JP6329741B2 - Protection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電流経路を遮断する保護回路に関し、特にリチウムイオン二次電池等の緊急時に速やかに電流経路を遮断する必要のあるバッテリ回路に用いて好適な保護回路に関する。 The present invention relates to a protection circuit that cuts off a current path, and more particularly to a protection circuit suitable for use in a battery circuit that needs to cut off a current path quickly in an emergency, such as a lithium ion secondary battery.
充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のための保障回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。 Many secondary batteries that can be charged and used repeatedly are processed into battery packs and provided to users. In particular, in a lithium ion secondary battery having a high weight energy density, in order to ensure the safety of users and electronic devices, generally, a protection circuit for overcharge protection, overdischarge protection, etc. is built in the battery pack, It has a function of shutting off the output of the battery pack in a predetermined case.
この種の回路では、バッテリパックに内蔵されたFETスイッチを用いて出力のON/OFFを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行う。しかしながら、何らかの原因でFETスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられる。 In this type of circuit, the overcharge protection or overdischarge protection operation of the battery pack is performed by turning on / off the output using an FET switch built in the battery pack. However, when the FET switch is short-circuited for some reason, when a lightning surge or the like is applied and an instantaneous large current flows, the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or conversely an excessively abnormal voltage Even when a battery pack is output, battery packs and electronic devices must be protected from accidents such as fire. Therefore, a protective element made of a fuse element having a function of cutting off a current path by a signal from the outside is used in order to safely cut off the output of the battery cell in any possible abnormal state.
このようなリチウムイオン二次電池等向けのバッテリ回路の保護素子として、保護素子内部に発熱体を有し、この発熱体によって電流経路上の可溶導体(ヒューズ)を溶断する構造が一般的に用いられている。 As a protection element for such a battery circuit for a lithium ion secondary battery or the like, a structure in which a heating element is provided inside the protection element and a fusible conductor (fuse) on a current path is blown by the heating element is generally used. It is used.
本発明の関連技術として、図6に保護回路50を示す。保護回路50は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いられるバッテリ回路であり、リチウムイオン二次電池のバッテリセルを備えたバッテリスタック51と、バッテリスタック51の異常時に充電を遮断する保護素子52と、バッテリスタック51の電圧を検出する電圧検知素子53と、電圧検知素子53の検出結果に応じて保護素子52の動作を制御するスイッチ素子54を備える。
As a related technique of the present invention, a
保護素子52は、バッテリスタック51の充放電経路上に直列に接続され、該充放電経路の一部を構成する可溶導体55と、スイッチ素子54と接続されバッテリスタック51から電力が供給されることにより発熱し、可溶導体55を溶断させる発熱体56とを有する。
The
可溶導体55は、例えば、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を用いて形成される。発熱体56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、たとえばW、Mo、Ru等からなり、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、保護素子52が形成される絶縁基板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される。
The
この保護素子52は、スイッチ素子54によって発熱体56への給電が制御されている。
In the
電圧検知素子53は、バッテリスタック51の電圧をモニタし、過充電電圧又は過放電電圧になったときにスイッチ素子54を制御する制御信号を出力する。
The
スイッチ54は、たとえば電界効果トランジスタ(以下、FETと呼ぶ。)により構成され、バッテリスタック51の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、電圧検知素子53から出力される検出信号を受けると、発熱体56が通電するように動作する。これにより、スイッチ素子54は、発熱体56の発熱により可溶導体55を溶断させ、バッテリスタック51の充放電経路を遮断するように制御する。
The
このような回路構成からなる保護回路50は、検出素子53がバッテリスタック51の異常電圧を検出すると、スイッチ素子54に検出信号を出力する。検出信号を受けたスイッチ素子54は、保護素子52の発熱体56にバッテリスタック51から給電されるように電流を制御する。これにより、保護回路50は、発熱体56が発熱して、ヒューズ55が溶断することにより、充放電経路を遮断することができる。
The
ここで、保護素子52の発熱体56の発熱により可溶導体55を溶断させるためには、発熱体56の定格に応じた電圧が印加される必要がある。すなわち、発熱体56は、定格電圧よりも高い電圧が印加されると、可溶導体55が溶断する前に自身が自己発熱(ジュール熱)によって溶融、焼損してしまい、可溶導体55を溶断することができない。
Here, in order to blow the
具体的に、可溶導体55は、保護素子52を構成する絶縁基板上に離間して設けられた一対の電極間にわたって搭載され、発熱体56の発熱により溶融すると、当該一対の電極上に移動することにより分断される。これにより、保護素子52は、保護回路50の充放電経路を遮断する。したがって、発熱体56は、少なくとも、この可溶導体55が溶融し、一対の電極上に移動するまでの時間は発熱し続ける必要がある。
Specifically, the
しかし、一般に発熱体56が焼損せずに発熱し続けることができる使用電圧範囲としては、上限電圧が下限電圧の1.5〜2倍程度であり、保護回路50のバッテリセルの個数に応じて幅広く対応することができなかった。そのため、発熱体56の使用電圧範囲を超えた高電圧が印加された場合、可溶導体55を溶断させる前に、発熱体56が焼損してしまう恐れがあった。
However, in general, the operating voltage range in which the
そこで、本発明は、広範な使用電圧範囲を有し、想定し得るいかなる過剰な電圧が印加された場合にも、発熱体56が可溶導体55を溶断させるために必要な時間は焼損することなく発熱し続け、確実に充放電経路を遮断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。
Therefore, the present invention has a wide operating voltage range, and when an excessive voltage that can be assumed is applied, the time required for the
上述した課題を解決するために、本発明に係る保護回路は、バッテリセルと、上記バッテリセルの電圧を検知する電圧検知素子と、上記バッテリセルの充放電経路上に設けられた可溶導体と、上記バッテリセルと接続され、通電されることにより発熱して上記可溶導体を溶断する発熱体とを有する保護素子と、上記発熱体と接続され、上記電圧検知素子の出力に応じて上記発熱体への通電を制御するスイッチ素子と、上記発熱体への通電開始から最大電圧に到達するまでの時間を遅延させる遅延回路とを備え、上記遅延回路は、RC回路、LC回路、又はL回路のいずれかにより構成され、上記遅延回路は、PWM発生素子を備えるものである。 In order to solve the above-described problems, a protection circuit according to the present invention includes a battery cell, a voltage detection element that detects a voltage of the battery cell, and a soluble conductor provided on a charge / discharge path of the battery cell. A protective element having a heating element that is connected to the battery cell and generates heat by being energized and melts the soluble conductor; and the heating element is connected to the heating element and generates heat according to the output of the voltage detection element. A switching element for controlling energization to the body, and a delay circuit for delaying a time from the start of energization to the heating element until reaching the maximum voltage, the delay circuit being an RC circuit, an LC circuit, or an L circuit The delay circuit includes a PWM generation element .
本発明によれば、バッテリが過充電状態となり高電圧が印加された場合にも、発熱体が可溶導体の溶断前に焼損することなく発熱し続けることができ、発熱体の使用電圧範囲を拡大することができる。 According to the present invention, even when the battery is in an overcharged state and a high voltage is applied, the heating element can continue to generate heat without being burned out before the fusible conductor is melted. Can be enlarged.
以下、本発明が適用された保護回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, a protection circuit to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
本発明が適用された保護回路1は、図1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2の回路として用いられる。バッテリパック2は、リチウムイオン二次電池のバッテリセル3と、バッテリセル3の電圧を検知する電圧検知素子4と、バッテリセル3の異常電圧時に充放電経路を遮断する保護素子5と、電圧検知素子4の出力に応じて保護素子5に流れる電流を制御するスイッチ素子6と、電圧検知素子4とスイッチ素子6との間に設けられた遅延回路7とを有する。
A protection circuit 1 to which the present invention is applied is used as a circuit of a
[バッテリセル/電圧検知素子]
バッテリセル3は、複数設けられ、直並列に接続されることによりバッテリスタック8を構成する。あるいは、保護回路1は、一つのバッテリセル2のみで構成してもよい。
[Battery cell / voltage detector]
A plurality of
バッテリセル3は、電圧検知素子4によって常時電圧値がモニタされる。電圧検知素子4は、各バッテリセル2と接続されるとともに遅延回路7を介してスイッチ素子6と接続されている。そして、電圧検知素子4は、各バッテリセル2の電圧値を検出して、いずれか1つのバッテリセル2が過充電電圧又は過放電電圧になったときには、スイッチ素子6へ制御信号を出力する。
The voltage value of the
[保護素子]
図2に保護素子5の一構成例を示す。図2(A)に示すように、保護素子5は、絶縁基板10と、絶縁基板10に積層され、ガラス等の絶縁部材11に覆われた発熱体12と、絶縁基板10の両端に形成された第1、第2の電極13,14と、絶縁部材11上に発熱体12と重畳するように積層された発熱体引出電極15と、両端が第1、第2の電極13,14にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極15に接続された可溶導体16とを備える。
[Protective element]
FIG. 2 shows a configuration example of the
絶縁基板10は、たとえば、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略方形状に形成されている。絶縁基板10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が、可溶導体16の溶断時の温度に留意する必要がある。
The insulating
発熱体12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、たとえばW、Mo、Ru等からなる。発熱体12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10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。
The
発熱体12は、一端に発熱体電極17が設けられ、この発熱体電極17を介してスイッチ素子6と接続されている。また、発熱体12は、他端が発熱体引出電極15と接続され、この発熱体引出電極15を介して可溶導体16と接続されている。発熱体12は、絶縁基板10の表面上において絶縁部材11に被覆されている。絶縁部材11は、発熱体12の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体12の熱を効率よく可溶導体16及び発熱体引出電極15へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。
The
なお、保護素子5は、絶縁基板10の表面と発熱体12との間にも絶縁部材11を形成し、発熱体12を絶縁部材11の内部に配置するようにしてもよい。また、保護素子5は、発熱体12を、絶縁基板10の第1、第2の電極13,14が形成されている表面と反対側の裏面に形成してもよい。さらに、保護素子5は、発熱体12を、絶縁基板11の内部に形成してもよい。また、保護素子5は、発熱体12を絶縁基板11の表面に形成するとともに、第1、第2の電極13,14と隣接して形成してもよい。
In the
絶縁部材11の上面には、発熱体12と接続された発熱体引出電極15が積層されている。発熱体引出電極15は、発熱体12によって加熱されることにより、可溶導体16の溶融導体を凝集しやすくすることができる。
A heating
絶縁基板10の左右一対の側縁部には、第1の電極13及び第2の電極14が形成されている。第1、第2の電極13,14は、実装用ハンダを介して、可溶導体16が搭載されている。また、第1、第2の電極13,14は、絶縁基板11の側面に臨み、スルーホールを介して絶縁基板11の裏面に設けられた外部接続電極(図示せず)と接続されている。そして、第1、第2の電極13,14は、外部接続電極を介して、保護素子5が実装される保護回路1の充放電経路と接続される。
A
これら第1、第2の電極13,14は、CuやAg等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第1、第2の電極13,14の表面上には、Ni/Auメッキ、Ni/Pdメッキ、Ni/Pd/Auメッキ等の被膜が、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。これにより、第1、第2の電極13,14の酸化を防止し、溶融導体を確実に保持させることができる。また、保護素子5をリフロー実装する場合に、可溶導体16を接続する実装用ハンダあるいは可溶導体16の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第1、第2の電極13,14を溶食(ハンダ食われ)するのを防ぐことができる。
These first and
可溶導体16は、第1、第2の電極13,14間に亘って搭載されることにより、保護回路1の充放電経路を短絡させるものである。可溶導体16は、発熱体12の発熱により速やかに溶断されるいずれの金属を用いることができ、例えば、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。その他、可溶導体16は、Pb・Ag・Au・Cu・Ge・Ni・In等の材料を用いて形成することができる。
The
また、可溶導体16は、低融点金属と高融点金属とを積層して形成してもよい。低融点金属と高融点金属との積層構造としては、例えば、低融点金属箔を高融点金属メッキによって被覆する構造を挙げることができる。低融点金属としては、Snを主成分とするPbフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ag、Cu又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、保護素子5をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、可溶導体16の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食(ハンダ食われ)することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。
The
可溶導体16は、互いに分離されて形成されバッテリセル3の充放電経路と接続された第1、第2の電極13,14間にハンダ付けされること等により、バッテリセル3の充放電経路上に直列に接続され、これにより充放電経路の一部を構成する。
The
保護素子5は、発熱体12が発熱されると可溶導体16が溶融し、図2(B)に示すように、当該溶融導体が、濡れ性が高く広面積である第1、第2の電極13,14上、及び発熱体引出電極15上に引き寄せられることにより溶断される。これにより、保護素子5は、バッテリセル3の充放電経路を遮断することができる。
In the
発熱体電極17を介して発熱体12と接続されるスイッチ素子6は、たとえばFETにより構成される。スイッチ素子6は、後述する遅延回路7を介して電圧検知素子4と接続され、バッテリセル2の電圧値が所定の電圧値を外れる過放電又は過充電状態になったとき、電圧検知素子4から出力される検出信号に応じて発熱体12に給電し、バッテリセル3の充放電経路を遮断するように制御する。
The
[スイッチ素子]
保護回路1は、発熱体12がスイッチ素子6と直列に接続されるとともに、これら発熱体12及びスイッチ素子6がバッテリセル3と並列に接続される。これにより、保護回路1は、発熱体12に電力を供給する給電経路19が形成される。給電経路19は、バッテリセル3が定格電圧の状態においては、スイッチ素子6によって発熱体12への通電が規制されている。そして、保護回路1は、何らかの原因によりバッテリセル3が過充電の状態となり定格を超えた高電圧となった場合には、スイッチ素子6によって給電経路19が通電されることにより、発熱体12が発熱を開始し、可溶導体16を溶断する。
[Switch element]
In the protection circuit 1, the
[遅延回路]
電圧検知素子4とスイッチ素子6との間には、遅延回路7が設けられている。遅延回路7は、電圧検知素子4からスイッチ素子6及び発熱体12に出力される電圧の印加を、時定数に応じて遅らせるものであり、発熱体12に定格を大きく超える高電圧が瞬時に印加されることによる焼損を防止することができる。遅延回路7を介在させることにより、保護回路1は、バッテリセル3が過充電状態となり高電圧が印加された場合にも、発熱体12が可溶導体16の溶断前に焼損することなく発熱し続けることができ、発熱体12の使用電圧範囲を拡大することができる。
[Delay circuit]
A
したがって、保護回路1は、バッテリセル3が過充電状態となった場合や、バッテリセル3に充電するチャージャー側の異常により発熱体12の定格を超える高電圧が印加された場合などにおいても、遅延回路7により高電圧の印加を遅延させることで、発熱体12が焼損する熱エネルギーが累積されるまでの時間を遅延させ、その間に可溶導体16を溶断させることによりバッテリセル3の充放電経路を遮断することができる。
Therefore, the protection circuit 1 is delayed even when the
上述したように、保護素子5は、第1、第2の電極13,14上に亘って可溶導体16が搭載され、可溶導体16が発熱体12の発熱により溶融されると、溶融導体が濡れ性が高く広面積の第1、第2の電極13,14上に引き寄せられることにより、第1、第2の電極間が分断される。したがって、発熱体12は、可溶導体5が溶融し、第1、第2の電極13,14上に移動するまでの間、発熱し続ける必要がある。
As described above, when the
しかし、バッテリセル3が発熱体12の使用電圧範囲を超えた高電圧状態となった場合や、バッテリパック2が接続されるチャージャー側の故障等により、高電圧が発熱体12に印加されると、瞬時に発熱体12を焼損する熱エネルギーが印加され、可溶導体16を溶断させる前に発熱体12が焼損し、バッテリセル3の充放電経路を遮断することができない。
However, when a high voltage is applied to the
そこで、保護回路1は、遅延回路7を設けることにより、発熱体12が焼損する熱エネルギーが累積するまでの時間を遅らせ、可溶導体16の溶断に要する時間を稼ぎ、発熱体12に使用電圧範囲を超えた高電圧が印加された場合にも、可溶導体16を溶融させるとともに第1、第2の電極13,14上に移動することにより分断するのに要する時間は発熱を続けることができる。
Therefore, the protection circuit 1 provides the
これにより、保護回路1は、発熱体12の使用電圧範囲が広がり、想定し得るいかなる過剰な電圧が印加された場合にも、充放電経路を遮断することができる。
Thereby, the protection circuit 1 can cut | disconnect a charging / discharging path | route, when the usable voltage range of the
図3に、従来の保護回路50(図6参照)と本発明が適用された保護回路1(図1参照)における、経過時間と印加電圧(高電圧)との関係を示す。遅延回路を有していない従来の保護回路50においては、高電圧が瞬時に発熱体56に印加されるため、可溶導体55の溶断時間よりも先に発熱体56が焼損してしまい、可溶導体55を溶断させることができない。
FIG. 3 shows the relationship between the elapsed time and the applied voltage (high voltage) in the conventional protection circuit 50 (see FIG. 6) and the protection circuit 1 (see FIG. 1) to which the present invention is applied. In the
一方、本発明が適用された保護回路1によれば、遅延回路7を介在させることにより高電圧の印加を遅延させ、発熱体12が焼損する熱エネルギーが累積されるまでの時間を延ばすことができ、その間に可溶導体16が溶断することによりバッテリセル3の充放電経路を遮断することができる。すなわち、本発明によれば、発熱体12が焼損されるほどの高電圧が印加された場合にも、焼損にかかる時間を遅延させることができ、可溶導体16を溶融させ、第1、第2の電極13,14上に移動させて溶断させるのに必要な時間を稼ぐことができる。これにより、保護回路1は、発熱体12の使用電圧範囲が広がり、想定し得るいかなる過剰な電圧が印加された場合にも、充放電経路を遮断することができる。
On the other hand, according to the protection circuit 1 to which the present invention is applied, it is possible to delay the application of a high voltage by interposing the
低電圧が印加された場合、可溶導体16を溶融させる熱量を得る時間が延びるが、遅延回路7を介在させない場合に比して、発熱体6に流れる最大電流への到達時間が遅れるだけであり、また、その間にも発熱は続いているため、可溶導体16の溶断時間としては、実使用上は誤差範囲といえる。
When a low voltage is applied, the time for obtaining the amount of heat for melting the
図4に従来の保護回路50(図6参照)と本発明が適用された保護回路1(図1参照)における、経過時間と印加電圧(低電圧)との関係を示す。遅延回路を有していない従来の保護回路50に比して、遅延回路7を介在させる保護回路1では、経過時間に対する印加電圧の上昇曲線がなだらかであり、最大電圧に到達した時点における累積熱エネルギー量は、従来の保護回路50の約50%程度となる。これは可溶導体16の溶断時間としては遅延時間の50%の延長に相当し、例えば遅延時間が1000msecの場合、0.5sec伸びるだけであり、実使用上は誤差範囲といえる。したがって、遅延回路7を介在させることによる、低電圧印加時における溶断時間の延長は問題とならない。
FIG. 4 shows the relationship between elapsed time and applied voltage (low voltage) in the conventional protection circuit 50 (see FIG. 6) and the protection circuit 1 to which the present invention is applied (see FIG. 1). Compared to the
[時定数]
ここで、遅延回路7の時定数は、発熱体12が、少なくとも可溶導体16が溶融し、第1、第2の電極13,14に移動することにより分断するのに要する時間は発熱し続けるように設定され、例えば100msec以上が好ましい。
[Time constant]
Here, the time constant of the
時定数が100msecよりも短いと、発熱体12への電圧印加の遅延時間が不足し、可溶導体16が溶断するよりも先に発熱体12が焼損し、バッテリセル3の充放電経路を遮断することができない恐れがある。
When the time constant is shorter than 100 msec, the delay time of voltage application to the
一方、遅延回路7の時定数は100msec以上であればよく、例えば1000msecであってもよい。時定数が伸びると、高電圧が印加された場合にも発熱体6の発熱時間が延びるため、より確実に可溶導体16を溶断させることができる。
On the other hand, the time constant of the
[遅延回路の構成]
遅延回路7は、図1に示すように、RC回路によって構成することができる。また、遅延回路は、図5(A)に示すように、LC回路によって構成してもよく、図5(B)に示すように、L回路によって構成してもよい。さらに、遅延回路7は、図5(C)に示すように、PWM(Pulse Width Modulation)発生素子20を設け、発熱体12に印加する実効電力を調整することにより、経過時間に対する印加電圧を調整してもよい。
[Configuration of delay circuit]
The
また、上記では、遅延回路7を電圧検知素子4とスイッチ素子6との間に設けたが、遅延回路7は、給電経路19上に設けてもよい。この場合、例えばスイッチ素子6を、FET及び給電経路19上に設けたリレー素子によって構成する。ただし、遅延回路7は、図1に示すように、電圧検知素子4とスイッチ素子6との間に設ける構成のほうが、定格を小さくすることができる点で有利である。
In the above description, the
次いで、本発明の実施例について説明する。本実施例では、使用可能電圧範囲が4〜7[V]の発熱体に対して4、7、10、20、50[V]の各電圧を印加したときに、可溶導体を溶断させることができたか否かを確認した。 Next, examples of the present invention will be described. In this embodiment, when a voltage of 4, 7, 10, 20, 50 [V] is applied to a heating element having a usable voltage range of 4 to 7 [V], the soluble conductor is blown. Confirmed whether or not
実施例1では、図1に示す構成において、遅延時間100msecの遅延回路を有する保護回路を用いた。実施例2では、図1に示す構成において、遅延時間500msecの遅延回路を有する保護回路を用いた。実施例3では、図1に示す構成において、遅延時間1000msecの遅延回路を有する保護回路を用いた。比較例1では、図6に示す構成、すなわち遅延回路を設けない保護回路を用いた。 In Example 1, a protection circuit having a delay circuit with a delay time of 100 msec was used in the configuration shown in FIG. In Example 2, a protection circuit having a delay circuit with a delay time of 500 msec in the configuration shown in FIG. 1 was used. In Example 3, a protection circuit having a delay circuit with a delay time of 1000 msec in the configuration shown in FIG. 1 was used. In Comparative Example 1, the configuration shown in FIG. 6, that is, a protection circuit without a delay circuit was used.
表1に示すように、遅延回路をもう行けた実施例1〜3においては、発熱体に使用可能電圧範囲を超える電圧を印加した場合にも、可溶導体を溶断させることができた。これは、実施例1〜3においては、遅延回路を介在させることにより、発熱体が焼損する熱エネルギーが印加されるまでの時間を遅延させ、その間に可溶導体を溶断させることができたためである。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 3 in which the delay circuit was already available, the soluble conductor could be blown even when a voltage exceeding the usable voltage range was applied to the heating element. This is because in Examples 1 to 3, by interposing a delay circuit, it was possible to delay the time until the heat energy at which the heating element burned out was applied, and to melt the soluble conductor during that time. is there.
一方、遅延回路を設けていない比較例1においては、発熱体に使用可能電圧範囲を超える電圧を印加した場合には、可溶導体を溶断させる前に、発熱体自身が自己発熱によって焼損してしまい、可溶導体を溶断させることができなかった。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which no delay circuit is provided, when a voltage exceeding the usable voltage range is applied to the heating element, the heating element itself burns out by self-heating before fusing the soluble conductor. Therefore, the fusible conductor could not be blown.
また、実施例1〜3を比較すると、遅延時間が100msecの実施例1では、印加電圧が10[V]では可溶導体を溶断させることができたが、20[V]以上では発熱体が先に焼損してしまった。また、遅延時間が500msecの実施例2では、印加電圧が20[V]までは可溶導体を溶断させることができたが、50[V]では発熱体が先に焼損してしまった。一方、遅延時間が1000msecの実施例3では、印加電圧が50[V]においても可溶導体を溶断させることができた。 Further, when Examples 1 to 3 are compared, in Example 1 in which the delay time is 100 msec, the soluble conductor could be blown at an applied voltage of 10 [V], but at 20 [V] or more, the heating element was I burned out first. In Example 2 with a delay time of 500 msec, the soluble conductor could be blown up to an applied voltage of 20 [V], but at 50 [V], the heating element was burned out first. On the other hand, in Example 3 with a delay time of 1000 msec, the soluble conductor could be blown even when the applied voltage was 50 [V].
すなわち、遅延回路を設けた保護回路においては、遅延時間が延びるにつれて、印加電圧が大きくなったときにも可溶導体を溶断させることができる、すなわち、発熱体の動作可能電圧の範囲を広範に設定できることが分かる。 That is, in the protection circuit provided with the delay circuit, the fusible conductor can be blown even when the applied voltage increases as the delay time increases, that is, the range of operable voltage of the heating element is widened. You can see that it can be set.
1 保護回路、2 バッテリパック、3 バッテリセル、4 電圧検知素子、5 保護素子、6 スイッチ素子、7 遅延回路、8 バッテリスタック、10 絶縁基板、11 絶縁部材、12 発熱体、13 第1の電極、14 第2の電極、15 発熱体引出電極、16 可溶導体、17 発熱体電極、19 給電経路、20 PWM発生素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protection circuit, 2 Battery pack, 3 Battery cell, 4 Voltage detection element, 5 Protection element, 6 Switch element, 7 Delay circuit, 8 Battery stack, 10 Insulation board, 11 Insulation member, 12 Heating element, 13 1st electrode , 14 Second electrode, 15 Heating element extraction electrode, 16 Soluble conductor, 17 Heating element electrode, 19 Feeding path, 20 PWM generating element
Claims (4)
上記バッテリセルの電圧を検知する電圧検知素子と、
上記バッテリセルの充放電経路上に設けられた可溶導体と、上記バッテリセルと接続され、通電されることにより発熱して上記可溶導体を溶断する発熱体とを有する保護素子と、
上記発熱体と接続され、上記電圧検知素子の出力に応じて上記発熱体への通電を制御するスイッチ素子と、
上記発熱体への通電開始から最大電圧に到達するまでの時間を遅延させる遅延回路とを備え、
上記遅延回路は、RC回路、LC回路、又はL回路のいずれかにより構成され、
上記遅延回路は、PWM発生素子を備える保護回路。 A battery cell;
A voltage detection element for detecting the voltage of the battery cell;
A protective element having a soluble conductor provided on the charge / discharge path of the battery cell, and a heating element connected to the battery cell and generating heat by being energized to melt the soluble conductor;
A switching element connected to the heating element and controlling energization to the heating element in accordance with an output of the voltage detection element;
A delay circuit that delays the time from the start of energization to the heating element until the maximum voltage is reached ,
The delay circuit is configured by either an RC circuit, an LC circuit, or an L circuit,
The delay circuit is a protection circuit including a PWM generation element .
上記遅延回路は、上記発熱体が、少なくとも上記可溶導体が上記発熱体の発熱により溶融し、上記一対の電極に移動することにより分断するのに要する時間は発熱し続けるように、時定数が設定されている請求項1記載の保護回路。 The protective element is provided between the pair of electrodes in which the soluble conductor is connected to the charge / discharge path,
The delay circuit has a time constant such that the heating element continues to generate heat during the time required for at least the soluble conductor to melt by the heat generated by the heating element and move to the pair of electrodes. The protection circuit according to claim 1, wherein the protection circuit is set.
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