JP2006304487A - 二次電池の保護回路及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な回路で二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができる保護回路を提供する。
【解決手段】 二次電池６を接続するための接続端子Ｔ３と、二次電池６を充電する充電装置及び／又は二次電池６からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための接続端子Ｔ１と、接続端子Ｔ１及び接続端子Ｔ３の間に介設され、予め設定された所定の温度を超えた場合にオフするバイメタルスイッチＳＷ１と、バイメタルスイッチＳＷ１を加熱するためのヒータＲ２と、二次電池６により接続端子Ｔ３に印加された電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合にヒータＲ２を発熱させてバイメタルスイッチＳＷ１をオフさせる集積回路ＩＣ１とを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護する保護回路、およびこれを備えた電池パックに関する。

図１０は、背景技術に係る電池パックの構成を示す回路図である。図１０に示す電池パック１０１は、保護回路１０２と、二次電池１０３とを備えている。二次電池１０３は、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池等の充電可能な二次電池である。このような二次電池は、過剰に充電されたり放電電流が過大になったりすると、サイクル寿命等の特性が劣化したり、電池の膨張や変形等を招いたりする場合がある。そこで、電池パック１０１は、二次電池１０３を過剰な充電や、過大な放電電流から保護する保護回路１０２を備えている（例えば、特許文献１参照。）。

保護回路１０２は、外部接続端子１０４，１０５と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１０６，１０７と、基準電圧源１０８，１０９と、コンパレータ１１０，１１１と、抵抗１１２と、論理回路１１３とを備えている。

外部接続端子１０４，１０５は、二次電池１０３を充電するための充電装置を接続したり、二次電池１０３からの放電電流により駆動される携帯電話機やデジタルカメラ等のモバイル機器、電動工具、ロボット、電動自転車等の駆動用電源を接続したりするための接続端子である。そして、外部接続端子１０４と、二次電池１０３と、ＦＥＴ１０６と、ＦＥＴ１０７と、外部接続端子１０５とが直列に接続されている。

ＦＥＴ１０６は、寄生ダイオードのアノードが二次電池１０３側になる方向にされており、ＦＥＴ１０７は、寄生ダイオードのアノードが外部接続端子１０５側になる方向にされている。そして、ＦＥＴ１０６は、二次電池１０３の放電電流が過大になった場合に放電電流を遮断する過放電保護用のスイッチとして用いられ、ＦＥＴ１０７は、二次電池１０３が過充電になった場合に充電電流を遮断する過充電保護用のスイッチとして用いられる。

また、二次電池１０３の正極端子がコンパレータ１１０の＋端子に印加され、基準電圧源１０８から出力された基準電圧Ｖｒｅｆ１がコンパレータ１１０の−端子に印加され、コンパレータ１１０の出力端子が論理回路１１３に接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆ１としては、二次電池１０３の過充電を検出するための電圧が設定されている。そして、コンパレータ１１０は、外部接続端子１０４，１０５に接続された図略の充電装置によって二次電池１０３が充電され、二次電池１０３の端子電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、過充電を示す検知信号を論理回路１１３へ出力するようになっている。

また、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７との接続点が、抵抗１１２を介してコンパレータ１１１の−端子に接続され、基準電圧源１０９から出力された基準電圧Ｖｒｅｆ２がコンパレータ１１１の＋端子に印加されている。これにより、二次電池１０３からの放電電流がＦＥＴ１０６を流れ、ＦＥＴ１０６のオン抵抗により生じた電圧降下が抵抗１１２を介してコンパレータ１１１の−端子へ印加される。また、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、例えば二次電池１０３の特性劣化を招かない範囲での最大の放電電流がＦＥＴ１０６を流れた場合にＦＥＴ１０６のオン抵抗で生じる電圧降下に相当する電圧が設定されている。

そして、コンパレータ１１１は、例えば外部接続端子１０４，１０５が、金属片に接触したり、外部接続端子１０４，１０５に接続された負荷機器が故障したりすること等によって短絡し、二次電池１０３から過大な放電電流が流れると、ＦＥＴ１０６における電圧降下の上昇を検知して、過電流の放電を示す検知信号を論理回路１１３へ出力するようになっている。

論理回路１１３は、コンパレータ１１０から過充電を示す検知信号が出力されると、二次電池１０３の充電を停止させるべくＦＥＴ１０７をオフさせ、コンパレータ１１１から過電流の放電を示す検知信号が出力されると、二次電池１０３の放電を停止させるべくＦＥＴ１０６をオフさせる。これにより、保護回路１０２は、二次電池１０３を、過剰な充電や過電流の放電から保護するようになっている。

また、このように二次電池を過剰な充電や、過電流の放電から保護する保護回路としては、図１１に示す電池パック１２１のように、二次電池１２２とバイメタルスイッチ１２３とを直列に接続し、例えば外部接続端子１２４，１２５に接続された充電装置１２６が故障した場合等、充電が過剰となって二次電池１２２が発熱したりバイメタルスイッチ１２３が自己発熱したりすることによって、バイメタルスイッチ１２３が加熱されると、バイメタルスイッチ１２３がオフして充電電流を遮断し、二次電池１２２を保護するようにしたものが知られている。

また、図１２に示す電池パック１３１のように、所定の温度を超えた場合にオフするサーミスタであるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子であるＰＴＣ素子１３２を用いて、二次電池１３３とＰＴＣ素子１３２とを直列に接続し、例えば外部接続端子１３４，１３５に接続された充電装置１３６が故障した場合等、充電が過剰となって二次電池１３３が発熱したりＰＴＣ素子１３２が自己発熱したりすることによって、ＰＴＣ素子１３２が加熱されると、ＰＴＣ素子１３２がオフして充電電流を遮断し、二次電池１３３を保護するようにしたものが知られている。

図１３は、背景技術に係る電池パックの他の構成を示す回路図である。図１３に示す電池パック１４１は、例えば電動工具、電動自転車、あるいはロボット等、大きな負荷電流、例えば１００Ａ（１ｋＷ）を流す電気機器に用いられる電池パックである。電池パック１４１は、保護回路１４２と、二次電池１４３〜１４６とを備えている。二次電池１４３〜１４６は、電池パック１０１における二次電池１０３と同様の二次電池で、出力電力を増大させるべく、複数の二次電池１４３〜１４６が直列に接続されている。

保護回路１４２は、外部接続端子１４７，１４８と、ＦＥＴ１４９，１５０と、基準電圧源１５１〜１５９と、コンパレータ１６０〜１６８と、アンドゲート１６９，１７０と、抵抗１７１と、論理回路１７２とを備えている。

外部接続端子１４７，１４８は、電池パック１０１における外部接続端子１０４，１０５と同様の接続端子である。そして、外部接続端子１４７と、二次電池１４３〜１４６と、ＦＥＴ１４９と、ＦＥＴ１５０と、外部接続端子１４８とが直列に接続されている。

ＦＥＴ１４９は、電池パック１０１におけるＦＥＴ１０６と同様、二次電池１４３〜１４６の放電電流が過大になった場合に放電電流を遮断する過放電保護用のスイッチとして用いられ、ＦＥＴ１５０は、電池パック１０１におけるＦＥＴ１０７と同様、二次電池１４３〜１４６が過充電になった場合に充電電流を遮断する過充電保護用のスイッチとして用いられる。

コンパレータ１６０，１６２，１６４，１６６は、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６の過充電を検出するためのコンパレータで、コンパレータ１６１，１６３，１６５，１６７は、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６の過放電を検出するためのコンパレータである。

そして、コンパレータ１６０，１６２，１６４，１６６によって、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６の出力電圧と基準電圧源１５１，１５２，１５３，１５４から出力される基準電圧とがそれぞれ比較されてその比較結果を示す信号がアンドゲート１６９へ出力される。そして、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６の出力電圧が各基準電圧を超えると、過充電が検出されてアンドゲート１６９の出力電圧がローレベルで論理回路１７２へ出力され、論理回路１７２によってＦＥＴ１５０がオフされて、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６が過充電から保護される。

同様に、コンパレータ１６１，１６３，１６５，１６７によって、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６の出力電圧と基準電圧源１５５，１５６，１５７，１５８から出力される基準電圧とがそれぞれ比較されてその比較結果を示す信号がアンドゲート１７０へ出力される。そして、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６の出力電圧が各基準電圧を下回ると、過放電が検出されてアンドゲート１６９の出力電圧がハイレベルで論理回路１７２へ出力され、論理回路１７２によってＦＥＴ１４９がオフされて、二次電池１４３，１４４，１４５，１４６が過放電から保護される。

また、ＦＥＴ１４９とＦＥＴ１５０との接続点が、抵抗１７１を介してコンパレータ１６８の＋端子に接続され、基準電圧源１５９から出力された基準電圧がコンパレータ１６８の−端子に印加されている。これにより、二次電池１４３〜１４６からの放電電流がＦＥＴ１４９を流れ、ＦＥＴ１４９のオン抵抗により生じた電圧降下が抵抗１７１を介してコンパレータ１６８の＋端子へ印加される。また、基準電圧源１５９は、例えば二次電池１４３〜１４６の特性劣化を招かない範囲での最大の放電電流がＦＥＴ１４９を流れた場合にＦＥＴ１４９のオン抵抗で生じる電圧降下に相当する電圧が設定されている。

そして、コンパレータ１６８は、二次電池１４３〜１４６から過大な放電電流が流れると、ＦＥＴ１４９における電圧降下の上昇を検知して、過電流の放電を示す検知信号を論理回路１７２へ出力するようになっている。

論理回路１７２は、コンパレータ１６８から過電流の放電を示す検知信号が出力されると、二次電池１４３〜１４６の放電を停止させるべくＦＥＴ１４９をオフさせる。これにより、保護回路１４２は、二次電池１４３〜１４６を、過剰な充放電や過電流の放電から保護するようになっている。
特開平４−７５４３０号公報

しかしながら、図１０に示す保護回路１０２は、ＦＥＴには寄生ダイオードが有るために、電流の流れる方向が異なる放電電流と充電電流とを一つのＦＥＴで遮断することができず、放電電流を遮断するＦＥＴ１０６と、充電電流を遮断するＦＥＴ１０７とを備える必要があった。また、過充電を検出するために基準電圧源１０８とコンパレータ１１０とを必要とし、過大な放電電流を検出するために基準電圧源１０９とコンパレータ１１１と抵抗１１２とを必要とし、コンパレータ１１０，１１１の出力信号に基づき２つのＦＥＴ１０６，１０７をオンオフさせる論理回路１１３を必要とするため、保護回路１０２の回路規模が増大するという不都合があった。

特に、図１３に示す電池パック１４１のように、大きな負荷電流を流す必要のある場合には、ＦＥＴ１４９，１５０として電流定格の大きなトランジスタを使用する必要があるためＦＥＴ１４９，１５０が大型化し、かつコストが上昇するという不都合があった。さらに、二次電池を直列接続して出力電圧を増大すると、ＦＥＴ１４９，１５０の耐電圧を増大させる必要があるが、耐電圧の高いトランジスタはオン抵抗が増大する傾向があるため、ＦＥＴ１４９，１５０における電力損失が増大するという不都合があった。

また、図１１や図１２に示すように、バイメタルスイッチやＰＴＣ素子等の温度によって動作する温度スイッチを二次電池と直列に接続することで二次電池を過充電から保護する構成では、過充電を検出する精度が低いため、例えば充電電圧の制御精度の低い粗悪な充電装置によって電池パックの充電が行われた場合のように、温度が急激に上昇しない程度の充電電流で二次電池の充電が継続すると、温度スイッチが動作しないまま二次電池が過充電され、二次電池の特性が劣化したり、電池の膨張や変形等を招いたりするおそれがあるという不都合があった。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、簡素な回路で二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができる保護回路を提供することを目的とする。そして、このような保護回路を備えた電池パックを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る二次電池の保護回路は、二次電池を接続するための第１の接続端子と、前記二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第２の接続端子と、前記第１及び第２の接続端子間に設けられ、予め設定された所定の温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、前記感熱スイッチを加熱するためのヒータと、前記第１の接続端子の電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合に前記ヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせる過充電保護制御部とを備えることを特徴としている。

また、上述の二次電池の保護回路において、前記ヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタであることを特徴としている。

また、上述の二次電池の保護回路において、前記感熱スイッチは、バイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種であることを特徴としている。

また、上述の二次電池の保護回路において、前記感熱スイッチと直列に接続されたヒューズをさらに備え、前記感熱スイッチは、前記ヒューズよりも先にオフするべく動作条件が設定されていることを特徴としている。

そして、本発明の第２の手段に係る電池パックは、上述の二次電池の保護回路と、前記二次電池の保護回路における第１の接続端子に接続された二次電池と、前記二次電池を収容する有底の容器と、前記保護回路を構成する配線パターンを備えた外部端子接続ユニットとを備え、前記保護回路は、前記外部端子接続ユニットに形成されていることを特徴としている。

また、上述の電池パックにおいて、前記配線パターンは、前記外部端子接続ユニットにおける前記容器に収容された二次電池と対向する側の表面に印刷形成されていることを特徴としている。

また、上述の電池パックにおいて、前記感熱スイッチは、前記外部端子接続ユニットにおける前記容器に収容された二次電池と対向する位置に配設されることを特徴としている。

また、上述の電池パックにおいて、前記過充電保護制御部を覆うように設けられた導電性のカバーをさらに備え、前記カバーは、前記過充電保護制御部を跨いで前記過充電保護制御部の両側に形成された配線パターン間を接続するべく取り付けられていることを特徴としている。

また、上述の電池パックにおいて、前記感熱スイッチと直列に接続されたヒューズをさらに備え、前記感熱スイッチは、前記ヒューズよりも先にオフするべく動作条件が設定されており、前記ヒューズは、前記カバーにおける前記容器に収容された二次電池と対向する位置に配設されていることを特徴としている。

また、上述の電池パックにおいて、前記感熱スイッチは、バイメタル、形状記憶合金、及び形状記憶樹脂のうちから選ばれた１種の温度に応じた変形によって駆動される可動切片を備え、前記外部端子接続ユニットにおける前記容器に収容された二次電池と対向する側の表面に、前記可動切片を支持する支持部材が形成されていることを特徴としている。

このような構成の二次電池の保護回路は、第１の接続端子から第２の接続端子へ放電された電流が所定の電流値を超えた場合に感熱スイッチが自己発熱によりオフして放電電流を遮断するので、二次電池を過大な放電電流から保護することができる。また、第１の接続端子に印加された電圧が予め設定された基準電圧を超えた場合に、過充電保護制御部によってヒータが発熱され、ヒータにより感熱スイッチが加熱されることによって感熱スイッチがオフして充電電流を遮断するので、二次電池を過剰な充電から保護することができる。また、放電電流と充電電流とを一つの感熱スイッチにより遮断することができるので、回路を簡素化することができる。

また、上述の二次電池の保護回路によれば、ヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタなので、ヒータを発熱させるとその自己発熱により抵抗値が増大してヒータを流れる電流が減少する結果、ヒータが過度に発熱することを抑制することができる。

また、上述の二次電池の保護回路によれば、感熱スイッチとしてバイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種が用いられるので、感熱スイッチを予め設定された所定の温度を超えた場合にオフすると共に二次電池の充放電電流が予め設定された所定の電流値を超えた場合に自己発熱によりオフさせることができる。

また、上述の二次電池の保護回路によれば、感熱スイッチはヒューズよりも先にオフするので、感熱スイッチが故障していなければヒューズが溶断することがなく、二次電池の保護動作を繰り返し行うことができる。また、感熱スイッチが故障していれば、ヒューズが溶断することにより二次電池の保護動作を行うことができるので、保護動作の信頼性を向上させることができる。

そして、このような構成の電池パックは、上述の二次電池の保護回路が外部端子接続ユニットに形成され、当該保護回路によって、有底の容器に収容された二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができる。

また、上述の電池パックによれば、上述の保護回路を構成する配線パターンは、外部端子接続ユニットにおける容器に収容された二次電池と対向する側の表面に印刷形成されているので、保護回路を構成するために別途基板を必要とせず、保護回路を小型化することができる。

また、上述の電池パックによれば、感熱スイッチは、外部端子接続ユニットにおける容器に収容された二次電池と対向する位置に配設されるので、充放電により二次電池が発熱すると感熱スイッチが加熱される。そして、感熱スイッチの温度が予め設定された所定の温度を超えると、感熱スイッチがオフして二次電池の充放電電流が遮断されるので、二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができる。

また、上述の電池パックによれば、導電性のカバーによって過充電保護制御部が覆われており、このカバーによって、過充電保護制御部の両側に形成された配線パターン間が接続されるので、過充電保護制御部が取り付られる平面上における配線パターンの占有面積が縮小され、保護回路を小型化することができる。

また、上述の電池パックによれば、ヒューズは、カバーにおける容器に収容された二次電池と対向する位置に配設されているので、二次電池の発熱によりヒューズを加熱することが容易となる。

また、上述の電池パックによれば、感熱スイッチはバイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種であり、これらの感熱スイッチの可動切片は、外部端子接続ユニットにおける容器に収容された二次電池と対向する側の表面に設けられた支持部材により支持されるので、これらの感熱スイッチを個別部品として構成する必要がなく、これらの感熱スイッチを小型化することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの一例を示す分解斜視図である。図１に示す電池パック１は、有底筒状の容器２と、外部端子接続ユニット３と、容器２と外部端子接続ユニット３との間に挿入される板状のスペーサ４とを備えている。容器２は、二次電池６が収容され、かしめ封口されており、二次電池６に凸状に設けられた正極端子６１が容器２の開口端から突出するようにされている。また、容器２は、ニッケルメッキを表面に施した鋼板から構成されており、二次電池６の負極が容器２の内部で容器２と接続されている。

外部端子接続ユニット３は、例えば樹脂成形されたケース３１を備えて構成され、充電装置や負荷機器を接続するための接続端子Ｔ１，Ｔ２がケース３１の表面に露出して設けられている。また、接続端子Ｔ２と接続された、例えば板状の金属により構成された接続端子Ｔ４が、容器２と接続される方向に突出して設けられている。

図２は、図１に示す電池パック１の電気的構成の一例を示す回路図である。図１に示す電池パック１は、保護回路５と、二次電池６とを備えている。二次電池６は、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池等の充電可能な二次電池である。保護回路５は、二次電池６を過剰な充電や、過大な放電電流から保護する保護回路である。

保護回路５は、外部端子接続ユニット３の内部に配設されており、接続端子Ｔ１〜Ｔ４と、バイメタルスイッチＳＷ１と、温度ヒューズＦ１と、コンパレータＣＭＰ１と、基準電圧源Ｅ１と、抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ１と、ヒータＲ２とを備えている。接続端子Ｔ１（第２の接続端子）及び接続端子Ｔ２は、二次電池６を充電する図略の充電装置及び／又は二次電池６からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための接続端子である。負荷機器は、例えば携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、電動工具等、電池で駆動される種々の電気機器である。

バイメタルスイッチＳＷ１は、予め設定された所定の動作温度Ｔｓｗ１を超えた場合にオフすると共に二次電池６の充放電電流が予め設定された所定の遮断電流値Ｉｓｗ１を超えた場合に自己発熱によりオフする感熱スイッチの一例であり、動作温度Ｔｓｗ１は、例えば二次電池６の特性を劣化させない温度範囲における最高温度が設定され、遮断電流値Ｉｓｗ１としては、二次電池６の特性劣化を招かない範囲での最大の放電電流値が設定されている。バイメタルスイッチＳＷ１は、温度が上昇してオフした後、温度が低下すれば再びオンする復帰形の感熱スイッチである。なお、感熱スイッチとしては、バイメタルスイッチに代えて、バイメタルスイッチにおけるバイメタルの代わりに形状記憶合金を用いたスイッチ（例えば、実公平７−４７７０、特開平１１−２２４５７９に記載のもの）や、形状記憶樹脂を用いたスイッチを、同様にして用いることができる。

形状記憶合金としては、ニッケル−チタン合金系、銅−亜鉛−アルミニウム合金などの熱弾性型マルテンサイト変態および逆変態に基づき、復元力を有する形状記憶合金であれば良く、これらの合金がその変形された形状より復元された形状に変化する形状変化温度範囲は、形状記憶合金の組成を適宜に選定した熱処理プロセスを変更することにより変更可能である。

形状記憶樹脂としては、架橋または部分結晶化させた固定相と可逆相が混在しているポリエステル、ポリウレタン、スチレン・ブタジエン、トランスポリイソプレンなどの樹脂を用いることができる。

ヒータＲ２は、例えば正の温度特性、すなわち温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタが用いられる。これにより、ヒータＲ２に電圧を印加すると、ヒータＲ２の自己発熱によってヒータＲ２の抵抗値が増大し、ヒータＲ２を流れる電流が減少する結果、ヒータＲ２の温度は最終的に、最終到達温度Ｔｈで一定となる。最終到達温度Ｔｈは、バイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１を超える温度であって、二次電池６や保護回路５を損傷しない程度の温度が設定されている。これにより、ヒータＲ２の温度が上昇しすぎて温度ヒューズＦ１を溶断したり、ヒータＲ２の発熱によって二次電池６や保護回路５を損傷したりすることを抑制することができる。

温度ヒューズＦ１は、二次電池６と近接して、あるいは絶縁物を挟んで密着されて配設され、二次電池６が過充電や過大な放電によって発熱した場合に、その熱で溶断する温度ヒューズである。温度ヒューズＦ１の溶断する動作温度Ｔｆｕｓｅ１は、バイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１よりも高い温度に設定されている。また、温度ヒューズＦ１の動作速度は、バイメタルスイッチＳＷ１よりも遅くなるように、溶断特性が設定されている。温度ヒューズＦ１は、一度溶断したら、導通状態に復帰することのない非復帰形の感熱スイッチである。この場合、バイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１と、ヒータＲ２の最終到達温度Ｔｈと、温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１とは、下記式（１）で示す関係となる。

Ｔｓｗ１＜Ｔｈ＜Ｔｆｕｓｅ１ ・・・（１）
また、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１の動作温度、及び動作速度の設定は、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１自体の部品の特性を設定するほか、バイメタルスイッチＳＷ１を温度ヒューズＦ１よりも先に動作させるために、例えばバイメタルスイッチＳＷ１と二次電池６との間の熱抵抗が温度ヒューズＦ１と二次電池６との間の熱抵抗よりも小さくなるようにバイメタルスイッチＳＷ１と二次電池６とを近接させたり密着させたりする構成によってもよく、例えば、バイメタルスイッチＳＷ１の接点抵抗や可動切片における抵抗を上昇させて自己発熱量を増大させたり、バイメタルスイッチＳＷ１が放熱する際の周囲に対する熱抵抗を増大させたり、バイメタルスイッチＳＷ１を小型化して熱容量を低減させたりすることによってバイメタルスイッチＳＷ１を自己発熱により温度上昇し易い構成としてもよい。

また、温度ヒューズＦ１の動作をバイメタルスイッチＳＷ１より遅らせるために、例えば温度ヒューズＦ１が放熱する際の周囲に対する熱抵抗を減少させたり、例えば温度ヒューズＦ１に熱伝導性のよい材料を接触させる等の方法により温度ヒューズＦ１を大型化することなく温度ヒューズＦ１のみかけの熱容量を増大させたりすることによって、温度ヒューズＦ１を温度上昇し難い構成としてもよい。

図３は、上記式（１）を満たすようにバイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１の動作温度、及び動作速度を設定した場合における電流値と、動作時間との一例を示すグラフである。図３に示すグラフにおいて、縦軸は、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１に流れる電流値、横軸は、縦軸の電流を流してからバイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１が動作するまでの時間である。

図３において、グラフＧ１〜Ｇ３は、電池パック１を組み立てた状態におけるバイメタルスイッチＳＷ１に流れる電流値と、動作時間との関係の一例を示すグラフである。グラフＧ１は周囲温度が−３０℃の場合、グラフＧ２は周囲温度が０℃の場合、グラフＧ３は周囲温度が２５℃の場合、グラフＧ４は周囲温度が７０℃の場合を示している。また、グラフＧ５〜Ｇ１０は、電池パック１を組み立てた状態における温度ヒューズＦ１に流れる電流値と、動作時間との関係の一例を示すグラフである。グラフＧ５は周囲温度が６５℃の場合における最小値、グラフＧ６は周囲温度が６５℃の場合における平均値、グラフＧ７は周囲温度が６５℃の場合における最大値、グラフＧ８は周囲温度が２５℃の場合における最小値、グラフＧ９は周囲温度が２５℃の場合における平均値、グラフＧ１０は周囲温度が２５℃の場合における最大値を示している。また、グラフＧ１１は、バイメタルスイッチＳＷ１の部品単体での特性を示している。なお、図３に示すデータの測定に際して、温度ヒューズＦ１は、パナソニックエレクトロニックデバイス（株）製ＥＹＰ２ＭＬ０９８を用いた。

図２に戻って、接続端子Ｔ１は、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、接続端子Ｔ３（第１の接続端子）を介して二次電池６の正極に接続され、二次電池６の負極は、接続端子Ｔ４を介して接続端子Ｔ２に接続されている。また、接続端子Ｔ３はコンパレータＣＭＰ１の電源供給端子に接続され、接続端子Ｔ４はコンパレータＣＭＰ１のグラウンド端子に接続されて、二次電池６からコンパレータＣＭＰ１の動作用電源電圧が供給されるようになっている。

接続端子Ｔ３は抵抗Ｒ１を介してコンパレータＣＭＰ１の＋端子に接続され、接続端子Ｔ４は基準電圧源Ｅ１の負極に接続され、基準電圧源Ｅ１の正極はコンパレータＣＭＰ１の−端子に接続され、コンパレータＣＭＰ１の出力端子はトランジスタＱ１のゲート端子に接続されている。

基準電圧源Ｅ１は、二次電池６の過充電を検出するための判断基準となる基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力する電圧発生回路である。これにより、コンパレータＣＭＰ１の−端子に基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加され、接続端子Ｔ３，Ｔ４間の端子電圧、すなわち二次電池６の充電電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えるとコンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１のゲート電圧がハイレベルにされ、トランジスタＱ１がオンされて、ヒータが発熱するようになっている。

また、コンパレータＣＭＰ１は、充電電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆ１付近となった場合におけるノイズの影響を低減するために、入力電圧にヒステリシスを有するコンパレータが用いられている。そして、コンパレータＣＭＰ１、抵抗Ｒ１、及び基準電圧源Ｅ１は、例えば集積化されて構成され、集積回路ＩＣ１にされている。この場合、集積回路ＩＣ１は、過充電保護制御部の一例に相当している。

接続端子Ｔ１は、ヒータＲ２を介してトランジスタＱ１のドレインに接続され、トランジスタＱ１のソースは接続端子Ｔ４に接続されている。

図４は、図２に示す保護回路５の機械的構成の一例を示す外観斜視図である。図４に示す保護回路５は、例えばプリント配線基板ＰＲ１の表面に、集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、及びヒータＲ２が配設され、ヒータＲ２の上にプリント配線基板ＰＲ２を介してバイメタルスイッチＳＷ１が配設されている。これにより、ヒータＲ２が発熱すると、バイメタルスイッチＳＷ１が加熱されるようになっている。

また、プリント配線基板ＰＲ１の一端部から接続端子Ｔ１が引き出され、例えば屈曲加工されて接続端子Ｔ１の一部が外部端子接続ユニット３の開口部から外部に露出するようにされている。そして、プリント配線基板ＰＲ１の他端部に、温度ヒューズＦ１の一方の板状にされたリード線が接続されると共に屈曲され、絶縁シートＰＲ３を挟んで温度ヒューズＦ１とプリント配線基板ＰＲ１とが対向するようにされている。さらに、温度ヒューズＦ１の他方の板状にされたリード線が接続端子Ｔ３として用いられるようになっている。また、絶縁シートＰＲ３との間に温度ヒューズＦ１を挟むように、絶縁シートＰＲ４が設けられている。

そして、保護回路５は、図１に示す外部端子接続ユニット３の内部に、温度ヒューズＦ１が容器２に収容された二次電池６と対向する向きに配設されている。さらに、間にスペーサ４を挟んで容器２と外部端子接続ユニット３とが組み合わされる。そして、正極端子６１が、スペーサ４に設けられた開口部を貫通して外部端子接続ユニット３に設けられた接続端子Ｔ３と、例えばスポット溶接により接続される。また、接続端子Ｔ２と接続された接続端子Ｔ４と、二次電池６の負極と接続された容器２の開口端部とが例えばスポット溶接により接続され、二次電池６の負極と接続端子Ｔ２とが導通するようになっている。また、保護回路５は、温度ヒューズＦ１が二次電池６と対向するように配設されており、二次電池６が発熱すると、温度ヒューズＦ１が加熱されるようになっている。

次に、上述のように構成された保護回路５の動作について説明する。まず、保護回路５による過充電の保護動作について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で接続端子Ｔ１，Ｔ２に図略の充電装置が接続され、充電装置から充電電圧Ｖｂが接続端子Ｔ１，Ｔ２間に印加されると、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、及び接続端子Ｔ３を介して二次電池６へ充電電圧Ｖｂによる充電が行われる。

充電電圧Ｖｂは、正常時は例えば最大４．２Ｖである。そして、基準電圧源Ｅ１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１として例えば４．３ＶをコンパレータＣＭＰ１へ出力するように設定されている。

そして、例えば図略の充電装置が故障したり充電装置の出力電圧精度が低いために充電電圧Ｖｂが４．３Ｖを超えると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、ヒータＲ２に電流が流れてバイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達すると、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして充電電流が遮断され、二次電池６が過充電から保護される。

次に、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして充電電流が遮断されることによって、接続端子Ｔ３の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオフされ、ヒータＲ２に流れる電流がゼロにされる。そして、自然冷却によりバイメタルスイッチＳＷ１の温度が復帰温度を下回ると、バイメタルスイッチＳＷ１がオンして過充電保護状態から通常状態に復帰する。

この場合、コンパレータＣＭＰ１によって過充電が検出され、ヒータＲ２によりバイメタルスイッチＳＷ１を加熱することによってバイメタルスイッチＳＷ１をオフさせるので、例えば図１１や図１２に示すように二次電池と直列に接続された温度スイッチのみによって過充電保護を行う場合よりも過充電を検出する精度を向上させることができ、過充電保護動作が行われないまま二次電池６が過充電されたり、二次電池６の特性が劣化したり、二次電池６の膨張や変形等を招いたりするおそれを低減することができる。

次に、二次電池６からの放電電流が過大になった場合の保護回路５による保護動作について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で、例えば接続端子Ｔ１，Ｔ２に金属片が接触したり、接続端子Ｔ１，Ｔ２に接続された図略の携帯電話機等の負荷機器が故障したりすることによって、接続端子Ｔ１，Ｔ２が短絡、又は接続端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値が低抵抗になると、二次電池６から温度ヒューズＦ１とバイメタルスイッチＳＷ１とを介して放電される電流が増大し、バイメタルスイッチＳＷ１の接点抵抗によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。

そして、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達すると、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして二次電池６の放電電流が遮断され、二次電池６が過大な放電電流から保護される。

この場合、バイメタルスイッチＳＷ１は、温度ヒューズＦ１よりも先にオフするべく動作条件が設定されており、非復帰形の感熱スイッチである温度ヒューズＦ１を溶断させることなく復帰形の感熱スイッチであるバイメタルスイッチＳＷ１によって二次電池６を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができるので、例えば充電装置や負荷装置から電池パック１が取り外されて過剰な充電や過大な放電電流の原因が解消した後は、温度ヒューズＦ１を交換することなく繰り返し電池パック１を使用することができ、利便性を向上させることができる。

また、例えばバイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着して短絡故障した場合や、集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、及びヒータＲ２のうちいずれかが故障して過充電時にバイメタルスイッチＳＷ１をオフさせることができない場合であっても、過充電や過大な放電電流によって二次電池６が発熱すると、温度ヒューズＦ１が溶断し、二次電池６を保護することができるので、保護回路５の信頼性を向上させることができる。

また、感熱スイッチであるバイメタルスイッチＳＷ１を用いて二次電池６を過剰な充電及び過大な放電電流から保護することができるので、図１０に示す背景技術に係る保護回路１０２のように、放電電流を遮断するＦＥＴ１０６と、充電電流を遮断するＦＥＴ１０７と、過大な放電電流を検出するための基準電圧源１０９、コンパレータ１１１、及び抵抗１１２と、二つのＦＥＴ１０６，１０７のオンオフを制御するための論理回路１１３とを必要とせず、保護回路５の回路を簡素化することができると共に、保護回路５を小型化することが容易となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電池パックについて説明する。本発明の第２の実施形態に係る電池パック１の外観は、図１に示す電池パック１と同様である。また、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１が備える保護回路５の電気的構成は、図２に示す保護回路５と同様である。本発明の第２の実施形態に係る保護回路５は、図４に示す保護回路５とは、機械的構成が異なる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る保護回路５の機械的構成を説明するための説明図である。図５（ａ）は、保護回路５の各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図５（ｂ）は、保護回路５の機械的構成の一例を示す断面図である。図６（ａ）は、図５（ｂ）に示す保護回路５の上面図である。また、対比のため、図６（ｂ）に図５（ｂ）と同じ断面図を示している。

図５（ａ）に示す配線パターンは、外部端子接続ユニット３におけるケース３１の内面、すなわち外部端子接続ユニット３と容器２とが組み合わされた場合における容器２に収容された二次電池６と対向する側の表面に、例えば金属微粒子により構成されたペースト状の導電性配線材料を用いて印刷形成されており、図４に示す保護回路５のように、プリント配線基板ＰＲ１を用いず、配線パターンが印刷形成されたケース３１の内面に直接、集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、及びヒータＲ２が固着される。

これにより、図４に示す保護回路５からプリント配線基板ＰＲ１をなくすことができるので、プリント配線基板ＰＲ１の厚みだけ保護回路５を小型化することが容易となる。

また、図５（ｂ）に示すように、外部端子接続ユニット３におけるケース３１の内側には、例えばケース３１と一体成形により凸状に形成された支持部材３２，３３が設けられている。そして、支持部材３２の頂部から引き出された配線パターンＰ４が、例えばケース３１を貫通する円柱状の金属部材３４によって、ケース３１の外側表面に設けられた接続端子Ｔ１と接続されている。さらに、支持部材３２の頂部には、バイメタルスイッチＳＷ１を構成する可動切片３５の一端が、例えばスポット溶接により配線パターンＰ４と接続されて固定されている。可動切片３５の他端には接点３６が設けられており、接点３６は、支持部材３３の頂部に形成された配線パターンＰ５に接触するようにされている。

また、可動切片３５の下部には、支持部材３２と支持部材３３との間に弓なりに掛け渡されたバイメタル３７が設けられている。バイメタル３７は、動作温度Ｔｓｗ１になると、図７に示すように逆向きに反り返ることにより可動切片３５を上方に跳ね上げて、接点３６を配線パターンＰ５から引き離すようになっている。そして、支持部材３２，３３、可動切片３５、バイメタル３７、及び配線パターンＰ４，Ｐ５によって、バイメタルスイッチＳＷ１が構成されている。また、このように構成されたバイメタルスイッチＳＷ１を覆うように、防塵や絶縁を目的としたスイッチカバー３８が固着されている。また、バイメタル３７の下部には、略円盤状のヒータＲ２が配設されており、ヒータＲ２が発熱すると、バイメタル３７が加熱されるようになっている。

これにより、ケース３１と一体成形された支持部材３２，３３を用いてバイメタルスイッチＳＷ１を構成することができるので、個別部品として構成されたバイメタルスイッチＳＷ１を用いる場合よりもコストを低減することが容易となる。また、バイメタルスイッチＳＷ１を個別部品として構成した場合におけるケースの底部が不要となるので、バイメタルスイッチＳＷ１を小型化することができる。

また、温度ヒューズＦ１の接続端子を構成する導体リードＰ６，Ｐ７は、例えば幅広の板状にされており、導体リードＰ６，Ｐ７を屈曲させて、温度ヒューズＦ１と導体リードＰ６，Ｐ７とで集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１とを覆うように温度ヒューズＦ１が取り付けられている。そして、集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１との両側に設けられた配線パターンＰ５，Ｐ８間が、集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１とを跨いで導体リードＰ６、温度ヒューズＦ１、及び導体リードＰ７を介して接続されている。

そして、温度ヒューズＦ１、及び導体リードＰ６，Ｐ７の外側表面、及び導体リードＰ６，Ｐ７の両側面は、例えば絶縁や防塵を目的とするシート部材３９によって覆われている。

これにより、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７、及びシート部材３９は、集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１とを覆うカバーとして機能し、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７の他に別途カバーを備える場合と比較して、ケース３１の表面上における温度ヒューズＦ１の実装面積を削減することができ、保護回路５を小型化することが容易となる。

また、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７、及びシート部材３９は、配線パターンＰ５と配線パターンＰ８との間で集積回路ＩＣ１及びトランジスタＱ１を跨いで電流を流すジャンパ配線として用いられるので、ケース３１の表面上における配線パターンの占有面積が縮小し、保護回路５を小型化することが容易となる。

また、導体リードＰ７には、接続端子Ｔ３が例えばスポット溶接により取り付けられている。これにより、ケース３１の表面上に接続端子Ｔ３の取付面積を占有することがないので、外部端子接続ユニット３を小型化することが容易となる。

さらに、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７を除く他の部品を、導電性配線材料を用いて印刷形成された配線パターン上に取り付けた状態で、外部端子接続ユニット３を加熱して導電性配線材料を硬化させた後に温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７を取り付けるようにすれば、導電性配線材料の硬化温度が温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１より高温であっても、製造時に温度ヒューズＦ１を溶断させたり劣化させたりすることがない。

図８は、容器２と外部端子接続ユニット３とが組み合わされた状態を説明するための説明図である。図８に示すように、バイメタルスイッチＳＷ１と温度ヒューズＦ１とが、容器２と外部端子接続ユニット３とが組み合わされた状態において容器２に収容された二次電池６と対向する位置に近接して配設されているので、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１と、二次電池６との熱結合を強化することができ、二次電池６が過度に発熱した場合にバイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１により二次電池６の充放電電流を遮断することができる。

これにより、例えば集積回路ＩＣ１や、トランジスタＱ１、ヒータＲ２等の故障により、二次電池６の過充電時にヒータＲ２を発熱させることができない状態であっても、過充電により二次電池６が発熱すると、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１が加熱される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達すると、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして充電電流が遮断されるので、集積回路ＩＣ１や、トランジスタＱ１、ヒータＲ２等が故障した場合であっても二次電池６を過充電から保護することができる。

また、例えばバイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着して短絡故障した場合、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達してもバイメタルスイッチＳＷ１がオフしなくなるが、さらに二次電池６の発熱によって温度ヒューズＦ１が加熱され、温度ヒューズＦ１の温度が動作温度Ｔｆｕｓｅ１に達すると、温度ヒューズＦ１が溶断して充電電流が遮断されるので、バイメタルスイッチＳＷ１が故障した場合であっても二次電池６を過充電から保護することができる。

また、温度ヒューズＦ１は、集積回路ＩＣ１及びトランジスタＱ１とも近接して配設されるので、集積回路ＩＣ１やトランジスタＱ１が過度に発熱した場合に温度ヒューズＦ１により二次電池６の充放電電流を遮断することが容易となる。

なお、保護回路５を構成する配線パターンは、外部端子接続ユニット３における容器２に収容された二次電池６と対向する側の表面に印刷形成されている例を示したが、保護回路５を構成する配線パターンは、外部端子接続ユニット３の表面に印刷形成される代わりにプリント配線基板上に形成され、そのプリント配線基板上に、保護回路５を構成する集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、及びバイメタルスイッチＳＷ１が配設される構成としてもよく、この場合、支持部材３２，３３は、プリント配線基板に形成された貫通孔を貫通してプリント配線基板上に可動切片３５及びバイメタル３７を支持する構成としてもよい。

また、支持部材３２，３３は、ケース３１と一体成形される例に限られず、例えば円柱状の金属部材をケース３１に埋め込むことによって構成してもよい。また、温度ヒューズＦ１を備えず、導体リードＰ６と導体リードＰ７とが短絡された構成としてもよい。また、スイッチカバー３８とシート部材３９とを一体成形して一部品として構成してもよい。

また、保護回路５は、電池パック１に組み込まれて構成される例を示したが、電池パック１に組み込まれる例に限られず、例えば負荷機器に組み込まれて、負荷機器に内蔵された二次電池の保護回路として用いられてもよく、接続端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、例えば配線パターンであってもよい。

また、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池等の二次電池は、放電が進んで出力電圧が所定の放電末期電圧以下に低下した後、さらに放電を続けると、二次電池が過放電状態となってサイクル寿命等の電池特性が劣化してしまう場合がある。そこで、接続端子Ｔ１，Ｔ２に接続される携帯電話機等の負荷機器において、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の出力電圧を検出し、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の出力電圧が所定の放電末期電圧以下に低下した場合、接続端子Ｔ１，Ｔ２からの出力電流を遮断することが望ましい。これにより、二次電池６の過放電による特性劣化の発生を抑制することができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る電池パック１ａの電気的構成の一例を示す回路図である。図９に示す電池パック１ａは、例えば電動工具、電動自転車、あるいはロボット等、大きな負荷電流、例えば１００Ａ（１ｋＷ）を流す電気機器、および数分間程度の短時間での充電を行う超急速充電対応セルに用いられる電池パックである。図９に示す電池パック１ａは、図２に示す電池パック１とは、二次電池６の代わりに直列に接続された二次電池６２〜６５を備え、集積回路ＩＣ１の代わりに集積回路ＩＣ２を備える点で異なる。この場合、集積回路ＩＣ２が過充電保護制御部の一例に相当し、集積回路ＩＣ２と温度ヒューズＦ１と二次電池６２とを接続する配線パターンが第１の接続端子の一例に相当している。

集積回路ＩＣ２は、基準電圧源Ｅ１と同様の基準電圧源Ｅ１１〜１４と、コンパレータＣＭＰ１と同様のコンパレータＣＭＰ１１〜ＣＭＰ１４と、ＮＡＮＤゲート７と、論理回路８とを備えている。そして、二次電池６２の正極はコンパレータＣＭＰ１１の−端子に接続され、コンパレータＣＭＰ１１の＋端子は基準電圧源Ｅ１１の正極に接続され、基準電圧源Ｅ１１の負極は二次電池６２の負極に接続され、コンパレータＣＭＰ１１の出力端子はＮＡＮＤゲート７の入力端子に接続されている。

また、二次電池６３の正極はコンパレータＣＭＰ１２の−端子に接続され、コンパレータＣＭＰ１２の＋端子は基準電圧源Ｅ１２の正極に接続され、基準電圧源Ｅ１２の負極は二次電池６３の負極に接続され、コンパレータＣＭＰ１２の出力端子はＮＡＮＤゲート７の入力端子に接続されている。

また、二次電池６４の正極はコンパレータＣＭＰ１３の−端子に接続され、コンパレータＣＭＰ１３の＋端子は基準電圧源Ｅ１３の正極に接続され、基準電圧源Ｅ１３の負極は二次電池６４の負極に接続され、コンパレータＣＭＰ１３の出力端子はＮＡＮＤゲート７の入力端子に接続されている。

また、二次電池６５の正極はコンパレータＣＭＰ１４の−端子に接続され、コンパレータＣＭＰ１４の＋端子は基準電圧源Ｅ１４の正極に接続され、基準電圧源Ｅ１４の負極は二次電池６５の負極に接続され、コンパレータＣＭＰ１４の出力端子はＮＡＮＤゲート７の入力端子に接続されている。そして、ＮＡＮＤゲート７の出力端子は論理回路８の信号入力端子に接続され、論理回路８の信号出力端子がトランジスタＱ１のゲートに接続されている。

次に、上述のように構成された電池パック１ａの動作について説明する。まず、過充電によって、二次電池６２の両端電圧が基準電圧源Ｅ１１の出力電圧を超えると、コンパレータＣＭＰ１１の出力信号がローレベルとなり、ＮＡＮＤゲート７の出力信号がハイレベルで論理回路８へ出力される。そうすると、論理回路８によってトランジスタＱ１がオンされ、ヒータＲ２に電流が流れて発熱し、バイメタルスイッチＳＷ１がオフされて、二次電池６２が過充電から保護される。

同様に、二次電池６３〜６５が過充電されると、コンパレータＣＭＰ１２〜ＣＭＰ１４によって過充電が検出され、ＮＡＮＤゲート７及び論理回路８によって、トランジスタＱ１がオンされ、ヒータＲ２に電流が流れて発熱し、バイメタルスイッチＳＷ１がオフされて、二次電池６３〜６５が過充電から保護される。

その他の構成及び動作は、図２に示す電池パック１と同様であるので、その説明を省略する。

この場合、図９に示す保護回路５ａでは、図１３に示す保護回路１４２におけるＦＥＴ１４９，１５０の代わりにバイメタルスイッチＳＷ１を用いている。バイメタルスイッチＳＷ１は大電流を制御することが容易であるため、ＦＥＴ１４９，１５０をバイメタルスイッチＳＷ１に置き換えることは容易である。また、トランジスタＱ１としては、負荷電流を流す必要がなく、ヒータＲ２を発熱させるための電流を流せる程度の小型のスイッチ素子を用いることができる。

これにより、図９に示す保護回路５ａは、図１３に示す保護回路１４２における電流定格の大きな、従って外形が大きなＦＥＴ１４９，１５０を用いることなく、過充電、及び過大な放電電流から二次電池６２〜６５を保護することができ、保護回路５ａの回路を簡素化することができると共に保護回路５ａを小型化することが容易となる。また、耐電圧が高く、しかもオン抵抗の小さいＦＥＴ１４９，１５０を用いないので、保護回路５ａにおける電力損失の低減と同時にコストの低減が容易となる。

なお、図１に示した電池パック１は、ニッケルメッキを表面に施した鋼板から構成されている有底の容器２に二次電池６が収容され、容器２の開口部と封口板とが、かしめ封口により密閉されており、凸状に設けられた正極端子６１が容器２の開口端から突出し、二次電池６の負極が容器２の内部で容器２と接続されている例を示したが、アルミニウム合金から構成されている有底の容器２に二次電池が収容され、容器２の開口部と封口板とがレーザー封口により密閉されており、凸状に封口板上に設けられた負極端子が容器２の開口端から突出し、二次電池６の正極が負極端子と絶縁された状態で封口板に接続されている場合は、保護回路との接続を逆にすることにより、容易に実施することができる。

本発明の保護回路及び電池パックは、簡素な回路で二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができる保護回路及び電池パックを実現することができ、モバイル機器や駆動用電源として有用である。

本発明の一実施形態に係る電池パックの一例を示す分解斜視図である。 図１に示す電池パックの電気的構成の一例を示す回路図である。 バイメタルスイッチ及び温度ヒューズに流れる電流値と、動作時間との一例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る保護回路の構成の一例を示す外観斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る保護回路の構成の一例を説明するための説明図である。図５（ａ）は、保護回路の各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図５（ｂ）は、保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。 図５に示す保護回路の機械的構成の一例を示す図であり、図６（ａ）は保護回路の機械的構成の一例を示す上面図、図６（ｂ）は保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。 可動切片の動作を説明するための説明図である。 容器と外部端子接続ユニットとが組み合わされた状態を説明するための説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る保護回路の構成の一例を示す回路図である。 背景技術に係る電池パックの構成を示す回路図である。 背景技術に係る電池パックの構成を示す回路図である。 背景技術に係る電池パックの構成を示す回路図である。 背景技術に係る電池パックの構成を示す回路図である。

符号の説明

１，１ａ 電池パック
２ 容器
３ 外部端子接続ユニット
４ スペーサ
５，５ａ 保護回路
６，６２，６３，６４，６５ 二次電池
３１ ケース
３２，３３ 支持部材
３４ 金属部材
３５ 可動切片
３６ 接点
３７ バイメタル
３８ スイッチカバー
３９ シート部材
６１ 正極端子
ＣＭＰ１，ＣＭＰ１１，ＣＭＰ１２，ＣＭＰ１３，ＣＭＰ１４ コンパレータ
Ｅ１，Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４ 基準電圧源
Ｆ１ 温度ヒューズ
ＩＣ１ 集積回路
Ｐ４，Ｐ５，Ｐ８ 配線パターン
Ｐ６，Ｐ７ 導体リード
Ｑ１ トランジスタ
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ ヒータ
ＳＷ１ バイメタルスイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 接続端子

Claims (10)

1. 二次電池を接続するための第１の接続端子と、
   前記二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第２の接続端子と、
   前記第１及び第２の接続端子間に設けられ、予め設定された所定の温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、
   前記感熱スイッチを加熱するためのヒータと、
   前記第１の接続端子の電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合に前記ヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせる過充電保護制御部と
   を備えることを特徴とする二次電池の保護回路。
2. 前記ヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタであること
   を特徴とする請求項１記載の二次電池の保護回路。
3. 前記感熱スイッチは、バイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の二次電池の保護回路。
4. 前記感熱スイッチと直列に接続されたヒューズをさらに備え、
   前記感熱スイッチは、前記ヒューズよりも先にオフするべく動作条件が設定されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の保護回路。
5. 請求項１又は２記載の二次電池の保護回路と、
   前記二次電池の保護回路における第１の接続端子に接続された二次電池と、
   前記二次電池を収容する有底の容器と、
   前記保護回路を構成する配線パターンを備えた外部端子接続ユニットとを備え、
   前記保護回路は、前記外部端子接続ユニットに形成されていること
   を特徴とする電池パック。
6. 前記配線パターンは、前記外部端子接続ユニットにおける前記容器に収容された二次電池と対向する側の表面に印刷形成されていること
   を特徴とする請求項５記載の電池パック。
7. 前記感熱スイッチは、前記外部端子接続ユニットにおける前記容器に収容された二次電池と対向する位置に配設されること
   を特徴とする請求項５又は６記載の電池パック。
8. 前記過充電保護制御部を覆うように設けられた導電性のカバーをさらに備え、
   前記カバーは、前記過充電保護制御部を跨いで前記過充電保護制御部の両側に形成された配線パターン間を接続するべく取り付けられていること
   を特徴とする請求項７記載の電池パック。
9. 前記感熱スイッチと直列に接続されたヒューズをさらに備え、
   前記感熱スイッチは、前記ヒューズよりも先にオフするべく動作条件が設定されており、
   前記ヒューズは、前記カバーにおける前記容器に収容された二次電池と対向する位置に配設されていること
   を特徴とする請求項８記載の電池パック。
10. 前記感熱スイッチは、バイメタル、形状記憶合金、及び形状記憶樹脂のうちから選ばれた１種の温度に応じた変形によって駆動される可動切片を備え、
    前記外部端子接続ユニットにおける前記容器に収容された二次電池と対向する側の表面に、前記可動切片を支持する支持部材が形成されていること
    を特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の電池パック。

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