JP2008027840A - パック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇時における二次電池の異常を確実に阻止することのできる安全性の高い簡易な構成のパック電池を提供する。
【解決手段】二次電池と、バイメタルからなるスイッチ接片を備え、前記二次電池の充電路に直列に介挿されて第１の設定温度以上でオフ動作するブレーカと、このブレーカに並列接続され該ブレーカのオフ動作時に発熱して上記スイッチ接片を加熱する発熱素子とを備え、特に前記第１の設定温度より高い第２の設定温度で溶断して前記二次電池の充電路を切断する温度ヒューズを上記発熱素子と前記ブレーカとの並列回路に直列接続したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の温度上昇時に該二次電池の充電を禁止する保護機能を備えたパック電池に関する。

二次電池の温度上昇時に該二次電池の充電を禁止する保護機能として、上記二次電池の充電路にバイメタル式のサーモスタットを組み込んだパック電池が提唱されている（例えば特許文献１を参照）。この特許文献１に紹介される保護機能は、バイメタルからなるスイッチ接片を備えて二次電池の充電路に直列に介挿されて第１の設定温度以上でオフ動作するブレーカと、このブレーカに並列接続され該ブレーカのオフ動作時に発熱して上記スイッチ接片を加熱することでブレーカのオフ状態を保つポジスタ（ＰＴＣ素子）等の発熱素子とからなる。
特開平７−１５３４９９号公報

ところが上述した従来のパック電池においては、二次電池の温度上昇によりブレーカが作動し、そのオフ動作に伴って二次電池に対する主たる充電電流を遮断しても、上記ブレーカに並列接続された発熱素子に数十ｍＡ程度の電流が流れるので、この電流が二次電池に流れ込むことになる。即ち、ブレーカがオフ動作しても、二次電池は微少電流によって継続的に充電され続けることになる。するとこの微少電流による充電により二次電池の電池温度が更に上昇し、不測の事態が生じることが懸念される。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、温度上昇時における二次電池の異常を確実に阻止することのできる安全性の高い簡易な構成のパック電池を提供することのある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るパック電池は、基本的には二次電池と、バイメタルからなるスイッチ接片を備え、前記二次電池の充電路に直列に介挿されて第１の設定温度以上でオフ動作するブレーカと、このブレーカに並列接続され該ブレーカのオフ動作時に発熱して上記スイッチ接片を加熱する発熱素子とを備えたものであって、特に前記第１の設定温度より高い第２の設定温度で溶断して前記二次電池の充電路を切断する温度ヒューズを上記発熱素子と前記ブレーカとの並列回路に直列接続したことを特徴としている。

即ち、本発明に係るパック電池は、第１の設定温度にてブレーカが作動したにも拘わらずその電池温度が更に上昇し続ける場合には、その充電路自体を切断するべく第２の設定温度で溶断する温度ヒューズを前記発熱素子とブレーカとの並列回路に直列接続し、これによってブレーカ、発熱素子および二次電池を含むをパック電池自体の充電路を完全に手段することでその安全性を高めたことを特徴としている。

上記構成のパック電池によれば、発熱素子とブレーカとの並列回路に温度ヒューズを直列接続すると言う簡単な構成にて、二次電池が前述した第２の設定温度を超えるような場合、その充電路そのものを遮断（切断）してしまうので、微小な電流であると雖もその電流によって二次電池が充電され続け、これによって電池温度が異常に高まると言う不具合を効果的に解消することができる。従ってパック電池としての安全性を十分に確保することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るパック電池について説明する。
図１は実施形態に係るパック電池の概略構成を示すもので、１は二次電池である。この二次電池１は、例えば複数本の電池セルを直並列に接続して所定の電池電圧と電池容量とを確保したニッケル水素電池からなる。図１に示すパック電池は、上記二次電池１の正極に接続された外部接続用の共通端子２と、二次電池１の負極に接続された外部接続用の充電端子３および放電端子４を備え、特に二次電池１の負極と充電端子３とを結ぶ充電路に保護回路５を直列に介挿して構成される。

二次電池１の充電路に直列に介挿される保護回路５は、バイメタルからなるスイッチ接片６ａを備えて第１の設定温度（例えば８０℃）Ｔｂ以上でオフ動作するブレーカ６と、このブレーカ６に並列接続され該ブレーカ６のオフ動作時に発熱して上記スイッチ接片を加熱する発熱素子７とを備え、更にこの発熱素子７と前記ブレーカ６との並列回路に直列接続されて前記第１の設定温度より高い第２の設定温度（例えば１００℃）Ｔｆで溶断する温度ヒューズ８とを備えたものである。

尚、上記発熱素子７としては、例えば温度が低いときには低抵抗値を示し、温度上昇に伴ってその抵抗値が増大するＰＴＣ［Positive Temperature Coefficient］素子、いわゆるポジスタを用いることが好適である。そしてこの発熱素子７については、前記バイメタルからなるスイッチ接片６ａを直接加熱するように、ブレーカ６を構成する部材の一部として組み込むことが望ましい。

かくしてこのように構成されたパック電池によれば、図２(ａ)〜(ｃ)にその動作遷移の状態を示すようにパック電池の温度が上昇してその温度が前述した第１の設定温度Ｔｂを超えると（タイミングｔ１）ブレーカ６がオフ動作し、これによってパック電池に流れる電流（主として二次電池１の充電電流）が図２(ｂ)に示すように急激に減少する。しかしブレーカ６のオフ動作に伴って発熱素子（ＰＴＣ素子）７を介して微小な電流（例えば数十ｍＡ）が継続的に流れる。そして発熱素子（ＰＴＣ素子）７の通電により該発熱素子７の抵抗値が増大し、これに伴ってその発熱量も増大する。この結果、ブレーカ６は発熱素子７により加熱されて、そのスイッチ接片をオフした状態に保つことになる。

しかしながらなこのような状態において二次電池１の異常に起因して電池温度が次第に高くなり、その温度が前述した第２の設定温度Ｔｆを超えると（タイミングｔ２）、その温度によって温度ヒューズ８が溶断し、二次電池１の充電路そのものを切断する。この結果、発熱素子（ＰＴＣ素子）７を介する微小電流による二次電池１の充電が阻止され、二次電池１の熱暴走等の不具合が阻止される。

尚、ブレーカ６がオフ動作した状態で、図２において破線で示すように二次電池１の温度が第２の設定温度Ｔfまで高まることがない場合には、当然のことながら温度ヒューズ８が溶断することはない。そして発熱素子７によるスイッチ接片（バイメタル）の加熱により、上述した状態がそのまま継続的に維持される。またパック電池を充電電源（図示せず）から切り離すと、これによって発熱素子７の通電が停止するので、これに伴って二次電池１への微小電流の供給も停止し、時間経過と共にその電池温度が低下する。そして二次電池１の温度が第１の設定電圧Ｔｂ以下に低下したときには、前記ブレーカ６が再びオン動作して二次電池１を充電可能な状態に復帰する。

かくして上述した如く構成されたパック電池によれば、ブレーカ６と温度ヒューズ８とによって二次電池１を二重に保護することができ、しかもブレーカ６の動作温度と温度ヒューズ８の溶断温度との間に幅を持たせることができるので、二次電池１をより安全に確実に保護することができ、二次電池１の熱暴走等の不具合を効果的に回避することができる。特にパック電池の使用環境によって一次的にその温度が上昇したような場合にはブレーカ６だけを作動させ、二次電池１の特性に起因する温度上昇のような場合には、温度ヒューズ８の溶断によりその充電路そのものを切断してしまうので、特性の不安定なパック電池の使用を確実に禁止することができる。従って簡易にして効果的にその安全性を十分に高め得ると言う実用上多大なる効果が奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばブレーカ６を作動させる第１の設定温度Ｔｂや、温度ヒューズ８を溶断する第２の設定温度Ｔｆについては、二次電池１の仕様等に応じて定めれば良いものである。また二次電池１の構成についても種々変形可能であり、二次電池１の放電路に同様なブレーカを設けておくことも勿論可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係るパック電池の概略構成図。 図１に示すパック電池における保護動作の様子を模式的に示す図。

符号の説明

１ 二次電池
６ ブレーカ
６ａ スイッチ接片（バイメタル）
７ 発熱素子（ＰＴＣ素子）
８ 温度ヒューズ

Claims (1)

1. 二次電池と、バイメタルからなるスイッチ接片を備え、前記二次電池の充電路に直列に介挿されて第１の設定温度以上でオフ動作するブレーカと、このブレーカに並列接続され該ブレーカのオフ動作時に発熱して上記スイッチ接片を加熱する発熱素子と、この発熱素子と前記ブレーカとの並列回路に直列接続されて前記第１の設定温度より高い第２の設定温度で溶断して前記二次電池の充電路を切断する温度ヒューズとを具備したことを特徴とするパック電池。

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