JP2002233048A - 保護回路付き二次電池 - Google Patents

保護回路付き二次電池

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JP2002233048A JP2001028961A JP2001028961A JP2002233048A JP 2002233048 A JP2002233048 A JP 2002233048A JP 2001028961 A JP2001028961 A JP 2001028961A JP 2001028961 A JP2001028961 A JP 2001028961A JP 2002233048 A JP2002233048 A JP 2002233048A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】安全性の高い二次電池を提供する。 【解決手段】ヒータ１３とサーミスタ１４を並列接続
し、その並列接続回路に対し、主フューズ１１を直列接
続し、保護回路６を構成される。本発明の二次電池５で
は、充放電電流が保護回路６を流れるから、異常時に印
加される電圧が比較的低い場合、サーミスタ１４の動作
によって電流が制限され、異常時の電圧が高い場合、主
フューズ１１が溶断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繰り返し充電が可
能な二次電池の技術分野にかかり、特に、保護回路を内
蔵する二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、保護回路内蔵の二次電池は、
携帯電話や携帯型パーソナルコンピュータに用いられて
おり、充電容量の増大の他、より安全な保護回路が求め
られている。
【０００３】図４(ａ)の符号１０１は、従来技術の二次
電池を示しており充電装置１０７とフューズ１１１とを
有している。
【０００４】フューズ１１１の一端は、充電装置１０７
の高電圧側の端子に接続されており、他端は、高電圧側
の外部接続端子１１７に接続されている。充電装置１０
７の低電圧側の端子は、低電圧側の外部接続端子１１８
に接続されている。
【０００５】符号１３０は外部直流電圧源であり、この
外部直流電圧源１３０が外部接続端子１１７、１１８に
接続されると、外部直流電圧源１３０から供給される電
流がフューズ１１１を流れ、充電装置１０７が充電され
るようになっている。
【０００６】一般に、二次電池内の充電装置が破壊され
ると安全性の点で問題があるが、上記のような二次電池
１０１では、外部接続端子１１７、１１８間が短絡され
たり、規定電圧以上の電圧が出力される外部直流電圧源
が接続された場合には、フューズ１１１に大電流が流
れ、フューズ１１１が溶断し、充電装置１０７が保護さ
れるようになっている。
【０００７】しかしながら、フューズ１１１が溶断する
と、二次電池１０１が使用不能になるため、製造ライン
等で誤って外部接続端子１１７、１１８間を短絡させた
場合、フューズ１１１を交換する必要が生じる。
【０００８】図４(ｂ)に示した二次電池１０２は、フュ
ーズ１１１の代わりにサーミスタ１１４が設けられてお
り、外部接続端子１１７、１１８間の短絡や、外部接続
端子１１７、１１８間に高電圧が印加された場合に、サ
ーミスタ１１４の温度上昇によって、サーミスタ１１４
自体の抵抗値が増大し、充電装置１０７への充放電電流
を制限するようになっている。
【０００９】短絡や高電圧印加等の異常事態が解消さ
れ、サーミスタ１１４が正常な温度に復帰すると、サー
ミスタ１１４の抵抗値は元の値に戻るため二次電池１０
２は再使用することができる。
【００１０】しかし、外部接続端子１１７、１１８間に
特に高い電圧が印加された場合には、サーミスタ１１４
の両端に高電圧が印加されてしまうので、サーミスタ１
１４が破壊し、その結果、充電装置１０７が破壊する危
険性が指摘されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、安全性の高い二次電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、充電装置と保護回路と外部
接続端子とを有し、前記保護回路は、通電によって発熱
するヒータと、 前記ヒータに直列接続され、前記ヒー
タの発熱によって昇温するように配置され、所定の溶断
温度で切断される主フューズと、前記ヒータに並列接続
され、温度上昇によって抵抗値が増大するサーミスタと
を有し、外部接続端子を直流電圧源に接続すると、前記
直流電圧源から供給された電流が前記保護回路を通って
前記充電装置を充電し、前記外部接続端子を電子機器に
接続すると、前記充電装置の放電電流が前記保護回路を
通って前記電子機器に供給されるように構成された二次
電池である。請求項２記載の発明は、請求項１記載の二
次電池であって、前記外部接続端子が短絡された場合に
前記保護回路内を流れる電流では、前記主フューズは前
記溶断温度には達せず、前記充電装置に充電されている
電圧が満充電ではない場合に、前記外部接続端子が前記
充電装置の定格充電電圧の１．５倍以上の電圧源に接続
されると、前記主フューズは前記溶断温度以上に昇温さ
れるように構成された二次電池である。請求項３記載の
発明は、前記サーミスタには副フューズが直列接続さ
れ、前記サーミスタと前記副フューズの直列接続回路が
前記ヒータに対して並列接続された請求項１又は請求項
２のいずれか１項記載の二次電池である。
【００１３】本発明は上記のように構成されており、サ
ーミスタとヒータとが並列接続されており、常温ではサ
ーミスタの抵抗値は低いから、充電装置への充放電電流
は、主としてサーミスタを流れるようになっている。
【００１４】他方、異常時にサーミスタに大電流が流れ
ると、その大電流によってサーミスタの抵抗値が上昇
し、電流を制限するようになっている。
【００１５】また、サーミスタの抵抗値が上昇すること
により、ヒータに流れる電流が増加し、ヒータの発熱が
大きくなると、主フューズが溶断されるようになってい
る。
【００１６】その結果、保護回路に流れる異常時の電流
が比較的小さい場合にはサーミスタによって電流が制限
される。この場合、正常状態に復帰すると、二次電池も
元の状態に戻る。
【００１７】他方、異常時の電流が大きい場合には、主
フューズが溶断し、安全性が確保される。
【００１８】主フューズは、充電装置が満充電の状態で
外部端子が短絡された場合には溶断せず、充電装置に充
電されている電圧が満充電ではない場合に外部端子が定
格充電電圧の１．５倍以上の電圧源に接続されると溶断
されるようにすることができる。
【００１９】充電装置が満充電の状態で外部端子が電圧
源に接続された場合にも溶断されるようにするために
は、主フューズが、定格充電電圧の２．０倍を超える大
きさの電圧源に接続されたときに溶断されるように設定
するとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１の符号５は、本発明の一例の
二次電池を示している。この二次電池５は、保護回路６
と、充電装置７と、２個の外部接続端子１７、１８とを
有している。
【００２１】保護回路６は、主フューズ１１と、副フュ
ーズ１２と、ヒータ１３と、サーミスタ１４とを有して
いる。
【００２２】副フューズ１２とサーミスタ１４とは直列
接続されており、その直列接続回路に対して、ヒータ１
３が並列接続されている。
【００２３】主フューズ１１は、並列接続回路に対して
直列接続されており、主フューズ１１の一端と、並列接
続回路の一端とが、それぞれ充電装置７の高電圧側の端
子と、一方の外部接続端子１７に接続されている。従っ
て、充電装置７と保護回路６とは直列に接続されてい
る。
【００２４】充電装置７の低電圧側の端子は他の外部接
続端子に接続されており、２個の外部接続端子１７、１
８が外部直流電圧源３０を接続されると、外部直流電圧
源３０から供給される電流は保護回路６を流れ、その電
流によって充電装置７が充電されるように構成されてい
る。
【００２５】保護回路６と充電装置７とは同じ筺体内に
納められており、充電装置７の充電完了後は、保護回路
６と共に外部電源３０から取り外し、携帯電話等の電子
機器に装着し、外部接続端子１７、１８から電子機器に
電力を供給するようになっている。
【００２６】次に、保護回路６の内部構成を説明する。
図２(ａ)〜(ｃ)の符号８は、保護回路６が構成された基
板回路を示している。同図(ａ)は基板回路８の平面図で
あり、同図(ｂ)は同図(ａ)のＡ−Ａ線截断面図であり、
同図(ｃ)は同図(ａ)のＢ−Ｂ線截断面図を示している。
【００２７】図２(ａ)〜(ｃ)を参照し、この基板回路８
は、アルミナから成り、厚さ約０．５ｍｍの絶縁基板２
０を有している。
【００２８】絶縁基板２０上には、ヒータ１３と、サー
ミスタ１４と、絶縁層２４と、第１〜第３の電極２１〜
２３と、金属箔２６と、配線膜２７とが配置されてい
る。
【００２９】先ず、サーミスタ１４の製造工程を説明す
る。高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ：三井石油化学(株)
製、商品名ハイゼックス５０００Ｈ)５７容量部、エチ
レン−エチルアクリレートコポリマー(ＥＥＡ：日本ユ
ニカー(株)社製、商品名ＮＵＣ６１７０)３容量部、導
電粒子(日本カーボン(株)製、商品名ＰＣ１０２０の樹
脂粒子に無電解メッキを施した粒子)４０容量部を、ニ
ーダーを用いて１９０℃で混練りした後、３５μｍ厚の
電解ニッケル箔(福田金属箔(株)製)で挟み、ホットプレ
スで１９０℃、５ｋｇ／ｃｍ2、６０秒の条件で成形
し、厚さ４００μｍのサーミスタ原反を得た。そのサー
ミスタ原反を２ｍｍ×２ｍｍの大きさに切断し、サーミ
スタ１４とした。
【００３０】次に、基板回路８の製造工程を説明する
と、先ず、絶縁基板２０上に、銀ペースト(ＱＳ１７
４、デュポン(株)社製)と酸化ルテニウム系抵抗ペース
ト(ＤＰ１９００、デュポン(株)社製)を所定パターンに
塗布し、８７０℃、３０分間焼成し、銀ペーストによっ
て第１、第２の電極２１、２２を形成し、酸化ルテニウ
ム系抵抗ペーストによってヒータ１３を形成した。第１
の電極２１とヒータ１３とは、配線膜２７によって接続
されている。
【００３１】次に、ヒータ１３の一部表面にシリカ系絶
縁ペースト(ＡＰ５３６４、デュポン(株)製)を塗布し、
５００℃、３０分間の焼成によって絶縁層２４を形成し
た。この絶縁層２４は、ヒータ１３の配線膜２７に接続
された側の表面を覆っており、ヒータ１３の配線膜２７
に接続された部分と反対側の表面は露出している。
【００３２】次に、絶縁層２４表面とヒータ１３の露出
面に上記銀ペーストを塗布し、焼成して第３の電極２３
を形成した。焼成条件は第１、第２の電極２１、２２及
び配線膜２７を形成したのと同じ温度、時間である。図
１(ｃ)から分かるように、この第３の電極２３はヒータ
１３の露出部分上にも形成されており、その部分で互い
に電気的に接続されている。
【００３３】次に、第１の電極２１上に予め作製してお
いたサーミスタ１４を置くと、サーミスタ１４と、第３
の電極２３と、第２の電極２２とが、この順序で横一列
に並ぶ。
【００３４】その状態で、サーミスタ１４と、第３の電
極２３と、第２の電極２２との上に、一枚の低融点金属
箔２６を貼付すると、低融点金属箔２６によって、サー
ミスタ１４と、第３の電極２３と、第２の電極２２とが
電気的に接続される。
【００３５】低融点金属箔２６は、鉛、すず、アンチモ
ン、又はそれらの合金から成り、低温で溶断する性質を
有しており、低融点金属箔２６のうち、第２の電極２２
と第３の電極２３の間の部分によって主フューズ１１が
構成され、サーミスタ１４と第３の電極２３の間の部分
によって副フューズ１２が構成される。
【００３６】第２の電極２２は、充電装置７の高電位側
の端子に接続され、第１の電極２１は、高電位側の外部
端子１７に接続されると、保護回路６ができあがる。
【００３７】サーミスタ１４の常温での抵抗値は１０ｍ
Ω程度であり、ヒータ１３の抵抗値は２０Ω程度であ
る。従って、二次電池５を携帯電話等の電子機器に装着
し、充電装置７を放電させる場合、電流は主としてサー
ミスタ１４を通って電子機器に供給される。
【００３８】また、サーミスタ１４の抵抗の方が小さい
から、出力端子１７、１８間が誤って短絡された場合、
先ず、主としてサーミスタ１４に電流が流れ、自己発熱
によってサーミスタ１４の抵抗値が大きくなると、ヒー
タ１３に電流が流れ始める。
【００３９】充電装置７の充電電圧は携帯電話用では
３．３Ｖ程度の低電圧であり、出力端子１７、１８が短
絡した場合、主及び副フューズ１１、１２やヒータ１３
に流れる電流は小さいため、主及び副フューズ１１、１
２は溶断せず、充電装置７の放電電流は、サーミスタ１
４とヒータ１３の並列接続回路の抵抗値によって制限さ
れた状態で流れ続ける。充電装置７の充電電圧が消費さ
れると、放電電流はゼロになる。
【００４０】このように、出力端子１７、１８が短絡さ
れた場合、主及び副フューズ１１、１２は溶断しないか
ら、外部接続端子１７、１８の短絡状態が解消される
と、二次電池５は短絡前の状態に復帰する。
【００４１】他方、外部接続端子１７、１８が短絡され
るのではなく、この二次電池５に不適切な程高電圧の外
部直流電圧源に接続された場合には、上記と同様に、先
ず、サーミスタ１４に電流が流れ、サーミスタ１４の抵
抗値が大きくなった後、ヒータ１３に電流が流れるよう
になるが、外部接続端子１７、１８に印加される電圧が
大きいため、保護回路６の両端に印加される電圧は、外
部接続端子１７、１８が短絡された場合よりも大きい。
【００４２】そのため、ヒータ１３に流れる電流は、外
部接続端子１７、１８が短絡された場合に流れる電流よ
りも大きく、ヒータ１３が高温に発熱し、主フューズ１
１がその熱によって溶断する。
【００４３】本発明の保護回路６の低融点金属箔２６
に、スズ・アンチモン合金(Ｓｎ：Ｓｂ＝９５：５、液
相点２４０℃)を用い、図３に示すように、両端を可変
電圧源３１に直結し、印加電圧を変えて保護回路６の内
部状態を調査した。その結果を下記表１に示す。電圧印
加前のヒータ１３の抵抗値は１８Ωである。
【００４４】
【表１】
【００４５】保護回路６の両端に印加する電圧を８Ｖに
したとき、主フューズ１１が溶断している。
【００４６】なお、主フューズ１１が溶断しなかった場
合には、副フューズ１２が溶断するので、本発明の保護
回路６では、サーミスタ１１に高電圧が印加されること
はない。
【００４７】上記のように、８Ｖ以上の印加電圧では、
主フューズ１１が溶断してしまうため、サーミスタ１４
の抵抗値を測定するために、低融点金属箔２６の代わり
に３５μｍ厚の銅箔を貼付し、主及び副フューズ１１、
１２を銅箔に変えた。印加電圧とサーミスタ１４の抵抗
値の関係を下記表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】サーミスタ１４に１２Ｖ以上の電圧が印加
されると、サーミスタ１４の両端にアーク放電が発生し
ているのが確認された。
【００５０】次に、保護回路６のサーミスタ１４の両端
を短絡させた状態で、保護回路６の両端に電圧を印加
し、ヒータ１３に流れる電流と、ヒータ１３の表面温度
を測定した。その結果を下記表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】ヒータ１３の抵抗値は１８Ωであるため、
印加電圧の上昇と共に、ヒータ１３に流れる電流Ｉ13も
大きくなっており、印加電圧が５Ｖにおいて、ヒータ１
３の温度は１８０℃に達している。
【００５３】低融点金属箔２６がスズ・アンチモン合金
である場合、溶断温度は２４０℃であるため、印加電圧
が８Ｖになると、主フューズ１１は切断され、電流が流
れなくなっている。
【００５４】なお、上記実施例では、低融点金属箔２６
に、スズ・アンチモン合金を使用したが、本発明はそれ
に限定されるものではない。例えば、ビスマス・スズ・
鉛合金(Ｂｉ：Ｓｎ：Ｐｂ＝５２．５：３２．０：１
５．５、液相点９５℃)や、スズ・銀合金(Ｓｎ：Ａｇ＝
９７．５：２．５、液相点２２６℃)等の低融点金属を
用いることができる。
【００５５】
【発明の効果】異常時に保護回路に流れる電流が比較的
小さい場合にはサーミスタによって電流が制限され、そ
の結果、正常状態に復帰すると二次電池も元の状態に戻
る。他方、異常時に保護回路に流れる電流が大きい場合
には、主フューズが溶断し、安全性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池を説明するためのブロック図
【図２】(ａ)その二次電池の平面図 (ｂ)：そのＡ−
Ａ線切断面図 (ｃ)：そのＢ−Ｂ線切断面図
【図３】保護回路の回路図
【図４】(ａ)、(ｂ)：従来技術の二次電池
【符号の説明】
７……充電装置 ６……保護回路 １１……主フューズ １２……副フューズ １３……ヒータ １７、１８……外部接続端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古田 和隆 栃木県鹿沼市さつき町12−３ ソニーケミ カル株式会社第２工場内 (72)発明者 川津 雅巳 栃木県鹿沼市さつき町12−３ ソニーケミ カル株式会社第２工場内 Ｆターム(参考） 5G053 AA01 AA02 BA07 BA08 CA08 5H030 AA06 AS11 FF21 FF26 5H040 AA27 AA40 AS13 AT01 DD26

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】充電装置と保護回路と外部接続端子とを有
    し、 前記保護回路は、 通電によって発熱するヒータと、 前記ヒータに直列接続され、前記ヒータの発熱によって
    昇温するように配置され、所定の溶断温度で切断される
    主フューズと、 前記ヒータに並列接続され、温度上昇によって抵抗値が
    増大するサーミスタとを有し、 外部接続端子を直流電圧源に接続すると、前記直流電圧
    源から供給された電流が前記保護回路を通って前記充電
    装置を充電し、前記外部接続端子を電子機器に接続する
    と、前記充電装置の放電電流が前記保護回路を通って前
    記電子機器に供給されるように構成された二次電池。
  2. 【請求項２】請求項１記載の二次電池であって、 前記外部接続端子が短絡された場合に前記保護回路内を
    流れる電流では、前記主フューズは前記溶断温度には達
    せず、 前記充電装置に充電されている電圧が満充電ではない場
    合に、前記外部接続端子が前記充電装置の定格充電電圧
    の１．５倍以上の電圧源に接続されると、前記主フュー
    ズは前記溶断温度以上に昇温されるように構成された二
    次電池。
  3. 【請求項３】前記サーミスタには副フューズが直列接続
    され、前記サーミスタと前記副フューズの直列接続回路
    が前記ヒータに対して並列接続された請求項１又は請求
    項２のいずれか１項記載の二次電池。
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