JP2007274866A - 電池保護モジュール及び電池保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池を異常状態から保護する保護機能を有する保護回路チップと、電池と負荷との間に設けられ、保護回路チップの保護機能により電池を負荷から切断するトランジスタチップとを回路基板に搭載した構成とされた電池保護モジュールに関し、小型化が可能な電池保護モジュール及び電池保護システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、少なくとも電池を異常状態から保護する保護機能を有する保護回路と、電池と負荷との間に設けられ、保護回路の保護機能によりスイッチングされて、電池を負荷から切断するスイッチング素子とを回路基板に搭載した構成とされた電池保護モジュールにおいて、保護回路及びスイッチング素子はともにベアチップから構成されており、保護回路は、使用される保護機能が制限され、スイッチング素子は保護回路により使用される保護機能によりスイッチングされる一つの素子から構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電池保護モジュール及び電池保護システムに係り、特に、電池を異常状態から保護する保護機能を有する保護回路チップと、電池と負荷との間に設けられ、保護回路チップの保護機能により電池を負荷から切断するトランジスタチップとを回路基板に搭載した構成とされた電池保護モジュール及び電池保護システムに関する。

携帯電話などの携帯機器は、その電源として充電可能とされた電池パックなどが搭載されている。電池パックは、充電器により充電可能とされている。

このとき、電池パックに搭載されるリチウムイオン電池は、過充電、過放電、過電流、短絡などの異常状態により充放電特性などの性能が大きく劣化するため、電池パックには、過充電、過放電、過電流、短絡など異常状態から内蔵電池を保護するための電池保護モジュールが搭載されている。

図７は従来の電池保護モジュールの断面図、図８は従来の電池保護モジュールのブロック構成図を示す。

従来の電池保護モジュール５００は、電池保護ＩＣチップ５１１及びトランジスタＩＣチップ５１２並びに抵抗Ｒ11、Ｒ12、キャパシタＣ11から構成されるチップ部品５１３をプリント配線板５１４上に半田付けした構成とされている。電池保護モジュール５００は、プリント配線板５１４上に形成された端子５１５、５１６に電池を接続し、端子５１７、５１８に負荷を接続する構成とされていた。

このとき、電池保護ＩＣチップ５１１は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、短絡保護機能を有する。過充電保護機能は、抵抗Ｒ11とキャパシタＣ11との接続点の電圧から電池電圧を検出し、過充電状態となったときにトランジスタＩＣチップ５１２に内蔵された一方のトランジスタＱ32をオフする。

過放電保護機能は、抵抗Ｒ11とキャパシタＣ11との接続点の電圧から電池電圧を検出し、過放電状態となったときにトランジスタＩＣチップ５１２に内蔵された他方のトランジスタＱ31をオフする。

過電流保護機能、及び、短絡保護機能は、抵抗Ｒ12に流れる電流により抵抗Ｒ12に発生する電圧を検出し、電池の過電流状態及び短絡状態を検出し、トランジスタＱ31をオフする。

トランジスタＩＣチップ５１２に内蔵される２つのトランジスタＱ31、Ｑ32は、電界効果トランジスタから構成されており、ドレイン−ソースが直列となるように端子５１６と端子５１８との間に接続されている。このとき、トランジスタＱ31は、放電電流を阻止する必要があるため、寄生ダイオードが端子５１６から端子５１８に向かう方向が逆方向となるように接続されている。また、トランジスタＱ32は、充電電流を阻止するため、寄生ダイオードが端子５１８から端子５１６に向かう方向が逆方向となるように接続されている。

以上の構成によって、電池保護モジュール５００は、電池を過充電、過放電、過電流、短絡から保護していた。

一方で、低容量の電池を使用する小型の携帯機器では、機器側に充電制御ＩＣなどを搭載していることもあって、電池パック側でのフル保護を必要としない場合も多くなってきている。フル保護を行う場合には、図８に示すように過放電防止用トランジスタＱ31と過充電防止用トランジスタＱ32の２つのトランジスタを電池と負荷との間に直列に接続する必要があった。

しかるに、携帯機器の小型化にともない、電池パックにも小型化が望まれているが、従来の電池保護モジュールはプリント配線板上に電池保護ＩＣチップ及びトランジスタＩＣチップを半田付けした構成とされていたため、小型化が困難であった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小型化が可能な電池保護モジュール及び電池保護システムを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも電池（３１１）を異常状態から保護する保護機能を有する保護回路（１１１）と、電池（３１１）と負荷（４１１）との間に設けられ、保護回路（１１１）の保護機能によりスイッチングされて、電池（３１１）を負荷（４１１）から切断するスイッチング素子（１１２）とを回路基板（１１４）に搭載した構成とされた電池保護モジュールにおいて、保護回路（１１１）及びスイッチング素子（１１２）はともにベアチップから構成されており、保護回路（１１１）は使用される保護機能が制限され、スイッチング素子（１１２）は保護回路（１１１）により使用される保護機能によりスイッチングされる一つの素子（Ｑ11）から構成されることを特徴とする。

保護回路（１１１）は、使用する保護機能が、電池を過放電から保護する過放電保護機能と、電池を過電流から保護する過電流保護機能と、電池を短絡状態から保護する短絡保護機能とに制限されていることを特徴とする。

スイッチング素子（１１２）は、一つの電界効果トランジスタ（Ｑ11）から構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、電池（３１１）を異常状態から保護する電池保護システムであって、電池（３１１）への充電を制御する充電制御手段（４２１）と、電池（３１１）の異常状態を保護する保護機能を有する保護手段（１００）とを有し、充電制御手段（４２１）と保護手段（１００）とで協働して電池（３１１）を異常状態から保護することを特徴とする。

保護手段（１００）は電池（３１１）を過放電から保護する過放電保護機能と、電池を過電流から保護する過電流保護機能と、電池を短絡状態から保護する短絡保護機能とを有し、充電制御手段は電池を過充電から保護する過充電保護機能を有することを特徴とする。

なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が制限されるものではない。

本発明によれば、少なくとも電池を異常状態から保護する保護機能を有する保護回路と、電池と負荷との間に設けられ、保護回路の保護機能によりスイッチングされて、電池を負荷から切断するスイッチング素子とを回路基板に搭載した構成とされた電池保護モジュールにおいて、保護回路及びスイッチング素子をともにベアチップから構成し、保護回路で使用される保護機能を制限し、かつ、スイッチング素子を保護回路により使用される保護機能によりスイッチングされる一つの素子から構成することにより、保護回路及びスイッチング素子の搭載スペースを大幅に削減でき、これによって、モジュール全体を小型化することが可能となる。

図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は本発明の一実施例の側面図、図３は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。

本実施例の電池保護モジュール１００は、例えば、電池パックなどに搭載され、電池パックに内蔵される電池を異常状態から保護する回路モジュールであり、いわゆる、ＣＯＢ（chip on board）構造とされている。電池保護モジュール１００は、保護回路チップ１１１、トランジスタチップ１１２、チップ部品１１３、回路基板１１４、モールド樹脂部１１５、端子部１１６〜１１９から構成されている。

保護回路チップ１１１は、電池の過放電、短絡を検出し、電池と負荷との間に設けられたトランジスタチップ１１２をオフし、電池を異常状態から保護する。保護回路チップ１１１及びトランジスタチップ１１２は、ともにベアチップから構成されており、回路基板１１４に接着される。保護回路チップ１１１は、回路基板１１４の導電パターンに直接的にワイヤボンディングされて、回路基板１１４に電気的に接続される。

回路基板１１４は、エポキシ樹脂あるいは、セラミックスから構成されており、金、銅、アルミニウムなどの導電パターンが形成されている。

保護回路チップ１１１は、通常の電池保護ＩＣに比べて使用される保護機能が、例えば、使用する保護機能が、電池を過放電から保護する過放電保護機能と、電池を過電流から保護する過電流保護機能と、電池を短絡状態から保護する短絡保護機能とに制限されている。

また、トランジスタチップ１１２は、一つの電界効果トランジスタのみを搭載した構成とされている。なお、通常のトランジスタＩＣチップは、２つのトランジスタを搭載している。

本実施例のトランジスタチップ１１２は、ベアチップ化し、一つのトランジスタＱ11のみが搭載された構成とされており、トランジスタチップ１１２を通常のトランジスタＩＣに比べて大幅に小型化している。

モールド樹脂部１１５は、回路基板１１４の保護回路チップ１１１及びトランジスタチップ１１２、並びに、チップ部品１１３を封止するように形成されている。

図４は保護回路チップ１１１のブロック構成図を示す。

保護回路チップ１１１は、過放電検出回路２１１、過電流検出回路２１２、短絡検出回路２１３、制御回路２１４から構成されている。

端子２２１は、回路基板１１４に形成された導電パターンにより、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１との接続点に接続されている。端子２２２は、回路基板１１４に形成された導電パターンにより、抵抗Ｒ２を介して端子１１９に接続されている。端子２２３は、回路基板１１４に形成された導電パターンにより、トランジスタチップ１１２のトランジスタＱ11のゲートに接続されている。

過放電検出回路２１１は、端子１１６の電圧を検出することによって端子１１６と端子１１７との間に接続される電池の過放電状態を検出し、過放電検出信号を生成する。過放電検出信号は、制御回路２１４に供給される。

過電流検出回路２１２は、端子２２２に抵抗Ｒ２を介して流れ込む電流を検出して、端子１１６と端子１１７との間に接続される電池の過電流状態を検出し、過電流検出信号を生成する。過電流検出信号は、制御回路２１４に供給される。

短絡検出回路２１３は、端子２２２に抵抗Ｒ２を介して流れ込む電流を検出して、端子１１８と端子１１９との間の短絡状態を検出し、短絡検出信号を生成する。短絡検出信号は、制御回路２１４に供給される。

制御回路２１４は、過放電検出回路２１１からの過放電検出信号、及び、過電流検出回路２１２からの過電流検出信号、並びに、短絡検出回路２１３からの短絡検出信号のいずれかに応じて端子２２３からトランジスタチップ１１２を構成するトランジスタＱ11をオフする駆動信号を出力する。トランジスタＱ11がオフすることにより電池が端子１１８と端子１１９との間に接続される負荷から切断された状態となる。

本実施例によれば、保護回路チップ１１１及びトランジスタチップ１１２をベアチップとして回路基板１１４に搭載し、かつ、保護回路チップ１１１の保護機能を制限するとともに、これに合わせてトランジスタチップ１１２に搭載されるトランジスタを一つのトランジスタＱ11で構成することにより回路基板１１４を小型化することができ、電池保護モジュール１００の全体形状を小型化することができる。また、ＩＣチップなどを搭載する場合に比べて薄くすることができる。

また、保護回路チップ１１１及びトランジスタチップ１１２は、ベアチップであるので、ＩＣチップ化されたものに比べて安価にできる。さらに、トランジスタチップ１１２には、１つのトランジスタＱ11が搭載さているだけであるので、トランジスタＩＣチップに比べて安価に構成できる。

このように、本実施例の電池保護モジュール１００によれば、従来品に比べて大幅に小型、薄型化できるため、搭載される電池パックなどの形状の自由度を向上させることが可能となる。

図５は本発明の一実施例の適用例の分解斜視図を示す。

本適用例は、電池パック３００に本実施例の電池保護モジュール１００を適用した例を示している。

本適用例の電池パック３００は、電池保護モジュール１００、電池３１１、ケース３１２、カバー３１３から構成されている。電池保護モジュール１００は、端子１１６に端子部材３２１の一端が溶接されている。端子部材３２１は、折曲されて、他端が電池３１１のプラス端子に溶接される。

また、電池保護モジュール１００は、端子１１７に端子部材３２２の一端が溶接される。端子部材３２１は、折曲されて、他端が電池３１１のマイナス端子に溶接される。

電池保護モジュール１００が溶接された電池３１１は、ケース３１２内に収納される。ケース３１２の開口面は、カバー３１３により閉蓋される。

このとき、電池保護モジュール１００の端子１１８、１１９は、ケース３１２の開口部３３１、３３２から外部に表出され、外部回路に接続可能とされている。

図６は電池パック３００を用いた携帯機器システムのブロック構成図を示す。

本適用例の携帯機器システム４００は、装置本体４１１を電池パック３００により駆動する構成とされている。

装置本体４１１は、充電制御ＩＣ４２１、電源回路４２２、本体回路４２３、トランジスタＱ21から構成されており、端子４２４，４２５にＡＣアダプタ４１２が接続され、端子４２６、４２７に電池パック３００が接続される。
る。ＡＣアダプタ４１２は、交流電源４３１から供給される交流電源を直流電源に変換して端子４２４、４２５に供給する。

端子４２４は、トランジスタＱ21を介して端子４２６に接続され、端子４２５は充電制御ＩＣ４２１及び電源回路４２２に接続されている。端子４２６、４２７は、電池パック３００の端子１１８、１１９に接続されている。

電池パック３００は、ＡＣアダプタ４１２から端子４２４、４２５に直流電源が供給されているときには充電がおこなわれ、ＡＣアダプタ４１２から端子４２４、４２５に直流電源が供給されていないときには電源回路４２２に直流電源を供給する。

このとき、充電制御ＩＣ４２１によりトランジスタＱ21が制御され、電池パック３００に内蔵された電池３１１が過充電状態、又は、過放電状態とならないように制御される。

したがって、電池パック３００の電池３１１は、電池保護モジュール１００によって過充電保護を行わなくとも、装置本体４１１に内蔵された充電制御ＩＣ４２１の過充電保護機能によって過充電から保護される。このように、本適用例の携帯機器システム４００では、電池３１１を電池保護モジュール１００及び充電制御ＩＣ４２１により協働して過放電、過充電、短絡などの異常状態から保護している。

なお、電源回路４２２は、ＡＣアダプタ４１２からの直流電源又は電池パック３００からの直流電源から本体回路４２３を駆動するための電源を生成し、本体回路４２３に供給する。本体回路４２３は、電源回路４２２から供給される電源により駆動され、装置の各種機能を発揮する。

なお、本実施例の電池保護モジュール１００は、過充電保護回路及び過充電保護用トランジスタを削除し、過放電保護回路２１１、過電流保護回路２１２、短絡保護回路２１３及び過放電保護用トランジスタＱ11のみを機能させ、過放電保護機能、過電流保護機能、短絡保護機能を動作可能したが、過放電保護回路２１１、過電流保護回路２１２、短絡保護回路２１３及び過放電保護用トランジスタＱ11を削除し、過充電保護回路及び過充電保護用トランジスタを機能させ、過充電保護機能のみを動作させるようにしてもよい。

また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲で種々に変形可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施例の斜視図である。 本発明の一実施例の側面図である。 本発明の一実施例のブロック構成図である。 保護回路チップ１１１のブロック構成図である。 本発明の一実施例の適用例の分解斜視図である。 電池パック３００を用いた携帯機器システムのブロック構成図である。 従来の電池保護モジュールの断面図である。 従来の電池保護モジュールのブロック構成図である。

符号の説明

１００ 電池保護モジュール
１１１ 保護回路チップ、１１２ トランジスタチップ、１１３ チップ部品
１１４ 回路基板、１１５ モールド樹脂、１１６〜１１９ 端子
２１１ 過放電検出回路、２１２ 過電流検出回路、２１３ 短絡検出回路
２１４ 制御回路、２２１〜２２４ 端子
３００ 電池パック
３１１ 電池、３１２ ケース、３１３ カバー
３２１、３２２ 端子部材
４００ 携帯機器システム
４１１ 装置本体、４１２ ＡＣアダプタ、４１３ 交流電源
４２１ 充電制御ＩＣ、４２２ 電源回路、４２３ 本体回路
４２４〜４２７ 端子
Ｑ11、Ｑ21 トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗、Ｃ１ キャパシタ

Claims (5)

1. 少なくとも電池を異常状態から保護する保護機能を有する保護回路と、前記電池と負荷との間に設けられ、前記保護回路の保護機能によりスイッチングされて、前記電池を前記負荷から切断するスイッチング素子とを回路基板に搭載した構成とされた電池保護モジュールにおいて、
   前記保護回路及び前記スイッチング素子は、ともにベアチップから構成されており、
   前記保護回路は、使用される保護機能が制限され、
   前記スイッチング素子は、前記保護回路により使用される保護機能によりスイッチングされる一つの素子から構成されることを特徴とする電池保護モジュール。
2. 前記保護回路は、使用する保護機能が、前記電池を過放電から保護する過放電保護機能と、
   前記電池を過電流から保護する過電流保護機能と、
   前記電池を短絡状態から保護する短絡保護機能とに制限されていることを特徴とする請求項１記載の電池保護モジュール。
3. 前記スイッチング素子は、一つの電界効果トランジスタから構成されていることを特徴とする請求項１記載の電池保護モジュール。
4. 電池を異常状態から保護する電池保護システムであって、
   前記電池への充電を制御する充電制御手段と、
   前記電池の異常状態を保護する保護機能を有する保護手段とを有し、
   前記充電制御手段と前記保護手段とで協働して前記電池を異常状態から保護することを特徴とする電池保護システム。
5. 前記保護手段は、前記電池を過放電から保護する過放電保護機能と、
   前記電池を過電流から保護する過電流保護機能と、
   前記電池を短絡状態から保護する短絡保護機能とを有し、
   前記充電制御手段は、前記電池を過充電から保護する過充電保護機能を有することを特徴とする請求項４記載の電池保護システム。

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