JP3653468B2 - ブレーカを内蔵するパック電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過大な電流が流れ、あるいは検出した温度が異常に上昇すると電流を遮断するブレーカを内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、過大な電流が流れるとき、あるいは電池の温度が異常に高くなるときに電流を遮断する保護回路を内蔵している。保護回路を内蔵するパック電池は、安全に使用できる特長がある。このことを実現するパック電池として、図１に示すように、電池１と直列にヒューズ１８を接続している保護回路を内蔵するものが開発されている。このパック電池は、ヒューズ１８に抵抗加熱素子６を介してスイッチング素子１９を接続している。スイッチング素子１９は、制御回路２０でオンオフに切り換えられる。このパック電池は、電池１に過大な電流が流れるとヒューズ１８が溶断される。また、電池１が異常な状態になると、制御回路２０は、スイッチング素子１９をオンに切り換える。この状態になると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、抵抗加熱素子６がヒューズ１８を加熱して溶断する。このパック電池は、異常な状態で使用されるときに、ヒューズを溶断して電池を保護できる。ただ、ヒューズが溶断されると、パック電池をその後に全く使用できなくなる。したがって、たとえば、パック電池をショートして過大な電流が流れてヒューズが溶断されると、電池を正常に使用できるにもかかわらず、パック電池を使用できなくなる欠点がある。
【０００３】
この欠点を解消するパック電池として、図２に示すブレーカ２を内蔵するパック電池が開発されている。このブレーカ２は、感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６を内蔵している。抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５は並列に接続され、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を加熱する。このブレーカ２は、電池１と直列に接続してパック電池に内蔵される。このパック電池は、電池１に過大な電流が流れると、流れる電流で感熱遮断部材５が加熱される。感熱遮断部材５は、それ自体に流れる電流で加熱され、さらに抵抗加熱素子６によっても加熱される。電池１に流れる電流は、感熱遮断部材５と抵抗加熱素子６の両方をジュール熱で加熱する。感熱遮断部材５は、温度が高くなると熱変形して、接点をオフに切り換えて電池１に流れる電流を遮断する。
【０００４】
図２のブレーカは、抵抗加熱素子６を内蔵しているので、感熱遮断部材５を速やかにオフに切り換えできる。さらに、感熱遮断部材５をオフに切り換えた状態で、抵抗加熱素子６に電流を流し続けて、感熱遮断部材５をオフに保持することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２のブレーカは、電池１に流れる電流で抵抗加熱素子６を加熱するので、電池１に流れる電流が小さいときに、発生するジュール熱が少なくなって加熱熱量が少なくなってしまう。ジュール熱が電流の自乗に比例して大きくなるので、電流が小さくなると発生熱が著しく減少するからである。抵抗加熱素子の発生熱量が少なくなると、感熱遮断部材を加熱して速やかに遮断できなくなる。パック電池が、電流を遮断する必要があるときに、常に大電流が流れているとすれば、この特性はそれほど大きな弊害とはならないが、電池に流れる電流が小さくなったときに、電流を遮断する必要があることもある。たとえば、リチウムイオン二次電池は、充電して満充電に近付くと充電電流が次第に減少するので、リチウムイオン二次電池の過充電を防止するには、充電電流が少なくなった状態で、電池電流を遮断する必要がある。図２のブレーカは、このように電池電流が少なくなった状態で、速やかに電流を遮断できない。さらに、電池電流で抵抗加熱素子を加熱する構造は、抵抗加熱素子に発生するジュール熱が常に電池電流で決定されるので、これに流れる電流を相当に大きくして、極めて速やかにオフに切り換えることはできない。
【０００６】
さらに、図２のブレーカを内蔵するパック電池は、電池が満充電されて電池電圧が設定電圧まで上昇したときに、ブレーカで充電を停止することもできない。ブレーカが電池電流と電池温度を検出して感熱遮断部材をオフに切り換えるからである。
【０００７】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池電流が小さい状態においても速やかに電流を遮断でき、さらに電池が満充電されたときにも電流を遮断できるブレーカを内蔵するパック電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、充電できる電池１と、充電している電池１の電圧、または電池１を充電している充電器の出力電圧を検出して検出電圧が設定電圧よりも高くなるとオンになるスイッチング素子１１を内蔵する電圧検出回路１０と、この電圧検出回路１０のスイッチング素子１１がオンになると通電して加熱される抵抗加熱素子６を内蔵するブレーカ２とを備える。ブレーカ２は、温度が設定温度よりも高くなるとオフに切り換えられる感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６と、この抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５とを内蔵するケース７とを備える。抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５に熱結合するようにケース７に内蔵している。ケース７は、感熱遮断部材５に断続される固定接点１５に接続している接点リード端子９と、感熱遮断部材５がオフの位置にあるときに、抵抗加熱素子６に通電して抵抗加熱素子６を加熱するための制御リード端子１２とを備える。ブレーカ２の制御リード端子１２は、電圧検出回路１０のスイッチング素子１１に接続している。電圧検出回路１０のスイッチング素子１１がオンになると、スイッチング素子１１を介して抵抗加熱素子６に通電してこれを加熱し、加熱された抵抗加熱素子６が感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換えている。
【０００９】
パック電池は、ブレーカ２を半田付けして固定しているプリント基板４を内蔵することができる。ブレーカ２は、一対の接点リード端子９と単独の制御リード端子１２をケース７の底面と同一面に設けて、接点リード端子９と制御リード端子１２をプリント基板４に半田付けして固定することができる。
【００１０】
ブレーカは、感熱遮断部材５の中央部分に抵抗加熱素子６を配設することができる。さらに、ブレーカは、感熱遮断部材５の一端に可動接点１４を設けて、他方の端部に接触して抵抗加熱素子６を配設することができる。ブレーカは、抵抗加熱素子６がＰＴＣ、抵抗、サーミスタのいずれかとすることができる。
【００１１】
さらに、本発明のパック電池は、抵抗加熱素子６の片方端子を感熱遮断部材５に接続することができる。さらに、パック電池は、抵抗加熱素子６の片方端子を電流制限抵抗１３を介して電池１に接続することができる。さらにまた、パック電池は、ブレーカ２を固定しているプリント基板４を、熱伝導樹脂３でもって電池１に固定することができる。また、熱伝導性の良い金属等のテープで、電池１とブレーカ２とを張り付けてもよい。さらに、本発明のパック電池は、ブレーカ２の抵抗加熱素子６を一対の接点リード端子９の間に接続して、抵抗加熱素子６を介して電池１を出力端子８に接続することができる。この構造のパック電池は、出力端子８を短絡する状態で、抵抗加熱素子が感熱遮断部材を加熱状態としてオンに復帰するのを阻止できる。このため、パック電池の出力端子を短絡する状態で、過大な短絡電流が流れるのを阻止する状態に保持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
図３に示すパック電池は、充電できる電池１の端部に熱伝導樹脂３でプリント基板４を接着して固定し、このプリント基板４にブレーカ２を固定している。熱伝導樹脂３は、絶縁してプリント基板４を電池１に接着できる接着剤で、たとえば、エポキシ系の接着剤である。プリント基板４は、ブレーカ２を固定している面を電池１に対向する面として、熱伝導樹脂３で電池１に接着している。ブレーカ２は、半田付けしてプリント基板４に固定している。このパック電池は、電池１の熱が熱伝導樹脂３を伝わってブレーカ２に伝導される。したがって、電池１が加熱されるとブレーカ２が加熱されて電流を遮断することができる。さらに、このパック電池は、充電しているときに、電池１の電圧が設定電圧よりも高くなるときに、ブレーカ２をオフにして電流を遮断して過充電を防止する。さらに、パック電池は、図示しないが、ブレーカを、熱伝導性の良い金属等のテープで、電池に張り付けて連結することもできる。この構造のパック電池は、電池の熱をさらに効率よくブレーカに伝導して、ブレーカを速やかに加熱できる特長がある。
【００１５】
この図のパック電池の回路図を図４ないし図１１に示す。これ等の図は、ブレーカ２の感熱遮断部材５がオンとオフの状態を示している。これ等の回路図に示すパック電池は、電池１と出力端子８との間に直列にブレーカ２を接続している。ブレーカ２は、一方の接点リード端子９を電池１に、他方の接点リード端子９を出力端子８に接続して、電池１と直列に接続している。ブレーカ２がオフになると、出力端子８が電池１から切り離されて、電池１の電流を遮断する。ブレーカ２は、電流を遮断する感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６をケース７に内蔵している。抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換える。したがって、抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５に熱結合されるように配置される。
【００１６】
抵抗加熱素子６は、電流が流れる状態で、ジュール熱で発熱して感熱遮断部材５をオフに切り換える。抵抗加熱素子６の加熱は、電圧検出回路１０に制御される。したがって、抵抗加熱素子６は、電圧検出回路１０のスイッチング素子１１に接続している。スイッチング素子１１がオンになると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、この電流のジュール熱で抵抗加熱素子６が発熱する。発熱した抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換える。したがって、電圧検出回路１０のスイッチング素子１１は、感熱遮断部材５をオフに切り換えるときに、オンに切り換えられる。
【００１７】
図４と図５のパック電池に内蔵されるブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を出力端子８に接続し、他方の制御リード端子１２をスイッチング素子１１に接続している。このパック電池は、図５に示すように、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた状態においても、制御リード端子１２が出力端子８に接続される。このパック電池は、たとえば、出力端子８を充電器に接続して充電しているとき、電池１が満充電になって感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、充電器からパック電池を外さないかぎり、感熱遮断部材５はオフに保持される。出力端子８から抵抗加熱素子６に電流を流し続けて、抵抗加熱素子６が加熱状態に保持されるからである。したがって、このパック電池は、満充電になって感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後、電池１が充電されることがなく、過充電を有効に阻止できる。パック電池を充電器から外すと、抵抗加熱素子６には通電されなくなる。したがって、抵抗加熱素子６がジュール熱で発熱しなくなり、感熱遮断部材５はオフからオンに復帰する。したがって、パック電池は、電池１と出力端子８とが感熱遮断部材５で接続されて放電できる状態になる。このパック電池は、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後、充電器の出力で抵抗加熱素子６に電流を流して、感熱遮断部材５をオフに保持できるので、電池１を放電させることなく、感熱遮断部材５をオフに保持できる。
【００１８】
図６と図７に示すパック電池に内蔵されるブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を感熱遮断部材５に接続している。このパック電池は、感熱遮断部材５がオンの状態でスイッチング素子１１がオンになると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、抵抗加熱素子６が発熱して感熱遮断部材５をオフに切り換える。感熱遮断部材５がオフになると、抵抗加熱素子６に電流が流れなくなるので、抵抗加熱素子６が加熱されなくなり、感熱遮断部材５は所定の時間経過して温度が低下すると、オフからオンに復帰する。このとき、電池電圧が設定電圧よりも高くて、スイッチング素子１１がオンの状態にあると、抵抗加熱素子６は再びジュール熱で加熱されて、感熱遮断部材５をオフに切り換える。ただ、感熱遮断部材５がオンに復帰したときに、スイッチング素子１１がオフになっていると、抵抗加熱素子６には通電されない。したがって、抵抗加熱素子６が感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換えることはない。
【００１９】
図８ないし図１１に示すパック電池に内蔵されるブレーカ２は、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を加熱状態としてオフに保持する自己保持機能を有する。抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を電池１に接続しているからである。このパック電池は、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、スイッチング素子１１がオンであるときには、電池１から抵抗加熱素子６に電流が供給される。電池１の電圧が低下してスイッチング素子１１がオフになると、抵抗加熱素子６に電流が流れなくなるので、抵抗加熱素子６は加熱されず、感熱遮断部材５がオフからオンに復帰される。
【００２０】
さらに、図１０と図１１に示すパック電池に内蔵されるブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を、感熱遮断部材５に接続し、さらに、電流制限抵抗１３を介して電池１に接続している。このパック電池は、感熱遮断部材５を速やかにオフに切り換えして、オフに保持する電流を小さくできる。それは、感熱遮断部材５がオンからオフに切り換えられた状態で、抵抗加熱素子６に流す電流を小さくできるからである。感熱遮断部材５がオンでスイッチング素子１１がオンになったときは、感熱遮断部材５を介して大きな遮断電流が流れる。しかしながら、感熱遮断部材５がオフになった後は、電流制限抵抗１３を介して抵抗加熱素子６に保持電流が流れるので、保持電流を遮断電流よりも小さくできる。このため、電池１の放電を少なくして、感熱遮断部材５をオフに保持できる特長がある。
【００２１】
以上の動作をするブレーカ２を図１２ないし図１５に示す。これ等の図に示すブレーカ２は、温度が設定温度よりも高くなるとオフに切り換えられる感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６と、この抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５とを内蔵しているケース７とを備える。
【００２２】
図１２ないし図１４に示すブレーカ２は、感熱遮断部材５に熱膨張率が異なる複数枚の金属を積層している熱変形金属板、たとえば、バイメタルやトリメタルを使用している。これらの感熱遮断部材５は、加熱されると可動接点１４を固定接点１５から離してオフ状態となる方向に変形し、加熱されない状態にあっては、可動接点１４を固定接点１５に接触させる位置にある。図１５のブレーカ２は、感熱遮断部材５を、弾性接点５Ａと熱変形板５Ｂとで構成している。熱変形板５Ｂは、熱膨張率が異なる金属を積層している熱変形板５Ｂであるバイメタルやトリメタルである。この感熱遮断部材５は、熱変形板５Ｂが加熱されると、弾性接点５Ａを押して可動接点１４を固定接点１５から離す方向に変形させる。したがって、熱変形板５Ｂは、弾性接点５Ａに接近して配置されて、熱変形するときに弾性接点５Ａを押して可動接点１４を固定接点１５から離すようにしている。
【００２３】
図１２と図１３のブレーカ２は、感熱遮断部材５の両端に可動接点１４を固定しており、図において中央部分の下に抵抗加熱素子６を接近して配設し、中央部分の上にケース７の押圧部１６を設けている。この感熱遮断部材５は、加熱されない状態では、図１２に示すように、両端の可動接点１４を固定接点１５に接触させてオン状態とする。感熱遮断部材５が加熱されると、両端の可動接点１４を上昇させる方向に変形して、可動接点１４を固定接点１５から離してオフに切り換える。感熱遮断部材５は、設定温度よりも高温に加熱されると、可動接点１４を固定接点１５から離してオフに切り換えられる。オフに切り換えられた後、冷却されるとオフからオンに復帰する。オンからオフに復帰する温度は、オンからオフに切り換えられる設定温度よりも低く、オンとオフの温度にヒステリシスを持たせている。
【００２４】
感熱遮断部材５は、それ自体に流れる電流のジュール熱で加熱され、あるいは、抵抗加熱素子６から熱伝導により加熱されて、設定温度よりも高温になると可動接点１４をオフに切り換える。感熱遮断部材５には、たとえば、電池１がショートするときに大電流が流れる。このとき、大電流のジュール熱で感熱遮断部材５が発熱して設定温度よりも高温になると、オフに切り換えて電流を遮断する。抵抗加熱素子６で加熱してオフに切り換えられるのは、スイッチング素子１１がオンになって、抵抗加熱素子６に電流が流れるときである。
【００２５】
図１２と図１３のブレーカ２は、感熱遮断部材５の両端に各々ふたつの可動接点１４を固定している。全ての可動接点１４に接触する位置に固定接点１５を配置している。このブレーカ２は、感熱遮断部材５の両端にふたつ固定接点１５を設け、各々の可動接点１４を固定接点１５に接触させるので、接点の信頼性を著しく向上できる。それは、いずれか一方の接点が接触不良を起こしても、他方の接点が接触して正常に通電できるからである。
【００２６】
ケース７は、感熱遮断部材５を収納する収納室１７を内部に有する。収納室１７は、可動接点１４と固定接点１５とをオンオフに切り換えできる位置に、感熱遮断部材５を配置する。感熱遮断部材５は、ケース７の押圧部１６で中央部が押されて、押圧部１６と抵抗加熱素子６に挟着される状態で所定の位置に配置される。さらに、感熱遮断部材５の中央部は、押圧部１６あるいは抵抗加熱素子６に固定している。感熱遮断部材５は、たとえば、押圧部１６の下面に接着され、あるいは、抵抗加熱素子６の上面に接着されて固定される。感熱遮断部材５は、抵抗加熱素子６に導電状態で連結することも、絶縁状態で連結することもできる。感熱遮断部材５を導電状態で抵抗加熱素子６に接着するには、たとえば、導電性の接着剤で接着する。ただ、感熱遮断部材は、押圧部や抵抗加熱素子に接着することなく、位置決めの凹凸部等で所定の位置に保持しながら、押圧部と抵抗加熱素子とで挟着して定位置に配置することもできる。このように、押圧部１６で感熱遮断部材５を抵抗加熱素子６に押圧する構造は、ケース７に感熱遮断部材５を固定する特別な構造を必要としないので、全体を薄くできる特長がある。また、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた状態においても、弾性変形している感熱遮断部材５が押圧部１６に押圧されて抵抗加熱素子６に確実に接触するので、この状態で抵抗加熱素子６の熱を感熱遮断部材５に有効に伝導できる。したがって、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を加熱してオフ状態に自己保持させるとき、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を効率よく加熱でき、抵抗加熱素子６の発生熱を少なくできる。このことは、たとえば、電池１で抵抗加熱素子６に通電して自己保持させる回路において、特に大切である。電池１の放電を少なくして、感熱遮断部材５をオフ状態に保持できるからである。
【００２７】
固定接点１５は、ケース７に固定している。そして、固定接点１５は、ケース７の外部に突出させて接点リード端子９としている。この接点リード端子９は、ケース７の外部でケース下面と同一平面としている。さらに、図１２と図１３のブレーカ２は、抵抗加熱素子６に接続している制御リード端子１２も、ケース７の外部でケース下面と同一平面としている。この構造のブレーカ２は、接点リード端子９をプリント基板４にリフロー半田して固定できる特長がある。
【００２８】
抵抗加熱素子６には、一対の制御リード端子１２がある。一対の制御リード端子１２は、図１２に示すように、一方をケース７の内部で固定接点１５に接続して、他の制御リード端子１２をケース７の外部に引き出す構造にできる。この構造のブレーカ２は、図４、図５、図８、図９に示すパック電池に便利に使用できる。このブレーカ２は、一対の接点リード端子９と、単独の制御リード端子１２をケース７の外部に引き出して、３端子の端子構造にできる。ただ、ブレーカは、一対の接点リード端子と一対の制御リード端子をケースの外部に引き出して、一方の制御リード端子を一方の接点リード端子に接続して、内部で接続するブレーカと同じ回路で使用することもできる。さらに、図６と図７に示すパック電池に使用されるブレーカ２は、一方の制御リード端子１２を感熱遮断部材５に接続する。さらに、図１０と図１１に示すパック電池に使用するブレーカ２は、ケース７の内部で一方の制御リード端子１２を感熱遮断部材５に接続し、さらに、これを電流制限抵抗１３を介して一方の接点リード端子９に接続する。このブレーカ２は、感熱遮断部材５がオフの状態で、電流制限抵抗１３を介して抵抗加熱素子６に電流を流すので、オフ状態の感熱遮断部材５を加熱してオフに保持するときの電流を少なくできる。したがって、図１１に示すように、電池１で抵抗加熱素子６を加熱して感熱遮断部材５をオフに保持するパック電池において、電池１の放電を少なくできる。
【００２９】
図１４と図１５に示すブレーカ２は、感熱遮断部材５の一端に可動接点１４を固定して、他端をケース７に固定している。感熱遮断部材５は、ケース７に固定される側の端部に抵抗加熱素子６を配設している。図１４のブレーカ２は、感熱遮断部材５の下面に接して抵抗加熱素子６を固定し、図１５のブレーカ２は、感熱遮断部材５である熱変形板５Ｂの下に抵抗加熱素子６を固定して、抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５とを熱結合している。これらのブレーカ２は、固定接点１５を一方の接点リード端子９に、感熱遮断部材５を他方の接点リード端子９に接続している。感熱遮断部材５の可動接点１４が固定接点１５に接触すると、両方の接点リード端子９が感熱遮断部材５で導通されてオンとなり、可動接点１４が固定接点１５から離れるとオフになる。
【００３０】
感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６は、電流を流してジュール熱で発熱する素子で、ＰＴＣ、抵抗、サーミスタである。ＰＴＣは、設定温度まで速やかに温度上昇できるので、抵抗加熱素子６として理想的な特性を有する。さらに、ＰＴＣは、設定温度になると抵抗が急激に大きくなって電流が少なくなるので、電力消費による損失を極減できる特長もある。したがって、抵抗加熱素子６にはＰＴＣが最適である。
【００３１】
図１４と図１５のブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を固定接点１５に接続しているので、図４、図５、図８、図９に示すパック電池に使用できる。
【００３２】
さらに、本発明のパック電池は、図１６と図１７の回路図に示す構造とすることもできる。これらの図は、ブレーカ２の感熱遮断部材５がオンとオフの状態を示している。さらに、これらの図に示すパック電池に内蔵されるにブレーカ２の断面図を図１８に示す。この図に示すブレーカ２は、抵抗加熱素子６であるＰＴＣの中央を感熱遮断部材５に接続しており、底面両側の制御リード端子１２を出力端子８に接続される接点リード端子９と、電池１に接続される接点リード端子９とに接続している。このブレーカ２は、抵抗加熱素子６を一対の接点リード端子９の間に接続して、抵抗加熱素子６を介して電池１を出力端子８に接続している。したがって、このブレーカ２は、図１６に示すように、感熱遮断部材５をオンとする状態では、抵抗加熱素子６を感熱遮断部材５と並列に接続する。図１７に示すように、感熱遮断部材５がオフ状態になると、抵抗加熱素子６を介して一対の接点リード端子９が互いに接続される。さらに、抵抗加熱素子６であるＰＴＣの一部に接触する制御リード端子１２をスイッチング素子１１に接続している。
【００３３】
このパック電池は、感熱遮断部材５がオンの状態でスイッチング素子１１がオンになると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、抵抗加熱素子６が発熱して感熱遮断部材５をオフに切り換える。感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、スイッチング素子１１がオンであるときには、電池１から抵抗加熱素子６に電流が供給されて感熱遮断部材５がオフに保持される。電池１の電圧が低下してスイッチング素子１１がオフになると、抵抗加熱素子６に電流が流れなくなるので、抵抗加熱素子６は加熱されず、感熱遮断部材５がオフからオンに復帰される。
【００３４】
さらに、このパック電池は、感熱遮断部材５がオンの状態で、＋−の出力端子８がショートすると、感熱遮断部材５に過大電流が流れてオフになる。感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、抵抗加熱素子６にはショート電流が流れて抵抗加熱素子６が発熱する。加熱された抵抗加熱素子６は、ショート電流を小さくすると共に、感熱遮断部材５をオフ状態に保持する。このため、このパック電池は、＋−の出力端子８がショートしても、ショート電流を少なくしながら感熱遮断部材５をオフに保持できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、電池電流が小さい状態においても速やかに電流を遮断でき、さらに電池が満充電されたときにも電流を遮断できる特長がある。それは、本発明のパック電池が備えるブレーカが、感熱遮断部材と抵抗加熱素子とを熱結合させてケースに内蔵すると共に、感熱遮断部材に接続される接点リード端子と、抵抗加熱素子に通電するための制御リード端子をケースの外部に引き出しており、制御リード端子に通電して抵抗加熱素子を加熱し、加熱された抵抗加熱素子で感熱遮断部材を加熱してオフに切り換えできるようにしているからである。この構造のブレーカは、従来のように、電池に流れる電流で抵抗加熱素子を加熱しない。このブレーカは、抵抗加熱素子に通電する制御リード端子を設けているので、制御リード端子から抵抗加熱素子に通電する電流を制御することによって、感熱遮断部材を加熱して電流を遮断できる。このため、電池電流の大小に関わらず、抵抗加熱素子に通電して、極めて速やかに抵抗加熱素子を加熱して感熱遮断部材を遮断できる。
【００３６】
さらに、本発明のパック電池は、この構造のブレーカを内蔵すると共に、充電している電池の電圧、または充電器の出力電圧を検出して検出電圧が設定電圧よりも高くなるとオンになるスイッチング素子を内蔵する電圧検出回路を備え、ブレーカの制御リード端子を電圧検出回路のスイッチング素子に接続して、スイッチング素子がオンになると抵抗加熱素子に通電できるようにしている。このため、電圧検出回路で電池の充電状態をより正確に確認しながら、スイッチング素子を制御して抵抗加熱素子に通電し、設定電圧になった電池の充電をブレーカで速やかに停止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 保護回路を内蔵するパック電池の一例を示す回路図
【図２】 従来のブレーカを内蔵するパック電池の回路図
【図３】 本発明の実施例のパック電池の正面図
【図４】 本発明の実施例１のパック電池の回路図
【図５】 図４に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図６】 本発明の実施例２のパック電池の回路図
【図７】 図６に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図８】 本発明の実施例３のパック電池の回路図
【図９】 図８に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図１０】 本発明の実施例４のパック電池の回路図
【図１１】 図１０に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図１２】 本発明の実施例のブレーカの断面図
【図１３】 図１２に示すブレーカの内部構造を示す平面図
【図１４】 本発明の他の実施例のブレーカの断面図及び平面図
【図１５】 本発明の他の実施例のブレーカの断面図及び平面図
【図１６】 本発明の実施例５のパック電池の回路図
【図１７】 図１６に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図１８】 図１６に示すパック電池に内蔵されるのブレーカの断面図
【符号の説明】
１…電池
２…ブレーカ
３…熱伝導樹脂
４…プリント基板
５…感熱遮断部材 ５Ａ…弾性接点 ５Ｂ…熱変形板
６…抵抗加熱素子
７…ケース
８…出力端子
９…接点リード端子
１０…電圧検出回路
１１…スイッチング素子
１２…制御リード端子
１３…電流制限抵抗
１４…可動接点
１５…固定接点
１６…押圧部
１７…収納室
１８…ヒューズ
１９…スイッチング素子
２０…制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、過大な電流が流れ、あるいは検出した温度が異常に上昇すると電流を遮断するブレーカを内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、過大な電流が流れるとき、あるいは電池の温度が異常に高くなるときに電流を遮断する保護回路を内蔵している。保護回路を内蔵するパック電池は、安全に使用できる特長がある。このことを実現するパック電池として、図１に示すように、電池１と直列にヒューズ１８を接続している保護回路を内蔵するものが開発されている。このパック電池は、ヒューズ１８に抵抗加熱素子６を介してスイッチング素子１９を接続している。スイッチング素子１９は、制御回路２０でオンオフに切り換えられる。このパック電池は、電池１に過大な電流が流れるとヒューズ１８が溶断される。また、電池１が異常な状態になると、制御回路２０は、スイッチング素子１９をオンに切り換える。この状態になると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、抵抗加熱素子６がヒューズ１８を加熱して溶断する。このパック電池は、異常な状態で使用されるときに、ヒューズを溶断して電池を保護できる。ただ、ヒューズが溶断されると、パック電池をその後に全く使用できなくなる。したがって、たとえば、パック電池をショートして過大な電流が流れてヒューズが溶断されると、電池を正常に使用できるにもかかわらず、パック電池を使用できなくなる欠点がある。
【０００３】
この欠点を解消するパック電池として、図２に示すブレーカ２を内蔵するパック電池が開発されている。このブレーカ２は、感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６を内蔵している。抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５は並列に接続され、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を加熱する。このブレーカ２は、電池１と直列に接続してパック電池に内蔵される。このパック電池は、電池１に過大な電流が流れると、流れる電流で感熱遮断部材５が加熱される。感熱遮断部材５は、それ自体に流れる電流で加熱され、さらに抵抗加熱素子６によっても加熱される。電池１に流れる電流は、感熱遮断部材５と抵抗加熱素子６の両方をジュール熱で加熱する。感熱遮断部材５は、温度が高くなると熱変形して、接点をオフに切り換えて電池１に流れる電流を遮断する。
【０００４】
図２のブレーカは、抵抗加熱素子６を内蔵しているので、感熱遮断部材５を速やかにオフに切り換えできる。さらに、感熱遮断部材５をオフに切り換えた状態で、抵抗加熱素子６に電流を流し続けて、感熱遮断部材５をオフに保持することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２のブレーカは、電池１に流れる電流で抵抗加熱素子６を加熱するので、電池１に流れる電流が小さいときに、発生するジュール熱が少なくなって加熱熱量が少なくなってしまう。ジュール熱が電流の自乗に比例して大きくなるので、電流が小さくなると発生熱が著しく減少するからである。抵抗加熱素子の発生熱量が少なくなると、感熱遮断部材を加熱して速やかに遮断できなくなる。パック電池が、電流を遮断する必要があるときに、常に大電流が流れているとすれば、この特性はそれほど大きな弊害とはならないが、電池に流れる電流が小さくなったときに、電流を遮断する必要があることもある。たとえば、リチウムイオン二次電池は、充電して満充電に近付くと充電電流が次第に減少するので、リチウムイオン二次電池の過充電を防止するには、充電電流が少なくなった状態で、電池電流を遮断する必要がある。図２のブレーカは、このように電池電流が少なくなった状態で、速やかに電流を遮断できない。さらに、電池電流で抵抗加熱素子を加熱する構造は、抵抗加熱素子に発生するジュール熱が常に電池電流で決定されるので、これに流れる電流を相当に大きくして、極めて速やかにオフに切り換えることはできない。
【０００６】
さらに、図２のブレーカを内蔵するパック電池は、電池が満充電されて電池電圧が設定電圧まで上昇したときに、ブレーカで充電を停止することもできない。ブレーカが電池電流と電池温度を検出して感熱遮断部材をオフに切り換えるからである。
【０００７】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池電流が小さい状態においても速やかに電流を遮断でき、さらに電池が満充電されたときにも電流を遮断できるブレーカを内蔵するパック電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、充電できる電池１と、充電している電池１の電圧、または電池１を充電している充電器の出力電圧を検出して検出電圧が設定電圧よりも高くなるとオンになるスイッチング素子１１を内蔵する電圧検出回路１０と、この電圧検出回路１０のスイッチング素子１１がオンになると通電して加熱される抵抗加熱素子６を内蔵するブレーカ２とを備える。ブレーカ２は、温度が設定温度よりも高くなるとオフに切り換えられる感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６と、この抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５とを内蔵するケース７とを備える。抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５に熱結合するようにケース７に内蔵している。ケース７は、感熱遮断部材５に断続される固定接点１５に接続している接点リード端子９と、感熱遮断部材５がオフの位置にあるときに、抵抗加熱素子６に通電して抵抗加熱素子６を加熱するための制御リード端子１２とを備える。ブレーカ２の制御リード端子１２は、電圧検出回路１０のスイッチング素子１１に接続している。電圧検出回路１０のスイッチング素子１１がオンになると、スイッチング素子１１を介して抵抗加熱素子６に通電してこれを加熱し、加熱された抵抗加熱素子６が感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換えている。
【０００９】
パック電池は、ブレーカ２を半田付けして固定しているプリント基板４を内蔵することができる。ブレーカ２は、一対の接点リード端子９と単独の制御リード端子１２をケース７の底面と同一面に設けて、接点リード端子９と制御リード端子１２をプリント基板４に半田付けして固定することができる。
【００１０】
ブレーカは、感熱遮断部材５の中央部分に抵抗加熱素子６を配設することができる。さらに、ブレーカは、感熱遮断部材５の一端に可動接点１４を設けて、他方の端部に接触して抵抗加熱素子６を配設することができる。ブレーカは、抵抗加熱素子６がＰＴＣ、抵抗、サーミスタのいずれかとすることができる。
【００１１】
さらに、本発明のパック電池は、抵抗加熱素子６の片方端子を感熱遮断部材５に接続することができる。さらに、パック電池は、抵抗加熱素子６の片方端子を電流制限抵抗１３を介して電池１に接続することができる。さらにまた、パック電池は、ブレーカ２を固定しているプリント基板４を、熱伝導樹脂３でもって電池１に固定することができる。また、熱伝導性の良い金属等のテープで、電池１とブレーカ２とを張り付けてもよい。さらに、本発明のパック電池は、ブレーカ２の抵抗加熱素子６を一対の接点リード端子９の間に接続して、抵抗加熱素子６を介して電池１を出力端子８に接続することができる。この構造のパック電池は、出力端子８を短絡する状態で、抵抗加熱素子が感熱遮断部材を加熱状態としてオンに復帰するのを阻止できる。このため、パック電池の出力端子を短絡する状態で、過大な短絡電流が流れるのを阻止する状態に保持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
図３に示すパック電池は、充電できる電池１の端部に熱伝導樹脂３でプリント基板４を接着して固定し、このプリント基板４にブレーカ２を固定している。熱伝導樹脂３は、絶縁してプリント基板４を電池１に接着できる接着剤で、たとえば、エポキシ系の接着剤である。プリント基板４は、ブレーカ２を固定している面を電池１に対向する面として、熱伝導樹脂３で電池１に接着している。ブレーカ２は、半田付けしてプリント基板４に固定している。このパック電池は、電池１の熱が熱伝導樹脂３を伝わってブレーカ２に伝導される。したがって、電池１が加熱されるとブレーカ２が加熱されて電流を遮断することができる。さらに、このパック電池は、充電しているときに、電池１の電圧が設定電圧よりも高くなるときに、ブレーカ２をオフにして電流を遮断して過充電を防止する。さらに、パック電池は、図示しないが、ブレーカを、熱伝導性の良い金属等のテープで、電池に張り付けて連結することもできる。この構造のパック電池は、電池の熱をさらに効率よくブレーカに伝導して、ブレーカを速やかに加熱できる特長がある。
【００１５】
この図のパック電池の回路図を図４ないし図１１に示す。これ等の図は、ブレーカ２の感熱遮断部材５がオンとオフの状態を示している。これ等の回路図に示すパック電池は、電池１と出力端子８との間に直列にブレーカ２を接続している。ブレーカ２は、一方の接点リード端子９を電池１に、他方の接点リード端子９を出力端子８に接続して、電池１と直列に接続している。ブレーカ２がオフになると、出力端子８が電池１から切り離されて、電池１の電流を遮断する。ブレーカ２は、電流を遮断する感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６をケース７に内蔵している。抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換える。したがって、抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５に熱結合されるように配置される。
【００１６】
抵抗加熱素子６は、電流が流れる状態で、ジュール熱で発熱して感熱遮断部材５をオフに切り換える。抵抗加熱素子６の加熱は、電圧検出回路１０に制御される。したがって、抵抗加熱素子６は、電圧検出回路１０のスイッチング素子１１に接続している。スイッチング素子１１がオンになると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、この電流のジュール熱で抵抗加熱素子６が発熱する。発熱した抵抗加熱素子６は、感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換える。したがって、電圧検出回路１０のスイッチング素子１１は、感熱遮断部材５をオフに切り換えるときに、オンに切り換えられる。
【００１７】
図４と図５のパック電池に内蔵されるブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を出力端子８に接続し、他方の制御リード端子１２をスイッチング素子１１に接続している。このパック電池は、図５に示すように、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた状態においても、制御リード端子１２が出力端子８に接続される。このパック電池は、たとえば、出力端子８を充電器に接続して充電しているとき、電池１が満充電になって感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、充電器からパック電池を外さないかぎり、感熱遮断部材５はオフに保持される。出力端子８から抵抗加熱素子６に電流を流し続けて、抵抗加熱素子６が加熱状態に保持されるからである。したがって、このパック電池は、満充電になって感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後、電池１が充電されることがなく、過充電を有効に阻止できる。パック電池を充電器から外すと、抵抗加熱素子６には通電されなくなる。したがって、抵抗加熱素子６がジュール熱で発熱しなくなり、感熱遮断部材５はオフからオンに復帰する。したがって、パック電池は、電池１と出力端子８とが感熱遮断部材５で接続されて放電できる状態になる。このパック電池は、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後、充電器の出力で抵抗加熱素子６に電流を流して、感熱遮断部材５をオフに保持できるので、電池１を放電させることなく、感熱遮断部材５をオフに保持できる。
【００１８】
図６と図７に示すパック電池に内蔵されるブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を感熱遮断部材５に接続している。このパック電池は、感熱遮断部材５がオンの状態でスイッチング素子１１がオンになると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、抵抗加熱素子６が発熱して感熱遮断部材５をオフに切り換える。感熱遮断部材５がオフになると、抵抗加熱素子６に電流が流れなくなるので、抵抗加熱素子６が加熱されなくなり、感熱遮断部材５は所定の時間経過して温度が低下すると、オフからオンに復帰する。このとき、電池電圧が設定電圧よりも高くて、スイッチング素子１１がオンの状態にあると、抵抗加熱素子６は再びジュール熱で加熱されて、感熱遮断部材５をオフに切り換える。ただ、感熱遮断部材５がオンに復帰したときに、スイッチング素子１１がオフになっていると、抵抗加熱素子６には通電されない。したがって、抵抗加熱素子６が感熱遮断部材５を加熱してオフに切り換えることはない。
【００１９】
図８ないし図１１に示すパック電池に内蔵されるブレーカ２は、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を加熱状態としてオフに保持する自己保持機能を有する。抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を電池１に接続しているからである。このパック電池は、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、スイッチング素子１１がオンであるときには、電池１から抵抗加熱素子６に電流が供給される。電池１の電圧が低下してスイッチング素子１１がオフになると、抵抗加熱素子６に電流が流れなくなるので、抵抗加熱素子６は加熱されず、感熱遮断部材５がオフからオンに復帰される。
【００２０】
さらに、図１０と図１１に示すパック電池に内蔵されるブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を、感熱遮断部材５に接続し、さらに、電流制限抵抗１３を介して電池１に接続している。このパック電池は、感熱遮断部材５を速やかにオフに切り換えして、オフに保持する電流を小さくできる。それは、感熱遮断部材５がオンからオフに切り換えられた状態で、抵抗加熱素子６に流す電流を小さくできるからである。感熱遮断部材５がオンでスイッチング素子１１がオンになったときは、感熱遮断部材５を介して大きな遮断電流が流れる。しかしながら、感熱遮断部材５がオフになった後は、電流制限抵抗１３を介して抵抗加熱素子６に保持電流が流れるので、保持電流を遮断電流よりも小さくできる。このため、電池１の放電を少なくして、感熱遮断部材５をオフに保持できる特長がある。
【００２１】
以上の動作をするブレーカ２を図１２ないし図１５に示す。これ等の図に示すブレーカ２は、温度が設定温度よりも高くなるとオフに切り換えられる感熱遮断部材５と、この感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６と、この抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５とを内蔵しているケース７とを備える。
【００２２】
図１２ないし図１４に示すブレーカ２は、感熱遮断部材５に熱膨張率が異なる複数枚の金属を積層している熱変形金属板、たとえば、バイメタルやトリメタルを使用している。これらの感熱遮断部材５は、加熱されると可動接点１４を固定接点１５から離してオフ状態となる方向に変形し、加熱されない状態にあっては、可動接点１４を固定接点１５に接触させる位置にある。図１５のブレーカ２は、感熱遮断部材５を、弾性接点５Ａと熱変形板５Ｂとで構成している。熱変形板５Ｂは、熱膨張率が異なる金属を積層している熱変形板５Ｂであるバイメタルやトリメタルである。この感熱遮断部材５は、熱変形板５Ｂが加熱されると、弾性接点５Ａを押して可動接点１４を固定接点１５から離す方向に変形させる。したがって、熱変形板５Ｂは、弾性接点５Ａに接近して配置されて、熱変形するときに弾性接点５Ａを押して可動接点１４を固定接点１５から離すようにしている。
【００２３】
図１２と図１３のブレーカ２は、感熱遮断部材５の両端に可動接点１４を固定しており、図において中央部分の下に抵抗加熱素子６を接近して配設し、中央部分の上にケース７の押圧部１６を設けている。この感熱遮断部材５は、加熱されない状態では、図１２に示すように、両端の可動接点１４を固定接点１５に接触させてオン状態とする。感熱遮断部材５が加熱されると、両端の可動接点１４を上昇させる方向に変形して、可動接点１４を固定接点１５から離してオフに切り換える。感熱遮断部材５は、設定温度よりも高温に加熱されると、可動接点１４を固定接点１５から離してオフに切り換えられる。オフに切り換えられた後、冷却されるとオフからオンに復帰する。オンからオフに復帰する温度は、オンからオフに切り換えられる設定温度よりも低く、オンとオフの温度にヒステリシスを持たせている。
【００２４】
感熱遮断部材５は、それ自体に流れる電流のジュール熱で加熱され、あるいは、抵抗加熱素子６から熱伝導により加熱されて、設定温度よりも高温になると可動接点１４をオフに切り換える。感熱遮断部材５には、たとえば、電池１がショートするときに大電流が流れる。このとき、大電流のジュール熱で感熱遮断部材５が発熱して設定温度よりも高温になると、オフに切り換えて電流を遮断する。抵抗加熱素子６で加熱してオフに切り換えられるのは、スイッチング素子１１がオンになって、抵抗加熱素子６に電流が流れるときである。
【００２５】
図１２と図１３のブレーカ２は、感熱遮断部材５の両端に各々ふたつの可動接点１４を固定している。全ての可動接点１４に接触する位置に固定接点１５を配置している。このブレーカ２は、感熱遮断部材５の両端にふたつ固定接点１５を設け、各々の可動接点１４を固定接点１５に接触させるので、接点の信頼性を著しく向上できる。それは、いずれか一方の接点が接触不良を起こしても、他方の接点が接触して正常に通電できるからである。
【００２６】
ケース７は、感熱遮断部材５を収納する収納室１７を内部に有する。収納室１７は、可動接点１４と固定接点１５とをオンオフに切り換えできる位置に、感熱遮断部材５を配置する。感熱遮断部材５は、ケース７の押圧部１６で中央部が押されて、押圧部１６と抵抗加熱素子６に挟着される状態で所定の位置に配置される。さらに、感熱遮断部材５の中央部は、押圧部１６あるいは抵抗加熱素子６に固定している。感熱遮断部材５は、たとえば、押圧部１６の下面に接着され、あるいは、抵抗加熱素子６の上面に接着されて固定される。感熱遮断部材５は、抵抗加熱素子６に導電状態で連結することも、絶縁状態で連結することもできる。感熱遮断部材５を導電状態で抵抗加熱素子６に接着するには、たとえば、導電性の接着剤で接着する。ただ、感熱遮断部材は、押圧部や抵抗加熱素子に接着することなく、位置決めの凹凸部等で所定の位置に保持しながら、押圧部と抵抗加熱素子とで挟着して定位置に配置することもできる。このように、押圧部１６で感熱遮断部材５を抵抗加熱素子６に押圧する構造は、ケース７に感熱遮断部材５を固定する特別な構造を必要としないので、全体を薄くできる特長がある。また、感熱遮断部材５がオフに切り換えられた状態においても、弾性変形している感熱遮断部材５が押圧部１６に押圧されて抵抗加熱素子６に確実に接触するので、この状態で抵抗加熱素子６の熱を感熱遮断部材５に有効に伝導できる。したがって、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を加熱してオフ状態に自己保持させるとき、抵抗加熱素子６で感熱遮断部材５を効率よく加熱でき、抵抗加熱素子６の発生熱を少なくできる。このことは、たとえば、電池１で抵抗加熱素子６に通電して自己保持させる回路において、特に大切である。電池１の放電を少なくして、感熱遮断部材５をオフ状態に保持できるからである。
【００２７】
固定接点１５は、ケース７に固定している。そして、固定接点１５は、ケース７の外部に突出させて接点リード端子９としている。この接点リード端子９は、ケース７の外部でケース下面と同一平面としている。さらに、図１２と図１３のブレーカ２は、抵抗加熱素子６に接続している制御リード端子１２も、ケース７の外部でケース下面と同一平面としている。この構造のブレーカ２は、接点リード端子９をプリント基板４にリフロー半田して固定できる特長がある。
【００２８】
抵抗加熱素子６には、一対の制御リード端子１２がある。一対の制御リード端子１２は、図１２に示すように、一方をケース７の内部で固定接点１５に接続して、他の制御リード端子１２をケース７の外部に引き出す構造にできる。この構造のブレーカ２は、図４、図５、図８、図９に示すパック電池に便利に使用できる。このブレーカ２は、一対の接点リード端子９と、単独の制御リード端子１２をケース７の外部に引き出して、３端子の端子構造にできる。ただ、ブレーカは、一対の接点リード端子と一対の制御リード端子をケースの外部に引き出して、一方の制御リード端子を一方の接点リード端子に接続して、内部で接続するブレーカと同じ回路で使用することもできる。さらに、図６と図７に示すパック電池に使用されるブレーカ２は、一方の制御リード端子１２を感熱遮断部材５に接続する。さらに、図１０と図１１に示すパック電池に使用するブレーカ２は、ケース７の内部で一方の制御リード端子１２を感熱遮断部材５に接続し、さらに、これを電流制限抵抗１３を介して一方の接点リード端子９に接続する。このブレーカ２は、感熱遮断部材５がオフの状態で、電流制限抵抗１３を介して抵抗加熱素子６に電流を流すので、オフ状態の感熱遮断部材５を加熱してオフに保持するときの電流を少なくできる。したがって、図１１に示すように、電池１で抵抗加熱素子６を加熱して感熱遮断部材５をオフに保持するパック電池において、電池１の放電を少なくできる。
【００２９】
図１４と図１５に示すブレーカ２は、感熱遮断部材５の一端に可動接点１４を固定して、他端をケース７に固定している。感熱遮断部材５は、ケース７に固定される側の端部に抵抗加熱素子６を配設している。図１４のブレーカ２は、感熱遮断部材５の下面に接して抵抗加熱素子６を固定し、図１５のブレーカ２は、感熱遮断部材５である熱変形板５Ｂの下に抵抗加熱素子６を固定して、抵抗加熱素子６と感熱遮断部材５とを熱結合している。これらのブレーカ２は、固定接点１５を一方の接点リード端子９に、感熱遮断部材５を他方の接点リード端子９に接続している。感熱遮断部材５の可動接点１４が固定接点１５に接触すると、両方の接点リード端子９が感熱遮断部材５で導通されてオンとなり、可動接点１４が固定接点１５から離れるとオフになる。
【００３０】
感熱遮断部材５を加熱する抵抗加熱素子６は、電流を流してジュール熱で発熱する素子で、ＰＴＣ、抵抗、サーミスタである。ＰＴＣは、設定温度まで速やかに温度上昇できるので、抵抗加熱素子６として理想的な特性を有する。さらに、ＰＴＣは、設定温度になると抵抗が急激に大きくなって電流が少なくなるので、電力消費による損失を極減できる特長もある。したがって、抵抗加熱素子６にはＰＴＣが最適である。
【００３１】
図１４と図１５のブレーカ２は、抵抗加熱素子６の一方の制御リード端子１２を固定接点１５に接続しているので、図４、図５、図８、図９に示すパック電池に使用できる。
【００３２】
さらに、本発明のパック電池は、図１６と図１７の回路図に示す構造とすることもできる。これらの図は、ブレーカ２の感熱遮断部材５がオンとオフの状態を示している。さらに、これらの図に示すパック電池に内蔵されるにブレーカ２の断面図を図１８に示す。この図に示すブレーカ２は、抵抗加熱素子６であるＰＴＣの中央を感熱遮断部材５に接続しており、底面両側の制御リード端子１２を出力端子８に接続される接点リード端子９と、電池１に接続される接点リード端子９とに接続している。このブレーカ２は、抵抗加熱素子６を一対の接点リード端子９の間に接続して、抵抗加熱素子６を介して電池１を出力端子８に接続している。したがって、このブレーカ２は、図１６に示すように、感熱遮断部材５をオンとする状態では、抵抗加熱素子６を感熱遮断部材５と並列に接続する。図１７に示すように、感熱遮断部材５がオフ状態になると、抵抗加熱素子６を介して一対の接点リード端子９が互いに接続される。さらに、抵抗加熱素子６であるＰＴＣの一部に接触する制御リード端子１２をスイッチング素子１１に接続している。
【００３３】
このパック電池は、感熱遮断部材５がオンの状態でスイッチング素子１１がオンになると、抵抗加熱素子６に電流が流れ、抵抗加熱素子６が発熱して感熱遮断部材５をオフに切り換える。感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、スイッチング素子１１がオンであるときには、電池１から抵抗加熱素子６に電流が供給されて感熱遮断部材５がオフに保持される。電池１の電圧が低下してスイッチング素子１１がオフになると、抵抗加熱素子６に電流が流れなくなるので、抵抗加熱素子６は加熱されず、感熱遮断部材５がオフからオンに復帰される。
【００３４】
さらに、このパック電池は、感熱遮断部材５がオンの状態で、＋−の出力端子８がショートすると、感熱遮断部材５に過大電流が流れてオフになる。感熱遮断部材５がオフに切り換えられた後も、抵抗加熱素子６にはショート電流が流れて抵抗加熱素子６が発熱する。加熱された抵抗加熱素子６は、ショート電流を小さくすると共に、感熱遮断部材５をオフ状態に保持する。このため、このパック電池は、＋−の出力端子８がショートしても、ショート電流を少なくしながら感熱遮断部材５をオフに保持できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、電池電流が小さい状態においても速やかに電流を遮断でき、さらに電池が満充電されたときにも電流を遮断できる特長がある。それは、本発明のパック電池が備えるブレーカが、感熱遮断部材と抵抗加熱素子とを熱結合させてケースに内蔵すると共に、感熱遮断部材に接続される接点リード端子と、抵抗加熱素子に通電するための制御リード端子をケースの外部に引き出しており、制御リード端子に通電して抵抗加熱素子を加熱し、加熱された抵抗加熱素子で感熱遮断部材を加熱してオフに切り換えできるようにしているからである。この構造のブレーカは、従来のように、電池に流れる電流で抵抗加熱素子を加熱しない。このブレーカは、抵抗加熱素子に通電する制御リード端子を設けているので、制御リード端子から抵抗加熱素子に通電する電流を制御することによって、感熱遮断部材を加熱して電流を遮断できる。このため、電池電流の大小に関わらず、抵抗加熱素子に通電して、極めて速やかに抵抗加熱素子を加熱して感熱遮断部材を遮断できる。
【００３６】
さらに、本発明のパック電池は、この構造のブレーカを内蔵すると共に、充電している電池の電圧、または充電器の出力電圧を検出して検出電圧が設定電圧よりも高くなるとオンになるスイッチング素子を内蔵する電圧検出回路を備え、ブレーカの制御リード端子を電圧検出回路のスイッチング素子に接続して、スイッチング素子がオンになると抵抗加熱素子に通電できるようにしている。このため、電圧検出回路で電池の充電状態をより正確に確認しながら、スイッチング素子を制御して抵抗加熱素子に通電し、設定電圧になった電池の充電をブレーカで速やかに停止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 保護回路を内蔵するパック電池の一例を示す回路図
【図２】 従来のブレーカを内蔵するパック電池の回路図
【図３】 本発明の実施例のパック電池の正面図
【図４】 本発明の実施例１のパック電池の回路図
【図５】 図４に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図６】 本発明の実施例２のパック電池の回路図
【図７】 図６に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図８】 本発明の実施例３のパック電池の回路図
【図９】 図８に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図１０】 本発明の実施例４のパック電池の回路図
【図１１】 図１０に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図１２】 本発明の実施例のブレーカの断面図
【図１３】 図１２に示すブレーカの内部構造を示す平面図
【図１４】 本発明の他の実施例のブレーカの断面図及び平面図
【図１５】 本発明の他の実施例のブレーカの断面図及び平面図
【図１６】 本発明の実施例５のパック電池の回路図
【図１７】 図１６に示すパック電池のブレーカの感熱遮断部材がオフの状態を示す回路図
【図１８】 図１６に示すパック電池に内蔵されるのブレーカの断面図
【符号の説明】
１…電池
２…ブレーカ
３…熱伝導樹脂
４…プリント基板
５…感熱遮断部材 ５Ａ…弾性接点 ５Ｂ…熱変形板
６…抵抗加熱素子
７…ケース
８…出力端子
９…接点リード端子
１０…電圧検出回路
１１…スイッチング素子
１２…制御リード端子
１３…電流制限抵抗
１４…可動接点
１５…固定接点
１６…押圧部
１７…収納室
１８…ヒューズ
１９…スイッチング素子
２０…制御回路
Claims (10)
- 充電できる電池(1)と、充電している電池(1)の電圧、または電池(1)を充電している充電器の出力電圧を検出して検出電圧が設定電圧よりも高くなるとオンになるスイッチング素子(11)を内蔵する電圧検出回路(10)と、この電圧検出回路(10)のスイッチング素子(11)がオンになると通電して加熱される抵抗加熱素子(6)を内蔵するブレーカ(2)とを備え、
ブレーカ(2)は、それ自体に流れる電流のジュール熱で加熱され、あるいは、抵抗加熱素子 (6) から熱伝導により加熱されて、温度が設定温度よりも高くなるとオフに切り換えられる感熱遮断部材(5)と、この感熱遮断部材(5)を加熱する抵抗加熱素子(6)と、この抵抗加熱素子(6)と感熱遮断部材(5)とを内蔵するケース(7)とを備え、
抵抗加熱素子(6)は感熱遮断部材(5)に熱結合するようにケース(7)に内蔵され、かつ、ケース(7)には感熱遮断部材(5)に断続される固定接点(15)に接続している接点リード端子(9)と、感熱遮断部材(5)がオフの位置にあるときに、抵抗加熱素子(6)に通電して抵抗加熱素子(6)を加熱するための制御リード端子(12)とを備え、制御リード端子(12)がブレーカ (2) のケース (7) の外部に引き出されて電圧検出回路(10)のスイッチング素子(11)に接続され、電圧検出回路(10)のスイッチング素子(11)がオンになると、スイッチング素子(11)を介して抵抗加熱素子(6)に通電してこれを加熱し、加熱された抵抗加熱素子(6)が感熱遮断部材(5)を加熱してオフとするようにしてなるパック電池。 - パック電池がブレーカ(2)を半田付けして固定しているプリント基板(4)を内蔵しており、ブレーカ(2)は一対の接点リード端子(9)と制御リード端子(12)をケース(7)の底面と同一面に設けて、接点リード端子(9)と制御リード端子(12)をプリント基板(4)に半田付けして固定している請求項１に記載されるパック電池。
- ブレーカ(2)が、感熱遮断部材(5)の中央部分に抵抗加熱素子(6)を配設している請求項１に記載されるパック電池。
- ブレーカ(2)が、感熱遮断部材(5)の一端に可動接点(14)を有し、他方の端部に接触して抵抗加熱素子(6)を配設している請求項１に記載されるパック電池。
- ブレーカ(2)の抵抗加熱素子(6)がＰＴＣ、抵抗、サーミスタのいずれかである請求項１に記載されるパック電池。
- 抵抗加熱素子(6)の片方端子を感熱遮断部材(5)に接続している請求項１に記載されるパック電池。
- 抵抗加熱素子(6)の片方端子を電流制限抵抗(13)を介して電池(1)に接続している請求項１に記載されるパック電池。
- ブレーカ(2)を固定しているプリント基板(4)を、熱伝導樹脂(3)でもって電池(1)に固定している請求項１に記載されるパック電池。
- ブレーカ(2)を金属テープで電池(1)に連結している請求項１に記載されるパック電池。
- ブレーカ(2)が、抵抗加熱素子(6)を一対の接点リード端子(9)の間に接続して、抵抗加熱素子(6)を介して電池(1)を出力端子(8)に接続している請求項１に記載されるパック電池。
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