JP2000100290A - 回路の保護方法及び抵抗体付き温度ヒュ−ズ - Google Patents
回路の保護方法及び抵抗体付き温度ヒュ−ズInfo
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Abstract
に電流を流し、該抵抗体の通電発熱で温度ヒュ−ズエレ
メントを溶断させて電池を回路から遮断する場合、その
遮断後電池の充電エネルギ−を簡単に放電させて電池を
安全に廃棄乃至は放置できるようにする回路の保護方法
を提供する。 【解決手段】電池Sを有する回路の異常電圧を検出して
発熱用抵抗体11に電流を流し、該抵抗体の通電発熱で
温度ヒュ−ズエレメント2を溶断させて回路を遮断した
のち、電池Sの充電エネルギ−を放電用抵抗体12を通
して放電させる。
Description
路を保護する方法及びその保護方法において使用する抵
抗体付き温度ヒュ−ズに関するものである。
有する回路の保護方法として、図4に示すように回路の
異常電圧を検出回路D’で検出しトランジスタTr’を
導通状態にして抵抗体1’に電流を流し、この抵抗体
1’の通電発熱で温度ヒュ−ズエレメント2’を溶断さ
せて電池S’を回路Z’から遮断することが公知であ
る。特に、充電回路でリチウムイオン二次電池を充電す
る場合、過充電に起因する事故を防止するために過充電
電圧で検出回路のツェナダイオ−ドを順方向状態にして
トランジスタを導通状態にし、抵抗体を通電発熱させ、
この抵抗体の通電発熱で温度ヒュ−ズエレメントを溶断
させて電池を充電回路から遮断することが公知である。
抗体1’については、図5に示すように絶縁基板3’上
に膜電極41’〜43’を形成し、膜電極41’−4
3’間に膜抵抗1’を設け、膜電極41’−42’間に
温度ヒュ−ズエレメント2’(低融点可溶合金片)を接
続し、この低融点可溶合金片2’にフラックス21’を
塗布し、これらの上に絶縁層(図示されていない)を被
覆した構成、すなわち抵抗体付き温度ヒュ−ズとするこ
とが公知である。
ュ−ズや異常電圧検出回路やトランジスタ等とをまとめ
て密閉ケ−ス内に収納すること、または樹脂モ−ルドに
より包み込むこと、すなわち電池パックとすることも公
知である。
おいて、温度ヒュ−ズエレメントが溶断されたとき電池
が充電エネルギ−を内蔵しているから、その後電池パッ
クがエネルギ−を内蔵したままで廃棄・放置されること
になる。この場合、温度ヒュ−ズエレメントが溶断され
たとき電池が満充電状態にあれば、その内蔵エネルギ−
が大であり、特にリチウムイオン二次電池においては、
エネルギ−密度が高いために、上記電池パックの廃棄・
放置中に電池の破裂や液漏れ等が生じ易い。従って、電
池の充電中、過充電時に温度ヒュ−ズエレメントが溶断
されたとき、電池パックをその満充電状態のままで廃棄
・放置することは危険である。
放電させてから廃棄することが要請されるが、従来の電
池パックではこの放電に特殊な器具を必要とし極めて厄
介である。
異常を検出して抵抗体に電流を流し、該抵抗体の通電発
熱で温度ヒュ−ズエレメントを溶断させて電池を回路か
ら遮断する場合、その遮断後電池の充電エネルギ−を簡
単に放電させて電池を安全に廃棄乃至は放置できるよう
にする回路の保護方法及びその保護方法において使用す
る抵抗体付き温度ヒュ−ズを提供することにある。
保護方法は、電池を有する回路の異常電圧を検出して発
熱用抵抗体に電流を流し、該抵抗体の通電発熱で温度ヒ
ュ−ズエレメントを溶断させて回路を遮断したのち、電
池の充電エネルギ−を放電用抵抗体を通して放電させる
ことを特徴とする構成である。
中の電池の異常電圧を検出して発熱用抵抗体に電流を流
し、該抵抗体の通電発熱で温度ヒュ−ズエレメントを溶
断させて電池を充電回路から遮断したのち、電池の充電
エネルギ−を放電用抵抗体を通して放電させることを特
徴とする構成である。
回路の異常電圧の検出により通電されて発熱される発熱
用抵抗体と、該抵抗体の発熱により溶断される温度ヒュ
−ズエレメントと、温度ヒュ−ズエレメントの溶断後に
電池の充電エネルギ−を放電させる放電用抵抗体を絶縁
基板上に設けたことを特徴とする構成であり、発熱用抵
抗体と温度ヒュ−ズエレメントとを少なくとも一部分に
おいて耐熱性の熱良伝導性絶縁層を介して上下に重ねさ
せることができ、また温度ヒュ−ズエレメントの融点を
ヒュ−ズ設置部の許容温度で温度ヒュ−ズエレメントを
溶断させるように設定することができる。
実施の形態について説明する。図1は本発明に係る回路
の保護方法を示すための回路図である。図1において、
Sは二次電池、例えばリチウムイオン二次電池である。
Dは異常電圧検出IC回路、Trは異常電圧検出IC回路D
の検出作動により導通状態とされるトランジスタであ
る。11はトランジスタTrの導通により通電発熱され
る発熱用抵抗体、2は発熱用抵抗体11の発熱により溶
断される温度ヒュ−ズエレメント(低融点可溶合金片)
である。12は放電用抵抗体である。Zは負荷回路、C
は充電回路である。
ると、この異常電圧を異常電圧検出IC回路Dで検出さ
せ、この検出作動でトランジスタTrを導通状態にさせ
る(異常電圧が異常電圧検出IC回路Dに加わると、トラ
ンジスタTrにベ−ス電流が流れ、これに伴いコレクタ
電流が流れる)。上記発熱用抵抗体11の抵抗値r1と
放電用抵抗体12の抵抗値r2とは、r1<r2としてあ
り(r2/r1>1.1、好ましくはr2/r1=5〜4
0、より好ましくは10〜30とされる)、トランジス
タTrの導通に伴い電池Sの電力で発熱用抵抗体11を
通電発熱させ、この発熱で温度ヒュ−ズエレメント2を
溶断させる。この温度ヒュ−ズエレメント2の溶断で電
池Sと負荷回路Zとの間を遮断させ、この遮断後は電池
Sの充電エネルギ−を放電用抵抗体12を通じて放電さ
せていく。
ュ−ル熱は、電池電圧をVとすればV2/r2で与えら
れ、r2を充分に高くしてあるから、放電用抵抗体12
を発熱させることなく電池Sの充電エネルギ−を安全に
放電できる。また、電池電圧の時間的変化は、電池Sの
静電容量をcとすると(e-t/cr2)で与えられ、電池S
の放電速度は時定数1/cr2で評価できる。
回路Cが電池Sに接続され(この充電中での負荷回路Z
への給電は、充電回路Cから行うことが可能)、この充
電時、過充電に起因する事故の発生を防止するには、検
出回路Dに過電圧デテクタ−、例えばツェナダイオ−ド
を使用し、該ツェナダイオ−ドの降伏電圧を越える過充
電電圧(逆電圧として作用)の発生でトランジスタTr
を導通状態にし、トランジスタTrの導通に伴い電池S
の電力で発熱用抵抗体11を通電発熱させ、この発熱で
温度ヒュ−ズエレメント2を溶断させて電池Sを充電回
路Cから遮断させ、この遮断後は電池Sの充電エネルギ
−を放電用抵抗体12を通じて放電させていく。
ュ−ズエレメント2と放電用抵抗体12とは後述するよ
うに抵抗体付き温度ヒュ−ズの構成とすることができ
る。また、発熱用抵抗体11と温度ヒュ−ズエレメント
2とを抵抗体付き温度ヒュ−ズの構成とし、放電用抵抗
体12はこの抵抗体付き温度ヒュ−ズとは別体とするこ
ともできる。
検出回路DやトランジスタTrを回路基板に搭載し、電
池Sとこの搭載回路基板を密閉ケ−ス内に収容し、この
ケ−スに引出端子を設けるか、または電池の缶体外面に
抵抗体付き温度ヒュ−ズや異常電圧検出回路やトランジ
スタを配し、これらを樹脂で包囲するかして電池パック
の形式とすることができる。また、発熱用抵抗体と温度
ヒュ−ズエレメントとを抵抗体付き温度ヒュ−ズの構成
とし、放電用抵抗体はこの抵抗体付き温度ヒュ−ズとは
別体とし、抵抗体付き温度ヒュ−ズや放電用抵抗体や異
常電圧検出回路やトランジスタを回路基板に搭載し、こ
の搭載回路基板と電池とを上記と同様にして電池パック
とすることもできる。
2には抵抗ぺ−ストを印刷焼き付けて成る膜抵抗の外、
炭素抵抗、チップ抵抗の使用も可能である。抵抗ペ−ス
トには、酸化金属粉末または金属粉末とバインダ−(ガ
ラスまたは熱硬化性樹脂)との混合物を固形分とするも
のを使用でき、例えばAg系の導電系のぺ−ストであっ
ても、金属粉末の配合調整により固有抵抗を高めて抵抗
ぺ−ストとして使用することが可能である。また放電用
抵抗体12には、満充電の電池でもジュ−ル熱の発生を
よく抑えて放電できる小型のものであれば適宜のものを
使用でき、高抵抗の回路素子、例えば発光ダイオ−ド等
の半導体の使用も可能である。
路に異常電圧が発生したことを検出して温度ヒュ−ズエ
レメント2を溶断させることにより電池Sを負荷回路Z
または充電回路Cから遮断したのち、保護回路中の放電
用抵抗体12を通じて電池Sの充電エネルギ−をジュ−
ル熱の発生をよく抑えつつ安全に放電させることができ
る。したがって、遮断時に満充電の電池パックでも、充
電エネルギ−を容易に減じて安全に廃棄乃至放置でき
る。また、電池Cが許容発熱温度に達したときに温度ヒ
ュ−ズエレメント2が溶断するように温度ヒュ−ズエレ
メント(低融点可溶合金片)2の融点を設定しておくこ
とにより、例えば過放電により電池温度が許容温度にま
で上昇すると温度ヒュ−ズエレメントの溶断によりその
放電を停止させることができる。従って、異常電圧を検
出しての回路の保護と異常発熱を感知しての回路の保護
に温度ヒュ−ズエレメントを併用でき、異常発熱を感知
しての電池の保護に別途温度ヒュ−ズを使用する場合よ
りも、保護回路の小型化、簡易化を図ることができる。
あるいは、抵抗体付き温度ヒュ−ズを後述するように回
路基板に直接のはんだ付けにより実装するチップタイプ
としても、温度ヒュ−ズエレメントにその直接はんだ付
け時の熱では損傷しない高融点合金を使用することによ
り安全に実装できる。
の抵抗体付き温度ヒュ−ズを示す図面であり、図2の
(ロ)は図2の(イ)におけるロ−ロ断面図である。図
2において、3は耐熱性及び良熱伝導性の絶縁基板であ
る。41〜43は第1端子用膜電極〜第3端子用膜電
極、44は中間膜電極である。51〜53は各端子膜電
極に接続した平型リ−ド線である。2は第1端子電極4
1と第2端子電極42との間に溶接等により接合すると
共に中間箇所を中間電極44に溶接等により接合した低
融点可溶合金片、21は低融点可溶合金片2に塗布した
フラックスであり、例えばロジンを主成分とするものを
使用できる。11は中間電極44と第3端子膜電極43
との間に設けた発熱用膜抵抗体(抵抗値r1)、12は
第2端子膜電極42と第3端子膜電極43との間に設け
た放電用膜抵抗体(抵抗値r2)であり、前述した通
り、r1<r2としてある。61,62は各膜抵抗体1
1,12上に設けた保護膜(例えば、膜抵抗体の亀裂防
止のための保護)であり、通常トリ−ミング前に設ける
が、、耐パルス特性を向上させるために、トリミング後
に設けることもできる。これらの保護膜61,62とし
ては、例えば、ガラスの焼付け膜を使用できる。71は
封止カバ−、72は封止剤例えばエポキシ樹脂である。
(例えばアルミナ基板、窒化アルミニウム基板)やガラ
ス基板等の無機質基板、セラミックコ−ティング金属
板、セラミック含浸ガラス繊維基板、エポキシ樹脂含浸
ガラス繊維基板、紙フエノ−ル基板等を使用できる。
刷焼付けにより形成でき、導電ペ−ストには金属粉末と
ガラスと金属混合物に有機質バインダ(ビヒクル)を加
えたものを使用でき、例えば金属粉末がAg、Ag−P
d、Ag−Ptの銀系ぺ−スト、Auの金系ペ−スト、
Niのニッケル系ペ−スト、Cuの銅系ペ−スト等を使
用できる。この導電ペ−ストの印刷焼付けに代え、めっ
き法、金属泊積層絶縁板の金属泊のエッチング法の使用
も可能である。
刷焼付けにより形成でき、抵抗ペ−ストには酸化金属粉
末とガラスと金属混合物に有機質バインダ(ビヒクル)
を加えたものを使用でき、例えば酸化金属粉末に酸化ル
テニウムを使用したルテニウム系を使用できる。その
外、Ag−Pd、Ag−Pt等の配合調整により所定の
固有抵抗値に調整した銀系ぺ−スト、抵抗粉末に炭素を
用いた炭素系ペ−スト、樹脂に金属粉末を混合した樹脂
系等も使用できる。また、チップ抵抗をクリ−ムはんだ
等で接合したものを用いることもできる。
溶接が容易なニッケル線、リ−ド線の回路基板へのはん
だ付け時に熱が温度ヒュ−ズエレメントに伝わるのを防
止するのに有利な低熱伝導線例えば鉄線や銅めっき鉄線
を使用できる。また、はんだ付けを容易にするためにこ
れらのリ−ド線に錫、はんだ、銀、金等をめっきするこ
ともできる。
えばナイロンやフェノ−ル製カバ−、絶縁被覆金属カバ
−等を使用できる。また、金属カバ−を使用し、このカ
バ−とリ−ド線との間を絶縁物で絶縁すること、例えば
エポキシ樹脂塗料をリ−ド線側に塗布することも可能で
ある。封止カバ−71内には封止剤72、例えばエポキ
シ樹脂を充填することもできるが、低融点可溶合金片2
に塗布したフラックス21が外部と接触するのを防止し
得ればよく、封止カバ−71と絶縁基板3との間を接着
剤等で固着するだけでもよい。
る回路の保護方法に使用され、異常電圧検出回路や発熱
用抵抗体と共に回路基板に搭載し、この回路基板と電池
とで電池パックに組立て、この電池パックを負荷回路と
充電回路を有する機器、例えば携帯式パソコン等に装着
できる。而して、異常電圧の検出に伴い発熱用抵抗体1
1が通電加熱され、温度ヒュ−ズエレメント2及びフラ
ックス21が溶融され、溶融合金が溶融フラックスの活
性作用を受けつつ第1端子膜電極41、中間電極44及
び第2端子膜電極42との濡れにより引張られ分断され
る。この温度ヒュ−ズエレメント2の分断により電池と
負荷回路または電池と充電回路との間が遮断されると共
に電池の充電エネルギ−が放電用抵抗体を通じて放電さ
れていく。この放電に伴い発生する放電用抵抗体12の
ジュ−ル熱は放電用抵抗体12の抵抗値r2が大である
ために低く、発熱をよく防止して安全に放電できる。従
って、温度ヒュ−ズエレメント2が作動した電池パック
を安全に廃棄乃至は放置できる。
はリ−ド線タイプであり、温度ヒュ−ズエレメント2に
電池の許容温度で溶断するような融点(例えば70℃〜
150℃程度)のものを使用しても、リ−ド線51〜5
3を回路基板に温度ヒュ−ズエレメント2を熱損傷させ
ることなく容易にはんだ付けでき、温度ヒュ−ズエレメ
ント2を電池の感温プロテクタ−としても利用できる。
抵抗体付き温度ヒュ−ズを示す図面であり、図3の
(ロ)は図3の(イ)におけるロ−ロ断面図、図3の
(ハ)は同抵抗体付き温度ヒュ−ズの底面図である。図
3において、3は耐熱性及び良熱伝導性の絶縁基板であ
る。41〜43は第1端子用膜電極〜第3端子用膜電極
であり、絶縁基板3の表面から裏面にわたり形成してあ
る。44は中間膜電極であり、T字型であり脚部を第3
膜電極43側に向けてある。11,11は一対の発熱用
膜抵抗であり、T字型中間電極44の頭部の各サイドと
第3端子膜電極43との間に設けてある。61は各発熱
用膜抵抗11上に設けた耐熱性及び良熱伝導性の絶縁
膜、例えばガラス焼付け膜である。12は第2端子膜電
極42と第3端子膜電極43との間に設けた放電用膜抵
抗、62は放電用膜抵抗12上に設けた保護膜、例えば
ガラス焼付け膜である。2は第1端子膜電極41と第2
端子膜電極42との間に溶接等で接続し、中間箇所を中
間電極44に溶接等で接合した温度ヒュ−ズエレメント
(低融点可溶合金片)であり、発熱用膜抵抗11に交叉
させ相互に部分的に重ねてある。21は温度ヒュ−ズエ
レメント2に塗布したフラックスであり、例えばロジン
主成分とするものを使用できる。72はエポキシ樹脂等
の封止剤、73は外郭を絶縁基板3よりもやや小さくし
た封止板であり、高強度のプラスチックフィルム(例え
ば、ポリエチレンテレフタレ−トフィルム)、金属板
(例えば、ステンレス板)、セラミック板等を使用でき
る。この封止板73を省略し、封止剤72のみで封止す
ることもできる。
乃至は封止剤72による封止に代え、図2に示す実施例
と同様に封止カバ−71により封止することができる。
また、図2に示す実施例においても、封止カバ−71に
よる封止に代え、図3に示す実施例と同様に封止板73
と封止剤72とにより封止することができる。
電極、膜抵抗、温度ヒュ−ズエレメント、フラックス等
の材質や形成方法等については、図2に示す実施例と実
質的に同じでり、説明は省略してある。
の本発明に係る回路の保護方法に使用され、異常電圧検
出回路や発熱用抵抗体と共に回路基板に搭載し、この回
路基板と電池とで電池パックに組立て、この電池パック
を負荷回路と充電回路を有する機器、例えば携帯式パソ
コン等に装着でき、温度ヒュ−ズエレメント2の作動で
使用不可となった電池パックを充電エネルギ−の放電に
より安全に廃棄乃至は放置できる。
ては、発熱用抵抗体11と温度ヒュ−ズエレメント2と
を交叉させてあるから、発熱用抵抗体11の発熱による
温度ヒュ−ズエレメント2の溶断を迅速に行わせること
ができ作動速度の高速化を図り得る。また、発熱用抵抗
体と温度ヒュ−ズエレメントとを重ならないように配設
するものに較べて抵抗体付き温度ヒュ−ズの小型化を図
ることができる。
あり、絶縁基板に縦6mm,横8mm,厚み0.3mm
のアルミナセラミックス基板(96%アルミナ)を使用
し、膜電極をAg−Pt系導電ペ−ストの印刷焼き付け
により形成し、膜抵抗を酸化ルテニウム系の抵抗ペ−ス
トの印刷焼き付けにより設け、発熱用抵抗体の抵抗値を
トリミングにより40Ωに、放電用抵抗体の抵抗値をト
リミングにより1000Ωにそれぞれ調整し、各膜抵抗
上にガラス系保護膜を印刷焼き付けにより形成した。さ
らに、固相線温度110℃の断面0.5mm×0.3m
mの温度ヒュ−ズエレメントを接続し、この温度ヒュ−
ズエレメントにロジン系フラックスを滴下塗布し、リ−
ド線に錫めっき鉄線を使用し、封止にはナイロンカバ−
を用い、このカバ−絶縁基板との間をエポキシ接着剤で
接着した。この抵抗体付き温度ヒュ−ズの第1端子電極
のリ−ド線及び第2端子電極のリ−ド線と第3端子電極
のリ−ド線とのリ−ド線との間に7.2Vの過充電の電
池を接続したところ、接続後20秒で温度ヒュ−ズエレ
メントが溶断した。この溶断時の抵抗体付き温度ヒュ−
ズの表面温度は約140℃であったが、温度ヒュ−ズエ
レメントの溶断後、放電用抵抗体にかかる電力は0.5
ワット程度であり、表面温度がほぼ室温にまで降下し電
池の充電エネルギ−を安全に放電できた。
を有しリチウムイオン二次電池等の電池を電源とする機
器(特に携帯式機器、例えばノ−トパソコン)におい
て、異常電圧の検出により温度ヒュ−ズエレメントが作
動して使用不可となった電池パックを機器から取外して
廃棄乃至は放置しても、電池の充電エネルギ−を電池パ
ック内の放電用抵抗体で発熱をよく抑えて放電でき、使
用不可となった電池パックを安全に廃棄乃至は放置でき
る。
である。
示す図面である。
示す図面である。
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】電池を有する回路の異常電圧を検出して発
熱用抵抗体に電流を流し、該抵抗体の通電発熱で温度ヒ
ュ−ズエレメントを溶断させて回路を遮断したのち、電
池の充電エネルギ−を放電用抵抗体を通して放電させる
ことを特徴とする回路の保護方法。 - 【請求項2】充電中の電池の異常電圧を検出して発熱用
抵抗体に電流を流し、該抵抗体の通電発熱で温度ヒュ−
ズエレメントを溶断させて電池を充電回路から遮断した
のち、電池の充電エネルギ−を放電用抵抗体を通して放
電させることを特徴とする回路の保護方法。 - 【請求項3】回路の異常電圧の検出により通電されて発
熱される発熱用抵抗体と、該抵抗体の発熱により溶断さ
れる温度ヒュ−ズエレメントと、温度ヒュ−ズエレメン
トの溶断後に電池の充電エネルギ−を放電させる放電用
抵抗体を絶縁基板上に設けたことを特徴とする抵抗体付
き温度ヒュ−ズ。 - 【請求項4】発熱用抵抗体と温度ヒュ−ズエレメントと
が少なくとも一部分において耐熱性の熱良伝導性絶縁層
を介して上下に重ねられている請求項3記載の抵抗体付
き温度ヒュ−ズ。 - 【請求項5】温度ヒュ−ズエレメントがヒュ−ズ設置部
分の許容温度で溶断されるように、該ヒュ−ズエレメン
トが設定されている請求項3または4記載の抵抗体付き
温度ヒュ−ズ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28884298A JP4341085B2 (ja) | 1998-09-26 | 1998-09-26 | 抵抗体付き温度ヒュ−ズ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28884298A JP4341085B2 (ja) | 1998-09-26 | 1998-09-26 | 抵抗体付き温度ヒュ−ズ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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ID=17735460
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JP28884298A Expired - Lifetime JP4341085B2 (ja) | 1998-09-26 | 1998-09-26 | 抵抗体付き温度ヒュ−ズ |
Country Status (1)
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JP (1) | JP4341085B2 (ja) |
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