CN114631240A - 保护电路 - Google Patents

Abstract

该保护电路具备在电池与外部电路的通电路径上串联连接的多个保护元件，所述多个保护元件分别具有在所述通电路径上串联连接的熔丝单元、由于通电而发热从而加热所述熔丝单元使其熔断的发热体，所述多个保护元件各自的发热体的电阻值不同。

Description

保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路。

本申请基于2019年11月13日在日本申请的日本特愿2019-205362号来主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

目前，在电池与外部电路的通电路径上具备用于在产生了过电流等异常时切断通电路径的保护电路。作为保护元件，已知带加热器的熔丝(以下，也称为SCP)，其具有在通电路径上串联连接的熔丝单元和由于通电而发热从而加热所述熔丝单元来使其熔断的发热体(专利文献1)。

当通电路径中产生了超过额定值的过电流时，SCP的熔丝单元自身发热而熔断，由此切断通电路径。另外，在过电流以外的异常时，通过通电使发热体发热，加热熔丝单元使其熔断，由此切断通电路径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2790433号公报

发明内容

发明要解决的课题

由电池供给向SCP的发热体通电的电流。因此，将SCP的发热体的电阻值设定为能够在电池的工作电压范围内将熔丝单元加热到可熔断的温度。然而，根据电池的用途，有时充电时的最大电压与放电时的最小电压相比，电压差异大。特别是在由多个单电池组合而成的电池组构成的电池中，充电时的最大电压与放电时的最小电压之间的电压差大。因此，若按照充电时的最大电压设定发热体的电阻值，则在放电时发生异常时，流过发热体的电流变小，发热体有时不会发热至能够熔断熔丝单元的温度。另一方面，若按照放电时的最小电压来设定发热体的电阻值，则在充电时发生异常时，发热体流过过剩的电流，温度急剧变为高温，发热体自身有时会熔断。另外，近年来，由于单电池的电极材料的变化，在相同的单电池数量下工作电压有时也不同，有可能偏离SCP的工作电压范围而无法正常工作。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种在电池与外部电路的通电路径上发生异常时，能够切断通电路径的电压范围宽的保护电路。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明提供以下的手段。

(1)本发明的一个方式的保护电路在电池与外部电路的通电路径上具有串联连接的多个保护元件，所述多个保护元件分别具有在所述通电路径上串联连接的熔丝单元、由于通电而发热从而对所述熔丝单元加热使其熔断的发热体，所述多个保护元件各自的发热体的电阻值不同。

(2)在上述(1)记载的方式中，也可以构成为将所述多个保护元件中的所述发热体的电阻值最低的保护元件配置在所述电池侧。

(3)在上述(1)或(2)记载的方式中，也可以构成为所述多个保护元件的所述发热体各自的电阻值相差1Ω以上。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在电池与外部电路的通电路径上发生了异常时，能够切断通电路径的电压范围宽的保护电路。

附图说明

图1概要性地表示本发明的第一实施方式的保护电路的结构的一例。

图2概要性地表示本发明的第二实施方式的保护电路的结构的一例。

图3概要性地表示本发明的第三实施方式的保护电路的结构的一例。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在以下的说明中使用的附图中，为了容易理解特征，有时为了方便会将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比例等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一个例子，本发明并不限于此，能够在起到本发明的效果的范围内适当变更来实施。

(第一实施方式)

图1概要性地表示本发明的第一实施方式的保护电路的结构的一例。

在图1中，保护电路1在电池10与外部电路的通电路径上具备串联连接的第一保护元件20a和第二保护元件20b。第一保护元件20a配置在接近电池10的一侧，第二保护元件20b配置在接近外部设备(未图示)的一侧。即，第一保护元件20a位于比第二保护元件20b靠近电池10正极的一侧。

电池10是组合多个单电池11而成的电池组。单电池11是二次电池，例如是锂离子二次电池。在图1中，电池10串联连接了4个单电池11，但单电池11的个数没有特别限制，单电池11也可以并联连接。另外，电池10也可以是一个单电池11。

第一保护元件20a是具有与电池10的正极串联连接的第一熔丝单元21a和第一发热体22a的SCP。第一发热体22a的一个端部与第一熔丝单元21a连接，另一个端部经由第一整流元件30a与开关元件40连接。开关元件40与电池10的负极和保护IC50连接。

第二保护元件20b是具有与电池10的正极串联连接的第二熔丝单元21b和第二发热体22b的SCP。第二发热体22b的一个端部与第二熔丝单元21b连接，另一个端部经由第二整流元件30b与开关元件40连接。这样，多个保护元件各自的熔丝单元经由发热体以及整流元件与同一开关元件连接。该开关元件与保护连接。

第一熔丝单元21a和第二熔丝单元21b具有在通电路径中产生了超过额定的过电流时，其自身发热而熔断由此能够切断通电路径的程度的电阻值。优选第一熔丝单元21a以及第二熔丝单元21b熔断时的电流值相同。第一熔丝单元21a和第二熔丝单元21b的结构、材料没有特别限制，例如可以是金属单体，也可以是将外侧设为熔点相对高的高熔点金属层，将内侧设为熔点相对低的低熔点金属层的层叠体。在金属单体的情况下，作为其材料，可以使用In(铟)、Pb(铅)、Ag(银)、Cu(铜)或以它们中的任意一种为主成分的合金。在层叠体的情况下，优选低熔点金属层的材料为锡或以锡为主成分的合金(锡合金)。优选锡合金的锡含量为质量百分比40％以上，更优选为质量百分比60％以上。作为锡合金的例子，可以举出Sn-Bi合金、In-Sn合金、Sn-Ag-Cu合金。优选高熔点金属层由通过低熔点金属层的熔融物而熔解的金属材料构成。在低熔点金属层的材料为锡或锡合金的情况下，优选高熔点金属层的材料为银或以银为主成分的合金(银合金)。优选银合金的银含量为质量百分比40％以上，更优选为质量百分比60％以上。作为银合金的例子，可以举出Ag-Pd合金。

第一发热体22a及第二发热体22b分别具有由于通电而发热从而能够加热第一熔丝单元21a或第二熔丝单元21b使其熔断的程度的电阻值。第一发热体22a和第二发热体22b各自的电阻值不同。即，第一发热体22a和第二发热体22b分别加热至能够使熔丝单元熔断的温度所需的电力不同。优选第一发热体22a和第二发热体22b各自的电阻值相差1Ω以上。

在本实施方式的保护电路1中，配置在接近电池10的一侧的第一保护元件20a的第一发热体22a的电阻值低于第二保护元件20b的第二发热体22b的电阻值。即，第一发热体22a能够以小的电力加热到能够使熔丝单元熔断的温度。在本实施方式的保护电路中，例如可以将多个保护元件配置为越是接近电池正极侧的保护元件，电阻值越低。

只要使第一发热体22a及第二发热体22b因通电而发热，结构或材料没有特别限制。作为构成第一发热体22a和第二发热体22b的材料，能够使用氧化钌或炭黑。能够通过第一发热体22a以及第二发热体22b的宽度、厚度等尺寸、材料的组成来调整第一发热体22a以及第二发热体22b的电阻值。

第一整流元件30a抑制流过第二保护元件20b的电流经由第二发热体22b流入第一保护元件20a。第二整流元件30b抑制流过第一保护元件20a的电流经由第一发热体22a流入第二保护元件20b。

保护IC50例如检测通电路径的电压成为高电压等过电流以外的异常，在检测到异常的情况下，使开关元件40动作。通过使开关元件40动作，电流经由第一整流元件30a流向第一发热体22a，并经由第二整流元件30b流向第二发热体22b。

在本实施方式的保护电路1中，当通电路径中产生了超过额定的过电流时，第一熔丝单元21a或第二熔丝单元21b发热而熔断，由此切断通电路径。熔断的熔丝单元可以是第一熔丝单元21a，也可以是第二熔丝单元21b。

另外，当通电路径中发生了过电流以外的异常时，保护IC50使开关元件40动作，电流从电池10经由第一整流元件30a流向第一发热体22a，并经由第二整流元件30b流向第二发热体22b。通过该通电，第一发热体22a和第二发热体22b双方发热，使第一熔丝单元21a或第二熔丝单元21b的一方熔断，由此切断通电路径。

当在电池10的工作电压高的状态(例如，在串联连接了4个锂离子二次电池的情况下为13V以上18.5V以下)下发生了异常时，流过第一发热体22a和第二发热体22b的电流变大。此时，即使电阻值低的第一发热体22a因温度急剧升高而使熔丝单元熔断，电阻值高的第二发热体22b也会发热，加热第二熔丝单元21b使其熔断，由此切断通电路径。另一方面，当在电池10的工作电压低的状态(例如，在串联连接了4个锂离子二次电池的情况下为9V以上且小于13V)下发生了异常时，流过第一发热体22a和第二发热体22b的电流变小。在该情况下，电阻值高的第二发热体22b即使不发热到能够熔断第二熔丝单元21b的温度，电阻值低的第一发热体22a也会发热，加热第一熔丝单元21a使其熔断，由此切断通电路径。

在如上那样构成的本实施方式的保护电路1中，由于第一保护元件20a的第一发热体22a与第二保护元件20b的第二发热体22b的电阻值不同，因此能够切断通电路径的电压范围变宽。另外，在本实施方式的保护电路1中，在接近电池10的一侧配置具有电阻值低的第一发热体22a的第一发热体22a。由此，当在电池10的工作电压低的状态下发生了异常时，第一熔丝单元21a熔断而切断通电路径，因此电流不会流过第二保护元件20b。另一方面，当在电池10的工作电压高的状态下发生了异常时，第二熔丝单元21b熔断而切断通电路径，并且第一发热体22a熔断，因此电流不流过第一保护元件20a。并且，在本实施方式的保护电路1中，在第一发热体22a与第二发热体22b的电阻值相差1Ω以上时，能够可靠地扩大能够切断通电路径的电压范围。

(第二实施方式)

图2概要性地表示本发明的第二实施方式的保护电路的结构的一例。

第二实施方式的保护电路2与第一实施方式的不同点在于，2个发热体分别与开关元件连接来代替与整流元件连接。即，第一发热体22a与第一开关元件40a连接，第二发热体22b与第二开关元件40b连接。第一开关元件40a和第二开关元件40b分别与保护IC50连接。这样，在第二实施方式中，多个保护元件所具有的各个发热体与开关元件连接。另外，多个保护元件所具有的各个发热体所连接的开关元件与同一保护连接。保护IC50根据电池10的工作电压来切换进行动作的开关元件。对于第二实施方式的保护电路2和第一实施方式的保护电路1中共用的部分，标注相同的附图标记并省略说明。

在本实施方式的保护电路2中，在电池10的工作电压低的状态下发生了异常时，保护IC50使第一开关元件40a动作，由此对第一发热体22a进行加热而使第一熔丝单元21a熔断来切断通电路径。另一方面，在电池10的工作电压高的状态下发生了异常时，保护IC50使第二开关元件40b动作，对第二发热体22b进行加热而使第二熔丝单元21b熔断来切断通电路径。

以上那样构成的本实施方式的保护电路2通过保护IC50来选择切断通电路径所需要的发热体，使电流仅流过第一发热体22a和第二发热体22b中的一方，因此能够降低保护电路2产生的热量。另外，由于不使用整流元件，因此能够减少构成部分。

(第三实施方式)

图3概要性地表示本发明的第三实施方式的保护电路的结构的一例。第三实施方式的保护电路3与第一实施方式的不同点在于，2个发热体分别与开关元件连接来代替与整流元件连接，并且开关元件分别与保护IC连接。即，第一发热体22a与第一开关元件40a连接，第一开关元件40a与第一保护IC50a连接。另一方面，第二发热体22b与第二开关元件40b连接，第二开关元件40b与第二保护IC50b连接。第一保护IC50a和第二保护IC50b检测异常的电压范围不同。对于第三实施方式的保护电路3与第一实施方式的保护电路1中共用的部分，标注相同的附图标记并省略说明。

在本实施方式的保护电路3中，在电池10的工作电压低的状态下发生了异常时，第一保护IC50a检测出该异常，使第一开关元件40a动作，由此对第一发热体22a进行加热而使第一熔丝单元21a熔断来切断通电路径。另一方面，在电池10的工作电压高的状态下发生了异常时，第二保护IC50b检测该异常，使第二开关元件40b动作，由此加热第二发热体22b而使第二熔丝单元21b熔断来切断通电路径。这样，在第三实施方式中，多个熔丝单元经由各自的发热体以及开关元件与各自的保护连接。

以上那样构成的本实施方式的保护电路3使电流仅流过第一发热体22a和第二发热体22b中的一方，因此能够降低保护电路3中产生的热量。另外，由于不使用整流元件，因此能够减少构成部分。而且，不需要通过保护IC来切换进行动作的开关元件，因此能够简化保护IC的结构。

以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限于上述实施方式，在保护范围所记载的本发明的主旨的范围内能够进行各种变形、变更。

例如，在本实施方式中，使用了第一保护元件20a和第二保护元件20b这2个保护元件，但只要保护元件为2个以上，则其个数没有限制。在使用3个以上的保护元件的情况下，优选从接近电池10的一侧开始按顺序配置发热体的电阻值低的保护元件。

产业上的应用

本发明的保护电路能够用作工作电压范围宽的电池的电池管理系统(BMS：Battery Management System)。

附图标记的说明

1、2、3 保护电路

10 电池

11 单电池

20a 第一保护元件

20b 第二保护元件

21a 第一熔丝单元

21b 第二熔丝单元

22a 第一发热体

22b 第二发热体

30a 第一整流元件

30b 第二整流元件

40 开关元件

40a 第一开关元件

40b 第二开关元件

50 保护IC

50a 第一保护IC

50b 第二保护IC。

Claims (3)

1.一种保护电路，其特征在于，

所述保护电路具备在电池与外部电路的通电路径上串联连接的多个保护元件，

所述多个保护元件分别具有在所述通电路径上串联连接的熔丝单元、以及由于通电而发热从而加热所述熔丝单元使其熔断的发热体，

所述多个保护元件各自的发热体的电阻值不同。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，

将所述多个保护元件中的所述发热体的电阻值最低的保护元件配置在所述电池侧。

3.根据权利要求1或2所述的保护电路，其特征在于，

所述多个保护元件的所述发热体各自的电阻值相差1Ω以上。

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