JP3634128B2 - Battery pack - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン二次電池等の二次電池をケース内に収容すると共に、過充電や異常昇温等を防ぐ保護回路が内装された電池パックに関し、携帯電話等の電源として用いられるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種電池パックの構成を、図4〜図6を参照して説明する。
【0003】
図4〜図6において、1はケース、2はリチウムイオン二次電池、3aは二次電池2のプラス極2aに接続するリード線、3bは二次電池2のマイナス極2bに接続するリード線、4は前記リード線3a、3bを介して二次電池2に接続される基板上回路を備えた保護回路基板、5は充放電電流を制御するFET(半導体スイッチ)、6は電池電圧を検出し電流制御を行うメインIC、7は電池パック内温度を抵抗値変化で測定しその検出値を外部に出力するサーミスタ、8は異常昇温時に急激に抵抗が増大して充放電電流を制限するPTC(熱保護素子)、9a、9b、9cは前記基板上回路に接続すると共に外部の回路に接続するために設けた接続端子で、順にプラス接続端子、マイナス接続端子、サーミスタ用接続端子である。10はFET5が異常昇温したときその熱を受けて動作し、充放電電流を遮断する温度ヒューズである。そして図5に示すように、温度ヒューズ10は伝熱シリコン11によってFET5に熱的に結合され、前記異常昇温に迅速に対処しうるように構成されている。
【0004】
前記保護回路基板4には、FET5、メインIC6、サーミスタ7、温度ヒューズ10が搭載されると共に抵抗素子等の素子が搭載され、基板上回路を構成している。PCT8はリード線3bの途中に配され、二次電池2に直列に接続されている。
【0005】
上記構成を有することにより、電池パックの二次電池2は次のように保護されている。
【0006】
先ず、二次電池2の電圧が4.2V以上又は3.0V以下になったとき、メインIC6がFET5をオフ動作させ、過充放電を防止する。
【0007】
次に、電池パック内温度が異常に上昇したとき、サーミスタ7からの検出信号により、充電器からの充電電流の供給が停止される。
【0008】
次に充電器やサーミスタ7がたとえ故障しても、二次電池2等の異常昇温によりPTC8の抵抗値が急激に増大して、充放電電流を制限する。
【0009】
更に、FET5が故障してドレイン−ソース間の抵抗値が増大すると、FET5がジュール熱のため発熱し異常昇温するが、この異常昇温により温度ヒューズ10が動作して、充放電電流を遮断する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例は、FET5の故障による発熱に対し安全を図るために、保護回路基板4上に温度ヒューズ10を搭載している。この温度ヒューズ10は両リード部を保護回路基板4に挿通し、ハンダ付けを行った後FET5に伝熱シリコン11でもって固定している。温度ヒューズ10は熱に反応して開路するためハンダリフローを通せない。従って保護回路基板4への他部品との一括固定ができず、後付けが必要であり、しかもその後付け作業が上記のように煩雑である。このため、生産性が悪くコストアップを招く。又温度ヒューズ10は、ハンダ付け時の熱的影響を避けるため、両リード部の長さを大きくとらなければならないため、保護回路基板4の大型化を招き、この結果電池パックの小型化が困難となる。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来例の問題点を解消するため、二次電池をケースに内装すると共に、二次電池の電圧に応じて二次電池の充放電電流を制御する半導体スイッチと、周囲温度が所定値以上となったとき抵抗が急激に増大して二次電池への充電電流を抑制する熱保護素子とを備えた電池パックにおいて、半導体スイッチが搭載される保護回路基板の半導体スイッチ背面部に貫通穴を設け、この貫通穴に熱保護素子が収容される状態で、熱保護素子と半導体スイッチとを熱的に結合したことを特徴とする。
【0012】
本発明によれば、半導体スイッチ(FET)が故障して異常昇温したとき、その熱は迅速に熱保護素子(PCT)に伝わり、熱保護素子の抵抗値が急激に増大して、二次電池への充電電流を制限し、電池パックの安全性を図ることができる。従って従来例で必要であった温度ヒューズを省略することができる。
【0013】
また、半導体スイッチが搭載される保護回路基板の半導体スイッチ背面部に貫通穴を設け、この貫通穴に熱保護素子が収容される状態で、熱保護素子と半導体スイッチとを熱的に結合した構成としているので、保護回路基板の貫通穴に熱保護素子が収容される分、保護回路基板を二次電池に接近させて配することができる結果、電池パックの背高を低くでき、電池パックのコンパクト化を図ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明をリチウムイオン二次電池2を内装した電池パックに適用した第1実施形態を、図1、図2を参照して説明する。
【0015】
図1において、1はケース、2はリチウムイオン二次電池、3aは二次電池2のプラス極2aに接続するリード線、3bは二次電池2のマイナス極2bに接続するリード線、4は前記リード線3a、3bを介して二次電池2に接続される基板上回路を備えた保護回路基板、5は充放電電流を制御するFET(半導体スイッチ)、6は電池電圧を検出し電流制御を行うメインIC、7は電池パック内温度を抵抗値変化で測定しその検出値を外部に出力するサーミスタ、8は異常昇温時に急激に抵抗が増大して充放電電流を制限するPTC(熱保護素子)、9a、9b、9cは前記基板上回路に接続すると共に外部の回路に接続するために設けた接続端子で、順にプラス接続端子、マイナス接続端子、サーミスタ用接続端子である。
【0016】
前記保護回路基板4には、FET5、メインIC6、サーミスタ7が搭載されると共に抵抗素子等の素子が搭載され、基板上回路を構成している。PTC8はリード線3bの途中に配され、二次電池2に直列に接続されている。
【0017】
リチウムイオン二次電池2は、安全に充放電できる電圧が3.0V〜4.2Vの範囲にある。そして、特に充電時に電圧が4.2Vを越えると電池内部で化学反応が過剰に起こり、急激に電池温度が上昇する。
【0018】
メインIC6は、二次電池2の電圧を検出し、この検出電圧に基づきFET5を動作させる。FET5をオフ動作させる電圧は4.2V以上又は3.0V以下である。
【0019】
FET5は、図2に示すように、充電制御用FET5aと放電制御用FET5bとを備え、二次電池2の電圧が4.2V以上のとき、すなわち過充電時には充電制御用FET5aが、二次電池2の電圧が3.0V以下のとき、すなわち過放電時には放電制御用FET5bがそれぞれオフ動作し、ドレイン−ソース間を遮断し、充放電電流を遮断する。
【0020】
サーミスタ7は、電池パック内温度を抵抗値変化で測定し、その検出値を外部の充電器(図示省略)に出力する。電池パック内温度が異常に高い場合には充電器は充電電流の供給を停止する。
【0021】
PTC8は、周囲温度が異常昇温し所定値以上となったとき、急激に抵抗が増大して充放電電流を制限するものであり、図1に示すように、二次電池2に一面が、FET5に他面が接触するように配置されている。従ってPTC8は、二次電池2及びFET5に熱的結合されているため、二次電池2が異常昇温したときのみならず、FET5が異常昇温したときにも、充放電電流を制限する。
【0022】
図2は電池保護回路を示している。電池パックは、充電器に接続され、充電電流はプラス接続端子9a、二次電池2、PTC8、FET5、マイナス接続端子9bを流れて二次電池2を充電する。放電時には、電池パックは使用機器に接続され、充電電流と逆の方向に放電電流が流れる。
【0023】
上記構成を有することにより、電池パックは次のように保護されている。
【0024】
先ず、二次電池2の電圧が4.2V以上又は3.0V以下になったとき、メインIC6がFET5をオフ動作させ、過充放電を防止する。
【0025】
次に、FET5が故障して異常昇温したとき、その異常昇温によりPTC8の抵抗値が急激に増大して、充放電電流を制限する。
【0026】
次に、電池パック内温度が異常に上昇したとき、サーミスタ7からの検出信号により、充電器から充電電流の供給が停止される。
【0027】
更に充電器やサーミスタ7がたとえ故障しても、二次電池2の異常昇温によりPTC8の抵抗値が急激に増大して、充放電電流を制限する。
【0028】
図3は本発明の第2実施形態を示している。この第2実施形態は第1実施形態と基本構成を共通にするが、図3に示すように、保護回路基板4の上面にFET5、メインIC6、サーミスタ7等のチップを搭載すると共に、FET5の下面(背面部)において保護回路基板4に貫通穴12を設け、この貫通穴12に二次電池2の上面に接するように配したPTC8の上部を収容し、かつFET5とPTC8とを熱的に結合するように接触させた点で第1実施形態と相違している。
【0029】
上記構成によると、図1に示す場合に比較し、図3に示すように保護回路基板4と二次電池2の上面との間隔Hを小とでき、電池パックのコンパクト化を図ることができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、従来必要であった温度ヒューズを省略することができるにもかかわらず、半導体スイッチの故障、発熱に対する安全性を確保でき、その結果電池パックの生産性を向上できると共にコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す概略正面図。
【図2】その電池保護回路を示す回路図。
【図3】本発明の第2実施形態を示す概略正面図。
【図4】従来例を示す概略正面図。
【図5】その温度ヒューズとFETとの関係を示す概略平面図。
【図6】その電池保護回路を示す回路図。
【符号の説明】
1 ケース
2 二次電池
4 保護回路基板
5 半導体スイッチ(FET)
8 熱保護素子(PTC)
12 貫通穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack in which a secondary battery such as a lithium ion secondary battery is accommodated in a case and is provided with a protection circuit for preventing overcharging, abnormal temperature rise, etc., and to a battery pack used as a power source for a mobile phone or the like. .
[0002]
[Prior art]
The configuration of this conventional battery pack will be described with reference to FIGS.
[0003]
4 to 6, 1 is a case, 2 is a lithium ion secondary battery, 3 a is a lead wire connected to the
[0004]
On the
[0005]
By having the said structure, the
[0006]
First, when the voltage of the
[0007]
Next, when the temperature inside the battery pack rises abnormally, the supply of the charging current from the charger is stopped by the detection signal from the
[0008]
Next, even if the charger or
[0009]
Further, when the resistance value between the drain and the source increases due to the failure of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional example, the
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problems of the conventional example described above, the present invention includes a secondary battery in a case, a semiconductor switch that controls the charging / discharging current of the secondary battery according to the voltage of the secondary battery, and an ambient temperature that is predetermined. In a battery pack with a thermal protection element that suppresses the charging current to the secondary battery by rapidly increasing the resistance when the value exceeds the value, it penetrates through the back of the semiconductor switch on the protection circuit board on which the semiconductor switch is mounted A hole is provided, and the thermal protection element and the semiconductor switch are thermally coupled in a state where the thermal protection element is accommodated in the through hole .
[0012]
According to the present invention, when the semiconductor switch (FET) fails and the temperature rises abnormally, the heat is quickly transferred to the thermal protection element (PCT), and the resistance value of the thermal protection element increases abruptly. By limiting the charging current to the battery, the safety of the battery pack can be achieved. Therefore, the temperature fuse required in the conventional example can be omitted.
[0013]
In addition , a configuration in which a through hole is provided in the back surface of the semiconductor switch of the protection circuit board on which the semiconductor switch is mounted, and the thermal protection element and the semiconductor switch are thermally coupled in a state in which the thermal protection element is accommodated in the through hole. Since the thermal protection element is accommodated in the through hole of the protection circuit board, the protection circuit board can be arranged close to the secondary battery, so that the height of the battery pack can be lowered, and the battery The pack can be made compact.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment in which the present invention is applied to a battery pack in which a lithium ion
[0015]
In FIG. 1, 1 is a case, 2 is a lithium ion secondary battery, 3a is a lead wire connected to the
[0016]
On the
[0017]
The lithium ion
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 2, the FET 5 includes a
[0020]
The
[0021]
When the ambient temperature is abnormally raised and exceeds a predetermined value, the
[0022]
FIG. 2 shows a battery protection circuit. The battery pack is connected to a charger, and the charging current flows through the
[0023]
By having the said structure, the battery pack is protected as follows.
[0024]
First, when the voltage of the
[0025]
Next, when the
[0026]
Next, when the temperature inside the battery pack rises abnormally, the supply of charging current from the charger is stopped by the detection signal from the
[0027]
Further, even if the charger or
[0028]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. Although the second embodiment shares the same basic configuration as the first embodiment, as shown in FIG. 3, a chip such as
[0029]
According to the above configuration, the distance H between the
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to ensure the safety against failure and heat generation of a semiconductor switch, and to improve the productivity of the battery pack, and to make the battery pack compact, although the temperature fuse that has been necessary in the past can be omitted. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing the battery protection circuit.
FIG. 3 is a schematic front view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic front view showing a conventional example.
FIG. 5 is a schematic plan view showing the relationship between the thermal fuse and the FET.
FIG. 6 is a circuit diagram showing the battery protection circuit.
[Explanation of symbols]
1
8 Thermal protection element (PTC)
12 Through hole
Claims (2)
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