CN105531895A - 切换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够按预定顺序进行短路的电流通路的切断和断开的电流通路的短路，从而将电流通路不可逆地进行切换的切换电路。切换电路中，在第二发热体(12)连接有使电流在第二发热体(12)流通的开关元件(26)，将第一发热体(2)的断开端与第二发热体(11)和断开侧可熔导体(12)的连接端(16)连接，根据开关元件(26)的动作，第二发热体(11)通电并发热，从而使断开侧可熔导体(12)熔断，主电路(25)与第二电路(24)被切断，根据断开侧可熔导体(12)的熔断，第一发热体(2)通电并发热，从而使短路侧可熔导体(3)熔断，开关(4)被短路，主电路(25)和第一电路(23)被通电。

Description

切换电路
技术领域
本发明涉及一种切换电流通路的切换电路。本申请主张日本专利申请2013-188804号(2013年9月11日申请)的优先权，并为了在此参照该申请的公开的全部内容而进行引用。
背景技术
可充电而重复利用的二次电池大多被加工成电池组(batterypack)而提供给用户。特别地，在重量能量密度高的锂离子二次电池中，为了确保用户和电子设备的安全，通常将过充电保护、过放电保护等多个保护电路内置于电池组，从而具有在预定的情况下切断电池组的输出的功能。
在这种电路中，使用内置于电池组的FET开关来进行输出的接通/断开(ON/OFF)，由此进行电池组的过充电保护或过放电保护动作。然而，无论是由于何种原因FET开关短路损坏时、由于被雷击等而导致瞬间流过大电流时、或者由于电池单元的寿命而输出电压异常下降或相反地输出过大异常电压时，电池组或电子设备都应该受到保护以防止起火等事故。因此，为了在这样的可设想的任何异常状态下也安全地将电池单元的输出切断，使用由熔断元件构成的保护元件，该熔断元件具有根据来自外部的信号切断电流通路的功能。
作为面向锂离子二次电池等的保护电路的保护元件，专利文献1记载有遍及电流通路上的第一电极、发热体引出电极、第二电极之间连接可熔导体而作为电流通路的一部分，并使该电流通路上的可熔导体由过电流所引起的自发热或通过设置在保护元件内部的发热体而熔断的保护元件。这样的保护元件中，通过将熔融的液态的可熔导体聚集在连接于发热体的导体层上来切断电流通路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-003665号公报
专利文献2：日本特开2004-185960号公报
专利文献3：日本特开2012-003878号公报
发明内容
技术问题
然而，即使发生异常而切断锂离子二次电池的充放电电流通路，在电池单元中仍然积蓄有对应电池容量部分的大的能量，可以想象在保护电路产生异常等情况下，由来自该电池单元的泄漏电流引起的发热事故等的危险。因此，优选地，在停止使用电池组后，使内部的电池单元放电直到下降到安全的电压为止。
这样，例如在锂离子二次电池的电池组中，就要求可靠地将电池单元的电流通路从正常时的充放电通路切换到异常时的放电通路的元件。
因此，本发明的目的在于提供一种切换电路，该切换电路以预定的顺序进行在正常时被短路的电流通路的切断、和在异常时使用的电流通路的短路，对电流通路进行不可逆的切换。
技术方案
为了解决上述课题，本发明的切换电路具有：短路电路和断开电路，上述短路电路具备：第一发热体，其通过电流流通而发热；短路侧可熔导体，其一端与上述第一发热体连接，另一端与主电路连接；开关，其一端与上述短路侧可熔导体连接并且与上述主电路连接，另一端与第一电路连接，上述短路电路通过上述第一发热体所发出的热量使上述短路侧可熔导体熔断，并通过该熔融导体使上述开关短路，上述断开电路具备：第二发热体，其通过电流流通而发热；断开侧可熔导体，其与上述第二发热体连接，并且上述断开侧可熔导体的一端与第二电路连接，另一端与上述主电路连接，上述断开电路通过上述第二发热体所发出的热量使上述断开侧可熔导体熔断，在上述第二发热体的一端连接有开关元件，该开关元件接收切换信号，使电流从上述主电路通入上述第二发热体，上述短路电路的上述第一发热体的断开端与上述断开电路的上述第二发热体和上述断开侧可熔导体的连接端连接，根据上述开关元件进行动作，上述断开电路的上述第二发热体通电并发热，使上述断开侧可熔导体熔断，上述主电路和上述第二电路被切断，根据上述断开侧可熔导体的熔断，上述短路电路的上述第一发热体通电并发热，使上述短路侧可熔导体熔融，上述开关被短路，上述主电路和上述第一电路被通电。
此外，本发明的切换电路具有：短路电路和断开电路，上述短路电路具备：第一发热体，其通过电流流通而发热；短路侧可熔导体，其一端与上述第一发热体连接，另一端与主电路连接；开关，其一端与上述短路侧可熔导体连接并且与上述主电路连接，另一端与第一电路连接，上述短路电路通过上述第一发热体所发出的热量使上述短路侧可熔导体熔断，并通过该熔融导体使上述开关短路，上述断开电路具备：第二发热体，其通过电流流通而发热；断开侧可熔导体，其与上述第二发热体连接，并且上述断开侧可熔导体的一端与第二电路连接，另一端与上述主电路连接，上述断开电路通过上述第二发热体所发出的热量使上述断开侧可熔导体熔断，在上述第一发热体的一端连接有第一开关元件，该第一开关元件接收切换信号，使电流从上述主电路通入上述第一发热体，在上述第二发热体的一端连接有第二开关元件，该第二开关元件接收切换信号，使电流从上述主电路通入上述第二发热体，根据上述第二开关元件进行动作，上述断开电路的上述第二发热体通电并发热，使上述断开侧可熔导体熔断，上述主电路和上述第二电路被切断，根据上述第一开关元件进行动作，上述短路电路的上述第一发热体通电并发热，使上述短路侧可熔导体熔融，上述开关被短路，上述主电路和上述第一电路被通电。
此外，本发明的切换电路具有：短路部和断开部，上述短路部具备：第一发热体，其通过电流流通而发热；短路侧可熔导体，其一端与上述第一发热体连接，另一端与第一电路连接；开关，其一端与上述短路侧可熔导体连接并且与上述第一电路连接，另一端与主电路连接，上述短路部通过上述第一发热体所发出的热量使上述短路侧可熔导体熔断，并通过该熔融导体使上述开关短路，上述断开部具备：第二发热体，其通过电流流通而发热；断开侧可熔导体，其与上述第二发热体连接，并且上述断开侧可熔导体的一端与上述开关的另一端和上述主电路连接，另一端与第二电路连接，上述断开部通过上述第二发热体所发出的热量使上述断开侧可熔导体熔断，上述第一发热体与接收切换信号而使电流从上述主电路通入上述第一发热体的第一开关元件连接，上述第二发热体与接收切换信号而使电流从上述主电路通入上述第二发热体的第二开关元件连接，根据上述第二开关元件进行动作，上述断开部的上述第二发热体通电并发热，使上述断开侧可熔导体熔断，上述主电路和上述第二电路被切断，根据上述第一开关元件进行动作，上述短路部的上述第一发热体通电并发热，使上述短路侧可熔导体熔融，上述开关被短路，上述主电路和上述第一电路被通电。
技术效果
根据本发明，能够通过使开关元件动作将从主电路到达第二电路的电流通路切断并构建到达第一电路的电流通路，从而将主电路的电流通路从第二电路切换到第一电路。此时，根据本发明，通过使第一、断开侧可熔导体熔融，能够不可逆地进行电流通路的切断和短路。
附图说明
图1是构成切换电路的短路电路的电路图，(A)示出短路前，(B)示出短路后。
图2是构成切换电路的断开电路的电路图，(A)示出断开前，(B)示出断开后。
图3是示出第一切换电路的构成的框图。
图4是示出切换前的第一切换电路的电路图，(A)示出具备两个断开侧可熔导体的例，(B)示出具备一个断开侧可熔导体的例。
图5是示出通过开关元件使第二发热体被通电的第一切换电路的电路图。
图6是示出使第一发热体被通电的第一切换电路的电路图。
图7是示出切换后的第一切换电路的电路图。
图8是应用了第一切换电路的电池组的电路图。
图9是示出第一切换电路的变形例的电路图。
图10是应用了变形例的第一切换电路的电池组的电路图。
图11是示出第二切换电路的构成的框图。
图12是示出第二切换电路的电路图，(A)示出具备两个断开侧可熔导体的例，(B)示出具备一个断开侧可熔导体的例。
图13是应用了第二切换电路的电池组的电路图。
图14是示出第二切换电路的变形例的电路图。
图15是应用了变形例的第二切换电路的电池组的电路图。
图16是示出第三切换电路的电路图，(A)示出具备两个断开侧可熔导体的例，(B)示出具备一个断开侧可熔导体的例。
图17是应用了第三切换电路的电池组的电路图。
图18是示出第三切换电路的变形例的电路图。
图19是应用了变形例的第三切换电路的电池组的电路图。
符号说明
1：短路电路，2：第一发热体，3：短路侧可熔导体，4：开关，5：第一电极，6：第二电极，7：第一发热体电极，10：断开电路，11：第二发热体，12：断开侧可熔导体，13：第三电极，14：第四电极，15：第二发热体电极，16：连接端电极，21：短路元件，22：断开元件，23：第一外部电路，24：第二外部电路，25：电源电路，26：开关元件，30：第一切换电路，31：保护电阻，32：放电电路，33：充放电电流电路，40：电池组，41～44：电池单元，45：电池堆，46：检测电路，50：充放电控制电路，51：电流控制元件，52：电流控制元件，55：充电电路，60：第二切换电路，61：第一开关元件，62：第二开关元件，70，第三切换电路，71：短路部，72：断开部
具体实施方式
以下，参照附图对应用了本发明的切换电路进行详细说明。应予说明，本发明并不仅限于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。此外，附图为示意性的图，各尺寸的比例等有时会与实际情况不同。具体的尺寸等应参考以下说明进行判断。此外，在附图之间含有相互的尺寸关系和/或比例不同的部分也是当然的。
应用了本发明的切换电路具有：通过使可熔导体熔融而使隔着该熔融导体相互被断开的电极间连接的短路电路或短路部；和通过使可熔导体熔融而使经由可熔导体短路的电极间断开的断开电路或断开部。首先，对短路电路和断开电路的动作原理进行说明。
短路电路1如图1(A)所示，具备：第一发热体2；与第一发热体2串联连接并根据第一发热体2的发热而熔融的短路侧可熔导体3；相互断开并通过短路侧可熔导体3熔融而经由该熔融导体短路的构成开关4的第一电极5和第二电极6。第一电极5与未图示的电源连接，第二电极6与在开关4为闭合时连接的外部电路连接。此外，第一发热体2经由第一发热体电极7与未图示的FET等开关元件连接，并被控制通电。
短路电路1在通过开关元件动作而经由第一电极5和短路侧可熔导体3向第一发热体2供电时，如图1(B)所示，根据第一发热体2的发热，短路侧可熔导体3发生熔断。于是，短路电路1中，短路侧可熔导体3的熔融导体遍及并凝聚在第一电极5、第二电极6之间，将第一电极5、第二电极6之间短路。由此，短路电路1的开关4变为闭合，使电源与外部电路通电。
断开电路10如图2(A)所示，具备：第二发热体11；根据第二发热体11的发热而熔断的断开侧可熔导体12；经由断开侧可熔导体12而连接的第三电极13和第四电极14。第三电极13、第四电极14设置在电流通路上，第二发热体11经由第二发热体电极15与未图示的FET等开关元件连接，并被控制通电。
断开电路10在通过开关元件动作而经由第三电极13和断开侧可熔导体12向第二发热体11供电时，如图2(B)所示，根据第二发热体11的发热，断开侧可熔导体12发生熔断。由此，断开电路10能够切断电流通路。
[第一切换电路]
第一切换电路30如图3所示，具备：构成短路电路1并与成为主电路的电源电路25和在切换后进行通电的第一外部电路23连接的短路元件21；和构成断开电路10并与电源电路25和在切换前进行通电的第二外部电路24连接的断开元件22。此外，第一切换电路30根据接收到切换信号的开关元件26向第二发热体11供电。由此，在第二发热体11发热，第三电极13、第四电极14之间被切断后，第一发热体2发热，第一电极5、第二电极6之间被短路。由此，第一切换电路30能够将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23。
具体地，第一切换电路30具有图4所示的电路构成。短路电路1具备：根据电流流通而发热的第一发热体2；一端与第一发热体2连接，另一端与电源电路25连接的短路侧可熔导体3；和一端与短路侧可熔导体3连接并且与电源电路25连接，另一端与第一外部电路23连接的开关4。
开关4经由第一电极5与电源电路25连接，并经由第二电极6与第一外部电路23连接。此外，第一发热体2经由第一发热体电极7与断开电路10的连接端电极16连接。
此外，断开电路10具备：根据电流流通而发热的第二发热体11；和与第二发热体11连接，并且一端与电源电路25连接，另一端与第二外部电路24连接的断开侧可熔导体12。在图4(A)所示的第一切换电路30中，断开侧可熔导体12具有：将一端经由第三电极13与电源电路25连接并将另一端与第二发热体11连接的第一断开侧可熔导体12a；和将一端经由第四电极14与第二外部电路24连接并将另一端与第二发热体11连接的第二断开侧可熔导体12b。
应予说明，断开电路10也可以如图4(B)所示只包括第一断开侧可熔导体12a。此时，第一断开侧可熔导体12a的一端经由第三电极13与电源电路25连接，第一断开侧可熔导体12a的另一端与第二发热体11连接，并经由第四电极14与第二外部电路24连接。
此外，第一切换电路30在第二发热体11的一端经由第二发热体电极15连接有接收切换信号而将电流从电源电路25通入第二发热体11的开关元件26。此外，第一切换电路30中，短路电路1的第一发热体电极7与连接有断开电路10的第二发热体11和断开侧可熔导体12的连接端电极16连接。
开关元件26例如可通过场效应晶体管(FET)构成，并通过控制栅极电压来控制向第二发热体11的电流通路的导通和切断。
[第一切换电路的动作]
具有这样的构成的第一切换电路30在初始状态中，如图4所示，成为从电源电路25经由断开电路10而到达第二外部电路24的电流通路。此时，第一切换电路30被开关元件26限制向第二发热体11的供电，此外，第一发热体2的两端大致为等电位，电流几乎不流向短路电路1。
在需要将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23时，向开关元件26输出切换信号。开关元件26在接收到切换信号时，以向第二发热体11供电的方式控制电流。由此，第一切换电路30如图5所示，断开电路10的第二发热体11通电并发热，断开侧可熔导体12发生熔断。因此，从电源电路25到达第二外部电路24的电流通路被切断。
这样，如图6所示，来自电源电路25的电流经由第一电极5流入短路电路1侧，并经由短路侧可熔导体3、第一发热体2和第一发热体电极7而流向断开电路10和开关元件26侧。由此，第一切换电路30中，短路电路1的第一发热体2通电并发热，如图7所示短路侧可熔导体3发生熔断，并且由该熔融导体使第一电极5、第二电极6之间短路，即开关4变为闭合，从而构建从电源电路25到达第一外部电路23的电流通路。
应予说明，就第二发热体11而言，供电通路由断开侧可熔导体12和短路侧可熔导体3双方熔断而被切断，因此发热被停止。此外，就第一发热体2而言，供电通路由短路侧可熔导体3发生熔断而被切断，因此发热被停止。
这样，根据第一切换电路30，通过使开关元件26动作来切断经过第三电极13、第四电极14而到达第二外部电路24的电流通路，并且构建从电源电路25经过第一电极5、开关4、第二电极6而到达第一外部电路23的电流通路，从而能够将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23。
此外，根据第一切换电路30，通过使断开侧可熔导体12、短路侧可熔导体3熔融来不可逆地进行第三电极13、第四电极14之间的切断和第一电极5、第二电极6之间的短路。因此，与通过软件等在电子上进行切换的情况相比，能够改善由误动作引起的切换不良，此外能够改善对于由破解(cracking)等引起的不正当切换的脆弱性。
[第一切换电路的安装例]
这样的第一切换电路30如图8所示，例如可组装到锂离子二次电池的电池组40内的电路中而使用。电池组40，例如具有由合计四个的锂离子二次电池的电池单元41～44构成的电池堆45。
电池组40具备：电池堆45；控制电池堆45的充放电的充放电控制电路50；在电池堆45异常时切断充电并使电池堆45内的电能进行放热的构成应用了本发明的第一切换电路30的短路元件21和断开元件22；检测各电池单元41～44的电压的检测电路46；根据检测电路46的检测结果控制第一切换电路30的动作的开关元件26。
电池堆45串联连接有需要用于避免过充电和过放电状态而进行保护的控制的电池单元41～44，并经由电池组40的正极端子40a、负极端子40b可拆装地连接于充电电路55，被施加来自充电电路55的充电电压。由充电电路55进行了充电的电池组40通过将正极端子40a、负极端子40b与利用电池进行动作的电子设备连接，能够使该电子设备动作。
充放电控制电路50控制串联连接于从电池堆45流向充电电路55的电流通路上的两个电流控制元件51、52的动作。电流控制元件51、52，例如可通过场效应晶体管(以下，称为FET)构成，并通过由充放电控制电路50控制栅极电压来控制电池堆45的电流通路的导通和切断。充放电控制电路50从充电电路55接受电力供应而动作，并根据检测电路46的检测结果，在电池堆45为过放电或过充电时，以切断电流通路的方式控制电流控制元件51、52的动作。
短路元件21与电池堆45并联连接，并串联连接有用于使积蓄在电池堆45的电能在电池单元41～44的放电电流上限以下的电流进行放电的保护电阻31。由此，第一切换电路30构成设置有短路元件21和保护电阻31的放电电路32。
断开元件22连接到电池堆45和充电电路55之间的充放电电流电路33上，并由开关元件26控制断开元件22的动作。
检测电路46与各电池单元41～44连接，并检测各电池单元41～44的电压值，将各电压值提供给充放电控制电路50。此外，检测电路46在电池单元41～44中的任意一个成为过充电电压时输出控制开关元件26的控制信号。
开关元件26例如可通过FET构成，并根据从检测电路46输出的检测信号，在电池单元41～44的电压值成为超过预定的过充电状态的电压时，使第一切换电路30动作，并且不管电流控制元件51、52的开关动作如何而将电池堆45的充放电电流电路33切断，并且以将电池堆45的电流通路从经由断开元件22的充放电电流电路33切换到经由短路元件21的放电电路32的方式进行控制。
具体地，电池组40中，在由检测电路46在电池单元41～44中的任意一个检测到异常电压的情况下，向开关元件26输出切换信号。开关元件26以向断开元件22的第二发热体11通电的方式控制电池堆45的电流。由此，第一切换电路30中，断开侧可熔导体12发生熔断，从而切断电池堆45的充放电电流电路33。进一步地，第一切换电路30中，第一发热体2被通电，短路侧可熔导体2发生熔断，由此第一电极5、第二电极6短路，将电池堆45的电流通路切换到设置有保护电阻31的放电电路32侧。
这样，组装有第一切换电路30的电池组40切断发生了异常的电池堆45的充放电电流电路33，并且将积蓄有对应电池容量部分的大的电能的电池堆45的电流通路切换到设置有保护电阻31的放电电路32。因此，电池组40能够在停止使用后使内部的电池单元放电直到下降到安全的电压为止。
[内置保护元件]
应予说明，第一切换电路30除了如图8所示地在放电电路32上设置保护电阻31之外，还可以如图9所示地在短路电路1中内置保护电阻31。此时，如图10所示，不需要在电池组40的放电电路32设置保护电阻31。
[第二切换电路]
接下来，对第二切换电路60进行说明。应予说明，在以下的说明中，对于与上述的第一切换电路30相同的构成，标记相同的符号并省略其详细说明。第二切换电路60如图11所示，具备：构成短路电路1并与电源电路25和在切换后进行通电的第一外部电路23连接的短路元件21；和构成断开电路10并与电源电路25和在切换前进行通电的第二外部电路24连接的断开元件22。
在第二切换电路60中，短路元件21与第一开关元件61连接，断开元件22与第二开关元件62连接。短路元件21根据接收到切换信号的第一开关元件61向第一发热体2供电。此外，断开元件22根据接收到切换信号的第二开关元件62向第二发热体11供电。因此，根据第二切换电路60，能够根据向第一开关元件61、第二开关元件62输出的切换信号的顺序来改变由短路元件21进行的短路和由断开元件22进行的断开的顺序。
具体地，第二切换电路60具有图12所示的电路构成。短路电路1具备：第一发热体2、短路侧可熔导体3和开关4，根据第一发热体2所发出的热量使短路侧可熔导体3熔断，并通过熔融导体使开关4短路。在第二切换电路60中，短路电路1除了第一发热体2经由第一发热体电极7与第一开关元件61连接之外，构成与第一切换电路30相同。
此外，断开电路10具备：第二发热体11和断开侧可熔导体12，根据第二发热体11所发出的热量使短路侧可熔导体12熔断。在第二切换电路60中，断开电路10除了第二发热体11经由第二发热体电极15与第二开关元件62连接之外，构成与第一切换电路30相同。
应予说明，在图12(A)所示的第二切换电路60中，断开侧可熔导体12具有：将一端经由第三电极13与电源电路25连接并将另一端与第二发热体11连接的第一断开侧可熔导体12a；和将一端经由第四电极14与第二外部电路24连接并将另一端与第二发热体11连接的第二断开侧可熔导体12b。
此外，在切换电路60中，断开电路10也可以如图12(B)所示只包括第一断开侧可熔导体12a。此时，第一断开侧可熔导体12a的一端经由第三电极13与电源电路25连接，第一断开侧可熔导体12a的另一端与第二发热体11连接，并经由第四电极14与第二外部电路24连接。
[第二切换电路的动作]
具有这样的构成的第二切换电路60在初始状态中，如图12所示，构成从电源电路25经由断开电路10而到达第二外部电路24的电流通路。此时，短路电路1被第一开关元件61限制向第一发热体2的供电，开关4被设置为断开。此外，断开电路10被第二开关元件62限制向第二发热体11的供电。
在需要将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23时，首先向第二开关元件62输出切换信号。第二开关元件62在接收到切换信号时，以向第二发热体11供电的方式控制电流。由此，第二切换电路60中，断开电路10的第二发热体11通电并发热，断开侧可熔导体12发生熔断。因此，从电源电路25到达第二外部电路24的电流通路被切断。
接下来，第二切换电路60中，向第一开关元件61输出切换信号。第一开关元件61在接收到切换信号时，以向第一发热体2供电的方式控制电流。由此，第二切换电路60中，短路电路1的第一发热体2通电并发热，短路侧可熔导体3发生熔断，并且由该熔融导体使第一电极5、第二电极6之间短路，即开关4变为闭合，从而构建从电源电路25到达第一外部电路23的电流通路。
此外，第二切换电路60在需要将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23时，也可以首先向第一开关元件61输出切换信号，并在构建了从电源电路25到达第一外部电路23的电流通路后，向第二开关元件62输出切换信号，从而切断到达第二外部电路24的电流通路。由此，能够不中断电源电路25的电力而将电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23。
应予说明，就第二发热体11而言，供电通路由断开侧可熔导体12发生熔断而被切断，因此发热被停止。此外，就第一发热体2而言，供电通路由短路侧可熔导体3发生熔断而被切断，因此发热被停止。
这样，根据第二切换电路60，通过使第一开关元件61、第二开关元件62动作来切断经过第三电极13、第四电极14而到达第一外部电路23的电流通路，并且构建从电源电路25经过第一电极5、开关4、第二电极6而到达第一外部电路23的电流通路，从而能够将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23。
此时，在第二切换电路60中，也通过使短路侧可熔导体3、断开侧可熔导体12熔融来不可逆地进行第三电极13、第四电极14之间的切断和第一电极5、第二电极6之间的短路。因此，与通过软件等在电子上进行切换的情况相比，能够改善由误动作引起的切换不良，此外能够改善对于由破解等引起的不正当切换的脆弱性。
此外，根据第二切换电路60，能够根据向第一开关元件61、第二开关元件62输出的切换信号的顺序来改变由短路元件21进行的短路和由断开元件22进行的断开的顺序。
[第二切换电路的安装例]
这样的第二切换电路60如图13所示，例如可组装到锂离子二次电池的电池组40内的电路中而使用。此时，通过从检测电路46依次向第二开关元件62和第一开关元件61输出切换信号，来首先进行由断开元件22进行的充放电电流电路33的切断，然后进行由短路元件21进行的放电电路32的短路。
即，电池组40在检测电路46在电池单元41～44中的任意一个中检测到异常电压的情况下，首先向第二开关元件62输出切换信号。第二开关元件62以向断开元件22的第二发热体11通电的方式控制电池堆45的电流。由此，第二切换电路60中，断开侧可熔导体12发生熔断，从而切断电池堆45的充放电电流电路33。在检测到充放电电流电路33的切断时，接下来，检测电路46向第一开关元件61输出切换信号。第一开关元件61以向短路元件21的第一发热体2通电的方式控制电池堆45的电流。由此，第一发热体2被通电，短路侧可熔导体3发生熔断，由此第一电极5、第二电极6短路，将电池堆45的电流通路切换到设置有保护电阻31的放电电路32侧。
这样，组装有第二切换电路60的电池组40切断发生了异常的电池堆45的充放电电流电路33，并且将积蓄有对应电池容量部分的大的电能的电池堆45的电流通路切换到设置有保护电阻的放电电路32。因此，电池组40能够在停止使用后使内部的电池单元放电直到下降到安全的电压为止。
[内置保护元件]
应予说明，在第二切换电路60中也除了如图13所示地在放电电路32上设置保护电阻31之外，还可以如图14所示地在短路电路1中内置保护电阻31。此时，如图15所示，不需要在电池组40的放电电路32设置保护电阻31。
[第三切换电路]
接下来，对第三切换电路70进行说明。第三切换电路70如图16所示，与上述的短路电路1具有相同功能的短路部71和与上述的断开电路10具有相同功能的断开部72被形成为一体。
短路部71具备：第一发热体2；一端与第一发热体2连接，另一端与第一外部电路23连接的短路侧可熔导体3；和一端与短路侧可熔导体3连接并且与第一外部电路23连接，另一端与电源电路25连接的开关4。
断开部72具备：第二发热体11；和与第二发热体11连接，并且一端与开关4的另一端和电源电路25连接，另一端与第二外部电路24连接的断开侧可熔导体12。
短路部71中，第一发热体2经由第一发热体电极7与第一开关元件61连接。此外，短路部71中，开关4经由第一电极5与第一外部电路23连接，并经由第二电极6与电源电路25连接。应予说明，第二电极6还与设置在断开部72的断开侧可熔导体12的一端侧连接。
断开部72中，第二发热体11经由第二发热体电极15与第二开关元件62连接。此外，断开部72中，断开侧可熔导体12经由第四电极14与第二外部电路24连接，并经由第二电极6与电源电路25连接。在图16(A)所示的第三切换电路70中，断开侧可熔导体12具有：将一端经由第四电极14与第二外部电路24连接并将另一端与第二发热体11连接的第一断开侧可熔导体12a；和将一端经由第二电极6与电源电路25连接并将另一端与第二发热体11连接的第二断开侧可熔导体12b。
应予说明，断开部72也可以如图16(B)所示只包括第一断开侧可溶导体12a。此时，第一断开侧可熔导体12a的一端经由第二电极6与电源电路25连接，第一断开侧可溶导体12a的另一端与第二发热体11连接，并经由第四电极14与第二外部电路24连接。
[第三切换电路的动作]
具有这样的构成的第三切换电路70在初始状态中，如图16所示，构成从电源电路25经由断开部72而到达第二外部电路24的电流通路。此时，短路部71被第一开关元件61限制向第一发热体2的供电，开关4被设置为断开。此外，断开部72被第二开关元件62限制向第二发热体11的供电。
在需要将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23时，首先向第二开关元件62输出切换信号。第二开关元件62在接收到切换信号时，以向第二发热体11供电的方式控制电流。由此，第三切换电路70中，断开部72的第二发热体11通电并发热，断开侧可熔导体12发生熔断。因此，从电源电路25到达第二外部电路24的电流通路被切断。
接下来，第三切换电路70中，向第一开关元件61输出切换信号。第一开关元件61在接收到切换信号时，以向第一发热体2供电的方式控制电流。由此，第三切换电路70中，短路部71的第一发热体2通电并发热，短路侧可熔导体3发生熔断，并且由该熔融导体使第一电极5、第二电极6之间短路，即开关4变为闭合，从而构建从电源电路25到达第一外部电路23的电流通路。
此外，第三切换电路70在需要将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23时，也可以首先向第一开关元件61输出切换信号，并在构建了从电源电路25到达第一外部电路23的电流通路后，向第二开关元件62输出切换信号，从而切断到达第二外部电路24的电流通路。由此，能够不中断电源电路25的电力而将电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23。
应予说明，就第二发热体11而言，供电通路由断开侧可熔导体12发生熔断而被切断，因此发热被停止。此外，就第一发热体2而言，供电通路由短路侧可熔导体3发生熔断而被切断，因此发热被停止。
这样，根据第三切换电路70，通过使第一开关元件61、第二开关元件62动作来切断经过第二电极6、第四电极14而到达第一外部电路24的电流通路，并且构建从电源电路25经过第二电极6、开关4、第一电极5而到达第一外部电路23的电流通路，从而能够将电源电路25的电流通路从第二外部电路24切换到第一外部电路23。
此时，在第三切换电路70中，也通过使短路侧可熔导体3、断开侧可熔导体12熔融来不可逆地进行第二电极6、第四电极14之间的切断和第一电极5、第二电极6之间的短路。因此，与通过软件等在电子上进行切换的情况相比，能够改善由误动作引起的切换不良，此外能够改善对于由破解等引起的不正当切换的脆弱性。
此外，根据第三切换电路70，能够根据向第一开关元件61、第二开关元件62输出的切换信号的顺序来改变由短路元件21进行的短路和由断开元件22进行的断开的顺序。
[第三切换电路的安装例]
这样的第三切换电路70如图17所示，例如可组装到锂离子二次电池的电池组40内的电路中而使用。此时，第一开关元件61连接在切换电路70的第一发热体电极7与电池堆45的+侧端子之间。此外，第二开关元件62连接在切换电路70的第二发热体电极15与电池堆45的-侧端子之间。此外，切换电路70中，与电池堆45的-侧端子连接的第一电极5被设置为-电位，与电池堆45的+侧端子连接的第二电极6被设置为+电位，与第一开关元件61连接的第一发热体电极7被设置为+电位。此外，切换电路70中，与充放电电流电路33连接的第四电极14被设置为+电位，与第二开关元件62连接的第二发热体电极15被设置为-电位。
就电池组40而言，在电池单元41～44中的任意一个上检测到电压异常时，从检测电路46依次向第二开关元件62和第一开关元件61输出切换信号，由此，首先进行由断开部72进行的充放电电流电路33的切断，接下来进行由短路部71进行的放电电路32的短路。
即，电池组40在检测电路46在电池单元41～44中的任意一个检测到异常电压的情况下，首先向第二开关元件62输出切换信号。第二开关元件62以向断开部72的第二发热体11通电的方式控制电池堆45的电流。由此，第三切换电路70中，断开侧可熔导体12发生熔断，从而切断电池堆45的充放电电流电路33。在检测到充放电电流电路33的切断时，接下来，检测电路46向第一开关元件61输出切换信号。第一开关元件61以向短路部71的第一发热体2通电的方式控制电池堆45的电流。由此，第一发热体2被通电，短路侧可熔导体2发生熔断，由此第一电极5、第二电极6短路，将电池堆45的电流通路切换到设置有保护电阻31的放电电路32侧。
这样，组装有第三切换电路70的电池组40切断发生了异常的电池堆45的充放电电流电路33，并且将积蓄有对应电池容量部分的大的电能的电池堆45的电流通路切换到设置有保护电阻的放电电路32。因此，电池组40能够在停止使用后使内部的电池单元放电直到下降到安全的电压为止。
[内置保护元件]
应予说明，在第三切换电路70中也除了如图17所示地在放电电路32上设置保护电阻31之外，还可以如图18所示地在短路部71中内置保护电阻31。此时，如图19所示，不需要在电池组40的放电电路32设置保护电阻31。
[产业上的可利用性]
根据本发明，也可以应用于通过将第一外部电路23设为发光电路、发声电路、伴随着产生电信号的电路等，而将断开电路10或断开部72动作的状态作为报警向外部发出通知的带报警功能断开电路。
此外，根据本发明，也可以作为各种设备(device)和/或软件的激活用的电路而进行应用。例如，将第一外部电路23设为各种设备和/或软件的功能电路，并将第二外部电路24设为该功能的一部分受到限制的电路从而得以构成，在初始设定中，功能被限制的第二外部电路24被连接。在用户进行许可合同手续，并进行该设备的激活时，切换到作为设备的功能电路的第一外部电路23。
此外，根据本发明，可以作为保护数据库信息的信息安全电路而进行应用。例如，将第二外部电路24设为与数据库进行连接的功能电路，并将第一外部电路23设为与该数据库断开的电路从而得以构成，在初始设定中，被设定为可经由第二外部电路24访问(access)数据库。在检测到黑客(hacking)和/或破解的情况下，为了保护数据库内的信息，而切换到与数据库断开的第一外部电路23。
在本发明中，通过短路侧可熔导体3和断开侧可熔导体12的熔断来进行向功能电路的切换，因此能够在物理上、不可逆地控制功能的切换。因此，与通过软件在电子上切换电路的情况不同，能够改善由误动作引起的切换不良，或者改善对于由黑客、破解等引起的不正当切换的脆弱性。

Claims (20)

1.一种切换电路，其特征在于，具有：短路电路和断开电路，
所述短路电路具备：第一发热体，其通过电流流通而发热；短路侧可熔导体，其一端与所述第一发热体连接，另一端与主电路连接；开关，其一端与所述短路侧可熔导体连接并且与所述主电路连接，另一端与第一电路连接，所述短路电路通过所述第一发热体所发出的热量使所述短路侧可熔导体熔断，并通过该熔融导体使所述开关短路，
所述断开电路具备：第二发热体，其通过电流流通而发热；断开侧可熔导体，其与所述第二发热体连接，并且所述断开侧可熔导体的一端与第二电路连接，另一端与所述主电路连接，所述断开电路通过所述第二发热体所发出的热量使所述断开侧可熔导体熔断，
在所述第二发热体的一端连接有开关元件，该开关元件接收切换信号，使电流从所述主电路通入所述第二发热体，
所述短路电路的所述第一发热体的断开端与所述断开电路的所述第二发热体和所述断开侧可熔导体的连接端连接，
根据所述开关元件进行动作，所述断开电路的所述第二发热体通电并发热，使所述断开侧可熔导体熔断，所述主电路和所述第二电路被切断，
根据所述断开侧可熔导体的熔断，所述短路电路的所述第一发热体通电并发热，使所述短路侧可熔导体熔融，所述开关被短路，所述主电路和所述第一电路被通电。
2.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于，
所述主电路为具有电池堆的电源系统电路，
所述第一电路为使所述电池堆放电的放电电路，
所述第二电路为所述电池堆的充放电电流电路，
通过所述断开电路将所述电源系统电路和所述充放电电流电路切断，停止向所述电池堆的充电，通过所述短路电路将所述电源系统电路和所述放电电路短路，使在所述电池堆内积蓄的电能进行放电。
3.根据权利要求2所述的切换电路，其特征在于，
在所述短路电路的所述开关的另一端设置有用于使在所述电池堆内积蓄的电能在电池单元的放电电流上限以下进行放电的保护电阻。
4.根据权利要求2所述的切换电路，其特征在于，
所述放电电路中，用于使在所述电池堆内积蓄的电能在电池单元的放电电流上限以下进行放电的保护电阻与所述短路电路的所述开关的另一端连接。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的切换电路，其特征在于，
所述断开侧可熔导体具有：第一断开侧可熔导体，其一端与所述主电路连接，另一端与所述第二发热体连接；第二断开侧可熔导体，其一端与所述第二电路连接，另一端与所述第二发热体连接。
6.一种切换电路，其特征在于，具有：短路电路和断开电路，
所述短路电路具备：第一发热体，其通过电流流通而发热；短路侧可熔导体，其一端与所述第一发热体连接，另一端与主电路连接；开关，其一端与所述短路侧可熔导体连接并且与所述主电路连接，另一端与第一电路连接，所述短路电路通过所述第一发热体所发出的热量使所述短路侧可熔导体熔断，并通过该熔融导体使所述开关短路，
所述断开电路具备：第二发热体，其通过电流流通而发热；断开侧可熔导体，其与所述第二发热体连接，并且所述断开侧可熔导体的一端与第二电路连接，另一端与所述主电路连接，所述断开电路通过所述第二发热体所发出的热量使所述断开侧可熔导体熔断，
在所述第一发热体的一端连接有第一开关元件，该第一开关元件接收切换信号，使电流从所述主电路通入所述第一发热体，
在所述第二发热体的一端连接有第二开关元件，该第二开关元件接收切换信号，使电流从所述主电路通入所述第二发热体，
根据所述第二开关元件进行动作，所述断开电路的所述第二发热体通电并发热，使所述断开侧可熔导体熔断，所述主电路和所述第二电路被切断，
根据所述第一开关元件进行动作，所述短路电路的所述第一发热体通电并发热，使所述短路侧可熔导体熔融，所述开关被短路，所述主电路和所述第一电路被通电。
7.根据权利要求6所述的切换电路，其特征在于，
所述主电路为具有电池堆的电源系统电路，
所述第一电路为使所述电池堆放电的放电电路，
所述第二电路为所述电池堆的充放电电流电路，
使所述第二开关动作并通过所述断开电路将所述电源系统电路和所述充放电电流电路切断，停止向所述电池堆的充电，接下来使所述第一开关元件动作并通过所述短路电路将所述电源系统电路和所述放电电路短路，使在所述电池堆内积蓄的电能进行放电。
8.根据权利要求7所述的切换电路，其特征在于，
在所述短路电路的所述开关的另一端设置有用于使在所述电池堆内积蓄的电能在电池单元的放电电流上限以下进行放电的保护电阻。
9.根据权利要求7所述的切换电路，其特征在于，
在所述放电电路中，在与所述短路电路的所述开关的另一端之间设置有用于使在所述电池堆内积蓄的电能在电池单元的放电电流上限以下进行放电的保护电阻。
10.根据权利要求6所述的切换电路，其特征在于，
使所述第一开关元件动作并通过所述短路电路将所述第一电路短路，接下来，使所述第二开关元件动作并通过所述断开电路将所述第二电路切断。
11.根据权利要求6所述的切换电路，其特征在于，
使所述第二开关元件动作并通过所述断开电路将所述第二电路切断，接下来，使所述第一开关元件动作并通过所述短路电路将所述第一电路短路。
12.根据权利要求6～11中任一项所述的切换电路，其特征在于，
所述断开侧可熔导体具有：第一断开侧可熔导体，其一端与所述主电路连接，另一端与所述第二发热体连接；第二断开侧可熔导体，其一端与所述第二电路连接，另一端与所述第二发热体连接。
13.一种切换电路，其特征在于，具有：短路部和断开部，
所述短路部具备：第一发热体，其通过电流流通而发热；短路侧可熔导体，其一端与所述第一发热体连接，另一端与第一电路连接；开关，其一端与所述短路侧可熔导体连接并且与所述第一电路连接，另一端与主电路连接，所述短路部通过所述第一发热体所发出的热量使所述短路侧可熔导体熔断，并通过该熔融导体使所述开关短路，
所述断开部具备：第二发热体，其通过电流流通而发热；断开侧可熔导体，其与所述第二发热体连接，并且所述断开侧可熔导体的一端与所述开关的另一端和所述主电路连接，另一端与第二电路连接，所述断开部通过所述第二发热体所发出的热量使所述断开侧可熔导体熔断，
所述第一发热体与接收切换信号而使电流从所述主电路通入所述第一发热体的第一开关元件连接，
所述第二发热体与接收切换信号而使电流从所述主电路通入所述第二发热体的第二开关元件连接，
根据所述第二开关元件进行动作，所述断开部的所述第二发热体通电并发热，使所述断开侧可熔导体熔断，所述主电路和所述第二电路被切断，
根据所述第一开关元件进行动作，所述短路部的所述第一发热体通电并发热，使所述短路侧可熔导体熔融，所述开关被短路，所述主电路和所述第一电路被通电。
14.根据权利要求13所述的切换电路，其特征在于，
所述主电路为具有电池堆的电源系统电路，
所述第一电路为使所述电池堆放电的放电电路，
所述第二电路为所述电池堆的充放电电流电路，
使所述第二开关动作并通过所述断开部将所述电源系统电路和所述充放电电流电路切断，停止向所述电池堆的充电，接下来使所述第一开关元件动作并通过所述短路部将所述电源系统电路和所述放电电路短路，使在所述电池堆内积蓄的电能进行放电。
15.根据权利要求14所述的切换电路，其特征在于，
在所述短路部的所述开关的另一端设置有用于使在所述电池堆内积蓄的电能在电池单元的放电电流上限以下进行放电的保护电阻。
16.根据权利要求14所述的切换电路，其特征在于，
在所述放电电路中，在与所述短路部的所述开关的另一端之间设置有用于使在所述电池堆内积蓄的电能在电池单元的放电电流上限以下进行放电的保护电阻。
17.根据权利要求13所述的切换电路，其特征在于，
使所述第一开关元件动作并通过所述短路部将所述第一电路短路，接下来，使所述第二开关元件动作并通过所述断开部将所述第二电路切断。
18.根据权利要求13所述的切换电路，其特征在于，
使所述第二开关元件动作并通过所述断开部将所述第二电路切断，接下来，使所述第一开关元件动作并通过所述短路部将所述第一电路短路。
19.根据权利要求13～18中任一项所述的切换电路，其特征在于，
所述断开侧可熔导体具有：第一断开侧可熔导体，其一端与所述第二电路连接，另一端与所述第二发热体连接；第二断开侧可熔导体，其一端与所述主电路连接，另一端与所述第二发热体连接。
20.根据权利要求1、6、13中任一项所述的切换电路，其特征在于，
所述第一电路为发光电路或发声电路或伴随着产生电信号的电路。
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