JP7334870B2

JP7334870B2 - 電池モジュール、電池モジュールの製造方法、電子機器および電動車両

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Publication number: JP7334870B2
Application number: JP2022569837A
Authority: JP
Inventors: 幹片山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-08-29
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Description

本発明は、電池モジュール、電池モジュールの製造方法、電子機器および電動車両に関する。

近年、全固体電池に関する研究、開発が盛んに行われている。全固体電池は、耐熱性が高くリフロー等により直接、回路基板に実装できるという点でパック化がし易いという利点がある。また、本体への組み込み時に必要なスペースが従来のリチウムイオン電池に比べて小さいという利点がある。しかしながら、全固体電池が電位を有する状態で他の電子部品と共にリフローにより実装される場合、全固体電池から全固体電池と電気的に接続された他の電子部品に対して電流が流れ、電子部品が損傷してしまう虞がある。電子部品に対して流れる電流を遮断する一般的な技術として、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)を用いた技術が、下記の特許文献１、２に記載されている。

特開２００２－１４２３５７号公報

特開２００９－１８３１４１号公報

特許文献１、２に記載の技術は、はんだ接合される全固体電池の出力を遮断する技術ではない。このため、全固体電池を回路基板にはんだ接合する際に、全固体電池からの電流が電子部品に流れ、電子部品が損傷してしまう虞がある。

したがって、本発明は、はんだ接合される全固体電池の出力を適切に遮断できる電池モジュール、電池モジュールの製造方法、電子機器および電動車両を提供することを目的の一つとする。

本発明は、
０Ｖを超える電圧を有する全固体電池と、半導体素子と、ＰＴＣ素子と、回路基板とを有し、
全固体電池と、半導体素子と、ＰＴＣ素子とが、回路基板に対してはんだ接合され、
全固体電池は、正極端子および負極端子を有し、
半導体素子は、正極端子と負極端子との間に電気的に接続され、
ＰＴＣ素子は、正極端子または負極端子と半導体素子との間に直列に接続され、
半導体素子がジャンクション温度に到達する前にＰＴＣ素子がトリップするように構成された
電池モジュールである。

また、本発明は、
正極端子および負極端子を有する全固体電池と、半導体素子と、ＰＴＣ素子とを回路基板に対してはんだ接合する、電池モジュールの製造方法であって、
はんだ接合によって、
半導体素子を、正極端子と負極端子との間に電気的に接続し、
ＰＴＣ素子を、正極端子または負極端子と半導体素子との間に直列に接続し、
はんだ接合の際の雰囲気温度が半導体素子のジャンクション温度に達する前にＰＴＣ素子がトリップする
電池モジュールの製造方法である。

本発明の少なくとも実施形態によれば、はんだ接合される全固体電池の出力を適切に遮断できる。なお、本明細書で例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明において考慮すべき問題を説明する際に参照される図である。図２は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの構成例を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを構成する電子部品が回路基板に実装された状態を模式的に示した図である。図４は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの動作例を説明する際に参照される、リフローの温度プロファイルの一例を示す図である。図５は、変形例を説明するための図である。図６は、応用例を説明するための図である。図７は、応用例を説明するための図である。図８は、応用例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行われる。
＜本発明において考慮すべき問題＞
＜一実施形態＞
＜変形例＞
＜応用例＞
以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。

＜本発明において考慮すべき問題＞
始めに、本発明の理解を容易とするために、図１を参照しつつ、本発明において考慮すべき問題について説明する。図１は、一般的な電池モジュール（電池モジュール１）の構成例を示す図である。電池モジュール１は、全固体電池１１、制御部の一例である制御ＩＣ(Integrated Circuit)１２、スイッチ部の一例であるＦＥＴ(Field effect transistor)１３、電流検出抵抗１４、および、抵抗１５を有している。制御ＩＣ１２は、ＦＥＴ１２Ａを内蔵するＩＣである。

全固体電池１１の正極端子１１ＡにはパワーラインＰＬＡが接続されており、当該パワーラインＰＬＡを介して正極出力端子ＴＡが導出されている。また、全固体電池１１の負極端子１１ＢにはパワーラインＰＬＢが接続されており、当該パワーラインＰＬＢを介して負極出力端子ＴＢが導出されている。制御ＩＣ１２は、正極端子１１Ａおよび負極端子１１Ｂ間、具体的には、パワーラインＰＬＡおよびパワーラインＰＬＢ間に抵抗１５を介して接続されている。また、制御ＩＣ１２の所定のポートにはトリガー入力経路ＴＬが接続されており、トリガー入力経路ＴＬを介してイネーブルピンＥＰが導出されている。

上述した全固体電池１１、制御ＩＣ１２、ＦＥＴ１３、電流検出抵抗１４等が回路基板（不図示）にはんだ接合される。例えば、リフローによって、各部品が回路基板にはんだ接合される。全固体電池１１は、深放電することは好ましくないことから、０Ｖを超える電圧を有する状態でリフローによってはんだ接合される。

ここで、電池モジュール１が有する半導体部品、具体的には、制御ＩＣ１２に内蔵されるＦＥＴ１２ＡやＦＥＴ１３のジャンクション温度は、一般に１５０℃～１７５℃程度である。一方で、リフローによる実装では、リフロー炉内の温度は２５０℃前後に達する。すなわち、半導体部品のジャンクション温度を超えてしまう。ジャンクション温度とは、半導体が動作する最大の温度であり、ジャンクション温度よりも高くなると半導体の結晶において電子正孔対が多数生成されるようになり半導体部品の状態が不安定になる。場合によっては短絡状態になり得る。

リフロー炉内の温度がジャンクション温度を超えることで、制御ＩＣ１２のＦＥＴ１２ＡやＦＥＴ１３の動作が不安定となり、ＦＥＴ１２ＡやＦＥＴ１３が常に導通した状態となり得る。ＦＥＴ１２ＡやＦＥＴ１３が導通した状態になると、図１において矢印で模式的に示すように、全固体電池１１から制御ＩＣ１２に短絡電流が流れ、抵抗１５によっても短絡電流を制限できずに制御ＩＣ１２が故障する虞がある。また、図１において矢印で模式的に示すように、電池モジュール１の外部に向かって電流が流れることにより、回路基板に実装される電池モジュール１以外の電子部品に対して悪影響を与える虞がある。係る観点を考慮しつつなされた本発明について、一実施形態によって詳細に説明する。

＜一実施形態＞
［電池モジュール］
（全体の構成例）
図２は、一実施形態に係る電池モジュール（電池モジュール１０）の構成例を示す図である。なお、上述した電池モジュール１と同様の構成には同一の参照符号を付し、構成や接続態様に関する重複した説明を適宜省略する。

電池モジュール１０が電池モジュール１と構成上異なる点は、電池モジュール１０がＰＴＣ素子１６を有する点である。以下、電池モジュール１０の構成について詳細に説明する。

全固体電池１１は、例えば、リチウムイオン全固体電池、ナトリウムイオン全固体電池、カルシウムイオン全固体電池等の金属イオン全固体電池である。本実施形態では、全固体電池１１として、公知の構造や公知の材料を有する全固体電池を適用することができる。なお、本明細書において全固体電池とは、少なくとも固体電解質層を有する二次電池をいい、その全ての構成が固体である必要は無い。

制御ＩＣ１２は、電池モジュール１０の制御を行う。制御ＩＣ１２は、例えば、全固体電池１１の電力を適宜、変換した電力を電源として動作する。制御ＩＣ１２が制御を行う際に、内蔵のＦＥＴ１２Ａが適宜、オン／オフされる。制御ＩＣ１２が行う制御の一例は、全固体電池１１の状態を監視し、監視の結果である状態に応じてＦＥＴ１３をオン／オフする制御信号をＦＥＴ１３に送信する制御である。例えば、全固体電池１１の状態が過充電や過放電である場合に、制御ＩＣ１２はＦＥＴ１３をオフする制御信号を送信することで、全固体電池１１が充電されたり放電されたりすることを防止する。また、制御ＩＣ１２は、電流検出抵抗１４を介して検出される電流値が閾値を超えた場合に、ＦＥＴ１３をオフする制御信号を送信することで、回路を遮断する。

ＦＥＴ１３は、制御ＩＣ１２によってオン／オフが制御されるスイッチング素子である。ＦＥＴ１３は、電池モジュール１０の実装時には、全固体電池１１の出力を遮断するようにオフ状態に設定されている。

なお、半導体（例えば、ＦＥＴ）を有する半導体部品を複数含む構成が半導体素子である。本実施形態では、制御ＩＣ１２およびＦＥＴ１３により半導体素子２０が構成される。なお、半導体素子２０を構成する各半導体部品は、必ずしもパッケージ化されている必要は無い。

電流検出抵抗１４は、電池モジュール１０の電流経路に流れる電流値を検出するための抵抗である。例えば、制御ＩＣ１２は、電流検出抵抗１４の両端に発生する電圧値に基づいて電流値を検出する。なお、本実施形態では、電流検出抵抗１４がパワーラインＰＬＢに接続されているが、パワーラインＰＬＡに接続されていてもよい。

抵抗１５は、パワーラインＰＬＡと制御ＩＣ１２の所定のポートとの間に接続されている。抵抗１５によって、制御ＩＣ１２に入力される電流が制限される。

ＰＴＣ素子１６は、熱感抵抗素子の一種であり、比較的低い温度ではその抵抗が低いが、ある検知温度を超えると抵抗が急激に増加する特性を有する素子である。低抵抗から高抵抗の状態に遷移することは「トリップする」と称され、トリップする温度は「トリップ温度」や「キュリー点（キュリー温度）」と称される。なお、ＰＴＣ素子１６は、一度トリップしても温度を下がれば、抵抗は再び下がる。一例として、常温（２５℃）における抵抗が数Ω（オーム）から数十Ωであるのに対し、トリップ後の抵抗は数百倍（数百Ωから数ＭΩ（メガオーム））になる。トリップ温度は、ＰＴＣ素子１６の仕様書に記載された値や、抵抗が変化した際の温度を測定することにより特定することができる。

ＰＴＣ素子１６は、全固体電池１１の正極端子１１Ａまたは負極端子１１Ｂと半導体素子２０との間に直列に接続される。本実施形態では、ＰＴＣ素子１６は、全固体電池１１の正極端子１１Ａと制御ＩＣ１２との間（図１参照）、および、全固体電池１１の正極端子１１ＡとＦＥＴ１３との間（図５参照）に直列に接続される。

また、電池モジュール１０は、回路基板３０を有している。上述した各構成が、図３に模式的に示すようにして、回路基板３０にはんだ接合される。回路基板３０は、例えば、プリント回路基板である。回路基板３０は、多層基板であってもよいし、ビルトアップ基板であってもよい。

（ＰＴＣ素子のトリップ温度）
次に、ＰＴＣ素子１６のトリップ温度について説明する。電池モジュール１０の各構成がリフローで実装される際に、リフロー炉内の温度が半導体素子２０のジャンクション温度を超えると上述した不都合を招来する。そこで、本発明では、ＰＴＣ素子１６により全固体電池１１からの電流を遮断することで、上述した不都合を回避する。なお、遮断とは、０または実質的に０と同視できる程度の値に制限することを意味する。

そこで、本実施形態に係る電池モジュール１０では半導体素子２０がジャンクション温度に到達する前にＰＴＣ素子１６がトリップするように構成される。これによって、リフロー炉内が高温になり、半導体素子２０を構成する制御ＩＣ１２やＦＥＴ１３の動作が不安定となった場合であっても、ＰＴＣ素子１６がトリップし電流が遮断されるので、制御ＩＣ１２に短絡電流が流れてしまったり、電池モジュール１０から外部に電流が流れてしまうことを防止できる。

具体的には、ＰＴＣ素子１６としては、トリップ温度が、半導体素子２０のジャンクション温度より低い温度のものが用いられる。例えば、ＰＴＣ素子１６のトリップ温度は、半導体素子２０の動作温度よりも高く、半導体素子２０のジャンクション温度よりも低い。なお、半導体素子２０の動作温度とは、ジャンクション温度より低く、半導体が正常に動作する範囲であり、例えば、通常使用温度、動作保障温度、動作周囲温度、推奨温度として仕様書等に記載されている。半導体素子２０を構成する制御ＩＣ１２およびＦＥＴ１３のそれぞれのジャンクション温度が異なる場合は、何れか低いほうの温度より低いトリップ温度のＰＴＣ素子１６が用いられる。

ここで、トリップ温度が半導体素子２０のジャンクション温度より極端に低いと、半導体素子２０が正常に動作するにも関わらず、ＰＴＣ素子１６により全固体電池１１の出力が遮断されてしまう。そこで、ＰＴＣ素子１６としては、トリップ温度が、半導体素子２０のジャンクション温度より－５０℃の範囲内であるものが好ましい。半導体素子２０のジャンクション温度は大凡１５０℃～１７５℃程度であることから、ＰＴＣ素子１６としては、例えば、トリップ温度が、９０℃以上１４０℃以下のものが用いられる。

［電池モジュールの動作例］
上述した構成を有する電池モジュール１０が回路基板にリフロー実装される際の電池モジュール１０の動作例について、図４に示すリフロー時の温度プロファイルの一例を参照しつつ説明する。図４に示す温度プロファイルは、横軸が時間であり、縦軸がリフロー炉内の温度である。最初の区間が加熱によって温度が上昇する昇温部Ｒ１であり、次の区間が温度がほぼ一定のプリヒート（予熱）部Ｒ２であり、次の区間が本加熱部Ｒ３であり、最後の区間が冷却部Ｒ４である。

昇温部Ｒ１は、常温からプリヒート部Ｒ２（例えば１５０℃～１７０℃）まで回路基板を加熱する期間である。プリヒート部Ｒ２は、等温加熱を行い、フラックスを活性化し、電極、はんだ粉の表面の酸化膜を除去し、また、回路基板の加熱ムラをなくすための期間である。本加熱部Ｒ３（例えばピーク温度で２４０℃～２７０℃）は、はんだが溶融し、接合が完成する期間である。本加熱部Ｒ３では、はんだの溶融温度を超える温度まで昇温が必要とされる。本加熱部Ｒ３は、プリヒート部Ｒ２を経過していても、温度上昇のムラが存在するので、はんだの溶融温度を超える温度までの加熱が必要とされる。最後の冷却部Ｒ４は、急速に回路基板を冷却し、はんだ組成を形成する期間である。

また、図４では、ジャンクション温度、ＰＴＣ素子１６のトリップ温度、基板定格温度、および、セル保護温度が示されている。ジャンクション温度は、半導体素子２０のジャンクション温度である。本例では、制御ＩＣ１２およびＦＥＴ１３のジャンクション温度は同一であり、具体的には１５０℃として説明する。また、本例では、ＰＴＣ素子１６のトリップ温度を１３０℃として説明する。また、基板定格温度は、電池モジュール１０が実装される回路基板３０の使用温度範囲の最大温度であり、大凡１０５～１２０℃である。本例では、基板定格温度を１０５℃として説明する。セル保護温度は、リチウムイオン二次電池の保護温度であり、本例では８０℃として説明する。

なお、電池モジュール１０を回路基板３０にリフロー等により実装する前に、全固体電池１１を電池として使用できる状態とする処理、すなわち、全固体電池１１を活性化させる処理として、０Ｖの全固体電池１１を充電する処理（以下、初期充電と適宜、称する）が行われる。初期充電は、例えば製造装置等を用いて全固体電池１１の正極端子１１Ａおよび負極端子１１Ｂに対して充電装置を接続して行われる。初期充電により全固体電池１１は、０Ｖを超える電圧を有する。全固体電池１１が充電されていることから、制御ＩＣ１２は、動作可能な状態（アクティブな状態）である。初期の状態では、半導体素子２０、具体的には、制御ＩＣ１２のＦＥＴ１２ＡおよびＦＥＴ１３は、オフされている。

リフロー炉内の温度がトリップ温度を超えるまで、すなわち、図３におけるｔ１までの期間は、半導体素子２０は正常に動作し、且つ、ＰＴＣ素子１６は低抵抗状態である。そして、ｔ１のタイミングでリフロー炉内の温度がＰＴＣ素子１６のトリップ温度を超えると、ＰＴＣ素子１６がトリップし高抵抗状態になる。ＰＴＣ素子１６が高抵抗状態に遷移したことから全固体電池１１からの電流が遮断される。

続くタイミングｔ２において、リフロー炉内の温度がジャンクション温度を超え、半導体素子２０の動作が不安定になったり、短絡状態が生じ得る。しかしながら、タイミングｔ２の段階では、ＰＴＣ素子１６が動作し全固体電池１１からの電流が遮断されているため、制御ＩＣ１２に短絡電流が流れてしまうことがない。

タイミングｔ３からタイミングｔ４までが本加熱部Ｒ３となる。本加熱が終了後、冷却処理によりリフロー炉内の温度が低下する。そして、タイミングｔ４においてリフロー炉内の温度がジャンクション温度を下回る。これにより、制御ＩＣ１２が有するＦＥＴ１２ＡおよびＦＥＴ１３の短絡状態が解消し、ハイインピーダンス状態となる。そして、タイミングｔ５において、リフロー炉内の温度がトリップ温度を下回る。これにより、ＰＴＣ素子１６は、高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。冷却部Ｒ４における処理が終了することにより、電池モジュール１０が回路基板３０にリフロー実装される。

なお、リフロー後の適宜なタイミング（例えば、基板検査のタイミング）に、電池モジュール１０の使用が可能となるように、ＦＥＴ１３をオフ状態からオン状態にする処理が行われる。制御ＩＣ１２は、ＦＥＴ１３をオン状態に遷移させるトリガーが自身に入力されたことに応じて、ＦＥＴ１３をオフ状態からオン状態に遷移させる。これにより、全固体電池１１からの出力が外部（負荷）に供給可能な状態となる。

トリガーは、例えば、ハイレベルまたはローレベルの信号であり、電池モジュール１０の外部から当該電池モジュール１０に対して与えられる。トリガーは、例えば、イネーブルピンＥＰおよびトリガー入力経路ＴＬを介して制御ＩＣ１２に入力される。制御ＩＣ１２は、例えば、トリガー入力経路ＴＬが接続される自身のポートへの入力の論理的なレベルの変化を検出することにより、トリガーの入力を認識する。トリガーの信号の入力を検出した制御ＩＣ１２は、オフ状態のＦＥＴ１３をオン状態に遷移させる。

［電池モジュールの製造方法］
電池モジュール１０は、例えば、以下のようにして製造される。

回路基板３０の実装面に、全固体電池１１、半導体素子２０、ＰＴＣ素子１６等の電子部品を配置する。これらの電子部品は、リフローによって回路基板３０の実装面にはんだ接合される。具体的には、はんだ接合によって、半導体素子２０を、全固体電池１１の正極端子１１Ａと負極端子１１Ｂとの間に電気的に接続し、ＰＴＣ素子１６を、正極端子１１Ａと半導体素子２０との間に直列に接続する。

はんだ接合の際の雰囲気温度（周囲の温度で環境温度等とも称される。本例ではリフロー炉内の温度が対応する。）が半導体素子２０のジャンクション温度に達する前にＰＴＣ素子１６がトリップし、低抵抗状態から高抵抗状態に遷移させる。これは、トリップ温度が半導体素子２０のジャンクション温度より低いＰＴＣ素子１６を使用することで実現できる。ＰＴＣ素子１６が動作後に、雰囲気温度が半導体素子２０のジャンクション温度に達する。

そして、リフロー実装の本加熱が行われることではんだが溶融する。その後、冷却工程によって、電池モジュール１０を構成する電子部品が回路基板３０に実装され電池モジュール１０が完成する。冷却工程の進行に応じて、雰囲気温度が半導体素子２０のジャンクション温度を下回り、半導体素子２０の短絡状態が解消し、ハイインピーダンス状態となる。さらに雰囲気温度が低下しトリップ温度を下回ることで、ＰＴＣ素子１６が低抵抗状態となり、全固体電池１１の電力が外部に供給可能となる。

［効果］
以上、説明した本実施形態によれば、例えば、以下の効果を得ることができる。
・はんだ接合の際（具体的にはリフロー時）に形成され得る閉回路における電流を遮断できる。これにより、制御ＩＣ１２に短絡電流が流れることを防止できるので、制御ＩＣ１２が故障してしまうことを防止でき、安全性を向上させることができる。また、電池モジュール１０の外部に電流が流れることで、回路基板３０に実装される電池モジュール１０以外の電子部品に悪影響を与えてしまうことを防止できる。また、ＰＴＣ素子１６により電流を遮断することで、リフロー実装の際に回路基板３０に大電流が流れ回路基板３０が異常発熱してしまうことを防止できる。従来の構成では、電流が外部に流れしまうことを防止することができず、また、スマート回路（特許文献２参照）に電流が流れてしまうことを防止することができない。
・従来は、はんだ接合の際の温度変化による半導体の特性変化に応じて流れ得る電流を遮断するためにＰＴＣ素子を用いる技術思想が欠如していた。しかしながら、本実施形態では、雰囲気温度が半導体部品のジャンクション温度を超える前にＰＴＣ素子がトリップするように構成しているので、雰囲気温度が半導体部品のジャンクション温度を超えることで流れる電流を遮断することができる。
・全固体電池１１が０Ｖを超える電圧を有する状態でリフロー実装できるので全固体電池１１を深放電させて０Ｖ若しくは略０Ｖにする必要がなく、全固体電池１１を劣化させてしまうことを防止できる。また、電池モジュール１０の実装後は、外部に全固体電池１１の電力を確実に出力することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明の内容は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

図５に示すように、ＰＴＣ素子１６は、パワーラインＰＬＢに接続されていてもよい。すなわち、ＰＴＣ素子１６は、負極端子１１Ｂと半導体素子２０との間に直列に接続されてもよい。

上述した一実施形態に係る回路基板３０は、複数の実装面を有する基板であってもよく、具体的には、両面基板であってもよい。そして、一方の実装面に所定の電子部品をリフロー実装した後、回路基板を反対にして他方の実装面に他の電子部品をリフロー実装するようにしてもよい。各実装面にリフロー実装された電子部品は、スルーホール接続等によって電気的に接続される。但し、この場合、リフロー実装の順序によって各実装面の雰囲気温度が異なることから、リフロー実装される電子部品について考慮する必要がある。例えば、一方の実装面に全固体電池およびＰＴＣ素子をリフロー実装した後、他方の実装面に半導体素子をリフロー実装する例を考える。半導体素子のリフロー実装時に雰囲気温度が半導体素子のジャンクション温度を超えると半導体素子の動作が不安定になる。このとき、ＰＴＣ素子は反対側の実装面に配置されていることから雰囲気温度が低くＰＴＣ素子が動作しない虞がある。係る不都合を回避するために、ＰＴＣ素子および半導体素子が同一の実装面にはんだ接合され、全固体電池が他の実装面にはんだ接合されていることが好ましい。これにより、両者に対する雰囲気温度が略同一となるので、一実施形態で説明した動作が確実に行われるようにすることができる。

上述した一実施形態において、制御ＩＣ１２が、全固体電池１１の状態や電流検出抵抗１４を介して検出される電流値を上位の保護ＩＣに送信し、保護ＩＣが電池モジュール１０の保護動作を行うようにしてもよい。

本発明に適用される電池は、耐熱性が高い全固体電池が好ましいが、リフロー実装可能な電池であれば他の電池を適用することも可能である。また、半導体部品の数や種類、用途も一実施形態で説明したものに限定されることはなく、例えば、ＦＥＴではなくトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることもできる。また、ＰＴＣ素子に代えて、ＰＴＣ素子と同様の特性を有する素子を適用することも可能である。また、１個の半導体部品（例えば、１個のＦＥＴ）により半導体素子が構成されてもよい。

上述した実施形態、変形例で説明した事項は、適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態で説明された材料、工程等はあくまで一例であり、例示された材料等に本発明の内容が限定されるものではない。

＜応用例＞
本発明にかかる電池モジュールは、各種の電子機器、電動車両等に搭載又は電力を供給するために使用することができる。

具体的な応用例について説明する。例えば、上述した電池モジュールは、携帯情報端末の機能を有するウェアラブル機器、いわゆるウェアラブル端末の電源として、使用することができる。ウェアラブル端末としては、例えば腕時計型端末、メガネ型端末などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

図６は、電池モジュールを内蔵したウェアラブル端末の一例を示す。図６に示すように、応用例にかかるウェアラブル端末６３０は、腕時計型端末であり、その内部に電池パック６３２を有している。電池パック６３２として本発明に係る電池モジュールを適用することができる。ウェアラブル端末６３０は、ユーザーに装着されて使用できるものである。ウェアラブル端末６３０は、変形が可能なフレキシブルなものであってもよい。

図７に示すように、応用例にかかるウェアラブル端末６３０は、電子機器本体の電子回路６３１と、電池パック６３２とを備える。電池パック６３２は、電子回路６３１に対して電気的に接続されている。ウェアラブル端末６３０は、例えば、ユーザーにより電池パック６３２を着脱自在な構成を有している。なお、ウェアラブル端末６３０の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザーにより電池パック６３２をウェアラブル端末６３０から取り外しできないように、電池パック６３２がウェアラブル端末６３０内に内蔵されている構成を有していてもよい。

電池パック６３２の充電時には、電池パック６３２の正極端子６３４Ａ、負極端子６３４Ｂがそれぞれ、充電器（図示せず）の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック６３２の放電時（ウェアラブル端末６３０の使用時）には、電池パック６３２の正極端子６３４Ａ、負極端子６３４Ｂがそれぞれ、電子回路６３１の正極端子、負極端子に接続される。

電子回路６３１は、例えば、ＣＰＵ、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部等を備え、ウェアラブル端末６３０の全体を制御する。

電池パック６３２は、全固体電池セル６１０（実施形態における全固体電池１１）と、充放電回路６３３とを備える。

本応用例では、電池パック６３２として本発明にかかる電池モジュールを適用した例を示したが、電子機器本体の電子回路６３１に本発明に係る電池モジュールが搭載されていてもよい。

他の応用例について説明する。他の応用例として本発明を電動車両用の蓄電システムに適用した例として、図８に、シリーズハイブリッドシステムを採用したハイブリッド車両（ＨＶ）の構成例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンを動力とする発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両７００には、エンジン７０１、発電機７０２、電力駆動力変換装置（直流モーター又は交流モーター。以下単に「モーター７０３」という。）、駆動輪７０４ａ、駆動輪７０４ｂ、車輪７０５ａ、車輪７０５ｂ、バッテリー７０８、車両制御装置７０９、各種センサ７１０、充電口７１１が搭載されている。バッテリー７０８としては、本発明の電池モジュールが適用され得る。

バッテリー７０８の電力によってモーター７０３が作動し、モーター７０３の回転力が駆動輪７０４ａ、７０４ｂに伝達される。エンジン７０１によって産み出された回転力によって、発電機７０２で生成された電力をバッテリー７０８に蓄積することが可能である。各種センサ７１０は、車両制御装置７０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度を制御したりする。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両７００が減速すると、その減速時の抵抗力がモーター７０３に回転力として加わり、この回転力によって生成された回生電力がバッテリー７０８に蓄積される。また、バッテリー７０８は、ハイブリッド車両７００の充電口７１１を介して外部の電源に接続されることで充電することが可能である。このようなＨＶ車両を、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ又はＰＨＥＶ）という。

なお、本発明に係る電池モジュールを小型化された一次電池に応用して、車輪７０４、７０５に内蔵された空気圧センサシステム（TPMS: Tire Pressure Monitoring system）の電源として用いることも可能である。

以上では、シリーズハイブリッド車を例として説明したが、エンジンとモーターを併用するパラレル方式、又は、シリーズ方式とパラレル方式を組み合わせたハイブリッド車に対しても本発明は適用可能である。さらに、エンジンを用いない駆動モーターのみで走行する電気自動車（ＥＶ又はＢＥＶ）や、燃料電池車（ＦＣＶ）に対しても本発明は適用可能である。また、本発明は、電動自転車に対しても適用可能である。

１０・・・電池モジュール
１１・・・全固体電池
１１Ａ・・・正極端子
１１Ｂ・・・負極端子
１２・・・制御ＩＣ
１２Ａ・・・ＦＥＴ
１３・・・ＦＥＴ
１６・・・ＰＴＣ素子
２０・・・半導体素子

Claims

０Ｖを超える電圧を有する全固体電池と、半導体素子と、ＰＴＣ素子と、回路基板とを有し、
前記全固体電池と、前記半導体素子と、前記ＰＴＣ素子とが、前記回路基板に対してはんだ接合され、
前記全固体電池は、正極端子および負極端子を有し、
前記半導体素子は、前記正極端子と前記負極端子との間に電気的に接続され、
前記ＰＴＣ素子は、前記正極端子または前記負極端子と前記半導体素子との間に直列に接続され、
前記半導体素子がジャンクション温度に到達する前に前記ＰＴＣ素子がトリップするように構成された
電池モジュール。
前記半導体素子は、制御部とスイッチ部とを有し、
前記制御部は、前記全固体電池の状態を監視し、前記状態に応じて前記スイッチ部に制御信号を送信する
請求項１に記載の電池モジュール。
前記ＰＴＣ素子のトリップ温度は、前記半導体素子のジャンクション温度より－５０℃の範囲内で設定される温度である
請求項１または２に記載の電池モジュール。
前記ＰＴＣ素子のトリップ温度は、前記半導体素子の動作温度よりも高く、前記半導体素子のジャンクション温度よりも低い
請求項１から３までの何れかに記載の電池モジュール。
前記ＰＴＣ素子のトリップ温度は、９０℃以上１４０℃以下である
請求項１から４までの何れかに記載の電池モジュール。
前記回路基板は、電子部品が実装される実装面を複数有し、
前記ＰＴＣ素子および前記半導体素子は、同一の実装面にはんだ接合され、
前記全固体電池は、他の実装面にはんだ接合されている
請求項１から５までの何れかに記載の電池モジュール。
正極端子および負極端子を有する全固体電池と、半導体素子と、ＰＴＣ素子とを回路基板に対してはんだ接合する、電池モジュールの製造方法であって、
前記はんだ接合によって、
前記半導体素子を、前記正極端子と前記負極端子との間に電気的に接続し、
前記ＰＴＣ素子を、前記正極端子または前記負極端子と前記半導体素子との間に直列に接続し、
前記はんだ接合の際の雰囲気温度が前記半導体素子のジャンクション温度に達する前に前記ＰＴＣ素子がトリップする
電池モジュールの製造方法。
請求項１から６までの何れかに記載の電池モジュールを有する電子機器。
請求項１から６までの何れかに記載の電池モジュールを有する電動車両。