JP5977119B2 - Secondary battery pack with charge / discharge protection function - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池を内蔵して電力を供給する電池パックに関し、特に、充放電時の過電流に応じて二次電池の充放電を停止する充放電保護機能を有する二次電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack that incorporates a secondary battery and supplies power, and more particularly, to a secondary battery pack having a charge / discharge protection function that stops charging / discharging of a secondary battery in response to an overcurrent during charging / discharging. .
電池パックは、内蔵された二次電池の正負極に接続された出力端子から外部へ通電可能な状態で提供され、通常の充放電による使用が可能である。また、過充電、過放電、過大電流、異常な温度上昇等の異常状態から二次電池を保護するために、異常状態が発生したときには充放電を停止する制御を行う充放電保護機能を有する。すなわち、出力端子と二次電池との間に充放電制御スイッチを介在させて、保護回路により充放電制御スイッチを制御する。保護回路は、過充電、過放電等が検出されたときに、充放電制御スイッチをオフにして充放電路を遮断する制御を行う。 The battery pack is provided in a state in which current can be passed from the output terminal connected to the positive and negative electrodes of the built-in secondary battery, and can be used by normal charging and discharging. In addition, in order to protect the secondary battery from abnormal states such as overcharge, overdischarge, excessive current, and abnormal temperature rise, it has a charge / discharge protection function that performs control to stop charging / discharging when an abnormal state occurs. That is, a charge / discharge control switch is interposed between the output terminal and the secondary battery, and the charge / discharge control switch is controlled by the protection circuit. When overcharge, overdischarge, or the like is detected, the protection circuit performs control to turn off the charge / discharge control switch and shut off the charge / discharge path.
図5は、そのような充放電保護機能を有する二次電池パックの第1従来例を示す。この電池パックは、1個の二次電池からなる二次電池モジュール1と、保護回路2から構成される。保護回路2は、正極回路端子3及び負極回路端子4により二次電池モジュール1と接続され、正極出力端子5及び負極出力端子6を介して、二次電池モジュール1から外部負荷への放電、あるいは外部からの二次電池モジュール1に対する充電が行われる。
FIG. 5 shows a first conventional example of a secondary battery pack having such a charge / discharge protection function. This battery pack includes a
負極回路端子4と負極出力端子6とを結ぶ負極側の充放電路中には、PTC素子7と、充放電制御スイッチ8が挿入されている。PTC素子7は、二次電池モジュール1の発熱による昇温に応じた抵抗値の変化により、充放電路を流れる電流を制限し、あるいは遮断するために用いられる。
A
充放電制御スイッチ8は、放電制御FET(電界効果型トランジスタ)9a、及び充電制御FET10aを直列に接続して構成されている。放電制御FET9aは、ドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオード9bが、正極出力端子5から二次電池モジュール1の方向に流れる充電電流に対して順方向となるように接続されている。充電制御FET10aは、寄生ダイオード10bが、放電電流に対して順方向となるように接続されている。
The charge / discharge control switch 8 is configured by connecting a discharge control FET (field effect transistor) 9a and a
電圧監視部11は例えば保護ICにより構成され、二次電池モジュール1から、抵抗R1、キャパシタCを介して、電源電圧が電源端子VDDに供給される。基準電位端子VSSは、充放電制御スイッチ8の二次電池モジュール1側に接続されている。また、過電流検出端子V−は、抵抗R2を介して、充放電制御スイッチ8の負極出力端子6側に接続されている。
The
放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのそれぞれのゲートには、保護IC11からの制御信号DOおよびCOがそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号DOおよびCOがハイレベルとされ、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aがON状態に制御される。
Control signals DO and CO from the
保護IC11は、基準電位端子VSSと過電流検出端子VMの間の電圧を検出し、検出された電圧から、等価的に充放電路に流れる電流を検出する。すなわち、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのオン抵抗によって生じる電圧降下に基づいて等価的に電流を検出する。規定の電流値以上の電流(すなわち、過電流)が流れた場合に、放電制御FET9aまたは充電制御FET10aをOFFさせて電流を遮断する。
The
ところで、二次電池の充電について、急速充電の要望が増大している。特に、携帯電話などの高機能化に伴って、リチウム二次電池にはより高容量が求められているため、従来と同程度の電流値による充電では、充電に要する時間が実用的な範囲を超えて長くなる。これを回避するためには、より大きな電流値での充電を可能として、充電に要する時間を短縮化することが求められる。 By the way, about the charge of a secondary battery, the request of quick charge is increasing. In particular, as the functionality of mobile phones and the like increases, lithium secondary batteries are required to have a higher capacity. Be longer than that. In order to avoid this, it is required to reduce the time required for charging by enabling charging with a larger current value.
大電流での充電を可能とするためには、二次電池パックのインピーダンスを低減することが望ましい。従って、充放電制御スイッチ8のオン抵抗を低減することは、極めて重要である。充放電制御スイッチ8の抵抗を低減するために、図6に示すような第2従来例の構成が提案されている。 In order to enable charging with a large current, it is desirable to reduce the impedance of the secondary battery pack. Therefore, it is extremely important to reduce the on-resistance of the charge / discharge control switch 8. In order to reduce the resistance of the charge / discharge control switch 8, a configuration of the second conventional example as shown in FIG. 6 has been proposed.
すなわち、図6の保護回路12では、図5における充放電制御スイッチ8を、並列接続された2つの副制御スイッチ8a、8bにより構成する。他の構成は図5の場合と同様である。これにより、抵抗を低減することが可能である。しかし、このような副制御スイッチ8a、8bの並列回路を通して電流が流れた場合、オン抵抗による電圧降下が少ないため、過電流として検出する電流の設定レベルが高くならざるを得ない。
That is, in the
ここで、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのオン抵抗には、製造上のバラツキと温度特性による変動があることに留意する必要がある。さらに、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのオン抵抗は、ゲート電圧への依存性も有している。これらにより、過電流が検出される電流範囲に大きなバラツキを生じてしまい、過電流検出の精度が悪くなるという問題がある。
Here, it should be noted that the ON resistances of the
一方、例えば携帯電話のような負荷電流が非常に小さい機器では、充放電保護のためには、検出電流の低いレベルの範囲で過電流を検出することが要求される。そのような低検出電流レベルで高精度に過電流を検出するためには、過電流検出のバラツキを低減することが必要である。そのため、特許文献1には、図7に示す第3従来例の構成の二次電池パックが開示されている。
On the other hand, in a device having a very small load current, such as a mobile phone, it is required to detect an overcurrent in a range where the detection current is low for charge / discharge protection. In order to detect an overcurrent with high accuracy at such a low detection current level, it is necessary to reduce variations in overcurrent detection. Therefore,
図7の二次電池パックでは、保護回路13が、図5の保護回路11に対してチップ抵抗14を加えた構成となっている。すなわち、充放電制御スイッチ8と直列にチップ抵抗14が接続されている。チップ抵抗14は、基準電位端子VSSと過電流検出端子VMにより電圧が検出される範囲に挿入され、従って、電圧監視部11は、充放電制御スイッチ8及びチップ抵抗14の両端に生じる電圧降下に基づいて過電流を検出し、充放電保護機能を作用させる。この構成によれば、充放電制御スイッチ8の低抵抗をチップ抵抗14の抵抗値により補償して、過電流検出レベルを低下させることができる。それと共に、チップ抵抗14の抵抗値はバラツキが少ないので、過電流検出のバラツキを小さくすることができる。
In the secondary battery pack of FIG. 7, the
図7に示した特許文献1に開示された構成には、電流制限素子の開示はあるものの、図5に示したような、二次電池モジュール1の発熱による昇温に応じて電流を制限するPTC素子7が記載されていない。しかし、二次電池モジュール1の昇温に応じて電流制限するための熱応動素子を設けることは、実用上、望ましい。
Although the configuration disclosed in
そのため、実際の構成では、PTC素子7と、過電流検出用のチップ抵抗14が直列に接続されることになる。このため、充放電路の抵抗が大きくなり、電池パックのインピーダンスが増大してしまう。また、チップ抵抗14により回路部品点数が増えることで、コスト増大の原因となる。
Therefore, in an actual configuration, the
従って、本発明は、充放電路のインピーダンス増大を伴わずに、低レベルの検出電流により高精度に過電流を検出して、充放電保護機能を適切に動作させることが可能な二次電池パックを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a secondary battery pack capable of appropriately operating a charge / discharge protection function by detecting an overcurrent with high accuracy by a low level detection current without increasing the impedance of the charge / discharge path. The purpose is to provide.
本発明の二次電池パックは基本構成として、単数または複数の二次電池を含む二次電池モジュールと、充放電路を介して前記二次電池モジュールの電極端子とそれぞれ接続された一対の出力端子と、前記充放電路の一方に直列に挿入された充放電制御スイッチと、前記充放電路を流れる充放電電流を検出する電流検出部を含み、前記電流検出部が検出する電流値が過電流域に達したときに、前記充放電制御スイッチをオフに制御する充放電保護機能を有する保護ICと、前記充放電路中に直列に接続され、前記二次電池モジュールの異常昇温に応じて前記充放電電流を制限する熱応動素子とを備える。 The secondary battery pack of the present invention has, as a basic configuration, a secondary battery module including one or a plurality of secondary batteries, and a pair of output terminals respectively connected to the electrode terminals of the secondary battery module through a charge / discharge path. A charge / discharge control switch inserted in series in one of the charge / discharge paths, and a current detection unit for detecting a charge / discharge current flowing through the charge / discharge path, wherein the current value detected by the current detection unit is overcurrent A protection IC having a charge / discharge protection function for controlling the charge / discharge control switch to turn off when reaching a basin, and connected in series in the charge / discharge path, in response to an abnormal temperature rise of the secondary battery module A thermally responsive element that limits the charge / discharge current.
上記課題を解決するために、本発明の二次電池パックは、前記電流検出部が、前記熱応動素子の両端での電圧降下に基づいて前記充放電電流を検出するように構成され、前記熱応動素子の抵抗値の温度特性は、当該温度特性に起因する前記電圧降下の変化幅が、前記充放電保護機能にとって許容可能な範囲であり、前記熱応動素子として、バイメタル及びPTC素子を組み合わせて構成されたブレーカーが用いられることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the secondary battery pack of the present invention is configured such that the current detection unit detects the charge / discharge current based on a voltage drop at both ends of the thermally responsive element, and temperature characteristics of the resistance value of the actuator element, the voltage variation width of the drop due to the temperature characteristics, the a acceptable range for charge and discharge protection, as the heat responsive element, a combination of bimetal and PTC element A structured breaker is used .
上記構成の二次電池パックによれば、熱応動素子は、二次電池モジュールの異常昇温に応じた充放電電流の制限機能と併せて、過電流に対する充放電保護機能のための充放電電流の検出にも用いられる。これにより、充放電路のインピーダンス増大を伴わずに、低レベルの検出電流により高精度に過電流を検出して、充放電保護機能を適切に動作させることが可能となる。 According to the secondary battery pack having the above configuration, the thermoresponsive element has a charge / discharge current function for a charge / discharge protection function against an overcurrent, in addition to a function for limiting the charge / discharge current according to an abnormal temperature rise of the secondary battery module. It is also used for detection. As a result, without increasing the impedance of the charge / discharge path, it is possible to detect the overcurrent with high accuracy by the low level detection current and appropriately operate the charge / discharge protection function.
本発明の二次電池パックは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。 The secondary battery pack of the present invention can take the following aspects based on the above configuration.
すなわち、前記熱応動素子として、バイメタル及びPTC素子を組み合わせて構成されたブレーカーが用いられ、前記ブレーカーのリード端子間は、前記PTC素子よりも低抵抗の主接続部及び前記PTC素子を介した補助接続部により導通可能であり、設定温度未満の状態では、前記主接続部が導通状態に保持され、前記設定温度を超えた状態では、前記バイメタルの熱変形に応じた作用により、前記主接続部が非導通状態になる構成とすることができる。 That is, a breaker composed of a combination of a bimetal and a PTC element is used as the thermally responsive element, and between the lead terminals of the breaker, an auxiliary via a main connection portion having a lower resistance than the PTC element and the PTC element. The main connecting portion is conductive by a connecting portion, and is kept in a conductive state when the temperature is lower than a set temperature. In the state exceeding the set temperature, the main connecting portion is operated according to thermal deformation of the bimetal. Can be configured to be in a non-conductive state.
この構成において、前記二次電池モジュールの前記電極端子と対向して、前記保護ICが実装された保護回路基板が装着されて、前記ブレーカーは前記保護回路基板上に、一方の端子が前記保護回路基板の回路と接続されるように実装され、前記ブレーカーの他方の端子と、前記二次電池モジュールの前記電極端子の一方との間が金属リードにより接続されている構成とすることができる。 In this configuration, a protection circuit board on which the protection IC is mounted is mounted facing the electrode terminal of the secondary battery module, and the breaker is on the protection circuit board and one terminal is the protection circuit. The circuit board is mounted so as to be connected to a circuit on the substrate, and the other terminal of the breaker and one of the electrode terminals of the secondary battery module are connected by a metal lead.
また、前記熱応動素子として、温度ヒューズを用いることができる。 Moreover, a thermal fuse can be used as the thermally responsive element.
また、前記充放電制御スイッチは、並列接続された複数個の副制御スイッチにより構成され、前記複数個の副制御スイッチは各々、放電制御FETと充電制御FETの直列回路である構成とすることができる。 The charge / discharge control switch may include a plurality of sub-control switches connected in parallel, and each of the plurality of sub-control switches may be a series circuit of a discharge control FET and a charge control FET. it can.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態>
図1は、本発明の一実施の形態における二次電池パックの回路構成を示すブロック図である。図5等に示した従来例と同様の構成要素については、同一の参照符号を付して説明する。
<Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a secondary battery pack according to an embodiment of the present invention. Components similar to those of the conventional example shown in FIG. 5 and the like will be described with the same reference numerals.
この二次電池パックは、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池を単数もしくは複数個接続して構成された二次電池モジュール1を内蔵している。二次電池モジュール1は、保護回路15の正極出力端子5及び負極出力端子6を介して、外部の負荷への放電、あるいは外部からの充電が可能である。
The secondary battery pack includes a
負極回路端子4と負極出力端子6とを結ぶ負極側の充放電路中には、ブレーカー16と、2つの並列接続された副制御スイッチ8a、8bが、直列に接続されている。2つの副制御スイッチ8a、8bの並列回路により、二次電池モジュール1を過電流から保護するための充放電制御スイッチが構成される。ブレーカー16は、バイメタルとPTC素子を組み合わせた構成を有し、その具体的な構造及び動作については後述する。
In the negative charge / discharge path connecting the
副制御スイッチ8a、8bの各々は、放電制御FET9a、及び充電制御FET10aを直列に接続して構成されている。ブレーカー16は、図5等に示した従来例におけるPTC素子7に代えて用いられている。従って、ブレーカー16は、二次電池モジュール1の発熱による昇温に応じて、充放電路を流れる電流を遮断することを、基本的な機能とする。そのため、充放電路中に直列に接続され、また、二次電池モジュール1に隣接した位置に配置される。
Each of the
電圧監視部17は例えば保護ICにより構成され、二次電池モジュール1から抵抗R1及びキャパシタCを介して、電源電圧が電源端子VDDに供給される。基準電位端子VSSには、ブレーカー16の二次電池モジュール1側が接続されている。一方、ブレーカー16の負極出力端子6側は、電圧監視部17の検出端子CSに接続されている。このように、本実施の形態では、ブレーカー16の両端の電圧がそれぞれ、基準電位端子VSS及び検出端子CSを介して検出される。これにより、電圧監視部17は、ブレーカー16の両端の電圧降下に基づいて、過電流の検出を行う。これが、本実施の形態におけるブレーカー16の副次的な機能であり、このため、電圧監視部17との接続状態が、従来例におけるPTC素子7とは異なる。
The voltage monitoring unit 17 is configured by, for example, a protection IC, and a power supply voltage is supplied from the
放電制御FET9aおよび充電制御FET10aのそれぞれのゲートには、電圧監視部17からの制御信号DOおよびCOがそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号DOおよびCOがハイレベルとされ、放電制御FET9aおよび充電制御FET10aがON状態に制御される。
Control signals DO and CO from the voltage monitoring unit 17 are supplied to the gates of the
保護IC17は、基準電位端子VSSと検出端子CSの間の電圧を検出し、検出された電圧から、等価的に充放電路に流れる電流を検出する。すなわち、ブレーカー16の両端に生じる電圧降下に基づいて等価的に電流を検出する。規定の電流値以上の電流(すなわち、過電流)が流れた場合に、放電制御FET9aまたは充電制御FET10aをOFFさせて電流を遮断する。
The protection IC 17 detects a voltage between the reference potential terminal VSS and the detection terminal CS, and detects a current that equivalently flows in the charge / discharge path from the detected voltage. That is, the current is equivalently detected based on the voltage drop that occurs across the
ブレーカー16の構造について、図2の断面図を参照して説明する。ブレーカー16は、枠体18にリード19、20を支持させて、リード19、20間の導通形態が変化するように構成されている。枠体18の外部に突出したリード19、20の外端部が、図1に示したように充放電路中に接続される。
The structure of the
枠体18内で、リード19は底部に配置され、リード20は上部に配置されて、両者間にPTC素子21及びバイメタル22を介在させて対向している。枠体18内のリード20の端部には屈曲部20aが形成され、その先端に端子突起23が設けられている。端子突起23がリード19に当接することにより、リード19、20間の第1の導通状態が形成される。枠体18の上面を形成する接続端子部24は、リード20との接続の便宜のために設けられている。
In the
バイメタル22は、常温下では図示されるように上方に凸となるように湾曲している。一方、温度が上昇したときには、湾曲の程度が小さく(曲率が小さく)なり、端部が上方に変位するため、リード20の屈曲部20aが押し上げられる。それにより、端子突起23はリード19から離間して、端子突起23を介した電流経路は遮断される。これにより、リード19、20間の電流経路は、PTC素子21及びバイメタル22を介した接続のみとなる(第2の導通状態)。この状態では、極めて高抵抗であり、実質的に電流は遮断されるが、若干の電流は流れる。それによる発熱でバイメタル22の形態が安定し、チャタリングが防止される。
The bimetal 22 is curved so as to protrude upward as shown in the drawing at room temperature. On the other hand, when the temperature rises, the degree of bending becomes small (the curvature becomes small) and the end portion is displaced upward, so that the
以上の動作から明らかなように、充放電路に流れる電流を保護IC17により検出する際のリード19、20間の抵抗値は、端子突起23を介したリード19、20間の第1の導通状態での抵抗値となる。以下の記載では、この抵抗値をブレーカー16の抵抗値と称する。
As is clear from the above operation, the resistance value between the
以上のように、本実施の形態は、二次電池モジュール1の異常昇温に対する保護機能のためのブレーカー16を、充放電路の過大電流に対する充放電保護機能のための電流検出部として兼用することを特徴とする。ブレーカー16の抵抗値は一般的に、FETのオン抵抗に比べて製造上のバラツキや温度に対する依存性が小さく、さらに、ゲート電圧への依存性の問題もないので、過電流検出の精度は良好である。
As described above, the present embodiment also uses the
この構成によれば、本来昇温保護のために用いられるブレーカー16を過電流検出に兼用するので、抵抗要素の点数増加を伴わない。従って、充放電路のインピーダンスを増大させることが回避される。しかも、ブレーカー16の抵抗値は温度依存性が少ないので、高精度に過電流を検出して、充放電保護機能を適切に動作させることが可能である。
According to this configuration, since the
なお、並列接続された2つの副制御スイッチ8a、8bからなる充放電制御スイッチを採用することは必須ではない。すなわち、図5に示した従来例のように、単一の放電制御FET9aと充電制御FET10aの直列回路によって充放電制御スイッチを構成した場合であっても、本発明の効果は相応に得られる。但し、並列接続された2個あるいはそれ以上の複数個の副制御スイッチからなる充放電制御スイッチを採用すれば、充放電制御スイッチの抵抗を低減させることが容易であり、ブレーカー16による過電流検出の精度が影響を受けることもない。それにより、二次電池パック全体の抵抗損失が低減され、大電流での急速充電に際して有利である。
It is not essential to employ a charge / discharge control switch including two
ブレーカー16は、例えば温度ヒューズ等の他の熱応動素子に代えることができる。熱応動素子とは、二次電池モジュール1の発熱による昇温に応じて、充放電路を流れる電流を制限する機能を持つ素子を意味する。そのような熱応動素子は、充放電路を流れる電流により、保護IC17が計測するのに十分な電圧降下を生じさせる程度の大きさの抵抗値を有することが必要である。
The
また、熱応動素子には、その抵抗値の温度特性が所定の範囲内であるものを用いる。すなわち、保護IC17が検出する電圧降下の温度特性に起因する変化幅が、過電流に応じて充放電制御FET9a、10aをオフ制御する充放電保護機能にとって許容可能な範囲であることを要する。但し、二次電池パックの通常の実用条件の範囲において許容可能な範囲であればよい。このような抵抗値の温度特性を考慮すると、従来例において異常昇温時の充放電路の電流制限に用いられていたPTC素子7は、本実施の形態の熱応動素子として用いるには十分に望ましい特性を有しているとは言えない。PTC素子7は、わずかな周囲の温度変化において抵抗値が急激に増減する温度特性を用いるものだからである。
In addition, a thermoresponsive element having a resistance temperature characteristic within a predetermined range is used. That is, it is necessary that the range of change due to the temperature characteristic of the voltage drop detected by the protection IC 17 is in an allowable range for the charge / discharge protection function that controls the charge /
次に、本実施の形態の二次電池パックにおける熱応動素子の装着構造の例について、図3Aを参照して説明する。図3Aは、本発明に特有の熱応動素子の配置例であり、熱応動素子としてブレーカー16を用いた場合に採用される。この配置によれば、後述するように、電池パックの製造工程を簡略化する利点が得られる。比較のため、熱応動素子としてPTC素子7を用い、従来例と同様に配置した場合の構造を、図3Bに示す。図3A、3Bは、二次電池パックの電極端子近傍の構造を示す断面図である。
Next, an example of the mounting structure of the thermally responsive element in the secondary battery pack of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3A. FIG. 3A is an example of the arrangement of the thermal response element unique to the present invention, and is adopted when the
図3A、3Bにおいて、外装缶25は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された厚さの薄い角形であり、その内部に、発電要素を内蔵して素電池が構成されている。図には、外装缶25の下部側が切徐された上部側のみが示されている。発電要素の上部は上部絶縁板26により封止され、発電要素中から延在する正極タブ27及び負極タブ28が、上部絶縁板26を貫通して上方に露出している。
3A and 3B, the
正極タブ27の上端は外装缶25に溶接され、外装缶25の周縁部上面に接合された正極端子29と電気的に導通している。負極タブ28の上端は内部リード30に溶接されている。内部リード30は、絶縁体31を介して外装缶25に保持され、絶縁体31上には負極端子32が設けられて、内部リード30と導通している。
The upper end of the
外装缶25の上部にはカバー33が装着されて、外装缶25の上面との間に空間を形成している。この空間の上部に位置するように、カバー33の上部内面に、保護回路15(図1参照)が実装された保護回路基板34が取り付けられている。カバー33を外装缶25に取り付けた状態では、保護回路基板34に取り付けられている外部接続用の出力端子35(図1の正極出力端子5、負極出力端子6を含む)が、カバー33の上端面から露出する。保護回路基板34の下面に設けられた正極回路端子3は、正極端子29と接続されている。同様に設けられた負極回路端子4は、ブレーカー16またはPTC素子7を介在させて負極端子32と接続されている。
A
図3Aに示す本実施の形態の構成では、ブレーカー16を保護回路基板34上に実装し、その際、ブレーカー16の一方の端子が負極回路端子4と接続された状態とする。実装されたブレーカー16の他方の端子には、負極リード36の一端が予め、例えば溶接により接続される。また、正極回路端子3には、正極リード37の一端が予め、例えば溶接により接続される。これにより、保護回路基板34の装着時には、負極リード36の他端を負極端子32に溶接することにより、負極回路端子4と負極端子32間の接続を、簡単な工程で完了することができる。同様に、正極リード37の他端を正極端子29に溶接することにより、正極回路端子3と正極端子29間の接続を、簡単な工程で完了することができる。
3A, the
一方、図3Bに示す従来例の構成では、PTC素子7の一方のリード端子38を負極回路端子4とを溶接し、他方のリード端子39を負極端子32と溶接する工程により、負極回路端子4と負極端子32間を接続する。従って、保護回路基板34を装着する際に負極回路端子4と負極端子32間を接続するために、溶接を2工程で行う必要があり、ブレーカー16を用いた上記構成と比べて煩雑である。
On the other hand, in the configuration of the conventional example shown in FIG. 3B, the
このような従来例の工程の、PTC素子7を保護回路基板34上に実装することが困難であるために採用されたものである。すなわち、PTC素子は、実装に際してリフローなどの外的な熱要因による初期特性からの変化が大きい。そのため、保護回路基板34上に実装する際には、予定していた効果を発揮できない懸念がある。保護回路基板34上に実装する工程を採用できない結果、保護回路基板34を装着する際に、負極回路端子4と負極端子32間の接続を、2工程の溶接で行なわざるを得ない。
This process is employed because it is difficult to mount the
図3Aに示すような本実施の形態の構成の場合の、外装缶25上部に保護回路基板34を、装着する方法について、装着部の製造工程を示す図4を参照して説明する。
A method of mounting the
先ず、保護回路基板34を装着するための準備工程として、図4(a)に示すように、ブレーカー16及び正極リード37を、保護回路基板34に半田実装する。次に、図4(b)に示すように、負極リード36の一端を、ブレーカー16の接続端子部24に溶接する。
First, as a preparation process for mounting the
このように準備した保護回路基板34を外装缶25上部に装着するため、図4(c)に示すように、負極リード36の他端、及び正極リード37の保護回路基板34から突出した端部を、負極端子32及び正極端子29にそれぞれ同時に溶接する。次に、負極リード36、及び正極リード37を中央部で折り曲げることにより、図4(d)に示すように、保護回路基板34が外装缶25の上部に装着された状態とする。この状態が保持されるように構成することで、装着が完了する。
In order to mount the prepared
以上の工程では、保護回路基板34を外装缶25の上部に装着する際の溶接は一工程のみよい。このように、熱応動素子としてブレーカー16を用い、ブレーカー16を保護回路基板34上に実装する構造を採用することにより、電池パックの製造工程を簡略化することができる。
In the above process, welding for attaching the
本発明の二次電池パックは、充放電路の電流を検出するために熱応動素子を兼用することにより、充放電路のインピーダンス増大を伴わずに、低検出電流レベルで高精度に過電流を検出して、充放電保護機能を適切に動作させることが可能であり、携帯電話のような負荷電流が小さい機器に用いる電池パックとして有用である。 The secondary battery pack according to the present invention also functions as a thermal actuator to detect the current in the charging / discharging path, so that the overcurrent can be accurately detected at a low detection current level without increasing the impedance of the charging / discharging path. It is possible to detect and appropriately operate the charge / discharge protection function, and it is useful as a battery pack used for a device having a small load current such as a mobile phone.
1 二次電池モジュール
2、12、13、15 保護回路
3 正極回路端子
4 負極回路端子
5 正極出力端子
6 負極出力端子
7、21 PTC素子
8 充放電制御スイッチ
8a、8b 副制御スイッチ
9a 放電制御FET
9b 寄生ダイオード
10a 充電制御FET
10b 寄生ダイオード
11、17 保護IC
14 チップ抵抗
16 ブレーカー
18 枠体
19、20 リード
20a 屈曲部
22 バイメタル
23 端子突起
24 接続端子部
25 外装缶
26 上部絶縁板
27 正極タブ
28 負極タブ
29 正極端子
30 内部リード
31 絶縁体
32 負極端子
33 カバー
34 保護回路基板
35 出力端子
36 負極リード
37 正極リード
38、39 リード端子
DESCRIPTION OF
9b
10b
14
Claims (5)
充放電路を介して前記二次電池モジュールの電極端子とそれぞれ接続された一対の出力端子と、
前記充放電路の一方に直列に挿入された充放電制御スイッチと、
前記充放電路を流れる充放電電流を検出する電流検出部を含み、前記電流検出部が検出する電流値が過電流域に達したときに、前記充放電制御スイッチをオフに制御する充放電保護機能を有する保護ICと、
前記充放電路中に直列に接続され、前記二次電池モジュールの異常昇温に応じて前記充放電電流を制限する熱応動素子とを備えた二次電池パックにおいて、
前記電流検出部が、前記熱応動素子の両端での電圧降下に基づいて前記充放電電流を検出するように構成され、
前記熱応動素子の抵抗値の温度特性は、当該温度特性に起因する前記電圧降下の変化幅が、前記充放電保護機能にとって許容可能な範囲であり、
前記熱応動素子として、バイメタル及びPTC素子を組み合わせて構成されたブレーカーが用いられることを特徴とする二次電池パック。 A secondary battery module including one or more secondary batteries;
A pair of output terminals respectively connected to the electrode terminals of the secondary battery module via a charge / discharge path;
A charge / discharge control switch inserted in series in one of the charge / discharge paths;
A charge / discharge protection that includes a current detection unit that detects a charge / discharge current flowing through the charge / discharge path, and controls the charge / discharge control switch to be turned off when a current value detected by the current detection unit reaches an overcurrent region. A protection IC having a function;
In a secondary battery pack comprising a thermally responsive element connected in series in the charge / discharge path and limiting the charge / discharge current according to an abnormal temperature rise of the secondary battery module,
The current detection unit is configured to detect the charge / discharge current based on a voltage drop at both ends of the thermally responsive element;
The temperature characteristic of the resistance value of the thermoresponsive element is a range in which the change width of the voltage drop caused by the temperature characteristic is acceptable for the charge / discharge protection function ,
A secondary battery pack, wherein a breaker configured by combining a bimetal and a PTC element is used as the thermally responsive element .
設定温度未満の状態では、前記主接続部が導通状態に保持され、前記設定温度を超えた状態では、前記バイメタルの熱変形に応じた作用により、前記主接続部が非導通状態になるように構成された請求項1に記載の二次電池パック。 Before SL between breaker lead terminals are conductively by an auxiliary connecting portion via the main connection portion and the PTC element of lower resistance than the PTC element,
When the temperature is lower than the set temperature, the main connection portion is kept in a conductive state. When the temperature exceeds the set temperature, the main connection portion is turned off by an action according to thermal deformation of the bimetal. The rechargeable battery pack according to claim 1 constituted.
前記ブレーカーの他方の端子と、前記二次電池モジュールの前記電極端子の一方との間が金属リードにより接続されている請求項1に記載の二次電池パック。 A protection circuit board on which the protection IC is mounted is mounted opposite to the electrode terminal of the secondary battery module, the breaker is on the protection circuit board, and one terminal is a circuit of the protection circuit board. Implemented to be connected,
The secondary battery pack according to claim 1, wherein the other terminal of the breaker and one of the electrode terminals of the secondary battery module are connected by a metal lead.
前記複数個の副制御スイッチは各々、放電制御FETと充電制御FETの直列回路である請求項1に記載の二次電池パック。 The charge / discharge control switch includes a plurality of sub-control switches connected in parallel,
The secondary battery pack according to claim 1, wherein each of the plurality of sub control switches is a series circuit of a discharge control FET and a charge control FET.
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