JP2006296180A - Protection component, protecting device, battery pack and portable electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、保護部品、保護装置、電池パック及び携帯用電子機器に関し、より詳しくは、充電時における二次電池の保護部品、保護回路、充電時の保護部品を備えた二次電池パック及び充電時の保護機能を備えた携帯用電子機器に関する。 The present invention relates to a protective component, a protective device, a battery pack, and a portable electronic device, and more specifically, a secondary battery protective component during charging, a protection circuit, a secondary battery pack including the protective component during charging, and charging. The present invention relates to a portable electronic device having a time protection function.
充放電可能に構成された二次電池に対して電力を供給するために充電器が用いられるが、二次電池が過充電状態に至り、或いは二次電池に過電流が流れると、二次電池が変形したり、最悪の場合には破裂や発火するという問題がある。 A charger is used to supply power to a secondary battery configured to be chargeable / dischargeable. When the secondary battery reaches an overcharged state or an overcurrent flows through the secondary battery, the secondary battery is used. May be deformed or, in the worst case, burst or ignite.
例えば、二次電池として携帯電話等モバイル機器に用いられるリチウムイオン電池においては、過充電、充電器の故障などによる規格外の電圧/電流が印加されて電池が変形する。あるいは、万一電池端子部が導電体により接触して端子間が短絡すると電池に過電流が流れて電池が変形する、などの事故が起きる。 For example, in a lithium ion battery used for a mobile device such as a mobile phone as a secondary battery, a non-standard voltage / current is applied due to overcharge, charger failure, etc., and the battery is deformed. Alternatively, if the battery terminal portion is contacted by a conductor and the terminals are short-circuited, an accident such as an overcurrent flowing through the battery and the battery deforming occurs.
このような課題に対して、再充電可能な素子の保護のための装置が下記の特許文献1に記載されている。
For such a problem, a device for protecting a rechargeable element is described in
次に、図13を参照して従来の保護回路を用いた充電装置について説明する。
図13の回路図において、保護素子20Aは、一個のPTC材料とその上に設けられた少なくとも3つの電極からなり、該PTC材料が2つ以上のPTC素子として作用することを特徴とする保護素子であり、この保護回路において、端子A1、A2はリチウムイオン電池等の被保護装置の電極端子に接続され、端子B1、B2は充電器等の電極端子に接続される。
Next, a charging device using a conventional protection circuit will be described with reference to FIG.
In the circuit diagram of FIG. 13, the
また、この保護回路においては、スイッチング素子としてFETが使用されており、FETのソース端子S/ドレイン端子Dと第2のPTC素子1bとが直列に接続され、これらと第1のPTC素子1aとが並列に接続されている。 In this protection circuit, an FET is used as a switching element, and the source terminal S / drain terminal D of the FET and the second PTC element 1b are connected in series, and these, the first PTC element 1a, Are connected in parallel.
一方、FETのゲート端子Gは、被保護回路の端子電圧を検出するICと接続しており、ICは、検出した被保護回路の端子電圧の値に応じてFETのゲート端子Gの電位を制御する。即ち、ICが異常を検知しない場合、即ち、被保護回路の端子電圧が所定電圧よりも低い時には、ICはFETをON状態とし、FETは第2のPTC素子1bへの通電を可能とする。したがって、このとき第1のPTC素子1aと第2のPTC素子1bの双方へ、それらの抵抗値に応じた電流が通電される。なお、このように双方のPTC素子1a、1bに通電がなされる場合に過電流が生じた時には、それぞれのPTC素子1a、1bのトリップにより電流が抑制される。 On the other hand, the gate terminal G of the FET is connected to an IC that detects the terminal voltage of the protected circuit, and the IC controls the potential of the gate terminal G of the FET according to the detected terminal voltage value of the protected circuit. To do. That is, when the IC does not detect an abnormality, that is, when the terminal voltage of the protected circuit is lower than a predetermined voltage, the IC turns on the FET, and the FET can energize the second PTC element 1b. Accordingly, at this time, a current corresponding to the resistance value is supplied to both the first PTC element 1a and the second PTC element 1b. In addition, when an overcurrent occurs when both the PTC elements 1a and 1b are energized in this way, the current is suppressed by tripping of the respective PTC elements 1a and 1b.
これに対して、ICが異常を検知した場合、即ち被保護回路の端子電圧が所定電圧以上の過電圧を検知した場合には、ICはFETをOFF状態とし、FETは第2のPTC素子1bへの通電を遮断する。この結果、異常時には、第1のPTC素子1aのみに通電され、第1のPTC素子1aは通電電流により速やかにトリップする。 On the other hand, when the IC detects an abnormality, that is, when an overvoltage in which the terminal voltage of the protected circuit is equal to or higher than a predetermined voltage is detected, the IC turns off the FET, and the FET goes to the second PTC element 1b. Shut off the power of the. As a result, at the time of abnormality, only the first PTC element 1a is energized, and the first PTC element 1a trips quickly due to the energization current.
このように従来技術の保護回路によれば、過充電保護時にPTCをトリップさせることにより、過充電保護できるとしている。
このように従来技術の保護回路によれば、過充電保護時にPTCをトリップさせることにより、過充電保護できるとしているが、実際には、PTC抵抗の増大により過充電電流を制限し、微小電流化しているだけである。
したがって、従来技術でいうところの過充電保護状態とは、微小電流による過充電状態が継続される状態であるといえ、従来技術での過充電保護を長時間継続した場合、最終的には二次電池の変形、膨れ、破裂、発火が発生する恐れがあり、厳密な意味での過充電保護回路及びその部品としては不完全な技術といえる。
As described above, according to the protection circuit of the prior art, the overcharge protection can be performed by tripping the PTC during overcharge protection. However, in actuality, the overcharge current is limited by increasing the PTC resistance, thereby reducing the current. It ’s just that.
Therefore, the overcharge protection state in the prior art can be said to be a state in which the overcharge state by a minute current is continued. The secondary battery may be deformed, swollen, ruptured, or ignited, which is an incomplete technology as an overcharge protection circuit and its components in a strict sense.
以上より、過充電保護に対し、完全に充電電流を無くすような保護回路、部品が求められていた。
さらに、保護素子についても、繰り返し使用が望ましいという要求から、二次電池並びに電子機器・回路の保護は、低融点金属からなるヒューズなどの使用は避けることが求められている。
In view of the above, there has been a demand for a protection circuit and components that completely eliminate the charging current for overcharge protection.
Further, as for the protection element, it is required to avoid the use of a fuse made of a low melting point metal for protection of the secondary battery and the electronic device / circuit because of the requirement that repeated use is desirable.
本発明は、二次電池の過充電、過電流保護の基本機能を満たし、かつ回路の簡便化、小型化が図れる繰り返し使用可能な二次電池保護部品、二次電池保護装置、二次電池パック及び携帯用電子機器を提供することを目的とする。 The present invention relates to a rechargeable secondary battery protection component, a secondary battery protection device, and a secondary battery pack that satisfy the basic functions of overcharge and overcurrent protection of a secondary battery and that can simplify and downsize the circuit. And it aims at providing a portable electronic device.
本発明の保護装置の第1の態様は、二次電池などに電力を供給する充電回路に接続され、前記充電回路に対し並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される第1の抵抗要素と、前記充電回路に直列に接続される第2の抵抗要素とを持ち、前記第1の抵抗要素および前記第2の抵抗要素が、少なくとも1つの発熱素子からなる保護部品を利用する保護装置であって、前記発熱素子の第1の抵抗要素が有する抵抗Rb、前記発熱素子の第2の抵抗要素が有する抵抗Ra、前記二次電池の保護電圧をX、前記充電回路の電圧をYとするとき、
Ra/Rb > (Y−X)/X
であることを特徴とする保護装置である。
A first aspect of the protection device of the present invention is a switching circuit that is connected to a charging circuit that supplies power to a secondary battery or the like, is connected in parallel to the charging circuit, and is conducted by a voltage that is equal to or higher than a threshold voltage; A first resistance element connected in series to the switching circuit; and a second resistance element connected in series to the charging circuit, wherein the first resistance element and the second resistance element are at least 1 A protection device using a protection component comprising two heating elements, the resistance Rb of the first resistance element of the heating element, the resistance Ra of the second resistance element of the heating element, and protection of the secondary battery When the voltage is X and the voltage of the charging circuit is Y,
Ra / Rb> (Y-X) / X
This is a protective device.
本発明の保護装置の第2の態様は、二次電池に電力を供給する充電回路に並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される、第1の抵抗要素および第2の抵抗要素からなる少なくとも1つの発熱素子と、
前記電力の供給による自身の発熱、又は、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替える構造を有する熱応動素子を利用する保護装置であって、前記発熱素子の第1の抵抗要素が有する抵抗Rb、第2の抵抗要素が有する抵抗Ra、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替えるのに必要な電流の最小値I、二次電池の保護電圧X、充電回路の電圧をYとするとき、
Ra/Rb > (Y−X)/X ・・(1)
Ra+Rb < X/I ・・・(2)
Ra > 0 ・・・(3)
Rb > 0 ・・・(4)
であることを特徴とする保護装置である。
According to a second aspect of the protection device of the present invention, a switching circuit connected in parallel to a charging circuit for supplying power to the secondary battery and conducted by a voltage equal to or higher than a threshold voltage, and connected in series to the switching circuit, At least one heating element comprising a first resistance element and a second resistance element;
A protection device using a heat-responsive element having a structure that switches the supply of electric power to the heat generating element by the heat generated by the power supply or by the heat from the heat generating element. A resistance Rb included in the resistance element, a resistance Ra included in the second resistance element, a minimum current value I required to switch the supply of power to the heating element by heat from the heating element, and a protection voltage of the secondary battery X, when the charging circuit voltage is Y,
Ra / Rb> (Y-X) / X (1)
Ra + Rb <X / I (2)
Ra> 0 (3)
Rb> 0 (4)
This is a protective device.
本発明の保護装置の第3の態様は、前記熱応動素子が前記発熱素子に切り替ったのち、前記発熱素子自身の発熱により前記熱応動素子の状態を保持し前記二次電池の充電回路を遮断できることを特徴とする保護装置である。 According to a third aspect of the protection device of the present invention, after the thermally responsive element is switched to the heating element, the state of the thermally responsive element is maintained by the heat generation of the heating element itself, and the charging circuit for the secondary battery is provided. It is a protective device characterized in that it can be shut off.
本発明の保護装置の第4の態様は、前記熱応動素子は、加熱により前記充電回路から前記発熱素子へ電流路を切り替えるバイメタルスイッチであることを特徴とする保護装置である。 According to a fourth aspect of the protection device of the present invention, the thermally responsive element is a bimetal switch that switches a current path from the charging circuit to the heating element by heating.
本発明の保護装置の第5の態様は、前記バイメタルスイッチは、接点を介して前記二次電池に電気的に接続される可動導体片と、前記発熱素子の上に配置される凹面を有し且つ熱により該凹面の向きを反転させることにより前記可動導体片の電気的接続を前記二次電池から前記発熱素子に切り替えるバイメタルとを有することを特徴とする保護装置である。 According to a fifth aspect of the protection device of the present invention, the bimetal switch has a movable conductor piece electrically connected to the secondary battery through a contact, and a concave surface disposed on the heating element. And a bimetal which switches the electrical connection of the movable conductor piece from the secondary battery to the heating element by reversing the direction of the concave surface by heat.
本発明の保護装置の第6の態様は、前記可動導体片と前記バイメタルは一体的に形成されていることを特徴とする保護装置である。 According to a sixth aspect of the protection device of the present invention, the movable conductor piece and the bimetal are integrally formed.
本発明の保護装置の第7の態様は、前記発熱素子は、正温度係数サーミスタであることを特徴とする保護装置である。 According to a seventh aspect of the protection device of the present invention, the heat generating element is a positive temperature coefficient thermistor.
本発明の保護装置の第8の態様は、1つの前記発熱素子に少なくとも3つの電極を有することを特徴とする保護装置である。 According to an eighth aspect of the protection device of the present invention, the protection device is characterized in that at least three electrodes are provided on one heating element.
本発明の保護装置の第9の態様は、前記スイッチング回路は、ツェナーダイオードであることを特徴とする保護装置である。 According to a ninth aspect of the protection device of the present invention, the switching circuit is a Zener diode.
本発明の保護装置の第10の態様は、前記スイッチング回路は、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路からの出力電圧が閾値電圧以上になった状態で導通状態となる電解効果トランジスタから構成されていることを特徴とする保護装置である。 According to a tenth aspect of the protection device of the present invention, the switching circuit is in a conductive state in a state where a voltage detection circuit that detects the voltage of the secondary battery and an output voltage from the voltage detection circuit is equal to or higher than a threshold voltage. It is comprised from the field effect transistor used as follows.
本発明の保護装置の第11の態様は、前記電圧検出回路と前記電解効果トランジスタとの間に、更にもれ電流を抑制、又は、防止するコンパレータが構成されていることを特徴とする保護装置である。 According to an eleventh aspect of the protection device of the present invention, a protection device further comprising a comparator for suppressing or preventing leakage current is provided between the voltage detection circuit and the field effect transistor. It is.
本発明の保護装置の第12の態様は、前記熱応動素子と前記発熱素子は熱的に接続されて一つのケース内に収められていることを特徴とする保護装置である。 A twelfth aspect of the protection device of the present invention is the protection device characterized in that the thermally responsive element and the heat generating element are thermally connected and housed in one case.
本発明の保護装置の第13の態様は、前記熱応動素子と前記発熱素子とは熱的に接続され、前記熱応動素子と前記発熱素子とスイッチング回路とが一つのケース内に収められていることを特徴とする保護装置である。 In a thirteenth aspect of the protection device of the present invention, the thermally responsive element and the heating element are thermally connected, and the thermally responsive element, the heating element, and the switching circuit are housed in one case. This is a protective device.
本発明の保護装置の第14の態様は、前記ケースの表面には、前記二次電池に電気的に接続される電池側端子と、前記充電回路に電気的に接続される充電部側端子がそれぞれ露出して取り付けられていることを特徴とする保護装置である。 In a fourteenth aspect of the protection device of the present invention, a battery side terminal electrically connected to the secondary battery and a charging unit side terminal electrically connected to the charging circuit are provided on the surface of the case. Each of the protective devices is exposed and attached.
本発明の二次電池パックの1つの態様は、上述した保護装置が前記二次電池と電気的に接続されて一体にされ、且つ外部の充電回路に電気的に接続する充電側端子が露出して取り付けられていることを特徴とする二次電池パックである。 One aspect of the secondary battery pack of the present invention is such that the above-described protection device is electrically connected and integrated with the secondary battery, and a charging side terminal that is electrically connected to an external charging circuit is exposed. It is the secondary battery pack characterized by being attached.
本発明の携帯用電子機器の1つの態様は、上述した保護装置を有する携帯用電子機器である。
本発明の二次電池保護部品の第1の態様は、接点を介して電気的に接続される可動導体片と、前記スイッチング回路に流れる電流により発熱する少なくとも1つの発熱素子と、前記発熱素子に熱的に接続され、加熱により向きを反転させる凹面を有し、該凹面の反転により前記可動導体片の電気的接続を前記二次電池から前記発熱素子に切り替えるバイメタルと、前記発熱素子を支持し、当該発熱素子と外部端子とを電気的に接続する少なくとも2以上の支持部材と、前記発熱素子を前記支持部材に向かって押圧する押圧部材とを有することを特徴とする二次電池保護部品である。
One aspect of the portable electronic device of the present invention is a portable electronic device having the protective device described above.
According to a first aspect of the secondary battery protection component of the present invention, there is provided a movable conductor piece electrically connected via a contact, at least one heating element that generates heat due to a current flowing through the switching circuit, and the heating element. A bimetal that has a concave surface that is thermally connected and reverses its direction by heating, and that switches the electrical connection of the movable conductor piece from the secondary battery to the heat generating element by reversing the concave surface, and supports the heat generating element. A secondary battery protection component comprising: at least two or more support members that electrically connect the heat generating elements and external terminals; and a pressing member that presses the heat generating elements toward the support members. is there.
本発明の二次電池保護部品の第2の態様は、前記バイメタルと前記可動導体片は一体的に形成されていることを特徴とする二次電池保護部品である。 A second aspect of the secondary battery protection component of the present invention is a secondary battery protection component characterized in that the bimetal and the movable conductor piece are integrally formed.
本発明の二次電池保護部品の第3の態様は、前記押圧部材が、前記ケースに形成された突起部であることを特徴とする二次電池保護部品である。 A third aspect of the secondary battery protection component of the present invention is a secondary battery protection component characterized in that the pressing member is a protrusion formed on the case.
本発明の二次電池保護部品の第4の態様は、前記押圧部材が、前記可動導体片の一部分であることを特徴とする二次電池保護部品である。 The 4th aspect of the secondary battery protection component of this invention is a secondary battery protection component characterized by the said press member being a part of said movable conductor piece.
本発明によれば、通常時に前記発熱素子の第2の抵抗要素へ電流を流すことに加え、過充電時には前記発熱素子の第1の抵抗要素に電流を流すことにより、被保護部品である二次電池などへの電流が充電方向から放電方向に変化し、過充電保護が可能となる。
これにより、二次電池の膨れ、破裂、発火を防ぐことができ、また、電源装置を取り外せば、前記発熱素子の温度が低下し、抵抗値が初期状態へと復帰するので、繰り返し使用が可能となる。
さらに、過電流発生時には、前記発熱素子の第2の抵抗要素がトリップすることにより、過電流保護が可能となる。この場合でも、異常が取り除かれた場合には、前記発熱素子の温度が低下し、抵抗値が初期状態へと復帰するので、繰り返し使用が可能となる。
According to the present invention, in addition to flowing a current to the second resistance element of the heating element during normal operation, a current is passed to the first resistance element of the heating element during overcharging, so that The current to the secondary battery or the like changes from the charging direction to the discharging direction, and overcharge protection becomes possible.
As a result, the secondary battery can be prevented from swelling, bursting, or igniting, and if the power supply is removed, the temperature of the heating element is lowered and the resistance value returns to the initial state, so that it can be used repeatedly. It becomes.
Furthermore, when an overcurrent is generated, the second resistance element of the heat generating element trips, thereby enabling overcurrent protection. Even in this case, when the abnormality is removed, the temperature of the heating element decreases and the resistance value returns to the initial state, so that it can be used repeatedly.
さらに、本発明によれば、過充電時に発熱素子に電流を流して発熱素子を発熱させ、発熱素子からの熱により熱応動素子を作動させて充電時の電力の供給を二次電池から発熱素子に切り替えることになり、これにより熱応動素子は熱により自己保持することが可能になり、保護回路を安定に動作させ、簡便、低コスト、小型の部品により二次電池を保護することが可能になる。また、充電器を外して温度が所定値以下となると熱応動素子が元に戻り、充電可能な状態に復帰するものである。 Furthermore, according to the present invention, a current is passed through the heating element during overcharging to cause the heating element to generate heat, and the heat-responsive element is operated by heat from the heating element to supply power during charging from the secondary battery to the heating element. As a result, the thermo-responsive element can be self-held by heat, the protection circuit can be operated stably, and the secondary battery can be protected by simple, low-cost, small components. Become. Further, when the charger is removed and the temperature falls below a predetermined value, the thermally responsive element returns to its original state and returns to a chargeable state.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図、図1(b)は、その二次電池保護回路の一部を示す回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1A is a circuit diagram showing a state in which a secondary battery and a charger are connected via the secondary battery protection circuit according to the first embodiment of the present invention, and FIG. It is a circuit diagram which shows a part of battery protection circuit.
図1(a)において、二次電池1は、保護回路3を介して直流の充電回路2に接続されて充電される。
In FIG. 1A, the
保護回路3は、充電回路2のプラス端子に接続される充電側プラス端子4aと、充電回路2のマイナス端子に接続される充電側マイナス端子4bと、二次電池1のプラス端子に接続される電池側プラス端子5aと、二次電池1のマイナス端子に接続される電池側マイナス端子5bとを有している。そして、充電側プラス端子4aと電池側プラス端子5aは第1の配線6を介して接続され、また、充電側マイナス端子4bと電池側マイナス端子5bは第2の配線8と発熱素子11の第2の抵抗要素12aを介して接続されている。
The
発熱素子11は、図1(b)に示すように1つの正温度係数サーミスタ(PTC:Positive Temperature Coefficient)12に少なくとも3つの電極13a,13b,13cを備えた構造を有する。そのサーミスタ12において、第1の電極13aと第3の電極13cの間、および第2の電極13bと第3の電極13cの間にはそれぞれ図1(a)に示すように抵抗要素(PTC)12a,12bが存在する。なお、PTC12a,12bは2つのものが接続された状態のものでもよい。
The
PTC12の第1の電極13aは、充電回路2のマイナス端子に接続される充電側マイナス端子4bに接続され、第2の電極13bはスイッチング回路であるツェナーダイオード14を介して第1の配線6に接続され、また、PTC12の第3の電極13cは、第2の配線8を介して電池側マイナス端子5bに接続されている。
The
正温度係数サーミスタ12は、一般的にチタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とした酸化物系セラミックスを材料としたものと、カーボンフィラー等の導電性物質を樹脂に配合した導電性ポリマーを用いたポリマーPTCがあり、いずれを採用してもよい。
The positive
ここで、発熱素子11は、PTCからなる抵抗要素と固定抵抗の組合せ、固定抵抗と固定抵抗の組合せでも構わない。
Here, the
さらに、ツェナーダイオード14は、スイッチング素子であって、アノードを発熱素子11の第2の電極13bに接続し、カソードを第1の配線6に接続することにより、発熱素子11を介して第1の配線6と第2の配線8に逆バイアスで接続される構造となっている。
Further, the
ここで、ツェナーダイオード14は、必ずしもツェナーダイオードである必要はなく、二次電池或いは充電回路などの電圧が予め規定していた閾値を越えた場合にのみ導通するような素子であればよい。
ここで、電圧の検知を、二次電池又は電源回路などのどの部分で行うかは、その他の設計事項も含めて決定することが可能である。
Here, the
Here, it is possible to determine in which part of the secondary battery or the power supply circuit the voltage detection is performed including other design items.
次に、上述した保護回路3、充電回路2を使用して二次電池1を充電することについて説明する。
Next, charging the
まず、保護回路3を介して二次電池1を充電回路2に接続し、充電が正常に行われている状態では、図1において、充電回路2は第1の配線6を介して、また、第2の配線8と発熱素子11の第2の抵抗要素12aを介して二次電池1に電力を供給する。このとき、二次電池電圧又は充電電圧は充電開始から時間が経つにつれて徐々に上昇する。
First, in a state where the
その充電電圧が過充電状態になって第1の配線6と第2配線8の間のツェナーダイオード14に閾値以上の電圧が印加すると、ツェナーダイオード14には第1の配線6から第2の配線8に向けて電流が流れ、これにより発熱素子11の第1の抵抗要素12bにも電流が流れる。
When the charging voltage is overcharged and a voltage higher than the threshold is applied to the
このとき、発熱要素11の第1の抵抗要素12b及び第2の抵抗要素12aが、それぞれの印加電圧に応じ発熱し、抵抗値の変動が生ずるが、第1の抵抗要素の抵抗Rb、第2の抵抗要素の抵抗Ra、二次電池の電圧X、充電回路2の電圧をYとしたとき、
Ra/Rb > (Y−X)/X
となり、常に第1の抵抗要素12bと第2の抵抗要素12aの抵抗値の関係は上式の関係となっている。
At this time, the
Ra / Rb> (Y-X) / X
Thus, the relationship between the resistance values of the
この結果、充電時の電力は、ツェナーダイオード14と発熱素子11を介して充電回路2に帰還させることができ、二次電池の電力は、ツェナーダイオード14と第1の抵抗要素12bを介して二次電池に帰還させることが出来る。
すなわち、二次電池へ充電を行う電流は消滅させることが出来る。
As a result, the power at the time of charging can be fed back to the charging
That is, the current for charging the secondary battery can be eliminated.
二次電池1の過充電状態が解除されてツェナーダイオード14がOFFした場合には、充電回路2は第1の配線6を介して、また、第2の配線8と発熱素子11の第2の抵抗要素12aを介して二次電池1に電力を供給する通常の充電状態へ自動復帰する。
ここで、第2の抵抗要素12aの抵抗値は、第2の抵抗要素12aに印加される電圧に応じて抵抗値が決定されるので、初期の低抵抗状態へ自動復帰する。
When the overcharged state of the
Here, since the resistance value of the
また、充電時などに何らかの不具合が生じ、二次電池へ過電流が生じた場合も、第2の抵抗要素12aが急激に発熱し、抵抗値を上昇させることが可能で、過電流保護を行うことが可能である。
また、不具合が解消された場合は、第2の抵抗要素12aの温度が低下し、抵抗値が初期の低抵抗状態へ変化することにより、保護回路3は自動復帰する。
In addition, even if some trouble occurs during charging and overcurrent occurs in the secondary battery, the
When the problem is resolved, the temperature of the
なお、PTC12は、キュリー温度によって所定温度よりも高くなることはなく、樹脂製のケース本体20や蓋21を異常な変形あるいは溶融させる温度までは上昇しない。
Note that the
以上のような保護回路3では、充電回路2を外して温度が常温に低下するか、充電回路の異常が解消されれば、自動的に充電可能な状態に復帰し、再度保護回路として機能する為、交換の必要が無い。
In the
(第2の実施の形態)
図2(a)は、本発明の第2実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図、図2(b)は、その二次電池保護回路の一部を示す回路図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2A is a circuit diagram showing a state in which the secondary battery and the charger are connected via the secondary battery protection circuit according to the second embodiment of the present invention, and FIG. It is a circuit diagram which shows a part of battery protection circuit.
図2(a)において、二次電池1は、保護回路3を介して直流の充電回路2に接続されて充電される。
In FIG. 2A, the
保護回路3は、充電回路2のプラス端子に接続される充電側プラス端子4aと、充電回路2のマイナス端子に接続される充電側マイナス端子4bと、二次電池1のプラス端子に接続される電池側プラス端子5aと、二次電池1のマイナス端子に接続される電池側マイナス端子5bとを有している。そして、充電側プラス端子4aと電池側プラス端子5aは第1の配線6を介して接続され、また、充電側マイナス端子4bと電池側マイナス端子5bは第2の配線8を介して接続されている。
The
第2の配線8の途中には、サーマルプロテクタ9が直列に接続されている。サーマルプロテクタ9は、互いに熱的に接続されるバイメタルスイッチ10と発熱素子11を有している。バイメタルスイッチ10は熱により電流路を変更する熱応動素子である。
In the middle of the
バイメタルスイッチ10は、電池側マイナス端子5bに第2の配線8を介して接続される固定点10aと、充電側マイナス端子4bに第2の配線8を介して接続される第1接点10bと、発熱素子11に接続される第2接点10cとを有し、正常な充電状態では第1接点10bと固定点10aが可動導体片10dによって電気的に接続される構造を有している。また、可動導体片10dは、バイメタルスイッチ10の内部の発熱、または、発熱素子11からの熱により接点が切り替えられて、固定点10aと第2接点10cを電気的に接続する構造となっている。
The
発熱素子11は、図2(b)に示すように1つの正温度係数サーミスタ(PTC:Positive Temperature Coefficient)12に少なくとも3つの電極13a,13b,13cを備えた構造を有する。そのサーミスタ12において、第1の電極13aと第3の電極13cの間、および第2の電極13bと第3の電極13cの間にはそれぞれ図2(a)に示すように抵抗要素(PTC)12a,12bが等価的に存在する。なお、PTC12a,12bは2つのものが接続された状態のものでもよい。
The
PTC12の第1の電極13aはバイメタルスイッチ10の第1接点10bに接続され、第2の電極13bはスイッチング回路であるツェナーダイオード14を介して第1の配線6に接続され、また、PTC12の第3の電極13cにはバイメタルスイッチ10の第2接点10cが接続されている。
The
正温度係数サーミスタ12は、一般的にチタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とした酸化物系セラミックスを材料としたものと、カーボンフィラー等の導電性物質を樹脂に配合した導電性ポリマーを用いたポリマーPTCがあり、いずれを採用してもよい。
The positive
ツェナーダイオード14は、スイッチング素子であって、アノードを発熱素子11の第2の電極13bに接続し、カソードを第1の配線6に接続することにより、発熱素子11を介して第1の配線6と第2の配線8に逆バイアスで接続される構造となっている。
The
ところで、発熱素子11とバイメタルスイッチ10は、図3、図4に示すように、1つのケースに入れられて熱的に接続した構造を有する。
By the way, the
図3において、内部が空洞のケース本体20の底面のほぼ中央には発熱素子11としてPTC12が取り付けられている。PTC12の下面には第1の電極13aと第2の電極13bが取り付けられ、その上面には第3の電極13cが取り付けられている。
In FIG. 3, a
PTC12の第1の電極13aは、ケース本体20の一側を通して外部に引き出される第1リード端子22に接続され、また、PTC12の第2の電極13bは、ケース20の本体21の他側を通して外部に引き出される第2リード端子23に接続されている。
The
PTC12の上には、反転中心部がほぼ中央の凹面を有するバイメタル片24が配置されている。そのバイメタル片24は、常温で凹面が下向きであり、所定温度に上昇した時にその凹面が上向きに反転するように湾曲していて、上から見た形状は略四角形、円形、楕円形等となっている。
On the
また、バイメタル片24は、常温下でその縁がPTC12周囲のケース本体20の凸部25の上に接触できる状態に置かれ、また、その凹面が熱により反転した場合にはバイメタル片24のほぼ中央部分がPTC12の第3の電極13cのほぼ中央に接触する位置に置かれる。さらに、バイメタル片24は、凹面が上向きに反転することによりその縁が後述の可動導体片27を持ち上げるような形状を有している。
Further, the
バイメタル片24は、例えば高膨脹側はCu−Ni−Mn、低膨脹側はNi−Feの2つの材料を積層させた構造を有するものであり、例えば温度が室温から上昇して約80℃に加熱された時点で凹面が下向きから上向きに反転し、さらに温度が下降して約40℃まで冷却されると下向きに戻る、というように温度と形状の関係はヒステリシス特性を有しているので、発熱素子11が所定温度より高い温度とすれば、バイメタル片24は上向きに反転したままとなり、可動導体片27を持ち上げているので、充電回路の遮断状態を保持できる。これにより、バイメタル片24は、可動導体片27とPTC12を熱的及び電気的に接続可能な状態にすることになり、可動導体片7とともに図2(a)に示すバイメタルスイッチ10を構成する。
The
ケース本体20の他側では、第2のリード端子23から上方に離れた位置で第3のリード端子26が貫通して取り付けられている。また、ケース本体20内では、第3のリード端子26の上に可動導体片27の固定端が接続され、その自由端の下面の凸状の可動接点28は、バイメタル片24の凹面が下向きの状態では第1のリード端子22の固定接点22aに接触している。この可動導体片27及びバイメタル片24は、図2の可動導体片10dに該当する。また、第1のリード端子22は、図2に示すバイメタルスイッチ10の第1接点10cに該当し、第3のリード端子26は図2に示す固定天10aに該当し、バイメタル片24は、図2に示すバイメタルスイッチ10の第2接点10bに該当する。
On the other side of the
可動導体片27の下面には、凹面が上向きに反転したバイメタル片24に接触する凸部27aがプレス成形により形成され、その凸部27aとして、導電部材を溶着してもよい。
On the lower surface of the
可動導体片27の材料として、Cu−Be合金が好ましいが、リン青銅、Cu−Ti合金、洋白、黄銅、Cu−Ni−Si合金等の導電性材料導電性バネ材料を用いてもよい。
また、可動導体片27の可動接点28とこの可動接点28に接する第1のリード端子22の固定接点22aは、それぞれニッケル−銀合金が好ましく、具体的にはニッケル10mass%程度を含む銀合金が好ましいが、銅−銀合金、金−銀合金、炭素−Ag合金、タングステン−銀合金等を用いてもよい。
As the material of the
The
また、第1〜第3のリード端子22,23,26を構成する材料は、銅が好ましいが、リン青銅、Cu−Ti合金、Cu−Be合金、洋白、黄銅、Cu−Ni−Si合金等の導電性材料を用いてもよい。
The material constituting the first to
ケース本体20の開放された上面は、蓋21により閉じられるようになっている。ケース本体20及び蓋21は、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂が用いられる。ケース本体20と蓋21は超音波溶接等により溶着され、これによりPTC12、固定接点22a、可動接点28、可動導体片24、バイメタル27等をケース20,21に封入する。
The opened upper surface of the
なお、第1のリード端子22は二次電池1のマイナス端子に接続され、第2のリード端子23はツェナーダイオード14に接続され、第3のリード端子26は充電回路2のマイナス端子に接続されるように配置される。
The
次に、上述した保護回路3、充電回路2を使用して二次電池1を充電することについて説明する。
Next, charging the
まず、保護回路3を介して二次電池1を充電回路2に接続し、充電が正常に行われている状態では、図2においてバイメタルスイッチ10は第1接点10bと固定点10aを接続して第2配線8を導通状態にするので、充電回路2は第1の配線6と第2の配線8を介して二次電池1に電力を供給する。充電電圧は充電開始から時間が経つにつれて徐々に上昇する。
First, when the
この状態を、図3、図4を参照して説明すると、バイメタル片24は凹面が下向きの状態になり、可動導体片27(10d)は第1接点10bである第1のリード端子22と固定接点10aである第3のリード端子26を導通させる。ここで、バイメタル片24が可動導体片27とPTC12の第3の電極13cを導通させたとしても、PTC12は可動導体片27に比べて電気抵抗が大きいのでバイメタル片24を反転させるような量で発熱することはない。
This state will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The
その充電電圧が過充電状態になって第1の配線6と第2配線8の間のツェナーダイオード14に閾値以上の電圧が印加すると、ツェナーダイオード14には第1の配線6から第2の配線8に向けて電流が流れ、これによりPTC12にも電流が流れる。
When the charging voltage is overcharged and a voltage higher than the threshold is applied to the
この結果、PTC12は発熱し、その温度が所定値、例えば80℃に達すると、図3、図4に示すバイメタル片24の凹面が反転して可動導体片27がバリアメタル片24により持ち上げられて第1のリード端子22から離れ、二次電池1への充電を停止させるとともに、バイメタル片24は可動導体片27(10d)とPTC12の第3の電極13cを電気的に接続してPTC12の一部に電流を流す。
As a result, the
即ち、図2において、ツェナーダイオード14に逆電流が流れると、PTC12a,12bに電流が流れて発熱し、可動導体片10dがバイメタルスイッチ10の固定点10aと第2接点10cを導通させた状態にして、第2の配線8の途中を電気的に切断し、さらに、第2の配線8とバイメタルスイッチ10を介して一方のPTC12aに電流を流す。
That is, in FIG. 2, when a reverse current flows through the
従って、第1のPTC12aに熱的に接続されるバイメタルスイッチ10は、自己保持する。この場合に、充電時の電力は、ツェナーダイオード14とPTC12を介して充電回路2に帰還させることができる。
Therefore, the
二次電池1の過充電状態が解除されてツェナーダイオード14がOFFした場合でも、PTC12に電流が流れてバイメタルスイッチ10を加熱した状態にするので、バイメタルスイッチ10はバイメタル片27のヒステリシス特性によって直ぐにはスイッチが切り替わらないので安定して動作することが可能になる。
なお、PTC12は、キュリー温度によって所定温度よりも高くなることはなく、樹脂製のケース本体20や蓋21を異常な変形あるいは溶融させる温度までは上昇しない。
Even when the overcharged state of the
Note that the
電子機器、例えば、携帯電話に装着される二次電池1は一般にリチウムイオン電池であり、リチウムイオン電池の充電方式は定電流、定電圧方式である。従って、ツェナーダイオード14に電流が流れることにより、二次電池1とPTC12の合成抵抗がほぼ一定に保持される。
The
ところで、充電回路2の故障、或いは充電側プラス端子4aと充電側マイナス端子4bが万一導電体により接触して短絡されると、保護回路3に過電流が流れて可動導体片27に過電流が流れる。この場合には、可動導体片27自身が発熱してバイメタル片24を加熱するので、これによりバイメタル片24の凹面が上側になるように反転して可動導体片27を持ち上げ、可動導体片27と第1のリード端子22の接触を断って二次電池1への充電を断つとともに、PTC12の第3の電極13cには可動導体片27及びバイメタル片24(10d)を介して電流が流れる。
By the way, if the charging
これにより、PTC12が発熱して可動導体片27の状態をそのままに保持するので、バイメタル片24の凹面が上を向いた状態が自己保持される。また、PTC12は高抵抗なので、PTC12を通して電流が流れても過電流になることは防止される。また、キュリー点を有するPTC12を用いれば、PTC12自身が必要以上に発熱することがない。
As a result, the
以上のような保護回路3では、充電回路2を外して温度が所定値以下、例えば室温以下となると可動導体片27(10d)が元に戻り、充電可能な状態に復帰する。
In the
本発明では、発熱素子12bが有する抵抗Rb、発熱素子12aが有する抵抗Ra、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替えるのに必要な電流の最小値I、二次電池の保護電圧X、充電回路2の電圧をYとしたとき、
Ra/Rb > (Y−X)/X ・・・(1)
Ra+Rb < X/I ・・・(2)
Ra > 0 ・・・(3)
Rb > 0 ・・・(4)
と規定している。これは電池を過充電及び過電圧から保護するためである。上記(1)(2)(3)(4)式をすべて満たさない場合は、充電電圧が前記二次電池の保護電圧Xを超えてしまい、二次電池が高温となり、最悪膨張・発火・破裂する問題が発生する。例えばリチウムイオン二次電池の場合、Y=30V、X=4.2V、I=0.2Aと設計すると、式(1)はRa/Rb>6.143となる。また式にはRa+Rb<21(Ω)となる。
In the present invention, the resistance Rb included in the
Ra / Rb> (Y-X) / X (1)
Ra + Rb <X / I (2)
Ra> 0 (3)
Rb> 0 (4)
It stipulates. This is to protect the battery from overcharging and overvoltage. If all of the above formulas (1), (2), (3), and (4) are not satisfied, the charging voltage exceeds the protection voltage X of the secondary battery, the secondary battery becomes high temperature, and the worst expansion, ignition, and rupture Problems occur. For example, in the case of a lithium ion secondary battery, if Y = 30V, X = 4.2V, and I = 0.2A, the formula (1) becomes Ra / Rb> 6.143. In the formula, Ra + Rb <21 (Ω).
(第3の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図、図6は、図5に示すサーマルプロテクタの可動導体片を示す斜視図である。図5、図6において、図3と同じ符号は同じ要素を示している。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a sectional view showing a thermal protector constituting a protection circuit according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view showing a movable conductor piece of the thermal protector shown in FIG. 5 and 6, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same elements.
図5において、ケース本体21の底部のほぼ中央には、第1実施形態と同様に、PTC12が取り付けられ、そのPTC12の下面の第1の電極13aは第1のリード端子22に接続され、その下面の第2の電極13bは第2のリード端子23に接続されている。
In FIG. 5, a
PTC12の上方には、図3、図4の可動導体片24とバイメタル片24を一体化した可動導体片30が配置されている。この可動導体片30は、例えば高熱膨脹側はCu−Ni−Mn(Mn含有量:50mass%から75mass%程度)やCu−Zn等、低熱膨脹側はNi−Fe(Ni含有量:30mass%から50ass%程度)等の2つの材料を積層させたバイメタル構造を有し、また、図5に示すようにPTC12の上方で四角、丸、楕円等に拡幅された平面形状を有し、その拡幅部分30aは湾曲して常温で凹面が下向きになる反転中心部を有している。
Above the
この可動導体片30の第1端部には、第1のリード端子22に接離可能な可動接点31が取り付けられている。さらに、可動導体片30の第2の端部は第3のリード端子26に接続されている。
A
このようなサーマルプロテクタ9を図2(a)に示すような保護回路3に用いると、過充電状態ではツェナーダイオード14の閾値よりも電圧が高くなってツェナー電流が流れ、PTC12が発熱してバイメタルからなる可動導体片30の凹面を上向きに反転させ、図2(a)に示すバイメタルスイッチ10の第2接点10cと固定点10aを接続して、第2の配線8の途中に直列に高抵抗なPTC12を接続した状態になる。これにより、PTC12には電流が流れて発熱が持続し、可動導体片30(10d)が自己保持することになる。
When such a
また、保護回路3に過電流が流れる場合には、サーマルプロテクタ9内の可動導体片30は発熱して、それ自身の熱により拡幅部30aの凹面が反転して、図2に示すバイメタルスイッチ10の第2接点10cと固定点10aを接続するとともに、第2の配線8の途中に高抵抗なPTC12を直列に接続した状態になる。これにより、PTC12には電流が流れて発熱が持続し、可動導体片30(10d)は自己保持されることになる。
Further, when an overcurrent flows through the
(第4の実施の形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係る保護回路を介して充電回路と二次電池を接続する回路図、図8は、その保護回路に用いられるサーマルプロテクタを示す断面図である。図7において、図2と同じ符号は同じ要素を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a circuit diagram for connecting a charging circuit and a secondary battery via a protection circuit according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a thermal protector used in the protection circuit. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same elements.
図7において、二次電池1は、保護回路3を介して直流の充電回路2に接続されて充電されている。
保護回路3は、第1実施形態と同様に、充電側プラス端子4a、充電側マイナス端子4b、電池側プラス端子5a及び電池側マイナス端子5bとを有している。そして、充電側プラス端子4aと電池側プラス端子5aは第1の配線6を介して接続され、また、充電側マイナス端子4bと電池側マイナス端子5bは第2の配線8を介して接続されている。
In FIG. 7, the
Similarly to the first embodiment, the
第2の配線8の途中には、サーマルプロテクタ9が直列に接続されている。サーマルプロテクタ9は、互いに熱的に接続されるバイメタルスイッチ10と発熱素子11を有している。
In the middle of the
バイメタルスイッチ10は、充電側マイナス端子4bに接続される固定点10aと、電池側マイナス端子5bに接続される第1接点10bと、発熱素子11に接続される第2接点10cとを有し、過電流、過電圧以外の状態では第1接点10bと固定点10aが電気的に接続され、過電流、過電圧時には第2接点10cと固定点10aが電気的に接続される構造を有している。バイメタルスイッチ10の発熱、又は、発熱素子11の発熱により固定点10aと第2接点10cが電気的に接続する一方、常温では固定点10aと第1接点10bが電気的に接続する構造を有している。
The
また、発熱素子11は、2つのPTC12a、12bを直列に接続された回路構成を有し、その第1の電極13aはバイメタルスイッチ10の第2接点10cに接続され、第2の電極13bはツェナーダイオード14を介して第1の配線6に接続され、また、2つのPTC12a,12bの第3の電極13cは電池側マイナス端子5bに接続されている。
The
ツェナーダイオード14は、アノードを発熱素子11の第2の電極13bに接続し、カソードを第1の配線6に接続することにより、発熱素子11を介して第1の配線6と第2の配線8に接続された構造となっている。
The
ところで、第1及び第2のPTC12a、12bとバイメタルスイッチ10は、図6に示すように、1つのケースに入れられて熱的に接続した構造を有する。
Incidentally, the first and
図8は、本発明の第3実施形態に係る保護回路に用いられるサーマルプロテクタ9を示す断面図である。
図8において、サーマルプロテクタ9は、1つのケースに入れられて発熱素子である第1及び第2のPTC12a,12bとバイメタル片24とを熱的に接続した構造を有する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a
In FIG. 8, the
第1のPTC12aは、内部が空洞のケース本体21内の底部に取り付けられている。
第1のPTC12aの下面に取り付けられた第3の電極13cは、ケース本体21の一側部を貫通して外部に引き出される第1リード端子32に接続されている。
The
The
また、第1のPTC12aの上には、第1実施形態と同様に、反転中心部をほぼ中央に設けたバイメタル片24が配置され、そのバイメタル片24は常温で凹面が下向きとなり、所定温度に加熱された状態で凹面が上向きに反転する構造を有しており、上から見た形状は略四角形、円形、楕円形等となっている。
Also, on the
バイメタル片24は、常温では第1のPTC12aの周囲に設けたケース本体21内部の凸部25に縁が接触する。また、バイメタル片24が加熱されてその凹面が反転した状態では、バイメタル片24のほぼ中央部が第1のPTC12aの上面の第1の電極13aのほぼ中央部に接触する。バイメタル片24の材料は、第1実施形態と同じであり、凹面の反転と温度の関係はヒステリシス特性を有している。
The edge of the
また、ケース本体21の他側には、第3のリード端子26が貫通して取り付けられている。さらに、第3のリード端子26の上には、可動導体片33が配置されている。可動導体片33の固定端は第3のリード端子26に接続され、その可動端は、第1のリード端子32に接離可能な可動接点34を有している。
Further, a
その可動導体片33は、バイメタル片24の凹面が下向きの場合にケース本体21内で第1のリード端子32に接続し、その凹面が上向きに反転することによりバイメタル片24により押し上げられて第1のリード端子32から離れるとともにバイメタル片を介して第1のPTC12aの第1の電極13aに電気的に接続する構造となっている。
The
また、可動導体片33の材料は、Cu−Be合金が好ましいが、リン青銅、Cu−Ti合金、洋白、黄銅、Cu−Ni−Si合金等の導電性材料を用いてもよい。
Moreover, although the material of the
また、可動導体片33には、凹面が上方に反転しているバイメタル片24に接触する突起33aがプレス成形により形成されている。なお、突起33aとして導電部材を溶着してもよい。
Further, the
さらに、ケース本体20の上面を覆う蓋21には、ケース本体20内に置かれる第2のPTC12bが取り付けられている。第2のPTC12bの一面に形成された第3端子13dは、蓋21の下面に形成された配線パターン35を介して第1のリード端子32に接続され、また、第2のPCT12bの一面に形成された第2の電極13bは、蓋21の下面に取り付けられた第2のリード端子23に接続されている。第2のリード端子23はケース本体20の外部に引き出されている。
Further, a
第1〜第3のリード端子32,23,26、及び配線パターン35を構成する材料は、銅が好ましいが、リン青銅、Cu−Ti合金、Cu−Be合金、洋白、黄銅、Cu−Ni−Si合金等の導電性材料を用いてもよい。また、第1のリード端子32の固定接点32a、及び可動導体片33の可動接点34は、ニッケル−銀合金が好ましく、具体的にはニッケル10mass%を含む銀合金が好ましいが、銅−銀合金、金−銀合金、炭素−Ag合金、タングステン−銀合金などを用いてもよい。
The material constituting the first to
ケース本体20と蓋21を構成する材料は、第1実施形態と同じ樹脂が用いられる。ケース本体20と蓋21は超音波溶接等により溶着される。
The material constituting the
以上のような保護回路3に用いると、二次電池1への充電が正常に行われている場合には、サーマルプロテクタ9内でバイメタル片24の凹面を上向きに反転させるような発熱は第1及び第2のPTC12a,12bからは生じないので、第1のリード端子32と第3のリード端子26は可動導体片33を介して電気的に接続されている。則ち、図7に示すバイメタルスイッチ10では固定点10aと第1接点10bが可動導体片33(10d)を介して電気的に接続されて第2の配線8を低抵抗で導通させる。
When used in the
これに対して、過充電状態ではツェナーダイオード14のツェナー電流の流れにより第2のPTC12bが発熱してバイメタル片24の凹面を上向きに反転させ、これにより、可動導体片33の可動接点34が第1のリード線32の固定接点32aから離れるとともに、可動導体片33はバイメタル片24を介して第1のPTC12aの第1の電極13aに電気的に接続される。
On the other hand, in the overcharge state, the
これにより、第2の配線8の途中には直列に高抵抗な第1のPTC12aが接続された状態になる。しかも、第1のPTC12aには電流が流れて第1のPTC12aが発熱し、バイメタル片24の凹面を上向きの状態に保持するので、可動導体片33を自己保持させることになる。
As a result, the
また、保護回路3に過電流が流れる場合には、サーマルプロテクタ9内の可動導体片33は発熱して、その熱によりバイメタル片24の凹面を上向きに反転させてバイメタルスイッチ10の第2接点10cと固定点10aを電気的に接続するとともに、第2の配線8の途中に直列に高抵抗な第1のPTC12aを接続した状態になる。これにより、第1のPTC12aには電流が流れて熱が発生し、可動導体片24によるバイメタルスイッチ10の第2接点10cと固定点10aが接続する状態が保持される。
When an overcurrent flows through the
(第5の実施の形態)
図9は、本発明の第4の実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図9において、図8と同じ符号は同じ要素を示している。
図9において、ケース本体20底部のほぼ中央には、第3実施形態と同様に、第1のPTC12aが取り付けられ、第1のPTC12aの下側の第3の電極13cは第1のリード端子32に接続されている。そのケース本体20の底部には、第2のリード23の途中に直列に接続されたスイッチング回路39、例えばツェナーダイオード14が配置されている。このようにスイッチング回路39をケース本体20に内蔵する構造は、上述した実施形態及び後述する実施形態に適用してもよい。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a thermal protector constituting a protection circuit according to the fourth embodiment of the present invention. 9, the same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same elements.
In FIG. 9, the
第1のPTC12aの上には図6に示すような形状の可動導体片30が配置されている。その可動導体片30は、ケース本体20内で第1のリード端子32に接離可能な可動接点28を有する第1端部と、第2のリード端子26に接続固定される第2端部を有している。この可動導体片30は、バイメタルから構成され、第1のPTC12aの上方で四角、丸、楕円等に拡幅した平面形状を有し、その拡幅部分30aは常温で凹面を下向きにする反転中心部を有している。
A
また、ケース本体20の上面を覆う蓋21の下面には、第3実施形態と同様に、第2のPTC12bが取り付けられ、第2のPTC12bの第3端子13dは蓋の下面の配線パターン35を介して第1のリード端子32に接続され、さらに、第2のPTC12bの第2端子13bは蓋21の下面から引き出される第3のリード端子23に接続されている。
Similarly to the third embodiment, the
このようなサーマルプロテクタ9を図7に示すような保護回路3に用いると、過充電状態ではツェナーダイオード14のツェナー電流の流れにより第2のPTC12bが発熱してバイメタルからなる可動導体片30の凹面を上向きに反転させ、バイメタルスイッチ10の第2接点10cと固定点10aを接続するとともに、可動導体片30を介して第1のPTC12aの第1の電極13aと第3のリード端子26を電気的に接続する。
When such a
これにより、図7に示す第2の配線8の途中に高抵抗な第1のPTC12aを直列に接続した状態になり、第1のPTC12aには電流が流れて発熱が続き、可動導体片30による第2接点10cと固定点12aの接続状態を自己保持させることになる。これにより、二次電池1への過充電が防止される。
As a result, the
また、保護回路3に過電流が流れる場合には、サーマルプロテクタ3内の可動導体片30は発熱して、それ自身の熱により凹面が反転して第1のリード端子32から離れるとともに、第1のPTC12aを第2の配線8に直列に接続した状態となる。これにより、第1のPTC12aには電流が流れて発熱が続いて可動導体片30による第1接点10bと固定点10aの離反状態を自己保持させることになる。これにより、二次電池1には過電流が流れなくなる。
In addition, when an overcurrent flows through the
(第6の実施の形態)
図10は、本発明の第1実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a circuit diagram showing a state in which the secondary battery and the charger are connected via the secondary battery protection circuit according to the first embodiment of the present invention.
図10において、二次電池1は、保護回路3を介して直流の充電回路2に接続されて充電されている。
In FIG. 10, the
保護回路3は、第1実施形態と同様に、充電側プラス端子4a、充電側マイナス端子4b、電池側プラス端子5a及び電池側マイナス端子5bとを有している。そして、充電側プラス端子4aと電池側プラス端子5aは第1の配線6を介して接続され、また、充電側マイナス端子4bと電池側マイナス端子5bは第2の配線8を介して接続されている。
Similarly to the first embodiment, the
第2の配線8の途中には、第1実施形態又は第2実施形態に示したサーマルプロテクタ9が直列に接続されている。サーマルプロテクタ9は、互いに熱的に接続されるバイメタルスイッチ10と発熱素子11を有し、例えば、図3、図5と同じ構造を有している。
In the middle of the
バイメタルスイッチ10は、電池側マイナス端子5bに接続される固定点10aと、充電側マイナス端子4bに接続される第1接点10bと、発熱素子11に接続される第2接点10cとを有し、過電流、過電圧以外の状態では第1接点10bと固定点10aが電気的に接続され、過電流、過電圧時には第2接点10cと固定点10aが電気的に接続される構造を有している。
The
バイメタルスイッチ10の発熱、又は、発熱素子11からの熱により、可動導体片10dが切り替わって固定点10aと第2接点10cを電気的に接続する。
Due to the heat generated by the
また、発熱素子11は、2つのPTC12a、12bを直列に接続した回路構成を有している。発熱素子11の第1の電極13aはバイメタルスイッチ10の第1接点10bに接続され、第2の電極13bはバイパス回路40を介して第1の配線6に接続されている。さらに、2つのPTC12a,12bの接続点は、バイメタルスイッチ10の第2接点10cに接続されている。
The
また、保護回路3の第1の配線6と第2の配線8には電圧検出回路41が接続されている。
A
電圧検出回路41は、二次電池1の端子間電圧を検出するために、高抵抗値の抵抗素子41a,41bを少なくとも2つ直列に接続して構成され、各抵抗素子41a,41bの抵抗比を予め選択することにより各抵抗素子41a,41bの各々にかかる電圧が設計されている。それらの抵抗素子41a,41bは、例えば数千Ω程度の抵抗値を有し、充電回路2に並列に接続された状態でも電流が殆ど流れない状態となる。即ち、充電時には大部分の電流が充電回路2から二次電池1に流れるような電圧検出回路41の抵抗値に設計されている。本実施形態での電圧検出回路41は、第1及び第2の抵抗素子41a,41bを直列に接続して構成され、それらの抵抗比を調整することにより、第1及び第2の抵抗素子41a,41bのそれぞれにかかる電圧が設計される。
The
バイパス回路40は、スイッチング素子として例えばnチャネル電界効果トランジスタ(n−FET)40aを有し、このn−FET40aのソースは発熱素子11の第2の電極13bに接続され、そのドレインは第1の配線6に接続されている。また、n−FET40aのゲートは、電圧検出回路41の第1の抵抗素子41aと第2の抵抗素子41bの接続点に接続されていて、その接続点の電圧がn−FET40aのゲート電圧となるように構成されている。このようなバイパス回路40は電圧検出器41とともにスイッチング回路を構成する。
The
これにより、二次電池1の正常な充電の状態では、バイパス回路40が遮断された状態となって、バイパス回路40には電流が流れない。しかし、二次電池1が過充電状態になると、二次電池1の電圧が上昇して電圧検出回路41からバイパス回路40への電圧信号が閾値電圧を上回ってバイパス回路40が通電状態となり、充電回路2から二次電池1に供給される充電時の電力はバイパス回路40を通してサーマルプロテクタ9の発熱素子11であるPTC12a,12bに流れる。
Thereby, in the normal charge state of the
これにより、第1実施形態と同様に、バイメタルスイッチ10が切り替わって第2の配線8に直列にPTC12aを接続した状態になり、そのPTC12aの発熱によりバイメタルスイッチ10がその状態を自己保持する。これにより、第2の配線8は電気的に高抵抗となって実質的に切断された状態となる。
As a result, similarly to the first embodiment, the
また、保護回路3に過電流が流れる場合には、バイメタルスイッチ10の温度が高くなって、第1実施形態と同様に、バイメタルスイッチ10の可動導電体10dの接続点が第1接点10bから第2接点10cに切り替わって第2の配線8に直列にPTC12aを接続した状態になり、そのPTC12aの発熱によりバイメタルスイッチ10が切り替わった状態を自己保持する。これにより、第2の配線8は電気的に高抵抗となって実質的に切断された状態となる。
In addition, when an overcurrent flows through the
なお、サーマルプロテクタ9として、図8、図9に示した構造の部品を用いても良く、その等価回路は図11のようになる。
In addition, you may use the components of the structure shown in FIG. 8, FIG. 9 as the
(第7の実施の形態)
図14は、本発明の第7実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is a circuit diagram showing a state where the secondary battery and the charger are connected via the secondary battery protection circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
図14において、二次電池1は、保護回路3を介して直流の充電回路2に接続されて充電されている。保護回路3は第2の配線8を介して接続されている。第2の配線8の途中には、第1実施形態又は第2実施形態に示したサーマルプロテクタ9が直列に接続されている。サーマルプロテクタ9の動作内容については第5の実施の形態に記載した内容と同一である。
In FIG. 14, the
保護回路3の第1の配線6と第2の配線8には電圧検出回路41が接続されている。電圧検出回路41の動作内容については第5の実施の形態に記載した内容と同一である。
A
電圧検出回路41で直列に接続された第1及び第2の抵抗素子41a,41bの接続点と、スイッチング素子例えばn−FET40aのゲート接点との間にコンパレータ52が接続されている。
A
コンパレータ52により電圧検出回路41からバイパス回路40への電圧信号が過充電時の閾値電圧を超えたときにのみバイパス回路40が通電状態となる。閾値電圧以下の場合はスイッチング素子n−FET40aのドレイン、ソース間に流れるもれ電流が抑制又は防止され、バイパス回路40への通電がより確実に行える。
The
さらに、二次電池1が保護回路3を介して図示しない負荷に接続される場合、つまり負荷への放電時において、負荷に供給される以外に保護回路3へ流れるもれ電流を極力小さく、あるいは防止して、二次電池1の放電特性に影響を及ぼさないようにすることが望ましい。
Further, when the
保護回路3の設計は、例えば、二次電池が充電電圧が4.2Vのリチウムイオン電池の場合、コンパレータ52の所定の閾値電圧を、4.5V付近とすれば、二次電池の放電電圧は4.2V以下であるため、放電時の保護回路3に流れるもれ電流は抑制され、リチウムイオン電池の放電特性に与える影響を小さくできる。例えば、41bの抵抗をMΩのオーダ、コンパレータ52の閾値電圧を4.5Vとした場合、保護回路3のもれ電流を数μA以下に抑えることができる。
For example, when the secondary battery is a lithium ion battery with a charging voltage of 4.2 V, the discharge voltage of the secondary battery is set to about 4.5 V if the predetermined threshold voltage of the
なお、コンパレータ52はマイナス側に任意の場所から、基準電位Vref(零電位を含む)を持つように設けられている。また、例えば、コンパレータ52のマイナス側は、充電回路2のマイナス側と接続されていても良い。
The
さらに、リード端子22やリード端子23及び/又はリード端子26を用いて、外部から任意の基準電位Vrefを印加できるようにしてよい。あるいは、リード端子22とリード端子23及び/又はリード端子26とは別にリード端子Lを少なくとも1つ設け、コンパレータのマイナス側とこのリード端子Lを接続し、外部から任意の基準電位Vrefを印加できるようにしてよい。
Further, an arbitrary reference potential Vref may be externally applied using the
(第8の実施の形態)
図15は、本発明の第7実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図である。
(Eighth embodiment)
FIG. 15 is a circuit diagram showing a state where the secondary battery and the charger are connected via the secondary battery protection circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
図15において、二次電池1は、保護回路3を介して直流の充電回路2に接続されて充電されている。
第1の配線6の途中には、第1実施形態に示したサーマルプロテクタ9が直列に接続されている。すなわち第1実施形態では2次電池1の負極側に接続されたサーマルプロテクタ9が、本実施形態では正極側に接続されているところが異なる(この場合、バイパス回路40にN−FET40aを用いるとよい)。
In FIG. 15, the
In the middle of the
図15は、第7の実施の形態での回路図(図14)をもとにしているが、同様の構成は第2、第4、第6などの実施の形態(図2、図7、図10、図11)においても実現できる。 FIG. 15 is based on the circuit diagram (FIG. 14) in the seventh embodiment, but the same configuration is used in the second, fourth, sixth, etc. embodiments (FIGS. 2, 7, and 7). 10 and 11).
(第9の実施の形態)
図16(d)は、本発明の第9実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図16において、図5と同じ符号は同じ要素を示している。
(Ninth embodiment)
FIG. 16D is a cross-sectional view showing a thermal protector constituting the protection circuit according to the ninth embodiment of the present invention. 16, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same elements.
図16(a)、(b)、(c)はそれぞれ可動導体片30、支え部品35、及び発熱素子12(11)であり、これらの部品を組立てることにより(d)に示すサーマルプロテクタが構成されることを示す。
FIGS. 16A, 16B, and 16C show the
発熱素子12(11)は、本実施例では上部が丸い支持部材13a及び13b等の上に搭載されている。発熱素子と支持部材との間での熱的接触を極力少なくし、かつ電気的には十分な接触をはかるためである。支持部材13a及び13bは、それぞれ外部端子22、23と電気的に接続されている。また、支え部品35は、発熱素子と支持部材との電気的な接触をはかるために発熱素子を上部から押圧するために設けられている。
In the present embodiment, the heat generating element 12 (11) is mounted on the
過充電状態でPTC12が発熱してバイメタルからなる可動導体片30の凹部を上向きに反転させることにより二次電池への過充電が防止される方法は、前述した第2の実施の形態と同じである。
The method of preventing overcharging of the secondary battery by reversing the concave portion of the
(第10の実施の形態)
図17(e)は、本発明の第10実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図17において、図3と同じ符号は同じ要素を示している。
(Tenth embodiment)
FIG. 17E is a cross-sectional view showing a thermal protector constituting the protection circuit according to the tenth embodiment of the present invention. 17, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same elements.
図17(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれケースの上蓋21、可動導体片27、バイメタル24、及び発熱素子12(11)であり、これらの部品を組立てることにより図17
(e)に示すサーマルプロテクタが構成されることを示している。
FIGS. 17A, 17B, 17C, and 17D show a case
It shows that the thermal protector shown in (e) is configured.
ケースの上蓋21には中央下部に図17(a)に示す突起部が形成されている。この突起部により発熱素子12が押圧される。可動導体片27とバイメタル24には、上蓋21の突起部が貫通するための穴が図17(b)、図17(c)に示すとおりに形成されている。
A protrusion shown in FIG. 17A is formed on the
過充電状態でPTC12が発熱してバイメタル24がその凹部を上向きに反転させることにより可動導体片27を押し上げ、二次電池への過充電が防止される方法は、前述した第1の実施の形態と同じである。
The method in which the
(第11の実施の形態)
図18(e)は、本発明の第11実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図18において、図3と同じ符号は同じ要素を示している。
(Eleventh embodiment)
FIG. 18E is a cross-sectional view showing a thermal protector constituting the protection circuit according to the eleventh embodiment of the present invention. 18, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same elements.
図18(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ可動導体片27の斜視図、可動導体片27の断面図、バイメタル24、及び発熱素子12(11)であり、これらの部品を組立てることにより図18(e)に示すサーマルプロテクタが構成されることを示す。
18 (a), (b), (c), and (d) are a perspective view of the
可動導体片27の中央には図18(a)に示すように切り欠け部が設けられ、図18(b)に示すように本切り欠け部が下方に折り曲げられている。この切り欠け部の弾性力によりバイメタル24が押圧され、更にその下に設けられた発熱素子12が押圧される構造となっている。
A cutout portion is provided in the center of the
過充電状態でPTC12が発熱してバイメタル24がその凹部を上向きに反転させることにより可動導体片27を押し上げ、二次電池への過充電が防止される方法は、前述した第1の実施の形態と同じである。
The method in which the
上述した実施形態においては、図12に示すように、サーマルプロテクタ9、又は必要に応じて上記のスイッチング回路を加えたものを1つのケースに収納して二次電池保護装置51としてもよい。この二次電池保護装置51は、二次電池が収納されたケース52の片端にある電極53a,53bに接続固定され、さらに蓋体54によって封止され、これより二次電池パック50が構成される。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 12, the
また、蓋体54には二次電池保護装置51を介して二次電池に充電器を接続するための貫通孔55a、55bが設けられている。そして、二次電池パック50が充電器に電気的に接続されると、充電が開始され、二次電池保護装置51が機能し、二次電池パック50にて過充電を防止することができる。
Further, the cover body 54 is provided with through
ツェナーダイオード14、FET41a等からなるスイッチング回路をケース内に収容する場合、スイッチング回路は少なくとも電気的に接続されれば機能するので、電気配線を適当に行えば任意の位置に設けることができる。さらに、スイッチング回路としてダイオードやトランジスタを使用する場合、必要以上に高熱になる場所を避けることが好ましい。また、必要に応じて冷却あるいは温度制御する。
When a switching circuit composed of the
また、二次電池保護装置は、二次電池パックに収容固定するため、二次電池パックの小型化には、二次電池保護装置を小さくすることが望ましい。 Further, since the secondary battery protection device is housed and fixed in the secondary battery pack, it is desirable to make the secondary battery protection device small in order to reduce the size of the secondary battery pack.
また、本発明の保護装置又は保護回路は、例えば、電子機器や充電器側にスイッチング回路を備え、二次電池保護装置にはPTCとバイメタルスイッチのように分割して備えるようにしてよい。 The protection device or protection circuit of the present invention may be provided with a switching circuit on the electronic device or charger side, and the secondary battery protection device may be divided and provided as a PTC and a bimetal switch.
また、本発明の熱応動素子はバイメタルで説明したが、金属を3つ用いたトリメタルを使用してもよい。トリメタルは、例えば、高熱膨張型Cu-Ni-Mnと、中間層Cuと、低熱膨張側Ni−Feの3層からなるものがある。このときの中間層Cuは、熱応動素子の体積抵抗率を調整のために挿入し、熱応動素子自身に通電する電流による発熱量(電流の2乗×電気抵抗)を調整するものである。また、中間層には、Cu−Ni等を用いることもある。 Moreover, although the thermoresponsive element of the present invention has been described as bimetal, a trimetal using three metals may be used. Trimetals include, for example, three layers of high thermal expansion type Cu—Ni—Mn, intermediate layer Cu, and low thermal expansion side Ni—Fe. At this time, the intermediate layer Cu is inserted for adjusting the volume resistivity of the thermal responsive element, and adjusts the amount of heat generated by the current flowing through the thermal responsive element itself (square of electric current × electric resistance). Moreover, Cu-Ni etc. may be used for an intermediate | middle layer.
また、本発明は、充電後に負荷に接続された場合に、二次電池から負荷へ過放電された場合、過放電を保護する保護回路、保護部品、保護装置、電池パック等として用いることが可能である。 In addition, the present invention can be used as a protection circuit, a protection component, a protection device, a battery pack, etc. that protects overdischarge when it is connected to a load after charging and is overdischarged from the secondary battery to the load. It is.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
リチウムイオン二次電池を前記第2の実施の形態に記載の回路を用いて充電した。充電条件として、Y=30V、X=4.2V、I=0.2Aで行った。発熱素子12bが有する抵抗Rb、発熱素子12aが有する抵抗Raの値と充電の結果を表1に示す。
The lithium ion secondary battery was charged using the circuit described in the second embodiment. The charging conditions were Y = 30V, X = 4.2V, and I = 0.2A. Table 1 shows the value of the resistor Rb included in the
表1から明らかなように、本発明例は優れた特性を有する。しかし、比較例1、2、3、はRa、Rbが本願発明を満たさないので、リチウムイオン二次電池の表面温度が上昇した。 As is apparent from Table 1, the inventive examples have excellent characteristics. However, in Comparative Examples 1, 2, and 3, since Ra and Rb do not satisfy the present invention, the surface temperature of the lithium ion secondary battery increased.
1:二次電池
2:充電回路
3:保護回路
4a:充電側プラス端子
4b:充電側マイナス端子
5a:電池側プラス端子
5b:電池側マイナス端子
6、8:配線
9:サーマルプロテクタ
10:バイメタルスイッチ
11:発熱素子
12,12a,12b:PTC
35:支え部品
39:スイッチング回路
40:バイパス回路
41:電圧検出回路
50:電池パック
51:二次電池保護装置
52:コンパレータ
1: Secondary battery 2: Charging circuit 3:
35: Supporting part 39: Switching circuit 40: Bypass circuit 41: Voltage detection circuit 50: Battery pack 51: Secondary battery protection device 52: Comparator
Claims (20)
前記発熱素子の第1の抵抗要素が有する抵抗Rb、前記発熱素子の第2の抵抗要素が有する抵抗Ra、前記二次電池の保護電圧をX、前記充電回路の電圧をYとするとき、
Ra/Rb > (Y−X)/X
であることを特徴とする保護装置。 A switching circuit that is connected to a charging circuit that supplies power to a secondary battery or the like, is connected in parallel to the charging circuit and is conducted by a voltage equal to or higher than a threshold voltage, and a first resistor connected in series to the switching circuit Protection using a protection component comprising an element and a second resistance element connected in series to the charging circuit, wherein the first resistance element and the second resistance element are at least one heating element A device,
When the resistance Rb of the first resistance element of the heating element, the resistance Ra of the second resistance element of the heating element, the protection voltage of the secondary battery is X, and the voltage of the charging circuit is Y,
Ra / Rb> (Y-X) / X
The protective device characterized by being.
前記発熱素子の第1の抵抗要素が有する抵抗Rb、第2の抵抗要素が有する抵抗Ra、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替えるのに必要な電流の最小値I、二次電池の保護電圧X、充電回路の電圧をYとするとき、
Ra/Rb > (Y−X)/X ・・・(1)
Ra+Rb < X/I ・・・(2)
Ra > 0 ・・・(3)
Rb > 0 ・・・(4)
であることを特徴とする保護装置。 A switching circuit that is connected in parallel to a charging circuit that supplies power to the secondary battery and that conducts by a voltage equal to or higher than a threshold voltage; and a first resistance element and a second resistance element that are connected in series to the switching circuit A protection device using at least one heat generating element and a heat responsive element having a structure that switches the power supply to the heat generating element by the heat generated by the power supply or by the heat from the heat generating element. ,
The resistance Rb included in the first resistance element of the heating element, the resistance Ra included in the second resistance element, and the minimum current I required to switch the supply of power to the heating element by heat from the heating element. When the protection voltage X of the secondary battery and the voltage of the charging circuit are Y,
Ra / Rb> (Y-X) / X (1)
Ra + Rb <X / I (2)
Ra> 0 (3)
Rb> 0 (4)
The protective device characterized by being.
The secondary battery protection component according to claim 17, wherein the pressing member is a part of the movable conductor piece.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009207322A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Hitachi Maxell Ltd | Protection circuit for secondary battery, and battery pack equipped with the protection circuit |
JP2010185633A (en) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Air conditioning system |
JP2010233284A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Power supply device for vehicle |
WO2012081659A1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 | Protective device |
KR20170111616A (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-12 | 주식회사 엘지화학 | Overcharge protection circuit, secondary battery and method for protecting from overcharge using the same |
WO2020177746A1 (en) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | 宁德新能源科技有限公司 | Protector, battery core and battery |
-
2005
- 2005-08-02 JP JP2005223725A patent/JP2006296180A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009207322A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Hitachi Maxell Ltd | Protection circuit for secondary battery, and battery pack equipped with the protection circuit |
JP2010185633A (en) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Air conditioning system |
JP2010233284A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Power supply device for vehicle |
WO2012081659A1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 | Protective device |
JP6021645B2 (en) * | 2010-12-16 | 2016-11-09 | Littelfuseジャパン合同会社 | Protective device |
US9960000B2 (en) | 2010-12-16 | 2018-05-01 | Littelfuse Japan G.K. | Protective device |
KR20170111616A (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-12 | 주식회사 엘지화학 | Overcharge protection circuit, secondary battery and method for protecting from overcharge using the same |
KR102004476B1 (en) * | 2016-03-29 | 2019-07-26 | 주식회사 엘지화학 | Overcharge protection circuit, secondary battery and method for protecting from overcharge using the same |
WO2020177746A1 (en) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | 宁德新能源科技有限公司 | Protector, battery core and battery |
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