JP2006210120A - 電池保護ｉｃチップ - Google Patents

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Abstract

【課題】 リチウムイオン電池保護モジュールにおいて、充放電制御用ＦＥＴの温度の検出精度を良くすることを目的とする。
【解決手段】 コントロールＩＣチップ１２０は、放電過電流検出部ＶＤ３、充電過電流検出部ＶＤ４に加えて、温度検出部１４８を有する。コントロールＩＣチップ１２０を充電制御用ＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴ上に重ねて搭載することによって、温度検出部１４８は充電制御用ＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴに極く近接させて配置され、充電制御用ＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴの温度を精度良く検出する。
【選択図】 図５

Description

本発明は電池保護ＩＣチップに係り、特に携帯機器の電源として使用されるリチウムイオン電池が過充電、過放電及び過電流にならないように動作する電池パック保護回路を構成する電池保護ＩＣチップに関する。
携帯機器の電池パックの多くはリチウムイオン電池を使用している。リチウムイオン電池は過充電、過放電及び過電流になると問題を起こしやすいので、リチウムイオン電池を収容している電池パックには、リチウムイオン電池が過充電、過放電及び過電流にならないように動作する電池保護回路を備えた電池保護モジュールが設けてある。電池保護回路は、過充電、過放電及び過電流の時に開く電子スイッチとして機能するＦＥＴチップを備えた構成である。電池保護モジュールはチップ及びワイヤが合成樹脂部でもって封止してあるＣＯＢ(Chip On Board)構造及びパッケージ品を実装してあるディスクリートにジュール構造を有している。また、電池パックは専用の充電器にセットして繰り返し充電される。
特開２００４−６５２４号公報
ここで、充電の過程で充電器からリチウムイオン電池に過電流が流れた場合、携帯機器の使用時にリチウムイオン電池から携帯機器に過電流が流れた場合には、事故を起こす危険性が高いため、これらに対する対策を重ねて施すことが安全上望ましい。そこで、過電流が流れるとＦＥＴチップが発熱するので、このＦＥＴチップの温度を検出し、ＦＥＴチップの温度が所定温度にまで上昇した場合に、ＦＥＴチップをオフとするようにすることが考えられる。この場合に、電池保護モジュールの製造コストを上げないためにも、新たな部品の追加がないこと、及び、動作の精度が良いことが求められる。
そこで、本発明は、上記課題を解決した電池保護ＩＣチップを提供することを目的とする。
本発明は、充電時及び放電時に電池を保護する機能を有する電池保護ＩＣチップであって、温度が上昇して所定温度に到ったことを検出する温度検出部を備え、且つ、該温度検出部が所定温度に到ったことを検出したときに充電制御用ＦＥＴチップ及び放電制御用ＦＥＴチップをオフにする構成としたことを特徴とする。
本発明によれば、電池保護ＩＣチップを充電制御用ＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴ上に重ねて搭載することによって、温度検出部を充電制御用ＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴ上に極く近接させて配置することが可能となり、充電制御用ＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴの温度を精度良く検出することが可能となる。
次に本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２は本発明の実施例１になる電池保護装置１００を示す。図３はＣＯＢ形式の電池保護モジュール１１０を示す。図８及び図９は電池保護装置１００がリチウムイオン電池２０１と接続された状態で電池パック２００内に組み込んである状態を示す。Ｚ１は電池パック２００の内部側、Ｚ２は電池パック２００の表面側である。Ｘ１−Ｘ２は電池保護装置１００の長さ方向、Ｙ１−Ｙ２は幅方向、Ｚ１−Ｚ２は厚さ方向である。Ｚ１側が上面、Ｚ２側が下面である。図１０は電池保護装置１００の回路図である。
図１及び図２に示すように、電池保護装置１００は、電池保護モジュール１１０と、ベースプリント基板１５０と、コネクタ部材１６０とよりなり、ベースプリント基板１５０上に、電池保護モジュール１１０とコネクタ部材１６０とが搭載してある構成である。図１０はこの電池保護装置１００の回路を、電池保護モジュール１１０が有する回路部分と、ベースプリント基板１５０が有する回路部分と、コネクタ部材１６０が有する回路部分とに分けて示す。
端子に注目すると、電池保護装置１００は、電池パックマイナス出力端子１０３、電池パックプラス出力端子１０４と、リチウムイオン電池２０１に接続される電池マイナス端子１０１及び電池プラス端子１０２を有する。各端子１０１〜１０４を辿ると配線及び端子を経て電池保護モジュール１１０の端子に到る。途中の端子及び電池保護モジュール１１０の端子については、添え字を付した同じ符号で示す。
［電池保護モジュール１１０］
図２及び図３に示すように、電池保護モジュール１１０は、両面構造であるＣＯＢ対応プリント基板１１１のＺ１側の面に、電池保護ＩＣチップであるコントロールＩＣチップ１２０、第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２、抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４を有する。
図４に拡大して併せて示すように、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２は上面にゲート端子１２１Ｇ、１２２Ｇ及びソース端子１２１Ｓ、１２２Ｓを有し、下面の全面にドレイン端子（図示せず）を有する。同じく図４に示すように、この第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２はドレイン端子（図示せず）をプリント基板１１１上のダイパッド１１２上に並んだ配置で銀ペーストで実装してある。コントロールＩＣチップ１２０は、並んでいる第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２を跨ぐようにして、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２上に重なって、両面テープ１２８でもって接着されて搭載してある。コントロールＩＣチップ１２０のサイズは、並んでいる第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２を合わせたサイズよりも小さく、ゲート端子１２１Ｇ、１２２Ｇ及びソース端子１２１Ｓ、１２２ＳはコントロールＩＣチップ１２０の外側に位置しており露出している。また、Ａｕワイヤ１２６−１、１２６−２の両端が、コントロールＩＣチップ１２０の上面の端子と第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２上のゲート端子１２１Ｇ、１２２Ｇとに夫々ボンディングされて両者の間に張られている。また、第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１のソース端子１２１Ｓとパッド１１３との間に複数のＡｕワイヤ１２６−３が夫々ボンディングされて張られている。また、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２のソース端子１２２Ｓとパッド１１４との間に複数のＡｕワイヤ１２６−４が夫々ボンディングされて張られている。また、コントロールＩＣチップ１２０の上面の他の端子とパッドとの間にＡｕワイヤ１２６−５が夫々ボンディングされて張られている。
図３中、１２７は合成樹脂部であり、プリント基板１１１のＺ１側の面１１１Ｚ１に、コントロールＩＣチップ１２０、第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２、抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４を封止している。コントロールＩＣチップ１２０が第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２上に重なっている部分については、合成樹脂部１２７は、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２上のコントロールＩＣチップ１２０及び張られているＡｕワイヤ１２６−１〜１２６−５を封止している。
上記のコントロールＩＣチップ１２０、第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２、抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４が図１０に示すように接続されて、リチウムイオン電池保護回路が形成してある。
［コントロールＩＣチップ１２０］
図１０に示すように、コントロールＩＣチップ１２０は、充電時に異常が発生してリチウムイオン電池２０１に過大電圧が印加されると第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１をオフにする過充電検出機能、放電時にリチウムイオン電池２０１の電圧が所定電圧以下に降下すると第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２をオフにする過放電検出機能、短絡して大電流が流れたときに第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１をオフにする過電流検出機能に加えて、温度が上昇して所定温度に到ったことを検出する温度検出機能を備えた構成である。
具体的には、図５に示すように、コントロールＩＣチップ１２０は、第１の論理回路１４１、第２の論理回路１４２、過充電検出部ＶＤ１、過放電検出部ＶＤ２、放電過電流検出部ＶＤ３、充電過電流検出部ＶＤ４、レベルシフト回路１４３、遅延回路１４４、短絡検出部１４５、発振器１４６、カウンタ１４７、及び、本発明の要部をなす温度検出部１４８を有する。また、コントロールＩＣチップ１２０は、充電制御端子(COUT)と、放電制御端子(DOUT)と、ＶＤＤ端子と、ＶＳＳ端子と、ＤＳ端子と、Ｖマイナス端子（Ｖ−）とを有する。温度検出部１４８は第１の論理回路１４１及び第２の論理回路１４２と接続してある。第１の論理回路１４１及び第２の論理回路１４２は、夫々充電制御端子(COUT)及び放電制御端子(DOUT)と接続してある。
温度検出部１４８は、図７（Ａ）に示すダイオードＤ１の負の温度特性を利用した構成であり、具体的には、図６に示すように、インバータ１４９と、この入力側に接続してある抵抗素子Ｒ１，Ｒ２及びダイオードＤ１とよりなる構成である。インバータ１４９には閾値ＳＨが設定してある。閾値ＳＨは、検出すべき温度Ｔ１及びダイオードＤ１の温度特性を考慮して定めてある。インバータ１４９は第１の論理回路１４１及び第２の論理回路１４２と接続してある。
ダイオードＤ１の温度が所定温度Ｔ１よりも低い場合には、インバータ１４９の入力側の電圧は高く、インバータ１４９の出力は「Ｌ」である。第１の論理回路１４１、第２の論理回路１４２の出力は「Ｈ」であり、充電制御端子(COUT)及び放電制御端子(DOUT)の電位は「Ｈ」である。
ダイオードＤ１の温度が上昇すると、図７（Ａ）に示すように、温度が上昇するにつれてダイオードＤ１の順方向電圧が低くなり、同図（Ｂ）に示すように、ダイオードＤ１の端の電圧が低くなるように変化し、温度が所定温度Ｔ１を越えると、インバータ１４９の入力側の電圧が閾値ＳＨより低くなり、同図（Ｃ）に示すように、インバータ１４９の出力が反転して「Ｈ」となる。インバータ１４９の出力が反転して「Ｈ」となると、第１の論理回路１４１、第２の論理回路１４２の出力が「Ｌ」となり、充電制御端子(COUT)及び放電制御端子(DOUT)の電位は「Ｌ」となり、後述するように、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２が共にオフとされる。
［電池保護装置１００］
図１に示すように、上記構成の電池保護モジュール１１０は、各コーナ部の端子１０１−１、１０２−１、１０３−１、１０５−１を対応する端子１０１−２、１０２−２、１０３−２、１０５−２と半田付けされて、ベースプリント基板１５０の電池保護モジュール実装部１５１に実装してある。また、コネクタ部材１６０は、コネクタ部材実装部１５２に接着してあり、電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４の他端部１０３ａ、１０４ａが夫々端子１０３−３、１０４−１と半田付けしてある。
この電池保護装置１００には、図８に示すように、端子１０１，１０２に夫々帯状の端子板２１０，２１１が接続される。電池保護装置１００は、図９に示すように、この端子板２１０，２１１の先端をリチウムイオン電池２０１の極に接続されて、リチウムイオン電池２０１の一つの側面に沿うように配置され、リチウムイオン電池２０１と共にケース２１２ａ，２１２ｂ内に組み込まれ、電池パック２００が完成する。
［電池パック２００の過電流］
電池パック２００は、図８に示すように、携帯機器に装着されて、電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４を介して携帯機器と電気的に接続されて使用される。リチウムイオン電池２０１の電圧が所定電圧以下に降下して過放電となると第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２がオフとされる。短絡等して大電流が流れて過電流となると第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１がオフとされる。
また、電池パック２００は、同じく図８に示すように、充電器にセットされ電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４を介して充電器と電気的に接続されて充電される。充電時に異常が発生してリチウムイオン電池２０１に過大電圧が印加され過充電となると第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１がオフとされて、リチウムイオン電池２０１が保護される。
また、図１０中、端子１０１と端子１０３との間に大電流が流れて過電流となると、以下の動作も行われる。
充電時には以下の動作が行われる。端子１０３から端子１０１に向かって大電流が流れると、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２が発熱する。第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２の熱はコントロールＩＣチップ１２０に伝導して、温度検出部１４８の温度が所定温度を越えると、インバータ１４９の入力側の電圧が閾値を越え、インバータ１４９の出力が反転し「Ｈ」となり、第１及び第２の論理回路１４１、１４２の出力が共に「Ｌ」となり、充電制御端子(COUT)及び放電制御端子(DOUT)の電位が共に「Ｌ」となり、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２が共にオフとされる。これにより、端子１０３と端子１０１間の経路が断たれ、リチウムイオン電池２０１が保護されると共に、電池保護装置１００が異常に加熱されることが回避される。放電時に端子１０１から端子１０３に向かって大電流が流れた場合にも、上記と同じ動作がなされ、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２が共にオフとされ、携帯機器が保護されると共に、電池保護装置１００が、特に第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２が異常に加熱されることが回避される。
次に、上記のコントロールＩＣチップ１２０、第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２をモジュール化した実施例について説明する。
図１１は電池保護ＩＣチップモジュールとしてのコントロールＩＣチップモジュール３００を示す。このコントロールＩＣチップモジュール３００は、端子３０２を有する基板３０１上に、第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２が並んで実装してあり、コントロールＩＣチップ１２０が、並んでいる第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２を跨ぐようにして、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２上に重なって、両面テープでもって接着されて搭載してあり、且つ、Ａｕワイヤ１２６−１〜１２６−５がボンディングされて張られており、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２、コントロールＩＣチップ１２０、Ａｕワイヤ１２６−１〜１２６−５が合成樹脂部３１０でもって覆われて封止されている構成である。
このコントロールＩＣチップモジュール１５０は、図１２及び図１３に示すように、ＣＯＢ対応プリント基板１１１Ａ上に抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４と共に実装され、抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４の部分が合成樹脂部１２７Ａでもって封止されて、電池保護モジュール１１０Ａが構成される。
なお、独立した第１のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２２に代えて、第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ１２１、１２２が並んで一体化されている構成の部品を使用することも可能である。
本発明の実施例１になる電池保護モジュールを有する電池保護装置の斜視図である。 図１の電池保護装置の分解斜視図である。 本発明の実施例１になる電池保護モジュールを内部を透視して示す正面図である。 コントロールＩＣチップが第１、第２のＦＥＴ−ＳＷチップ上に搭載してある部分を拡大して示す図である。 コントロールＩＣチップのブロック回路図である。 図５中、温度検出部の回路図である。 図６の温度検出部の動作を説明するための図である。 図１の電池保護装置を備えた電池パックの分解斜視図である。 図８の電池パックのうち電池保護装置の部分を示す図である。 図１の電池保護装置の回路図である。 本発明の実施例２になるコントロールＩＣチップモジュールを拡大して示す斜視図である。 図１１のコントロールＩＣチップモジュールを有する電池保護モジュールの斜視図である。 内部を透視して示す図１２の電池保護モジュールの正面図である。の断面図である。
符号の説明
１００ 電池用保護回路装置
１１０、１１０Ａ 電池保護モジュール
１１１ ＣＯＢ対応プリント基板
１２０ コントロールＩＣチップ
１２１ 第１のＦＥＴ−ＳＷチップ
１２２ 第２のＦＥＴ−ＳＷチップ
１２３ 抵抗チップ
１２４ コンデンサチップ
１２７ 合成樹脂部
１３０ リチウムイオン電池保護回路
３００ コントロールＩＣチップモジュール
３０１ 基板
３１０ 合成樹脂部

Claims (4)

  1. 充電時及び放電時に電池を保護する機能を有する電池保護ＩＣチップであって、
    温度が上昇して所定温度に到ったことを検出する温度検出部を備え、且つ、該温度検出部が所定温度に到ったことを検出したときに充電制御用ＦＥＴチップ及び放電制御用ＦＥＴチップをオフにする構成としたことを特徴とする電池保護ＩＣチップ。
  2. 充電制御用ＦＥＴチップと、
    放電制御用ＦＥＴチップと、
    充電時及び放電時に電池を保護する機能を有する機能を有し、且つ、温度が上昇して所定温度に到ったことを検出する温度検出部を備え、且つ、該温度検出部が所定温度に到ったことを検出したときに前記充電制御用ＦＥＴチップ及び放電制御用ＦＥＴチップをオフにする電池保護ＩＣチップとを有し、
    基板上に前記充電制御用ＦＥＴチップと前記放電制御用ＦＥＴチップとが並んで実装してあり、前記電池保護ＩＣチップが前記充電制御用ＦＥＴチップ及び前記放電制御用ＦＥＴチップ上に重ねて搭載してあり、前記充電制御用ＦＥＴチップ、前記放電制御用ＦＥＴチップ及び電池保護ＩＣチップが合成樹脂部でもって封止されており、且つ、前記基板に実装用の端子を備えた構成としたことを特徴とする電池保護ＩＣチップモジュール。
  3. プリント基板上に、
    抵抗チップ及びコンデンサチップと共に、充電制御用ＦＥＴチップと放電制御用ＦＥＴチップとが並んだ配置で実装してあり、前記充電制御用ＦＥＴチップと放電制御用ＦＥＴチップとに跨ってその上面に重なって、充電時及び放電時に電池を保護する機能を有する機能を有し、且つ、温度が上昇して所定温度に到ったことを検出する温度検出部を備え、且つ、該温度検出部が所定温度に到ったことを検出したときに前記充電制御用ＦＥＴチップ及び放電制御用ＦＥＴチップをオフにする電池保護ＩＣチップが搭載してあり、これらが電池用保護回路を形成しており、
    前記抵抗チップ、コンデンサチップ、充電制御用ＦＥＴチップ、放電制御用ＦＥＴチップ、電池保護ＩＣチップが合成樹脂部でもって封止してある構成としたことを特徴とする電池保護モジュール。
  4. プリント基板上に、抵抗チップ及びコンデンサチップと共に、請求項２に記載の電池保護ＩＣチップモジュールが実装してあり、これらが電池用保護回路を形成してある構成としたことを特徴とする電池保護モジュール。
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