JP2004355837A - Packed cell having overcurrent protection circuit - Google Patents

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JP2004355837A JP2003149213A JP2003149213A JP2004355837A JP 2004355837 A JP2004355837 A JP 2004355837A JP 2003149213 A JP2003149213 A JP 2003149213A JP 2003149213 A JP2003149213 A JP 2003149213A JP 2004355837 A JP2004355837 A JP 2004355837A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simply and inexpensively mount a resistive element onto a substrate and to interrupt a cell current by an accurate current for protecting a cell when an overcurrent flows in the cell. <P>SOLUTION: The packed cell having the overcurrent protection circuit comprises a switching element 3 that is connected to the cell 2 in series and is switched from on to off when the overcurrent flows in the cell 2, the resistive element 4 that is connected to the cell 2 in series and generates a voltage proportional to current flowing in the cell 2, and an overcurrent protection circuit 1 that switches the switching element 3 from on to off for interrupting the cell current when a detection voltage becomes higher than a reference voltage. The overcurrent protection circuit 1 is composed of a chip-on board for mounting the switching element 3, the protection circuit 5, and the resistive element 4 onto the substrate 6; and sets a wire that is wire-bonded onto the chip-on board to be the resistive element 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に過電流が流れたときに電流を遮断して、電池を過電流から保護する過電流保護回路を有するパック電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
パック電池は、電池を過電流から保護して安全に使用できる。このことを実現するためにパック電池は過電流保護回路を内蔵している。この過電流保護回路は、電池の過電流を検出して電流を遮断する。
【0003】
電池の過電流は、電池と直列に接続している抵抗素子の両端に発生する電圧で検出できる。抵抗素子の両端に発生する電圧が、抵抗と電流の積に比例して大きくなるからである。抵抗素子の電圧を検出して、電池電流を検出する過電流保護回路は、抵抗素子の両端に発生する検出電圧を基準電圧に比較する。検出電圧が基準電圧よりも大きくなると電流を遮断する。
【0004】
このことを実現するためには、電池と直列に抵抗素子を接続する必要がある。抵抗素子は、過電流保護回路を実装している基板に固定される。抵抗素子を実装する過電流保護回路は、基板に抵抗素子を半田付け等の方法で実装する必要がある。この抵抗素子を省略して安価にするために、図1に示す回路構成のパック電池は、電池12と直列に接続しているFET13を抵抗素子に併用して、FET13に発生する電圧を基準電圧に比較して過電流を検出する。FET13は、電池12に過電流が流れたときに電流を遮断するスイッチング素子である。この過電流保護回路11は、電池12と直列に接続されるFET13を抵抗素子に併用するので、過電流を検出するための抵抗素子を接続する必要がない。
【0005】
しかしながら、図1に示す過電流保護回路は、遮断電流を一定に保持するのが難しい。それは、FETのオン抵抗が大きく変化するからである。FETのオン抵抗は、ゲートに供給されるバイアス電圧によって変化し、バイアス電圧が高くなるとると小さく、バイアス電圧が低下すると大きくなる。FETはゲートに印加するバイアス電圧が高いときにオン抵抗は小さく、バイアス電圧を低くするとオン抵抗が大きくなる。FETはオン抵抗をできる限り小さくするために、オン状態ではできるかぎり電池電圧に近い高電圧をゲートに印加する。このため、FETのゲート電圧はほぼ電池電圧になる。したがって、電池電圧が低下するとゲート電圧も低くなってオン抵抗が高くなる。パック電池のスイッチング素子として使用されるFETのオン抵抗が、ゲート電圧を3〜4Vに変化させるときに、たとえば25〜62mΩと2倍以上も変化すると、遮断電流も2倍以上に変化してしまう。
【0006】
この欠点を解消する技術は開発されている。(特許文献1参照)この公報に記載されるパック電池は、基準電圧を電池電圧で変化させる基準電圧制御回路を備えている。基準電圧制御回路は、電池電圧が低くなると基準電圧を高くする。電池電圧が低下すると、FETのオン抵抗が大きくなり、規定の遮断電流が流れるときにFETの両端に発生する検出電圧も高くなる。したがって、電池電圧が低下すると、基準電圧を高く補正して、遮断電流を一定に制御できる。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−14042号
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このことを実現するには、電池電圧で基準電圧を変化させる基準電圧制御回路を必要とし、回路構成が複雑になる。また、基準電圧制御回路は、FETのオン抵抗が増加するのと同じ特性で基準電圧を変化させる必要があり、FETのオン抵抗が増加する特性と、基準電圧を上昇させる特性に差があると、遮断電流を一定にできない欠点もある。また、半導体であるFETのオン抵抗は、ゲート電圧のみでなく、温度によっても変化するので、FETのオン抵抗が変化するのに正確に一致するように基準電圧を変化させるのは極めて難しい。このため、一定の遮断電流で電池の電流を遮断するのは極めて難しい。
【0009】
この欠点は、電池と直列に電流検出抵抗を接続して解消できる。電流検出抵抗は、半導体であるFETのように、電池電圧で抵抗値が変化せず、また温度に対する変化も小さい。ただ、この過電流保護回路を実装する回路基板に電流検出抵抗を設ける必要があって製造コストが高くなる。
【0010】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、抵抗素子を簡単で安価に基板に実装しながら、電池に過電流が流れるときには正確な電流で電池電流を遮断して電池を保護できる過電流保護回路を備えるパック電池を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の過電流保護回路を備えるパック電池は、電池2と直列に接続されて電池2に過電流が流れるときにオンからオフに切り換えられるスイッチング素子3と、電池2に直列に接続されて電池2に流れる電流に比例する電圧を発生させる抵抗素子4と、この抵抗素子4に発生される検出電圧を基準電圧に比較して、検出電圧が基準電圧よりも高くなるとスイッチング素子3をオンからオフに切り換えて、電池2に流れる電流を遮断する保護回路5を備える過電流保護回路1を備える。過電流保護回路1は、スイッチング素子3と保護回路5と抵抗素子4を基板6に実装するチップオンボードで構成しており、チップオンボードにワイヤーボンディングしてなるワイヤーを抵抗素子4としている。
【0012】
抵抗素子4は、互いに並列接続してなる複数本のワイヤーボンディング用のワイヤーとすることができる。この抵抗素子4は、並列接続するワイヤーの本数で、電気抵抗を変更して、許容電流を最適値に設定できる。抵抗素子4であるワイヤーボンディング用のワイヤーは、封止樹脂に埋設することができる。封止樹脂に埋設される抵抗素子4は、簡単かつ確実に絶縁できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【0014】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0015】
図2の回路図に示すパック電池は、過電流保護回路1を備える。過電流保護回路1は、電池2に過電流が流れると電流を遮断して電池2を保護する。過電流保護回路1は、電池2と直列に接続されて電池2に過電流が流れるときにオンからオフに切り換えられるスイッチング素子3と、電池2と直列に接続されて電池2に流れる電流に比例する電圧を発生させる抵抗素子4と、この抵抗素子4に発生される検出電圧を基準電圧に比較して、検出電圧が基準電圧よりも高くなるとスイッチング素子3をオンからオフに切り換えて、電流を遮断する保護回路5を備える。
【0016】
過電流保護回路1は、図3に示すように、スイッチング素子3と保護回路5と抵抗素子4を基板6に実装するチップオンボードで構成されている。抵抗素子4は、チップオンボードにワイヤーボンディングされてなるワイヤーである。チップオンボードでワイヤーボンディングされるワイヤーは、その端部を回路基板6に実装されるスイッチング素子3や保護回路用のICの導電部に接続され、あるいは回路基板6の表面に設けているパターンに接続される。チップオンボードは、抵抗素子4以外の部分もワイヤーボンディングしているので、他の部分をワイヤーボンディングする工程で、ワイヤーボンディングして抵抗素子4を回路基板6に実装する。図3のチップオンボードは、抵抗素子4に加えて、スイッチング素子3であるFETと抵抗素子4をワイヤーボンディングして接続し、さらに保護回路5とスイッチング素子3のFETもワイヤーボンディングして接続し、さらにまたスイッチング素子3のFETと出力端子7ともワイヤーボンディングして接続している。チップオンボードは、ワイヤーボンディングするワイヤーを封止樹脂に埋設するように、基板6の表面に封止樹脂が接着される。
【0017】
抵抗素子4は、複数のワイヤーをワイヤーボンディングして構成する。この抵抗素子4は、ワイヤーボンディングするワイヤーの太さと長さと本数で抵抗値を特定できる。また、抵抗素子4として並列に接続するワイヤーの本数で、許容電流も最適値に設定できる。たとえば、直径を30μmとし、長さを1mmとするワイヤーボンディング用のワイヤーの電気抵抗は、20本の平均値で約34mΩとなる。正確にこのワイヤーボンディング用の20本のワイヤーの電気抵抗を測定すると、電気抵抗の最小値は30.26mΩ、最大値は39.31mΩ、標準偏差は2.70mΩ、平均値は34.31mΩとなる。このワイヤー1本からなる抵抗素子4は、3Aの電流が流れるとその両端には103mVの電圧が発生する。このワイヤー2本を並列に接続すると、3Aの電流が流れて51.5mVの電圧が発生する。したがって、ワイヤーボンディング用のワイヤーからなる抵抗素子4は、並列に接続するワイヤーの本数を調整して、電気抵抗を変更し、電気抵抗から発生電圧を調整できる。また、ワイヤーの長さや線径で電気抵抗を変更することもできる。図2と図3の過電流保護回路1は、4本のワイヤーを平行に配設して並列に接続しているので、電気抵抗は1本のワイヤーの1/4となる。
【0018】
ワイヤーボンディング用のワイヤーは、たとえば線径を20〜50μmとし、長さを0.5〜2mmとし、あるいは並列に接続する本数を3本以下、あるいは5本以上とすることもできる。
【0019】
チップオンボードは、ワイヤーボンディングして電気接続する回路基板6であるから、抵抗素子4をワイヤーボンディング用のワイヤーで構成して、回路基板6に専用の抵抗素子4を固定することなく配線用のワイヤーで構成する。また、チップオンボードはワイヤーボンディングして電気接続するので、ワイヤーボンディングするワイヤーの本数が増加しても、そのためのコストアップは極めて少ない。このため、チップオンボードにワイヤーボンディング用のワイヤーで構成される抵抗素子4は、極めて経済的に回路基板6に設けることができ、しかも電気抵抗を電池2の過電流を検出するために最適な値に設定できる特長がある。
【0020】
パック電池に内蔵される電池2は、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、放電するにしたがって電池電圧が低下する。本発明の過電流保護回路1は、電池電圧が変動しても正確な電流値で電流を遮断するので、電池2をリチウムイオン二次電池とする回路に最適である。ただ、リチウムイオン二次電池以外の二次電池、たとえば、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池も使用できる。
【0021】
スイッチング素子3はFETである。図のパック電池は、充電用と放電用のFETを備える。充電用のFETと放電用のFETは、過電流が流れるときにのみオンオフに制御されるのではなく、充電している電池2が満充電となり、あるいは放電している電池2が完全に放電され、あるいはまた電池温度が異常に高くなる時などにもオンからオフに切り換えられて電池2を保護する。充電用のFETは充電しているときに過電流が流れるとオンからオフに切り換えられて充電電流を遮断する。放電用のFETは、放電しているときに過電流が流れるとオンからオフに切り換えられて放電電流を遮断する。過電流保護回路は、放電しているときのみ過電流を検出して、放電状態で過電流が流れると放電用のFETをオンからオフに切り換えて放電電流を遮断するようにすることができる。また、過電流保護回路は、充電しているときのみ過電流を検出して、充電状態で過電流が流れると充電用のFETをオンからオフに切り換えて充電電流を遮断するようにすることができる。また、放電しているときと、充電しているときの両方で過電流を検出して、過電流が流れるときには、放電電流または充電電流を遮断することもできる。
【0022】
FETは並列に接続されたダイオードを内蔵する。ダイオードは、FETがオフの状態で逆方向に電流を流すことができるように、並列に接続される。したがって、充電用のダイオードがオフの状態において、放電することができ、また放電用のダイオードがオフの状態で充電することができる。
【0023】
充電用と放電用のFETを直列に接続しているスイッチング素子3は、過電流が流れることを検出して、一方のFETをオンからオフに切り換える。たとえば、充電しているときに過電流が流れると、放電用のFETをオンの状態に保持して、充電用のFETをオンからオフに切り換えて充電電流を遮断し、放電しているときに過電流が流れると、充電用のFETをオンに保持して、放電用のFETをオンからオフに切り換えて放電電流を遮断する。このパック電池は、充電しているときに過電流が流れて充電電流を遮断しても放電はでき、また、放電できるときに過電流が流れて放電電流を遮断しても充電はできる。ただし、充電または放電しているときに、過電流を検出するときに、充電用と放電用のFETの両方をオンからオフに切り換えることもできる。このパック電池は、過電流が流れると充電と放電の両方を停止するので、安全に使用できる。このパック電池は、保護回路5にリセット回路(図示せず)を設け、過電流を検出した後、電池2を安全に使用できる状態を確認して、リセット回路で充電用と放電用のFETをオフからオンに切り換えて使用できる状態にできる。
【0024】
図の過電流保護回路1は、スイッチング素子3を電池2と出力端子7との間に、ワイヤーボンディングして接続している。スイッチング素子3であるFETは、寄生ダイオードを内蔵するMOSFETである。充電用と放電用のFETは、ソースとドレインとが互いに逆向きとなるように直列に接続されて、ゲートをワイヤーボンディングして保護回路5に接続している。スイッチング素子3であるFETは、保護回路5から入力される電圧でオンオフに切り換えられる。
【0025】
保護回路5は、負荷電流が流れて抵抗素子4に発生する検出電圧を、基準電圧に比較してスイッチング素子3であるFETをオンオフに制御する。保護回路5は、検出電圧を基準電圧に比較する差動アンプ(図示せず)を内蔵している。差動アンプは、入力端子を抵抗素子4に接続して、電池2の負荷電流に比例する検出電圧を一方の入力端子に入力する。差動アンプは、他方の入力端子に基準電圧を入力している。
【0026】
保護回路5は、検出電圧が基準電圧よりも低いときに、スイッチング素子3をオンにし、電池2に過電流が流れて、検出電圧が基準電圧よりも高くなると、スイッチング素子3をオンからオフに切り換える。
【0027】
放電しているときにのみ過電流を検出し、このときに過電流が流れると電流を遮断する過電流保護回路は、放電しているときに検出電圧を基準電圧に比較し、検出電圧が基準電圧よりも高くなると、過電流と判定して、放電用のFETをオンからオフに切り換える。このとき、充電用のFETはオンに保持して、充電できる状態とする。また、充電用のFETもオンからオフに切り換えて、放電も充電もできないようにすることもできる。
【0028】
また、充電しているときにのみ過電流を検出し、このときに過電流が流れると電流を遮断する過電流保護回路は、充電しているときに検出電圧を基準電圧に比較し、検出電圧が基準電位よりも高くなると、過電流と判定して、充電用のFETをオンからオフに切り換える。このときも、放電用のFETはオンに保持して、放電できる状態とすることができる。また、放電用のFETもオンからオフに切り換えて、放電も充電もできないようにすることもできる。
【0029】
保護回路5は、過電流が流れるときにのみスイッチング素子3をオンオフに制御するのではなく、充電している電池2が満充電となり、あるいは放電している電池2が完全に放電され、あるいはまた電池温度が異常に高くなる時などにもスイッチング素子3をオンからオフに切り換えて電池2を保護する保護回路でもある。過電流保護回路1は、この保護回路のスイッチング素子を併用して、過電流が流れるときに電流を遮断する。このパック電池は、過電流を遮断するために専用のスイッチング素子や保護回路を設ける必要はない。保護回路は、過電流を検出する回路に加えて、電池の残容量、満充電、過放電等を検出する回路を内蔵する保護回路ICである。
【0030】
【発明の効果】
本発明の過電流保護回路を備えるパック電池は、抵抗素子を簡単かつ安価に基板に実装しながら、電池に過電流が流れるときには正確な電流で電池電流を遮断して電池を保護できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、過電流保護回路を、電池に過電流が流れるときにオンからオフに切り換えられるスイッチング素子と、電池に流れる電流に比例する電圧を発生させる抵抗素子と、抵抗素子に発生する検出電圧を基準電圧に比較してスイッチング素子をオンからオフに切り換える保護回路とを基板に実装するチップオンボードで構成しており、チップオンボードにワイヤーボンディングするワイヤーを抵抗素子としているからである。この過電流保護回路は、基板に接続する配線用のワイヤーで抵抗素子を構成するので、従来のように、電流検出専用の抵抗素子を固定する必要がない。とくに、チップオンボードは、ワイヤーボンディングで電気接続するので、ワイヤーボンディングするワイヤーの本数が増加しても、そのためのコストアップは極めて少ない。したがって、本発明のパック電池は、簡単かつ経済的に抵抗素子を基板に実装できる特長が実現できる。さらに、ワイヤーで構成される抵抗素子は、ワイヤーの太さと長さで電気抵抗を特定できるので、簡単かつ容易に最適な抵抗値に設定できる。したがって、抵抗素子を最適な抵抗値に設定して、電池に流れる電流を正確に検出して過電流を遮断し、電池を確実に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の過電流保護回路の回路図
【図2】本発明の一実施例にかかる過電流保護回路を備えるパック電池の回路図
【図3】チップオンボードで構成する過電流保護回路を示す概略図
【符号の説明】
1…過電流保護回路
2…電池
3…スイッチング素子
4…抵抗素子
5…保護回路
6…基板
7…出力端子
11…過電流保護回路
12…電池
13…FET
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack having an overcurrent protection circuit that shuts off current when an overcurrent flows through the battery and protects the battery from overcurrent.
[0002]
[Prior art]
The battery pack can be used safely by protecting the battery from overcurrent. To realize this, the battery pack has a built-in overcurrent protection circuit. This overcurrent protection circuit detects the overcurrent of the battery and cuts off the current.
[0003]
The overcurrent of the battery can be detected by the voltage generated at both ends of the resistor connected in series with the battery. This is because the voltage generated at both ends of the resistance element increases in proportion to the product of the resistance and the current. An overcurrent protection circuit that detects the voltage of the resistance element and detects the battery current compares a detection voltage generated across the resistance element with a reference voltage. When the detection voltage becomes higher than the reference voltage, the current is cut off.
[0004]
To achieve this, it is necessary to connect a resistance element in series with the battery. The resistance element is fixed to a substrate on which the overcurrent protection circuit is mounted. In an overcurrent protection circuit for mounting a resistance element, it is necessary to mount the resistance element on a substrate by a method such as soldering. In order to reduce the cost by omitting the resistance element, the battery pack having the circuit configuration shown in FIG. 1 uses the FET 13 connected in series with the battery 12 as a resistance element, and sets the voltage generated in the FET 13 to a reference voltage. To detect overcurrent. The FET 13 is a switching element that cuts off current when an overcurrent flows through the battery 12. Since the overcurrent protection circuit 11 uses the FET 13 connected in series with the battery 12 as a resistance element, there is no need to connect a resistance element for detecting an overcurrent.
[0005]
However, it is difficult for the overcurrent protection circuit shown in FIG. 1 to keep the breaking current constant. This is because the on-resistance of the FET greatly changes. The on-resistance of the FET changes depending on the bias voltage supplied to the gate, and decreases as the bias voltage increases and increases as the bias voltage decreases. The FET has a low on-resistance when the bias voltage applied to the gate is high, and has a high on-resistance when the bias voltage is low. In the FET, a high voltage as close as possible to the battery voltage is applied to the gate in the ON state in order to make the ON resistance as small as possible. For this reason, the gate voltage of the FET becomes almost the battery voltage. Therefore, when the battery voltage decreases, the gate voltage also decreases and the on-resistance increases. If the on-resistance of the FET used as the switching element of the battery pack changes the gate voltage to 3 to 4 V, for example, 25 to 62 mΩ, which is more than twice, the cutoff current also changes more than twice. .
[0006]
Techniques have been developed to overcome this shortcoming. (See Patent Literature 1) The battery pack described in this publication includes a reference voltage control circuit that changes the reference voltage with the battery voltage. The reference voltage control circuit increases the reference voltage when the battery voltage decreases. When the battery voltage decreases, the on-resistance of the FET increases, and the detection voltage generated across the FET when a specified cutoff current flows increases. Therefore, when the battery voltage decreases, the reference voltage is corrected to a high value, and the cutoff current can be controlled to be constant.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-14042
[Problems to be solved by the invention]
However, realizing this requires a reference voltage control circuit that changes the reference voltage with the battery voltage, which complicates the circuit configuration. Further, the reference voltage control circuit needs to change the reference voltage with the same characteristics as the on-resistance of the FET increases, and if there is a difference between the characteristics of increasing the on-resistance of the FET and the characteristics of increasing the reference voltage. There is also a disadvantage that the breaking current cannot be made constant. Further, since the on-resistance of a semiconductor FET changes not only with the gate voltage but also with the temperature, it is extremely difficult to change the reference voltage so that it exactly matches the change in the on-resistance of the FET. For this reason, it is extremely difficult to cut off the battery current with a fixed breaking current.
[0009]
This disadvantage can be solved by connecting a current detection resistor in series with the battery. The resistance of the current detection resistor does not change with the battery voltage, unlike an FET that is a semiconductor, and changes little with temperature. However, it is necessary to provide a current detection resistor on the circuit board on which the overcurrent protection circuit is mounted, which increases the manufacturing cost.
[0010]
The present invention has been developed to solve this drawback. An important object of the present invention is to provide a battery pack having an overcurrent protection circuit capable of protecting a battery by cutting off the battery current with an accurate current when an overcurrent flows in the battery while mounting the resistor element on the substrate simply and inexpensively. Is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The battery pack having the overcurrent protection circuit of the present invention includes a switching element 3 connected in series with the battery 2 and switched from on to off when an overcurrent flows through the battery 2, and a battery connected in series with the battery 2 A resistance element 4 for generating a voltage proportional to a current flowing through the element 2 and a detection voltage generated in the resistance element 4 are compared with a reference voltage. When the detection voltage becomes higher than the reference voltage, the switching element 3 is turned off from on. And an overcurrent protection circuit 1 including a protection circuit 5 for interrupting a current flowing through the battery 2. The overcurrent protection circuit 1 is composed of a chip-on-board in which a switching element 3, a protection circuit 5, and a resistance element 4 are mounted on a substrate 6, and a wire formed by wire bonding to the chip-on-board is used as the resistance element 4.
[0012]
The resistance element 4 can be a plurality of wires for wire bonding connected in parallel with each other. The resistance element 4 can change the electric resistance according to the number of wires connected in parallel and set the allowable current to an optimum value. The wire for wire bonding which is the resistance element 4 can be embedded in the sealing resin. The resistance element 4 embedded in the sealing resin can be easily and reliably insulated.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following examples illustrate a battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify a battery pack as follows.
[0014]
Further, in this specification, in order to make it easy to understand the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments are referred to as “claims” and “means for solving the problems”. Are added to the members indicated by "." However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments.
[0015]
The battery pack shown in the circuit diagram of FIG. 2 includes an overcurrent protection circuit 1. The overcurrent protection circuit 1 protects the battery 2 by interrupting the current when an overcurrent flows in the battery 2. The overcurrent protection circuit 1 includes a switching element 3 connected in series with the battery 2 and switched from on to off when an overcurrent flows through the battery 2, and a switching element 3 connected in series with the battery 2 and proportional to the current flowing through the battery 2. And a detection voltage generated in the resistance element 4 is compared with a reference voltage, and when the detection voltage becomes higher than the reference voltage, the switching element 3 is switched from on to off to reduce the current. A protection circuit 5 for shutting off is provided.
[0016]
As shown in FIG. 3, the overcurrent protection circuit 1 is configured by a chip-on-board in which the switching element 3, the protection circuit 5, and the resistance element 4 are mounted on a substrate 6. The resistance element 4 is a wire that is wire-bonded to a chip-on-board. The ends of the wires to be wire-bonded by the chip-on-board are connected to the switching elements 3 mounted on the circuit board 6 or the conductive parts of the protection circuit IC, or to the patterns provided on the surface of the circuit board 6. Connected. Since the chip-on-board also performs wire bonding on parts other than the resistance element 4, the resistance element 4 is mounted on the circuit board 6 by wire bonding in the step of wire bonding other parts. In the chip-on-board of FIG. 3, in addition to the resistance element 4, the switching element 3 FET and the resistance element 4 are connected by wire bonding, and the protection circuit 5 and the switching element 3 FET are also connected by wire bonding. Further, the FET of the switching element 3 and the output terminal 7 are also connected by wire bonding. In the chip-on-board, the sealing resin is bonded to the surface of the substrate 6 so that the wires to be wire-bonded are embedded in the sealing resin.
[0017]
The resistance element 4 is configured by wire bonding a plurality of wires. The resistance value of the resistance element 4 can be specified by the thickness, length, and number of wires to be wire-bonded. Also, the allowable current can be set to an optimum value by the number of wires connected in parallel as the resistance element 4. For example, the electric resistance of a wire for wire bonding having a diameter of 30 μm and a length of 1 mm is about 34 mΩ in average of 20 wires. When the electrical resistance of the 20 wires for wire bonding is accurately measured, the minimum value of the electrical resistance is 30.26 mΩ, the maximum value is 39.31 mΩ, the standard deviation is 2.70 mΩ, and the average value is 34.31 mΩ. . When a current of 3 A flows through the resistance element 4 composed of one wire, a voltage of 103 mV is generated at both ends. When these two wires are connected in parallel, a current of 3 A flows and a voltage of 51.5 mV is generated. Therefore, the resistance element 4 composed of the wire for wire bonding can adjust the number of wires connected in parallel, change the electric resistance, and adjust the voltage generated from the electric resistance. Further, the electric resistance can be changed by the length and diameter of the wire. In the overcurrent protection circuit 1 of FIGS. 2 and 3, four wires are arranged in parallel and connected in parallel, so that the electric resistance is 1/4 of one wire.
[0018]
The wire for wire bonding may have, for example, a wire diameter of 20 to 50 μm and a length of 0.5 to 2 mm, or may have three or less wires connected in parallel, or five or more wires.
[0019]
Since the chip-on-board is a circuit board 6 that is electrically connected by wire bonding, the resistance element 4 is configured by wires for wire bonding, and is used for wiring without fixing the dedicated resistance element 4 to the circuit board 6. Configure with wire. Further, since the chip-on-board is electrically connected by wire bonding, even if the number of wires to be wire-bonded increases, the cost increase for that is very small. Therefore, the resistive element 4 composed of wires for wire bonding on the chip-on-board can be extremely economically provided on the circuit board 6, and the electric resistance is optimal for detecting the overcurrent of the battery 2. There is a feature that can be set to a value.
[0020]
The battery 2 incorporated in the battery pack is a lithium ion secondary battery. In a lithium ion secondary battery, the battery voltage decreases as the battery is discharged. The overcurrent protection circuit 1 of the present invention cuts off the current at an accurate current value even when the battery voltage fluctuates, and is therefore most suitable for a circuit in which the battery 2 is a lithium ion secondary battery. However, a secondary battery other than the lithium ion secondary battery, for example, a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery can also be used.
[0021]
The switching element 3 is an FET. The illustrated battery pack includes FETs for charging and discharging. The charging FET and the discharging FET are not turned on / off only when an overcurrent flows, but the charged battery 2 is fully charged, or the discharged battery 2 is completely discharged. Alternatively, the battery 2 is protected by being switched from on to off when the battery temperature becomes abnormally high. If an overcurrent flows during charging, the charging FET is switched from on to off and cuts off the charging current. When an overcurrent flows during discharging, the discharging FET is switched from on to off to cut off the discharging current. The overcurrent protection circuit can detect an overcurrent only when discharging, and when the overcurrent flows in the discharging state, can switch the discharging FET from on to off to cut off the discharging current. Also, the overcurrent protection circuit may detect an overcurrent only during charging, and switch over the charging FET from on to off to shut off the charging current when the overcurrent flows in the charging state. it can. Also, overcurrent can be detected both during discharging and during charging, and when overcurrent flows, the discharging current or charging current can be cut off.
[0022]
The FET includes a diode connected in parallel. The diodes are connected in parallel so that current can flow in the reverse direction when the FET is off. Therefore, discharging can be performed in a state where the charging diode is off, and charging can be performed in a state where the discharging diode is off.
[0023]
The switching element 3, which connects the charging and discharging FETs in series, detects that an overcurrent flows and switches one of the FETs from on to off. For example, if an overcurrent flows during charging, the discharging FET is kept on, the charging FET is switched from on to off, and the charging current is interrupted. When an overcurrent flows, the charging FET is kept on, and the discharging FET is switched from on to off to cut off the discharging current. This battery pack can be discharged even if an overcurrent flows during charging and interrupts the charging current, and can be charged even if an overcurrent flows and interrupts the discharging current when it can be discharged. However, when overcurrent is detected during charging or discharging, both the charging and discharging FETs can be switched from on to off. This battery pack can be used safely because it stops both charging and discharging when an overcurrent flows. In this battery pack, a protection circuit 5 is provided with a reset circuit (not shown). After detecting an overcurrent, it is confirmed that the battery 2 can be used safely. It can be used by switching from off to on.
[0024]
In the overcurrent protection circuit 1 in the figure, the switching element 3 is connected between the battery 2 and the output terminal 7 by wire bonding. The FET which is the switching element 3 is a MOSFET having a built-in parasitic diode. The charging and discharging FETs are connected in series so that the source and the drain are opposite to each other, and are connected to the protection circuit 5 by wire bonding of the gate. The FET that is the switching element 3 is turned on and off by a voltage input from the protection circuit 5.
[0025]
The protection circuit 5 compares a detection voltage generated in the resistance element 4 due to the flow of the load current with a reference voltage, and controls ON / OFF of the FET which is the switching element 3. The protection circuit 5 has a built-in differential amplifier (not shown) for comparing a detection voltage with a reference voltage. The differential amplifier has an input terminal connected to the resistance element 4 and inputs a detection voltage proportional to the load current of the battery 2 to one input terminal. The differential amplifier inputs a reference voltage to the other input terminal.
[0026]
The protection circuit 5 turns on the switching element 3 when the detection voltage is lower than the reference voltage, and turns off the switching element 3 from on when the overcurrent flows through the battery 2 and the detection voltage becomes higher than the reference voltage. Switch.
[0027]
An overcurrent protection circuit that detects overcurrent only when discharging and shuts off the current when overcurrent flows at this time compares the detection voltage with the reference voltage during discharging and makes the detection voltage If the voltage becomes higher than the voltage, it is determined that an overcurrent has occurred, and the discharging FET is switched from on to off. At this time, the charging FET is kept on, so that charging is possible. Also, the charging FET can be switched from on to off so that neither discharging nor charging can be performed.
[0028]
In addition, an overcurrent protection circuit that detects overcurrent only during charging and shuts off the current when an overcurrent flows at this time compares the detection voltage with the reference voltage during charging, and detects the overvoltage. Is higher than the reference potential, an overcurrent is determined, and the charging FET is switched from on to off. Also at this time, the discharging FET can be kept on to make it possible to discharge. Also, the discharging FET can be switched from on to off so that neither discharging nor charging can be performed.
[0029]
The protection circuit 5 does not control the switching element 3 to be turned on / off only when an overcurrent flows, but the charged battery 2 is fully charged, or the discharged battery 2 is completely discharged, or The protection circuit protects the battery 2 by switching the switching element 3 from on to off even when the battery temperature becomes abnormally high. The overcurrent protection circuit 1 uses the switching element of the protection circuit in combination to cut off the current when an overcurrent flows. In this battery pack, it is not necessary to provide a dedicated switching element or a protection circuit to cut off the overcurrent. The protection circuit is a protection circuit IC including a circuit for detecting remaining capacity, full charge, overdischarge, and the like of a battery in addition to a circuit for detecting overcurrent.
[0030]
【The invention's effect】
The battery pack provided with the overcurrent protection circuit of the present invention has a feature that, when an overcurrent flows through the battery, the battery current can be cut off with an accurate current to protect the battery while the resistance element is simply and inexpensively mounted on the substrate. . The battery pack of the present invention includes an overcurrent protection circuit, a switching element that is switched from on to off when an overcurrent flows through the battery, a resistance element that generates a voltage proportional to the current flowing through the battery, and a resistance element. And a protection circuit that switches the switching element from on to off by comparing the detection voltage generated on the chip with a reference voltage, and a chip-on-board mounted on the board, and the wire that is wire-bonded to the chip-on-board is a resistance element. Because. In this overcurrent protection circuit, since the resistance element is configured by wiring wires connected to the substrate, it is not necessary to fix a resistance element dedicated to current detection unlike the related art. In particular, since the chip-on-board is electrically connected by wire bonding, even if the number of wires to be wire-bonded is increased, the cost increase is very small. Therefore, the battery pack of the present invention can realize the feature that the resistance element can be easily and economically mounted on the substrate. Further, since the electrical resistance of a resistance element formed of a wire can be specified by the thickness and length of the wire, the resistance value can be easily and easily set to an optimum resistance value. Therefore, by setting the resistance element to an optimum resistance value, the current flowing through the battery can be accurately detected, the overcurrent can be cut off, and the battery can be reliably protected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional overcurrent protection circuit. FIG. 2 is a circuit diagram of a battery pack provided with an overcurrent protection circuit according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is an overcurrent protection circuit formed by a chip-on-board. Schematic diagram showing [Description of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 overcurrent protection circuit 2 battery 3 switching element 4 resistance element 5 protection circuit 6 substrate 7 output terminal 11 overcurrent protection circuit 12 battery 13 FET

Claims (3)

電池(2)と直列に接続されて電池(2)に過電流が流れるときにオンからオフに切り換えられるスイッチング素子(3)と、電池(2)に直列に接続されて電池(2)に流れる電流に比例する電圧を発生させる抵抗素子(4)と、この抵抗素子(4)に発生される検出電圧を基準電圧に比較して、検出電圧が基準電圧よりも高くなるとスイッチング素子(3)をオンからオフに切り換えて、電池(2)に流れる電流を遮断する保護回路(5)を備える過電流保護回路(1)を備え、
過電流保護回路(1)が、スイッチング素子(3)と保護回路(5)と抵抗素子(4)を基板(6)に実装するチップオンボードで構成され、抵抗素子(4)が、チップオンボードにワイヤーボンディングされてなるワイヤーである過電流保護回路を備えるパック電池。
A switching element (3) connected in series with the battery (2) and switched from on to off when an overcurrent flows through the battery (2); and a switching element (3) connected in series with the battery (2) and flowing through the battery (2) A resistance element (4) for generating a voltage proportional to the current and a detection voltage generated in the resistance element (4) are compared with a reference voltage, and when the detection voltage is higher than the reference voltage, the switching element (3) is switched. An overcurrent protection circuit (1) including a protection circuit (5) for switching from on to off and interrupting a current flowing through the battery (2);
The overcurrent protection circuit (1) comprises a switching element (3), a protection circuit (5), and a chip-on-board in which a resistance element (4) is mounted on a substrate (6). A battery pack that has an overcurrent protection circuit that is a wire that is wire-bonded to a board.
抵抗素子(4)が、互いに並列接続してなる複数本のワイヤーボンディング用のワイヤーである請求項1に記載される過電流保護回路を備えるパック電池。The battery pack having the overcurrent protection circuit according to claim 1, wherein the resistance element (4) is a plurality of wires for wire bonding connected in parallel with each other. 抵抗素子(4)のワイヤーボンディング用のワイヤーを封止樹脂に埋設している請求項1に記載される過電流保護回路を備えるパック電池。A battery pack comprising the overcurrent protection circuit according to claim 1, wherein a wire for wire bonding of the resistance element (4) is embedded in a sealing resin.
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