CN1316708C - 带保护电路的二次电池 - Google Patents

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Abstract

电热器(13)和热敏电阻(14)并联，主保险丝(11)与该并联电路串联，构成保护电路(6)。在本发明的二次电池(5)中，因为充放电电流流过保护电路(6)，所以当异常时施加电压比较低时，由于热敏电阻(14)的动作，电流受到限制；当异常时的电压较高时，主保险丝(11)熔断。

Description

带保护电路的二次电池
技术领域
本发明涉及能够反复充电的二次电池的技术领域，特别是涉及内藏保护电路的二次电池。
背景技术
同以往相比，内藏保护电路的二次电池，被用于携带电话及携带型个人电脑，要求它充电容量更大，并且具有更安全的保护电路。
图6的标号101表示现有技术的二次电池，由充电装置107和保险丝111构成。
保险丝111的一端接在充电装置107高电压侧的端子上。另一端与高电压侧的外部端子117相连。充电装置107的低电压侧的端子接在低电压侧的外部连接端子118上。
标号130是外部直流电压源，当这个外部直流电压源130与外部连接端子117、118连接时，从外部直流电压源130供给的电流流过保险丝111，充电装置107开始被充电。
一般地，如果二次电池内的充电装置一旦被破坏，则在安全上将出现问题。但是，在上述的二次电池101中，当外部连接端子117、118之间被短路或连接输出高于规定电压的外部直流电压源时，保险丝111中有大电流通过，保险丝111熔断，充电装置107被保护了。
但是，一旦保险丝111熔断，二次电池101将不能使用，因此生产线等失误而在使外部连接端子117、118之间短路时，有必要替换保险丝111。
如图7所示的二次电池102，用热敏电阻114替换保险丝111，当外部连接端子117、118之间短路或施加高电压时，随着热敏电阻114的温度上升，热敏电阻114自身的电阻值增大，限制了给充电装置107的充放电电流。
当短路或施加高电压等异常情况消除，热敏电阻114一旦恢复到正常的温度，则热敏电阻114的电阻值也恢复到原来的数值，因此二次电池102可以再次使用。
需要指明的是：当外部连接端子117、118之间施加了特别高的电压时，由于热敏电阻114两端被施加了高电压，造成热敏电阻114破坏，结果是，充电装置107存在被破坏的危险性。
本发明为解决上述现有技术中的不完善处而制作的，目的在于提供安全性高的二次电池。
发明的公开
为解决上述课题，本发明的二次电池，
具有充电装置、保护电路、外部连接端子，前述保护电路具有在通电状态下发热的电热器、主保险丝和热敏电阻，其中，所述主保险丝与前述电热器串联，随前述电热器的发热而升温，在规定的熔断温度熔断；所述热敏电阻与前述电热器并联，随温度上升电阻值增大，当外部连接端子与直流电压源连接时，由前述直流电压源提供的电流通过前述保护电路，给前述充电装置充电；当前述外部连接端子连接在电子设备时，前述充电装置的放电电流通过前述保护电路，给前述电子设备供电。
本发明的二次电池，
当前述外部连接端子被短路时在通过前述保护电路中的电流下，前述主保险丝未达到前述熔断温度，给前述充电装置充电的电压不是前述充电装置的满充电的电压时，一旦前述外部连接端子被接在前述充电装置额定充电电压1.5倍以上的电压源上，则前述主保险丝被升温到前述熔断温度以上。
本发明的二次电池，
副保险丝和前述热敏电阻串联，前述热敏电阻与前述副保险丝组成的串联电路与前述电热器并联。
本发明由上述结构构成，热敏电阻与电热器并联，由于在常温下热敏电阻的电阻值低，所以给充电装置的充放电电流主要通过热敏电阻。
另一方面，在异常状况下热敏电阻中有大电流通过，在大电流的作用下热敏电阻的电阻值上升，对电流加以限制。
另外，由于热敏电阻的电阻值上升，流经电热器的电流增大，电热器的发热增大时，主保险丝被熔断了。
结果是，当流经保护电路异常情况下电流比较小时，通过热敏电阻限制电流。此时，一旦恢复到正常状态，二次电池也恢复到原来的状态。另一方面，当异常情况下电流过大时，主保险丝熔断，确保了安全性。
主保险丝在充电装置满充电的状态下外部连接端子被短路时不熔断；当给充电装置充电的电压不是满充电时，一旦外部连接端子接在额定充电电压1.5倍以上的电压源上，则主保险丝能够被熔断。
在充电装置满充电的状态下，为使主保险丝在外部连接端子接在电压源时依然被熔断，可以设定当主保险丝接在超过额定充电电压2.0倍大小的电压源时被熔断。
附图的简单说明
图1是说明本发明的二次电池的方框图。
图2是本发明的二次电池的平面图。
图3是图二的A-A向截面图。
图4是图二的B-B向截面图。
图5是保护电路的电路图。
图6是现有技术的二次电池之一例的说明图。
图7是现有技术的二次电池之另一例的说明图。
各图中，标号5表示二次电池，标号6表示保护电路，标号7表示充电装置，标号11表示主保险丝，标号12表示副保险丝，标号13表示电热器，标号14表示热敏电阻，标号17、18表示外部连接端子。
实施发明的最好形态
图1的标号5表示本发明之一例的二次电池。
此二次电池5具有保护电路6、充电装置7、2个外部连接端子17、18。保护电路6具有主保险丝11、副保险丝12、电热器13、热敏电阻14。副保险丝12与热敏电阻14串联后与电热器13并联。主保险丝11被串联在并联电路中，主保险丝11的一端和并联电路的一端，分别接在充电装置7的高压侧的端子和一个外部连接端子17上。因此，充电装置7和保护电路6被串联连接。
充电装置7的低压侧的端子接在另外一个外部连接端子18上，2个外部连接端子17、18被接在外部直流电压源30上时，由外部直流电压源30供给的电流流经保护电路6，充电装置7通过这一电流被充电。
保护电路6和充电装置7被容纳在同一筐体内，充电装置7充电完了后和保护电路6一起从外部电源30卸下，接在携带电话等电子设备上，从外部连接端子17、18给电子设备供电。
下面说明保护电路6的内部结构。
图2的标号8表示构成保护电路6的基板电路，图2是基板电路8的平面图，图3是图2的A-A向截面图，图4是图2的B-B向截面图。
参考图2～图4，这个基板电路由氧化铝作成，具有厚度约为0.5mm的绝缘基板20。在绝缘基板20上配置有电热器13、热敏电阻14、绝缘层24、第1～第3电极21～23、金属箔26、配线膜27。
首先，说明热敏电阻14的制造工艺。将高密度聚乙烯(HDPE：三井石油化学(株)制造、商品名高性能合成树脂5000H)57容量％，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA：日本ユニカ-(株)制造，商品名NUC6170)3容量％，导电粒子(日本カ-ボン(株)制造，对商品名PC1020的黑铅质粒子实施无电解电镀的粒子)40容量％用混拌机在190℃下混练后使用35μm厚的镍箔(福田金属箔(株)制造)夹住，用热压机在190℃、5kg/cm2、60秒的条件下成型，得到厚度为400μm的热敏电阻的雏形。将热敏电阻的雏形截断成2mm×2mm大小，作成热敏电阻14。
其次，说明基板电路8的制造工艺。首先，在绝缘基板20上面，将银膏(QS174，デユポン(株)公司制造)和氧化钌系电阻膏(DP1900デユポン(株)公司制造)涂敷在规定图形上。在870℃下烧结30分钟，由银膏形成第1第2电极21、22，由氧化钌系电阻膏形成电热器13。第1电极21和电热器13通过配线膜27连接。其次，在电热器13的一部分表面涂敷二氧化硅系膏(AP5364、デユポン(株)制造)在500℃下，烧结30分钟形成绝缘层24。该绝缘层24覆盖电热器13的与配线膜27相连接侧的表面，电热器13的与配线膜27相连接部分和相反一侧的表面露出。
其次，将上述银膏涂敷在绝缘层24表面和电热器13的露出面，烧结以后，形成第3电极23。烧结条件与形成第1、第2电极21、22及配线膜27时温度相同、烧结时间相同。如图4所示，这个第3电极23也被形成在电热器13的露出部分上。并在这个部分电气性地连接。
另外，将事先作好的热敏电阻14放置在第1电极21上，按照热敏电阻14、第3电极23、第2电极22的顺序排成一列。
在这种状态下，将一张低熔点金属箔26粘贴在热敏电阻14、第3电极23、第2电极22上，通过低熔点金属箔26，热敏电阻14、第3电极23、第2电极22被电气性地连接。
低熔点金属箔26由铅、锡、锑或者是它们的合金构成，具有低温熔断的性质。在低熔点金属箔26中，由第2电极22和第3电极23之间部分构成主保险丝；由热敏电阻14和第3电极23之间的部分构成副保险丝12。
第2电极22接在充电装置7的高电位侧的端子上，第1电极21接在高电位侧的外部连接端子17上时，形成保护电路6。
热敏电阻14常温下的电阻值是10mΩ左右，电热器13的电阻值是20Ω左右。因此，二次电池5装在携带电话等电子设备上，当使充电装置7放电时，电流主要通过热敏电阻14给电子设备供电。
另外，热敏电阻14的电阻很小，所以当外部连接端子17、18之间失误被短路时，首先，电流主要在热敏电阻14中流过，由于自身发热，热敏电阻14的电阻值变大，电流开始在电热器13中流过。
充电装置7的充电电压，在携带电话使用时是3.3V左右的低电压，当外部连接端子17、18短路时，由于流经主副保险丝11、12或电热器13的电流很小，所以主副保险丝11、12不熔断，充电装置7的放电电流在受到热敏电阻14和电热器13所组成的并联电路的电阻值限制的状态下继续流动。一旦充电装置7的充电电压被消耗，则放电电流变为0。
象这样，当外部连接端子17、18被短路时，由于主副保险丝11、12并不熔断，所以一旦外部连接端子17、18的短路状态被消除，二次电池5就恢复到短路前的状态。
另外，当外部连接端子17、18不是被短路，而是给二次电池5接上了不适当的高电压的外部直流电压源时，同上述一样，首先，电流在热敏电阻14中流动，当热敏电阻14的电阻值变大后，电流开始流经电热器13，但是由于施加在外部连接端子17、18上的电压很大，所以导致施加在保护电路6两端的电压比外部连接端子17、18被短路时还大。
因此在电热器13中流动的电流比当外部连接端子17、18被短路时流过的电流还大，电热器13在高温下发热，主保险丝11因电热器发热而熔断。
在本发明的保护电路6的低熔点金属箔26上，用锡、锑合金(Sn∶Sb＝95∶5，液相点240℃)，如图5所示在两端直接连结可变电压源31，改变施加电压调查保护电路6的内部状态。调查结果如下表1所示。电压施加前的电热器13的电阻值为18Ω。
表1
V I13 I14 T
3581224 0.080.12 0.080.04 50℃100℃
保险丝熔断保险丝熔断保险丝熔断 ---
V：施加电压(V)
I13：流经电热器的电流(A)
I14：热敏电阻动作后，流经热敏电阻中的电流(A)
T：电热器的温度
将施加在保护电路6两端的电压调到8V时，主保险丝11熔断。并且，当主保险丝11没有熔断时，由于副保险丝12熔断，所以在本发明的保护电路6中不会在热敏电阻14上施加高电压。
如上所述，由于在8V以上的施加电压下，主保险丝11熔断了，所以为测量热敏电阻14的电阻值，代替低熔点金属箔26，粘贴35μm厚的铜箔，将主副保险丝11、12改为铜箔。
施加电压与热电阻器14的电阻值的关系如下表2所示：
表2
V R14
3581224 18571401000以上1000以上
V：施加电压(V)
R14：热敏电阻动作时的电阻值(Ω)
经确认，当热敏电阻14上被施加12V以上的电压时，热敏电阻14两端发生了电弧放电。
其次，在使保护电路6的热敏电阻14两端短路的状态下，在保护电路6的两端施加电压，测出了流过电热器13的电流和电热器13的表面温度。测试结果如下表3所示：
表3
V I13 T
3581224 0.160.27保险丝熔断保险丝熔断保险丝熔断 150℃180℃---
V：施加电压(V)
I13：流经电热器的电流(A)
由于电热器13的电阻值是18Ω，所以随着施加电压的上升，流过电热器13的电流I13也变大，当施加电压为5V时，电热器13的温度达到了180℃。
因为当低熔点金属箔26是锡、锑合金时，熔断温度为240℃，所以一旦施加电压变为8V，主保险丝11被熔断，电流停止流动。
另外，上述实施例中，在低熔点金属箔26上使用了锡、锑合金。但是，本发明并不仅限于此。比如说，可以采用铋、锡、铅合金(Bi∶Sn∶Pb＝52.5∶32.0∶15.5，液相点95℃)或锡、银合金(Sn∶Ag＝97.5∶2.5，液相点226℃)等低熔点金属。
产业上使用的可能性
当异常时流经保护电路的电流比较小时，通过热敏电阻对电流进行限制，结果是，一旦恢复到正常状态，二次电池也恢复到原来的状态。
另一方面，当异常时流经保护电路的电流比较大时，主保险丝熔断，确保了安全性。

Claims (4)

1.一种二次电池，其特征在于，
具有充电装置、保护电路、外部连接端子，前述保护电路具有在通电状态下发热的电热器、主保险丝和热敏电阻，其中，所述主保险丝与前述电热器串联，随前述电热器的发热而升温，在规定的熔断温度熔断；所述热敏电阻与前述电热器并联，随温度上升电阻值增大，
当外部连接端子与直流电压源连接时，由前述直流电压源提供的电流通过前述保护电路，给前述充电装置充电；当前述外部连接端子连接在电子设备上时，前述充电装置的放电电流通过前述保护电路，给前述电子设备供电。
2.一种权利要求1记载的二次电池，其特征在于，
当前述外部连接端子被短路时在通过前述保护电路的电流下，前述主保险丝未达到前述熔断温度，给前述充电装置充电的电压不是前述充电装置的满充电的电压时，并且前述外部连接端子被接在前述充电装置额定充电电压1.5倍以上的电压源上，则前述主保险丝被升温到前述熔断温度以上。
3.一种权利要求1记载的二次电池，其特征在于，
副保险丝和前述热敏电阻串联，前述热敏电阻与前述副保险丝组成的串联电路与前述电热器并联。
4.一种权利要求2记载的二次电池，其特征在于，
前述热敏电阻和副保险丝串联，前述热敏电阻与前述副保险丝组成的串联电路与前述电热器并联。
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