CN102270830A

CN102270830A - 电池保护模块

Info

Publication number: CN102270830A
Application number: CN2011101543228A
Authority: CN
Inventors: 田岛修; 石崎芳宜
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2011-12-07
Also published as: US20110299209A1; JP2011254658A; KR20110132970A

Abstract

本发明提供一种能够有助于电池组的小型化以及大容量化的电池保护模块。电池保护模块(21)具有：在基板上形成的电池保护IC(23)；在基板上形成的、通过电池保护IC(21)控制的开关元件(Q1、Q2)；在基板上形成的电池连接端子(BH、BG)；在基板上的、流过与流过电池连接端子(BH、BG)的电流相同的电流的线路中设置的线状熔断器(30)。

Description

电池保护模块

技术领域

本发明涉及保护电池免于过充电、过放电以及异常电流的电池保护模块。

背景技术

通常，例如在便携设备的电池组中，除了电池以外还安装有保护电池免于过充电、过放电以及异常电流的电池保护模块。

二次电池，特别是锂离子电池，当发生过充电、过放电以及异常电流时有可能破损。因此，保护模块当检测出过充电、过放电或异常电流时，通过切断电池的电流来提前防止电池的破损。

目前，作为这种电池保护模块，具有在专利文献1中公开的电池保护模块。在专利文献1中公开了以下结构：通过保护IC检测电池的过放电、过充电，在检测出这些情况时，通过对开关晶体管进行截止控制来提前防止过放电、过充电导致的电池的损伤(参照专利文献1的图1)。

另外，作为过电流等异常电流对策，一般使用电流熔断器。作为电流熔断器在电池组中的应用例，有专利文献2～3中公开的例子。

图1表示将专利文献1中公开的电池保护模块和专利文献2～3中公开的电流熔断器组合的情况下的电池组的电路图。在电池组10中，电池保护模块11具有保护IC和开关晶体管。电池保护模块11经正极电池连接端子BH以及负极电池连接端子BG与电池12连接。另外，从电池保护模块11引出了正极端子PH以及负极端子PG，在该正极端子PH以及负极端子PG上连接充电器(AC适配器)或电子设备的负载。此外，在电池保护模块11和电池12之间连接了专利文献2～3中记载那样的电流熔断器。认为通过图1的结构可以保护电池免于过充电、过放电以及过电流。

专利文献1：日本特开2004-6524号公报

专利文献2：日本特开2008-10501号公报

专利文献3：日本特开2002-95157号公报

发明内容

当将专利文献1中公开的电池保护模块和专利文献2～3中公开的电流熔断器组合时，如图2所示，由于电池熔断器13相对于电池保护模块11以及电池12作为外部部件被外接，因此电池组中需要与其相应的多余的空间，妨碍电池组的小型化以及电池的大容量化。

另外，作为外部部件，电流熔断器是必要的，因此结构相应地复杂化，还存在导致成本上升的缺点。

鉴于上述问题而提出本发明，其目的在于提供能够有助于电池组的小型化以及大容量化的电池保护模块。

本发明的电池保护模块的一个方式，作为安装在电池组中的电池保护模块，其具备：基板；在所述基板上形成的电池保护IC；在所述基板上形成的、通过所述电池保护IC控制的开关元件；在所述基板上形成的电池连接端子；以及在所述基板上的、流过与流过所述电池连接端子的电流相同的电流的线路中设置的线状熔断器。

本发明的电池保护模块制造方法的一个方式，包含在基板上形成预定图案的配线的工序；以及在所述配线的预定位置引线键合电路部件以及线状熔断器的工序。

根据本发明，通过将电流熔断器(线状熔断器)装入电池保护模块的内部，可以实现电池组的小型化以及大容量化。另外，由于可以通过与对电路部件进行引线键合的工序同一工序来形成线状熔断器，因此容易制造。

附图说明

图1是表示将电池保护模块和电流熔断器组合的现有的电路图像的连接图。

图2是表示现有的电池组的布局的图像的图。

图3是表示实施方式的电池保护模块的结构的连接图。

图4是线状熔断器的侧视图。

图5是表示使线的条数改变时的、线状熔断器的熔断特性的图。

图6是表示各部件以及端子向电路基板的表面的布局的图。

图7是表示电路基板的配线图案和各部件以及端子的关系的图，图7A是表示电路基板的表面侧的图，图7B是表示电路基板的背面侧的图。

符号说明

10、20电池组

11、21电池保护模块

12、22电池

23保护IC

30线状熔断器

BH正极电池连接端子

BG负极电池连接端子

PH正极端子

PG负极端子

Q1、Q2晶体管

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。

图3表示本发明的实施方式的电池保护模块的结构。在图3中，20作为整体来表示电池组的结构。在电池组20中设置了电池保护模块21。

电池保护模块21经正极电池连接端子BH以及负极电池连接端子BG与电池22连接。另外，从电池保护模块21引出正极端子PH以及负极端子PG，在该正极端子PH以及负极端子PG上连接充电器或电子设备的负载。

电池保护模块21具有：保护IC23、开关晶体管(作为放电控制开关的晶体管Q1以及作为充电控制开关的晶体管Q2)。

此外，电池保护模块21具有线状熔断器30。换句话说，线状熔断器30被内置在电池保护模块21内。在本实施方式的情况下，线状熔断器30被设置在放电控制晶体管Q1和负极电池连接端子BG之间。具体来说，通过在放电控制晶体管Q1的源极和负极电池连接端子BG之间引线键合金线而形成线状熔断器30。作为线状熔断器30的材料，除了金以外，例如可以使用铝、铜等。

在本实施方式的情况下，通过引线键合将晶体管Q1、Q2安装在基板上。可以通过与该晶体管Q1、Q2向基板的引线键合工序同一工序来形成线状熔断器30，因此不需要另外追加用于形成熔断器的工序。因此，可以容易地形成线状熔断器30。

图4表示线状熔断器30的形状。图4是线状熔断器30的侧视图。线状熔断器30的形状形成为与被引线键合的其它部件(例如晶体管Q1、Q2)的线相同的形状。

但是，根据想要切断的过电流来选定线状熔断器30的条数以及长度。在此，所谓线状熔断器30的条数是并列连接的线的条数。线状熔断器30并列连接的线的条数越少，越容易以较小的电流以及较短的时间熔断。另外，线状熔断器30长度越长，越容易以较小的电流以及较短的时间熔断。考虑这些来设定线状熔断器30的条数以及长度。

图5表示使线的条数发生改变的情况下的线状熔断器30的熔断特性。图5是把线状熔断器30的每一条的长度设为0.5[mm]时的例子。

在此，作为线状熔断器30的特性，要求例如在10[A]的电流流过10[sec]以上时可靠地熔断。在图5的例子中，满足该要求的线的数量为2条或3条。因此，将线状熔断器30的条数设定为2条或3条。

线状熔断器30的条数最好少于被引线键合在基板上的其它电路部件的线的条数。由此，在线状熔断器30的各线中流过的电流必定比流过其它线的电流大，因此，在流过过电流时线状熔断器30的线必定先于其它线熔断。由此，在线熔断时再形成线状熔断器30即可，所以容易维护。

另外，电池保护模块21，在流过40[A]以上的电流(短路时的预想电流)时，通过保护IC23和晶体管Q1、Q2切断电流。即，通过保护IC23和晶体管Q1、Q2切断在短路时产生的大电流。另一方面，尽管比短路时产生的大电流小，但在比规定的电流大的电流流过一定时间以上时，通过线状熔断器30切断该电流。

接着，对电池保护模块21中的线状熔断器30以外的部分进行说明。

在负极电池连接端子BG和负极端子PG之间串联连接了晶体管Q1、Q2。晶体管Q1、Q2分别由电场效应晶体管构成。晶体管Q1作为放电控制开关而工作，晶体管Q2作为充电控制开关而工作。

保护IC23具有VDD端子、VSS端子、DO端子、CO端子、V-端子以及DS端子。VDD端子经电阻器R1与正极电池连接端子BH以及正极端子PH连接。VSS端子经线状熔断器30与负极电池连接端子BG连接。在VDD端子和VSS端子之间连接电容器C1。DO端子与晶体管Q1的栅极连接。V-端子经电阻器R2与接地端子PG连接。CO端子经电阻器R4与晶体管Q2的栅极连接。

在识别端子ID和负极端子PG之间并联连接了电阻器R3和电容器C2。另外，在正极端子PH和接地端子PG之间连接了电容器C3。由此，电池保护模块21检测与识别端子ID连接的负载或充电器的种类，根据该种类来控制电流切断动作。

保护IC23的主要功能是过放电保护功能和过充电保护功能。实际上，保护IC23具有实现过放电保护功能的过放电控制电路(未图示)和实现过充电保护功能的过充电控制电路(未图示)。

假定在正极端子PH和负极端子PG之间连接了负载。在过放电控制电路中设定了过放电检测阈值电压Vth(od)。即，过放电控制电路将电池22的电压和过放电检测阈值电压Vth(od)进行比较，当电池电压变得低于过放电检测阈值电压Vth(od)时判定为过放电，输出逻辑低电平的过放电检测信号。当该过放电检测信号被提供给晶体管Q1的栅极时，晶体管Q1截止。

接着，假定在正极端子PH和负极端子PG之间连接了后述的充电器。当电池电压变得高于在过放电检测阈值电压Vth(od)上加上过放电用磁滞电压Vhy(od)而得的过放电恢复电压(Vth(od)+Vhy(od))时，输出逻辑高电平的过放电保护解除信号。当该过放电保护解除信号被提供给晶体管Q1的栅极时，晶体管Q1导通。

另一方面，在过充电控制电路中设定了过充电检测阈值电压Vth(oc)。即，过充电控制电路将电池22的电压和过充电检测阈值电压Vth(oc)进行比较，当电池电压变得高于过充电检测阈值电压Vth(oc)时判定为过充电，输出逻辑低电平的过充电检测信号。当该过充电检测信号被提供给晶体管Q2的栅极时，晶体管Q2截止。

再次假定在正极端子PH和负极端子PG之间连接了负载。当电池电压变得低于从过充电检测阈值电压Vth(oc)减去过充电用磁滞(hysteresis)电压Vhy(oc)而得的过充电恢复电压(Vth(oc)-Vhy(oc))时，过充电控制电路输出逻辑高电平的过充电保护解除信号。当该过充电保护解除信号被提供给晶体管Q2的栅极时，晶体管Q2导通。

在此，如图3所示，晶体管Q1具有寄生二极管，以其正向成为电池22的充电方向的方式进行连接。因此，即使晶体管Q1成为截止状态也能够通过其寄生二极管进行充电。同样，晶体管Q2也具有寄生二极管，以其正向成为电池22的放电方向的方式进行连接。因此，即使晶体管Q2成为截止状态也能够通过其寄生二极管进行放电。

图6以及图7表示电池保护模块21在电路基板上的布局。图6表示各部件(保护IC23、晶体管Q1、Q2、线状熔断器30、电阻器R1-R4、电容器C1-C3)以及端子(正极电池连接端子BH以及负极电池连接端子BG)向电路基板的表面的布局。图7表示电路基板的配线图案和各部件以及端子的关系，图7A表示电路基板的表面侧，图7B表示电路基板的背面侧。此外，图6以及图7中的○所表示的部分是通孔。电路基板例如做成纵向5～6mm、横向30mm的矩形形状。

由图7A可知，线状熔断器30被设置在放电控制晶体管Q1和负极电池连接端子BG之间。图7A的例子是由两条线构成线状熔断器30的情况的例子。

如上所述，根据本实施方式，在与电池保护IC23以及晶体管Q1、Q2同一基板(即同一模块)上设置了线状熔断器30，由此，与外接熔断器的情况相比可以实现电池组的小型化以及大容量化。另外，可以通过与对电路部件进行引线键合的工序同一工序形成线状熔断器30，所以容易制造。而且可以通过线的条数或长度变更这样的简单操作来控制熔断特性，因此便利。

此外，在上述实施方式中说明了将线状熔断器30设置在放电控制晶体管Q1和负极电池连接端子BG之间的情况，但是本发明不限于此。例如也可以将线状熔断器30设置在正极电池连接端子BH和正极端子PH之间。总之，将线状熔断器30设置在流过与流过电池连接端子BG、BH的电流相同的电流的基板上的线路中即可。

本发明的电池保护模块，例如适合应用于便携式电话机或数字式照相机等便携式电子设备的电池组。

Claims

1.一种安装在电池组中的电池保护模块，其特征在于，

具备：

基板；

在所述基板上形成的电池保护IC；

在所述基板上形成的、通过所述电池保护IC控制的开关元件；

在所述基板上形成的电池连接端子；以及

在所述基板上的、流过与流过所述电池连接端子的电流相同的电流的线路中设置的线状熔断器。

2.根据权利要求1所述的电池保护模块，其特征在于，

所述电池保护IC或所述开关元件中的至少一方被引线键合在所述基板上。

3.根据权利要求2所述的电池保护模块，其特征在于，

所述线状熔断器由单条或并列连接的多条线构成，

该线的条数少于被引线键合在所述基板上的所述电池保护IC或所述开关元件的线的条数。

4.一种电池保护模块制造方法，其特征在于，

包含：

在基板上形成预定图案的配线的工序；以及

在所述配线的预定位置引线键合电路部件以及线状熔断器的工序。