KR101014939B1 - 보호 회로가 부착된 2차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 2차 전지(101)는, 온도 변화에 따라 저항값이 변화하는 감열 소자 (133)가, 축전 장치(111)의 충방전 전류가 흐르는 경로로부터 분리되어 있으며, 과전류에 의해 주 스위치 소자(114)가 발열했을 때에, 그 열에 의한 감열 소자(114)의 저항값의 변화에 따라 보조 스위치 소자(122)를 도통시키고, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)를 용단시키도록 구성되어 있다. 충방전 전류에 의한 감열 소자(133)에서의 전력 소비가 없으므로 효율이 높다. 또한, 전류 용량이 작은 감열 소자(133)를 이용할 수 있으므로, 소형화에도 적합하다.
전류 용량, 충방전 전류, 감열 소자, 보조 퓨즈 소자

Description

보호 회로가 부착된 2차 전지{SECONDARY BATTERY WITH PROTECTIVE CIRCUIT}
본 발명은, 반복하여 충방전이 가능한 2차 전지의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 보호 회로를 내장하는 2차 전지에 관한 것이다.
종래부터, 보호 회로를 내장하는 2차 전지는, 휴대 전화나 휴대형 퍼스널 컴퓨터에 이용되고 있으며, 충전 용량의 증대에 수반하여, 보다 안전한 보호 회로가 요구되고 있다.
도 16의 부호 501은, 종래 기술의 2차 전지를 나타내고 있고 축전 장치(511)와, 제어 회로(515)와, 보호 회로(512)와, 주 스위치 소자(514)와, 주 퓨즈 소자(533)를 갖고 있다.
축전 장치(511)의 고전압측 출력 단자는, 보호 회로(512)를 통하여 제1 출력 단자(528)에 접속되어 있고, 접지측 출력 단자는, 주 퓨즈 소자(533)와 주 스위치 소자(514)를 통하여 제2 출력 단자(529)에 접속되어 있다.
주 스위치 소자(514)의 도통과 차단은, 제어 회로(515)에 의해 제어되고 있지만, 이하의 설명에서는 주 스위치 소자(514)는 도통 상태를 유지하는 것으로 한다.
축전 장치(511)는 반복된 충방전이 가능하게 구성되어 있고, 제1, 제2 출력 단자(528, 529) 사이에 충전기(513)를 접속하면, 보호 회로(512)나 주 퓨즈 소자(533)나 주 스위치 소자(514)를 통해 충전 전류가 흘러, 축전 장치(511)가 충전된다.
충전기(513)를 대신하여, 휴대형 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 회로를 접속하면, 축전 장치(511)는 방전하여, 충전 전류와 역 방향의 방전 전류가, 보호 회로(512)나 주 퓨즈 소자(533)나 주 스위치 소자(514)를 통해 흘러, 외부 회로에 공급된다.
보호 회로(512)는, 전압 검지 회로(521)와, 보조 스위치 소자(522)와, 퓨즈 회로(524)를 갖고 있다. 퓨즈 회로(524)는, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(535a, 535b)와, 저항 발열체로 이루어지는 히터 소자(536)를 갖고 있다.
제1, 제2 보조 퓨즈 소자(535a, 535b)는 직렬 접속되어 있고, 그 직렬 접속 회로에 의해, 축전 장치(511)의 고전압측 출력 단자가 제1 출력 단자(528)에 접속되어 있다.
제1, 제2 보조 퓨즈 소자(535a, 535b)가 상호 접속된 점은, 히터 소자(536)를 통하여 보조 스위치 소자(522)에 접속되어 있다.
보조 스위치 소자(522)는, 전압 검지 회로(521)에 의해 도통과 차단이 제어되고 있고, 전압 검지 회로(521)는, 축전 장치(511)의 고전압측 출력 단자와 접지측 출력 단자 사이의 전압을 검출하여, 미리 설정된 상한 전압값 이하이면 보조 스위치 소자(522)의 차단 상태를 유지시켜, 히터 소자(536)에 전류를 흐르게 하지 않게 되어 있다.
한편, 2차 전지(501)의 오접속 등에 의해, 축전 장치(511)가 과충전되어, 축 전 장치(511)의 고전압측 출력 단자에 상한 전압값 이상의 전압이 나타나면, 전압 검지 회로(521)는 그 과전압을 검출하여, 보조 스위치 소자(522)를 도통시킨다. 그 결과, 히터 소자(536)에 큰 전류가 흘러, 발열한다.
히터 소자(536)와 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(535a, 535b)는 근접하여 배치되어 있고, 히터 소자(536)에 큰 전류가 흘러, 발열하면 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(535a, 535b)가 용단되어, 축전 장치(511)의 고전압측 출력 단자는 제1 출력 단자(528)로부터 분리된다.
그 결과, 축전 장치(511)의 충전은 정지되어, 발연 등의 사고가 미연에 방지된다.
한편, 축전 장치(511)의 충전 상태가 정상이어도, 제1, 제2 출력 단자(528, 529) 사이가 단락된 경우에는, 축전 장치(511)의 방전에 의해 큰 과전류가 발생하여, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(535a, 535b)나, 주 스위치 소자(514) 및 주 퓨즈 소자(533)를 흐른다.
주 퓨즈 소자(533)는 주 스위치 소자(514)에 밀착되게 배치되어 있고, 주 스위치 소자(514)가 고장나거나 과전류가 흐르는 것에 의해 발열하면, 주 퓨즈 소자(533)는, 그 열에 의해 용단된다. 그 결과, 축전 장치(511)의 접지측 출력 단자는 제2 출력 단자(529)로부터 분리되어, 축전 장치(511)의 방전이 종료된 결과, 발연 등의 사고가 미연에 방지된다.
그러나, 상기한 바와 같은 2차 전지(501)에서는, 주 퓨즈 소자(533)가 충방전 전류가 흐르는 경로 도중에 위치하기 때문에, 주 퓨즈 소자(533)에 의해 쓸데없 이 전력이 소비되어, 2차 전지(501)의 사용 시간이 짧아진다는 문제가 있다.
또한, 2차 전지(501)의 정격 전류가 큰 경우, 그것에 따른 전류 용량의 주 퓨즈 소자(533)를 채용할 필요가 있기 때문에, 주 퓨즈 소자(533)의 외형 사이즈가 커지고, 또한 코스트가 높아진다고 하는 문제가 있다.
최근에는, 휴대형 퍼스널 컴퓨터에 대하여, 소형화와 장시간화의 요구가 점점 강해지고 있으며, 2차 전지(501)의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 그 목적은, 저소비 전력으로 소형의 2차 전지를 제공하는 것에 있다.
<발명의 개시>
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 축전 장치와, 보호 회로와, 제1, 제2 출력 단자를 갖고, 상기 제1, 제2 출력 단자에 충전 장치가 접속된 경우에는, 상기 충전 장치로부터 공급되는 충전 전류가 상기 보호 회로를 흘러 상기 축전 장치를 충전하고, 상기 제1, 제2 출력 단자에 외부 회로가 접속된 경우에는, 상기 축전 장치의 방전 전류가 상기 보호 회로를 흘러 상기 외부 회로에 공급되도록 구성된 2차 전지로서, 상기 보호 회로는, 온도 검지 부위의 발열에 의해 저항값이 변화하는 감열 소자와, 상기 감열 소자의 상기 저항값이 변화하기 전에는 차단 상태에 있고, 상기 저항값의 변화에 따라 도통 상태로 이행되는 보조 스위치 소자와, 상기 보조 스위치 소자의 도통에 의해 통전되어, 발열하는 히터 소자와, 상기 히터 소자의 발열에 의해 용단되어, 상기 제1 출력 단자가 상기 축전 장치와 상기 히터 소자로부터 분리되는 제1 보조 퓨즈 소자를 갖는 2차 전지이다.
본 발명은, 상기 감열 소자에는 상기 온도 검지 부위의 발열에 의해 용단되는 주 퓨즈 소자가 이용된 2차 전지이다.
본 발명은, 상기 감열 소자에는 상기 온도 검지 부위의 발열에 의해 저항값이 변화하는 저항 소자가 이용된 2차 전지이다.
본 발명은, 상기 보조 스위치 소자에는 트랜지스터가 이용되고, 상기 보호 회로는, 저항 소자와 상기 감열 소자가 직렬 접속되어 구성된 2단자 회로를 갖고, 상기 2단자 회로의 일단이 상기 축전 장치의 고전압측 출력 단자에 접속되고, 타단이 상기 축전 장치의 접지측 출력 단자에 접속되고, 상기 저항 소자와 상기 감열 소자가 접속된 접속점이 상기 트랜지스터의 제어 단자에 입력된 2차 전지이다.
본 발명은, 상기 보호 회로는, 상기 히터 소자의 발열에 의해 용단되어, 상기 보조 스위치 소자에 흐르는 전류를 정지시키는 제2 보조 퓨즈 소자를 갖는 2차 전지이다.
본 발명은, 상기 충전 전류와 상기 방전 전류가 흐르는 경로에 주 스위치 소자가 설치되고, 상기 충전 전류와 상기 방전 전류의 흐름은 상기 주 스위치 소자에 의해 제어되도록 구성된 2차 전지로서, 상기 온도 검지 부위는, 상기 주 스위치 소자인 2차 전지이다.
본 발명은 상기한 바와 같이 구성되어 있고, 온도 검지 부위의 온도 변화에 따라, 감열 소자의 저항값이 변화하도록 구성되어 있다.
온도 검지 부위와 감열 소자 사이의 열 결합성은 높게 되어 있고, 열결합 부위가 파괴되거나, 축전 장치의 정상적인 충방전 전류보다도 큰 과전류가 흘러, 발 열되면, 그 열에 의해 감열 소자가 승온되도록 구성되어 있다.
본 발명에서 말하는 감열 소자에는, 온도 상승에 의해 저항값이 증대하는 PTC 서미스터나, 온도 상승에 의해 저항값이 감소하는 NTC 서미스터나 CTR 서미스터 외에, 온도 상승에 의해 용단되어, 저항값이 무한대로 되는 퓨즈도 포함된다.
결국, 온도 검지 부위의 온도 변화에 따라 저항값이 변화하는 감열 소자를, 충방전 전류가 흐르는 경로와는 별도의 경로에 배치하고, 감열 소자의 저항값 변화에 따라 보조 스위치 소자를 도통시켜, 제1 보조 퓨즈 소자를 용단시키는 회로이면 본 발명에 포함된다.
도 1은 본 발명의 제1 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제2 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제3 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제4 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제5 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 6은 제1 예의 2차 전지에 다이오드를 추가한 2차 전지를 도시한 도면.
도 7은 제1 예의 2차 전지의 주 스위치 소자를 제1 출력 단자측에 배치한 2차 전지를 도시한 도면.
도 8은 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제1 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 9는 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제2 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 10은 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제3 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 11은 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제4 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 12는 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제5 예의 2차 전지를 도시한 도면.
도 13은 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제1 예의 2차 전지에 다이오드를 추가한 2차 전지를 도시한 도면.
도 14는 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 제1 예의 2차 전지의 주 스위치 소자를 제1 출력 단자측에 배치한 2차 전지를 도시한 도면.
도 15는 보조 퓨즈 회로에 의해서 전압 검지 회로의 출력 단자와 보조 스위치 소자의 게이트 단자가 접속된 2차 전지를 도시한 도면.
도 16은 종래 기술의 2차 전지를 도시한 도면.
각 도면에서, 부호 101∼107, 201∼207, 301은 2차 전지이다. 부호 128은 제1 출력 단자이다. 부호 129는 제2 출력 단자이다. 부호 114는 주 스위치 소자(온도 검지 부위)이다. 부호 122, 222, 322는 보조 스위치 소자이다. 부호 133, 143, 153, 233, 243, 253, 300은 퓨즈 소자(감열 소자)이다. 부호 136은 히터 소자이다. 부호 135a는 제1 보조 퓨즈 소자이다. 부호 135b는 제2 보조 퓨즈 소자이다. 부호 162, 262는 서미스터(감열 소자)이다.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
도 1의 부호 101은, 본 발명의 제1 예의 2차 전지를 도시하고 있다.
이 2차 전지(101)는, 축전 장치(111)와, 제어 회로(115)와, 보호 회로(61)와, 주 스위치 소자(114)를 갖고 있다.
주 스위치 소자(114)의 도통과 차단은, 제어 회로(115)에 의해 제어되고 있지만, 이하의 설명에서는 주 스위치 소자(114)는 도통 상태를 유지하는 것으로 한다.
축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a는, 보호 회로(61)를 통하여 제1 출력 단자(128)에 접속되어 있고, 또한 축전 장치(111)의 접지측 출력 단자 b는, 주 스위치 소자(114)를 통하여 제2 출력 단자(129)에 접속되어 있다.
축전 장치(111)는 반복된 충방전이 가능하게 구성되어 있고, 제1, 제2 출력 단자(128, 129)에 충전 장치(113)를 접속하면, 충전 장치(113)로부터 공급되는 충전 전류가 보호 회로(61)와 주 스위치 소자(114)를 통해 흘러, 충전 전류에 의해 축전 장치(111)가 충전된다.
충전 장치(113)를 대신하여, 휴대형 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 회로가 접속되면, 축전 장치(111)의 방전에 의한 방전 전류가, 보호 회로(61)나 주 스위치 소자(114)를 통하여 흘러, 외부 회로에 공급된다.
보호 회로(61)는, 전압 검지 회로(121)와, 보조 스위치 소자(122)와, 주 퓨즈 회로(51)와, 보조 퓨즈 회로(124)를 갖고 있다.
보조 퓨즈 회로(124)는, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)와, 저항 발열체로 이루어지는 히터 소자(136)를 갖고 있다.
제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)는 직렬 접속되어 있고, 그 직렬 접속 회로의 제1 보조 퓨즈 소자(135a)측의 단자는 제1 출력 단자(128)에 접속되고, 제2 보조 퓨즈 소자(135b)측의 단자는 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a에 접속되어 있다. 따라서, 축전 장치(111)의 고전압측의 단자는 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)의 직렬 접속 회로에 의해, 제1 출력 단자(128)에 접속되어 있다.
보조 스위치 소자(122)에는 n 채널형의 MOSFET나 npn형의 바이폴라 트랜지스터가 이용되고 있고, n 채널형 MOSFET인 경우에는, 그 소스 단자는 축전 장치(111)의 접지측 출력 단자 b에 접속되어 있다. 보조 스위치 소자(122)의 드레인 단자에는, 히터 소자(136)의 일단이 접속되어 있고, 히터 소자(136)의 타단은, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)가 상호 접속된 점에 접속되어 있다.
이 제1 예의 2차 전지(101)에서는, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자는 전압 검지 회로(121)의 출력측 단자 c에 접속되어 있다.
주 퓨즈 회로(51)는, 제1, 제2 분압 저항 소자(131, 132)와, 주 퓨즈 소자(133)를 갖고 있고, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자는, 제1 분압 저항 소자(131)에 의해 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a에 접속되어 있다.
그것과 동시에, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자는, 제2 분압 저항 소자(132)와 주 퓨즈 소자(133)의 직렬 접속 회로에 의해, 축전 장치(111)의 접지측 출력 단자 b에 접속되어 있다.
축전 장치(111)가 정상적으로 충전되어 있을 때, 또는 정상적으로 방전하고 있을 때에는, 전압 검지 회로(121)는 신호를 출력하지 않고 개방 상태에 있다.
이 상태에서는, 주 퓨즈 소자(133)의 저항값을 무시하면, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자에는, 축전 장치(111)로부터 출력된 전압이, 제1 분압 저항 소자(131)와 제2 분압 저항 소자(132)에 의해 분압된 크기의 전압이 인가되고 있다.
그 전압은, 보조 스위치 소자(122)의 임계 전압 미만의 전압으로서, 보조 스위치 소자(122)는 차단 상태에 놓여 있다.
그 상태로부터, 전압 검지 회로(121)가 상한 전압 이상의 전압을 검출하면 높은 전압의 신호를 출력하고, 보조 스위치 소자(122)가 도통한다.
보조 스위치 소자(122)가 차단 상태에 있는 동안에는 히터 소자(136)에 전류는 흐르지 않지만, 도통에 의해 드레인 단자가 접지측 출력 단자 b에 접속되면, 히터 소자(136)의 양단에 전압이 인가되어, 히터 소자(136)에 전류가 흐른다.
이 상태에서는, 히터 소자(136)에는, 충전 장치(113)로부터 공급되는 전류와, 축전 장치(111)로부터 공급되는 전류의 양방이 흐른다.
히터 소자(136)는, 전류가 흐르는 것에 의해 발열하고, 그 열에 의해 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)가 용단된다.
제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)의 용단에 의해, 충전 장치(113)로부터의 전류와 축전 장치(111)로부터의 전류가 각각 정지하여, 히터 소자(136)에 전류가 흐르지 않게 된다.
이 상태에서는 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a는, 제1 출력 단자 (128)로부터 분리되어 있어, 전류가 흐르지 않게 된 결과, 발연 등의 사고는 미연에 방지된다.
한편, 축전 장치(111)의 충전 상태가 정상이어도, 제1, 제2 출력 단자(128, 129) 사이가 단락되어 주 스위치 소자(114)에 과전류가 흐르는 경우나, 주 스위치 소자(114)가 고장나 과전류가 흐르는 경우가 있다.
이러한 경우, 전압 검지 회로(121)는 동작하지 않지만, 주 퓨즈 소자(133), 및 후술하는 각 실시예의 주 퓨즈 소자(부호는 143, 153, 233, 243, 253, 300)는, 이 실시예 및 후술하는 각 실시예의 주 스위치 소자(114)에 밀착되어 배치되어 있고, 과전류에 의해 주 스위치 소자(114)가 발열하면, 그 열에 의해, 주 퓨즈(133)는 용단되도록 구성되어 있다.
따라서, 주 스위치 소자(114)가 온도 검지 부위로 되어 있고, 온도 검지 부위의 발열에 의해 주 퓨즈 소자(133)가 용단되면, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자와 접지측 출력 단자 사이의 제2 분압 저항 소자(132)에 의한 접속이 절단되고, 그 결과, 게이트 단자는 제1 분압 저항 소자(131)에 의해 풀업되고, 보조 스위치 소자(122)는 도통한다.
그 도통에 의해, 히터 소자(136)에는, 축전 장치(111)의 큰 방전 전류가 흘러, 발열한다.
그 방전 전류에 의해, 제2 퓨즈 보조 소자(135b)가 용단되면, 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a는, 제1 출력 단자(128)나 히터 소자(136)로부터 분리되고, 방전 전류는 정지하여, 발연 등의 사고가 방지된다.
그것과는 별도로, 제1, 제2 출력 단자(128, 129) 사이에, 부적절하게 큰 출력 전압의 충전 장치가 접속되고, 또한 그 전압에서는 전압 검지 회로(121)가 동작하지 않는 경우에는, 상기와 마찬가지로, 주 스위치 소자(114)에 과전류가 흘러, 그 열에 의해 주 퓨즈 소자(133)가 용단되고, 보조 스위치 소자(122)가 도통하면, 히터 소자(136)가 발열하고, 제1 보조 퓨즈 소자(135a)가 용단되면, 충전 장치는 제1 출력 단자(128)로부터 분리되어, 과전류는 정지한다.
상기는, 정상적인 동작 상태에서는, 전압 검지 회로(121)의 출력측 단자 c가 개방 상태로 되는 경우에 대해 설명했지만, 정상적인 동작 상태에서는 전압 검지 회로(121)가 임계 전압 미만의 저전압을 출력하여, 보조 스위치 소자(122)를 차단시키고 있는 경우도 포함된다.
이 경우에는, 주 퓨즈 소자(133)가 용단된 후, 제1 분압 저항 소자(131)를 흐르는 전류는 전압 검지 회로(121)에 유입되기 때문에, 전압 검지 회로(121)의 출력 임피던스가 너무 낮으면, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자의 전압이 상승하지 않아, 도통 상태로 이행할 수 없는 경우가 있다.
이 경우에는, 도 6에 도시한 2차 전지(106)와 같이, 주 퓨즈 회로(55) 내에 다이오드 소자(137)를 설치하고, 전압 검지 회로(121)의 출력측 단자 c를 그 애노드 단자에 접속하고, 캐소드 단자를 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자에 접속하고, 주 퓨즈 소자(133)가 용단된 후에는 다이오드 소자(137)가 역바이어스되도록 하면, 제1 분압 저항 소자(131)에 흐르는 전류는 다이오드 소자(137)에 의해 저지되어, 전압 검지 회로(121)에 유입하지 않게 되므로, 전압 검지 회로(121)의 출력 임피던스가 작아도, 보조 스위치 소자(122)는 확실하게 도통하도록 된다.
또한, 상기는 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)의 양방이 용단되는 경우에 대해 설명했지만, 제1 또는 제2 어느 한쪽의 퓨즈가 용단되면 축전 장치(111)는 충전 장치(113)로부터 분리되어, 발연 등의 사고는 방지된다.
단, 어느 한쪽의 퓨즈만 먼저 용단되어도, 다른 쪽의 퓨즈를 통하여 히터 소자(136)에 전류가 계속 흐르므로, 남은 퓨즈도 히터 소자(136)의 발열에 의해 용단되도록 설정할 수 있다.
이어서, 도 2는, 보호 회로(62)가 제1 예의 주 퓨즈 회로(51)와는 상이한 구성인 경우의 제2 예의 2차 전지(102)를 도시하고 있다. 이 제2 예의 2차 전지(102) 및 후술하는 각 실시예의 2차 전지(103∼107, 201∼207, 301)에서는, 제1 예의 2차 전지(101)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명이나 접속 상태의 설명은 생략한다.
이 제2 예의 2차 전지(102)의 주 퓨즈 회로(52)는, 제1 분압 저항 소자(141)에 의해, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자를 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a에 접속하고, 제2 분압 저항 소자(142)에 의해, 전압 검지 회로(121)의 출력측 단자 c를 접지측 출력 단자 b에 접속하고 있다.
또한, 주 퓨즈 소자(143)에 의해, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자와 전압 검지 회로(121)의 출력측 단자 c를 단락시키고 있다.
과전류 등에 의해 주 스위치 소자(114)가 발열되어, 그 열에 의해 주 퓨즈 소자(143)가 용단되면, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자와 전압 검지 회로(121)의 출력측 단자 c 사이가 분리된다. 따라서, 제1 분압 저항 소자(141)를 흐르는 전류는 전압 검지 회로(121)에 유입되지 않으므로, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자에는 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a의 전압이, 제1 분압 저항 소자(141)를 통하여 인가되어, 보조 스위치 소자(122)는 확실하게 도통하도록 되어 있다.
이어서, 상기 제1, 제2 예의 전원 장치(101, 102)에서는, 전압 검지 회로(121)의 전원 전압측 단자 d와 접지측 단자 e는, 각각 축전 장치(111)의 고전압측 출력 단자 a와 접지측 출력 단자 b에 직결되어 있었지만, 그것을 변경하여, 주 퓨즈 소자의 용단에 의해 전압 검지 회로(121)의 동작을 정지시키고, 그것에 따라, 보조 스위치 소자(122)가 확실하게 도통하도록 할 수 있다.
도 3의 부호 103은, 그와 같이 구성된 제3 예의 2차 전지를 도시하고 있다. 이 제3 예의 2차 전지(103)에서는, 보호 회로(63)의 주 퓨즈 회로(53)는, 제1 분압 저항 소자(151)에 의해, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자를 고전압측 출력 단자 a에 접속함과 함께, 그 게이트 단자를, 제2 분압 저항 소자(152)와 주 퓨즈 소자(153)의 직렬 접속 회로에 의해, 접지측 출력 단자 b에 접속하고 있다.
제2 분압 저항 소자(152)와 주 퓨즈 소자(153)의 직렬 접속 회로는, 제2 분압 저항 소자(152)측의 단자가, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자에 접속되고, 주 퓨즈 소자(153)측의 단자가 접지측 출력 단자 b에 접속되어 있다.
전압 검지 회로(121)의 전원 전압측 단자 d는, 고전압측 출력 단자 a에 직결되어 있는 것에 비하여, 접지측 단자 e는, 제2 분압 저항 소자(152)와 주 퓨즈 소자(153)가 접속된 부분에 접속되어 있다. 따라서, 전압 검지 회로(121)의 접지측 단자 e는, 주 퓨즈 소자(153)를 통하여, 접지측 출력 단자 b에 접속되어 있다.
이러한 구성에서는, 주 스위치 소자(114)가 발열하여 주 퓨즈 소자(153)가 용단되면, 전압 검지 회로(121)의 접지측 단자 e는 접지측 출력 단자 b로부터 분리되어, 그 동작을 정지한다.
따라서, 제1 분압 저항 소자(151)를 흐른 전류가, 전압 검지 회로(121)를 통하여, 접지측 출력 단자 b에 유출되지 않으므로, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자의 전압은 저하하지 않고, 주 퓨즈 소자(153)의 용단에 의해, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자는, 제1 분압 저항 소자(151)에 의해 고전압측 출력 단자 a에 풀업되어, 보조 스위치 소자(122)가 확실하게 도통된다.
이상은, 온도 검지 부위로서 주 스위치 소자(114)를 이용하여, 그 주 스위치 소자(114)의 발열에 의해 주 퓨즈 소자(153)가 용단되는 2차 전지(101∼103, 106)를 설명했지만, 상기 각 실시예나 후술하는 각 실시예에서, 온도 검지 부위로서 다른 구성 부재, 예를 들면 축전 장치나 제어 회로(115)를 온도 검지 부위로서 이용하여, 온도 검지 부위에 대하여 주 퓨즈 소자(153) 등의 감열 소자를 밀착 배치하여, 보조 스위치 소자를 도통시키도록 해도 된다.
또한, 상기 2차 전지(101∼103, 106)에서는, 감열 소자로서 주 퓨즈 소자(153)를 이용하고 있고, 감열 소자가, 온도 상승에 의해 저항값이 무한대로 커지는 경우였지만, 상기 각 실시예의 주 퓨즈 소자(133, 143, 153)를 대신하여, 온도 상승에 의해 저항값이 증대 또는 감소하는 서미스터를 사용해도 된다.
예를 들면, 도 4의 부호 104는, 도 1에 도시한 제1 예의 2차 전지(101)의 주 퓨즈 소자(133)를, 온도 상승에 의해 저항값이 증대하는 서미스터(162)를 대신하는 제4 예의 2차 전지이다.
이 제4 예의 2차 전지(104)는, 보호 회로(64)가 갖는 주 퓨즈 회로(54)는, 분압 저항 소자(161)와 서미스터(162)의 직렬 접속 회로로 구성되어 있고, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자는, 그 분압 저항 소자(161)에 의해 고전압측 출력 단자 a에 접속됨과 함께, 서미스터(162)에 의해 접지측 출력 단자 b에 접속되어 있다.
서미스터(162)는, 주 스위치 소자(114)의 표면에 밀착되게 배치되어 있어, 열 결합성이 높게 되어 있다. 따라서, 고장이나 과전류가 흐르는 것 등에 의해, 주 스위치 소자(114)가 발열하면, 그 열에 의해 서미스터(162)의 저항값이 증대하여, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자의 전위가 상승한다. 그리고, 게이트 단자의 전위가 임계 전압 이상의 전압으로 되면, 보조 스위치 소자(122)는 도통한다.
이어서, 상기 각 실시예에서는, 보조 퓨즈 회로(124)는, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)를 갖고 있었지만, 제2 보조 퓨즈 소자(135b)는 반드시 필요하지는 않다.
예를 들면, 도 5의 부호 105는, 도 1에 도시한 제1 예의 2차 전지(101)에 관한 것으로, 제2 보조 퓨즈 소자(135b)를 설치하지 않는 경우의 2차 전지이다.
이 2차 전지(105)에서는, 보조 스위치 소자(122)의 도통에 의해 히터 소자(136)가 발열하여, 제1 보조 퓨즈 소자(135a)가 용단됨으로써, 제1 출력 단자(128) 가 2차 전지(105)의 내부 회로로부터 분리된다.
상기 각 실시예에서는, 주 스위치 소자(114)는 제2 출력 단자(129)와 접지측 출력 단자 b의 사이에 설치되어 있었지만, 도 7에 도시한 바와 같이 제1 출력 단자(128)와 보조 퓨즈 회로(124) 사이에 설치해도 된다. 이 경우에도, 주 퓨즈 소자(133)를 주 스위치 소자(114)에 밀착되게 배치하여, 과전류에 의한 주 스위치 소자(114)의 발열에 의해 용단되도록 구성한다. 또한, 주 퓨즈 소자(133)를 대신하여, 서미스터를 이용하는 경우에도, 주 스위치 소자(114)의 발열에 의해 저항값이 증대하도록 배치하면 된다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 보조 스위치 소자(122)는 n 채널형의 MOSFET 또는 npn 형의 바이폴라 트랜지스터이었지만, p 채널형의 MOSFET나 pnp형의 바이폴라 트랜지스터 외에, 릴레이 소자나 다른 스위치 소자를 이용할 수도 있다.
n 채널형 MOSFET 또는 npn형 바이폴라 트랜지스터를 이용한 각 2차 전지(101∼107)에서는, 주 스위치 소자(114)의 발열에 의해 저항값이 증대하는 소자(133, 143, 153, 162)(용단되어 저항값이 무한대로 되는 소자를 포함)에 의해, 보조 스위치 소자(122)의 게이트 단자 또는 베이스 단자가 접지측 출력 단자 b에 접속되어 있었지만, p 채널형의 MOSFET나 pnp형의 바이폴라 트랜지스터를 이용하여, 게이트 단자 또는 베이스 단자에, 과전류에 의한 주 스위치 소자(114)의 발열에 의해 저항값이 증대하는 소자를 접속하는 경우에는, 그 소자에 의해, 게이트 단자 또는 베이스 단자를 고전압측 출력 단자 a에 접속한다.
그와 같은 2차 전지를, 도 1∼도 7의 2차 전지(101∼107)에 대응시키고, 도 8∼도 14의 부호 201∼207로 나타낸다. 도 1∼도 7의 주 퓨즈 회로(51∼55)에 대응하는 주 퓨즈 회로는, 부호 71∼75로 나타내고, 주 퓨즈 회로(51∼55) 내의 소자의 100번대의 부호는, 주 퓨즈 회로(71∼75)에서는 200번대로 되어 있다.
도 8∼도 14의 2차 전지(201∼207)에서도, 정상적인 동작 상태에서는, 전압 검지 회로(221)는, 그 출력측 단자 c는 개방 상태로 되어 있고, 보조 스위치 소자(222)의 게이트 단자 또는 베이스 단자에는, 고전압측 출력 단자 a와 접지측 출력 단자 b 사이의 전압이 퓨즈 회로(71∼75)에 의해 분압된 전압이 인가되어 있다.
보조 스위치 소자(222)는, 그 전압이 인가되어 있으면 차단 상태를 유지하도록 구성되어 있다.
또한, 전압 검지 회로(221)의 출력측 단자 c가 개방 상태가 아니고, 보조 스위치 소자(222)를 차단시키기 위해 고전압을 출력하는 경우도 포함된다.
과전류에 의해 주 스위치 소자(114)가 발열하여, 주 퓨즈 소자(233, 243, 253)가 용단되거나, 또는 서미스터(262)의 저항값이 증대하면, 보조 스위치 소자(222)의 게이트 단자 또는 베이스 단자에는, 접지측 출력 단자 b의 전위에 가까운 저전압이 인가된다.
보조 스위치 소자(222)는 p 채널형 MOSFET 또는 pnp형 바이폴라 트랜지스터로 구성되어 있으므로, 저전압이 인가되면 도통하여, 히터 소자(136)에 전류를 흘려, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)를 용단시킨다.
이 경우, 도 10에 도시한 바와 같이 주 퓨즈 소자(253)의 용단에 의해 전압 검지 회로(221)의 동작을 정지시키기 위해서는, 전압 검지 회로(221)의 전원 전압측 단자 d를, 직렬 접속된 주 퓨즈 소자(253)와 제2 분압 저항 소자(252) 사이에 접속하고, 주 퓨즈 소자(253)의 용단에 의해, 전원 전압측 단자 d가 고전압측 출력 단자 a로부터 분리되도록 구성할 수 있다.
또한, 도 13에 도시한 바와 같이 다이오드 소자(237)를 전압 검지 회로(221)의 출력측 단자 c에 접속하는 경우에는, 주 퓨즈 소자(233)가 용단되고, 제1 저항 소자(231)에 의해, 보조 스위치 소자(222)의 게이트 단자를 풀다운시켜 보조 스위치 소자(222)를 도통시키고자 할 때에, 전압 검지 회로(221)가 출력하는 전류에 의해 게이트 단자의 전위가 상승하지 않도록, 애노드 단자를 게이트 단자측, 캐소드 단자를 전압 검지 회로(221)의 출력측 단자 c측을 향하여, 전압 검지 회로(221)로부터 출력되는 전류를 저지하도록 하면 된다.
이상의 각 실시예 외에도 추가적으로 도 15에 도시한 2차 전지(301)도 본 발명에 포함된다.
이 2차 전지(301)에서는, 전압 검지 회로(321)의 출력측 단자 c와 보조 스위치 소자(322)의 게이트 단자 또는 베이스 단자가, 보조 퓨즈 소자(300)에 의해 접속되어 있다.
전압 검지 회로(321)의 정상적인 전압을 검출하고 있으며, 보조 스위치 소자(322)에 그것을 나타내는 신호가 입력되고 있는 동안에는 보조 스위치 소자(322)는 차단하도록 구성되어 있고, 또한 보조 스위치 소자(322)는, 정상적인 전압을 나타내는 신호가 입력되지 않게 되면 도통하도록 구성되어 있다.
주 스위치 소자(114)에 과전류가 흘러, 그 발열에 의해 주 퓨즈 소자(300)가 용단되면, 전압 검지 회로(321)가 출력하는 신호에 관계없이, 보조 스위치 소자(322)의 게이트 단자에는, 전압 검지 회로(321)가 정상적인 전압을 검출하고 있다고 하는 신호는 입력되지 않게 되므로, 주 퓨즈 소자(300)가 용단되면 보조 스위치 소자(322)는 반드시 도통하여, 발열 저항 소자(136)에 전류를 흘려, 제1, 제2 보조 퓨즈 소자(135a, 135b)를 용단시키도록 되어 있다.
또한, 도 11의 회로도에서, 보조 스위치 소자(222)에 n 채널 MOSFET 또는 npn 트랜지스터를 이용하고, 서미스터(262)에, 온도 상승에 의해 저항값이 감소하는 소자를 이용하면, 상기 각 실시예와 마찬가지로, 과전류에 의한 주 스위치 소자(114)의 발열에 의해 보조 스위치 소자(222)를 도통시킬 수 있다.
주 퓨즈 소자가, 축전 장치의 충방전 전류의 경로에 배치되어 있지 않으므로, 정상 동작 시의 주 퓨즈 소자에 의한 에너지 손실이 없다. 또한, 전류 용량이 작은 주 퓨즈 소자를 채용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 축전 장치와,
    보호 회로와,
    보조 스위치 소자와,
    히터 소자와,
    제1 보조 퓨즈 소자와,
    제1, 제2 출력 단자를 갖고,
    상기 제1, 제2 출력 단자에 충전 장치가 접속된 경우에는, 상기 충전 장치로부터 공급되는 충전 전류가 상기 보호 회로를 흘러 상기 축전 장치를 충전하고,
    상기 제1, 제2 출력 단자에 외부 회로가 접속된 경우에는, 상기 축전 장치의 방전 전류가 상기 보호 회로를 흘러 상기 외부 회로에 공급되도록 구성된 이차 전지로서,
    상기 보호 회로는 제1 분압 저항 소자와 제2 분압 저항 소자와 주 퓨즈 소자가 직렬 접속된 직렬 접속 회로를 갖고,
    상기 직렬 접속 회로는 상기 축전 장치의 고전압측 출력 단자와 저전압측 출력 단자 사이에 접속되고,
    상기 주 퓨즈 소자의 용단 전에는 상기 고전압측 출력 단자와 상기 저전압측 출력 단자 사이의 전압이 상기 제1 분압 저항 소자와 상기 제2 분압 저항 소자에서 분압되어 분압 전압이 생성되고,
    상기 분압 전압은 상기 보조 스위치 소자의 제어 단자에 입력되어 상기 보조 스위치 소자는 차단 상태에 놓이고,
    상기 주 퓨즈 소자가 온도 검지 부위의 발열에 의해 용단되면, 상기 보조 스위치 소자의 제어 단자는 상기 제1 또는 제2 분압 저항 소자에 의해, 상기 고전압측 출력 단자 또는 상기 저전압측 출력 단자에 접속되어 도통 상태로 이행되도록 구성되고,
    상기 히터 소자는 상기 보조 스위치 소자의 도통에 의해 통전되어 발열하고,
    상기 제1 보조 퓨즈 소자는 상기 히터 소자의 발열에 의해 용단되고, 상기 제1 출력 단자는 상기 축전 장치와 상기 히터 소자로부터 분리되도록 구성된
    이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 회로는, 상기 히터 소자의 발열에 의해 용단되어, 상기 보조 스위치 소자를 상기 축전 장치로부터 분리하고, 상기 보조 스위치 소자로 흐르는 전류를 정지시키는 제2 보조 퓨즈 소자를 갖는 이차 전지.
  3. 상기 충전 전류와 상기 방전 전류가 흐르는 경로에 주 스위치 소자가 설치되고, 상기 충전 전류와 상기 방전 전류의 흐름은 상기 주 스위치 소자에 의해 제어되도록 구성된 제1항 또는 제2항의 이차 전지로서, 상기 온도 검지 부위는 상기 주 스위치 소자인 이차 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 출력 단자로부터 상기 축전 장치에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검지 회로를 갖고,
    상기 전압 검지 회로는 상기 보조 스위치 소자에 접속되며, 상기 전압 검지 회로가 상한 전압 이상의 전압을 검출하면, 상기 보조 스위치 소자는 도통하도록 구성된 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 검지 회로와 상기 보조 스위치 소자 사이에는 다이오드 소자가 삽입되고, 상기 주 퓨즈 소자의 용단 후에는 상기 다이오드 소자가 역바이어스되고, 상기 전압 검지 회로는 상기 보조 스위치 소자로부터 분리되도록 구성된 이차 전지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 스위치 소자에는 트랜지스터가 이용된 이차 전지.
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