JP2011030289A - 電池保護モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 容易にかつ安定して組み立てることが可能な、電池保護モジュールを提供すること。
【解決手段】 主面（１１ａ）を持つプリント基板（１１）と、プリント基板の主面上に搭載され、二次電池を保護するための電池保護回路（１２；１３）と、プリント基板の主面上に搭載され、電池保護回路の制御により二次電池の放電及び充電をオン／オフ制御するスイッチング手段（１６，１７；１８，１９）と、このスイッチング手段で発生された熱を検知する温度ヒューズ（２１；２２）と、を備えた電池保護モジュール（１０Ａ）において、温度ヒューズ（２１；２２）は、熱伝導パッド（２６Ａ；２７Ａ）を介してスイッチング手段と熱カップリングされている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、リチウムイオン電池等の充電可能な電池（二次電池）を保護するための電池保護回路を備えた電池保護モジュールに関し、特に、温度ヒューズを備えた電池保護モジュールに関する。

二次電池の内、特にリチウムイオン電池は、過放電、過充電に弱いため、過放電状態、過充電状態を検出して、過放電状態及び過充電状態から二次電池を保護するための電池保護回路が不可欠である。従って、この電池保護回路は、過放電防止機構と過充電防止機構とを備えている。このような電池保護回路は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。通常、電池保護回路として、ＩＣチップ（保護ＩＣ）が用いられている。

このような電池保護回路（保護ＩＣ）はプリント基板（回路基板）上に搭載される（例えば、特許文献３参照）。プリント基板上には、また、放電制御スイッチおよび充電制御スイッチとして動作する複数のパワーＭＯＳＦＥＴ（パワーＩＣ）や、抵抗器及びコンデンサなどの複数の電子部品が搭載される。プリント基板、電池保護回路、複数のパワーＭＯＳＦＥＴ、及び複数の電子部品の組み合わせは、電池保護モジュールと呼ばれる。

この電池保護モジュールは、リチウムイオン電池等の二次電池の端子と電気的に接続される。電池保護モジュールと二次電池との組み合わせは、電池パックと呼ばれる。

電池パックとして、ＦＥＴの温度を検出するために、当該ＦＥＴと熱的に結合された温度ヒューズを備えたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。この特許文献４に開示された電池パックでは、回路基板に透孔を穿設し、この透孔を通じてＦＥＴと温度ヒューズとをシリコーン樹脂層を介挿して熱結合している。

図１乃至図３を参照して、従来の電池保護モジュール１０について説明する。図１は電池保護モジュール１０の平面図である。図２は電池保護モジュール１０の主要部を示す部分斜視図である。図３は電池保護モジュール１０の側面図である。

図示の電池保護モジュール１０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のバッテリー用の電池保護モジュールである。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）は、バッテリーとして、複数（偶数）の二次電池（リチウムイオン電池）を備えている。このようなパーソナルコンピュータ（ＰＣ）では、バッテリーの寿命を長くするために、複数（偶数）の二次電池を第１及び第２のグループに分け、第１のグループと第２のグループとを交互に（例えば、周期的に）切替えて、使用している。そのため、図示の電池保護モジュール１０は、第１及び第２のグループ毎に電池保護回路を備えている。

図示の電池保護モジュール１０は、主面１１ａを持つプリント基板（回路基板）１１を備えている。このプリント基板１１の主面１１ａ上には、第１及び第２の電池保護回路（電池保護ＩＣ）１２、１３と、マイクロコンピュータ１５と、第１乃至第４のパワーＭＯＳＦＥＴ１６、１７、１８、１９と、第１及び第２の温度ヒューズ２１、２２と、複数のチップ部品２４とが搭載されている。

第１の電池保護回路１２と、第１及び第２のパワーＭＯＳＦＥＴ１６、１７と、第１の温度ヒューズ２１との組み合わせは、上記第１のグループに属する二次電池を保護する第１の電池保護ユニットとして動作する。一方、第２の電池保護回路１３と、第３及び第４のパワーＭＯＳＦＥＴ１８、１９と、第２の温度ヒューズ２２との組み合わせは、上記第２のグループに属する二次電池を保護する第２の電池保護ユニットとして動作する。マイクロコンピュータ１５は、上記第１のグループと第２のグループの切替タイミングに合わせて、第１の電池保護ユニットと第２の電池保護ユニットとの間の切替えを制御するためのものである。

最初に、第１の電池保護ユニットについて詳細に説明する。

第１の電池保護回路１２は、第１のグループに属する二次電池の過放電状態、過充電状態を検出して、過放電状態及び過充電状態から当該二次電池を保護するための回路である。第１のパワーＭＯＳＦＥＴ１６は、第１の電池保護回路１２の制御により第１のグループに属する二次電池の放電をオン／オフ制御する第１の放電制御用ＦＥＴとして働く。第２のパワーＭＯＳＦＥＴ１７は、第１の電池保護回路１２の制御により第１のグループに属する二次電池の充電をオン／オフ制御する第１の充電制御用ＦＥＴとして働く。すなわち、第１の放電制御用ＦＥＴ１６と第１の充電制御用ＦＥＴ１７との組み合わせは、第１の電池保護回路１２の制御により、第１のグループに属する二次電池の放電及び充電をオン／オフ制御する第１のスイッチング手段として働く。

第１の温度ヒューズ２１は、第１のスイッチング手段（１６，１７）で発生された熱を検知するためのものである。第１の温度ヒューズ２１は、第１のシリコーン樹脂２６を介して第１のスイッチング手段（１６，１７）と熱カップリングされている。すなわち、第１のシリコーン樹脂２６は、第１のスイッチング手段（１６，１７）で発生した熱を第１の第１の温度ヒューズ２１に伝達する第１の熱伝達部材として働く。詳述すると、第１のシリコーン樹脂２６は、第１の放電制御用ＦＥＴ１６及び第１の充電制御用ＦＥＴ１７を跨いだ状態で、第１の放電制御用ＦＥＴ１６及び第１の充電制御用ＦＥＴ１７と第１の温度ヒューズ２１との間に充填されている。

第１の温度ヒューズ２１は、第１の電池保護ユニットの異常などにより第１及び第２のパワーＭＯＳＦＥＴ１６、１７の温度が予め設定された温度以上になると、第１の温度ヒューズ２１の両端子間の電流通路を遮断して、第１のグループに属する二次電池および第１の電池保護ユニットの保護を図る。

次に、第２の電池保護ユニットについて詳細に説明する。

第２の電池保護回路１３は、第２のグループに属する二次電池の過放電状態、過充電状態を検出して、過放電状態及び過充電状態から当該二次電池を保護するための回路である。第３のパワーＭＯＳＦＥＴ１８は、第２の電池保護回路１３の制御により第２のグループに属する二次電池の放電をオン／オフ制御する第２の放電制御用ＦＥＴとして働く。第４のパワーＭＯＳＦＥＴ１９は、第２の電池保護回路１３の制御により第２のグループに属する二次電池の充電をオン／オフ制御する第２の充電制御用ＦＥＴとして働く。すなわち、第２の放電制御用ＦＥＴ１８と第２の充電制御用ＦＥＴ１９との組み合わせは、第２の電池保護回路１３の制御により、第２のグループに属する二次電池の放電及び充電をオン／オフ制御する第２のスイッチング手段として働く。

第２の温度ヒューズ２２は、第２のスイッチング手段（１８，１９）で発生された熱を検知するためのものである。第２の温度ヒューズ２２は、図２に示されるように、第２のシリコーン樹脂２７を介して第２のスイッチング手段（１８，１９）と熱カップリングされている。すなわち、第２のシリコーン樹脂２７は、第２のスイッチング手段（１８，１９）で発生した熱を第２の温度ヒューズ２２に伝達する第２の熱伝達部材として働く。詳述すると、第２のシリコーン樹脂２７は、第２の放電制御用ＦＥＴ１８及び第２の充電制御用ＦＥＴ１９を跨いだ状態で、第２の放電制御用ＦＥＴ１８及び第２の充電制御用ＦＥＴ１９と第２の温度ヒューズ２２との間に充填されている。

第２の温度ヒューズ２２は、第２の電池保護ユニットの異常などにより第３及び第４のパワーＭＯＳＦＥＴ１８、１９の温度が予め設定された温度以上になると、第２の温度ヒューズ２２の両端子間の電流通路を遮断して、第２のグループに属する二次電池および第２の電池保護ユニットの保護を図る。

特許第２８７２３６５号公報 特開２００１−１６９４７７号公報 特開２００１−２６８８０８号公報 特開２００４−８７８５１号公報

上述したように、従来の電池保護モジュール１０では、温度ヒューズ（２１，２２）がシリコーン樹脂（２６，２７）を介してスイッチング手段（１６；１７，１８；１９）と熱カップリングされている。すなわち、従来の電池保護モジュール１０では、スイッチング手段（１６；１７，１８；１９）で発生した熱を温度ヒューズ（２１，２２）に伝達する熱伝達部材としてシリコーン樹脂（２６，２７）を使用している。しかしながら、シリコーン樹脂には次に述べるような問題点がある。

電池保護モジュール１０を生産する組立工程において、シリコーン樹脂（２６，２７）を塗布したり、それを乾燥させる手順が必要となる。その結果、シリコーン樹脂（２６，２７）の固化に時間がかかってしまう。シリコーン樹脂（２６，２７）は液体であるので、シリコーン樹脂（２６，２７）を塗布する際に、その塗布面積や塗布量を管理（コントロール）することが必要となる。また、液体であるシリコーン樹脂（２６，２７）を塗布する場合、その表面張力により、塗布した形状が椀を逆さにした形状となるため、シリコーン樹脂（２６，２７）を、回路基板１１の主面１１ａ上で一定の容積を持って接触させることが困難である。その結果、スイッチング手段で発生した熱を温度ヒューズまで安定して伝導させることが困難となる。さらに、シリコーン樹脂（２６，２７）では、当該電池保護モジュール１０を内蔵する製品（例えば、パーソナルコンピュータ）内部にシロキサンを蒸散・放出することに繋がる。その為、当該電池保護モジュール１０が組み込まれる製品の周囲に対して悪影響を与える懸念がある。具体的には、パーソナルコンピュータに内蔵されている駆動機器（モータ）の駆動部分にシロキサンが付着し、その駆動機器（モータ）が動作停止してしまう恐れがある。その結果、長期信頼性の点で問題を抱えることになる。

したがって、本発明の課題は、容易にかつ安定して組み立てることが可能な、電池保護モジュールを提供することにある。

本発明の他の課題は、スイッチング手段から温度ヒューズまで安定して熱を伝達させることが可能な、電池保護モジュールを提供することにある。

本発明のもっと他の課題は、組み込まれる製品の周囲に対して悪影響を与えるのを防止できる、電池保護モジュールを提供することにある。

本発明によれば、主面（１１ａ）を持つプリント基板（１１）と、プリント基板の主面上に搭載され、二次電池を保護するための電池保護回路（１２；１３）と、プリント基板の主面上に搭載され、電池保護回路の制御により二次電池の放電及び充電をオン／オフ制御するスイッチング手段（１６，１７；１８，１９）と、このスイッチング手段で発生された熱を検知する温度ヒューズ（２１；２２）と、を備えた電池保護モジュール（１０Ａ）であって、温度ヒューズ（２１；２２）が、熱伝導パッド（２６Ａ；２７Ａ）を介してスイッチング手段と熱カップリングされていることを特徴とする電池保護モジュールが得られる。

上記本発明に係る電池保護モジュールにおいて、上記スイッチング手段は、放電制御用ＦＥＴ（１６；１８）と充電制御用ＦＥＴ（１７；１９）とから構成されてよい。この場合、熱伝導パッド（２６Ａ；２７Ａ）は、放電制御用ＦＥＴ（１６；１８）および充電制御用ＦＥＴ（１７；１９）を跨いだ状態で、放電制御用ＦＥＴ（１６；１８）および充電制御用ＦＥＴ（１７；１９）と温度ヒューズ（２１；２２）との間に介挿されていることが好ましい。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、スイッチング手段で発生した熱を温度ヒューズに伝達する熱伝達部材として熱伝導パッドを使用しているので、容易にかつ安定して組み立てることが可能で、スイッチング手段から温度ヒューズまで安定して熱を伝達させることが可能で、組み込まれる製品の周囲に対して悪影響を与えるのを防止できる、電池保護モジュールを提供することができる。

従来の電池保護モジュールの平面図である。 図１に示した電池保護モジュールの主要部を示す部分斜視図である。 図１に示した電池保護モジュールの側面図である。 本発明の一実施の形態に係る電池保護モジュールの平面図である。 図４に示した電池保護モジュールの主要部の部分断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図４及び図５を参照して、本発明の一実施の形態に係る電池保護モジュール１０Ａについて説明する。図４は電池保護モジュール１０Ａの平面図である。図５は電池保護モジュール１０Ａの主要部の部分断面図である。

図示の電池保護モジュール１０Ａは、後述するように、スイッチング手段で発生した熱を温度ヒューズに伝達する熱伝達部材が相違する点を除いて、図１乃至図３に図示した電池保護モジュール１０と同様の構成を有し、動作をする。したがって、図１乃至図３に示したものと同一の構成要素には同一の参照を符号を付し、説明の簡略化のために、以下では相違点についてのみ説明する。

図１乃至図３に図示した従来の電池保護モジュール１０Ａでは、第１及び第２のスイッチング手段（１６，１７）および（１８，１９）で発生した熱をそれぞれ第１及び第２の温度ヒューズ２１および２２に伝達する第１及び第２の熱伝達部材として、第１及び第２のシリコーン樹脂２６および２７を使用している。これに対して、図示の電池保護モジュール１０Ａでは、第１及び第２のスイッチング手段（１６，１７）および（１８，１９）で発生した熱をそれぞれ第１及び第２の温度ヒューズ２１および２２に伝達する第１及び第２の熱伝達部材として、第１及び第２の熱伝導パッド２６Ａおよび２７Ａを使用している。第１及び第２の熱伝導パッド２６Ａおよび２７Ａの各々は矩形をしている。

第１の温度ヒューズ２１は、第１の熱伝導パッド２６Ａを介して第１のスイッチング手段（１６，１７）と熱カップリングされている。詳述すると、第１の熱伝導パッド２６Ａは、第１の放電制御用ＦＥＴ１６及び第１の充電制御用ＦＥＴ１７を跨いだ状態で、第１の放電制御用ＦＥＴ１６及び第１の充電制御用ＦＥＴ１７と第１の温度ヒューズ２１との間に介挿されている。

同様に、第２の温度ヒューズ２２は、図５に示されるように、第２の熱伝導パッド２７Ａを介して第２のスイッチング手段（１８，１９）と熱カップリングされている。詳述すると、第２の熱伝導パッド２７Ａは、第２の放電制御用ＦＥＴ１８及び第２の充電制御用ＦＥＴ１９を跨いだ状態で、第２の放電制御用ＦＥＴ１８及び第２の充電制御用ＦＥＴ１９と第２の温度ヒューズ２２との間に介挿されている。

このように、本実施の形態に係る電池保護モジュール１０Ａでは、スイッチング手段（１６；１７，１８；１９）で発生した熱を温度ヒューズ（２１，２２）に伝達する熱伝達部材として熱伝導パッド（２６Ａ，２７Ａ）を使用しているので、次に述べるような効果を奏する。

電池保護モジュール１０Ａを生産する組立工程において、熱伝導パッド（２６Ａ，２７Ａ）を手で置くか、又は、マウンタを使用してマウントするだけでよい。したがって、従来のシリコーン樹脂（２６，２７）において必要であった固化時間が不要である。その結果、生産効率を向上させることができ、電池保護モジュール１０Ａを容易にかつ安定して組み立てることが可能である。また、熱伝導パッド（２６Ａ，２７Ａ）は、固体（固定物）であるので、従来のシリコーン樹脂（２６，２７）において必要であった塗布量管理が不要である。したがって、定量管理を容易に行うことができ、スイッチング手段（１６；１７，１８；１９）から温度ヒューズ（２１，２２）まで安定して熱を伝達させることが可能である。さらに、熱伝導パッド（２６Ａ，２７Ａ）は、固体であるので、従来のシリコーン樹脂（２６，２７）のようなシロキサンの蒸散・放出がない。したがって、長期信頼性の点で問題がなく、電池保護モジュール１０Ａが組み込まれる製品の周囲に対して悪影響を及ぼす心配がない。

以上、本発明をその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、２つの電池保護ユニットを備えた電池保護モジュールに適用した例について述べているが、１つの電池保護ユニットのみを備えた電池保護モジュールにも適用可能なのは明らかである。また、上記実施の形態では、２つのＦＥＴで発生した熱を１つの熱伝導パッドを介して１つの温度ヒューズに伝達する場合を例に挙げて説明しているが、１つのＦＥＴで発生した熱を１つの熱伝導パッドを介して１つの温度ヒューズに伝達するようにしても良い。

１０Ａ 電池保護モジュール
１１ プリント基板（回路基板）
１１ａ 主面
１２ 第１の電池保護回路
１３ 第２の電池保護回路
１５ マイクロコンピュータ
１６ 第１のパワーＭＯＳＦＥＴ（第１の放電制御用ＦＥＴ）
１７ 第２のパワーＭＯＳＦＥＴ（第１の充電制御用ＦＥＴ）
１８ 第３のパワーＭＯＳＦＥＴ（第２の放電制御用ＦＥＴ）
１９ 第４のパワーＭＯＳＦＥＴ（第２の充電制御用ＦＥＴ）
２１ 第１の温度ヒューズ
２２ 第２の温度ヒューズ
２４ チップ部品
２６Ａ 第１の熱伝導パッド
２７Ａ 第２の熱伝導パッド

Claims (2)

1. 主面を持つプリント基板と、
   前記プリント基板の主面上に搭載され、二次電池を保護するための電池保護回路と、
   前記プリント基板の主面上に搭載され、前記電池保護回路の制御により前記二次電池の放電及び充電をオン／オフ制御するスイッチング手段と、
   該スイッチング手段で発生された熱を検知する温度ヒューズと、
   を備えた電池保護モジュールであって、
   前記温度ヒューズが、熱伝導パッドを介して前記スイッチング手段と熱カップリングされていることを特徴とする電池保護モジュール。
2. 前記スイッチング手段が、放電制御用ＦＥＴと充電制御用ＦＥＴとから構成され、
   前記熱伝導パッドは、前記放電制御用ＦＥＴおよび前記充電制御用ＦＥＴを跨いだ状態で、前記放電制御用ＦＥＴおよび前記充電制御用ＦＥＴと前記温度ヒューズとの間に介挿されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池保護モジュール。

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