JP3705079B2 - 二次電池パックの温度検知装置及び二次電池パック - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオン電池のような二次電池を用いた二次電池パックにおける温度検知装置及び該二次電池パックに関し、より詳細には、ＮＴＣ素子（負特性サーミスタ素子）を用いた温度検知装置及び該温度検知装置を用いた二次電池パックの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体通信機器などの電源として、二次電池パックが広く用いられている。図６は、従来の二次電池パックの回路図を示す。
【０００３】
図６に示すように、従来の二次電池パックでは、充電を行うために、ホット側端子２１と、基準電位端子２２とが備えられており、かつ二次電池の温度を検知するための温度検知端子２３が設けられている。二次電池２４の陽極がホット側端子２１に電気的に接続されており、二次電池２４の陰極が基準電位端子２２に電気的に接続されている。なお、二次電池パックでは、二次電池の動作を制御するために、ＦＥＴ２５，２６及びコントローラＩＣ２７が接続されている。
【０００４】
他方、温度検知端子２３と、基準電位端子２２との間には二次電池の温度を検出するためのＮＴＣ素子２８が接続されている。ＮＴＣ素子２８は、二次電池２４の温度を検知するために、二次電池２４の近傍に配置されている。充電に際しては、温度検知端子２３から得られる出力に応じて、すなわち二次電池２４の温度に応じて、充電器が充電動作を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば携帯電話などのように二次電池パックが取り付けられる電子機器では、小型化が進んでいる。従って、電池パックも小型化されてきており、二次電池パックのホット側端子２１、温度検知端子２３及び基準電位端子２２の位置も近接している。その結果、例えば衣服のポケットにヘアピンなどの金属片が入っており、該ポケットに二次電池パックを入れた場合、金属片によりホット側端子２１と温度検知端子２３とが短絡することがあった。このような短絡が生じると、ＮＴＣ素子２８に二次電池２３の端子電圧が印加されることになる。従って、ＮＴＣ素子２８に短絡電流が流れ、ＮＴＣ素子２８が焼損したりするおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、ＮＴＣ素子を用いているが、該ＮＴＣ素子の焼損が生じ難い、信頼性に優れた二次電池パックの温度検知装置並びに該温度検知装置を備えた二次電池パックを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の広い局面によれば、二次電池パックにおいて二次電池の温度を検出するための温度検知装置であって、二次電池の温度を検知する部分に配置されており、かつ一端が温度検知端子に電気的に接続されているＮＴＣ素子と、前記ＮＴＣ素子の他端と基準電位との間に接続されており、かつＰＴＣ素子からなる過電流遮断素子とを備える二次電池パックの温度検知装置が提供される。
好ましくは、上記ＰＴＣ素子（正特性サーミスタ素子）のキュリー点は９０〜１４０℃の範囲内とされている。
【０００８】
本発明の他の広い局面によれば、二次電池と、前記二次電池に充電を行うためのホット側端子及び基準電位端子と、前記二次電池の温度を検出するための温度検知端子と、前記二次電池の温度を検知し得るように配置されており、一端が前記温度検知端子に電気的に接続されているＮＴＣ素子と、前記ＮＴＣ素子の他端と前記基準電位端子との間に接続されており、かつＰＴＣ素子からなる過電流遮断素子とを備える二次電池パックが提供される。
本発明に係る二次電池パックにおいても、好ましくは、上記ＰＴＣ素子のキュリー点は９０〜１４０℃の範囲内とされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る二次電池パックの温度検知回路及び二次電池パックの具体的な実施例を説明する。
【００１０】
図１は、参考例に係る二次電池パックを示す回路図である。本参考例の二次電池パックは、ホット側端子１、基準電位端子２及び温度検知端子３を有する。ホット側端子１と基準電位端子２との間に二次電池４が接続されている。また、二次電池パックにおいては、二次電池４を制御するために、ＦＥＴ５，６及びコントローラＩＣ７が用いられている。
【００１１】
他方、二次電池４の温度を検知するために、ＮＴＣ素子８が物理的には二次電池４の近傍に配置されている。ＮＴＣ素子８の一端は温度検知端子３に電気的に接続されている。
【００１２】
上記ＮＴＣ素子８としては、特に限定されるわけではないが、例えば図３に示すＮＴＣ素子８を用いることができる。図３に示すＮＴＣ素子８では、負の抵抗温度特性を有する半導体セラミックス８ａの両面にリード端子８ｂ，８ｃが接続されている。そして、リード端子８ｂ，８ｃの引き出されている部分を除いて、残りの部分がポリイミドフィルムなどの絶縁性フィルム８ｄにより被覆されている。ここでは、半導体セラミックス８ａが薄板状であるため、ＮＴＣ素子８は、全体として薄型化されている。
【００１３】
従って、小型の二次電池パックにおいて、二次電池４の近傍にＮＴＣ素子８を容易に配置することができ、二次電池パックの小型化を図り得る。
また、ＮＴＣ素子８の他端には、過電流遮断素子９の一端が接続されている。過電流遮断素子９の他端は、基準電位に接続されている。上記過電流遮断素子９としては、電流ヒューズ、ヒューズ抵抗などの電流遮断素子が用いられる。
【００１４】
本参考例の二次電池パックでは、上記のようにＮＴＣ素子８に過電流遮断素子９を直列に接続することにより温度検知装置が構成されている。
従って、ホット側端子１と温度検知端子３とが短絡した場合であっても、過電流遮断素子９によりＮＴＣ素子に流れる電流を遮断し、ＮＴＣ素子８の焼損を防止することができる。
【００１５】
すなわち、二次電池パックがヘアピンなどの金属片に接触し、ホット側端子１と温度検知端子３とが短絡した場合、ＮＴＣ素子８及び過電流遮断素子９に二次電池４の端子電圧が印加されることになる。このような場合であっても、過電流遮断素子９によりＮＴＣ素子８に流れる過電流を遮断することができる。
【００１６】
例えば、二次電池４の端子電圧により溶断する電流ヒューズやヒューズ抵抗を過電流遮断素子９として用いると、過電流により電流ヒューズやヒューズ抵抗が溶断する。従って、ＮＴＣ素子８への通電を停止し、ＮＴＣ素子８の焼損を確実に防止することができる。
【００１７】
図２は、本発明に係る二次電池パック及び二次電池パックの温度検知装置の実施例を示す回路図である。
本実施例では、過電流遮断素子としてＰＴＣ素子１０が用いられている。その他の点については、図１に示した第１の実施例と同様である。
【００１８】
上記ＰＴＣ素子１０の構造は特に限定されないが、例えば図４に示すチップ型ＰＴＣ素子１０を用いることができる。ＰＴＣ素子１０では、矩形板状の正の抵抗温度特性を有する半導体セラミックス１０ａの端面を覆うように外部電極１０ｂ，１０ｃが形成されている。ここでは、ＰＴＣ素子１０は、上記のようにチップ型部品として構成されているので、小型の二次電池パックの制御回路を構成するための基板上に表面実装することができる。
【００１９】
本実施例においても、ホット側端子１と温度検知端子２との間が金属片との接触等により短絡した場合、ＮＴＣ素子８及びＰＴＣ素子１０に二次電池４の端子電圧が印加される。従って、ＰＴＣ素子１０として、二次電池４の端子電圧が印加された際に、その抵抗値が急激に上昇し、過電流を遮断する抵抗温度特性を有するものを用いることにより、ＮＴＣ素子８の焼損を確実に防止することができる。
【００２０】
本実施例では、過電流遮断素子としてＰＴＣ素子１０が用いられているので、上記保護動作を繰り返し果たすことができる。従って、参考例に比べて、本実施例の温度検知回路の方が復帰性を有するため好ましい。
【００２１】
上記ＰＴＣ素子１０の室温における抵抗値は、ＮＴＣ素子８の抵抗温度特性に与える影響をできるだけ小さくするために、ＮＴＣ素子８の室温における抵抗値の１０％以下であることが望ましい。もっとも、ＰＴＣ素子１０の室温における抵抗値が低すぎると、保護動作を行う電流が大きくなる。
【００２２】
また、二次電池パックに用いられている上記ＮＴＣ素子８の温度検知範囲の上限は通常約８５℃程度である。従って、ＰＴＣ素子１０のキュリー点（図５参照）は、８５℃より高く、９０〜１４０℃の範囲に設定することが望ましい。
【００２３】
次に、具体的な実験例につき説明する。
リチウムイオン電池からなる端子電圧が１２Ｖの二次電池４を用いた二次電池パックにおいて、ＮＴＣ素子８及びＰＴＣ素子１０として以下のものを接続し、温度検知装置を構成した。
【００２４】
ＮＴＣ素子８…２５℃における抵抗値＝１０ｋΩ
ＰＴＣ素子１０…１．６×０．８×０．８ｍｍの寸法を有し、２５℃における抵抗値が３０〜５００Ω、キュリー点温度が１００℃
なお、上記ＮＴＣ素子８に、直接１２Ｖの直流電圧を印加した場合、数秒で焼損に至った。
【００２５】
これに対して、上記ＮＴＣ素子とＰＴＣ素子とを直列に接続した回路の両端に１２Ｖの直流電圧を印加した場合、ＮＴＣ素子が熱暴走する前に、ＰＴＣ素子１０が過電流を検知し、電流値を低く抑制した。従って、ＮＴＣ素子８の焼損は生じなかった。さらに、電圧印加を停止すると、ＮＴＣ素子８の２５℃における抵抗値は１０ｋΩに復帰し、もとの状態に戻ることが確かめられた。
【００２６】
従って、上記温度検知装置の実験例から明らかなように、過電流遮断素子として上記ＰＴＣ素子１０を用いることにより、ＮＴＣ素子の焼損を防止することができるだけでなく、二次電池パックにおけるＮＴＣ素子８の保護動作を繰り返し行い得ることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池パックの温度検知装置及び二次電池パックでは、二次電池パックの温度検知端子とホット側端子とが短絡した場合であっても、ＮＴＣ素子と基準電位との間に過電流遮断素子が接続されているので、過電流遮断素子により過電流が遮断され、ＮＴＣ素子に過電流が通電され続けて起きる焼損等を確実に防止することができる。
【００２８】
また、上記過電流遮断素子として、ＰＴＣ素子が用いられているので過電流がＰＴＣ素子で遮断された後に、電圧の印加が停止されると、ＮＴＣ素子の抵抗値が初期状態に復帰するため、短絡時の保護動作を繰り返し行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係る二次電池パックの回路構成を示す図。
【図２】 本発明の実施例に係る二次電池パックの回路構成を示す図。
【図３】 本発明の実施例で用いられるＮＴＣ素子の一例を示す断面図。
【図４】 本発明の実施例で用いられるＰＴＣ素子の一例を示す斜視図。
【図５】 ＰＴＣ素子における温度と抵抗値との関係を示す図。
【図６】 従来の二次電池パックの回路構成を示す図。
【符号の説明】
１…ホット側端子
２…基準電位端子
３…温度検知端子
４…二次電池
８…ＮＴＣ素子
９…過電流遮断素子
１０…ＰＴＣ素子

Claims (4)

  1. 二次電池パックにおいて二次電池の温度を検出するための温度検知装置であって、
    二次電池の温度を検知する部分に配置されており、かつ一端が温度検知端子に電気的に接続されているＮＴＣ素子と、
    前記ＮＴＣ素子の他端と基準電位との間に接続されており、かつＰＴＣ素子からなる過電流遮断素子とを備えることを特徴とする、二次電池パックの温度検知装置。
  2. 前記ＰＴＣ素子のキュリー点が９０〜１４０℃の範囲にある、請求項１に記載の二次電池パックの温度検知装置。
  3. 二次電池と、
    前記二次電池に充電を行うためのホット側端子及び基準電位端子と、前記二次電池の温度を検出するための温度検知端子と、
    前記二次電池の温度を検知し得るように配置されており、一端が前記温度検知端子に電気的に接続されているＮＴＣ素子と、
    前記ＮＴＣ素子の他端と前記基準電位端子との間に接続されており、かつＰＴＣ素子からなる過電流遮断素子とを備えることを特徴とする、二次電池パック。
  4. 前記ＰＴＣ素子のキュリー点が９０〜１４０℃の範囲にある、請求項３に記載の二次電池パック。
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