CN106252766A - 电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组 - Google Patents

电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组，使外部连接端子的锡焊的湿润性难以下降。电池保护集成电路被搭载在配线基板，配线基板被安装在具有扁平的长方体外形形状的电池的侧面，配线基板至少具备第1端子和第2端子，形成为与电池的侧面形状对应的细长的形状，其中，第1端子与电池的一个端子连接；第2端子与充电器或电子设备的一个端子连接，电池保护集成电路具备配置于封装的端子配置面的多个外部连接端子，搭载在配线基板上时，在与配线基板的一个基板短边相对的端子配置面的第1短边配置有能够与第1端子连接的全部外部连接端子，在与第1短边相对的端子配置面的第2短边配置有能够与第2端子连接的全部外部连接端子。

Description

电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组
技术领域
本发明涉及一种电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组。
背景技术
以往，已知搭载在配线基板上而使用的电池保护IC，其中，配线基板被安装在具有扁平的长方体外形形状的电池的侧面而使用(例如，参照专利文献1)。该电池保护IC具有在被搭载在矩形的配线基板上时沿着矩形的配线基板的较长方向配置的多个外部连接端子。
然而，在上述的现有技术中，与配置在较长方向上的多个外部连接端子中的中央部的外部连接端子连接的配线图案近靠在IC的下方，因此该配线图案的热传导性下降。因此，该中央部的外部连接端子和配线图案的锡焊的湿润性容易下降。
专利文献1：日本专利第5205368号公报
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种外部连接端子的锡焊的湿润性难以下降的电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组。
在一个方案中，提供一种电池保护集成电路，其被搭载在配线基板上而使用，所述配线基板被安装在具有扁平的长方体外形形状的电池的侧面而使用，其中，所述配线基板至少具备第1端子和第2端子，形成为与电池的侧面形状对应的细长的形状，其中，第1端子与电池的一个端子连接；第2端子与充电器或电子设备的一个端子连接，所述电池保护集成电路被构成为，在被搭载在所述配线基板上时控制流过所述第1端子与所述第2端子之间的充放电的电流路径的电流，所述电池保护集成电路具备：开关部，其对所述电流路径进行接通/断开；控制部，其监视所述电池的状态，并根据该监视结果控制所述开关部的接通/断开；封装，其覆盖所述开关部和所述控制部；以及多个外部连接端子，其被配置成露出所述封装的端子配置面，分别与所述开关部和所述控制部的对应的端子部电连接，所述封装的与所述配线基板相对的端子配置面是形成得比所述配线基板的较长方向的长度短，且比所述配线基板的较短方向的长度短的矩形形状，在被搭载在所述配线基板上时，所述电池保护集成电路在与所述配线基板的一个基板短边相对的所述端子配置面的第1短边配置有能够与所述第1端子连接的全部所述外部连接端子，在与所述第1短边相对的所述端子配置面的第2短边配置有能够与所述第2端子连接的全部所述外部连接端子。
根据一个方式，能够抑制外部连接端子的锡焊的湿润性下降。
附图说明
图1是表示电池组的一例的外形图。
图2是表示包含电池组的电池控制系统的一例的结构图。
图3是表示配线基板的安装面的一例的外形图。
图4是表示配线基板的背面的一例的外形图。
图5是表示外部连接端子的配置例的图。
图6是表示外部连接端子的各功能例的说明图。
图7是表示将电池保护集成电路安装在配线基板时的配线图案的图。
符号说明
100 锂离子二次电池组
101 配线基板
102 保险丝
103 锂离子二次电池
104 电池保护集成电路
105 充电器
106 电池保护装置
107 存储器
140 封装
141 端子配置面
142～145 端子部
151 基板短边
161 第1短边
162 第2短边
具体实施方式
以下，按照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示锂离子二次电池组的一例的外形图。如图1所示，锂离子二次电池组100包含以扁平的长方体形状形成的锂离子二次电池103和搭载有电池保护集成电路104的配线基板101而构成。锂离子二次电池103例如具备25mm～40mm的宽度W和2mm～6mm的厚度T。配线基板101与电池的侧面形状对应地形成为细长形状，在安装电池保护集成电路104的安装面的两端部形成正端子(B+)和负端子(B－)，这些端子分别与锂离子二次电池103的正端子(B+)和负端子(B－)连接。此外，在该安装面的中央部安装有监视并保护针对锂离子二次电池103的过充电等的电池保护集成电路104。将电池保护集成电路104安装在配线基板101上来使用，将配线基板101安装在电池103的侧面来使用。
另一方面，在配线基板101的背面形成有正端子(P+)和负端子(P－)，这些端子与充电器或利用电池103的电力的电子设备等连接。正端子(P+)被配置在与正端子(B+)相反侧的位置，经由贯通配线基板101而设置的导电部件电连接。这样的配线基板101与锂离子二次电池103一体化地包装，因此需要设为与锂离子二次电池103对应的尺寸。在图1的情况下，例如加以纵向尺寸T为2mm～6mm、横向尺寸W为25mm～40mm的制约。
图2是表示本发明的一实施方式的包含电池组100的电池控制系统整体的结构例的概要图。图2所示的电池控制系统由电池组100、在电池103的充电时所使用的充电器105构成。电池组(例如锂离子二次电池组)100包括电池(例如锂离子二次电池)103、保险丝102、电池保护装置106。电池保护装置106包括图1所示的配线基板101，与电池103和保险丝102一体地被包装成电池组100。
电池保护装置106包括搭载了用虚线围住的电路部分的配线基板101。如图1所示，配线基板101具备与电池103的正端子侧连接的正端子(B+)和与电池103的负端子侧连接的负端子(B－)、与充电器105的正端子侧连接的正端子(P+)和与充电器105的负端子侧连接的负端子(P－)。并且，在配线基板101上除了电池保护集成电路104外，还安装了各种电阻元件R1、R2和电容元件C1、C2。电池保护集成电路104是将由控制芯片CTL_CP和例如由功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物场效应管)等构成的FET芯片FET_CP搭载在1个封装(例如树脂封装体)内的结构。
电池保护集成电路104例如具备7个端子S1、S2、VDD、VPP，VSS、V－、D作为外部连接端子。端子S1与设在配线基板101上的导电层(配线层)的导电区域S11连接，由此经由导电区域S11与负端子(B－)连接，端子S2与设在配线基板101上的导电层(配线层)的导电区域S21连接，由此经由导电区域S21与负端子(P－)连接。端子VDD经由电阻元件R1与在配线基板101上共同连接的正端子(B+)和正端子(P+)连接。端子VSS和端子VPP与端子S1一起同负端子(B－)连接。端子V－经由电阻元件R2与负端子(P－)连接。端子D从后述的FET芯片FET_CP的漏极被引出，并被设为电池保护集成电路104的测试用。
将电池保护集成电路104构成为搭载在配线基板101上时，控制流过配线基板101的负端子(B－)和配线基板101的负端子(P－)间的充放电的电流路径的电流。
FET芯片FET_CP作为对电池103侧的负端子(B－)和充电器105侧的负端子(P－)间的电流路径进行接通/断开的开关部发挥功能。FET芯片FET_CP包括漏极被共同连接的2个MOSFET而构成，一个MOSFET的源极与端子S1电连接，另一个MOSFET的源极与端子S2电连接。此外，各MOSFET具备以漏极为阴极的体二极管。因此，通过控制芯片CTL_CP个别地控制各MOSFET的接通/断开，由此能够设定可充电/可放电/可充放电/不可充放电。
控制芯片CTL_CP是具备在电池保护集成电路104的封装内部与上述的各MOSFET的栅极连接的端子DOUT、COUT，控制各MOSFET的接通/断开的控制部的一例。控制芯片CTL_CP具有与端子V－电连接的电流监视端子部142，通过端子V－监视电池103的充电和/或放电的电流值的状态，并根据该监视结果控制各MOSFET的接通/断开。控制芯片CTL_CP具有与端子VDD电连接的电压监视端子部143，通过端子VDD监视电池103的电压值的状态，并根据该监视结果控制各MOSFET的接通/断开。
控制芯片CTL_CP具有与端子VSS电连接的接地输入端子部145。在此，控制芯片CTL_CP以端子VDD和端子VSS为电源来动作，但该端子VSS在配线基板101上与端子S1共同连接，因此在电池保护集成电路104内也可以使端子VSS和端子S1共同化。然而，在配线基板101上搭载电池保护集成电路104前，为了能够个别地测试控制芯片CTL_CP和FET芯片FET_CP，优选的是个别地设置端子VSS和端子S1，并在配线基板101上共同连接。即，测试电池保护集成电路104时，可以通过端子S1、S2和端子D控制MOSFET的源极-漏极间电压，并且可以通过由端子VSS和端子VDD生成的内部端子DOUT、COUT的电压与端子S1、S2的电位差控制MOSFET的栅极-源极间电压。例如，假定在电池保护集成电路104的封装内共同化了端子VSS和端子S1的情况下，只能将MOSFET的栅极-源极间电压设定为固定值。
此外，控制芯片CTL_CP具有与端子VPP电连接的存储器电源端子部144、经由存储器电源端子部144与端子VPP连接的非易失性存储器107。存储器107例如是通过向端子VPP输入的写入电压，能够写入用于决定电池保护集成电路104的规格的参数数据的非易失性存储器的一例。
作为存储器107的具体例，可以列举OTPROM(One Time ProgrammableROM，一次可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableROM，可擦除可编程只读存储器)等。控制芯片CTL_CP是基于从存储器107读出的参数数据，进行电池103的保护动作的保护动作电路的一例。控制芯片CTL_CP例如根据监视了电池103的状态的结果，生成对负端子(B－)和负端子(P－)间的电流路径进行接通断开控制的信号，由此进行电池103的保护动作。
作为参数数据的具体例，可以列举过充电检测电压Vdet1、过充电恢复电压Vrel1、过放电检测电压Vdet2、过放电恢复电压Vrel2、放电过电流检测电压Vdet3、充电过电流检测电压Vdet4、短路检测电压Vshort、待机阈值电压Vstb等设定用的阈值电压数据。此外，作为参数数据的具体例，可以列举过充电检测延迟时间tVdet 1、过充电恢复延迟时间tVrel1、过放电检测延迟时间tVdet 2、过放电恢复延迟时间tVrel2、放电过电流检测延迟时间tVdet 3、放电过电流恢复延迟时间tVrel3、放电过电流检测延迟复位时间tVd3rst、充电过电流检测延迟时间tVdet 4、充电过电流恢复延迟时间tVrel4、短路检测延迟时间tshort等设定用的延迟时间数据。
例如，控制芯片CTL_CP例如进行保护电池103免于过充电的动作(过充电保护动作)。控制芯片CTL_CP检测端子VDD和端子VSS间的电压，由此监视电池103的电池电压(单元电压)。控制芯片CTL_CP检测与从存储器107读出的阈值电压数据对应地设定的过充电检测电压Vdet1以上的单元电压，由此检测电池103的过充电。
控制芯片CTL_CP等待与从存储器107读出的延迟时间数据对应地设定的过充电检测延迟时间tVdet1的经过，从端子COUT输出用于断开充电控制用MOSFET的低电平的控制信号，由此执行过充电保护动作。通过断开充电控制用MOSFET，不论放电控制用MOSFET的接通断开状态，都能够防止电池103被过充电。
控制芯片CTL_CP，与上述的情况同样地，将其他阈值电压数据或延迟数据利用于电池103的保护动作的执行。
因此，若向存储器107写入的参数数据变化，则能够改变电池103的保护动作，因此能够用共同的电路结构应对多个不同的规格。例如，即使电池103的种类或搭载电池保护集成电路104的产品的种类不同，也能够实现电池保护集成电路104的硬件的共同化。
此外，电池保护集成电路104具备能够写入参数数据的存储器107，因此例如不需要为了定制规格而进行IC芯片的金属配线变更或保险丝的激光微调。其结果，能够降低开发和制造的准备时间和成本。
在决定电池保护集成电路104的规格的分选测试工序中，为了输入向存储器107写入参数数据的电压，需要将端子VPP设在电池保护集成电路104的封装外部。但是，在结束分选测试工序后，为了防止向存储器107的误写入，如图2所示，端子VPP与端子VSS和端子S1等电位连接。
图3和图4表示配线基板101的外形例，图3是安装电池保护集成电路104的安装面的外形图，图4是背面的外形图。配线基板101例如通过在绝缘材料基板的两面形成了导电层的2层结构来实现，例如是纵向尺寸T为2mm～6mm，横向尺寸W为25mm～40mm的横长的长方体形状。在安装面，在两端部形成与电池103侧对应的正端子(B+)和负端子(B－)，在中央部安装电池保护集成电路104。此外，在背面，在配置有正端子(B+)侧的端部形成与充电器105侧对应的正端子(P+)和负端子(P－)。在此，如图3和图4所示，正端子(B+)和正端子(P+)形成于安装面和背面的大致相同的位置，使用在通孔形成的导电材料区域电连接成等电位。
图5和图6表示电池保护集成电路104的端子配置的一例，图5是其配置图，图6是归纳了图5所示的各端子的类别的说明图。电池保护集成电路104具备平面视图为矩形状的封装140和多个外部连接端子[1]～[7]。封装140是覆盖控制芯片CTL_CP和FET芯片FET_CP的遮盖部件的一例。将多个外部连接端子[1]～[7]配置成露出封装140的端子配置面141。图5是从与配线基板101的安装面的相反侧的封装140的上表面透视性地表示多个外部连接端子[1]～[7]和端子配置面141的图。
端子配置面141面向配线基板101的安装面。此外，端子配置面141是形成为比配线基板101的较长方向的长度W短，且比配线基板101的较短方向的长度T短的矩形形状。端子配置面141具有比配线基板101的较长方向的长度W短的一对短边161、162、比配线基板101的较长方向的长度W短的一对长边163、164。一对短边161、162与配线基板101的较长方向相对，一对长边163、164与配线基板101的较短方向相对。
电池保护集成电路104具有在端子配置面141的第1短边161侧配置端子[1]～[3]，在端子配置面141的第2短边162侧配置端子[4]～[6]，在端子配置面141的中央部配置端子[7]的结构。
如图6所示，在本实施方式中，端子[1]相当于端子S1，端子[2]相当于端子VSS，端子[3]相当于端子VPP，端子[4]相当于端子VDD，端子[5]相当于端子V－，端子[6]相当于端子S2，端子[7]相当于端子D。在端子[1]和端子[6]中，过电流向电池103的充电方向或放电方向流过，因此具有比端子[2][3][4][5]的面积大的面积。另外，端子[1]或端子[6]也可以是由多个端子构成的端子。
图7是表示将图5、图6的电池保护集成电路104安装在图3、图4的配线基板101时的主要部分的配线图案的一例的图。配线基板101具有一对基板短边151、152和一对基板长边153、154。配线基板101具有配置在细长地延长的配线基板101的安装面(安装电池保护集成电路104的面)上的导电区域S11和导电区域S21。
导电区域S11具有与负端子(B－)连接的一端和与端子[1]～[3]连接的另一端。导电区域S11向配线基板101的较长方向延伸。导电区域S21具有经由至少一个通孔与设在配线基板101的背面的负端子(P－)连接的一端和与端子[6]连接的另一端。通孔是贯通配线基板101而形成的导电部。导电区域S21沿着配线基板101的一个基板长边153向配线基板101的较长方向延伸。
将电池保护集成电路104搭载在配线基板101上时，在与配线基板101的一个基板短边151相对的第1短边161上配置有能够与负端子(B－)电连接的所有端子[1][2][3]。并且，将电池保护集成电路104搭载在配线基板101上时，在第2短边162上配置有能够与负端子(P－)电连接的所有端子[6]。
并且，将电池保护集成电路104搭载在配线基板101上时，在与导电区域S21的距离是4个边161～164中最短的第2短边162上配置有需要经由电阻元件R2与导电区域S21电连接的端子[5]。端子[5]经由电阻元件R2与导电区域S21连接，其中，电阻元件R2被安装在与端子[5]相同的安装面上；导电区域S21形成于与端子[5]相同的安装面上。
此外，需要经由电阻元件R1与正端子(B+)和正端子(P+)间的电流路径电连接的端子[4]，在将电池保护集成电路104搭载在配线基板101上时，被配置在与该电流路径的距离是4个边161～164中最短的第2短边162上。将正端子(B+)和正端子(P+)间的电流路径设置成在配线基板101的板厚方向贯通。
另外，在图示的情况下，端子[4]经由串联插入了电阻元件R1的导电区域S31与正端子(B+)连接，由此经由电阻元件R1与正端子(B+)和正端子(P+)间的电流路径电连接。端子[4]经由电阻元件R1和导电区域S31与正端子(B+)连接，其中，电阻元件R1和导电区域S31被设在与端子[4]相同的安装面上；正端子(B+)形成于与端子[4]相同的安装面上。
这样，端子[1][2][3]集中于端子配置面141的第1短边161侧，被配置在与配线基板101的一个基板短边151相对的第1短边161上。因此，可以基本不紧靠在电池保护集成电路104的下方，而朝向负端子(B－)在配线基板101的安装面上形成与端子[1][2][3]连接的导电区域S11的配线图案。因此，导电区域S11的热传导性难以下降，从而端子[1][2][3]和导电区域S11的锡焊的湿润性难以降低。
同样，将端子[6]配置在与配线基板101的另一基板短边152相对的第2短边162上。因此，可以基本不紧靠在电池保护集成电路104的下方，而朝向负端子(B－)在配线基板101的安装面上形成与端子[6]连接的导电区域S21的配线图案。因此，导电区域S21的热传导性难以下降，从而端子[6]和导电区域S21的锡焊的湿润性难以降低。
此外，将端子[1]～[6]配置在端子配置面141的一对短边161、162上，因此能够实现从端子[1]～[6]向配线基板101的较长方向延伸的导电区域S11、S21的配线图案的简单化和扩大化。配线图案的简单化有益于配线基板101的小型化和最佳化，配线图案的扩大化有益于配线图案的配线电阻的减小。
此外，将能够等电位地连接的多个端子集中配置在端子配置面141的一侧的短边，因此能够防止将电池保护集成电路104安装在配线基板101上后，因相邻端子发生短路而产生的故障。
此外，能够使在向存储器107的数据写入中所使用的端子VPP容易与负端子(B－)电连接，因此能够容易地实施向存储器107的误写入。
另外，也可以变换3个端子[1][2][3]沿着第1短边161的方向的位置关系。此外，在沿着第1短边161的方向配置的端子的数量为2以上的数量即可。对于第2短边162侧也相同。
以上，根据实施方式说明了电池保护集成电路、电池保护装置以及电池组，但本发明并不限定于上述实施方式。与其他实施方式的一部分或全部的组合、置换等各种变形和改良也在本发明的范围内。
例如，二次电池并不限于锂离子二次电池，也可以是锂聚合物二次电池等其他二次电池。

Claims (4)

1.一种电池保护集成电路，其被搭载在配线基板上而使用，所述配线基板被安装在具有扁平的长方体外形形状的电池的侧面而使用，该电池保护集成电路的特征在于，
所述配线基板至少具备第1端子和第2端子，形成为与电池的侧面形状对应的细长的形状，所述第1端子与电池的一个端子连接；所述第2端子与充电器或电子设备的一个端子连接，
所述电池保护集成电路被构成为，在被搭载在所述配线基板上时控制流过所述第1端子与所述第2端子之间的充放电的电流路径的电流，所述电池保护集成电路具备：开关部，其对所述电流路径进行接通/断开；控制部，其监视所述电池的状态，并根据该监视结果控制所述开关部的接通/断开；封装，其覆盖所述开关部和所述控制部；以及多个外部连接端子，其被配置成露出所述封装的端子配置面，分别与所述开关部和所述控制部的对应的端子部电连接，
所述封装的与所述配线基板相对的端子配置面是形成得比所述配线基板的较长方向的长度短，且比所述配线基板的较短方向的长度短的矩形形状，
在被搭载在所述配线基板上时，所述电池保护集成电路在与所述配线基板的一个基板短边相对的所述端子配置面的第1短边配置有能够与所述第1端子连接的全部所述外部连接端子，在与所述第1短边相对的所述端子配置面的第2短边配置有能够与所述第2端子连接的全部所述外部连接端子。
2.根据权利要求1所述的电池保护集成电路，其特征在于，
所述控制部具有非易失性存储器，
所述一个端子为所述电池的负端子，
在能够与所述第1端子连接的全部所述外部连接端子中包括所述非易失性存储器的数据写入用端子。
3.一种电池保护装置，其特征在于，
具备权利要求1或2所述的电池保护集成电路和所述配线基板。
4.一种电池组，其特征在于，
具备权利要求3所述的电池保护装置和所述电池。
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