回路150は、メイン基板100の電源によってラミネート型エネルギーデバイス18を充電するための回路である。電圧監視IC170は、メイン基板100の電源の電圧を監視し、電源異常を検出すると、メイン基板100の電源からラミネート型エネルギーデバイス18にスイッチを切り換える。DC/DCコンバータ160は、電源の電圧を昇降圧するための回路である。
FIG. 4 is a schematic block diagram of the power supply module M according to the first embodiment. The
以下、このような電源モジュールMの動作を図5に従って説明する。 Hereinafter, the operation of the power supply module M will be described with reference to FIG.
まず、電圧V1が正常に供給されている場合(図5、ステップS1→S2:Yes)、MOSスイッチQ1をオン状態にするとともに、MOSスイッチQ2をオフ状態にする(図5、ステップS3)。これにより、メイン基板100の電源がDC/DCコンバータ160を介してSSD190に供給され(図5、ステップS4)、また、メイン基板100の電源によってラミネート型エネルギーデバイス18が充電される(図5、ステップS5)。
First, when the voltages V 1 is supplied normally (Fig. 5, step S1 → S2: Yes), while the MOS switch Q 1 in the ON state, the MOS switches Q 2 in the OFF state (FIG. 5, step S3). Thereby, the power of the
一方、停電等が原因で電圧V1が供給されなくなった場合(図5、ステップS1→S2:No)、MOSスイッチQ1をオフ状態にするとともに、MOSスイッチQ2をオン状態にする(図5、ステップS6)。これにより、ラミネート型エネルギーデバイス18が放電され(図5、ステップS7)、ラミネート型エネルギーデバイス18からDC/DCコンバータ160を介してSSD190に電源が供給される(図5、ステップS8)。
On the other hand, when the voltages V 1 due to power failure or the like is not supplied (Fig. 5, step S1 → S2: No), as well as the MOS switch Q 1 in the OFF state, the MOS switches Q 2 in the ON state (FIG. 5, Step S6). Thereby, the laminate
その後、メイン基板100の電源が復旧した場合は(図5、ステップS1→S2:Yes)、そのことを電圧監視IC170が感知してMOSスイッチQ1をオン状態にするとともに、MOSスイッチQ2をオフ状態にする(図5、ステップS3)。以降の動作は上記した通りである(図5、ステップS4→S5)。
Thereafter, when the power supply of the
一方、メイン基板100の電源が復旧しない場合は(図5、ステップS1→S2:No)、MOSスイッチQ1はオフ状態、MOSスイッチQ2はオン状態のままである(図5、ステップS6)。これにより、ラミネート型エネルギーデバイス18の容量分のみ電源が供給されることになる(図5、ステップS7→S8)。
On the other hand, when the power of the
ラミネート型エネルギーデバイス18から一時的な電源が供給されている間、SSD190は、揮発性メモリに記憶されているデータを不揮発性メモリに書き込む。これにより、揮発性メモリに記憶されているデータをバックアップすることができる。
While temporary power is supplied from the laminate
ここで、電源モジュールMは、SSD190の記憶容量に対応する蓄電容量を備えている。すなわち、SSD190が取り換えられて記憶容量が変わった場合は、データをバックアップするために必要な時間も変わる。そのため、電源モジュールMをSSD対応でモジュール化しておき、SSD190が取り換えられた場合は、メイン基板100のコネクタ102から電源モジュールMを抜き、新しいSSD190の記憶容量に対応する蓄電容量を備えた電源モジュールMに差し換える。このような作業は、コネクタ102の電源モジュールMを差し換えるだけで済むため、非常に容易である。
Here, the power supply module M has a storage capacity corresponding to the storage capacity of the
以上、説明したように、第1の実施の形態によれば、メイン基板100の電源が突然供給されなくなった場合でも、EDLC等のラミネート型エネルギーデバイス18からSSD190に対して瞬時に大容量の電力が供給される。そのため、従来の電池やコンデンサを用いた場合に比べて安定した電源供給を行うことができ、SSD190に記憶されているデータを確実に保護することが可能である。しかも、電源モジュールMをSSD対応でモジュール化しているため、SSD190の記憶容量が変わった場合は即座に適切な電源モジュールMに取り換えることができ、非常に使い勝手がよい。
As described above, according to the first embodiment, even when the power of the
(第2の実施の形態)
ところで、メイン基板100には、電源モジュールMの接続端子110を差し込むためのコネクタ102が準備されていない場合もある。このような場合は、図6に示すように、SSD190の本体191に設けられたコネクタ193に電源モジュールMを接続してもよい。
(Second Embodiment)
Incidentally, the
図7は、第2の実施の形態に係る電源モジュールMの模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、モジュール基板111の接続端子110には、FPC等の薄型配線112が接続されている。FPCは、絶縁性をもつ柔軟なフィルムの上に電気回路を配線したモジュール基板である。柔軟で自在に曲げることができ、部品と部品のわずかな隙間に立体的に配置することができる。このような薄型配線112の接続部113をSSD190のコネクタ193に差し込むと、電源モジュールMとSSD190を電気的に接続することができる。その他の点は、前記第1の実施の形態と同様である。
FIG. 7 is a schematic bird's-eye view structure diagram of the power supply module M according to the second embodiment. As shown in this figure, a
以上、説明したように、第2の実施の形態では、電源モジュールMのモジュール基板111の端面に設けられた接続端子110に薄型配線が接続され、その薄型配線がSSD190に接続される。これにより、電源モジュールMを差し込むためのコネクタ102がメイン基板100に準備されていない場合でも、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the second embodiment, the thin wiring is connected to the
(第3の実施の形態)
以下、本実施の形態を前記第1又は第2の実施の形態と異なる点のみ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, only different points of the present embodiment from the first or second embodiment will be described.
図8は、第3の実施の形態に係る電源供給システムの模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、メイン基板100とSSD190とを接続する換装用ケーブル192aに電源モジュールMを取り付けてもよい。換装用ケーブル192aとは、既存のハードディスクをSSDに交換する場合等、性能の異なる部品に取り換える場合に用いられるケーブルである。このような換装用ケーブル192aにコネクタ194を設けて電源モジュールMを接続すると、電源モジュールMとSSD190を電気的に接続することができる。もちろん、換装用ケーブル192aが二股に分かれている場合は、一方にSSD190を接続し、他方に電源モジュールMを接続すればよい。その他の点は、前記第1の実施の形態と同様である。
FIG. 8 is a schematic bird's-eye view of the power supply system according to the third embodiment. As shown in this figure, the power supply module M may be attached to a
以上、説明したように、第2の実施の形態では、メイン基板100とSSD190とを接続する換装用ケーブル192aに電源モジュールMが取り付けられる。これにより、電源モジュールMを差し込むためのコネクタ102がメイン基板100に準備されていない場合でも、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the second embodiment, the power supply module M is attached to the
(第4の実施の形態)
以下、本実施の形態を前記第1〜第3の実施の形態と異なる点のみ説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, only different points of the present embodiment from the first to third embodiments will be described.
図9は、第4の実施の形態に係る電源供給システムの模式的鳥瞰構造図である。ここでは、粉体塗装又は樹脂モールドにより外面が絶縁膜60で覆われた電源モジュールMを例示している。電源モジュールMのモジュール基板111の端部をクリップピンP1,P2,P3で挟み込み、そのクリップピンP1,P2,P3をメイン基板100に設けられたパッドP1a,P2a,P3aにそれぞれ挿入して半田付けする(後述する)。
FIG. 9 is a schematic bird's-eye view of the power supply system according to the fourth embodiment. Here, the power supply module M whose outer surface is covered with an insulating
本実施の形態では、図4とは別の回路構成を例示する。すなわち、一般に電圧監視IC170は高価であるため、図10に示すように、電圧監視IC170を用いない構成を採用してもよい。この場合は、電源電圧Vを監視して正常電圧になるまでリセット信号を出し続けるリセットIC171を備えておく。SW開閉回路172は、MOSスイッチQ1,Q2をオン/オフすることでメイン基板100の電源とラミネート型エネルギーデバイス18を切り換える。図10中の符号P1,P2,P3は、それぞれクリップピンP1,P2,P3との接合位置を表している。ここでは、3つのクリップピンP1,P2,P3を備えた電源モジュールMを例示しているが、クリップピンの数は回路構成に応じて適宜変更する。
In this embodiment, a circuit configuration different from that in FIG. 4 is illustrated. That is, since the
図11(a)は電源電圧Vの波形、図11(b)はリセットIC171の出力電圧Vrの波形である。この図に示すように、メイン基板100の電源がオンになっても、電源電圧VがリセットIC171の検出値VHに達しない間はリセット状態となっている。検出値VHを超えた時点t1でリセット状態が解除され、MOSスイッチQ1がオン状態、MOSスイッチQ2がオフ状態になる。これにより、メイン基板100の電源からSSD190に電源が供給され、また、メイン基板100の電源によってラミネート型エネルギーデバイス18が充電される。一方、メイン基板100の電源がオフになると、電源電圧VがリセットIC171の検出値VHを下回った時点で瞬時にリセット状態となり、MOSスイッチQ1がオフ状態、MOSスイッチQ2がオン状態になる。これにより、ラミネート型エネルギーデバイス18が放電され、ラミネート型エネルギーデバイス18からSSD190に電源が供給される。もちろん、リセットIC171の特性はこれに限定されるものではない。
11 (a) shows the waveform of the supply voltage V, FIG. 11 (b) is a waveform of the output voltage V r of the
図12は、第4の実施の形態に係る他の電源モジュールMの模式的ブロック構成図である。電源としてリチウムイオン電池を採用した場合、その電圧は例えば3.7Vであるが、5Vの出力電圧VOが必要なときもある。そこで、図12に示すように、電源電圧Vを昇降圧するDC/DCコンバータ(昇降圧回路)160を入力側と出力側の一方又は両方に備えてもよい。このようにすれば、電源電圧VをDC/DCコンバータ160で昇降圧して所望の出力電圧VOを得ることができる。
FIG. 12 is a schematic block diagram of another power supply module M according to the fourth embodiment. When a lithium ion battery is used as the power source, the voltage is 3.7 V, for example, but an output voltage V O of 5 V is sometimes required. Therefore, as shown in FIG. 12, a DC / DC converter (buck-boost circuit) 160 that steps up and down the power supply voltage V may be provided on one or both of the input side and the output side. In this way, the desired output voltage V O can be obtained by stepping up and down the power supply voltage V by the DC /
以上、説明したように、第4の実施の形態によれば、電圧監視IC170を用いない安価な構成で第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、クリップピンP1,P2,P3をメイン基板100に差し込むようにしているため、メイン基板100に対して直立した状態で電源モジュールMが実装されることになり、限られた基板スペースを有効に活用することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with an inexpensive configuration that does not use the
(第5の実施の形態)
本実施の形態では、主に、ラミネート型エネルギーデバイス18の構成やラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に実装する方法について説明する。以下に説明する構成は、前記第1〜第4の実施の形態において適宜採用することができる。その他の構成については、前記第1〜第4の実施の形態と同様である。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, a configuration of the
(ラミネート型エネルギーデバイス)
図13は、第5の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス18の模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18の本体を覆うラミネートシートの一方の面にはシール部14が装着されている。シール部14は、図14に示すように、ラミネートシートの一方の面に塗布された粘着剤13と、粘着剤13の表面を覆うはくり紙15とからなる。粘着剤13としては、熱伝導性がよく、絶縁性の材料を用いるのが好ましい。はくり紙15は、紙の表面に剥離加工を施したものである。シール部14をラミネートシートに装着する方法は特に限定されるものではないが、両面テープの片面のはくり紙をはがして、その片面をラミネートシートに貼り付けるのが簡単である。ここでは、ラミネートシートの一方の面にシール部14を装着している場合を例示しているが、ラミネートシートの両方の面にシール部14を装着するようにしてもかまわない。
(Laminated energy device)
FIG. 13 is a schematic bird's-eye view structural view of a laminate
(ラミネート型エネルギーデバイスの実装方法)
次に、ラミネート型エネルギーデバイス18を実装する方法を説明する。
(Lamination type energy device mounting method)
Next, a method for mounting the laminate
まず、図15(a)に示すように、ラミネートシートを覆っているはくり紙15をはがす。はくり紙15がはがされた部分に粘着剤13が露出している状態で、図15(b)に示すように、モジュール基板111の所定の実装位置にラミネート型エネルギーデバイス18を固定する。この状態のモジュール基板111の模式的平面パターン構成図を図16に、また、図16のI−Iに沿う模式的断面構造を図17に示す。これらの図に示すように、引き出し電極34a,34bの先端34tは、半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25b付近にくるようになっている。この時点でラミネート型エネルギーデバイス18の本体は粘着剤13によってモジュール基板111に固定されているが、長くやわらかい引き出し電極34a,34bはモジュール基板111に固定されておらず不安定な状態である。そこで、図18に示すように、耐熱性ラバー26等を用いて引き出し電極34a,34bをモジュール基板111側に押さえ、半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25bで半田溶接(電気的に接続)を行う。このようにすれば、ラミネート型エネルギーデバイス18の本体と引き出し電極34a,34bの両方が固定された状態で、引き出し電極34a,34bの半田溶接を行うことができる。
First, as shown in FIG. 15A, the peeling
引き出し電極34a,34bは、モジュール基板111の高さ方向(以下、「基板高さ方向」という。)に事前に曲げ加工を施されているのが好ましい。基板高さ方向は、図17や図18でいうと上下方向に相当する。このようにすれば、引き出し電極34a,34bの先端34tが半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25bにより近づくので、半田溶接をより簡単に行うことが可能となる。曲げ加工の程度は、ラミネート型エネルギーデバイス18の厚さや実装位置等に応じて適宜変更すればよいが、数mm〜数十mm程度にするのが妥当である。
The
ここでは、2つの引き出し電極34a,34bを備えた構成を例示したが、図19に示すように、3つの引き出し電極34a,34b,34cを備えてもよい。この3端子のラミネート型エネルギーデバイス18は、2端子のラミネート型エネルギーデバイス18を2つ直列に接続したものである。図20及び図21は、3端子のラミネート型エネルギーデバイス18が備える3つの引き出し電極34a,34b,34cの配置のバリエーションを例示している。これらの図に示されるように、3つの引き出し電極34a,34b,34cは、ラミネート型エネルギーデバイス18の任意の側面から引き出すことができる。このような3端子のラミネート型エネルギーデバイス18でも、ラミネートシートにシール部14を備える点は2端子の場合と同様である。なお、以下の説明では、個々の引き出し電極34a,34b,34cを区別することなく単に「引き出し電極34」という場合がある。
Here, the configuration including the two
図22及び図23は、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。まず、図22に示すように、EDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品をモジュール基板111に搭載し、ワイヤボンディングによって電気的に接続する。また、ラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34a,34b,34cをモジュール基板111の所定位置で押さえて半田溶接を行う。次いで、図23に示すように、ハードコート200によってEDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品を覆う。そして、ラミネート型エネルギーデバイス18のはくり紙15をはがした状態で引き出し電極34a,34b,34cを折り曲げて、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をハードコート200の外面に貼り合わせる。このようにすれば、ハードコート200によって絶縁されたモジュール基板111を提供することができるのはもちろん、ハードコート200の上にラミネート型エネルギーデバイス18が固定されるので、限られた基板スペースを有効に活用することが可能となる。
22 and 23 are diagrams for explaining another mounting method of the laminate
図24及び図25は、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。引き出し電極34a,34b,34cを更に延ばしてラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板111の裏面に固定される点を除けば、図22及び図23と同様である。すなわち、図24に示すように、EDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品をモジュール基板111に搭載し、ワイヤボンディングによって電気的に接続する。また、ラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34a,34b,34cをモジュール基板111の所定位置で押さえて半田溶接を行う。次いで、図25に示すように、ハードコート200によってEDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品を覆う。そして、ラミネート型エネルギーデバイス18のはくり紙15をはがした状態で引き出し電極34a,34b,34cを折り曲げて、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をモジュール基板111の裏面に貼り合わせる。モジュール基板111の裏面とは、EDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品が搭載される面と反対の面である。このようにすれば、ハードコート200によって絶縁されたモジュール基板111を提供することができるのはもちろん、モジュール基板111の裏面にラミネート型エネルギーデバイス18が固定されるので、限られた基板スペースを有効に活用することが可能となる。
24 and 25 are diagrams for explaining another mounting method of the laminate
ここでは、引き出し電極34a,34b,34cの半田溶接を行った後にラミネート型エネルギーデバイス18をハードコート200の外面やモジュール基板111の裏面に貼り合わせることとしているが、実装手順はこれに限定されるものではない。すなわち、ラミネート型エネルギーデバイス18をハードコート200の外面やモジュール基板111の裏面に貼り合わせた後に引き出し電極34a,34b,34cの半田溶接を行うことも可能である。
Here, the laminate
以上、説明したように、第5の実施の形態によれば、ラミネート型エネルギーデバイス18が粘着剤13によって実装位置に固定されるので、安定してラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に実装することができる。これにより、電気的な接続の信頼性が向上するため、ラミネート型エネルギーデバイス18の実装を自動化してモジュール基板111を大量生産する場合、特に効果的である。また、ハードコート200の外面やモジュール基板111の裏面にラミネート型エネルギーデバイス18を固定した場合は、限られた基板スペースを有効に活用することが可能となる。
As described above, according to the fifth embodiment, since the laminate
図26は、第5の実施の形態に係る他のラミネート型エネルギーデバイス18を説明するための図であって、図26(a)は模式的平面パターン構成図、図26(b)はモジュール基板111に装着した場合の模式的断面構造図である。この図に示すように、ラミネートシート40は、モジュール基板111を包み込む外形となるようにプレス処理を施されている。すなわち、通常は、所定のラミネートラインに沿ってラミネートシートを圧縮封止した後、そのラミネートラインより若干外側のラインでプレス処理を施して、不要なラミネートシートを取り除く。それに対して、本実施の形態では、図26(a)に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に大きくラミネートシート40を残した状態でプレス処理を施す。このようにすれば、図26(b)に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に装着した際、そのラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート40によってモジュール基板111を包み込むことができる。モジュール基板111を包み込む態様は様々あるため、後に詳しく説明する。少なくとも、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に固定することができればよい。ラミネートシート40の材質は絶縁性のフィルム等であればよいが、モジュール基板111に対して接着性の高いものが好ましい。
FIG. 26 is a diagram for explaining another laminate
図27及び図28は、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。図27中の符号210a,210bは各種の部品を接続するワイヤである。これらの図に示すように、EDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品をハードコート200によって覆った状態で、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111の裏側に固定し、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート40によってモジュール基板111を包み込むようにしてもよい。
27 and 28 are diagrams for explaining another mounting method of the
以上、説明したように、第5の実施の形態によれば、ラミネートシート40によってモジュール基板111を包み込むことができるため、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に安定して実装することが可能である。また、EDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品もラミネートシート40によって包み込むようにした場合は、これら部品を安定して実装することができるようになるのはもちろん、不要な電気的接続から保護するというメリットもある。
As described above, according to the fifth embodiment, since the
なお、ここでは、ラミネート型エネルギーデバイス18が粘着剤13によってモジュール基板111に固定されている場合を例示しているが、本実施の形態では、粘着剤13を用いるかどうかは特に限定されるものではない。すなわち、ラミネートシート40によってモジュール基板111を包み込むだけでも、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111に固定するという点で一定の効果を期待することができる。
In addition, although the case where the laminate
図29は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、引き出し電極34の曲げ加工のバリエーションを説明するための図である。図29(a)は、曲げ加工を施していない場合、図29(b)は、引き出し電極34の略中央部分でへの字状の曲げ加工34sを施している場合を例示している。このようなへの字状の曲げ加工34sを施しておけば、引き出し電極34が何らかの荷重を受けたときでも、その応力を吸収することができる。図29(c)は、曲げ加工を施すことなく図面上で左側へなだらかに傾斜させている場合、図29(d)は、図面上で左側へ急激に傾斜する曲げ加工34kを施している場合を例示している。図29(c)及び図29(d)のいずれによっても引き出し電極34の先端34tの高さ位置を調整することは可能であるが、図29(c)よりも図29(d)の方が引き出し電極34の先端34tをラミネート型エネルギーデバイス18側に寄せることができる。
FIG. 29 is a diagram for explaining a variation of bending of the
図30は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。図30(a)では、引き出し電極34を折り返して、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をハードコート200の外面に貼り合わせている。図30(b)では、引き出し電極34を折り返して、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をEDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品が搭載されている面と反対の面に貼り合わせている。言い換えると、引き出し電極34は、ラミネート型エネルギーデバイス18が実装される基板面と反対側の基板面のみを被覆している。そのため、この場合は、引き出し電極34の基板高さ方向の長さΔL1は、モジュール基板111の高さΔTよりも長くしておく。
FIG. 30 is a diagram for explaining another mounting method of the laminate
図31は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。図31(a)では、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板111の裏側に固定し、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート40によって、ラミネート型エネルギーデバイス18が実装される基板面と反対側の基板面のみを被覆している。このような構成は、符号210の部品がLEDの場合、特に効果的である。すなわち、LED210からの光を遮ることなく、ラミネートシート40によってモジュール基板111を包み込むことができる。ラミネートシート40は、基板面のみを被覆してもよいが、図31(b)に示すように、ラミネートシート40の端部が特定の部品42aと接触したり、特定の部品42aを被覆してもよい。この場合も、ラミネートシート40の基板高さ方向の長さΔL2は、モジュール基板111の高さΔTよりも長くしておく。
FIG. 31 is a diagram for explaining another method for mounting the
図32は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。ここでは、引き出し電極34a,34bとラミネートシート40の両方によってラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板111に固定されている。ラミネートシート40の端部はハードコート200の外面を被覆している。このように、様々な実装態様を適宜組み合わせることが可能である。
FIG. 32 is a diagram for explaining another mounting method of the
図33は、第5の実施の形態に係る他の電源モジュールMを説明するための図であって、図33(a)は模式的平面パターン構成図、図33(b)は模式的側面パターン構造図である。この電源モジュールMは、モジュール基板111の端部を挟み込んだクリップピンP1,P2,P3を介してラミネート型エネルギーデバイス18から電源を供給する。例えば、モジュール基板111の一方の面に周辺回路150・160が実装され、その一方の面にラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34の先端34tが接続され、その引き出し電極34がコの字形に折り曲げられてモジュール基板111の他方の面にラミネート型エネルギーデバイス18の本体が実装される。
FIGS. 33A and 33B are diagrams for explaining another power supply module M according to the fifth embodiment. FIG. 33A is a schematic plane pattern configuration diagram, and FIG. 33B is a schematic side pattern. FIG. The power supply module M supplies power from the laminate
モジュール基板111の表面の上端には、ラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34の先端34tが溶接される。溶接する方が半田付けする場合に比べて引き出し電極34の長さを短くすることができる。この引き出し電極34はコの字形に折り曲げられ、モジュール基板111の裏面にラミネート型エネルギーデバイス18の本体が実装される。その際、ラミネート型エネルギーデバイス18の本体とモジュール基板111とは粘着剤13によって固定されるのが望ましい。
A
モジュール基板111の下端には半田接合部が設けられ、この半田溶接部をクリップピンP1,P2,P3で挟み込んで半田付けする。クリップピンP1,P2,P3の接合位置については後に詳しく説明する。クリップピンP1,P2,P3の間隔は例えば2.54mm、クリップピンP1,P2,P3の長さは例えば10mmである。
A solder joint is provided at the lower end of the
このような電源モジュールMの外面は粉体塗装される。例えば、図34に示すように、樹脂基材の粉体50を溶融化して塗装装置51内の電源モジュールM上に溶射し、その溶射溶融物を冷却する。これにより、図35に示すように、電源モジュールMの外面に粉体塗装された絶縁膜60を形成することができる。電源モジュールMが高温になることを避けるため、例えば常温硬化型の樹脂モールドにより電源モジュールMの外面を絶縁膜で覆うようにしてもよい。粉体塗装や樹脂モールドの方法としては公知の様々な方法を採用することができる。
The outer surface of such a power supply module M is powder-coated. For example, as shown in FIG. 34, the resin base powder 50 is melted and sprayed onto the power supply module M in the
図36は、第5の実施の形態に係る電源モジュールMをメイン基板100に実装する様子を示す模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、メイン基板100に設けられたパッドP1a,P2a,P3aに電源モジュールMのクリップピンP1,P2,P3をそれぞれ挿入して半田付けする。これにより、クリップピンP1,P2,P3がメイン基板100の回路パターンと電気的に接続されるようになっている。その結果、ラミネート型エネルギーデバイス18からクリップピンP1,P2,P3を介してSSD190に電源供給することが可能となる。
FIG. 36 is a schematic bird's-eye view showing a state in which the power supply module M according to the fifth embodiment is mounted on the
以上、説明したように、第5の実施の形態によれば、ラミネート型エネルギーデバイス18とその周辺回路を一体にモジュール基板111に実装しているため、コンパクトで使い勝手のよい電源モジュールMを提供することが可能である。
As described above, according to the fifth embodiment, since the laminate
以上、説明したように、ラミネート型エネルギーデバイス18を用いて緊急時に一時的な電源をSSD190に供給する電源モジュールMを提供することができる。このようにラミネート型エネルギーデバイス18をアドオンモジュール化することで、容量や形状の自由度が上がるため、レイアウト効率を上げることが可能となる。このような電源モジュールは、EDLC等のラミネート型エネルギーデバイス18を使用しているため、応答性がよく瞬停対策に適している。
As described above, it is possible to provide the power supply module M that supplies temporary power to the
以上の説明では、ラミネート型エネルギーデバイス18としてEDLCを例示したが、ラミネート型エネルギーデバイス18としてリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池等を採用してもよい。以下、それぞれの内部電極の基本構造について説明する。
In the above description, EDLC is exemplified as the laminate
(EDLC内部電極)
図37は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18として、EDLC内部電極の基本構造を例示している。EDLC内部電極は、少なくとも1層の活物質電極10,12に、電解液とイオンのみが通過するセパレータ30を介在させ、引き出し電極34a,34bが活物質電極10,12から露出するように構成され、引き出し電極34a,34bは電源電圧に接続されている。引き出し電極34a,34bは、例えば、アルミ箔から形成され、活物質電極10,12は、例えば、活性炭から形成される。セパレータ30は、活物質電極10,12全体を覆うように、活物質電極10,12よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。セパレータ30は、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。EDLC内部電極には、電解液44が含侵されており、セパレータ30を通して、電解液とイオンが充放電時に移動する。
(EDLC internal electrode)
FIG. 37 illustrates a basic structure of an EDLC internal electrode as the
(リチウムイオンキャパシタ内部電極)
図38は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18として、リチウムイオンキャパシタ内部電極の基本構造を例示している。リチウムイオンキャパシタ内部電極は、少なくとも1層の活物質電極11,12に、電解液とイオンのみが通過するセパレータ30を介在させ、引き出し電極34a,34b1が活物質電極10,12から露出するように構成され、引き出し電極34a,34b1は電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極12は、例えば、活性炭から形成され、負極側の活物質電極11は、例えば、Liドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極34aは、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極34b1は、例えば、銅箔から形成される。セパレータ30は、活物質電極11,12全体を覆うように、活物質電極11,12よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。リチウムイオンキャパシタ内部電極には、電解液44が含侵されており、セパレータ30を通して、電解液とイオンが充放電時に移動する。
(Lithium ion capacitor internal electrode)
FIG. 38 illustrates a basic structure of a lithium ion capacitor internal electrode as the
(リチウムイオン電池内部電極)
図39は、第5の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18として、リチウムイオン電池内部電極の基本構造を例示している。第5の実施の形態に係るリチウムイオン電池内部電極は、少なくとも1層の活物質電極11,12aに、電解液とイオンのみが通過するセパレータ30を介在させ、引き出し電極34a,34b1が活物質電極11,12aから露出するように構成され、引き出し電極34a,34b1は電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極12aは、例えば、LiCoO2から形成され、負極側の活物質電極11は、例えば、Liドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極34aは、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極34b1は、例えば、銅箔から形成される。セパレータ30は、活物質電極11,12a全体を覆うように、活物質電極11,12aよりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。リチウムイオン電池内部電極には、電解液44が含侵されており、セパレータ30を通して、電解液とイオンが充放電時に移動する。
(Lithium ion battery internal electrode)
FIG. 39 illustrates a basic structure of a lithium ion battery internal electrode as the laminate
以上説明したように、本発明によれば、安定した電源供給を行うことが可能な電源供給システム及び電源モジュールを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power supply system and a power supply module that can perform stable power supply.
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1〜第5の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described with reference to the first to fifth embodiments. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are exemplary and limit the present invention. should not do. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。例えば、SSD190に電源を供給することとしているが、ハードディスク等のSSD190以外の装置に電源を供給することも可能である。
As described above, the present invention includes various embodiments not described herein. For example, power is supplied to the
本発明に係る電源供給システム及び電源モジュールは、瞬停対策が必要な様々なシステムに有用であり、特に、揮発性メモリのデータを保護することが必要な記憶装置を備えたシステムに適用するのが効果的である。 The power supply system and the power supply module according to the present invention are useful for various systems that need countermeasures against momentary power interruption, and in particular, are applied to a system including a storage device that needs to protect data in a volatile memory. Is effective.
18…ラミネート型エネルギーデバイス
30…セパレータ
34a,34b,34c…引き出し電極
40,180…ラミネートシート
100…メイン基板
102…メイン基板のコネクタ
110…接続端子
111…モジュール基板
112…薄型配線
150…EDLCチャージャー回路
170…電圧監視IC(監視回路、切換回路)
171…リセットIC(監視回路)
172…SW開閉回路(切換回路)
190…SSD(記憶装置、供給対象装置)
192a…換装用ケーブル
M…電源モジュール
P1,P2,P3…クリップピン
18 ... Laminate
171 ... Reset IC (monitoring circuit)
172 ... SW open / close circuit (switching circuit)
190 ... SSD (storage device, supply target device)
192a ... Replacement cable M ... Power supply modules P1, P2, P3 ... Clip pins
Claims (18)
前記メイン基板から電源が供給される供給対象装置と、
正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分に電解液とイオンが通過可能なセパレータを介在させながら、前記引き出し電極が露出するように、かつ前記活物質電極の正電極と負電極とが交互になるように積層した2層以上の積層体をラミネートシートで封止したラミネート型エネルギーデバイスがその周辺回路と一体にモジュール基板に実装された電源モジュールと
を備え、
前記メイン基板の電源が正常に供給されている場合、前記メイン基板の電源から前記供給対象装置に電源を供給するとともに、前記メイン基板の電源によって前記ラミネート型エネルギーデバイスを充電し、前記メイン基板の電源が正常に供給されなくなった場合、前記ラミネート型エネルギーデバイスを放電させ、前記ラミネート型エネルギーデバイスから前記供給対象装置に電源を供給することを特徴とする電源供給システム。 A main board,
A supply target device to which power is supplied from the main board;
While interposing a separator that allows electrolyte and ions to pass through the active material electrode portion of the electrode in which the positive and negative electrode active material electrodes and the positive and negative electrode lead electrodes are integrally formed, the lead electrode is exposed. A laminate type energy device in which a laminate of two or more layers in which the positive electrode and the negative electrode of the active material electrode are alternately laminated is sealed with a laminate sheet is mounted on the module substrate integrally with the peripheral circuit. A power supply module and
When the power of the main board is normally supplied, power is supplied from the power of the main board to the supply target device, and the laminate type energy device is charged by the power of the main board. When the power is not normally supplied, the laminate type energy device is discharged, and the power is supplied from the laminate type energy device to the supply target device.
前記電源モジュールは、前記揮発性メモリに記憶されているデータのバックアップに必要な電源を供給することを特徴とする請求項1に記載の電源供給システム。 The supply target device is a storage device including a volatile memory,
The power supply system according to claim 1, wherein the power supply module supplies power necessary for backup of data stored in the volatile memory.
前記ラミネート型エネルギーデバイスの周辺回路と、
前記ラミネート型エネルギーデバイス及び前記周辺回路を実装するモジュール基板と
を備え、
メイン基板の電源が正常に供給されている場合、前記メイン基板の電源から供給対象装置に電源を供給するとともに、前記メイン基板の電源によって前記ラミネート型エネルギーデバイスを充電し、前記メイン基板の電源が正常に供給されなくなった場合、前記ラミネート型エネルギーデバイスを放電させ、前記ラミネート型エネルギーデバイスから前記供給対象装置に電源を供給することを特徴とする電源モジュール。 While interposing a separator that allows electrolyte and ions to pass through the active material electrode portion of the electrode in which the positive and negative electrode active material electrodes and the positive and negative electrode lead electrodes are integrally formed, the lead electrode is exposed. And a laminated energy device in which a laminate of two or more layers laminated such that the positive electrode and the negative electrode of the active material electrode are alternated is sealed with a laminate sheet;
A peripheral circuit of the laminated energy device;
A module substrate on which the laminated energy device and the peripheral circuit are mounted;
When the power of the main board is normally supplied, power is supplied to the supply target device from the power of the main board, and the laminate type energy device is charged by the power of the main board, and the power of the main board is A power supply module that discharges the laminated energy device and supplies power to the supply target device from the laminated energy device when it is not normally supplied.
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