(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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電池パック。
【請求項２】
半導体スイッチがＦＥＴであり、熱保護素子がＰＴＣである請求項１記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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