JP2017073288A - 液濡れセンサー、スイッチ素子、バッテリシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明が適用された液濡れセンサー1は、図1に示すように、液体に触れることで発熱する反応部2と、反応部2の温度上昇に伴い電気特性が変化する感温部3とを有する。反応部2は、例えば水と反応して発熱する生石灰を用いて構成することができ、例えば図2に示すように、絶縁基板5上に配設、保持されている。感温部3としては、例えば反応部2の温度上昇に伴い抵抗値が低下するサーミスタや電圧が変化するダイオード、その他ペルチェ素子、熱電対、バイメタル、温度センサ等、電気特性が温度依存性を有する電子部品を用いることができる。反応部2と感温部3とは互いに近接して配置されることにより熱的に接続され、反応部2の熱によって感温部3が熱せられる。これにより感温部3は、抵抗値や出力電圧等の電気特性が変化する。
なお、液濡れセンサー1は、図2に示すように、反応部2以外の場所、又は反応部2及びその近傍以外の場所に、撥水処理部14を設けてもよい。例えば液濡れセンサー1は、反応部2、サーミスタ3aを除く絶縁基板5の表面5aの露出領域に、撥水処理部14が設けられる。
液濡れセンサー1は、図3に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック10内の回路に組み込んで用いることができる。バッテリパック10は、例えば、複数のリチウムイオン二次電池のバッテリセルからなるバッテリスタック15を有する。
このような回路構成からなる液濡れセンサー1は、電池からの液漏れや水没等、バッテリパック10の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、カバー部材8の導入口9を介して液体が浸入すると、反応部2の発熱によってサーミスタ3aが低抵抗化し、バッテリスタック15から通電された電流制御素子12によって保護素子11にバッテリスタック15の電力が供給される。これにより、保護素子11は、発熱抵抗体24が通電、発熱され、バッテリパック10の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント20が溶断される。したがって、バッテリパック10は、第1の電極22〜発熱体引出電極21〜第2の電極23の間を溶断させ(図5(B))、バッテリパック10の電流経路を遮断することができる。また、ヒューズエレメント20が溶断することにより、発熱抵抗体24への給電も停止される。
また、液濡れセンサー1を用いたバッテリパック10は、保護素子11の作動を制御するFETを省略し、液濡れセンサー1によって保護素子11を作動させてもよい。図6に示すように、このバッテリパック10は、液濡れセンサー1の感温部3(サーミスタ3a)は、一端を保護素子11の発熱抵抗体24と接続され、他端をバッテリスタック15の開放端と接続されている。液濡れセンサー1は、常時サーミスタ3aの高抵抗により発熱抵抗体24への通電を規制している。
次いで、液濡れセンサー1を用いて形成されたスイッチ素子30について説明する。図7は、スイッチ素子30の分解斜視図である。スイッチ素子30は、外部回路の通電経路上に配設されることにより当該外部回路の導通を遮断するものであり、液濡れセンサー1を内蔵することで、水没やバッテリ液漏れ等の水濡れ状態を検知することにより、適宜通電経路の遮断を行うものである。また、スイッチ素子30は、外部回路が形成された回路基板上にリフロー等により実装可能に形成されている。
絶縁基板33は、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材を用いて、例えば略方形状に形成されている。絶縁基板33は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。
発熱抵抗体32は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばニクロム、W、Mo、Ru等又はこれらを含む材料からなる。発熱抵抗体32は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板33上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。
スイッチ素子30は、第1の電極38から第2の電極39に跨ってヒューズエレメント31が接続用ハンダ28により接続されている。ヒューズエレメント31は、通常使用時には第1、第2の電極38,39間を導通させ、スイッチ素子30が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント31は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱(ジュール熱)により溶断し、あるいは発熱抵抗体32の発熱により溶断し、第1、第2の電極38,39間を遮断する。
また、スイッチ素子30は、ヒューズエレメント31が設けられた絶縁基板33の表面33a上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント31の飛散を防止するカバー部材34が取り付けられている。カバー部材34は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。カバー部材34は、絶縁基板33の表面33a上に絶縁性接着剤によって接続され、これにより、ヒューズエレメント31を覆う。
なお、スイッチ素子30は、図7に示すように、反応部2以外の場所、又は反応部2及びその近傍以外の場所に、撥水処理部35を設けてもよい。例えばスイッチ素子30は、反応部2、発熱抵抗体32、第1、第2の電極38,39、第1の発熱体電極43、サーミスタ3aを除く絶縁基板33の表面33aの露出領域に、撥水処理部35が設けられる。
また、スイッチ素子30は、図11に示すように、感温部3(サーミスタ3a)をバッテリスタック15とFET等の電流制御素子12との間に接続し、発熱抵抗体32の一端を電流制御素子12と接続してもよい。この場合、サーミスタ3aは、一端が第3の外部接続電極44を介してバッテリスタック15の開放端と接続されるとともに、他端が第4の外部接続電極45を介して電流制御素子12と接続されている。そして、スイッチ素子30は、常時サーミスタ3aの高抵抗により、バッテリスタック15から電流制御素子12への通電を規制している。また、発熱抵抗体32は、一端を第1の発熱体電極43を介して電流制御素子12と接続され、バッテリスタック15からの通電が規制されている。
[絶縁層/発熱体引出電極]
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、ヒューズエレメント31の通電経路と、発熱抵抗体32への給電経路を分けてもよい。例えば、図13に示すスイッチ素子30は、発熱抵抗体32が絶縁層50を介してヒューズエレメント31と重畳されることで、電気的にはヒューズエレメント31と独立し、熱的に接続される。また、発熱抵抗体32は、一端がサーミスタ3aと接続され、他端が第2の発熱体電極52と接続されている。第2の発熱体電極52は、絶縁基板33の表面33a上に形成され、キャスタレーションを介して絶縁基板33の裏面33bに形成された第2の発熱体給電電極(図示せず)と連続されている。
次いで、液濡れセンサー1及びスイッチ素子30の筐体について説明する。以下では、スイッチ素子30の筐体について説明するが、液濡れセンサー1についても同様の構成を有することができる。上述したように、スイッチ素子30は、絶縁基板33と、絶縁基板33上に接続されたカバー部材34によって筐体が構成されている。スイッチ素子30は、カバー部材34を設けることにより、ヒューズエレメント31、反応部2及び感温部3を外部より受ける機械的な外乱等から保護するとともに、ヒューズエレメント31が自己発熱によりアーク放電の発生を伴って溶断した際に、溶融金属の周囲への飛散を防止することができる。
次いで、第2のスイッチ素子について説明する。なお、以下の説明において、上述した液濡れセンサー1及びスイッチ素子30と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。図27は、スイッチ素子60の分解斜視図である。スイッチ素子60は、外部回路の通電経路上に配設されることにより当該外部回路の導通を遮断するものである。スイッチ素子60は、外部回路に接続されるヒューズエレメント61と、液体に触れることで発熱する反応部2とを備え、反応部2の発熱によってヒューズエレメント61を溶断する。
スイッチ素子60は、第1の電極38から第2の電極39に跨ってヒューズエレメント61が接続用ハンダにより接続されている。ヒューズエレメント61は、通常使用時には第1、第2の電極38,39間を導通させ、スイッチ素子60が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント61は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱(ジュール熱)により溶断し、あるいは反応部2の発熱により溶断し、第1、第2の電極38,39間を遮断する。
なお、図27に示すように、スイッチ素子60は、上述したスイッチ素子30と同様に、反応部2以外の場所、又は反応部2及びその近傍以外の場所に、撥水処理部35を設けてもよい。例えばスイッチ素子60は、反応部2、第1、第2の電極38,39を除く絶縁基板33の表面33aの露出領域に、撥水処理部35が設けられる。
Claims (40)
- 液体に触れることで発熱する反応部と、
上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを有する液濡れセンサー。 - 上記反応部は、酸化カルシウム(CaO:生石灰)を有し、
上記液体は、水を主成分とする請求項1記載の液濡れセンサー。 - 上記反応部と上記感温部とが重畳されている請求項1又は2に記載の液濡れセンサー。
- 上記感温部は、サーミスタ、ダイオード、ペルチェ素子、熱電対、バイメタル又は温度センサである請求項1乃至3の何れか1項に記載の液濡れセンサー。
- 外部回路に接続される可溶導体と、
発熱抵抗体と、
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記発熱抵抗体と接続され、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを備え、
上記感温部の電気特性の変化により通電量が増加した上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するスイッチ素子。 - 上記反応部は、酸化カルシウム(CaO:生石灰)を有し、
上記液体は、水を主成分とする請求項5記載のスイッチ素子。 - 上記反応部と上記感温部とが重畳されている請求項5又は6に記載のスイッチ素子。
- 上記感温部は、サーミスタ、ダイオード、ペルチェ素子、熱電対、バイメタル又は温度センサである請求項5乃至7の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記可溶導体は、電源回路に接続され、
上記発熱抵抗体は、上記可溶導体の通電経路に電気的に接続されている請求項5乃至8の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記可溶導体は、電源回路に接続され、
上記発熱抵抗体は、上記可溶導体と並列に電源回路に接続されている請求項5乃至8の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - さらに、上記可溶導体、上記発熱抵抗体、上記反応部、上記感温部が内蔵された筐体を備え、
上記筐体は、上記反応部に上記液体を導く導入口が設けられている請求項5乃至10の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記筐体は多面体からなり、一又は複数の面に、一又は複数の上記導入口が設けられている請求項11記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は筒状に形成され、側面に一又は複数の上記導入口が形成されている請求項11記載のスイッチ素子。
- 上記筐体には、流入した上記液体を排出する排出口が設けられている請求項11乃至13のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記排出口は、上記反応部が設けられた位置と同じ高さ、又は上記反応部が設けられた位置よりも上方に設けられている請求項14記載のスイッチ素子。
- 上記導入口は、上記反応部へ上記液体を導く導入溝が設けられている請求項11乃至15のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入溝は、上記導入口の開口部から内部にかけて漸次狭小化されている請求項16記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、上記導入口に撥水処理が施されている請求項11乃至17のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、上記導入溝に撥水処理が施されている請求項16又は17に記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、内壁に撥水処理が施されている請求項11乃至19のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入口は、上記液体で溶解する液溶性材料で閉塞されている請求項11乃至20のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入溝は、上記液体で溶解する液溶性材料が配置されている請求項16又は17に記載のスイッチ素子。
- バッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、
発熱抵抗体と、
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記発熱抵抗体の通電経路上に接続され、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを備え、
上記感温部の電気特性の変化により通電量が増加した上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するバッテリシステム。 - バッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、
発熱抵抗体と、
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部と、
上記発熱抵抗体への通電を制御する電流制御素子を備え、
上記感温部と上記電流制御素子とが接続され、
上記感温部の電気特性の変化により上記電流制御素子が通電され、上記発熱抵抗体への通電が開始され、上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するバッテリシステム。 - 外部回路に接続される可溶導体と、
液体に触れることで発熱する反応部とを備え、
上記反応部の発熱によって上記可溶導体を溶断するスイッチ素子。 - 上記反応部は、酸化カルシウム(CaO:生石灰)を有し、
上記液体は、水を主成分とする請求項25記載のスイッチ素子。 - 上記反応部と上記可溶導体とが重畳されている請求項25又は26に記載のスイッチ素子。
- さらに、上記可溶導体、及び上記反応部が内蔵された筐体を備え、
上記筐体は、上記反応部に上記液体を導く導入口が設けられている請求項25乃至27の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記筐体は多面体からなり、一又は複数の面に、一又は複数の上記導入口が設けられている請求項28記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は筒状に形成され、側面に一又は複数の上記導入口が形成されている請求項28記載のスイッチ素子。
- 上記筐体には、流入した上記液体を排出する排出口が設けられている請求項28乃至30のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記排出口は、上記反応部が設けられた位置と同じ高さ、又は上記反応部が設けられた位置よりも上方に設けられている請求項31記載のスイッチ素子。
- 上記導入口は、上記反応部へ上記液体を導く導入溝が設けられている請求項28乃至32のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入溝は、上記導入口の開口部から内部にかけて漸次狭小化されている請求項33記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、上記導入口に撥水処理が施されている請求項28乃至34のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、上記導入溝に撥水処理が施されている請求項33又は34に記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、内壁に撥水処理が施されている請求項28乃至36のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入口は、上記液体で溶解する液溶性材料で閉塞されている請求項28乃至37のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入溝は、上記液体で溶解する液溶性材料が配置されている請求項33又は34に記載のスイッチ素子。
- バッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、
液体に触れることで発熱する反応部とを備え、
上記反応部の発熱によって上記可溶導体を溶断するバッテリシステム。
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