KR20060050897A

KR20060050897A - 보호부품, 보호장치, 전지 팩 및 휴대용 전자기기

Info

Publication number: KR20060050897A
Application number: KR1020050081000A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 히라이즈미; 카즈히로 미야자와; 키요시 야마모토; 타케시 나가이
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2006-05-19

Abstract

전력을 공급하는 회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭 회로와, 스위칭 회로에 직렬로 접속되는 적어도 1개의 발열소자와, 전력 공급에 의한 자신의 발열 또는 발열소자로부터의 발열에 의해 전력 공급을 발열소자로 절환하는 구조를 가지는 열응동소자를 구비하고 있는 보호장치. 전자기기의 임의의 위치에 설치되며, 스위칭 회로가 주회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하며, 열응동소자가 발열소자로부터의 열에 의해 주회로로부터 발열소자로 절환되는 구조를 가지고 있다.

Description

보호부품, 보호장치, 전지 팩 및 휴대용 전자기기{PROTECTIVE PARTS, PROTECTIVE DEVICE, BATTERY PACK AND PORTABLE ELECTRONIC EQUIPMENT}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로의 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로의 서멀 프로텍터의 가동도체편을 나타낸 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 다른 회로도이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 의한 2차 전지 팩을 나타낸 분해 사시도이다.

도 12는 종래기술에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 14는 본 발명의 제 7 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 15는 본 발명의 제 8 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 단면도이다.

도 16은 본 발명의 제 9 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 단면도이다.

도 17은 본 발명의 제 10 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터의 단면도이다.

도 18은 본 발명의 제 11 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 19는 본 발명의 제 12 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 20은 본 발명의 제 13 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 21은 본 발명의 제 13 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 다른 회로도이다.

도 22는 본 발명의 제 14 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 23은 본 발명의 제 15 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 24는 본 발명의 제 16 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전회로를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 25는 종래의 다른 보호회로를 이용한 충전장치를 설명하는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1;2차 전지 2;충전회로

3;보호회로 4a,4b;충전측 플러스 및 마이너스 단자

5a,5b;전지측 플러스 및 마이너스 단자

6,8;제 1 및 제 2 배선 9;서멀 프로텍터

10;바이메탈 스위치 11;발열소자

12;PTC 13a,13b,13c;전극

14;제너 다이오드 20;케이스 본체

22,23,26;단자 24;바이메탈편

27;가동도체편 40;바이패스 회로

41;전압검출회로 50;2차 전지 팩

51;2차 전지보호장치

본 발명은 보호부품, 보호장치, 전지 팩 및 휴대용 전자기기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 충전시에 있어 2차 전지의 보호부품, 보호회로, 충전시 보호부품을 구비한 2차 전지 팩 및 충전시 보호기능을 구비한 휴대용 전자기기에 관한 것이다.

충방전 가능하게 구성된 2차 전지에 대한 전력을 공급하기 위하여 충전기가 이용되고 있으나, 2차 전지가 과충전 상태에 이르거나, 또는 2차 전지에 과전류가 흐르면, 2차 전지가 변형되거나 최악의 경우에는 파열이나 발화하는 문제가 있다.

예를 들면, 2차 전지로서 휴대전화 등 모바일기기에 이용되는 리튬 이온 전지에서는 과충전, 충전기의 고장 등에 의해 규격 이외의 전압/전류가 인가되면 전지가 변형한다. 또 만일 전지 단자부가 도전체에 접촉하여 단자 사이가 단락되면 전지에 과전류가 흘러 전지가 변형하는 등의 사고가 일어난다.

이와 같은 과제에 대하여 재충전 가능한 소자의 보호를 위한 장치가 특표 2002-540756호 공보, 특개 2001-44003호 공보에 기재되어 있다.

도 12를 참조하여 종래의 보호회로를 이용한 충전장치에 대하여 설명한다.

도 12에서, 재충전 가능한 전지(101)는 제너 다이오드(Zener diode)(102)와 병렬로 접속되어 병렬회로를 구성하며, 게다가, 그 병렬회로에 보호소자(103)가 직렬로 접속되어 있다. 이 보호소자(103)는 퓨즈, PTC 등의 보호소자(103)의 탄력(付勢)를 가속하기 위하여 제너 다이오드(102)에 열적으로 결합되어 있다. 또한, 보호소자(103)와 제너 다이오드(102)의 회로와 병렬로 충전부(105)가 접속되고, 그 충전부(105)의 플러스 전극와 마이너스 전극과 보호소자(103)에는 스마트 회로(106)가 접속되어 있다.

충전중에 전지(101)가 과충전 상태로 되고 스마트회로(106)가 동작할 수 없는 경우에, 제너 다이오드(102)에 역방향의 전류가 흘러 가열된다. 그 열에 의해 보호소자(103)가 트립(trip)되어 전지(101)를 스마트회로(106) 및 충전부(105)로부터 분리하게 된다.

그러나, 상술한 보호회로에 의하면, 제너 다이오드(102)의 열에 의해 보호소자(103)를 동작시키고 있으나, 보호소자(103)의 동작에 의해 전지(101)의 전압이 저하한 경우에 제너 다이오드(102)의 발열량이 적어지게 되어 보호호자(103)가 충분히 기능하지 않게 될 염려가 있다.

더욱이, 보호회로는 스마트회로(106)인 반도체집적회로를 가지고 있기 때문에 면적이 크게 된다.

도 25를 참조하여 종래의 다른 보호회로를 이용한 충전장치에 대하여 설명한 다.

도 25의 회로도에서, 보호소자(20A)는 1개의 PTC재료와 그 위에 설치된 적어도 3개의 전극으로 되고, 그 PTC재료가 2개 이상의 PTC소자로서 작용하는 것을 특징으로 하는 보호소자이며, 이 보호회로에 있어서 단자 A1, A2 리튬 이온 전지 등의 피보호장치의 전극단자에 접속되고, 단자 B1, B2는 충전기 등의 전극단자에 접속된다.

또, 이 보호회로에 있어서는, 스위칭 소자로서 FET가 사용되며, FET의 소스 단자(S)/드레인 단자(D)와 제 2 PTC소자(1b)가 직렬로 접속되고, 이들과 제 1 PTC소자(1a)가 병렬로 접속되어 있다.

한편, FET의 게이트 단자(G)는 피보호회로의 단자전압을 검출하는 IC와 접속되어 있고, IC는 검출한 피보호회로의 단자전압의 값에 대응하여 FET의 게이트 단자(G)의 전위를 제어한다. 즉, IC가 이상을 검출하지 않은 경우 즉, 피보호회로의 단자전압이 소정전압보다도 낮은 때에는, IC는 FET를 '온'상태로 하고, FET는 제 2 PTC 소자(1b)로의 통전을 가능하게 한다. 따라서, 이 때 제1 PTC소자(1a)와 제 2 PTC소자(1b) 쌍방으로 그들의 저항값에 대응한 전류가 통전된다. 여기서, 그와 같이 쌍방의 PTC소자(1a,1b)에 통전이 되는 경우에 과전류가 생기는 때에는, 각각의 PTC소자(1a,1b)의 트립에 의해 전류가 제어된다.

이에 대하여, IC가 이상을 검지한 경우, 즉, 피보호회로의 단자전압이 소정 전압이상의 과전압을 검지한 경우에는, IC는 FET를 '오프'상태로 하며, FET는 제 2 PTC소자(1b)로의 통전을 차단한다. 그 결과, 이상시에는 제 1 PTC소자(1a)만으로 통전되고, 제 1 PTC소자(1a)는 통전전류에 의해 곧바로 트립된다.

이와 같이 종래기술의 보호회로에 의하면, 과충전 보호시 PTC를 트립시키는 것에 의해 과충전 보호할 수 있다.

즉, 종래기술의 보호회로에 의하면, 과충전 보호시에 PTC를 트립시킴으로써, 과충전 보호 할 수 있으나, 실제로는 PTC저항의 증대에 의해 과충전 전류를 제어하여 미소 전류화 하고 있을 뿐이다.

따라서, 종래기술에서 말하는 과충전 보호상태는, 미소전류에 의한 과충전상태가 연속하는 상태라고 할 수 있고, 종래기술에서의 과충전 보호를 장시간 연속한 경우, 최종적으로는 2차 전지의 변형, 팽창, 파열, 발화가 발생할 염려가 있으며, 엄밀한 의미에서 과충전 보호회로 및 그 부품은 불완전한 기술이라고 말할 수 있다.

이상에 의해 과충전 보호에 대하여, 완전하게 충전전류를 없도록 한 보호회로, 부품이 요구되었다.

또한, 보호소자에 대해서도, 반복 사용이 바람직한 것으로 요구됨으로써 2차 전지 및 전자기기, 회로 보호는 저융점 금속으로된 퓨즈 등의 사용은 피하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 2차 전지의 과충전, 과전류 보호의 기본 기능을 만족하며, 또 회로의 간편화, 소형화를 도모하는 2차 전지 보호부품, 2차 전지 보호장치, 2차 전지 팩 및 휴대용 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명 보호장치의 제 1 실시예는, 전력을 공급하는 회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭회로와,

상기 스위칭회로에 직렬로 접속되는 적어도 1개의 발열소자와,

상기 전력 공급에 의해 자신의 발열, 또는 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력 공급을 상기 발열소자로 절환하는 구조를 가지는 열응동소자를 구비하고 있는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 2 실시예는, 전자기기의 임의의 위치에 설치되고, 상기 스위칭회로가 주회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 자신의 발열에 의해 상기 주회로로부터 상기 발열소자로 절환되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 3 실시예는, 전자기기의 임의의 위치에 설치되고, 상기 스위칭회로가 주회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 주회로로부터 상기 발열소자로 절환되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 4 실시예는, 상기 전력 공급지점이 2차 전지이고, 상기 스위칭회로가 충전회로에 병렬로 접속되며 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 상기 전력 공급에 의한 자신의 발열에 의해 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 5 실시예는, 상기 전력 공급지점이 2차 전지이고, 상기 스위칭회로가 충전회로에 병렬로 접속되며 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력 공급을 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 6 실시예는, 2차 전지 등에 전력을 공급하는 충전회로에 접속되고, 상기 충전회로에 대하여 병렬로 접속되며 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭회로와, 상기 스위칭회로에 직렬로 접속되는 제 1 저항요소와, 상기 충전회로에 직렬로 접속되는 제 2 저항요소를 구비하며, 상기 제 1 저항요소 및 상기 제 2 저항요소가 적어도 1개의 발열소자로 된 보호부품을 이용하는 보호장치에 있어서,

상기 발열소자의 제 1 저항요소가 갖는 저항 Rb, 상기 발열소자의 제 2 저항요소가 갖는 저항 Ra, 상기 2차 전지의 보호전압을 X, 상기 충전회로의 전압을 Y라고 할 때,

Ra/Rb > (Y-X)/X

인 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 7 실시예는, 2차 전지에 전력을 공급하는 충전회로에 병렬로 접속되고, 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭회로와, 상기 스위칭회로에 직렬로 접속되는 제 1 저항요소 및 제 2 저항요소로 되는 적어도 1개의 발열소자와, 상기 전력 공급에 의한 자신의 발열, 또는 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력의 공급을 상기 발열소자로 절환하는 구조를 갖는 열응동소자를 이용하는 보호장치에 있어서,

상기 발열소자의 제 1 저항요소가 갖는 저항 Rb, 제 2 저항요소가 갖는 저항 Ra, 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력의 공급을 상기 발열소자로 절환하기에 필요한 전류의 최소치 I, 2차 전지의 보호전압을 X, 충전회로의 전압을 Y라고 할 때,

Ra / Rb > (Y-X)/X (1)

Ra + Rb < X/I (2)

Ra > 0 (3)

Rb > 0 (4)

인 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 8 실시예는, 상기 열응동소자가 상기 발열소자로 절환한 후에, 상기 발열소자 자신의 발열에 의해 상기 열응동소자의 상태를 유지하여 상기 2차 전지의 충전회로를 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 9 실시예는, 상기 열응동소자는 가열에 의해 상기 충전회로로부터 상기 발열소자로 전류로를 절환하는 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 10 실시예는, 상기 바이메탈 스위치는 접점을 개재하여 상기 2차 전지에 전기적으로 접속되는 가동도체편과, 상기 발열소자 위에 배치되며 凹면을 갖고 또한 열에 의해 그 凹면의 방향을 반전시킴으로써 상기 가동도체 편의 전기적 접속을 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환하는 바이메탈을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 11 실시예는, 상기 가동도체편과 상기 바이메탈은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 12 실시예는, 상기 발열소자는 정온도계수 서미스터인 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 13 실시예는, 1개의 상기 발열소자에 적어도 3개의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 14 실시예는, 상기 스위칭회로가 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 15 실시예는, 상기 스위칭회로가 상기 2차 전지의 전압을 검출하는 전압검출회로와, 상기 전압검출회로로부터의 출력전압이 임계전압 이상으로된 상태에서 도통 상태로 되는 전해효과 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 16 실시예는, 상기 전압검출회로와 상기 전해효과 트래지스터의 사이에, 누설 전류를 억제 또는 방지하는 컴퍼레이터가 구성된 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 17 실시예는, 상기 열응동소자와 상기 발열소자가 열적으로 접속되어 하나의 케이스 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 18 실시예는, 상기 열응동소자와 상기 발열소자가 열적으로 접속되고, 상기 열응동소자와 상기 발열소자와 스위칭회로가 하나의 케이스 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 보호장치의 제 19 실시예는, 상기 케이스의 표면에 상기 2차 전지에 전기적으로 접속되는 전지측 단자와, 상기 충전회로에 전기적으로 접속되는 충전부측 단자가 각각 노출하여 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 보호장치이다.

본 발명 2차 전지 팩의 제 1 실시예는, 상술한 보호장치가 상기 2차 전지와 전기적으로 접속되어 일체로 되고, 또한, 외부의 충전회로에 전기적으로 접속되는 충전측 단자가 노출하여 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지 팩이다.

본 발명 휴대용 전자기기의 제 1 실시예는, 상술한 보호장치를 갖는 휴대용 전자기기이다.

본 발명 2차 전지 보호부품의 제 1 실시예는, 접점을 개재하여 전기적으로 접속된 가동도체편과, 상기 스위칭회로에 흐르는 전류에 의해 발열하는 적어도 하나의 발열소자와, 상기 발열소자에 열적으로 접속되고, 가열에 의해 방향을 반전시키는 凹면을 갖고, 그 凹면의 반전에 의해 상기 가동도체편의 전기적 접속을 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환하는 바이메탈과, 상기 발열소자를 지지하며, 각 발열소자와 외부단자를 전기적으로 접속하는 적어도 2개 이상의 지지부재와, 상기 발열소자를 상기 지지부재를 향하여 누르는 압압부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품이다.

본 발명 2차 전지 보호부품의 제 2 실시예는, 상기 바이메탈과 상기 가동도 체편이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품이다.

본 발명 2차 전지 보호부품의 제 3 실시예는, 상기 압압부재가 상기 케이스에 형성된 돌기부인 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품이다.

본 발명 2차 전지 보호부품의 제 4 실시예는, 상기 압압부재가 상기 가동도체편의 일부분인 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(제 1 실시예)

도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도, 도 1b는 그 2차 전지 보호회로의 일부를 나타낸 회로도이다.

도 1a에서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전된다.

보호회로(3)는 충전회로(2)의 플러스 단자에 접속되는 충전측 플러스 단자(4a)와, 충전회로(2)의 마이너스 단자에 접속되는 충전측 마이너스 단자(4b)와, 2차 전지(1)의 플러스 단자에 접속되는 전지측 플러스 단자(5a)와, 2차 전지(1)의 마이너스 단자에 접속되는 전지측 마이너스 단자(5b)를 구비하고 있다. 그리고, 충전측 플러스 단자(4a)와 전지측 플러스 단자(5a)는 제 1 배선(6)을 개재하여 접속되고, 또, 충전측 마이너스 단자(4b)와 전지측 마이너스 단자(5b)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다.

제 2 배선(8)의 도중에는 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)는 상호 열적으로 접속되는 바이메탈 스위치(10)와 발열소자(11)를 가지고 있다. 마이메탈 스위치(10)는 열에 의해 전류로를 변경하는 열응동소자이다.

바이메탈 스위치(10)는 충전측 마이너스 단자(4b)에 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되는 고정점(10a)과, 전지측 마이너스 단자(5b)에 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되는 제 1 접점(10b)과, 발열소자(11)에 접속되는 제 2 접점(10c)을 구비하고, 정상적인 충전상태에서는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)이 가동도체편(10d)에 의해 전기적으로 접속되는 구조를 가지고 있다. 또, 가동도체편(10d)은 바이메탈 스위치(10)의 내부 발열, 또는 발열소자(11)로부터의 열에 의해 접점이 절환되어 고정점(10a)과 제 2 접점(10c)을 전기적으로 접속하는 구조로 되어 있다.

발열소자(11)는 도 1b에 나타낸 바와 같이, 1개의 정온도계수 서미스터(PTC : Positive Temperature Coefficient)(12)에 적어도 3개의 전극(13a,13b,13c)을 구비한 구조를 가진다. 그 서미스터(12)에 있어서, 제 1 전극(13a)과 제 3 전극(13c) 사이, 및 제 2 전극(13b)과 제 3 전극(13c) 사이에는 각각 도 1a에 나타낸 바와 같이 PTC(12a)(12b)가 등가적으로 존재한다. 여기서, PTC(12a)(12b)는 2개의 것이 접속된 상태여도 좋다.

PTC(12)의 제 1 전극(13a)은 바이메탈 스위치(10)의 제 1 접점(10b)에 접속되고, 제 2 전극(13b)은 스위치 회로인 제너 다이오드(14)를 개재하여 제 1 배선(6)에 접속되며, 또, PTC(12)의 제 3 전극(13c)에는 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)이 접속되어 있다.

정온도계수 서미스터(12)는 일반적으로 티탄산 베릴륨(BaTiO3)을 주성분으로 한 산화물계 세라믹스를 재료로 한 것과, 카본 필러 등의 도전성물질을 수지에 배합한 도전성 폴리머를 이용한 폴리머 PTC가 있는데, 어느 것을 채용하여도 좋다.

제너 다이오드(14)는 스위칭 소자로서, 아노드를 발열소자(11)의 제 2 전극(13b)에 접속하고, 캐소드를 제 1 배선(6)에 접속함으로써, 발열소자(11)를 개재하여 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에 역바이어스로 접속되는 구조로 되어 있다.

그런데, 발열소자(11)와 바이메탈 스위치(10)는 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 1개의 케이스에 수용되어 열적으로 접속된 구조를 가진다.

도 2에서, 내부가 공동의 케이스 본체(20)의 저면 대략 중앙에는 발열소자(11)로서 PTC(12)가 취부되어 있다. PTC(12)의 하면에는 제 1 전극(13a)과 제 2 전극(13b)이 취부되고, 그 상면에는 제 3 전극(13c)이 취부되어 있다.

PTC(12)의 제 1 전극(13a)은 케이스 본체(20)의 일측을 통하여 외부로 인출되는 제 1 리드 단자(22)에 접속되고, 또, PTC(12)의 제 2 전극(13b)은 케이스(20) 본체(21)의 타측을 통하여 외부로 인출된 제 2 리드 단자(23)에 접속되어 있다.

PTC(12) 위에는 반전 중심부가 대략 중앙의 凹면을 가지는 바이메탈편(24)이 배치되어 있다. 그 바이메탈편(24)은 상온에서 凹면이 하방향으로 되고, 소정 온도로 상승한 때 그 凹면이 상방향으로 반전하도록 만곡되어 있으며, 위에서 본 형상은 대략 4각형, 원형, 타원형 등으로 되어 있다.

또, 바이메탈편(24)은 상온에서 그 테두리가 PTC(12) 주위의 케이스 본체(20)의 凸부(25) 위에 접촉될 수 있는 상태로 두고, 또, 그 凹면이 열에 의해 반전한 경우에는 바이메탈편(24)의 대략 중앙부분이 PTC(12)의 제 3 전극(13c)의 대략 중앙에 접촉하는 위치에 둔다. 더욱이 바이메탈편(24)은 凹면이 상방향으로 반전하는 것에 의해 그 테두리가 후술의 가동도체편(27)을 들어올리는 형상을 가지고 있다.

바이메탈편(24)은, 예를 들면 고팽창측은 Cu-Ni-Mn, 저팽창측은 Ni-Fe 2개의 재료를 적층시킨 구조를 가지고 있으며, 예를 들면 온도가 실온에서 상승하여 약 80℃로 가열된 시점에서 凹면이 하방향에서 상방향으로 반전하고, 또한, 온도가 하강하여 약 40℃까지 냉각되면 하방향으로 되돌아가는, 이와 같은 온도와 형상의 관계는 히스테리시스 특성을 가짐으로써 발열소자(11)가 소정 온도보다 높은 온도로 되면, 바이메탈편(24)은 상방향으로 반전한 상태로 되어 가동도체편(27)을 들어올임으로써 충전회로의 차단상태를 유지할 수 있다. 이에 의해 바이메탈편(24)은 가동도체편(27)과 PTC(12)를 열적 및 전기적으로 접속 가능한 상태로 하게 되고, 가동도체편(27)과 함께 도 1a에 나타낸 바이메탈 스위치(10)를 구성한다.

케이스 본체(20)의 타측에는 제 2 리드 단자(23)로부터 상방으로 떨어진 위치에서 제 3 리드 단자(26)가 관통하여 취부되어 있다. 또, 케이스 본체(20) 내에는, 제 3 리드 단자(26) 위에 가동도체편(27)의 고정단이 접속되고, 그 자유단 하면의 凸형상의 가동접점(28)은 바이메탈편(24)의 凹면이 하방향의 상태에서는 제 1 리드 단자(22)의 고정접점(22a)에 접촉되어 있다. 이 가동도체편(27) 및 바이메탈편(24)은 도 1의 가동도체편(10d)에 해당한다. 또, 제 1 리드 단자(22)는 도 1에 나타낸 바이메탈 스위치(10)의 제 1 접점(1c)에 해당하며, 제 3 리드 단자(26)는 도 1에 나타낸 고정점(10a)에 해당하고, 바이메탈편(24)은 도 1에 나타낸 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10b)에 해당한다.

가동도체편(27)의 하면에는 凹면이 상방향으로 반전한 바이메탈편(24)에 접촉하는 凸부(27a)가 프레스 형성에 의해 형성되고, 그 凸부(27a)로서 도전부재를 용착하여도 좋다.

가동도체편(27)의 재료로서, Cu-Be 합금이 좋으나, 인청동, Cu-Ti 합금, 양백, 황동, Cu-Ni-Si 합금 등 도전성 재료 도전성 스프링재료를 이용하여도 좋다.

또, 가동도체편(27)의 가동접점(28)과 이 가동접점(28)에 접하는 제 1 리드 단자(22)의 고정접점(22a)은 각각 니켈-은 합금이 바람직하며, 구체적으로는 니켈 10mass%정도를 포함하는 은합금이 좋으나, 동-은 합금, 금-은 합금, 탄소-Ag 합금, 텅스텐-은 합금 등을 이용하여도 좋다.

또, 제 1 내지 제 3 리드 단자(22,23,26)를 구성하는 재료는 동이 좋으나, 인청동, Cu-Ti 합금, Cu-Be 합금, 양백, 황동, Cu-Ni-Si 합금 등의 도전성재료를 이용하여도 좋다.

케이스 본체(20)의 개방된 상면은 뚜껑(21)에 의해 폐쇄되도록 되어 있다. 케이스 본체(20) 및 뚜껑(21)은 내열성이 우수한 폴리 페닐렌 술피드(PPS), 액정 폴리머(LCP), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이드(PBT) 등의 수지가 이용된다. 케이스 본체(20)와 뚜껑(21)은 초음파 용접 등에 의해 용착되고, 이에 의해 PTC(12), 고정접점(22a), 가동접점(28), 가동도체편(24), 바이메탈(27) 등을 케이스(20)(21)에 봉입한다.

여기서, 제 1 리드 단자(22)는 2차 전지(1)의 마이너스 단자에 접속되고, 제 2 리드 단자(23)는 제너 다이오드(14)에 접속되며, 제 3 리드 단자(26)는 충전회로(2)의 마이너스 단자(22)에 접속되도록 배치된다.

다음, 상술한 보호회로(3), 충전회로(2)를 사용하여 2차 전지(1)를 충전하는 것에 대하여 설명한다.

먼저, 보호회로(3)를 개재하여 2차 전지(1)를 충전회로(2)에 접속하고, 충전이 정상으로 행해진 상태에서는, 도 1에서 바이메탈 스위치(10)는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)을 접속하여 제 2 배선(8)을 도통 상태로 하므로, 충전회로(2)는 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)을 통하여 2차 전지(1)에 전력을 공급한다. 충전 전압은 충전개시로부터 시간이 경과함에 따라서 천천히 상승한다.

이 상태를 도 2, 도 3을 참조하여 설명하면, 바이메탈편(24)은 凹면이 하방향의 상태로 되고, 가동도체편(27)(10d)은 제 1 접점(10b)인 제 1 리드 단자(22)와 고정접점(10a)인 제 3 리드 단자(26)를 도통시킨다. 여기서, 바이메탈편(24)이 가동도체편(27)과 PTC(12)의 제 3 전극(13c)을 도통시켜도 PTC(12)는 가동도체편(27)에 비하여 전기저항이 크므로 바이메탈편(24)을 반전시키는 양으로 발열하지는 않는다.

그 충전 전압이 과충전 상태로 되어 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8) 사이의 제너 다이오드(14)에 임계치 이상의 전압이 인가되면, 제너 다이오드(14)에는 제 1 배선(6)으로부터 제 2 배선(8)을 향하여 전류가 흐르고, 이에 의해 PTC(12)에도 전류가 흐른다.

이 결과, PTC(12)는 발열하여 그 온도가 소정치, 예를 드렴ㄴ 80℃에 도달하 면, 도 2, 도 3에 나타낸 바이메탈편(24)의 凹면이 반전하여 가동도체편(27)이 바이메탈편(24)으로 들어 올려져 제 1 리드 단자(22)로부터 떨어지고, 2차 전지(1)로의 충전을 정지시킴과 동시에 바이메탈편(24)은 가동도체편(27)(10d)과 PTC(12)의 제 3 전극(13c)을 전기적으로 접속하여 PTC(12)의 일부에 전류를 흘린다.

즉, 도 1에 있어서, 제너 다이오드(14)에 역전류가 흐르면, PTC(12a)(12b)에 전류가 흘러 발열하고, 가동도체편(10d)이 바이메탈 스위치(10)의 고정점(10a)과 제 2 접점(10c)을 도통시킨 상태로 하여 제 2 배선(8)의 도중을 전기적으로 절단하고, 또한, 제 2 배선(8)과 바이메탈 스위치(10)를 통하여 일측 PTC(12a)에 전류를 흘린다.

따라서, 제 1 PTC(12a)에 열적으로 접속된 바이메탈 스위치(10)는 자기유지('온' 스위치에서 손을 떼어도 '온'이 지속되는 것을 말함 : 이하 같다)한다. 이 경우에, 충전시 전력은 제너 다이오드(14)와 PTC(12)를 통하여 충전회로(2)로 귀환시킬 수 있다.

2차 전지(1)의 과충전 상태가 해제되어 제너 다이오드(14)가 '오프'된 경우에도, PTC(12)에 전류가 흘러 바이메탈 스위치(10)를 가열한 상태로 하므로, 바이메탈 스위치(10)는 바이메탈편(27)의 히스테리시스 특성에 의해 곧바로는 스위치가 절환되지 않으므로 안정하게 동작하는 것이 가능하다.

여기서, PTC(12)는 큐리 온도에 의해 소정온도보다도 높게 되지는 않으며, 수지제의 케이스 본체(20)나 뚜껑(21)을 이상한 형상 또는 용융시키는 온도까지는 상승하지 않는다.

전자기기, 예를 들면, 휴대전화에 장착된 2차 전지(1)는 일반적으로 리튬 이온 전지이고, 리튬 이온 전지의 충전방식은 정전류, 정전압방식이다. 따라서, 제너 다이오드(14)에 전류가 흐르는 것에 의해 2차 전지(1)와 PTC(12)의 합성저항이 대략 일정하게 유지된다.

그런데, 충전회로(2)의 고장, 혹은 충전측 플러스 단자(4a)와 충전측 마이너스 단자(4b)가 만일 도전체에 접촉하여 단락되면, 보호회로(3)에 과전류가 흘러 가동도체편(27)에 과전류가 흐른다. 이 경우에는 가동도체편(27) 자신이 발열하여 바이메탈편(24)을 가열함으로써 바이메탈편(24)의 凹면이 상측으로 되도록 반전하여 가동도체편(27)을 들어 올리고, 가동도체편(27)과 제 1 리드 단자(22)의 접촉을 막아 2차 전지(1)로의 충전을 차단함과 함께 PTC(12)의 제 3 전극(13c)에는 가동도체편(27) 및 바이메탈편(24)(10d)을 통하여 전류를 흘린다.

이에 의해, PTC(12)가 발열하여 가동도체편(27)의 상태를 그 상태로 유지함으로써 바이메탈편(24)의 凹면이 위를 향한 상태가 자기유지된다. 또, PTC(12)는 고저항이므로, PTC(12)를 통하여 전류가 흘러도 과전류로 되는 것은 방지된다. 또, 큐리점을 가지는 PTC(12)를 이용하면, PTC(12) 자신이 필요이상으로 발열하지 않는다.

이상과 같은 보호회로(3)에서는, 충전회로(2)를 제외하고 온도가 소정치 이하, 예를 들면 실온 이하로 되면 가동도체편(27)(10d)이 원래로 돌아오고, 충전 가능한 상태로 복귀한다.

(제 2 실시예)

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 보호회로를 구성하는 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도, 도 5는 도 4에 나타낸 서멀 프로텍터의 가동도체편을 나타낸 사시도이다. 도 4, 도 5에서 도 2와 같은 부호는 같은 요소를 나타내고 있다.

도 4에 있어서, 케이스 본체(21)의 저부 대략 중앙에는 제 1 실시예와 동일하게 PTC(12)가 취부되고, 그 PTC(12) 하면의 제 1 전극(13a)은 제 1 리드 단자(22)에 접속되며, 그 하면의 제 2 전극(13b)은 제 2 리드 단자(26)에 접속되어 있다.

PTC(12)의 상방에는 도 2, 도 3의 가동도체편(27)와 바이메탈편(24)을 일체화한 가동도체편(30)이 배치되어 있다. 이 가동도체편(30)은, 예를 들면 고열팽창측은 CuNi-Mn(Mn 함유량 : 50mass%에서 75mass% 정도)이나 Cu-Zn 등, 저열팽창측은 Ni-Fe(Ni 함유량 : 30mass%에서 50mass% 정도)등의 2개 재료를 적층시킨 바이메탈 구조를 가지며, 또, 도 5에 나타낸 바와 같이 PTC(12)의 상방에서 4각, 환, 타원 등으로 광폭된 평면 형상을 갖고, 그 광폭부분(30a)은 만곡되어 상온에서 凹면이 하방향으로 되는 반전중심부를 가지고 있다.

이 가동도체편(30)의 제 1 단자에는 제 1 리드 단자(22)에 접속 가능한 가동접점(31)이 취부되어 있다. 또한, 가동도체편(30)의 제 2 단자는 제 3 리드 단자(26)에 접속되어 있다.

이와 같은 서멀 프로텍터(9)를 도 1a에 나타낸 바와 같은 보호회로(3)에 이용하면, 충전상태에서는 제너 다이오드(14)의 임계치보다도 전압이 높게 되어 제너 전류가 흐르고, PTC(12)가 발열하여 바이메탈로된 가동도체편(30)의 凹면을 상방향 으로 반전시켜, 도 1a에 나타낸 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)을 접속하고, 제 2 배선(8)의 도중에 직렬로 고저항 PTC(12)을 접속한 상태로 된다. 이에 의해 PTC(12)에는 전류가 흘러 발열이 지속되고, 가동도체편(30)(10d)이 자기유지(自己保持)하는 것으로 된다.

또, 보호회로(3)에 과전류가 흐르는 경우에는, 서멀 프로텍터(9) 내의 가동도체편(30)은 발열하여 그 스스로의 열에 의해 광폭부(30a)의 凹면이 반전하여 도 1에 나타낸 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)을 접촉함과 함께 제 2 배선(8)의 도중에 고저항 PTC(12)를 직렬로 접속한 상태로 된다. 이에 의해 PTC(12)에는 전류가 흘러 발열이 지속되고 가동도체편(30)(10d)은 자기유지하는 것으로 된다.

(제 3 실시예)

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 보호회로를 개재하여 충전회로와 2차 전지를 접속한 회로도, 도 7은 그 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도이다. 도 6에서 도 1과 동일한 부호는 동일 요소를 나타내고 있다.

도 6에 있어서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전되고 있다.

보호회로(3)는 제 1 실시예와 동일하게 충전측 플러스 단자(4a), 충전측 마이너스 단자(4b), 전지측 플러스 단자(5a) 및 전지측 마이너스 단자(5b)를 구비하고 있다. 그리고, 충전측 플러스 단자(4a)와 전지측 플러스 단자(5a)는 제 1 배선(6)을 개재하여 접속되고, 또, 충전측 마이너스 단자(4b)와 전지측 마이너스 단자 (5b)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다.

제 2 배선(8)의 도중에는 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)는 서로 열적으로 접속된 바이메탈 스위치(10)와 발열소자(11)를 구비하고 있다.

바이메탈 스위치(10)는 충전측 마이너스 단자(4b)에 접속되는 고정점(10a)과, 전지측 마이너스 단자(5b)에 접속되는 제 1 접점(10b)과, 발열소자(11)에 접속되는 제 2 접점(10c)을 구비하며, 과전류, 과전압 이외의 상태에서는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되고, 과전류, 과전압시에는 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되는 구조를 가진다. 바이메탈 스위치(10)의 발열 또는 발열소자(11)의 발열에 의해 고정점(10a)과 제 2 접점(10c)이 전기적으로 접속되는 한편, 상온에서는 고정점(10a)과 제 1 접점(10b)이 전기적으로 접속하는 구조를 가진다.

또, 발열소자(11)는 2개의 PTC(12a)(12b)를 직렬로 접속한 회로구성을 가지며, 그의 제 1 전극(13a)은 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)에 접속되고, 제 2 전극(13b)은 제너 다이오드(14)를 개재하여 제 1 배선(6)에 접속되며, 또한, 2개의 PTC(12a)(12b)의 제 3 전극(13c)은 전지측 마이너스 단자(5b)에 접속되어 있다.

제너 다이오드(14)는 아노드를 발열소자(11)의 제 2 전극(13b)에 접속하고, 캐소드를 제 1 배선(6)에 접속하는 것에 의해 발열소자(11)를 개재하여 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에 접속한 구조로 되어 있다.

그런데, 제 1 및 제 2 PTC(12a)(12b)와 바이메탈 스위치(10)는 도 6에 나타 낸 바와 같이, 1개의 케이스에 수용되어 열적으로 접속한 구조를 가진다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 보호회로에 이용되는 서멀 프로텍터(9)를 나타낸 단면도이다.

도 7에 있어서, 서멀 프로텍터(9)는 1개의 케이스에 수용되어 발열소자인 제 1 및 제 2 PTC(12a)(12b)와 바이메탈편(24)을 열적으로 접속한 구조를 가진다.

제 1 PTC(12a)는 내부가 공동의 케이스 본체(21) 내의 저부에 취부되어 있다.

제 1 PTC(12a)의 하면에 취부된 제 3 전극(13c)은 케이스 본체(21)의 일측부를 관통하여 외부로 인출되는 제 1 리드 단자(32)에 접속되어 있다.

또, 제 1 PTC(12a) 위에는 제 1 실시예와 동일하게 반전 중심부를 대략 중앙에 설치한 바이메탈편(24)이 배치되고, 그 바이메탈편(24)은 상온에서 凹면이 하방향으로 되어 있으며, 소정 온도로 가열된 상태에서 凹면이 상방향으로 반전하는 구조를 가지고 있고, 상부에서 보아 형상은 대략 4각형, 원형, 타원형 등으로 되어 있다.

바이메탈편(24)은 상온에서는 제 1 PTC(12a)의 주위에 설치한 케이스 본체(21) 내부의 凸부(25)에 테두리가 접촉된다. 또, 바이메탈편(24)이 가열되어 그 凹면이 반전한 상태에서는 바이메탈편(24)의 대략 중앙부가 제 1 PTC(12a) 상면의 제 1 전극(13a)의 대략 중앙부에 접촉된다. 바이메탈편(24)의 재료는 제 1 실시예와 같으며, 凹면의 반전과 온도의 관계는 히스테리시스 특성을 가진다.

또, 케이스 본체(21)의 타측에는 제 3 리드 단자(26)가 관통하여 취부되어 있다. 또한, 제 3 리드 단자(26) 위에는 가동도체편(33)이 배치되어 있다. 가동도체편(33)의 고정단은 제 3 리드 단자(26)에 접속되고, 그 가동단은 제 1 리드 단자(32)에 접리(接離) 가능한 가동접점(34)을 가지고 있다.

그 가동도체편(33)은 바이메탈편(24)의 凹면이 하방향의 경우에 케이스 본체(21) 내에서 제 1 리드 단자(32)에 접속되고, 그 凹면이 상방향으로 반전하는 것에 의해 바이메탈편(24)에 의해 밀어 올려져 제 1 리드 단자(32)로부터 떨어짐과 함께 바이메탈편을 통하여 제 1 PTC(12a)의 제 1 전극(13a)에 전기적으로 접속하는 구조로 되어 있다.

또한, 가동도체편(33)의 재료는 Cu-Be 합금이 바람직하나, 인청동, Cu-Ti 합금, 양백, 황동, Cu-Ni-Si 합금등의 도전성 재료를 이용하여도 좋다.

또한, 가동도체편(33)에는 凹면이 상방으로 반전되어 있는 바이메탈편(24)에 접촉하는 돌기(33a)가 프레스 형성에 의해 형성되어 있다. 여기서, 돌기(33a)로서는 도전부재를 용착하여도 좋다.

또한, 케이스 본체(20)의 상면을 덮는 뚜껑(21)에는 케이스 본체(20) 내에 놓인 제 2 PTC(12b)가 취부되어 있다. 제 2 PTC(12b)의 일면에 형성된 제 2 단자(13d)는 뚜껑(21)의 하면에 형성된 배선 패턴(35)를 개재하여 제 1 리드 단자(32)에 접속되고, 또, 제 2 PTC(12b)의 일면에 형성된 제 2 전극(13b)은 뚜껑(21)의 하면에 취부되어 있는 제 2 리드 단자(23)에 접속되어 있다. 제 2 리드 단자(23)는 케이스 본체(20)의 외부로 인출되어 있다.

제 1 내지 제 3 리드 단자(32,23,26) 및 배선 패턴(35)을 구성하는 재료는 동이 바람직하나, 인청동, Cu-Ti 합금, Cu-Be 합금, 양백, 황동, Cu-Ni-Si 합금 등의 도전성 재료를 이용하여도 좋다. 또, 제 1 리드 단자(32)의 고정접점(32a), 및 가동도체편(33)의 가동접점(34)은 니켈-은 합금이 바람직하고, 구체적으로는 니켈-10mass%를 함유하는 은 합금이 바람직하나, 동-은 합금, 금-은 합금, 탄소-Ag 합금, 텅스턴-은 합금 등을 이용하여도 좋다.

케이스 본체(20)와 뚜껑(21)을 구성하는 재료는 제 1 실시예와 동일하게 수지가 이용된다. 케이스 본체(20)와 뚜껑(21)은 초음파 용접 등에 의해 용착된다.

상술한 바와 같은 보호회로(3)를 이용하면, 2차 전지(1)로의 충전이 정상적으로 행해지는 경우에는, 서멀 프로텍터(9) 내에서 바이메탈편(24)의 凹면을 상방향으로 반전시키기 위한 발열은 제 1 및 제 2 PTC(12a)(12b)로부터는 생기지 않음으로써 제 1 리드 단자(32)와 제 3 리드 단자(26)는 가동도체편(33)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 즉 도 6에 나타낸 바이메탈 스위치(10)에서는 고정점(10a)와 제 1 접점(10b)이 가동도체편(33)(10d)을 통하여 전기적으로 접속된 제 2 배선(8)을 저저항으로 도통시킨다.

이에 대하여, 과충전 상태에서는 제너 다이오드(14)의 제너 전류의 흐름에 의해 제 2 PTC(12b)가 발열하여 바이메탈편(24)의 凹면을 상방향으로 반전시키고, 이에 의해 가동도체편(33)의 가동접점(34)이 제 1 리드선(323)의 고정접점(32a)으로부터 떨어짐과 함께, 가동도체편(33)은 바이메 y편(24)을 통하여 제 1 PTC(12a)의 제 1 전극(13a)에 전기적으로 접속된다.

이에 의해 제 2 배선(8) 도중에는 직렬로 고저항 제 1 PTC(12a)가 접속된 상 태로 된다. 게다가 제 1 PTC(12a)에는 전류가 흘러 제 1 PTC(12a)가 발열하여 바이메탈편(24)의 凹면을 상방향 상태로 유지함으로써 가동도체편(33)을 자기유지시킨다.

또 보호회로(3)에 과전류가 흐르는 경우에는, 서멀 프로텍터(9)내의 가동도체편(33)은 발열하고, 그 열에 의해 바이메탈편(24)의 凹면을 상방향으로 반전시켜 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)을 전기적으로 접속시킴과 함께, 제 2 배선(8)의 도중에 직렬로 고저항 제 1 PTC(12a)을 접속한 상태로 된다. 이에 의해 제 1 PTC(12a)에는 전류가 흘러 열이 발생하고, 가동도체편(33)에 의해 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)이 접속하는 상태가 유지된다.

(제 4 실시예)

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 보호회로를 구성하는 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도이다. 도 8에서 도 7과 동일한 부호는 동일 요소를 나타낸다.

도 8에서, 케이스 본체(20) 저부의 대략 중앙에는 제 3 실시예와 동일하게 제 1 PTC(12a)가 취부되고, 제 1 PTC(12a) 하측의 제 3 전극(10c)은 제 1 리드 단자(32)에 접속되어 있다. 그 케이스 본체(20)의 저부에는 제 2 리드 단자(23)의 도중에 직렬로 접속된 스위칭 회로(39), 예를 들면 제너 다이오드(14)가 배치되어 있다. 이와 같은 스위칭 회로(39)를 케이스 본체(20)에 내장하는 구조는 상술한 실시예 및 후술하는 실시예에 적용하여도 좋다.

제 1 PTC(12a) 위에는 도 5에 나타낸 바와 같은 형상의 가동도체편(30)이 배 치되어 있다. 그 가동도체편(30)은 케이스 본체(20) 내에서 제 1 리드 단자(32)에 접리 가능한 가동접점(28)을 구비하는 제 1 단자와, 제 2 리드 단자(26)에 접속 고정된 제 2 단자를 구비하고 있다. 이 가동도체편(30)은 바이메탈으로 구성되고, 제 1 PTC(12a)의 상방에서 4각, 환(丸), 타원 등으로 광폭한 평면형상을 가지며, 그 광폭부분(30a)은 상온에서 凹면을 하방향으로 하는 반전 중심부분을 가지고 있다.

또, 케이스 본체(20)의 상면을 덮는 뚜껑(21)의 하면에는 제 3 실시예와 동일하게, 제 2 PTC(12b)가 취부되고, 제 2 PTC(12b)의 제 3 단자(13d)는 뚜껑(21) 하면의 배선 패턴(35)를 개재하여 제 1 리드 단자(32)에 접속되며, 또, 제 2 PTC(12b)의 제 2 리드 단자(23)는 뚜껑(21)의 하면으로부터 인출된 제 3 리드 단자(23)에 접속되어 있다.

이와 같은 서멀 프로텍터(9)를 도 6에 나타낸 바와 같은 보호회로(3)에 이용하면, 과충전 상태에서는 제너 다이오드(14)의 제너 전류의 흐름에 의해 제 2 PTC(12b)가 발열하여 바이메탈로 된 가동도체편(30)의 凹면을 상방향으로 반전시켜 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)을 접속시킴과 함께 가동도체편(30)을 통하여 제 1 PTC(12a)의 제 1 전극(13a)과 제 3 리드 단자(26)를 전기적으로 접속한다.

이에 의해 도 6에 나타낸 제 2 배선(8)의 도중에 고저항 제 1 PTC(12a)를 직렬로 접속한 상태로 되고, 제 1 PTC(12a)에는 전류가 흘러 발열이 지속되며, 가동도체편(30)에 의해 제 2 접점(10c)과 고정점(12a)의 접속 상태를 자기유지시키게 된다. 이에 의해 2차 전지(1)로의 과충전이 방지된다.

또한, 보호회로(3)에 과전류가 흐르는 경우에는, 서멀 프로텍터(9) 내의 가동도체편(30)은 발열하여 그 자신의 열에 의해 凹면이 반전하여 제 1 리드 단자(32)로부터 떨어짐과 함께, 제 1 PTC(12a)를 제 2 배선(8)에 직렬로 접속한 상태로 된다. 이에 의해 제 1 PTC(12a)에는 전류가 흘러 발열이 지속되고, 가동도체편(30)에 의해 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)의 이반상태를 자기유지시키게 된다. 이에 의해 2차 전지(1)에는 과전류가 흐르지 않는다.

(제 5 실시예)

도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 2차 전지보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 9에서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)을 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전되고 있다.

보호회로(3)는 제 1 실시예와 동일하게, 충전측 플러스 단자(4a), 충전측 마이너스 단자(4b), 전지측 플러스 단자(5a) 및 전지측 마이너스 단자(5b)를 구비하고 있다. 그리고, 충전측 플러스 단자(4a)와 전지측 플러스 단자(5a)는 제 1 배선(6)을 개재하여 접속되고, 또, 충전측 마이너스 단자(4b)와 전지측 마이너스 단자(5b)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다.

제 2 배선(8)의 도중에는 제 1-1 실시예 또는 제 1-2 실시예에 나타낸 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)는 서로 열적으로 접속된 바이메탈 스위치(10)와 발열소자(11)를 구비하며, 예를 들면, 도 2, 도 4와 동일한 구조를 가지고 있다.

바이메탈 스위치(10)는 충전측 마이너스 단자(4b)에 접속되는 고정점(10a)과, 전지측 마이너스 단자(5b)에 접속되는 제 1 접점(10b)과, 발열소자(11)에 접속되는 제 2 접점(10c)을 구비하며, 과전류, 과전압 이외의 상태에서는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되고, 과전류, 과전압시에는 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되는 구조를 가진다.

바이메탈 스위치(10)의 발열 또는 발열소자(11)의 발열에 의해 가동도체편(10d)이 절환되어 고정점(10a)과 제 2 접점(10c)이 전기적으로 접속된다.

또, 발열소자(11)는 2개의 PTC(12a)(12b)를 직렬로 접속한 회로구성을 가지고 있다. 발열소자(11)의 제 1 전극(13a)은 바이메탈 스위치(10)의 제 1 접점(10b)에 접속되고, 제 2 전극(13b)은 바이패스회로(40)을 개재하여 제 1 배선(6)에 접속되어 있다. 또한, 2개의 PTC(12a)(12b)의 접속점은 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)에 접속되어 있다.

또, 보호회로(3)의 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에는 전압검출회로(41)가 접속되어 있다.

전압검출회로(41)는 2차 전지(1)의 단자간 전압을 검출하기 위하여, 고저항값의 저항소자(41a)(41b)를 적어도 2개 직렬로 접속하여 구성되고, 각 저항소자(41a)(41b)의 저항비를 미리 선택함으로써 각 저항소자(41a)(41b) 각각에 걸리는 전압이 설계되어 있다. 이들 저항소자(41a)(41b)는, 예를 들면 수천 Ω정도의 고저항값을 가지며, 충전회로(2)에 병렬로 접속한 상태에서도 전류가 거의 흐르지 않는 상태로 된다. 즉, 충전시에는 대부분의 전류가 충전회로(2)로부터 2차 전지(1)로 흐르도록 전압검출회로(41)의 저항값이 설계되어 있다. 본 실시예에서의 전압검출회로(41)는 제 1 및 제 2 저항소자(41a)(41b)를 직렬로 접속하여 구성되며, 이들의 저항비를 조정하는 것에 의해 제 1 및 제 2 저항소자(41a)(41b) 각각에 걸리는 전압이 설계된다.

바이패스 회로(40)는 스위칭 소자로서 예를 들면 n 채널 전계효과 트랜지스터((n-FET)(40a)를 가지며, 이 n-FET(40a)의 소스는 발열소자(11)의 제 2 전극(13b)에 접속되고, 그 드레인은 제 1 배선(6)에 접속되어 있다. 또 n-FET(40a)의 게이트는 전압검출회로(41)의 제 1 저항소자(41a)와 제 2 저항소자(41b)의 접속점에 접속되어 있다. 이와 같이 바이패스 회로(40)는 전압검출회로(41)와 함께 스위칭 회로를 구성한다.

이에 의해, 2차 전지(1)의 정상적인 충전 상태에서는, 바이패스 회로(40)가 차단된 상태로 되어 바이패스 회로(40)에는 전류가 흐르지 않는다. 그러나, 2차 전지(1)가 과충전 상태로 되면, 2차 전지(1)의 전압이 상승하여 전압검출회로(41)로부터 바이패스 회로(40)로의 전압 신호가 임계 전압을 상회하여 바이패스 회로(40)가 통전 상태로 되고, 충전회로(2)로부터 2차 전지(1)에 공급되는 충전시의 전력은 바이패스 회로(40)를 통하여 서멀 프로텍터(9)의 발열소자(11)인 PTC(12a)(12b)로 흐른다.

이에 의해 제 1 실시예와 동일하게 바이메탈 스위치(10)가 절환되어 제 2 배선(8)에 직렬로 PTC(12a)를 접속한 상태로 되고, 그 PTC(12a)의 발열에 의해 바이메탈 스위치(10)가 그 상태를 자기유지한다. 이에 의해 제 2 배선(8)은 전기적으로 고저항으로 되어 실질적으로 절단된 상태로 된다.

또, 보호회로(3)에 과전류가 흐르는 경우에는, 바이메탈 스위치(10)의 온도가 높게 되고, 제 1 실시예와 동일하게 바이메탈 스위치(10)의 가동도체편(10d)의 접속점이 제 1 접점(10b)에서 제 2 접점(10c)으로 절환되어 제 2 배선(8)에 직렬로 PTC(12a)를 접속한 상태로 되며, 그 PTC(12a)의 발열에 의해 바이메탈 스위치(10)가 절환된 상태를 자기유지한다. 이에 의해 제 2 배선(8)은 전기적으로 고저항으로 되어 실질적으로 절단된 상태로 된다.

여기서, 서멀 프로텍터(9)로서 도 7, 도 8에 나타낸 구조의 부품을 이용하여도 좋고, 그 등가회로는 도 10과 같이 된다.

(제 6 실시예)

도 13에서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전되고 있다. 보호회로(3)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다. 제 2 배선(8)의 도중에는 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 나타낸 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)의 동작 내용에 대해서는 제 5 실시예에 기재한 내용과 동일하다.

보호회로(3)의 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에는 전압검출회로(41)가 접속되어 있다. 전압검출회로(41)의 동작 내용에 내해서는 제 5 실시예에 기재한 내용과 동일하다.

전압검출회로(41)에서 직렬로 접속된 제 1 및 제 2 저항소자(41a)(41b)의 접속점과, 스위칭 소자, 예를 들면 n-FET(40a)의 케이스 접점과의 사이에 컴퍼레이터(52)가 접속되어 있다.

컴퍼레이터(52)에 의해 전압검출회로(41)로부터 바이패스 회로(40)로의 전압신호가 과충전시의 임계전압을 초과한 때에만 바이패스 회로(40)가 통전상태로 된다. 임계전압 이하의 경우는 스위칭 소자 n-FET(40a)의 드레인, 소스간에 흐르는 누설전류가 억제 또는 방지되며, 파이패스 회로(40)로의 통전이 보다 확실하게 이루어진다.

또한, 2차 전지(1)가 보호회로(3)를 개재하여 도시하지 않은 부하에 접속되는 경우, 즉, 부하로의 방전시에 있어서, 부하에 공급되는 이외에 보호회로(3)로 흐르는 누설전류를 극소화하거나 또는 방지하여 2차 전지(1)의 방전특성에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.

보호회로(3)의 설계는, 예를 들면, 2차 전지가 충전전압이 4.2V의 리튬 이온 전지의 경우, 컴퍼레이터(52)의 소정 임계전압을 4.5 V 부근으로 하면, 2차 전지의 방전전압은 4.2V 이하이기 때문에, 방전시 보호회로(3)에 흐르는 누설 전류는 억제되고, 리튬 이온 전지의 방전 특성에 주는 영향을 적게 할 수 있다. 예를 들면, 41b의 저항을 MΩ의 오더, 컴퍼레이터(52)의 임계전압을 4.5V로 한 경우, 보호회로(3)의 누설 전류를 수 ㎂ 이하로 억제할 수 있다.

여기서, 컴퍼레이터(52)는 마이너스측에 임의 장소로부터 기준전위 Vref(0전위를 포함함)를 가지도록 설계되어 있다. 또 예를 들면, 컴퍼레이터(52)의 마이너 스 측은 충전회로(2)의 마이너스 측과 접속되어 있어도 좋다.

또한, 리드 단자(22)나 리드 단자(23) 및/또는 리드 단자(26)를 이용하여 외부로부터 임의 기준전위 Vref를 인가 할 수 있어도 좋다. 또는, 리드 단자(22)와 리드 단자(23) 및/또는 리드 단자(26)과는 별개로 리드 단자(L)를 적어도 1개 설치하고, 컴퍼레이터의 마이너스 측과 이 리드 단자(L)를 접속하여, 외부로부터 임의의 기준전위 Vref를 인가할 수 있도록 하여도 좋다.

(제 7 실시예)

도 14는 본 발명의 제 7 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 14에서 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전된다.

제 1 배선(6)의 도중에는 제 1 실시예에 나타낸 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 즉, 제 1 실시예에서는 2차 전지(1)의 부하측에 접속된 서멀 프로텍터(9)가 본 실시예에서는 정극측에 접속되어 있다는 것이 다르다.

도 14는 제 6 실시예에서의 회로도(도 13)를 기본으로 하고 있지만, 같은 형태의 구성은 제 1, 제 3, 제 5 등의 실시예(도 1,도 6, 도 9, 도 10)에 있어서도 실현될 수 있다.

(제 8 실시예)

도 15d는 본 발명의 제 8 실시예에 의한 보호회로를 구성하는 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도이다. 도 15에 있어서, 도 4와 동일한 부호는 동일 요소를 나타낸 다.

도 15(a)(b)(c)는 각각 가동도체편(30), 지지부품(35), 및 발열소자(12)(11) 이고, 이들 부품을 조립함으로써 (d)에 나타낸 서멀 프로텍터가 구성되는 것을 나타낸다.

발열소자(12)(11)는 본 실시예에서는 상부가 둥글은 지지부재 13a 및 13b 등의 위에 탑재되어 있다. 발열소자와 지지부재 사이에서의 열적 접촉을 매우 작게 하고, 또한 전기적으로 충분한 접촉을 꾀하기 위함이다. 지지부재 13a 및 13b는 각각 외부단자(22)(23)와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 지지부품(35)은 발열소자와 지지부재의 전기적인 접촉을 꾀하기 위하여 발열소자를 상부에서 누르기 위하여 설치되어 있다.

과충전 상태에서 PTC(12)가 발열하여 바이메탈로된 가동도체편(30)의 凹부를 상방향으로 반전시킴으로써 2차 전지로의 과충전이 방지되는 방법은 전술한 제 2 실시예와 동일하다.

(제 9 실시예)

도 16e는 본 발명의 제 9 실시예에 의한 보호회로를 구성하는 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도이다. 도 16에서 도 2와 동일 부호는 동일 요소를 나타낸다.

도 16 (a)(b)(c)(d)는 각각 케이스 윗뚜껑(21), 가동도체편(27), 바이메탈(24), 및 발열소자(12)(11) 이고, 이들 부품을 조립하는 것에 의해 도 16(e)에 나타낸 서멀 프로텍터가 구성되는 것을 나타내고 있다.

케이스 윗뚜껑(21)에는 중앙 하부에 도 16(a)에 나타낸 돌기부가 형성되어 있다. 이 돌기부에 의해 발열소자(12)가 눌린다. 가동도체편I(27)과 바이메탈(24)에는 윗뚜껑(21)의 돌기부가 관통하기 위한 구멍이 도 16(b), 도 16(c)에 나타낸 바와 같이 형성되어 있다.

과충전 상태에서 PTC(12)가 발열하여 바이메탈(24)이 그의 凹부를 상방향으로 반전시킴으로써 가동도체편(27)을 밀어 올려, 2차 전지로의 과충전이 방지되는 방법은 전술한 제 1 실시예와 동일하다.

(제 10 실시예)

도 17(e)는 본 발명의 제 10 실시예에 의한 보호회로를 구성하는 서멀 프로텍터를 나타낸 단면도이다. 도 17에서 도 2와 동일부호는 동일 요소를 나타낸다.

도 17(a)(b)(d)(d)는 각각 가동도체편(27)의 사시도, 가동도체편(27)의 단면도, 바이메탈(24), 및 발열소자(12)(11) 이고, 이들 부품을 조립함으로써 도 17(e)에 나타낸 서멀 프로텍터가 구성되는 것을 나타낸다.

가동도체편(27)의 중앙에는 도 17(a)에 나타낸 바와 같이 절개부가 설치되며, 도 17(b)에 나타낸 바와 같이 본 절개부가 하방으로 절곡되어 있다. 이 절개부의 탄성력에 의해 바이메탈(24)을 누르고, 또한, 그 아래에 설치된 발열소자(12)를 누르는 구조로 되어 있다.

(제 11 실시예)

도 18은 본 발명의 제 11 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 18에서 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(3)에 접속되어 충전된다.

보호회로(3)는, 충전회로(2)의 플러스 단자에 접속되는 충전측 플러스 단자(4a)와, 충전회로(2)의 마이너스 단자에 접속되는 충전측 마이너스 단자(4b)와, 2차 전지(1)의 플러스 단자에 접속되는 전지측 플러스 단자(5a)와, 2차 전지(1)의 마이너스 단자에 접속되는 전지측 마이너스 단자(5b)를 구비하고 있다. 그리고, 충전측 플러스 단자(4a)와 전지측 플러스 단자(5a)는 제 1 배선(6)을 개재하여 접속되고, 또, 충전측 마이너스 단자(4b)와 전지측 마이너스 단자(5b)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다.

바이메탈 스위치(10)는 전지측 마이너스 단자(5b)에 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되는 고정점(10a)과, 충전측 마이너스 단자(4b)에 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되는 제 1 접점(10b)과, 발열소자(11)에 접속되는 제 2 접점(10c)을 구비하고, 정상적인 충전 상태에서는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)이 가동도체편(10d)에 의해 전기적으로 접속되는 구조를 가지고 있다. 또, 가동도체편(10d)은 바이메탈 스위치(10)의 내부 발열, 또는 발열소자(11)로부터의 열에 의해 접점이 절환되어 고 정점(10a)과 제 2 접점(10c)을 전기적으로 접속하는 구조로 되어 있다.

발열소자(11)는 도 18b에 나타낸 바와 같이, 1개의 정온도계수 서미스터(PTC : Positive Temperature Coefficient)(12)에 적어도 3개의 전극(13a,13b,13c)을 구비한 구조를 가진다. 그 서미스터(12)에 있어서, 제 1 전극(13a)과 제 3 전극(13c) 사이, 및 제 2 전극(13b)과 제 3 전극(13c) 사이에는 각각 도 18b에 나타낸 바와 같이 PTC(12a)(12b)가 등가적으로 존재한다. 여기서, PTC(12a)(12b)는 2개의 것이 접속된 상태여도 좋다.

PTC(12)의 제 1 전극(13a)은 바이메탈 스위치(10)의 제 1 접점(10b)에 접속되고, 제 2 전극(13b)은 스위칭 회로인 제너 다이오드(14)를 개재하여 제 1 배선(6)에 접속되며, 또, PTC(12)의 제 3 전극(13c)에는 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)이 접속되어 있다.

제너 다이오드(14)는 스위칭 소자로서, 아노드를 발열소자(11)의 제 2 전극(13b)에 접속하고, 캐소드를 제 1 배선(6)에 접속함으로써 발열소자(11)를 개재하여 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에 역바이어스로 접속되는 구조로 되어 있다.

(제 12 실시예)

도 19는 본 발명의 제 12 실시예에 의한 보호회로를 개재하여 충전회로와 2차 전지를 접속하는 회로도이다. 도 19에 있어서 도 1과 동일 부호는 동일 요소를 나타낸다.

도 19에서 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(3)에 접속되어 충전된다.

보호회로(3)는, 제 1 실시예와 동일하게, 충전측 플러스 단자(4a)와, 충전측 마이너스 단자(4b)와, 전지측 플러스 단자(5a)와, 전지측 마이너스 단자(5b)를 구비하고 있다. 그리고, 충전측 플러스 단자(4a)와 전지측 플러스 단자(5a)는 제 1 배선(6)을 개재하여 접속되고, 또, 충전측 마이너스 단자(4b)와 전지측 마이너스 단자(5b)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다.

제 2 배선(8)의 도중에는 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)는 상호 열적으로 접속되는 바이메탈 스위치(10)와 발열소자(11)를 가지고 있다.

바이메탈 스위치(10)는 전지측 마이너스 단자(5b)에 접속되는 고정점(10a)과, 충전측 마이너스 단자(4b)에 접속되는 제 1 접점(10b)과, 발열소자(11)에 접속되는 제 2 접점(10c)을 구비하고, 과전류, 과전압 이외의 상태에서는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되고, 과전류, 과전압시에는 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되는 구조를 가지고 있다. 바이메탈 스위치(10)의 내부 발열, 또는 발열소자(11)로부터의 열에 의해 고정점(10a)과 제 2 접점(10c)이 전기적으로 접속되는 한편, 상온에서는 고정점(10a)과 제 1 접점(10b)이 전기적으로 접속되는 구조를 가지고 있다.

또한, 발열소자(11)는 2개의 PTC(12a)(12b)를 직렬로 접속한 회로구성을 가지며, 그의 제 1 전극(13a)은 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10c)에 접속되고, 제 2 전극(13b)은 제너 다이오드(14)를 개재하여 제 1 배선(6)에 접속되며, 또한, 2개의 PTC(12a)(12b)의 제 3 전극(13c)은 충전측 마이너스 단자(4b)에 접속되어 있 다.

제너 다이오드(14)는 아노드를 발열소자(11)의 제 2 전극(13b)에 접속하고, 캐소드를 제 1 배선(6)에 접속함으로써 발열소자(11)를 개재하여 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에 접속된 구조로 되어 있다.

그런데, 제 1 및 제 2 PTC(12a)(12b)와 바이메탈 스위치(10)는 도 19에 나타낸 바와 같이, 1개의 케이스에 수용되어 열적으로 접속한 구조를 가진다.

(제 13 실시예)

도 20은 본 발명의 제 13 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 20에서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)을 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전되고 있다.

제 2 배선(8)의 도중에는 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 나타낸 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)는 서로 열적으로 접속된 바이메탈 스위치(10)와 발열소자(11)를 구비하며, 예를 들면, 도 2, 도 4와 동일한 구조를 가지고 있다.

바이메탈 스위치(10)는 전지측 마이너스 단자(5b)에 접속되는 고정점(10a)과, 충전측 마이너스 단자(4b)에 접속되는 제 1 접점(10b)과, 발열소자(11)에 접속되는 제 2 접점(10c)을 구비하며, 과전류, 과전압 이외의 상태에서는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되고, 과전류, 과전압시에는 제 2 접점(10c)과 고정점(10a)이 전기적으로 접속되는 구조를 가진다.

전압검출회로(41)는 2차 전지(1)의 단자간 전압을 검출하기 위하여, 고저항값의 저항소자(41a)(41b)를 적어도 2개 직렬로 접속하여 구성되고, 각 저항소자(41a)(41b)의 저항비를 미리 선택함으로써 각 저항소자(41a)(41b) 각각에 걸리는 전압이 설계되어 진다. 이들 저항소자(41a)(41b)는 예를 들면 수천 Ω정도의 고저항값을 가지며, 충전회로(2)에 병렬로 접속한 상태에서도 전류가 거의 흐르지 않는 상태로 된다. 즉, 충전시에는 대부분의 전류가 충전회로(2)로부터 2차 전지(1)로 흐르도록 전압검출회로(41)의 저항값이 설계되어 있다. 본 실시예에서의 전압검출회로(41)는 제 1 및 제 2 저항소자(41a)(41b)를 직렬로 접속하여 구성되며, 이들의 저항비를 조정하는 것에 의해 제 1 및 제 2 저항소자(41a)(41b)의 각각에 걸리는 전압이 설계된다.

바이패스 회로(40)는 스위칭 소자로서 예를 들면 n 채널 전계효과 트랜지스터(n-FET)(40a)를 가지며, 이 n-FET(40a)의 소스는 발열소자(11)의 제 2 전극(13b)에 접속되고, 그 드레인은 제 1 배선(6)에 접속되어 있다. 또 n-FET(40a)의 게이트는 전압검출회로(41)의 제 1 저항소자(41a)와 제 2 저항소자(41b)의 접속점에 접속되어 있으며, 그 접점의 전압이 n-FET(40a)의 게이트 전압으로 되도록 구성되어 있다. 이와 같은 바이패스 회로(40)는 전압검출회로(41)와 함께 스위칭 회로를 구성한다.

이에 의해, 2차 전지(1)의 정상적인 충전 상태에서는 바이패스 회로(40)가 차단된 상태로 되어, 바이패스 회로(40)에는 전류가 흐르지 않는다. 그러나, 2차 전지(1)가 과충전 상태로 되면, 2차 전지(1)의 전압이 상승하여 전압검출회로(41)로부터 바이패스 회로(40)로의 전압 신호가 임계 전압을 상회하여 바이패스 회로(40)가 통전상태로 되고, 충전회로(2)로부터 2차 전지(1)에 공급되는 충전시의 전력은 바이패스 회로(40)를 통하여 서멀 프로텍터(9)의 발열소자(11)인 PTC(12a)(12b)로 흐른다.

이에 의해 제 1 실시예와 동일하게 바이메탈 스위치(10)가 절환되어 제 2 배선(8)에 직렬로 PTC(12a)를 접속한 상태로 되고, 그 PTC(12a)의 발열에 의해 바이 메탈 스위치(10)가 그 상태를 자기유지한다. 이에 의해 제 2 배선(8)은 전기적으로 고저항으로 되어 실질적으로 절단된 상태로 된다.

여기서, 서멀 프로텍터(9)로서 도 7, 도 8에 나타낸 구조의 부품을 이용하여도 좋고, 그 등가회로는 도 21과 같이 된다.

(제 14 실시예)

도 22는 본 발명의 제 14 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 22에서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전되고 있다. 보호회로(3)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다. 제 2 배선(8)의 도중에는 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 나타낸 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 서멀 프로텍터(9)의 동작 내용에 대해서는 제 13 실시예에 기재한 내용과 동일하다.

보호회로(3)의 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에는 전압검출회로(41)가 접속되어 있다. 전압검출회로(41)의 동작 내용에 대해서는 제 5 실시예에 기재한 내용과 동일하다.

컴퍼레이터(52)에 의해 전압검출회로(41)로부터 바이패스 회로(40)로의 전압신호가 과충전시의 임계전압을 초과한 때에만 바이패스 회로(40)가 통전상태로 된다. 임계전압 이하의 경우는 스위칭 소자 n-FET(40a)의 드레인, 소스간에 흐르는 누설 전류가 억제 또는 방지되며, 파이패스 회로(40)로의 통전이 보다 확실하게 이루어진다.

여기서, 컴퍼레이터(52)는 마이너스측에 임의 장소로부터 기준전위 Vref(0전 위를 포함함)를 가지도록 설계되어 있다. 또 예를 들면, 컴퍼레이터(52)의 마이너스 측은 충전회로(2)의 마이너스 측과 접속되어 있어도 좋다.

또한, 리드 단자(22)나 리드 단자(23) 및/또는 리드 단자(26)를 이용하여 외부로부터 임의 기준전위 Vref를 인가 할 수 있어도 좋다. 또는, 리드 단자(22)와 리드 단자(23) 및/또는 리드 단자(26)과는 별개로 리드 단자(L)를 적어도 1개 설치하고, 컴퍼레이터의 마이너스 측과 이 리드 단자(L)를 접속하여, 외부로부터 임의의 기준전위 Vref를 인가 할 수 있도록 하여도 좋다.

(제 15 실시예)

도 23은 본 발명의 제 15 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도이다.

도 23에서 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전된다.

제 1 배선(6)의 도중에는 제 1 실시예에 나타낸 서멀 프로텍터(9)가 직렬로 접속되어 있다. 즉, 제 1 실시예에서는 2차 전지(1)의 부하측에 접속된 서멀 프로텍터(9)가 본 실시예에서는 정극측에 접속되어 있다는 것이 다르다(이 경우 바이패스 회로 40에 N-FET(40a)를 이용하여도 좋다).

도 23은 제 14 실시예에서의 회로도(도 22)를 기본으로 하고 있지만, 같은 형태의 구성은 제 11, 제 12, 제 13 등의 실시예(도 18,도 19, 도 20, 도 21)에 있어서도 실현될 수 있다.

상술한 실시예에서는 도 11에 나타낸 바와 같이, 서멀 프로텍터(9), 또는 필 요에 따라 상기 스위칭 회로를 추가한 것을 1개의 케이스에 수납하여 2차 전지보호장치(51)로 하여도 좋다. 이 2차 전지보호장치(51)는 2차 전지가 수납된 케이스(52) 편단인 전극(53a)(53b)에 접속 고정되고, 또한, 뚜껑체(54)에 의해 계지되며, 이에 의해 2차 전지 팩(50)이 구성된다.

또, 뚜껑체(54)에는 2차 전지보호장치(51)를 개재하여 2차 전지에 충전기를 접속하기 위한 관통공(55a)(55b)이 설치되어 있다. 그리고, 2차 전지 팩(50)이 충전기에 전기적으로 접속되면, 충전이 개시되고, 2차 전지보호장치(51)가 기능하여 2차 전지 팩(50)의 과전류를 방지할 수 있다.

제너 다이오드(14), FET(41a) 등으로 된 스위칭 회로를 케이스 내에 수용하는 경우, 스위칭 회로는 적어도 전기적으로 접속되면 기능 하므로 전기배선을 적당히 행하면 임의 위치에 설치할 수 있다. 또한, 스위칭 회로로서 다이오드나 트랜지스터를 사용하는 경우, 필요 이상 고열로 되는 장소를 피하는 것이 좋다. 또한 필요에 따라 냉각 또는 온도 제어한다.

또, 2차 전지보호장치는 2차 전지 팩에 수용 고정되기 때문에, 2차 전지 팩의 소형화에는 2차 전지보호장치를 작게 하는 것이 요망된다.

또, 본 발명의 보호장치 또는 보호회로는, 예를 들면, 전자기기나 충전기 측에 스위칭 회로를 구비하며, 2차 전지보호장치에는 PTC와 바이메탈 스위치와 같이 분할하여 구비하여도 좋다.

또, 본 발명의 열응동소자는 바이메탈로 설명하였으나, 금속을 3개 이용한 트리메탈을 사용하여도 좋다. 트리메탈은, 예를 들면, 고열팽창형 Cu-Ni-Mn과, 중 간층 Cu와, 저열팽창층 Ni-Fe의 3층으로 되는 것이 있다. 이 때의 중간층 Cu는 열응동소자의 체적저항율을 조정하기 위하여 삽입하며, 열응동소자 자신으로 통전하는 전류에 의한 발열량(전류의 2승 × 전기저항)을 조정하는 것이다. 또한, 중간층으로는 Cu-Ni 등을 이용하는 것도 있다.

또, 본 발명은 충전후에 부하에 접속되는 경우에, 2차 전지로부터 부하로 과방전된 경우, 과방전을 보호하는 보호회로, 보호부품, 보호장치, 전지 팩 등으로서 이용하는 것이 가능하다.

(제 16 실시예)

도 24a는 본 발명의 제 16 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재한 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도, 도 24b는 그 2차 전지 보호회로의 일부를 나타낸 회로도이다.

도 24a에 있어서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전된다.

발열소자(11)는 도 24b에 나타낸 바와 같이, 1개의 정온도계수 서미스터(PTC : Positive Temperature Coefficient)(12)에 적어도 3개의 전극(13a,13b,13c)을 구비한 구조를 가진다. 그 서미스터(12)에 있어서, 제 1 전극(13a)과 제 3 전극(13c) 사이, 및 제 2 전극(13b)과 제 3 전극(13c) 사이에는 각각 도 24a에 나타낸 바와 같이 저항요소(PTC)(12a)(12b)가 존재한다. 여기서, PTC(12a)(12b)는 2개의 것이 접속된 상태여도 좋다.

PTC(12)의 제 1 전극(13a)은 충전회로(2)의 마이너스 단자에 접속되는 충전측 마이너스 단자(4b)와 접속되고, 제 2 전극(13b)은 스위칭 회로인 제너 다이오드(14)를 개재하여 제 1 배선에 접속되며, 또, PTC(12)의 제 3 전극(13c)은 제 2 배선(8)을 개재하여 전지측 마이너스 단자(5b)에 접속되어 있다.

여기서, 발열소자(11)는 PTC로 된 저항요소와 고정저항의 조합, 고정저항과 고정저항의 조합으로도 상관없다.

또한, 제너 다이오드(14)는 스위칭 소자로서, 아노드를 발열소자(11)의 제 2 전극(13B)에 접속하고, 캐소드를 제 1 배선(6)에 접속함으로써 발열소자(11)를 개재하여 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)에 역바이어스로 접속되는 구조로 되어 있다.

여기서, 제너 다이오드(14)는 반드시 제너 다이오드일 필요는 없고, 2차 전지 또는 충전회로 등의 전압이 미리 규정되어 있는 임계치를 초과하는 경우에만 도 통하도록 한 소자이면 좋다.

여기서, 전압 검지를 2차 전지 또는 전원회로 등 어느 부분으로 행할까는 그의 다른 설계사항도 포함하여 결정하는 것이 가능하다.

먼저, 보호회로(3)를 개재하여 2차 전지(1)를 충전회로(2)에 접속하고, 충전이 정상으로 행해진 상태에서는 도 24에서, 충전회로(2)는 제 1 배선(6)을 개재하여, 또는 제 2 배선(8)과 발열소자(11)의 제 2 저항요소(12a)를 개재하여 2차 전지(1)에 전력을 공급한다. 이 때, 2차 전지 또는 충전전압은 충전개시로부터 시간이 경과함에 따라 서서히 상승한다.

그 충전 전압이 과충전 상태로 되어 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8) 사이의 제너 다이오드(14)에 임계치 이상의 전압이 인가되면, 제너 다이오드(14)에는 제 1 배선(6)으로부터 제 2 배선(8)을 향하여 전류가 흐르고, 이에 의해 발열소자(11)의 제 1 저항요소(12b)에도 전류가 흐른다.

이 때, 발열소자(11)의 제 1 저항요소(12b) 및 제 2 저항요소(12a)가 각각의 인가전압에 대응하여 발열하고, 저항값의 변동이 생기나, 제 1 저항요소의 저항 Rb, 제 2 저항요소의 저항 Ra, 2차 전지의 전압 X, 충전회로(2)의 전압을 Y라고 할 때,

Ra / Ra > (Y-X) / X

로 되고, 항상 제 1 저항요소(12b)와 제 2 저항요소(12a)의 저항값의 관계는 상기 식의 관계로 되어 있다.

그 결과, 충전시의 전력은 제너 다이오드(14)와 발열소자(11)를 통하여 충전회로(2)로 귀환시킬 수 있으며, 2차 전지의 전력은 제너 다이오드(14)와 제 1 저항요소(12B)를 통하여 2차 전지로 귀환시킬 수 있다.

즉, 2차 전지로 충전을 행하는 전류는 소멸될 수 있다.

2차 전지(1)의 과충전 상태가 해제되어 제너 다이오드(14)가 '오프'한 경우에는, 충전회로(2)는 제 1 배선(6)을 통하여 또는 제 2 배선(8)과 발열소자(11)의 제 2 저항요소(12A)를 통하여 2차 전지(1)로 전력을 공급하는 통상의 충전상태로 자동 복귀한다.

여기서, 제 2 저항요소(12a)의 저항값은 제 2 저항요소(12a)에 인가되는 전압에 대응하여 저항값이 결정되므로 초기 저저항 상태로 자동 복귀한다.

또한, 충전시 등에 어떠한 문제가 생겨 2차 전지로 과전류가 생긴 경우에도 제 2 저항요소(12a)가 급격하게 발열하여 저항값을 상승시키는 것이 가능하여 과전류 보호를 행하는 것이 가능하다.

또, 문제가 해소된 경우는 제 2 저항요소(12a)의 온도가 저하하여 저항값이 초기의 저저항 상태로 변화함으로써 보호회로(3)는 자동복귀한다.

여기서, PTC(12)는 큐리 온도에 의해 소정 온도보다도 높게 되지는 않으며, 수지제의 케이스(20)나 뚜껑(21)을 비정상적인 변형이나 용착시키는 온도까지는 상승하지 않는다.

이와 같은 보호회로(3)에서는, 충전회로(2)를 제외하고 온도가 상온으로 저 하하던가, 충전회로의 이상이 발생하면, 자동적으로 충전 가능한 상태로 복귀하여 다시 보호회로로서 기능하므로, 교환의 필요가 없다.

( 제 17 실시예)

도 11의 실시예를 설명한 도 18을 참조하여 본 발명의 제 17 실시예를 설명한다. 도 18a는 본 발명의 제 17 실시예에 의한 2차 전지용 보호회로를 개재하여 2차 전지와 충전기를 접속한 상태를 나타낸 회로도, 도 18b는 그 2차 전지 보호회로의 일부를 나타낸 회로도이다.

도 11의 실시예에서 설명한 바와 같이, 도 18a에서, 2차 전지(1)는 보호회로(3)를 개재하여 직류 충전회로(2)에 접속되어 충전된다.

여기서, 보호회로(3), 서멀 프로텍터(9), 바이메탈 스위치(10), 발열소자(11), PTC(12a)(12b), 제너 다이오드(14)에 관해서는 도 11의 실시예에서 설명한 구조와 동일하다. 예를 들면, 보호회로(3)는 충전회로(2)의 플러스 단자에 접속되는 충전측 플러스 단자(4a)와, 충전회로(2)의 마이너스 단자에 접속되는 충전측 마이너스 단자(4b)와, 2차 전지(1)의 플러스 단자에 접속되는 전지측 플러스 단자(5a)와, 2차 전지(1)의 마이너스 단자에 접속되는 전지측 마이너스 단자(5b)를 구비하고 있다. 그리고, 충전측 플러스 단자(4a)와 전지측 플러스 단자(5a)는 제 1 배선(6)을 개재하여 접속되고, 또, 충전측 마이너스 단자(4b)와 전지측 마이너스 단자(5b)는 제 2 배선(8)을 개재하여 접속되어 있다.

단, 정온도계수 서미스터(12)는 일반적으로 티탄산 베릴륨(BaTiO3)을 주성분으로 한 산화물계 세라믹스를 재료로 한 것과, 카본 필러 등의 도전성물질을 수지 에 배합한 도전성 폴리머를 이용한 폴리머 PTC가 있는데, 어느 것을 채용하여도 좋다.

바이메탈편(24)은, 예를 들면 고팽창측은 Cu-Ni-Mn, 저팽창측은 Ni-Fe 2개의 재료를 적층시킨 구조를 가지고 있으며, 예를 들면 온도가 실온에서 상승하여 약 80℃로 가열된 시점에서 凹면이 하방향에서 상방향으로 반전하고, 또한, 온도가 하강하여 약 40℃까지 냉각되면 하방향으로 되돌아가는, 이와 같은 온도와 형상의 관계는 히스테리시스 특성을 가짐으로써 발열소자(11)가 소정 온도보다 높은 온도로 되면, 바이메탈편(24)은 상방향으로 반전한 상태로 되어 가동도체편(27)을 들어올임으로써 충전회로의 차단상태를 유지할 수 있다. 이에 의해 바이메탈편(24)은 가동도체편(27)과 PTC(12)를 열적 및 전기적으로 접속 가능한 상태로 하게 되고, 가동도체편(27)과 함께 도 2-2에 나타낸 바이메탈 스위치(10)를 구성한다.

케이스 본체(20)의 타측에는 제 2 리드 단자(23)로부터 상방으로 떨어진 위치에서 제 3 리드 단자(26)가 관통하여 취부되어 있다. 또, 케이스 본체(20) 내에는, 제 3 리드 단자(26) 위에 가동도체편(27)의 고정단이 접속되고, 그 자유단 하면의 凸형상의 가동접점(28)은 바이메탈편(24)의 凹면이 하방향의 상태에서는 제 1 리드 단자(22)의 고정접점(22a)에 접촉되어 있다. 이 가동도체편(27) 및 바이메탈편(24)은 도 18의 가동도체편(10d)에 해당한다. 또, 제 1 리드 단자(22)는 도 18에 나타낸 바이메탈 스위치(10)의 제 1 접점(1c)에 해당하며, 제 3 리드 단자(26)는 도 2에 나타낸 고정점(10a)에 해당하고, 바이메탈편(24)은 도 18에 나타낸 바이메탈 스위치(10)의 제 2 접점(10b)에 해당한다.

먼저, 보호회로(3)를 개재하여 2차 전지(1)를 충전회로(2)에 접속하고, 충전이 정상으로 행해진 상태에서는, 도 18에서 바이메탈 스위치(10)는 제 1 접점(10b)과 고정점(10a)을 접속하여 제 2 배선(8)을 도통 상태로 하므로, 충전회로(2)는 제 1 배선(6)과 제 2 배선(8)을 통하여 2차 전지(1)에 전력을 공급한다. 충전 전압은 충전개시로부터 시간이 경과함에 따라서 천천히 상승한다.

이 결과, PTC(12)는 발열하여 그 온도가 소정치, 예를 드렴ㄴ 80℃에 도달하면, 도 2, 도 3에 나타낸 바이메탈편(24)의 凹면이 반전하여 가동도체편(27)이 바이메탈편(24)으로 들어 올려져 제 1 리드 단자(22)로부터 떨어지고, 2차 전지(1)로의 충전을 정지시킴과 동시에 바이메탈편(24)은 가동도체편(27)(10d)과 PTC(12)의 제 3 전극(13c)을 전기적으로 접속하여 PTC(12)의 일부에 전류를 흘린다.

즉, 도 18에 있어서, 제너 다이오드(14)에 역전류가 흐르면, PTC(12a)(12b)에 전류가 흘러 발열하고, 가동도체편(10d)이 바이메탈 스위치(10)의 고정점(10a)과 제 2 접점(10c)을 도통시킨 상태로 하여 제 2 배선(8)의 도중을 전기적으로 절단하고, 또한, 제 2 배선(8)과 바이메탈 스위치(10)를 통하여 일측 PTC(12a)에 전류를 흘린다.

따라서, 제 1 PTC(12a)에 열적으로 접속된 바이메탈 스위치(10)는 자기유지한다. 이 경우에, 충전시 전력은 제너 다이오드(14)와 PTC(12)를 통하여 충전회로(2)로 귀환시킬 수 있다.

본 발명에서는, 상기 발열소자(12b)가 갖는 저항 Rb, 발열소자(12a)가 갖는 저항 Ra, 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력의 공급을 상기 발열소자로 절환하기에 필요한 전류의 최소치 I, 2차 전지의 보호전압을 X, 충전회로의 전압을 Y라고 할 때,

Ra / Rb > (Y-X)/X (1)

Ra + Rb < X/I (2)

Ra > 0 (3)

Rb > 0 (4)

로 규정하고 있다. 이는 전지를 과충전 및 과전압으로부터 보호하기 위한 것이다. 상기 (1)(2)(3)(4)식을 모두 만족하지 않는 경우는 충전전압이 상기 2차 전지의 보호전압(X)을 초과해 버리고, 2차 전지가 고온으로 되어 최악에는 팽창, 발화, 파열하는 문제가 발생한다. 예를 들면, 리튬 이온 전지의 경우, Y=30V, X=4.2V, I=0.2A로 설정하면, 식(1)은 Ra / Rb > 6.143으로 된다. 또 식 (2)는 Ra + Rb < 21(Ω)으로 된다.

상술한 실시예에 있어서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 서멀 프로텍터(9), 또는 필요에 따라 상기 스위칭 회로를 추가하는 것을 1개의 케이스에 수납하여 2차 전지보호장치(51)로 하여도 좋다. 이 2차 전지보호장치(51)는 2차 전지가 수납되너 케이스I(52)의 편단인 전극(53a)(53b)에 접속 고정되고, 또한, 뚜껑체(54)에 의해 계지되며, 이에 의해 2차 전지 팩(50)이 구성된다.

또, 또, 뚜껑체(54)에는 2차 전지보호장치(51)를 개재하여 2차 전지에 충전기를 접속하기 위한 관통공(55a)(55b)이 설치되어 있다. 그리고, 2차 전지 팩(50)이 충전기에 전기적으로 접속되면, 충전이 개시되고, 2차 전지보호장치(51)가 기능하여 2차 전지 팩(50)의 과전류를 방지할 수 있다.

제너 다이오드(14), FET(41a) 등으로 된 스위칭 회로를 케이스 내에 수용하는 경우, 스위칭 회로는 적어도 전기적으로 접속되면 기능 하므로 전기배선을 적당 히 행하면 임의 위치에 설치할 수 있다. 또한, 스위칭 회로로서 다이오드나 트랜지스터를 사용하는 경우, 필요 이상 고열로 되는 장소를 피하는 것이 좋다. 또한 필요에 따라 냉각 또는 온도 제어한다.

또, 본 발명의 열응동소자는 바이메탈로 설명하였으나, 금속을 3개 이용한 트리메탈을 사용하여도 좋다. 트리메탈은, 예를 들면, 고열팽창형 Cu-Ni-Mn과, 중간층 Cu와, 저열팽창층 Ni-Fe의 3층으로 되는 것이 있다. 이 때의 중간층 Cu는 열응동소자의 체적저항율을 조정하기 위하여 삽입하며, 열응동소자 자신으로 통전하는 전류에 의한 발열량(전류의 2승 × 전기저항)을 조정하는 것이다. 또한, 중간층으로는 Cu-Ni 등을 이용하는 것도 있다.

여기서, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

실험예

리튬 이온 2차 전지를 상기 제 2 실시예에 기재된 회로를 이용하여 충전하였다. 충전조건으로서, Y=30V, X=4.2V, I=0.2A로 하였다. 발열소자(12b)가 가지는 저항 Rb, 발열소자(12a)가 가지는 저항 Ra의 값과 충전결과를 표 1에 나타낸다.

	Ra(Ω)	Rb(Ω)	식(1)	식(2)	식(3)	식(4)	실험 결과
본 발명예 1	3.8	0.5	O	O	O	O	문제없음
본 발명예 2	9.5	0.9	O	O	O	O	문제없음
본 발명예 3	15.5	1.9	O	O	O	O	문제없음
본 발명예 4	3.5	2.7	X	O	O	O	전지가 고온
본 발명예 5	14.2	4.4	X	O	O	O	전지가 고온
본 발명예 6	32.3	6.7	X	X	O	O	전지가 고온

도 1에서 명백한 바와 같이, 본 발명예 1 에서 3은 우수한 특성을 가진다. 여기서, 본 발명 보호장치의 제 1 실시예인 발명예 4, 5, 6은 Rb, Ra, X, Y, I의 관계식을 만족하지 않기 때문에, 리튬 이온 2차 전지의 표면온도가 상승한다.

본 발명에 의하면, 과충전시에 발열소자에 전류를 흘려서 발열소자를 발열시켜, 발열소자로부터의 열에 의해 열응동소자를 작동시켜서 충전시 전력 공급을 2차 전지로부터 발열소자로 절환하게 되고, 이에 의해 열응동소자는 열에 의해 자기유지하는 것이 가능하게 되어 보호회로를 안정적으로 동작시키고, 간편, 저코스트, 소형 부품으로 2차 전지를 보호하는 것이 가능하게 된다. 또, 충전기를 제외하고 온도가 소정치 이하로 되면 열응동소자가 원래로 돌아와 충전 가능한 상태로 복귀한다.

한편, 본 발명에 의하면, 통상시에 상기 발열소자의 제 2 저항요소로 전류가 흐르지만, 과충전시에는 상기 발열소자의 제 1 저항요소로 전류가 흐름으로써 피보호부품인 2차 전지 등으로 전류가 충전방향에서 방전방향으로 변화하여, 과충전 보호가 가능하게 된다.

이에 의해 2차 전지의 팽창, 파열, 발화를 방지할 수 있고, 또한, 전원장치를 떼어내면, 상기 발열소자의 온도가 저하하여 저항값이 초기상태로 복귀함으로써 반복 사용이 가능하게 된다.

또한, 과전류발생시에는 상기 발열소자의 제 2 저항요소가 트립함으로써 과전류 보호가 가능하게 된다. 이 경우에도 이상이 제거된 경우에는 상기 발열소자의 온도가 떨어져 저항치가 초기상태로 복귀함으로써 반복 사용이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 과충전시에 발열소자에 전류가 흘러서 발열소자를 발열시켜, 발열소자로부터의 열에 의해 열응동소자를 작동시켜서 충전시 전력 공급을 2차 전지로부터 발열소자로 절환하게 되고, 이에 의해 열응동소자는 열에 의해 자기유지하는 것이 가능하게 되어, 보호회로를 안정적으로 동작시키고, 간편, 저코스트, 소형 부품으로 2차 전지를 보호하는 것이 가능하게 된다. 또, 충전기를 제외하고 온도가 소정치 이하로 되면 열응동소자가 원래로 돌아가 충전 가능한 상태로 복귀하게 된다.

Claims

전력을 공급하는 회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭회로와,

상기 스위칭회로에 직렬로 접속되는 적어도 1개의 발열소자와,

상기 전력 공급에 의해 자신의 발열, 또는 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력 공급을 상기 발열소자로 절환하는 구조를 가지는 열응동소자를 구비하고 있는 보호장치.
제 1 항에 있어서,

전자기기의 임의의 위치에 설치되고, 상기 스위칭회로가 주회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 자신의 발열에 의해 상기 주회로로부터 상기 발열소자로 절환되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항에 있어서,

전자기기의 임의의 위치에 설치되고, 상기 스위칭회로가 주회로에 병렬로 접속되고 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 주회로로부터 상기 발열소자로 절환되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전력 공급지점이 2차 전지이고, 상기 스위칭회로가 충전회로에 병렬로 접속되며 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 상기 전력 공급에 의한 자신의 발열에 의해 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전력 공급지점이 2차 전지이고, 상기 스위칭회로가 충전회로에 병렬로 접속되며 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하고, 상기 열응동소자가 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력 공급을 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 보호장치.
2차 전지 등에 전력을 공급하는 충전회로에 접속되고, 상기 충전회로에 대하여 병렬로 접속되며 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭회로와, 상기 스위칭회로에 직렬로 접속되는 제 1 저항요소와, 상기 충전회로에 직렬로 접속되는 제 2 저항요소를 구비하며, 상기 제 1 저항요소 및 상기 제 2 저항요소가 적어도 1개의 발열소자로 된 보호부품을 이용하는 보호장치에 있어서,

상기 발열소자의 제 1 저항요소가 갖는 저항 Rb, 상기 발열소자의 제 2 저항요소가 갖는 저항 Ra, 상기 2차 전지의 보호전압을 X, 상기 충전회로의 전압을 Y라 고 할 때,

Ra/Rb > (Y-X)/X

인 것을 특징으로 하는 보호장치.
2차 전지에 전력을 공급하는 충전회로에 병렬로 접속되고, 또한 임계전압 이상의 전압에 의해 도통하는 스위칭회로와, 상기 스위칭회로에 직렬로 접속되는 제 1 저항요소 및 제 2 저항요소로 되는 적어도 1개의 발열소자와, 상기 전력 공급에 의한 자신의 발열, 또는 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력의 공급을 상기 발열소자로 절환하는 구조를 갖는 열응동소자를 이용하는 보호장치에 있어서,

상기 발열소자의 제 1 저항요소가 갖는 저항 Rb, 제 2 저항요소가 갖는 저항 Ra, 상기 발열소자로부터의 열에 의해 상기 전력의 공급을 상기 발열소자로 절환하기에 필요한 전류의 최소치 I, 2차 전지의 보호전압을 X, 충전회로의 전압을 Y라고 할 때,

Ra / Rb > (Y-X)/X (1)

Ra + Rb < X/I (2)

Ra > 0 (3)

Rb > 0 (4)

인 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열응동소자가 상기 발열소자로 절환한 후에, 상기 발열소자 자신의 발열에 의해 상기 열응동소자의 상태를 보지하여 상기 2차 전지의 충전회로를 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열응동소자는 가열에 의해 상기 충전회로로부터 상기 발열소자로 전류로를 절환하는 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 9 항에 있어서,

상기 바이메탈 스위치는 접점을 개재하여 상기 2차 전지에 전기적으로 접속되는 가동도체편과, 상기 발열소자 위에 배치되는 凹면을 갖고 또한 열에 의해 그 凹의 방향을 반전시키는 것에 의해 상기 가동도체편의 전기적 접속을 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환하는 바이메탈을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 10 항에 있어서,

상기 가동도체편과 상기 바이메탈은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 발열소자는 정온도계수 서미스터인 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

1개의 상기 발열소자에 적어도 3개의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스위칭회로는 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스위칭회로는 상기 2차 전지의 전압을 검출하는 전압검출회로와, 상기 전압검출회로로부터의 출력전압이 임계전압 이상인 상태에서 도통 상태로 되는 전해효과 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 15 항에 있어서,

상기 전압검출회로와 상기 전해효과 트래지스터의 사이에 누설 전류를 억제 또는 방지하는 컴퍼레이터가 구성된 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열응동소자와 상기 발열소자는 열적으로 접속되어 하나의 케이스 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열응동소자와 상기 발열소자는 열적으로 접속되고, 상기 열응동소자와 상기 발열소자와 스위칭회로가 하나의 케이스 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 보호장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 케이스의 표면에는 상기 2차 전지에 전기적으로 접속되는 전지측 단자와, 상기 충전회로에 전기적으로 접속되는 충전부측 단자가 각각 노출하여 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 보호장치.
청구항 4 내지 19 항 중 어느 한 항에 기재된 보호장치는 상기 2차 전지와 전기적으로 접속되어 일체로 되고, 또한, 외부의 충전회로에 전기적으로 접속되는 충전측 단자가 노출하여 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지 팩.
청구항 4 내지 19 항 중 어느 한 항에 기재된 보호장치를 가지는 휴대용 전자기.
접점을 개재하여 전기적으로 접속된 가동도체편과,

상기 스위칭회로에 흐르는 전류에 의해 발열하는 적어도 하나의 발열소자와,

상기 발열소자에 열적으로 접속되고, 가열에 의해 방향을 반전시키는 凹면을 갖고, 그 凹면의 반전에 의해 상기 가동도체편의 전기적 접속을 상기 2차 전지로부터 상기 발열소자로 절환하는 바이메탈과,

상기 발열소자를 지지하며, 각 발열소자와 외부단자를 전기적으로 접속하는 적어도 2개 이상의 지지부재와,

상기 발열소자를 상기 지지부재를 향하여 누르는 압압부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품.
제 22 항에 있어서,

상기 바이메탈과 상기 가동도체편은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

상기 압압부재가 상기 케이스에 형성된 돌기부인 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품.
제 22, 23 또는 24 항에 있어서,

상기 압압부재가 상기 가동도체편의 일부분인 것을 특징으로 하는 2차 전지 보호부품.