KR100993051B1 - 배선 기판, 적층형 축전 디바이스 및 적층형 축전디바이스를 갖는 차량 - Google Patents

배선 기판, 적층형 축전 디바이스 및 적층형 축전디바이스를 갖는 차량 Download PDF

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하지메 사또오
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 고신뢰성을 실현하면서 적층형 전지의 각 단전지의 전압의 모니터를 가능하게 하는 배선 기판을 제공하는 것이다.
적층형 전지의 각 단전지의 집전 박 사이에 삽입시키는 배선 기판(100)은, 복수의 치(110)와 하나의 손잡이(130)를 갖는 빗살 형상을 갖는 절연 기판(141)과, 절연 기판 상에 형성되고 상기 복수의 치(110)의 선단부(111)로부터 상기 손잡이(130)의 단부까지 각각 신장하는 것에 의해 복수의 치(110)의 선단부(111)에 접촉하는 도전체의 전위를 상기 손잡이(130)의 단부까지 개별로 전도하는 복수의 배선으로 이루어지는 배선층(143)을 갖는다.
치, 선단부, 배선층, 배선 기판, 단전지

Description

배선 기판, 적층형 축전 디바이스 및 적층형 축전 디바이스를 갖는 차량{WIRING BOARD, STACKED BATTERY DEVICE, AND VEHICLE HAVING STACKED BATTERY DEVICE}
본 발명은 배선 기판, 적층형 축전 디바이스 및 적층형 축전 디바이스를 갖는 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체 형성되는 배선 기판, 이 배선 기판이 실장되는 적층형 축전 디바이스, 및 이 적층형 축전 디바이스를 조립한 차량에 관한 것이다.
최근, 자동차 업계에 있어서는, 환경 보호의 관점으로부터 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 개발이 활발하게 행해지고 있다.
자동차에 적용하기 위한 이차 전지는 큰 출력인 것이 필요하고, 복수의 이차 전지(하나의 이차 전지를 단전지라 부름)를 직렬로 적층한 적층형 전지가 사용되고 있다.
적층형 전지에 있어서는, 각 단전지가 제조 변동에 의해 그 내부 저항이나 용량 등에 변동을 갖기 때문에, 이것을 직렬로 접속했을 때에 각 단전지가 분담하는 전압에 변동이 생긴다. 단전지의 분담 전압의 변동이 발생하면, 분담 전압이 큰 단전지에 과대한 부하가 걸려, 상기 분담 전압이 큰 단전지로부터 열화가 진행되고, 적층형 전지로서의 수명이 상기 분담 전압이 큰 단전지에 의해 제한되어 버리는 것으로 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 각 단전지의 분담 전압을 측정하고, 측정의 결과를 기초로 하여 분담 전압을 제어하는 것에 의해, 모든 단전지의 분담 전압을 균등하게 하는 것이 바람직하다.
단전지마다의 전압 즉 분담 전압을 전지의 외측으로부터 검출하는 발명은, 하기 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 구체적으로는, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 발명은 다음과 같은 것이다. 각 단전지의 집전 박의 각각 다른 위치에 탭을 접속한다. 각각의 탭에 대응하는 위치에 접촉 단자를 갖는 1매의 배선판을 복수의 단전지와 함께 적층한다. 탭에 접촉 단자를 접촉시키는 것에 의해, 각 단전지의 전압을, 배선판을 통해 전지의 외부로 도출한다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-235428호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-87238호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 발명은, 탭(즉, 금속의 판, 또는, 금속 박)을 집전 박과 접속시키기 위해 전지의 층 사이에 삽입할 때에, 단전지의 구성 요소인 세퍼레이터를 변형시킬 가능성이 있다. 또한, 탭은 금속의 판, 또는, 금속 박으로 이루어지기 때문에, 장기적으로는, 집전체와의 접속 부분이나 가요성 기판으로 이루어지는 배선판과의 접속 부분에 응력이 집중될 우려가 있고, 진동에 의한 금속 피로를 유발할 우려도 있다.
본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것이며, 이면이 절연체로 이루어지는 일체 형성된 배선 기판을 각 대향하는 집전 박 사이에 끼워 넣는 간이한 구조로 함으로써, 세퍼레이터의 변형을 방지하는 것이다. 또한, 배선 기판은, 종래 탭에 의해 구성하고 있었던 집전 박과의 접속 부분도 포함하여 변형ㆍ절곡에 강한 가요성 기판으로 하는 것에 의해 피로 수명을 향상시키는 것이다. 즉, 본 발명은, 고신뢰성을 실현하면서 각 단전지의 전압을 모니터하는 것을 가능하게 하는 전지 제어용 배선 기판, 적층형 축전 디바이스 및 적층형 축전 디바이스를 갖는 차량을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 배선 기판은, 복수의 치와 상기 복수의 치를 지지하는 하나의 손잡이를 갖는 빗살 형상의 절연 기판과, 상기 절연 기판 상에 형성되고 상기 복수의 치의 각각의 선단부로부터 상기 손잡이의 단부까 지 개별로 연신하여 상기 복수의 치의 선단부에 접촉하는 도전체의 전위를 상기 손잡이의 단부까지 전도시키는 복수의 배선을 구비한 배선층을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 적층형 축전 디바이스는, 복수의 대향하는 집전 박과, 상기 대향하는 집전 박 사이에 각각 삽입되고 상기 대향하는 집전 박의 어느 한쪽과 전기적으로 접속된 복수의 치 및 상기 복수의 치의 각각에 접속되어 상기 복수의 치의 전위를 출력하기 위한 출력단을 갖는 손잡이를 구비한 빗살 형상의 배선 기판을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본원 발명은 상기 배선 기판을 조립한 적층형 축전 디바이스, 상기 축전 디바이스를 갖는 차량일 수 있다.
본 발명에 관한 배선 기판에 따르면, 가요성 기판에 의해 일체 형성되는 한 개의 배선 기판을 이용하는 것에 의해, 고신뢰성을 실현하면서, 적층형 축전 디바이스의 구성 요소인 복수의 단전지의 각 전압을 모니터할 수 있다.
이하, 도1 내지 도6을 이용하여 본 발명에 관한 전지 제어용 배선 기판, 상기 배선 기판을 조립한 적층형 축전 디바이스, 상기 적층형 축전 디바이스를 갖는 차량에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태를 참조하는 도면에서는, 배선 기판 등 적층형 축전지의 구성 요소 등의 각 층의 두께나 형상을 과장하고 있지만, 이것은 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서이다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배선 기판인 가요성 기판에 의한 배선 기판을 모식적으로 도시한 것이다. 도1의 (A)는 배선 기판의 상면도이고, 도1의 (B) 및 도1의 (C)는 각각 도1의 (A)의 B 및 C에 있어서의 단면도이다.
도1의 (A)에 도시하는 바와 같이, 배선 기판(100)은 빗살형 구조를 갖고, 선단부에서 도전체인 구리가 노출되어 있는 복수의 치(齒)(110)와, 상기 복수의 치의 선단부의 노출된 구리에 접촉한 도전체의 전위를 외부로 출력하기 위한 커넥터(120) 및 배선을 갖고 어느 정도의 길이를 갖는 손잡이(130)를 갖고 있다. 상기 손잡이(130)는, 외부로부터 상기 전위를 모니터할 수 있도록 하기 위해, 전지의 외장재를 관통하여 상기 커넥터가 외장재의 외측으로 나와 있는 것이 필요하기 때문에, 어느 정도의 길이를 갖는 것이 필요로 된다. 도1의 (B)에 도시하는 바와 같이, 배선 기판(100)은, 폴리이미드로 이루어지는 절연 기판(141)과, 절연체의 접착재로 이루어지는 제1 접착층(142)과, 도전체인 구리로 이루어지는 배선층(143)과, 절연체의 접착층으로 이루어지는 제2 접착층(144)과, 폴리이미드로 이루어지는 커버층(145)의 5개의 층으로 이루어지고, 상기 복수의 치(110)의 선단부(111)는 표면에 구리를 노출시키기 위해 제2 접착층(144)과 커버층(145)을 제거하고 있다. 즉, 도1의 (C)에 도시하는 바와 같이 상기 복수의 치(110)의 선단부(111)는 폴리이미드로 이루어지는 절연 기판(141)과, 절연체의 접착재로 이루어지는 제1 접착층(142)과, 도전체인 구리로 이루어지는 배선층(143)의 3개의 층으로 이루어진다. 한편, 배선 기판(100) 전체는 폴리이미드로 이루어지는 절연 기판(141)을 갖고 있기 때문에 상기 복수의 치(110)의 이면도 폴리이미드로 이루어지는 절연 기판(141)으로 덮 여 있다. 배선 기판(100)의 대향하는 집전 박 사이에 삽입되는 부분인 상기 복수의 치(110)의 선단부(111)의 두께는 대향하는 집전 박 사이의 간격보다도 작은 것을 필요로 한다. 대향하는 집전 박 사이에 상기 복수의 치(110)의 선단부(111)를 삽입했을 때에, 상기 선단부(111)의 두께가 대향하는 집전 박 사이의 간격보다도 크면 집전 박에 요철이 생겨, 고정시에 세퍼레이터 등을 깨뜨려 단락을 발생시킬 우려가 있고, 또한 밀봉재가 넘칠 우려가 있기 때문이다. 따라서, 복수의 치(110)의 선단부(111)의 두께를 대향하는 집전 박 사이의 간격보다도 작게 하는 것에 의해, 최악의 경우인, 단전지의 전극 사이의 단락(short)의 발생을 방지하여 제조 수율을 향상시키고, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
배선 기판(100)의 손잡이(130)의 단부에 위치하는 커넥터(120)는, 상기 복수의 배선층과 스루홀을 통해 접속되는 범프(121)를 복수 갖는 구조를 취할 수 있다. 이와 같은 구조로 하는 것에 의해, 상기 복수의 치의 선단부(111)에 접촉하는 피측정체인 도전체의 전위는 상기 범프(121)를 통해 외부로 출력할 수 있다. 또한, 상기 범프(121)는 상기 손잡이(130)의 선단부뿐만 아니라, 손잡이(130)의 중앙부 등에 위치해도 좋다. 이와 같이 커넥터를 갖는 것에 의해, 콤팩트하고 또한 적은 공정수로 각 단전지의 전압을 모니터할 수 있다.
배선 기판(100)은, 적층형 축전 디바이스의 하나인 바이폴라 전지의 구성 요소인 단전지의 전압을 모니터하기 위해 이용할 수 있다. 즉, 하나의 집전 박의 표면에 형성된 정극 활물질층과 이온 전도층과 다른 집전 박의 표면에 형성된 부극 활물질층으로 이루어지는 단전지의 적층 구조를 갖는 바이폴라 전지에 있어서, 각 대향하는 집전 박 사이에 배선 기판의 복수의 치(110)를 하나씩 삽입하고, 상기 복수의 치(110)의 배선층인 구리가 노출된 선단부(111)와 상기 대향하는 집전 박의 어느 한쪽과 접촉시키는 것에 의해 집전 박과 치의 선단부를 전기적으로 접속하는 것에 의해, 각 단전지의 전압을 모니터할 수 있다. 각 단전지의 전압은, 배선 기판의 치의 선단부로부터 손잡이의 단부에 위치하는 커넥터까지 신장하는 복수의 배선에 의해 전도되어, 외부로 출력할 수 있다. 또한, 배선 기판의 치의 이면은 폴리이미드로 이루어지는 절연 기판(141)으로 덮여 있기 때문에, 각 대향하는 집전 박 사이에 배선 기판의 복수의 치(110)를 삽입하는 것에 의해 상기 집전 박 사이가 단락하는 것을 방지하고 있다.
제1 실시 형태에 관한 배선 기판(100)은 가요성 기판을 사용하여 일체 형성한다. 즉, 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술과 같이 복수의 각 단전지의 전압을 측정하기 위해 복수의 종류의 부품을 이용할 필요가 없고, 하나의 부품만에 의해 상기 복수의 종류의 부품으로 달성하고 있었던 기능을 발휘하는 것이다. 따라서, 콤팩트하게 적은 공정수로 각 단전지의 정보를 모니터할 수 있기 때문에, 종래와 비교하여 매우 큰 비용 저감 효과를 갖는다.
제1 실시 형태에 관한 배선 기판(100)에 있어서는, 또한 각 단전지에 있어서 대향하는 집전 박을 전기적으로 접속하는 기능을 갖는 방전 회로 소자(150)를 실장할 수 있다. 방전 회로 소자(150)는 예를 들어 저항기나, 제너 다이오드로 이루어질 수 있고, 배선 기판(100)에 하이브리드 실장될 수 있다. 바이폴라 전지의 외장재의 내부에 방전 회로 소자를 실장할 수 있기 때문에, 외장재의 외부에 방전 회로 소자를 더 구비할 필요가 없게 되어, 바이폴라 전지의 체적 저감 및 비용의 저감이 가능하게 된다. 방전 회로 소자(150)에 이용되는 부품은, 예를 들어 저항기, FET, IC 등을 생각할 수 있다. 이들을 가요성 기반으로 이루어지는 배선 기판(100)에 실장한 부위의 두께는 0.7 ㎜ 이하로 할 수 있고, 바이폴라 전지의 구성 요소인 집전 박의 적층 구조의 두께보다도 작게 할 수 있다. 따라서, 방전 회로 소자(150)를 배선 기판(100)에 실장한 부분의 두께가 원인으로, 상기 집전 박의 적층 구조와 배선 기판(100)을 일체 구조로 하는 것에 의한 바이폴라 전지의 패키지 체적 및 패키지 두께가 증가되지 않도록 할 수 있다. 방전 회로 소자(150)는 플립 칩 실장 등을 하는 것에 의해, 실장 부분의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다. 방전 회로 소자(150)를 바이폴라 전지의 각 단전지의 대향하는 집전 박 사이에 전기적으로 접속하면, 바이폴라 전지를 장시간 충전하지 않은 상태에서 장시간 경과했을 때 방전 회로에 의해 방전되는 것에 의해 각 단전지의 전압은, 일정한 전압으로 갖추어지는 것으로 된다. 그와 같이 하면, 재충전 개시시에는 각 단전지의 전압은 상기 일정한 전압으로 갖추어져 있는 것으로 되기 때문에, 각 단전지가 분담하는 전압을 일정하게 갖출 수 있어, 분담 전압의 차가 커지는 것에 기인하는 수명의 열화를 회피할 수 있다. 또한, 바이폴라 전지의 충전시에 있어서도, 직렬 접속되는 각 단전지 중 하나가 사용 전압 범위를 초과한 경우에 이것을 검출하는 기능을 갖게 할 수도 있다. 단전지가 사용 전압 범위를 일탈하면 바이폴라 전지의 수명이 저하되기 때문에, 이것을 방지할 수 있다.
또한, 외장재에 진공 라미네이트 등을 사용하는 경우에는, 전해액 등의 증기 에 노출되는 일이 있기 때문에, 실장된 방전 회로 소자 상에 내약품성의 절연 코팅을 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배선 기판(100)은, 상술한 바와 같이, 어느 정도의 길이를 갖는 손잡이(130)를 갖는 것에 의해 외장재의 외측까지 손잡이를 관통시키고, 커넥터를 외장재의 외측으로 나오는 구조를 취하는 것에 의해 배선에 의해 각 단전지의 전압을 외부에 전달하는 것이다.
이것에 반해 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 배선 기판은 안테나 실장부를 갖고, 각 단전지의 전압의 정보를 무선에 의해 외부로 송신하는 것이다. 제2 실시 형태에 대한 설명은 후술한다.
도2는 바이폴라 전지에 있어서의 각 단전지(210)와 배선 기판(100)이 접속된 상태를 도시하는 모식도이다. 도2의 (A)는 적층된 단전지(210)와 배선 기판(100)이 접속된 상태의 상면도이고, 도2의 (B)는 도2의 (A)의 B에 있어서의 단면도이다. 단전지(210)는, 이온 전도층(240)과, 상기 이온 전도층을 사이에 끼워 넣는 정극 활물질층(250) 및 부극 활물질층(260)과, 대향하는 집전 박(220)과, 대항하는 집전 박끼리를 전기적으로 절연하는 밀봉재(230)로 이루어진다. 도2에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 있어서는, 배선 기판(100)과 각 단전지(210)의 집전 박은 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)와 각 단전지(210)의 집전 박이 접합하는 것에 의해 전기적으로 접속된다. 바이폴라 전지는 대향하는 집전 박(220)끼리 전기적으로 절연시키기 위한 밀봉재(230)를 집전 박(220)의 주연부에 갖고 있고, 각 단전지(210)와 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)와의 전기적 접속은 밀봉재(230)를 이용하여 실현할 수 있다. 배선 기판의 치의 선단부(111)와 각 단전지(210)의 집전 박(220)을 전기적으로 접속시키기 위해, 이하의 공정을 실시할 수 있다. 즉, 하나의 집전 박(220)의 주연부에 상기 밀봉재(230)를 배치한 후, 밀봉재(230) 상에 배선 기판(100)의 도전체인 구리가 노출된 치의 선단부(111)를 위로 하여 배치하고, 그 위에 대향하는 다른 집전 박(220)을 적재하는 작업을 복수회 반복하는 것에 의해 단전지(210)의 구성 요소를 적층시킨다. 그 후, 열압착 공정에 의해 적층된 단전지(210)의 구성 요소를 열압착시킨다. 밀봉재(230)는 집전 박(220)과 열 용착에 의해 접착되는 동시에, 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)의 도전체가 노출된 상면 이외의 부분을 둘러싼 상태로 각 단전지(210)의 집전 박(220)에 도전체가 노출된 치의 선단부(111)를 압박하도록 전기적으로 접속된다. 밀봉재(230)는 탄성체인 PEO, PPO, PVdF, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등을 이용할 수 있다. 밀봉재(230)에 탄성체를 이용하는 것에 의해 집전 박과 배선 기판(100)의 도전체인 구리가 노출된 치의 선단부(111)의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생하는 응력을 흡수하여, 온도 변화에 의한 박리를 방지할 수 있다. 이것에 의해, 바이폴라 전지의 고장률을 저감하여, 전지 패키지의 수명을 길게 할 수 있다.
도3은 바이폴라 전지의 하나의 단전지(210)에 있어서의 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)와 집전 박(220)이 접합한 상태를 확대한 모식도를 도시하는 것이다. 단전지(210)에 있어서 대향하는 집전 박(220) 사이에는, 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)이며 도전체인 구리가 노출된 부분이 삽입되어 있고, 상기 치의 선단부(111)의 노출된 구리와 대향하는 집전 박(220) 중 하나가 접합하고 있다. 상 술한 바와 같이, 밀봉재(230)는 집전 박(220)과 열 용착에 의해 접착되는 동시에, 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)의 도전체가 노출된 상면(112) 이외의 부분을 둘러싼 상태로 각 단전지(210)의 집전 박(220)에 도전체가 노출된 치의 선단부(111)를 압박하도록 전기적으로 접속되어도 좋지만, 이방성 도전 필름(ACF)이나, 이방 도전성 접착제(ACI) 등의 접합부제를 이용하여 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)와 집전 박(220)을 접착해도 좋다. 접합 부재를 이용하는 것에 의해, 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)와 집전 박(220)의 접착을 확실하게 함으로써 고장률을 저감할 수 있고, 진동에 대한 내력도 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 배선 기판(100)은, 배선 기판(100)의 치의 선단부(111)의 도전체가 노출된 상면(112) 이외의 부분을 둘러싼 상태로 각 단전지의 집전 박에 도전체가 노출된 치의 선단부(111)를 압박하도록 하는 것에 의해, 상기 배선 기판(100)과 각 단전지(210)의 집전 박(220)은 전기적으로 접속된다. 따라서, 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술과 같이 각 단전지(210)의 각 집전 박에 접속된 탭을 끼워 넣어 각 집전 박과 전기적으로 접속을 취하기 위한 소켓이 필요해지는 일이 없다. 따라서, 본 발명은, 이 점에 있어서도 종래와 비교하여 매우 큰 비용 저감 효과를 갖는다.
제1 실시 형태에 관한 배선 기판(100)은 유연성을 갖는 가요성 기판으로 이루어지는 것에 의해 진동에 의한 변형이나 절곡에 대한 내력이 크고, 피로 파괴가 일어나기 어렵기 때문에 신뢰성이 높다는 큰 효과를 갖는다. 종래는 각 단전지(210)의 집전 박(220)과 탭을 접속하고, 상기 탭을 소켓으로 끼움으로써 각 단전 지(210)의 전압을 모니터하고 있었기 때문에, 상기 소켓과 상기 탭과의 접촉부가 진동에 의한 굽힘에 의해 절단된다고 하는 피로 파괴가 일어나기 쉽다는 문제가 있었다. 이와 같은 문제는, 진동이 항상 발생하는 장소에 바이폴라 전지를 설치하는 경우, 즉, 바이폴라 전지를 자동차 등의 차량에 적용하는 경우에 현저해지기 때문에, 본 발명은 자동차 등의 차량에 적용되는 경우에 의해 큰 장점을 갖는다. 또한, 바이폴라 전지의 적층 구조의 조립시에 배선 기판(100)의 치를 크게 구부리는 것이 가능하게 되는 것 외에, 높이가 다른 집전 박의 사이에 배선 기판(100)의 치를 삽입한 경우의 잔류 응력이 작아진다는 장점도 갖는다.
도4는 배선 기판(100)을 조립한 바이폴라 전지(400)의 모식도를 도시한 것이다. 도4의 (A)는 바이폴라 전지(400)의 상면도이고, 도4의 (B)는 도4의 (A)의 B에 있어서의 단면도이다. 빗살형 구조를 갖는 배선 기판(100)은 각 단전지(210)의 대향하는 집전 박 사이에 치의 선단부가 삽입되고 집전 박과 전기적으로 접속되어 있는 것으로부터, 배선 기판의 치부(齒部)(160) 전체적으로는 단전지(210)가 직렬 접속된 적층체인 전지 요소(430)에 대해 충분히 전압을 검지하기 위해 적절하게 접하도록, 필요에 따라서 각도를 갖게 하면서 삽입된다. 바이폴라 전지(400)는, 도4에 도시하는 바와 같이 편평한 형상을 갖고 있고, 그 양측부로부터는 전력을 취출하기 위한 정극 탭(420A), 부극 탭(420B)이 인출되어 있다. 단전지(210)가 직렬 접속된 적층체인 전지 요소(430)는 바이폴라 전지(400)의 외장재(예를 들어 라미네이트 필름)(410)에 의해 둘러싸이고, 그 주위는 열융착되어 있고, 전지 요소(430)는 정극 탭(420A) 및 부극 탭(420B) 및 배선 기판(100)의 커넥터(120)를 갖는 손잡이(130)를 인출한 상태로 밀봉되어 있다. 배선 기판(100)의 커넥터(120)를 갖는 손잡이(130)는 외장재(410)의 외측으로 관통하고 있어, 커넥터(120)를 통해 내부의 각 단전지(210)의 전압을 모니터할 수 있다. 상기 손잡이(130)가 외장재(410)의 외측으로 관통하는 방향은, 어느 하나의 강전 탭(420)의 방향과 동일하게 하는 것에 의해 하나의 바이폴라 전지(400)의 실장 면적을 작게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 배선 기판의 소재에 가요성 기판과 같은 유연성을 갖는 것을 이용하는 것에 의해 진동에 의한 변형ㆍ절곡에 대한 내력을 향상시켜, 피로 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 이면이 절연체로 이루어지는 일체 형성된 배선 기판을 각 대향하는 집전 박 사이에 끼워 넣는 간이한 구조로 하는 것에 의해, 최악의 경우인 전지의 단락을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명은 고신뢰성을 실현하면서 각 단전지의 전압을 모니터하는 것을 가능하게 한다. 또한, 일체 형성된 빗살 형상의 배선 기판에 의해 복수의 각 단전지의 전압을 모니터하는 것을 가능하게 하기 때문에 종래와 비교하여 매우 큰 비용 저감 효과를 갖는다. 또한, 배선 기판과 각 단전지의 집전 박과의 전기적 접속을, 밀봉재와 집전 박의 열 용착에 수반하여 배선 기판의 도전체가 노출된 치의 선단부가 집전 박에 압박되는 것에 의해 행하기 때문에, 종래와 같이 각 집전 박과 전기적으로 접속을 취하기 위한 소켓이 필요해지는 일이 없어, 이 점에 있어서도 종래와 비교하여 비용 저감 효과를 갖는다.
다음에 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도5는 제2 실시 형태에 관한 배선 기판(500)을 모식적으로 도시한 것이다. 제2 실시 형태는 제1 실시 형태와 달리, 배선 기판에 안테나 실장부를 갖고, 각 단전지의 전압을 무선에 의해 외부로 송신한다는 것이다. 따라서, 제2 실시 형태에 관한 배선 기판은 커넥터를 갖고 있지 않고, 그 대신에 안테나 실장부(510), IC 칩 실장부(520), 전압계 실장부(530)를 갖는다.
안테나 실장부(510)에는 안테나의 패턴이 형성된다. 전압계 실장부(530)에는 전압계가 실장된다. IC 칩에는 단전지의 전압을 디지털로 변환하기 위한 AD 변환기, 그 데이터를 보유하는 메모리, 상기 데이터에 대응하여 안테나를 구동하는 안테나 구동 회로를 가질 수 있다. 각 단전지의 데이터는, 안테나에 의해 무선으로 발신한다.
제2 실시 형태는, 단전지의 전압을 무선으로 발신하기 때문에, 배선 기판은 커넥터를 갖고 있지 않는 점과, 안테나 실장부, IC 칩 실장부, 전압계 실장부를 갖는 점이 다르지만, 그 밖의 구성 및 효과는 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 그 밖의 설명은 생략한다.
도6은 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지(660)를 실제로 자동차에 적용한 경우의 자동차의 제어 기능을 표시한 블럭도를 나타낸 것이다. 바이폴라 전지(660)를 복수개 직렬로 접속하고, 또한 상기 직렬로 접속한 복수의 바이폴라 전지(660)를 또한 병렬로 접속한다. 직렬 접속하는 바이폴라 전지(660)의 수는, 수율의 점으로부터 최적의 수로 할 수 있고, 예를 들어 12개로 할 수 있다.
도6의 실선부는 전기적인 접속을 나타내고, 점선은 쌍방향에 정보의 전달이 이루어지는 네트워크에 의한 접속을 나타내고 있다. 상기 네트워크에 의한 접속 은, 예를 들어 차내 통신을 경유하여 차량 컨트롤러에 전지의 정보를 전달하는 접속이다. 모든 바이폴라 전지(660)의 각각에 실장되어 있는 배선 기판은 커넥터(651A 내지 651L, 652A 내지 652L)에 의해 전지 컨트롤 유닛(610)과 결선된다. 상기 직렬 접속된 바이폴라 전지(660)의 중앙에 접속된 전지 부근에 설치된 복수의 온도계(670)도 또한 전지 컨트롤 유닛(610)과 접속된다. 온도계(670)는, 온도 센서를 배선 기판에 실장하는 것에 의해 구성할 수 있다.
도8은 온도 센서를 실장한 가요성 기판에 의한 배선 기판(800)을 모식적으로 도시한 도면이다. 도8에 도시하는 바와 같이, 배선 기판(800)은, 선단부(811)에서 도전체인 구리가 노출되어 있는 복수의 치(810)에 부가하여, 선단부에 온도 센서(860)가 실장된 치(810A)를 가질 수 있다. 온도 센서(860)는 온도 계측 저항체로 이루어져도 좋고, 온도 계측 저항체 양단부는 배선 기판의 배선층에 있어서의 배선과 접속되고, 상기 배선을 통해 커넥터(820)의 범프(821)에 접속될 수 있다. 따라서, 범프(821)를 통해 전지의 내부의 온도를 계측할 수 있다. 선단부에 온도 센서(860)가 실장된 치(810A)는, 상기 복수의 치(810)와 마찬가지로 가요성 기판에 의해 이루어지는 것이고, 복수의 치(810)와 마찬가지로 바이폴라 전지의 각 대향하는 집전 박 사이의 어느 쪽에도 삽입할 수 있다. 여기서, 온도 센서(860)의 종류는 특별히 한정될 일은 없고, 열전대라도 좋다.
도6으로 복귀하여, 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지를 실제로 자동차에 적용한 경우의 자동차의 제어 기능에 대한 설명을 계속한다. 직렬 접속된 바이폴라 전지(660)의 직렬 결선된 결선 사이에는 전류계(680)가 설치되고 전지 컨트롤 유 닛(610)에 접속된다. 전지 컨트롤 유닛(610)은, 각 바이폴라 전지(660)의 각 단전지의 전압과, 상기 온도계(670)에 의해 계측된 온도와, 상기 전류계(680)에 의해 계측된 전류치의 데이터를 모니터하고, 그 결과를 차량 컨트롤러(620)에 출력하는 기능을 갖는다.
차량 컨트롤러(620)는 모터 컨트롤러(630) 등 차량 전체를 제어하는 기능을 갖고, 인버터(640)는 모터 컨트롤러(630)로부터의 신호를 기초로 하여 바이폴라 전지(660)를 충방전한다. 바이폴라 전지(660)의 각 단전지의 상태는 차량 컨트롤러(620)에 의해 판단되고, 각 단전지의 사용 전압 범위를 일탈하기 전에 상기 사용 전압 범위의 중앙으로 복귀하도록 제어될 수 있다. 따라서, 차량 컨트롤러(620)는 바이폴라 전지(660)의 각 단전지를 모니터하고, 그 결과를 기초로 인버터(640)를 제어하여 바이폴라 전지(660)를 충방전한다. 또한, 바이폴라 전지의 부하로 되는 모터(690) 등의 제어에 관해, 바이폴라 전지의 상태가 전달되기 때문에, 바이폴라 전지(660)의 사용 전압 범위나 추천 전압 범위를 지킨 차량의 운행을 행할 수 있다.
본 발명에 관한 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지를 전기 자동차에 탑재하기 위해서는, 도7에 도시하는 바와 같이, 전기 자동차(700)의 차체 중앙부의 좌석 하측(710)에 탑재될 수 있다. 좌석 하측에 탑재하면, 차내 공간 및 트렁크룸을 넓게 취할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 바이폴라 전지를 탑재하는 장소는, 좌석 하측에 한정되지 않고, 후방부 트렁크룸의 하부라도 좋고, 차량 전방의 엔진룸이라도 좋다.
[실시예]
본 발명에 관한 배선 기판에는 가요성 기판이 이용될 수 있다. 한편, 종래, 각 단전지의 전압 모니터용 탭에는 구리박을 이용하고 있다. 따라서, 본 발명에 관한 배선 기판의 진동에 의한 변형ㆍ절곡에 대한 내력을 평가하기 위해, IPC 굴곡 시험에 의한 실험을 실시했다.
도9는 IPC 굴곡 시험에 의한 실험에 이용한 시료를 나타낸 것이다. 도9의 (A)는 종래의 전압 모니터용 탭에 상당하는 구리박의 평면도와 단면도를 도시한 것이다. 도9의 (B)는 본 발명에 관한 배선 기판에 상당하는 가요성 기판의 단면도를 도시한 것이다. IPC 굴곡 시험에 있어서, 굽힘 반경 R = 3 ㎜에서 진동시킨 결과, 종래의 전압 모니터용 탭에 상당하는 구리박은, 약 8000회에서 단선되었다. 한편, 본 발명에 관한 배선 기판에 상당하는 가요성 기판은, 약 20억회에서 단선되었다. 이 결과로부터, 진동에 의한 변형ㆍ절곡에 대한 내력은, 종래의 전압 모니터용 탭에 상당하는 구리박보다도 본 발명에 관한 배선 기판에 상당하는 가요성 기판의 쪽이 25만배 우수한 것이 명백하다.
이상, 본 발명에 관한 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지가 자동차용 전원으로서 이용되는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명의 이용 분야는 이것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속한 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면 본 발명의 사상과 정신을 벗어나는 일없이, 본 발명을 수정 또는 변경할 수 있다.
본 발명에 관한 배선 기판은 주로 자동차용 전원으로서 이용되는 바이폴라 전지에 조립되는 전지 제어용 배선 기판으로서 이용할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배선 기판인 가요성 기판에 의한 배선 기판의 상면도와 단면도.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지에 있어서의 각 단전지와 배선 기판이 접속된 상태를 도시하는 상면도와 단면도.
도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지의 하나의 단전지에 있어서의 배선 기판의 치의 선단부와 집전 박이 접합한 상태를 도시하는 상면도와 단면도.
도4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지의 상면도와 단면도.
도5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 배선 기판인 가요성 기판에 의한 배선 기판의 상면도.
도6은 본 발명에 관한 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지를 자동차에 적용 한 경우의 자동차의 제어 기능을 표시한 블럭도.
도7은 본 발명인 배선 기판을 조립한 바이폴라 전지를 탑재한 전기 자동차를 도시하는 도면.
도8은 온도 센서를 실장한 가요성 기판에 의해 이루어지는 배선 기판의 상면도.
도9는 IPC 굴곡 시험에 이용한 구리박의 평면도 및 단면도와 가요성 기판의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 500 : 배선 기판
110, 810 : 배선 기판의 복수의 치
111, 811 : 배선 기판의 복수의 치의 선단부
120, 820 : 커넥터
121, 821 : 범프
130 : 배선 기판의 손잡이
141 : 절연 기판
142 : 제1 접착층
143 : 배선층
144 : 제2 접착층
145 : 커버층
150 : 방전 회로 소자
210 : 단전지
220 : 집전 박
230 : 밀봉재
240 : 이온 전도층
250 : 정극 활물질층
260 : 부극 활물질층
400, 660 : 바이폴라 전지
410 : 외장재
420A : 정극 탭
420B : 부극 탭
430 : 전지 요소
510 : 안테나 실장부
520 : IC 칩 실장부
530 : 전압계 실장부
610 : 전지 컨트롤 유닛
620 : 차량 컨트롤러
630 : 모터 컨트롤러
640 : 인버터
650 : 전지 컨트롤 유닛에 전기적으로 접속되는 결선
651A 내지 651L, 652A 내지 652L : 전지 컨트롤 유닛에 전기적으로 접속되는 커넥터
670 : 온도계
680 : 전류계
690 : 모터
700 : 전기 자동차
710 : 좌석 하측
810A : 온도 센서가 실장된 치
860 : 온도 센서

Claims (18)

  1. 복수의 치(齒)와 상기 복수의 치를 지지하는 하나의 손잡이를 갖는 빗살 형상의 절연 기판과,
    상기 절연 기판의 손잡이 또는 손잡이의 선단부의 어느 한쪽, 혹은 양쪽에 설치되어 상기 치의 선단부에 접촉하는 집전 박의 전위를 전도시키기 위한 커넥터와,
    상기 절연 기판 상에 형성되고 상기 복수의 치의 각각의 선단부로부터 상기 커넥터까지 개별로 연신하고, 또한 상기 복수의 치의 선단부에 접촉하는 집전 박의 전위를 상기 커넥터까지 전도시키는 복수의 배선을 구비한 배선층을 갖는 것을 특징으로 하는, 적층형 전지의 각 집전 박의 전압을 모니터링하기 위한 배선 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배선 기판은 가요성 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는, 적층형 전지의 각 집전 박의 전압을 모니터링하기 위한 배선 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배선 기판의 표면인 제1 면은 복수의 치의 선단부에 상기 배선층이 노출되는 부분을 갖고,
    상기 배선 기판의 이면인 제2 면은 상기 배선층이 노출되는 부분을 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 적층형 전지의 각 집전 박의 전압을 모니터링하기 위한 배선 기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 면에는 상기 치의 선단부에 접촉하는 집전 박과 접합하기 위한 접합 부재를 갖는 것을 특징으로 하는, 적층형 전지의 각 집전 박의 전압을 모니터링하기 위한 배선 기판.
  5. 삭제
  6. 복수의 대향하는 집전 박과,
    복수의 치(齒)와 상기 복수의 치를 지지하는 하나의 손잡이를 갖는 빗살 형상의 절연 기판과, 상기 절연 기판의 손잡이 또는 손잡이의 선단부의 어느 한쪽, 혹은 양쪽에 설치되어 상기 치의 선단부에 접촉하는 집전 박의 전위를 전도시키기 위한 커넥터와, 상기 절연 기판 상에 형성되고 상기 복수의 치의 각각의 선단부로부터 상기 커넥터까지 개별로 연신하고, 또한 상기 복수의 치의 선단부에 접촉하는 상기 집전 박의 전위를 상기 커넥터까지 전도시키는 복수의 배선을 구비한 배선층을 갖는 배선 기판을 갖고,
    상기 복수의 치는 상기 대향하는 집전 박 사이에 각각 삽입되고 상기 대향하는 집전 박의 어느 한쪽과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  7. 삭제
  8. 집전 박의 한쪽의 면에 정극층이 형성되고 다른 쪽의 면에 부극층이 형성된 복수의 바이폴라 전극을 정극층과 부극층이 마주보도록 이온 전도층을 통해 위치시키고, 상기 바이폴라 전극과 상기 이온 전도층을 교대로 복수 적층하여 구성한 전지 요소와,
    복수의 치(齒)와 상기 복수의 치를 지지하는 하나의 손잡이를 갖는 빗살 형상의 절연 기판과, 상기 절연 기판의 손잡이 또는 손잡이의 선단부의 어느 한쪽, 혹은 양쪽에 설치되어 상기 치의 선단부에 접촉하는 집전 박의 전위를 전도시키기 위한 커넥터와, 상기 절연 기판 상에 형성되고 상기 복수의 치의 각각의 선단부로부터 상기 커넥터까지 개별로 연신하고, 또한 상기 복수의 치의 선단부에 접촉하는 상기 집전 박의 전위를 상기 커넥터까지 전도시키는 복수의 배선을 구비한 배선층을 갖는 배선 기판을 갖고,
    상기 복수의 치는 대향하는 상기 집전 박 사이에 각각 삽입되고 상기 대향하는 집전 박의 어느 한쪽과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 대향하는 집전 박의 사이에 위치하고 집전 박끼리를 전기적으로 절연하는 밀봉재를 더 갖고,
    상기 밀봉재는 상기 복수의 치의 선단부의 상기 배선층이 노출되는 부분 이외의 부분을 둘러싼 상태에서 상기 집전 박과 접합시키는 것에 의해 상기 복수의 치와 상기 집전 박을 접촉시켜 전기적으로 접속시키고 있는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  11. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 배선 기판은, 상기 배선 기판에 실장되고 상기 대향하는 집전 박 사이를 전기적으로 접속시키는 기능을 갖는 방전 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  12. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 빗살 형상의 배선 기판의 치의 두께는 상기 대향하는 집전 박 사이의 간격보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 배선 기판의 상기 방전 회로가 실장된 부분의 두께는 상기 배선 기판에 전기적으로 접속된 집전 박의 적층 구조의 두께보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 대향하는 집전 박 사이에 삽입된 상기 빗살 형상의 배선 기판의 치는 상기 집전 박과 상기 치의 접촉면을 제외하고 탄성체로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  15. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 적층형 축전 디바이스는 외장재를 더 포함하고, 상기 빗살 형상의 배선 기판의 손잡이는 상기 외장재의 밀봉부를 관통하여 상기 외장재의 외측으로 빠져나가 있는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  16. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 배선 기판은 상기 축전 디바이스의 외부의 컨트롤러에 접속되는 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  17. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 배선 기판은 가요성 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 적층형 축전 디바이스.
  18. 제6항 또는 제8항에 따른 적층형 축전 디바이스를 포함하고, 상기 적층형 축전 디바이스는 차량의 모터와 연결되어 충방전되고, 상기 전지 제어용 박막 배선판에 접속된 상기 외부의 컨트롤러는 차내 통신에 의해 차량측의 컨트롤러에 전지의 전압 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 차량.
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