CN115606071A - 保护电路 - Google Patents

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Abstract

保护电路(1A)，其具备保护元件(10A)、多个二次电池单元(20)、(20)、…、外部正极端子(30a)和外部负极端子(30b)、辅助电源(40)、第一控制装置(50)以及开关(60)。保护元件(10A)具有：第一可熔导体(15)，其两端与第一端子(11)和第二端子(12)连接；以及发热体(16)，其设置于第三端子(13)与第四端子(14)之间的第一通电路径(P1A)。辅助电源(40)被设置成与多个二次电池单元(20)、(20)、…电性独立。在该保护电路(1A)中，根据来自第一控制装置(50)的信号切换为开关(60)通电，保护元件(10A)的发热体(16)发热，第一可熔导体(15)熔断，将多个二次电池单元(20)、(20)、…与外部负极端子(30b)之间切断。

Description

保护电路
技术领域
本发明涉及保护电路，例如涉及设置于二次电池的充放电电路的保护电路。
本申请基于2020年5月29日在日本申请的特愿2020-094274主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
锂离子电池被广泛用作笔记本电脑等移动设备的电源。在锂离子电池等二次电池的保护电路中搭载有带表面安装型加热器的熔断器(Self Control Protector，以下也称为SCP)，在过电压异常时从二次电池自身向加热器供电而发热，熔断熔丝元件。
例如，作为现有的保护电路，如图13的(a)和图13的(b)所示，存在如下保护电路100，其具备：SCP110，其具有连接在通电路径上的熔丝元件111、111和与熔丝元件111、111连接且能够通过加热熔丝元件111、111而熔断的加热器112；IC130，其检测与上述通电路径连接的电池120的电池单元121、121、…的异常；FET140，其以根据IC130的检测结果进行对SCP110的加热器112的通电的方式进行动作；IC150，其检测电池120整体的异常；以及FET160、160，其以根据IC150的检测结果进行对SCP110的加热器112的通电的方式进行动作。在该保护电路100中，在检测出各电池单元的异常的情况下，FET140导通，从电池120向SCP110的加热器112供电而发热，熔丝元件111熔断。
另外，作为以往的其他保护电路，提出了在数据服务器与因特网线路之间配置可熔导体(熔丝元件)，具备与上述可熔导体独立地设置的发热体和发热体专用的外部电源的保护电路(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-46316号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在将图13的(a)那样的以往的保护电路搭载于作为动力用途的大容量二次电池的充放电电路的情况下，存在加热器因不同数量级的高电压、大电流而被破坏这样的问题。近来，作为二次电池的锂离子电池从移动设备用途发展到EV、蓄电池等用途，正在推进大容量化。另外，随着锂离子电池的大容量化，电压成为数百伏的高电压规格，电流也成为数百安培的大电流规格，要求能够应对这些需求的安全性高的保护电路。
在专利文献1的保护电路中，无论数据服务器等外部电路的种类如何，都能够对发热体供给得到使可熔导体熔断所需的足够的发热量的电力，能够应用于作为外部电路流过微弱的电流的数字信号电路。即，在专利文献1中，公开了将保护电路应用于信号电路来防止由黑客等引起的信息的流出的结构的程度，没有公开、启示将保护电路应用于作为动力用途的二次电池的充放电电路。另外，如果电路电压为数十伏特的低电压规格，则也认为能够应用上述保护电路，但在数百伏特、数百安培这样的大电压、大电流规格的情况下，难以确保发热体的耐电压、可熔导体切断后的绝缘性，因此难以将上述保护电路应用于大容量二次电池的充放电电路。
本发明的目的在于提供一种能够可靠地切断二次电池的充放电电路而实现高安全性的保护电路。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供以下的手段。
[1]一种保护电路，具备：
保护元件，其具有第一端子、第二端子、两端与所述第一端子和所述第二端子连接的第一可熔导体、第三端子、第四端子、以及设置在所述第三端子与所述第四端子之间的第一通电路径上的发热体；
串联连接的多个二次电池单元；
外部正极端子和外部负极端子；
辅助电源，其被设置成与所述多个二次电池单元电性独立；
控制装置，其监视所述多个二次电池单元的电压，检测异常，并输出信号；以及
开关，其接受所述控制装置的信号而切换通电，
所述控制装置与所述多个二次电池单元连接，
所述保护元件的所述第一端子以及所述第二端子设置于所述多个二次电池单元的正极端与所述外部正极端子之间或者所述多个二次电池单元的负极端与所述外部负极端子之间的第二通电路径，
所述保护元件的所述第三端子以及所述第四端子与所述辅助电源以及所述开关串联且连接成环状，
根据来自所述控制装置的所述信号切换成所述开关通电，所述保护元件的所述发热体发热，所述第一可熔导体熔断，将所述多个二次电池单元与所述外部正极端子间或者所述多个二次电池单元与所述外部负极端子间切断。
[2]根据上述[1]所述的保护电路，其中，在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间或者所述保护元件的所述发热体与所述第四端子之间具有第二可熔导体。
[3]根据上述[1]所述的保护电路，其中，在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体，在所述发热体与所述第四端子之间具有第三可熔导体。
[4]一种保护电路，具备：
保护元件，其具有第一端子、第二端子、两端与所述第一端子和所述第二端子连接的第一可熔导体、第三端子、第四端子、以及设置在所述第三端子与所述第四端子之间的第一通电路径上的发热体；
串联连接的多个二次电池单元；
外部正极端子和外部负极端子；
辅助电源；
控制装置，其监视所述多个二次电池单元的电压，检测异常，并输出信号；以及
开关，其接受所述控制装置的信号而切换通电，
所述控制装置与所述多个二次电池单元连接，
所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子设置于所述多个二次电池单元的正极端与所述外部正极端子之间或者所述多个二次电池单元的负极端与所述外部负极端子之间的第二通电路径，
所述保护元件的所述第三端子以及所述第四端子与所述辅助电源以及所述开关串联且连接成环状，
连接有所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子的所述第二通电路径与从所述第三端子经由所述辅助电源及所述开关连接到所述第四端子的第三通电路径连接，
根据来自所述控制装置的所述信号切换成所述开关通电，所述保护元件的所述发热体发热，所述第一可熔导体熔断，将所述多个二次电池单元与所述外部正极端子间或者所述多个二次电池单元与所述外部负极端子间切断。
[5]根据上述[4]所述的保护电路，其中，在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间或者所述保护元件的所述发热体与所述第四端子之间具有第二可熔导体。
[6]根据上述[4]所述的保护电路，其中，在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体，在所述发热体与所述第四端子之间具有第三可熔导体。
[7]一种保护电路，具备：
保护元件，其具有第一端子、第二端子、两端与所述第一端子和所述第二端子连接的第一可熔导体、第三端子、以及设置在所述第三端子与所述第一端子或者所述第二端子之间的第一通电路径上的发热体；
串联连接的多个二次电池单元；
外部正极端子和外部负极端子；
辅助电源；
控制装置，其监视所述多个二次电池单元的电压，检测异常，并输出信号；以及
开关，其接受所述控制装置的信号而切换通电，
所述控制装置与所述多个二次电池单元连接，
所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子设置于所述多个二次电池单元的正极端与所述外部正极端子之间或者所述多个二次电池单元的负极端与所述外部负极端子之间的第二通电路径，
所述保护元件的所述第三端子经由所述辅助电源和所述开关，与连接有所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子的所述第二通电路径连接，
根据来自所述控制装置的所述信号切换成所述开关通电，所述保护元件的所述发热体发热，所述第一可熔导体熔断，将所述多个二次电池单元与所述外部正极端子间或者所述多个二次电池单元与所述外部负极端子间切断。
[8]根据上述[7]所述的保护电路，其中，在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体。
[9]根据上述[7]所述的保护电路，其中，在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体，在所述发热体与所述第一端子或者所述第二端子之间具有第三可熔导体。
[10]根据上述[4]至[9]中的任一项所述的保护电路，其中，连接有所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子的所述第二通电路径的极与所述辅助电源的连接至所述第三端子的一侧的极的相反的极以同极的方式连接。
[11]根据上述[4]至[10]中的任一项所述的保护电路，其中，所述第一可熔导体是包含低熔点金属层和高熔点金属层的层叠体。
[12]根据上述[11]所述的保护电路，其中，所述低熔点金属层由Sn或以Sn为主成分的合金构成，所述高熔点金属层由Ag或Cu、或者以Ag或Cu为主成分的合金构成。
发明效果
根据本发明，能够可靠地切断二次电池的充放电电路，实现高安全性。
附图说明
图1的(a)是概略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的电路图，图1的(b)是概略性地表示保护元件的结构的一例的图。
图2的(a)及图2的(b)是表示图1的(b)的保护元件的结构例的剖视图。
图3的(a)及图3的(b)是表示图1的(a)的保护电路及图1的(b)的保护元件的变形例的图。
图4的(a)及图4的(b)是表示图1的(a)的保护电路及图1的(b)的保护元件的其他变形例的图。
图5的(a)是概略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的电路图，图5的(b)是概略性地表示保护元件的结构的一例的图。
图6的(a)及图6的(b)是表示图5的(a)的保护电路及图5的(b)的保护元件的变形例的图。
图7的(a)及图7的(b)是表示图5的(a)的保护电路及图5的(b)的保护元件的其他变形例的图。
图8的(a)是概略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的电路图，图8的(b)是概略性地表示保护元件的结构的一例的图。
图9的(a)及图9的(b)是表示图8的(a)的保护电路及图8的(b)的保护元件的变形例的图。
图10的(a)及图10的(b)是表示图8的(a)的保护电路及图8的(b)的保护元件的其他变形例的图。
图11是概略性地表示本发明的第四实施方式的保护电路的结构的一例的电路图。
图12是表示图8的(a)的保护电路的其他变形例的图。
图13的(a)及图13的(b)是表示现有的保护电路及现有的保护元件的结构的图。
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，有时为了方便而将成为特征的部分放大示出，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一个例子，本发明并不限定于此，能够在起到本发明的效果的范围内适当变更而实施。
图1的(a)是概略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的电路图。
如图1的(a)所示，保护电路1A具备保护元件10A、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50(控制装置)及开关60。多个二次电池单元20、20、…串联连接，多个二次电池单元20、20、…的正极端20a与后述的外部正极端子连接，负极端20b与后述的外部负极端子连接。多个二次电池单元20、20、…是二次电池，例如可举出锂离子二次电池等。多个二次电池单元20、20、…的总电压在蓄电池用途的情况下至少为100V以上，在EV用途时例如为350V以上800V以下。保护电路1A具有外部正极端子30a和外部负极端子30b，经由这些外部正极端子30a和外部负极端子30b与外部的充电装置连接。
如图1的(b)所示，保护元件10A具有第一端子11、第二端子12、两端与第一端子11和第二端子12连接的第一可熔导体15、第三端子13、第四端子14、以及设置于第三端子13与第四端子14之间的第一通电路径P1A的发热体16。在本实施方式中，保护元件10A的第一端子11以及第二端子12设置于多个二次电池单元20、20、…的负极端20b与外部负极端子30b之间的第二通电路径P2A。另外，保护元件10A的第三端子13和第四端子14与辅助电源40和开关60串联且连接成环状。
第一可熔导体15例如由容纳在未图示的壳体内的熔丝元件构成。熔丝元件例如为薄片状或棒状。第一可熔导体15的一端15a与第一端子11连接，另一端15b与第二端子12连接。
第一可熔导体15优选为包含低熔点金属层以及由熔点比该低熔点金属高的高熔点金属构成的高熔点金属层的层叠体。另外，第一可熔导体15更优选具有由作为内层的低熔点金属层和覆盖上述作为内层的低熔点金属层的作为外层的高熔点金属层构成的覆盖结构。例如，第一可熔导体15也可以是内层和夹着该内层的外层在厚度方向上层叠的3层构造的层叠体，内层和外层由软化温度不同的材料构成。在这样的第一可熔导体15中，层叠体的内层和外层中，在软化温度低的材料的层中固相和液相的混合状态先开始，能够在软化温度高的材料的层达到软化温度之前被切断。
上述低熔点金属层例如由Sn或以Sn为主成分的合金构成。Sn的熔点为232℃，因此以Sn为主成分的金属为低熔点，在低温下变得柔软。例如，Sn/Ag3％/Cu0.5％合金的固相线为217℃。另外，作为构成上述低熔点金属层的材料，可以使用一直以来作为熔丝材料使用的各种低熔点金属。作为低熔点金属，可以举出SnSb合金、BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、SnAgCu合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。
构成上述高熔点金属层的材料例如由Ag或Cu、或者以Ag或Cu为主成分的合金构成。Ag的熔点为962℃，铜的熔点为1085℃，因此由以Ag或Cu为主成分的金属构成的层在由低熔点金属构成的层变软的温度下维持刚性。
发热体16是板状部件，例如具有绝缘基板和形成在该绝缘基板上的发热部。发热体16例如与第一可熔导体15抵接地配置或者配置在第一可熔导体15的正上方。在该情况下，发热体16优选具有加热第一可熔导体15而使其软化的功能、以及对第一可熔导体15赋予后述的按压单元的按压力而切断该第一可熔导体15的功能。
作为上述绝缘基板，可以使用公知的具有绝缘性的基板，例如可以举出由氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等构成的基板。
上述发热部优选为由通过通电而发热的导电性材料构成的电阻体。作为发热部的材料，例如可举出含有镍铬合金、W、Mo、Ru等金属的材料。该发热部例如通过涂布由氧化钌、炭黑等导电材料和水玻璃等无机系粘合剂、热固化性树脂等有机系粘合剂构成的电阻糊剂，并根据需要进行烧制而形成。另外，作为发热部，可以经由印刷、镀敷、蒸镀、溅射的工序形成氧化钌、炭黑等的薄膜，也可以通过这些薄膜的粘贴、层叠等形成。
图2的(a)及图2的(b)是表示图1的(b)的保护元件10A的结构例的剖视图。图2的(a)及图2的(b)的保护元件10A的结构为例示，本发明的保护元件的结构并不限定于此。
如图2的(a)所示，保护元件10A具备：在一端2a及另一端2b之间具有切断部2c的熔丝元件(第一可熔导体)2；具有发热体3a及凸形部件3b的可动部件3；凹形部件4；按压单元5；以及壳体6。
熔丝元件2的一端2a通过焊接等与第一端子6a连接，另一端2b通过焊接等与第二端子6b连接。发热体3a的一端与未图示的第三端子连接，另一端与未图示的第四端子连接。凸形部件3b具有将按压单元5的按压力施加于熔丝元件2的切断部2c的功能，凸形部件3b的凸部3c压接于发热体3a。凹形部件4与可动部件3对置配置，与可动部件3协作而夹入熔丝元件2的切断部2a。凹形部件4的凹部4a形成为能够容纳发热体3a的凸部3c。按压单元5对可动部件3施加力，使得可动部件3和凹形部件4夹持切断部2c，并且在切断部2a的切断时缩短这些部件的相对距离。作为按压单元5，例如使用弹簧，以保持向Z方向的复原力的状态容纳在凸形部件3b与壳体6之间。
在该保护元件10A中，当可动部件3的发热体3a发热时，在熔丝元件2的软化温度以上的温度下熔丝元件2软化，伴随于此，由于按压单元5的按压力，凸形部件3b的凸部3c进入凹形部件4的凹部4a内。其结果，切断部2c与一端2a(或另一端2b)断开，熔丝元件2被切断(图2的(b))。
辅助电源40与多个二次电池单元20、20、…电性独立地设置。该辅助电源40只要是在通电时能够供给能熔断第一可熔导体15的电力的结构就没有特别限制，例如由公知的一次电池或二次电池等构成。作为二次电池，例如可举出铅蓄电池、锂离子电池等。辅助电源的电压例如为10V以上56V以下。
第一控制装置50与多个二次电池单元20、20、…连接，监视多个二次电池单元20、20、…的一个或多个电压，检测异常并输出信号。第一控制装置50例如是IC，检测与保护元件10A的第二通电路径P2A连接的多个二次电池单元20、20、…各自的电压，基于该电压判别在多个二次电池单元20、20、…中是否产生了过充电等异常。在多个二次电池单元20、20、…中发生了异常的情况下，第一控制装置50通过使保护元件10A工作来切断通电路径。
开关60接收第一控制装置50的信号而切换通电。开关60没有特别限制，例如是场效应晶体管(以下，也称为FET)。作为FET，没有特别限制，例如能够使用结型FET、MOS型FET。在本实施方式中，FET的栅极与第一控制装置50连接，漏极与发热体16连接。开关60根据从第一控制装置50输出的控制信号进行接通或断开动作。
在本实施方式中，保护电路1A还具备第二控制装置80以及开关90、90。第二控制装置80例如是IC，监视多个二次电池单元20、20、…的整体的电压，检测异常并输出信号。开关90、90接收第二控制装置80的信号而切换通电。开关90、90没有特别限制，例如是FET。保护电路1A优选具备第二控制装置80以及开关90、90，但也可以不具备它们。
在如上述那样构成的保护电路1A中，在多个二次电池单元20、20、…充电时，从充电装置经由外部电路向多个二次电池单元20、20、…供给电力。另外，在多个二次电池单元20、20、…放电时，从多个二次电池单元20、20、…向外部电路供给电力。外部电路例如与未图示的电动机、转换器等负载连接。
在该保护电路1A中，根据来自第一控制装置50的信号切换为开关60通电，保护元件10的发热体16发热，第一可熔导体15熔断，将多个二次电池单元20、20、…与外部负极端子30b间切断。具体而言，第一控制装置50检测多个二次电池单元20、20、…各自的电压，在判断为多个二次电池单元20、20、…中的任一个或多个电压偏离了表示过放电或过充电状态的预定值时，向开关60输出控制信号。并且，通过第一通电路径P1A上的开关60进行接通动作，从辅助电源40向发热体16供给电力，发热体16发热。利用该发热体16的热，第二通电路径P2A上的第一可熔导体15熔断，由此保护电路1A的通电路径被切断。
如上所述，根据本实施方式，通过使连接有经由第一可熔导体15的多个二次电池单元20、20、…的第二通电路径P2A和连接发热体16和辅助电源40的第一通电路径P1A独立的结构，能够在第一通电路径P1A中适当地选定发热体16的规格。因此，即使在第二通电路径P2A中产生大电压、大电流的情况下，通过降低在第一通电路径P1A中对发热体16施加的电压，也能够充分地确保耐电压，其结果，能够可靠地切断多个二次电池单元20、20、…的充放电电路，实现高安全性。特别是，即使在使用电动汽车等车辆时发生了意外的事故或自然灾害等的情况下，也能够防止由多个二次电池单元20、20、…的充放电电路引起的触电。
另外，保护元件10A的第一端子11和第二端子12设置在多个二次电池单元20、20、…的负极端20b与外部负极端子30b之间的第二通电路径P2A上，保护元件10A的第三端子13和第四端子14与辅助电源40和开关60串联且连接成环状，因此能够可靠地仅将辅助电源40的电压施加到发热体16。因此，在搭载有数百伏(例如350V以上)的大容量锂离子电池的电动汽车等的动力用的充放电电路中，能够构筑安全性高的保护电路。
图3的(a)是表示图1的(a)的保护电路1A的变形例的电路图。图3的(a)的保护电路1B在代替保护元件10A而具有保护元件10B这一点上与图1的(a)的保护电路1A不同。图3的(a)的保护电路1B的其他结构与图1的(a)的保护电路1A的结构基本相同，对相同的结构要素标注相同符号并省略其说明，以下主要对不同的部分进行说明。
保护电路1B具备保护元件10B、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。如图3的(b)所示，保护元件10B在保护元件10B的发热体16与第四端子14之间具有第二可熔导体17。第二可熔导体17可以是与第一可熔导体15同样地利用由发热体16产生的热而熔断的结构，也可以是通过在第一通电路径P1A中流动的电流利用自发热(焦耳热)而熔断的结构。另外，在本变形例中，保护元件10B在保护元件10B的发热体16与第四端子14之间具有第二可熔导体17，但不限于此，也可以在保护元件10B的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17。这样，通过在保护元件10B的第一通电路径P1A设置第二可熔导体17，除了第二通电路径P2A的切断之外，还能够切断第一通电路径P1A，能够构筑安全性更高的保护电路。
图4的(a)是表示图1的(a)的保护电路1A的其他变形例的电路图。图4的(a)的保护电路1C在代替保护元件10A而具有保护元件10C这一点上与图1的保护电路1A不同。图4的(a)的保护电路1C的其他结构与图1的(a)的保护电路1A的结构基本相同，对相同的结构要素标注相同符号并省略其说明，以下主要对不同的部分进行说明。
如图4的(a)所示，保护电路1C具备保护元件10C、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。如图4的(b)所示，保护元件10C在保护元件10B的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17，在发热体16与第四端子14之间具有第三可熔导体18。第二可熔导体17可以是与第一可熔导体15同样地利用由发热体16产生的热而熔断的结构，也可以是通过在第一通电路径P1A中流动的电流利用自发热(焦耳热)而熔断的结构。第三可熔导体18可以是与第一可熔导体15同样地利用由发热体16产生的热而熔断的结构，也可以是通过在通电路径P1A中流动的电流利用自发热(焦耳热)而熔断的结构。另外，也可以对发热体16赋予未图示的按压单元的按压力来切断该第二可熔导体17和第三可熔导体18。这样，通过在保护元件10C的通电路径P1A设置第二可熔导体17及第三可熔导体18，除了第二通电路径P2A的切断之外，还能够可靠地切断第一通电路径P1A，能够构筑安全性更高的保护电路。
图5的(a)是概略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的电路图，图5的(b)是概略性地表示保护元件的结构的一例的图。图5的(a)的保护电路1D的结构在辅助电源40与多个二次电池单元20、20、…电连接这一点上与保护电路1A的结构不同。图5的(a)的保护电路1D的其他结构与图1的(a)的保护电路1A的结构基本相同，对相同的结构要素标注相同符号并省略其说明，以下主要对不同的部分进行说明。
如图5的(a)所示，保护电路1D具备保护元件10A、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。保护元件10A的发热体16设置于第三端子13与第四端子14之间的第一通电路径P1B。
在本实施方式中，辅助电源40的正极端40a与开关60连接，负极端40b与外部负极端子30b连接。该辅助电源40的负极端40b经由保护元件10A的第一可熔导体15与多个二次电池单元20、20、…的负极端20b连接。并且，连接有保护元件10A的第一端子11和第二端子12的第二通电路径P2B和从第三端子13经由辅助电源40和开关60与第四端子14相连的第三通电路径P3B连接。
与保护电路1A同样地，在该保护电路1D中，也根据来自第一控制装置50的信号切换为开关60通电，保护元件10A的发热体16发热，第一可熔导体15熔断，将多个二次电池单元20、20、…与外部负极端子30b间切断。
根据本实施方式，即使在第二通电路径P2B中产生大电压、大电流的情况下，通过降低在第一通电路径P1B中对发热体16施加的电压，也能够充分地确保耐电压，其结果，能够可靠地切断多个二次电池单元20、20、…的充放电电路，实现高安全性。另外，通过将保护元件10A的电路配置设为GND侧，能够使发热体16与第一可熔导体15间的电压仅为辅助电源40的电压。例如，在将保护电路1D应用于电动汽车的充放电电路的情况下，通过将与动力用的多个二次电池单元20、20、…独立地搭载于车辆的电池(例如48V)用作辅助电源40，能够构筑安全性提高且通用性高的保护电路，此外，能够实现保护电路的省空间化、车辆的重量增大的抑制。
图6的(a)及图6的(b)是表示图5的(a)的保护电路1D及图5的(b)的保护元件的变形例的图。图6的(a)的保护电路1E在代替保护元件10A而具有保护元件10B这一点上与图5的(a)的保护电路1D不同。
保护电路1E具备保护元件10B、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。如图6的(b)所示，保护元件10B在保护元件10B的发热体16与第四端子14之间具有第二可熔导体17。在本变形例中，保护元件10B在保护元件10B的发热体16与第四端子14之间具有第二可熔导体17，但不限于此，也可以在保护元件10B的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17。这样，通过在保护元件10B的第一通电路径P1B设置第二可熔导体17，除了第二通电路径P2B的切断之外，还能够切断第一通电路径P1B，能够构筑安全性更高的保护电路。
图7的(a)及图7的(b)是表示图5的(a)的保护电路1D及图5的(b)的保护元件10A的其他变形例的图。图7的(a)的保护电路1F在代替保护元件10A而具有保护元件10C这一点上与图5的保护电路1D不同。
如图7的(a)所示，保护电路1F具备保护元件10C、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。如图6的(b)所示，保护元件10C在保护元件10B的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17，在发热体16与第四端子14之间具有第三可熔导体18。这样，通过在保护元件10C的通电路径P1B设置第二可熔导体17及第三可熔导体18，除了第二通电路径P2B的切断之外，还能够可靠地切断第一通电路径P1B，能够构筑安全性更高的保护电路。
图8的(a)是概略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的电路图，图8的(b)是概略性地表示保护元件的结构的一例的图。图8的(a)的保护电路1G的结构在保护元件10D的第三端子13在保护元件10D内与第二端子12连接这一点上与保护电路1D的结构不同。图8的(a)的保护电路1G的其他结构与图5的(a)的保护电路1D的结构基本相同，对相同的结构要素标注相同符号并省略其说明，以下主要对不同的部分进行说明。
如图8的(a)所示，保护电路1G具备保护元件10D、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。保护元件10D具有第一端子11、第二端子12、两端与第一端子11和第二端子12连接的第一可熔导体15、第三端子13、以及设置于第三端子13与第二端子12之间的第一通电路径P1C的发热体16。在本实施方式中，发热体16设置于第三端子13与第二端子12之间的第一通电路径P1C，但不限于此，也可以设置于第三端子13与第一端子11之间的第一通电路径。
在本实施方式中，辅助电源40的正极端40a与开关60连接，负极端40b与外部负极端子30b连接。该辅助电源40的负极端40b经由保护元件10D的第一可熔导体15与多个二次电池单元20、20、…的负极端20b连接。并且，保护元件10D的第三端子13经由辅助电源40和开关60，与连接有保护元件10D的第一端子11和第二端子12的第二通电路径P2C连接。另外，连接有保护元件10D的第一端子11和第二端子12的第二通电路径P2C的极与辅助电源40的与连接于第三端子13的一侧的极相反的极也可以同极连接。
与保护电路1D同样地，在该保护电路1G中也根据来自第一控制装置50的信号切换为开关60通电，保护元件10D的发热体16发热，第一可熔导体15熔断，将多个二次电池单元20、20、…与外部负极端子30b间切断。
根据本实施方式，即使在第二通电路径P2C中产生大电压、大电流的情况下，通过降低在第一通电路径P1C中对发热体16施加的电压，也能够充分地确保耐电压，其结果，能够可靠地切断多个二次电池单元20、20、…的充放电电路，实现高安全性。另外，与图5的(a)的保护电路1D同样地，通过将保护元件10D的电路配置设为GND侧，能够使发热体16与第一可熔导体15间的电压仅为辅助电源40的电压，因此能够构筑在提高安全性的同时通用性高的保护电路，此外，能够实现保护电路的省空间化、车辆的重量增大的抑制。而且，由于保护元件10D为不具有第四端子14的结构，因此能够简化保护元件10D的结构，进而实现保护电路1G的结构的简化、轻量化。
图9的(a)及图9的(b)是表示图8的(a)的保护电路1G及图8的(b)的保护元件10D的变形例的图。图9的(a)的保护电路1H在代替保护元件10D而具有保护元件10E这一点上与图8的(a)的保护电路1G不同。
保护电路1H具备保护元件10E、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。如图9的(b)所示，保护元件10E在保护元件10E的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17。在本变形例中，保护元件10E在保护元件10B的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17，但不限于此，也可以在保护元件10E的发热体16与第二端子12之间具有第二可熔导体17。这样，通过在保护元件10E的第一通电路径P1C设置第二可熔导体17，除了第二通电路径P2C的切断之外，还能够切断第一通电路径P1C，能够构筑安全性更高的保护电路。
图10的(a)及图10的(b)是表示图8的(a)的保护电路1G及图8的(b)的保护元件10D的其他变形例的图。图10的(a)的保护电路1J在代替保护元件10D而具有保护元件10F这一点上与图8的保护电路1G不同。
如图10的(a)所示，保护电路1J具备保护元件10F、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。如图10的(b)所示，保护元件10F在保护元件10F的发热体16与第三端子13之间具有第二可熔导体17，在发热体16与第二端子12之间具有第三可熔导体18。这样，通过在保护元件10F的通电路径P1C设置第二可熔导体17及第三可熔导体18，除了第二通电路径P2C的切断之外，还能够可靠地切断第一通电路径P1C，能够构筑安全性更高的保护电路。
图11是概略性地表示本发明的第四实施方式的保护电路的结构的一例的电路图。图11的保护电路1K的结构与保护电路1D的结构的不同之处在于，保护元件10D设置在外部正极端子30a与多个二次电池单元20、20、…之间。图11的保护电路1K的其他结构与图8的(a)的保护电路1G的结构基本相同，对相同的结构要素标注相同的符号并省略其说明，以下主要对不同的部分进行说明。
如图11所示，保护电路1K具备保护元件10D、多个二次电池单元20、20、…、外部正极端子30a及外部负极端子30b、辅助电源40、第一控制装置50及开关60。保护元件10D具有第一端子11、第二端子12、两端与第一端子11和第二端子12连接的第一可熔导体15、第三端子13、以及设置于第三端子13与第一端子11之间的第一通电路径P1D的发热体16。在本实施方式中，发热体16设置于第三端子13与第一端子11之间的第一通电路径P1C，但不限于此，也可以设置于第三端子13与第二端子12之间的第一通电路径。
在本实施方式中，辅助电源40的正极端40a与外部正极端子30a连接，负极端40b与开关60连接。另外，辅助电源40的正极端40a经由保护元件10D的第一可熔导体15与多个二次电池单元20、20、…的正极端20a连接。并且，保护元件10D的第三端子13经由辅助电源40和开关60，与连接有保护元件10D的第一端子11和第二端子12的第二通电路径P2D连接。另外，连接有保护元件10D的第一端子11和第二端子12的第二通电路径P2D的极和辅助电源40的与连接于第三端子13的一侧的极相反的极也可以同极连接。
与保护电路1G同样地，在该保护电路1K中，也根据来自第一控制装置50的信号切换为开关60通电，保护元件10D的发热体16发热，第一可熔导体15熔断，将多个二次电池单元20、20、…与外部正极端子30a间切断。因此，即使在第二通电路径P2D中产生大电压、大电流的情况下，通过降低在第一通电路径P1D中对发热体16施加的电压，也能够充分地确保耐电压，能够实现高安全性。
图12是表示图8的(a)的保护电路1G的其他变形例的图。图12的保护电路1L的结构与图8的(a)的保护电路1G的结构基本相同，对相同的结构要素标注相同的符号并省略其说明，以下主要对不同的部分进行说明。
如图12所示，第一控制装置50也可以从搭载于车辆的ECU等控制装置91接收信号，并基于该信号向开关60输出信号。例如，控制装置91在检测到多个二次电池单元20、20、…的电压的异常和在车辆中产生的其他异常中的任一方或双方的情况下，向开关60输出信号。根据本变形例，不仅检测多个二次电池单元20、20、…的电压的异常，还检测在车辆中产生的各种异常，将多个二次电池单元20、20、…与外部负极端子30b之间切断，因此通过与车辆内的控制装置91协作，能够实现更高的安全性。
以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述实施方式，在请求专利保护的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。
产业上的可利用性
本发明的保护电路能够应用于锂离子电池等各种二次电池的充放电电路。特别适合于电动汽车(EV)等车辆、船舶、飞机等以二次电池为动力源的移动体的充放电电路。
符号说明
1A 保护电路
1B 保护电路
1C 保护电路
1D 保护电路
1E 保护电路
1F 保护电路
1G 保护电路
1H 保护电路
1J 保护电路
1K 保护电路
1L 保护电路
2 熔丝元件
2a 一端
2b 另一端
2c 切断部
3a 发热体
3b 凸形部件
3c 凸部
3 可动部件
4 凹形部件
4a 凹部
5 按压单元
6 壳体
6a 第一端子
6b 第二端子
10 保护元件
10A 保护元件
10B 保护元件
10C 保护元件
10D 保护元件
10E 保护元件
10F 保护元件
11 第一端子
12 第二端子
13 第三端子
14 第四端子
15 第一可熔导体
15a 一端
15b 多端
16 发热体
17 第二可熔导体
18 第三可熔导体
20 二次电池单元
20a 正极端
20b 负极端
30a 外部正极端子
30b 外部负极端子
40 辅助电源
40a 正极端
40b 负极端
50 第一控制装置
60 开关
80 第二控制装置
90 开关
91 控制装置。

Claims (12)

1.一种保护电路，其特征在于，
所述保护电路具备：
保护元件，其具有第一端子、第二端子、两端与所述第一端子和所述第二端子连接的第一可熔导体、第三端子、第四端子、以及设置在所述第三端子与所述第四端子之间的第一通电路径上的发热体；
串联连接的多个二次电池单元；
外部正极端子和外部负极端子；
辅助电源，其被设置成与所述多个二次电池单元电性独立；
控制装置，其监视所述多个二次电池单元的电压，检测异常，并输出信号；以及
开关，其接受所述控制装置的信号而切换通电，
所述控制装置与所述多个二次电池单元连接，
所述保护元件的所述第一端子以及所述第二端子设置于所述多个二次电池单元的正极端与所述外部正极端子之间或者所述多个二次电池单元的负极端与所述外部负极端子之间的第二通电路径，
所述保护元件的所述第三端子以及所述第四端子与所述辅助电源以及所述开关串联且连接成环状，
根据来自所述控制装置的所述信号切换成所述开关通电，所述保护元件的所述发热体发热，所述第一可熔导体熔断，将所述多个二次电池单元与所述外部正极端子间或者所述多个二次电池单元与所述外部负极端子间切断。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，
在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间或者所述保护元件的所述发热体与所述第四端子之间具有第二可熔导体。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，
在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体，在所述发热体与所述第四端子之间具有第三可熔导体。
4.一种保护电路，其特征在于，具备：
保护元件，其具有第一端子、第二端子、两端与所述第一端子和所述第二端子连接的第一可熔导体、第三端子、第四端子、以及设置在所述第三端子与所述第四端子之间的第一通电路径上的发热体；
串联连接的多个二次电池单元；
外部正极端子和外部负极端子；
辅助电源；
控制装置，其监视所述多个二次电池单元的电压，检测异常，并输出信号；以及
开关，其接受所述控制装置的信号而切换通电，
所述控制装置与所述多个二次电池单元连接，
所述保护元件的所述第一端子以及所述第二端子设置于所述多个二次电池单元的正极端与所述外部正极端子之间或者所述多个二次电池单元的负极端与所述外部负极端子之间的第二通电路径，
所述保护元件的所述第三端子以及所述第四端子与所述辅助电源以及所述开关串联且连接成环状，
连接有所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子的所述第二通电路径与从所述第三端子经由所述辅助电源及所述开关连接到所述第四端子的第三通电路径连接，
根据来自所述控制装置的所述信号切换成所述开关通电，所述保护元件的所述发热体发热，所述第一可熔导体熔断，将所述多个二次电池单元与所述外部正极端子间或者所述多个二次电池单元与所述外部负极端子间切断。
5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，
在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间或者所述保护元件的所述发热体与所述第四端子之间具有第二可熔导体。
6.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，
在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体，在所述发热体与所述第四端子之间具有第三可熔导体。
7.一种保护电路，其特征在于，具备：
保护元件，其具有第一端子、第二端子、两端与所述第一端子和所述第二端子连接的第一可熔导体、第三端子、以及设置在所述第三端子与所述第一端子或者所述第二端子之间的第一通电路径上的发热体；
串联连接的多个二次电池单元；
外部正极端子和外部负极端子；
辅助电源；
控制装置，其监视所述多个二次电池单元的电压，检测异常，并输出信号；以及
开关，其接受所述控制装置的信号而切换通电，
所述控制装置与所述多个二次电池单元连接，
所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子设置于所述多个二次电池单元的正极端与所述外部正极端子之间或者所述多个二次电池单元的负极端与所述外部负极端子之间的第二通电路径，
所述保护元件的所述第三端子经由所述辅助电源和所述开关，与连接有所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子的所述第二通电路径连接，
根据来自所述控制装置的所述信号切换成所述开关通电，所述保护元件的所述发热体发热，所述第一可熔导体熔断，将所述多个二次电池单元与所述外部正极端子间或者所述多个二次电池单元与所述外部负极端子间切断。
8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，
在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体。
9.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，
在所述保护元件的所述发热体与所述第三端子之间具有第二可熔导体，在所述发热体与所述第一端子或者所述第二端子之间具有第三可熔导体。
10.根据权利要求4至9中的任一项所述的保护电路，其特征在于，
连接有所述保护元件的所述第一端子和所述第二端子的所述第二通电路径的极与所述辅助电源的连接于所述第三端子的一侧的极的相反的极以同极的方式连接。
11.根据权利要求4至10中的任一项所述的保护电路，其特征在于，
所述第一可熔导体是包含低熔点金属层和高熔点金属层的层叠体。
12.根据权利要求11所述的保护电路，其特征在于，
所述低熔点金属层由Sn或以Sn为主成分的合金构成，所述高熔点金属层由Ag或Cu、或者以Ag或Cu为主成分的合金构成。
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