CN1457542A - 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
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;当外部连接端子接在电子设备时,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充电电压未达满充电时,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:日本ュニカ-(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,デュボン(株)公司制造)和氧化钌系电阻膏(DP1900デュポン(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、デュポン(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
3 0.08 0.08 50℃
5 0.12 0.04 100℃
8 保险丝熔断 -
12 保险丝熔断 -
24 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
3 18
5 57
8 140
12 1000 以上
24 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
3 0.16 150℃
5 0.27 180℃
8 保险丝熔断 -
12 保险丝熔断 -
24 保险丝熔断 -
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;当外部连接端子接在电子设备上时,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充电电压未达满充电时,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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