WO2000070702A1

WO2000070702A1 - Circuit and device for protecting secondary battery

Info

Publication number: WO2000070702A1
Application number: PCT/JP2000/003160
Authority: WO
Inventors: Yoshinori Iwaizono
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2000-11-23
Also published as: CN1645665A; CN1178328C; DE60045183D1; CN1304559A; EP1107344A4; KR100593127B1; KR20010082004A; US6577105B1; CN1291518C; EP1107344A1; EP1107344B1

Description

明細書二次電池の保護回路及び保護素子技術分野

本発明は、リチウムィォン二次電池等の二次電池を過充電から保護する電池保護回路及び保護素子に関するものである。背景技術

二次電池においては、適正な充電条件を越えての過充電は、電解液の分解に伴うガスの発生や発熱の原因になり、電池性能の劣化や破損等をまねくことになる。特に、リチウム系二次電池が一定範囲の電圧を超えて作動すると、電池の劣化や損傷を受ける度合いが大きいので、誤った電池使用から二次電池を保護するために電池保護装置が設けられる。

前記電池保護装置は、 PTC (Pos i t ive Temperature C oef f i c i ent) や電流遮断弁として二次電池自体に装備されるものと、二次電池の充放電回路を異常状態に応じて遮断する電池保護回路を形成した回路基板などとして構成される。前記 PTCは、二次電池の充放電回路に直列に接続され、過大電流によって自己発熱し、温度上昇による抵抗値の急増により過大電流を阻止するもので、比較的大型の二次電池では、電池の封口部内に配設される。また、前記電流遮断弁は、二次電池の封口部に装備されるもので、二次電池内に発生したガスによる内圧の上昇によって変形し、許容値を超える内圧が加わつたときに破断してガスを放出すると共に、破断によって充放電回路の通電電流を遮断する。この P TC及び電流遮断弁は、比較的大型で円筒形のリチウムイオン二次電池においては二次電池自体が備える機構として周知のところである。

また、前記電池保護回路は、日本国特許 2872365号公報等に開示されたものが知られており、図 12に示すように構成されている。制御手段 33によって二次電池 3 0の電圧を検出し、充電可能電圧以上の電圧が検出されたとき、充放電回路に直列に接続された M O S F E T 3 1を遮断状態に制御し、充放電回路を遮断して充電電流を阻止する。また、放電可能電圧以下の電圧が検出されたとき、充放電回路に直列に接続された M O S F E T 3 2を遮断状態に制御し、充放電回路を遮断して放電電流を阻止する。この制御により、二次電池 3 0を過充電や過放電による破損や劣化から保護することができる。

しかし、電池保護回路が正常に動作しなかったとき、特に過充電防止の制御が正常に機能しなかったとき、二次電池 3 0は過充電状態の進行によって電解液が分解し、温度上昇と共にガスの発生によって破裂に至る恐れがある。そこで、図 1 3に示すように、過充電、過放電及び過電流を防止する制御を行う制御手段 3 4と、この制御手段 3 4に動作異常が生じたときに過充電状態を停止させる過充電制御手段 3 6とを設けた電池保護回路の構成が提案されている。

この構成では、制御手段 3 4によって過充電、過放電及び過電流を防止する制御を行い、この制御手段 3 4の過充電防止の制御機能に故障や誤動作等の動作異常が発生したとき、過充電制御手段 3 6によって過充電状態に対応する電圧が検出されるので、過充電制御手段 3 6は M O S F E T 3 5を導通状態に制御する。この M O S F E T 3 5の導通により、抵抗器 1 8は発熱して熱力ップリングされた温度ヒュ —ズ 1 9を溶断させ、二次電池 3 0の充放電回路を遮断する。

上記構成によって、二次電池 3 0が最も過酷な状態に陥る過充電の継続状態を回避することができ、過充電を阻止する構成が二重に設けられることになり、過充電状態の継続によるガス発生が防止されるので、前述した機械的に通電回路を遮断する電流遮断弁を廃止することも可能となる。

しかしながら、上記従来構成による二重に設けられた過充電の防止回路は、過充電状態の継続による電池破壊を防止するのに有効と考えられるが、第 1の制御手段に不具合が生じたときに動作する第 2の制御手段は非復帰の遮断手段を動作させるため、その動作を検査することができず、個々の動作状態を検査することにより確実な動作を確保して信頼性を得るには至らないものであった。過充電の保護回路はリチウムイオン二次電池等のエネルギー密度の高い二次電池では確実な動作が不可欠であり、個々の二次電池もしくは電池パックに、保護回路の動作を検査して信頼性を確保できるものが必要である。

また、温度ヒューズや加熱手段等は、集積回路に組み込むことが不可能なパーツであり、それらの配設スペースが必要となるため、小型の二次電池を用いてコンパクトな電池パックを構成したり、二次電池に保護回路を一体化させた保護回路付きの二次電池を構成するのに障害となる。

また、携帯機器を小型化するためには、二次電池の小型化が重要な課題となっており、更には小型化しても容積当たりのエネルギー密度を向上させる要求もある。これを達成するために機械的に通電回路を遮断する電流遮断弁を電気的な構成に代えることが有効な手段であり、従来技術に示した電気的な通電回路遮断の構成をより小型化して、二次電池を過充電が継続された状態から有効に保護する保護回路と、これに用いる保護素子の開発が待たれている。

本発明は、確実な二次電池の保護動作を行い得る保護回路をコンパクトに構成すると同時に、この保護回路に適合する保護素子を提供することを目的とするものである。発明の開示

上記目的を達成するための本願の第 1発明に係る電池保護回路は、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第 1のスィツチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前記第 1の充電禁止電圧以上となったとき前記第 1のスィッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、第 1の充電解除電圧以下となるまで遮断状態を保持する主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前記第 1 の充電禁止電圧を越える第 2の充電禁止電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第 2のスィツチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前記第 2の充電禁止電圧以上になったとき前記第 2のスィッチング手段の充電方向を遮断状態に制御する副保護回路とを具備してなることを特徴とする。

上記構成によれば、主保護回路に故障、誤動作等の不具合が生じて過充電の阻止動作がなされなかったときには、副保護回路が過充電を検出して二次電池の充放電回路を遮断する。この構成によって二重の過充電保護回路が構成され、二次電池の過充電は確実に阻止され、二次電池の破壊につながる過充電の進行が防止される。この二重の過充電保護の構成は、その動作を過充電保護回路毎に検査することができ、信頼性の高い電池保護が可能となる。また、二重の過充電保護回路は過充電を確実に防止できるので、過充電に伴うガス発生がなく、ガス発生による電池内の異常内圧を放出するガス排出弁等の機構を廃止することも可能となり、ガス排出弁等を設けるスペースの不要な小型の二次電池の構成が容易となる。また、半導体素子による回路構成が可能であるため、保護回路を集積回路として構成することができ、電池パックの小型化や二次電池内に保護回路を収容することも可能となる。

上記構成において、副保護回路は、第 2の充電禁止電圧の検出により第 2のスィッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第 2の充電解除電圧が検出されるまで保持するように構成することができる。即ち、第 2の充電解除電圧を第 1の充電禁止電圧以下に設定することによって、副保護回路による第 2のスイツチング手段の遮断状態により充電を不可能にすることができる。また、第 2のスィッチング手段による遮断動作によって充電回路が開放されたときの電池電圧の低下により遮断状態から導通状態に復帰して過充電保護の状態が開放されてしまうことを防止することもできる。

また、副保護回路は、第 2の充電禁止電圧の検出により第 2のスイッチング手段の充電方向を遮断状態に制御した後、遮断状態を固定するように構成することによつて、過充電検出による第 2のスイッチング手段の遮断状態を固定して、主保護回路の故障による電池保護機能の喪失から二次電池を保護することができる。

また、第 1及び第 2の各スイッチング手段が、その内部に寄生ダイオードを有するパワー M O S F E Tであり、前記寄生ダイォードの順方向が二次電池の放電方向になるように接続して構成することにより、過充電状態の検出によって第 1及び第 2の各スィツチング手段が遮断状態となっても、寄生ダイオードを通じた放電が可能となり、過充電の阻止機能が動作した状態においても二次電池の使用が可能となる。

また、上記目的を達成するための本願の第 2発明に係る電池保護回路は、二次電池の正負両極間の電圧及び放電電流を検出して、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以下で第 1の放電禁止電圧以上であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第 1のスィツチング素子を導通状態に制御し、検出電流が所定値以上であるとき前記第 1のスィツチング素子を遮断状態に制御し、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以上になつたとき前記第 1のスィッチング素子を充電方向遮断/放電方向導通の状態に制御し、検出電圧が放電禁止電圧以下になったとき前記第 1のスイッチング素子を放電方向遮断/充電方向導通の状態に制御する主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が第 2の充電禁止電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第 2のスィツチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前記第 2の充電禁止電圧以上であるとき前記第 2のスィッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第 2の充電解除電圧が検出されるまで保持する副保護回路とを具備してなることを特徴とする。

上記構成によれば、主制御回路は二次電池の電圧及び放電電流を検出して、正常時はスィッチング素子を導通状態に制御して二次電池を使用可能な状態に制御するが、異常状態に応じて第 1のスィツチング手段を遮断状態もしくは充電のみ可能、放電のみ可能な状態に制御する。この主保護回路に故障、誤動作等の不具合が生じて過充電の阻止動作がなされなかったときには、副保護回路が過充電を検出して二次電池の充放電回路を遮断するので、二重の過充電保護回路が構成され、二次電池の過充電は確実に阻止され、二次電池の破壊状態につながる過充電の進行が防止される。この二重の過充電保護の構成は、その動作を個々に検査することができ、信頼性の高い電池保護が可能となる。また、二重の過充電保護回路は過充電を確実に防止できるので、過充電に伴うガス発生がなく、ガス発生による電池内の異常内圧を放出するガス排出弁等の機構を廃止することも可能となり、ガス排出弁等を設けるスペースの不要な小型の二次電池の構成が容易となる。また、半導体素子による回路構成が可能であるため、保護回路を集積回路として構成することができ、電池パックの小型化や二次電池内に保護回路を収容することも可能となる。

上記構成において、第 1のスイッチング素子は、その内部に寄生ダイオードの無い: F E Tであり、そのゲート電圧によって各状態となるもので、 1つの F E Tによつて過充電、過放電及び過電流の阻止動作に制御することができ、電池保護回路を小型化することが可能となる。

また、上記目的を達成するための本願の第 3発明に係る電池保護回路は、二次電池の充放電回路に直列接続された P T Cに加熱手段を熱力ップリングさせ、この加熱手段への通電を制御する第 1のスィツチング手段を設け、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が第 1の規定電圧以下であるとき前記第 1のスィッチング手段を遮断状態に制御し、検出電圧が前記第 1の規定電圧以上であるとき前記第 1のスィッチング手段を導通状態に制御して前記加熱手段に通電し、この導通状態を第 1の解除電圧が検出されるまで保持する主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前記第 1の規定電圧を越える第 2の規定電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第 2のスィッチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前記第 2の規定電圧以上であるとき前記第 2のスィッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第 2の解除電圧が検出されるまで保持する副保護回路とを具備してなることを特徴とする。

上記構成によれば、主保護回路は二次電池の電圧から過充電状態が検出されたとき、第 1のスイッチング手段を導通状態に制御して加熱手段に通電し、二次電池の充放電回路に直列接続された P T Cを加熱手段によって加熱する。 P T C素子は温度上昇によって急激に抵抗値を増加させて、二次電池への充電電流を規制し、二次電池を過充電状態から保護する。この主保護回路に故障、誤動作等の不具合が生じて過充電の阻止動作がなされなかったときには、副保護回路が過充電を検出して二次電池の充放電回路を遮断するので、二重の過充電保護回路が構成され、二次電池の過充電は確実に阻止され、二次電池の破壊状態につながる過充電の進行が防止される。この二重の過充電保護の構成は、その動作を個々に検査することができ、信頼性の高い電池保護が可能となる。また、二重の過充電保護回路は過充電を確実に防止できるので、過充電に伴うガス発生がなく、ガス発生による電池内の異常内圧を放出するガス排出弁等の機構を廃止することも可能となり、ガス排出弁等を設けるスペースの不要な小型の二次電池の構成が容易となる。また、半導体素子による回路構成が可能であるため、保護回路を集積回路として構成することができ、電池パックの小型化や二次電池内に保護回路を収容することも可能となる。

上記構成において、加熱手段は P T Cに熱力ップリングされた第 2の P T Cによつて構成することができる。 P T Cは平板状に形成することができ、 2つの P T C を面接合して熱力ップリングが良好な状態を得ることができ、第 2の P T Cに通電することによる温度上昇によって P T Cを加熱し、その抵抗値を増加させて充電電流を規制する構造をコンパクトに構成することができる。

上記目的を達成するための本願の第 4発明に係る電池保護回路は、二次電池の正負極間の電圧を検出して所定値を越える電圧が検出されたとき制御信号を出力する電圧検出手段と、前記二次電池に直列に接続された P T Cに熱力ップリングされて通電により温度上昇する加熱手段と、前記電圧検出手段からの制御信号によって前記加熱手段に通電するスィツチング手段とを具備してなることを特徴とするもので、電圧検出手段が所定値を越える電圧、例えば、過充電状態が継続されたときの電圧を検出したときに出力される制御信号によってスィッチング手段が動作して加熱手段に通電され、加熱手段は熱カップリングされた P T Cを加熱する。 P T Cは温度に対して正特性の抵抗値変化を示し、特に所定の臨界温度以上で抵抗値が激増するトリツプ状態となる特徴を有するもので、平常時は微小な抵抗値で二次電池の入出力電流による電圧降下は小さく入出力回路に支障を与えないが、過大な電流が流れたときには自己発熱によって抵抗値を激増させて過大電流を阻止する。この P T C は加熱手段によって加熱されたときにも温度上昇によって抵抗値が激増して二次電池の入出力回路の電流を規制する。従って、前記電圧検出手段が過充電状態の継続等の異常状態を示す電圧を検出したとき、 P T Cのトリップによって二次電池の入出力電流を規制するので、過充電状態の継続による二次電池の破損が防止される。上記構成において、加熱手段は前記 P T Cに熱力ヅプリングさせた第 2の P T C として構成することができ、第 2の P T Cに通電して温度上昇させると、熱カップリングされた P T Cを加熱して、 P T Cをトリツプ状態にすることができる。

また、本願の第 5発明に係る電池保護回路は、二次電池の正負極間の電圧を検出して所定値を越える電圧が検出されたとき制御信号を出力する電圧検出手段と、前記二次電池に直列に接続された温度ヒューズに熱力ヅプリングされた加熱用 P T C と、前記電圧検出手段からの制御信号によって前記加熱用 P T Cに通電するスィッチング手段とを具備してなることを特徴とするもので、電圧検出手段が所定値を越える電圧、例えば、過充電状態が継続されたときの電圧を検出したときに出力される制御信号によってスィツチング手段が動作して加熱用 P T Cに通電され、加熱用 P T Cは通電電流によって温度上昇し、熱カツプリングされた温度ヒューズを溶断させる。従って、前記電圧検出手段が過充電状態の継続等の異常状態を示す電圧を検出したとき、二次電池の入出力回路は遮断されるので、過充電状態の継続による二次電池の破損が防止される。

上記第 4及び第 5の各発明において、電圧検出手段によって検出される所定値を越える電圧は、過充電状態が検出される電圧より高い電圧に設定することにより、二次電池は過充電による損傷から二重に保護される。即ち、過充電や過放電等の状態を検出して二次電池の入出力回路を遮断する制御回路が別途構成されているとき、過充電状態の初期値は前記制御回路によつて検出されて過充電は阻止されるが、この制御回路に異常が生じたとき、二次電池は過充電の継続によつて破裂等の損傷が生じる。電圧検出手段が前記初期値より高い電圧検出によって制御信号を出力するように構成することにより、過充電の継続によって上昇した電圧が検出され、過充電状態を阻止する動作がなされて制御回路に異常が生じたときにも二次電池は保護される。

また、本願の第 6発明に係る保護素子は、平板状に形成された複数の P T C素子を熱力ップリングした状態に積層形成されてなることを特徴とするもので、 1つの P T C素子を二次電池と直列に接続し、他の P T C素子をその通電を制御する通電制御回路に接続すると、二次電池と直列に接続された側の P T C素子に熱力ップリングさせた他の P T C素子に通電したとき、通電による加熱により、二次電池と直列に接続された P T C素子は温度上昇して抵抗値が激増したトリップ状態となったとき、二次電池の入出力電流を規制することができる。従って、通電制御回路は過充電等の二次電池の異常状態の検出によって加熱する側の P T C素子に通電するように構成することによつて、複数の P T C素子を熱力ップリングさせた保護素子は、二次電池の保護素子として有効に作用する。

上記構成において、各 P T C素子の形状サイズ及び電気的特性を任意に選択して組み合わせることができ、保護回路の回路構成に応じて適正な組み合わせを構成することができる。

また、平板状に形成された 2枚の P T C素子をその平板面間で電極材を介して接合すると共に、各 P T C素子の外面側にもそれそれ電極材を接合して保護素子を構成することにより、熱カヅプリングさせた 2枚の P T C素子を省スペースに構成することができる。

また、任意の電極材は銅ニッケル合金もしくは銅ニッケル合金とニッケルとのクラッド材によって形成することにより、ハンダ付けや溶接性に優れ、導電性及び熱伝導性にも優れているので、要所にこれを採用することにより作業性や電気的及び機械的な性能を向上させることができる。

また、各電極材からリード部を延出形成することにより、回路接続を容易にすることができる。

また、各電極材からのリード部の延出方向は相反する 2方向に形成することも、それそれ異なる方向に形成することもでき、回路構成の状態に応じて任意に選択することができる。

また、各電極材は接合する P T C素子の外形寸法より小さく形成することにより、電極材と P T C素子との間の接合のためのハンダ付けを好適に行うことができる。また、本願の第 7発明に係る二次電池の保護素子は、温度ヒューズと P T C素子とが熱力ップリングした状態に形成されてなることを特徴とするもので、温度ヒューズを二次電池と直列に接続し、 P T C素子をその通電を制御する通電制御回路に接続すると、 P T C素子に通電したとき、通電による加熱により温度ヒューズは溶断して二次電池の入出力電流を遮断することができる。従って、通電制御回路は過充電等の二次電池の異常状態の検出によって P T C素子に通電するように構成することによって、二次電池の保護素子として有効に作用する。

また、熱力ップリングさせた複数の P T Cを断熱材で覆って構成することにより、熱の放散が抑制されて熱カップリングが効果的になされる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る電池保護回路の構成を示すプロック図であり、

図 2は過充電状態が継続されたときの電池電圧と電池温度との変化を示すグラフであり、

図 3は M O S F E Tに内蔵される寄生ダイォ一ドを示す F E T回路図であり、図 4は本発明の第 2の実施形態に係る電池保護回路の構成を示すプロック図であ、

図 5は本発明の第 3の実施形態に係る電池保護回路の構成を示すプロック図であり、

図 6は本発明の第 4の実施形態に係る保護回路の構成を示すプロック図であり、図 7は保護素子の構成を分解して示す斜視図であり、

図 8 Aは保護素子の側面図であり、図 8 Bは保護素子の電気記号図であり、図 9は保護素子の別態様を示す斜視図であり、

図 1 0は本発明の第 5の実施形態に係る保護回路の構成を示すプロック図であり、図 1 1 Aは同実施形態に係る保護素子の側面図であり、図 1 1 Bは同実施形態に係る保護素子の平面図であり、

図 1 2は従来技術になる電池保護回路の構成を示すプロック図であり、図 13は従来技術に係る電池保護回路の構成を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る電池保護回路の構成を示すもので、リチゥムイオン二次電池として構成された二次電池 3を過充電、過放電及び過電流から保護する主保護回路 Aと、二次電池 3を前記主保護回路 Aに併せて過充電から二重に保護する副保護回路 Bとを備えて構成されている。

図 1において、二次電池 3の負極側とマイナス入出力端子 5との間には、主保護回路 Aを構成する第 1の FET (第 1のスイッチング手段） 11及び第 2の FET 12と、副保護回路 Bを構成する第 3の FET (第 2のスイッチング手段） 13が直列に接続されている。第 1〜第 3の各 FET 11〜13は、それそれパワー MO SFETを用いて構成され、第 1及び第 2の各 FET 11、 12は主制御手段 1によって、それそれ導通/遮断の二状態に制御され、第 3の FET 13は副制御手段 2によって導通/遮断の二状態に制御される。これらは二次電池 3の正常な充放電条件下においては、いずれも導通状態に制御されて二次電池 3の負極とマイナス入出力端子 5との間を導通状態に接続し、プラス入出力端子 4とマイナス入出力端子 5との間に二次電池 3が接続された状態とする。

前記主制御手段 1は、二次電池 3の正負両極間の電圧を検出して、これが予め設定された過充電状態と判定される第 1の充電禁止電圧（例えば、 4. 30V)以上になったとき、第 1の FET 11を遮断状態に制御して充電電流を遮断し、二次電池 3を過充電から保護する。二次電池 3は過充電によって電解液が分解され、これに伴うガス発生による電池破損を生じる恐れがあるが、この過充電防止の機能により、二次電池 3の損傷が防止できる。主制御手段 1による第 1の FET 11の遮断状態は、第 1の充電禁止電圧より低い第 1の充電解除電圧が検出されるまで保持される。

また、主制御手段 1は、二次電池 3の正負両極間の電圧を検出して、これが予め設定された過放電状態と判定される放電禁止電圧（例えば、 2 . 6 0 V) 以下になつたとき、第 2の F E T 1 2を遮断状態に制御して放電電流を遮断し、二次電池 3 を過放電から保護する。二次電池 3は過放電によって電池性能の劣化を来すが、この過放電防止の機能により、二次電池 3の劣化が防止できる。主制御手段 1による第 2の F E T 1 2の遮断状態は、放電禁止電圧より高い放電解除電圧が検出されるまで保持される。

更に、主制御手段 1は、第 2の F E T 1 2の両端電圧を検出して、これが予め設定された過大な放電電流に対応する電圧以上になったとき、第 1及び第 2の各 F E T 1 1、 1 2を遮断状態に制御して放電電流を遮断し、二次電池 3を過大な放電電流による損傷から保護する。プラス入出力端子 4とマイナス入出力端子 5との間、あるいはこれらに接続する機器側で短絡が生じたような場合に、二次電池 3は過大な放電電流に曝されることになるが、このとき第 2の F E T 1 2の内部抵抗がわずかでも（2 0〜5 Ο πι Ω )過大な放電電流によって、その両端電圧が上昇するので、これを検出して過電流を遮断することができる。

上記のように第 1の主保護回路 Αは、過充電、過放電、過電流を阻止する機能を備えているので、これを二次電池 3と共に電池パックの形態に構成することによつて、二次電池 3は機器の故障や誤った使用による損傷から保護される。しかし、主保護回路 Aに動作異常が生じたとき、二次電池 3は著しい損傷を受けることになる。この動作異常は、主保護回路 Aが故障した場合に二次電池 3は過充電の進行と共に電解液の分解によるガス発生が電池内圧の異常上昇をまねき、温度上昇を伴ってやがては破裂の事態に陥ることになる。このような電池内圧の異常上昇に備えて前述した電流遮断弁が装備されるが、二次電池 3が小型化され、薄型化されたものであるとき、電流遮断弁を電池内に構成することが困難となり、確実な動作を期待できない状態となる。過充電が確実に阻止できれば、前記電流遮断弁を廃止することも可能であり、小型化、薄型化された二次電池 3の保護がなされることになる。前記副保護回路 Bは、過充電から二次電池を二重に保護するために設けられたもので、主保護回路 Aによる過充電の阻止機能が正常になされなかったとき、この副保護回路 Bによって過充電が阻止される。副保護回路 Bは、副制御手段 2によって二次電池 3の電圧を検出し、主制御手段 1が過充電防止の目的で検出する充電禁止電圧より高い第 2の充電禁止電圧（例えば、 4 . 4 5 V) 以上の電圧が検出されたとき、第 3の F E T 1 3を遮断状態に制御し、第 2の充電解除電圧が検出されるまで遮断状態を保持して充電電流を遮断する。

図 2は、過充電状態が継続されたときの二次電池 3の電圧変化と温度変化とを測定した試験データを示すもので、主保護回路 Aによつて過充電の阻止動作が正常になされなかったとき、過充電状態の進行とともに電池電圧は徐々に上昇し、電池温度は急激な上昇を迎えることが示されている。電池温度が急激に上昇しはじめたときの電池電圧は 4 . 5 Vを越えていることから、副保護回路 Bの副制御手段 2において第 2の充電禁止電圧を前記のように 4 . 4 5 Vに設定しておくことによって、この第 2の充電禁止電圧が検出されたとき、副制御手段 2によって第 3の F E T 1 3が遮断状態に制御され、電池温度が急激に上昇しはじめる以前に充電電流は遮断され、過充電状態の継続による電池破損は防止される。

以上説明した第 1の実施形態に係る電池保護回路に用いられた第 1〜第 3の各 F E T 1 1、 1 2、 1 3は、図 3に示すように、それそれドレイン一ソース間に寄生ダイオード Dを有するもので、過充電防止のために第 1の F E T 1 1または第 3の F E T 1 3が遮断状態に制御されたときにも、第 1及び第 3の各 F E T 1 1、 1 3 の寄生ダイォ一ド Dの順方向が放電電流方向になるように接続されていることにより、二次電池 3からの放電は可能となる。また、過放電防止のために第 2の F E T 1 2が遮断状態に制御されたときにも、第 2の F E T 1 2の寄生ダイオード Dの順方向が充電電流方向になるように接続されていることにより、二次電池 3への充電は可能となる。

次に、本発明の第 2の実施形態について説明する。図 4は、第 2の実施形態に係る電池保護回路の構成を示すもので、この電池保護回路は、主保護回路 Cと副保護回路 Bとを備えて構成されている。副保護回路 Bは第 1の実施形態に示したものと共通する構成である。

図 4において、主保護回路 Cは、主制御手段 6と第 1の F E T 1 4とを集積回路チップとして構成したもので、第 1の F E T 1 4は主制御手段 6から印加されるゲート電圧によって、 ①導通状態、 ②遮断状態、 ③充電方向導通/放電方向遮断、 ④ 充電方向遮断/放電方向導通の 4状態に動作する。この主制御手段 6と第 1の F E T 1 4とによる主保護回路 Cの構成は、 U n i t r o d e社製の集積回路チップとして市販されており、 U S特許 5， 5 8 1， 1 7 0号として開示されているものである。

前記第 1の F E T 1 4は、第 1の実施形態における第 1及び第 2の各 F E T 1 1、 1 2のように寄生ダイオード Dを有するものでなく、また、 1つのスイッチング素子として、そのゲート電圧の変化によって上記のように 4状態に動作する。

4状態のうち、導通状態は、二次電池 3が正常な使用状態にある場合で、第 2の主制御手段 6が検出する二次電池 3の電圧が正常な充放電条件下にある状態である c また、遮断状態は、二次電池 3の充放電回路に直列接続された第 1の F E T 1 4の両端電圧から許容値以上の過大な放電電流が検出されたとき、充放電回路を遮断して過大電流から二次電池 3を保護する状態である。また、充電方向導通/放電方向遮断は、主制御手段 6によって二次電池 3の過放電状態に対応する電圧が検出されたとき、放電解除電圧が検出されるまで放電方向を遮断状態にして放電を停止し、充電方向を導通状態とすることにより充電は可能とする。また、充電方向遮断/放電方向導通は、主制御手段 6によって二次電池 3の過充電状態に対応する電圧が検出されたとき、充電解除電圧が検出されるまで充電方向を遮断状態にして充電を停止し、放電方向を導通状態とすることにより放電は可能とする。

この主保護回路 Cの構成によって、二次電池 3は過充電、過放電及び過電流から保護される。しかし、この主保護回路 Cにおいても第 1の実施形態において述べたように、誤動作や故障等の動作異常が生じたとき、二次電池 3は著しい損傷を受けることになる。なかでも過充電の防止機能が停止した場合には、二次電池 3は過充電の進行と共に電解液の分解によるガス発生が電池内圧の異常上昇をまねき、温度上昇を伴ってやがては破裂の事態に陥ることになる。そこで、図 4に示すように、主保護回路 Cに副保護回路 Bを併設することによって、二次電池 3が最も過酷な破損状態に陥りやすい過充電から二重に保護されることになり、電池保護回路は確実な二次電池 3の保護をなし得ることになる。即ち、副保護回路 Bは、副制御手段 2 によって二次電池 3の電圧を検出しており、主保護回路 Cによって過充電の阻止動作が正常になされなかったときに、主制御手段 6が過充電防止の目的で検出する充電禁止電圧より高い第 2の充電禁止電圧（例えば、 4. 45 V)以上の電圧が検出されるので、このときには FET 13を遮断状態に制御し、第 2の充電解除電圧が検出されるまで遮断状態を保持して充電電流を遮断する。この副保護回路 Bの動作によって、過充電の進行によって電池温度が急激に上昇しはじめる以前に充電電流は遮断され、過充電状態の継続による電池破損は防止される。

次いで、本発明の第 3の実施形態について説明する。図 5は、第 3の実施形態に係る電池保護回路を示すもので、この電池保護回路は、主保護回路 Eと副保護回路 Bとを備えて構成されており、副保護回路 Bは第 1及び第 2の各実施形態に示したものと共通する構成である。

図 5において、二次電池 3の正極側は主保護回路 Eを構成する第 1の PTC21 を介してプラス入出力端子 4に接続され、第 1の PTC21には第 2の PTC (加熱手段） 22が熱カップリングされた状態にして保護素子 10が構成されている。 PTCは、周知のように電流が流れることによる自己発熱もしくは加熱による温度上昇によって所定温度以上になったとき、その抵抗値が急激に増加する正特性サ一ミス夕に属するもので、所定温度以下の平常時には抵抗値が微小なので通電による電圧降下は僅少にして充放電回路に支障を与えることがない。

前記保護素子 10は、板状に形成された第 1の PTC21と第 2の PTC22とを電極板を介して面接合することにより、第 2の PTC22の温度が第 1の PTC 21に伝導しやすい熱カップリング状態に形成される。この保護素子 10の構造については、後述する第 4の実施形態において詳述する。尚、第 2の PTC22は、抵抗器あるいはヒー夕等の電流が流れることによって速やかに温度上昇する加熱手段とすることもできる。

また、二次電池 3の負極側は、副保護回路 Bを構成する第 3の F E T 1 3を介してマイナス入出力端子 5に接続されており、二次電池 3が正常な充放電条件下にある状態では、第 3の F E T 1 3は副制御手段 2により導通状態に制御され、二次電池 3の負極側をマイナス入出力端子 5に接続した状態となっている。

主保護回路 Eは、主制御手段 7によつて二次電池 3の正負両極間の電圧を検出して、これが予め設定された過充電状態と判定される第 1の充電禁止電圧（例えば、 4 . 3 0 V) 以下であるときには、第 1の F E T 1 5を遮断状態に制御する。過充電により前記第 1の充電禁止電圧を越える電圧が検出されたときには、主制御手段 7は第 1の F E T 1 5を第 1の充電禁止電圧より低い第 1の充電解除電圧が検出されるまで導通状態に制御する。第 1の F E T 1 5の導通により、第 2の P T C 2 2 の通電回路が形成され、その発熱によって熱カップリングされた第 1の P T C 2 1 が加熱される。この加熱によって第 1の P T C 2 1は、抵抗値が急増するトリップ状態となり、その増大した抵抗値によって二次電池 3の充放電回路に流れる電流を規制し、二次電池 3の過充電状態を阻止する。

しかし、この主保護回路 Eにおいても第 1及び第 2の各実施形態において述べたように、誤動作や故障等の動作異常が生じたとき、二次電池 3は著しい損傷を受けることになる。なかでも過充電の防止機能が停止した場合には、二次電池 3は過充電の進行と共に電解液の分解によるガス発生が電池内圧の異常上昇をまねき、温度上昇を伴ってやがては破裂の事態に陥ることになる。そこで、図 5に示すように、上記構成になる主保護回路 Eに副保護回路 Bを併設することによって、二次電池 3 が最も過酷な破損状態に陥りやすい過充電から二重に保護されることになり、電池保護回路は確実な二次電池 3の保護をなし得ることになる。即ち、副保護回路 Bは、副制御手段 2によって二次電池 3の電圧を検出しており、主保護回路 Eによって過充電の阻止動作が正常になされなかったときに、主制御手段 7が過充電防止の目的で検出する充電禁止電圧より高い第 2の充電禁止電圧（例えば、 4 . 4 5 V) 以上の電圧が検出されるので、このときには FET 13を遮断状態に制御し、第 2の充電解除電圧が検出されるまで遮断状態を保持して充電電流を遮断する。この副保護回路 Bの動作によって、過充電の進行によって電池温度が急激に上昇しはじめる以前に充電電流は遮断され、過充電状態の継続による電池破損は防止される。

次いで、本発明の第 4の実施形態について図 6を参照して説明する。第 4の実施形態に係る電池保護回路は、主保護回路 Aと副保護回路 Fとを備えて構成されており、主保護回路 Aは第 1の実施形態に示したものと共通する構成である。

図 6において、二次電池 3の正極側は保護素子 10を構成する第 1の PTC21 を通してプラス入出力端子 4に接続され、負極側は第 1の FET 11及び第 2の F ET 12を通じてマイナス入出力端子 5に接続されている。また、この二次電池 3 及び保護回路の温度を機器側、特に充電器から検知できるように、サ一ミス夕 43 が温度検出端子 47に接続されている。このように二次電池 3の正極側及び負極側にそれそれ直列に配設された前記第 1の PTC 21、第 1の FET 11及び第 2の FET 12は、二次電池 3の様々な異常状態に応じて通電電流を規制もしくは遮断するために設けられたもので、以下に異常時での通電回路の遮断動作について説明する。

前記第 1の PTC21は、二次電池 3の温度が所定温度以下の平常時においては抵抗値が微小なので通電による電圧降下は僅少にして充放電回路に支障を与えることはないが、所定温度以上に上昇したときの急激な抵抗値の増加によって通電回路の電流を規制する。この抵抗値の急増はトリップと称され、抵抗値が平常時の 10 の 3乗から 4乗にも増大するものである。この卜リップ状態は、第 1の PTC21 に流れる電流によって PTC 21が自己発熱することによつても引き起こされるので、短絡等によって過大な電流が流れたとき自己発熱して抵抗値が急増し、二次電池 3の入出力電流を規制するので、短絡等による二次電池 3の損傷が防止される。また、第 1及び第 2の各 FET 11、 12は、スイッチング素子として動作し、主制御手段 1によって導通/遮断の二状態に制御される。これらは二次電池 3の正常な充放電条件下においては、いずれも導通状態に制御されて二次電池 3の負極と .出力端子 5との間を導通状態に接続された状態とする。

前記主制御手段 1は、二次電池 3の正負両極間の電圧を検出して、これが予め設定された過充電状態と判定される第 1の充電禁止電圧（例えば、 4. 30V) 以上になったとき、第 1の FET 11を遮断状態に制御して充電電流を遮断し、二次電池 3を過充電から保護する。この過充電防止の機能により、二次電池 3の損傷が防止できる。主制御手段 1による第 1の FET 11の遮断状態は、第 1の充電禁止電圧より低い第 1の充電解除電圧が検出されるまで保持される。

また、主制御手段 1は、二次電池 3の正負両極間の電圧を検出して、これが予め設定された過放電状態と判定される放電禁止電圧（例えば、 2. 60V) 以下になつたとき、第 2の FET 12を遮断状態に制御して放電電流を遮断し、二次電池 3 を過放電から保護する。この過放電防止の機能により、二次電池 3の劣化が防止できる。主制御手段 1による第 2の FET 12の遮断状態は、放電禁止電圧より高い放電解除電圧が検出されるまで保持される。

更に、主制御手段 1は、第 2の FET 12の両端電圧を検出して、これが予め設定された過大な放電電流に対応する電圧以上になったとき、第 1及び第 2の各 FE T 11、 12を遮断状態に制御して放電電流を遮断し、二次電池 3を過大な放電電流による損傷から保護する。プラス入出力端子 4とマイナス入出力端子 5との間、あるいはこれらに接続する機器側で短絡が生じたような場合に、二次電池 3は過大な放電電流に曝されることになるが、このとき第 2の FET12の内部抵抗は僅かであっても（20〜50πιΩ)、過大な放電電流によって、その両端電圧が上昇するので、これを検出して過電流を遮断することができる。

この主保護回路 Αによる通電回路の遮断動作が正常に機能せず、過充電状態が継続されてしまったとき、二次電池 3は電解液の分解により内圧が上昇し、二次電池 3の破裂をまねく恐れがある。このような不測の事態に備えて副保護回路 Fが設けられている。

副保護回路 Fは、副制御手段 40により二次電池 3の電圧を検出して、これが設定電圧以上になつたとき第 3の FET41を導通状態に制御する。第 3の F E T 4 1の導通により、前記第 1の PTC2 1と熱カップリングさせて保護素子 10の形態に形成されている第 2の PTC 22及び放電抵抗 24に通電される。この通電によって第 2の PTC22は温度上昇して熱カップリングされた第 1の PTC 21を加熱することによってトリップさせ、その抵抗値の急増により二次電池 3への充電電流を規制する。

前記副制御手段 40により第 3の: FET 41を導通動作させる設定電圧は、主制御手段 1が過充電を検出する充電停止電圧より大きな検出電圧値に設定される。例えば、充電器側で設定されている充電完了電圧が 4. 20Vであるとき、主制御手段 1による充電停止電圧は 4. 30Vに設定され、副制御手段 40による過充電継続状態の検出設定電圧は 4. 45 Vに設定される。図 2に示したように、過充電状態の進行とともに電池電圧は徐々に上昇し、電池温度は急激な上昇を迎えるが、電池温度が急激に上昇しはじめたときの電池電圧は 4. 5 Vを越えていることから、副制御手段 40の検出設定電圧を前記のように 4. 45 Vに設定しておくことによつて、電池温度が急激に上昇しはじめる前に第 1の PTC 21がトリップして充電電流が規制されるので、過充電状態の継続による電池破損は防止される。

また、副制御手段 40は、過充電継続状態の検出設定電圧よりも低い所定電圧以下の電圧が検出されるまで過充電継続を検出した状態を維持し、第 3の FET41 の導通状態を保持する。従って、副制御手段 40が過充電の継続を検出した状態は保持され、主保護回路 Aや充電器の動作異常による二次電池 3の破損は防止される。上記構成における第 2の PTC 22による第 1の PTC2 1の加熱は間接的な加熱となるので、熱カツブリングによる熱伝導が確実になされることが不可欠であり、本実施形態においては、第 1の PTC21と第 2の PTC22とを一体的に構成した保護素子 10として構成している。この保護素子 10の詳細な構成について以下に説明する。

図 7は、保護素子 10を分解して示すもので、第 1の PTC素子 2 1 aと第 2の PTC素子 22 aとの間に中間電極材 45、第 1の PTC素子 21 aの外側面に下電極材 46、第 2の PTC素子 22 aの外側面に上電極材 44を配している。これらは図 8Aに示すように、積層間で互いに接合されて積層一体化される。第 1及び第 2の各 PT C素子 2 1 a、 22 aに接合される各電極材 44、 45、 46は、それそれ対面する各 PT C素子 2 1 a、 22 aよりひと回り小さい外形形状に形成され、その周囲にできる各 PTC素子 2 1 a、 22 aの露出面と半田付け等の接合手段によって互いに接合される。また、各電極材 44、 45、 46には、それそれ配線接続のためのリード 44 a、 45 a、 46 aが延出形成される。各リード 44 a、 45 a、 46 aは、同一平面上に位置するように加工しておくことによって、保護回路を構成する回路基板上への実装が容易となる。このように形成された保護素子 10は、電気記号で示すと、図 8Bに示すようになり、第 1の PTC 2 1と第 2の P T C 22とが熱力ップリングした状態に一体化される。

この保護素子 10を構成する第 1の PTC2 1は、図 6に示すように、二次電池 3に直列接続され、短絡等により過大電流が流れたとき、過大電流によって自己発熱して、その温度がトリップ温度になったとき抵抗値が急増するので、二次電池 3 の入出力電流は規制され、過大電流は阻止される。また、前述したように、副制御手段 40によって過充電の継続状態を示す電圧が検出されたとき、副制御手段 40 は第 3の FET41を導通動作させ、第 2の PTC 22に通電する。この通電により第 2の PTC 22は温度上昇して第 1の PTC2 1を加熱する。この加熱によつて第 1の P T C 2 1がトリツプ状態になると、前述の過大電流の阻止動作と同様に二次電池 3の充電電流を規制する。

保護素子 10のリード形成は、図 9に示すように、各電極材 44、 45、 46からリード 44 b、 45 b、 46 bをそれそれ異なる 3方向に延出形成して構成することもできる。また、各電極材 44、 45、 46は、その材質として銅ニッケル合金を用いて形成することにより、半田付け等による接合性や熱カツプリングのための熱伝導性に優れたものにすることができる。この銅ニッケル合金の使用は、全ての電極材 44、 45、 46に適用することなく、熱力ップリングのための熱伝導体となる中間電極材 45のみに適用するように選択的に採用することもできる。また、銅二ッケル合金に代えて銅二ッケル合金とニッケルとのクラヅド材を用いても同様の機能を得ることができる。

また、第 1の P T C 2 1及び第 2の P T C 22は、それそれの形状寸法、電気的特性を選択して組み合わせることができる。第 1の PTC21は、平常時においては可能な限り低い抵抗値で二次電池 3の入出力電流による電圧降下を低く抑え、設定された過大な電流値以上の過大電流によって速やかに温度上昇して抵抗値を急増させるトリップ状態となるように、その形状寸法及び電気的特性が選択される。一方、第 2の PTC22は、通常時の抵抗値を大きくして通電されたときの発熱量を大きくし、その温度によって第 1の PTC2 1をトリップ状態にする発熱量を呈するものとなるように、その形状寸法及び電気的特性が選択される。

以上説明した保護素子 10は、 2種類の PTC素子を組み合わせて構成しているが、第 1の PTC21を 2枚の第 2の PTC22によってサンドイッチ状態に挟み込み、熱カップリングによる加熱を促進することもできる。また、第 1の PTC2 1を加熱するものは、 PTC素子でなく、通電により温度上昇する抵抗体等を用いて構成することもできる。

次に、本発明の第 5の実施形態に係る電池保護回路について説明する。尚、本構成は、図 10に示すように、加熱用 PTC49と温度ヒューズ 48とを組み合わせた保護素子 50を用いて構成したもので、他の構成は第 4の実施形態の構成と同様であり、共通する要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

図 10において、副制御手段 40が過充電継続状態の検出設定電圧を検出したとき、第 3の FET 41を導通動作させると、加熱用 PTC 49に電流が流れることにより温度上昇して温度ヒューズ 48を加熱する。この加熱用 PTC49の加熱により温度ヒューズ 48が溶断したとき、二次電池 3への充電電流は遮断され、過充電の継続による二次電池 3の破損が防止される。

前記保護素子 50は、図 11A、図 1 I Bに示すように、温度ヒューズ 48と加熱用 PTC49とを重ね合わせて熱カップリングされた状態に構成されている。この保護素子 50は、図示するように、温度ヒューズ 48にはリード 48 a、 48 a が、加熱用 PTC49にはリード 49 a、 49 aがそれそれ取り付けられ、回路基板上に装着して保護回路を構成することができる。

以上説明した各実施形態における電池保護回路は、従来技術になる過充電から二重に保護する構成においては、非復帰の遮断手段を副保護回路として構成していたことにより、その動作が正常になされるか否かを検査できないことから信頼性が低下する欠点を改良することができる。即ち、副保護回路 Bは副制御手段 2に第 2の充電禁止電圧以下の電圧を印加して、第 3の F E T 1 3が導通状態となり、第 2の充電禁止電圧以上の電圧を印加して、第 3の F E T 1 3が遮断状態になることを検査することができ、信頼性の高い電池保護回路を構成することができる。

また、各実施形態における電池保護回路は、要部を集積回路として構成することができ、使用する電子部品の点数も少ないので、小型化、薄型化された二次電池 3 と共にコンパクトに電池パックを構成することができる。更には、二次電池 3内に保護回路を収容して保護回路を内装した二次電池 3として構成することも可能となる。また、二重の過充電阻止機能を備えていることによって、過充電によるガス発生が抑止されるので、内圧放出のための電流遮断弁を廃止することも可能であり、小型化、薄型化されて機械的構造の電流遮断弁の設置スペースが得難い場合にも、過充電による電池破損の防止を図ることができる。

以上説明した保護素子 1 0、 5 0は、断熱材で被覆して構成することによって、熱の外部への放散が抑制され、 P T C 2 2、 4 9による加熱がより効率よくなされる。産業上の利用可能性

以上の説明の通り本発明によれば、過充電を阻止する機能が二重に設けられ、過充電による電池破壊を防止する構成を機械的な電流遮断手段でなく、電気的に行うことができるので、電流を機械的に遮断する構成を配設するスペースが少ない小型の二次電池にも容易に適用することができる。

また、主保護回路に併設された副保護回路は温度ヒューズ等の非復帰の回路遮断手段を用いない復帰可能なタイプの構成なので、過充電状態が解除されたときには正常時の状態に復帰させることが可能であり、さらに非復帰タイプでは不可能であつた副保護回路の動作の検査が行えて、電池保護回路が確実に動作することを個々に検査して製品出荷することができるので、小型でかつ信頼性の高い電池保護回路を構成する上で有用である。

Claims

請求の範囲

1. 二次電池（3) の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以下であるとき二次電池（3) の充放電回路に直列接続された第 1のスイッチング手段（11) を導通状態に制御し、検出電圧が前記充電禁止電圧以上となったとき前記第 1のスイッチング手段（11) の充電方向を遮断状態に制御し、検出電圧が充電禁止電圧を下回る第 1の充電解除電圧以下となるまで遮断状態を保持する主保護回路（A) と、二次電池（3) の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前記第 1の充電禁止電圧を上回る第 2の充電禁止電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第 2のスィツチング手段（13) を導通状態に制御し、検出電圧が前記第 2の充電禁止電圧以上になったとき前記第 2のスィッチング手段 (13) の充電方向を遮断状態に制御する副保護回路（B) とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。

2. 請求の範囲第 1項記載の副保護回路（B) は、第 2の充電禁止電圧の検出により第 2のスイッチング手段（13) の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第 2の充電解除電圧が検出されるまで保持する電池保護回路。

3. 請求の範囲第 1項記載の副保護回路（B) は、第 2の充電禁止電圧の検出により第 2のスイッチング手段（13) の充電方向を遮断状態に制御した後、遮断状態を固定する電池保護回路。

4. 請求の範囲第 1項記載の第 1のスイッチング手段（11)及び第 2のスィヅチング手段（13) が、その内部に寄生ダイオード（D) を有するパワー MOSF ETであり、前記寄生ダイオード（D) の順方向が二次電池（3) の放電方向になるように接続されてなる電池保護回路。

5. 二次電池（3) の正負両極間の電圧及び放電電流を検出して、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以下で第 1の放電禁止電圧以上であるとき二次電池（3) の充放電回路に直列接続された第 1のスイッチング手段（14) を導通状態に制御し、検出電流が所定値以上であるとき前記第 1のスイッチング手段（14) を遮断状態に制御し、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以上になったとき前記第 1のスィヅチング手段（14) を充電方向遮断/放電方向導通の状態に制御して、この状態を第 1の充電禁止電圧を下回る第 1の充電解除電圧が検出されるまで保持し、検出電圧が放電禁止電圧以下になったとき前記第 1のスイッチング手段（ 14) を放電方向遮断 /充電方向導通の状態に制御して、この状態を第 1の放電禁止電圧を上回る第 1の放電解除電圧が検出されるまで保持する主保護回路（C) と、二次電池（3) の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前記第 1の充電禁止電圧を上回る第 2の充電禁止電圧以下であるとき二次電池（3) の充放電回路に直列接続された第 2のスイッチング手段（13) を導通状態に制御し、検出電圧が前記第 2の充電禁止電圧以上になったとき前記第 2のスイッチング手段（ 13) の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第 2の充電解除電圧が検出されるまで保持する副保護回路（B) とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。

6. 請求の範囲第 5項記載の第 1のスイッチング手段（ 14) が、その内部に寄生ダイオードの無い FETであり、そのゲート電圧によって各状態となる電池保護回路。

7. 二次電池（ 3 )の充放電回路に直列接続された P T C (2 1)に加熱手段（ 2 2) を熱カップリングさせ、この加熱手段（22) への通電を制御する第 1のスィツチング手段（ 15) を設け、二次電池（3) の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が第 1の充電禁止電圧以下であるとき前記第 1のスイッチング手段（15) を遮断状態に制御し、検出電圧が前記第 1の充電禁止電圧以上であるとき前記第 1 のスィツチング手段（ 15)を導通状態に制御して前記加熱手段（22)に通電し、導通状態を第 1の充電解除電圧が検出されるまで保持する主保護回路（E) と、二次電池（3) の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前記第 1の充電禁止電圧を越える第 2の充電禁止電圧以下であるとき二次電池（3) の充放電回路に直列接続された第 2のスイッチング手段を（13) 導通状態に制御し、検出電圧が前記第 2の充電禁止電圧以上であるとき前記第 2のスイッチング手段（13) の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第 2の充電解除電圧が検出されるまで保持する副保護回路（B) とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。

8. 請求の範囲第 7項記載の加熱手段が、 P T C (21) に熱力ヅプリングされた第 2の PTC (22) である電池保護回路。

9. 二次電池（3) の正負極間の電圧を検出して所定値を越える電圧が検出されたとき制御信号を出力する電圧検出手段（40) と、前記二次電池（3) に直列に接続された PTC (21) に熱カップリングされて通電により温度上昇する加熱手段（22)と、前記電圧検出手段（40)からの制御信号によって前記加熱手段（2 2) に通電するスイッチング手段（41) とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。

10. 請求の範囲第 9項記載の電圧検出手段によって検出される所定値を越える電圧が、過充電状態が検出される電圧より高い電圧に設定されてなる電池保護回路。

11. 請求の範囲第 9項記載の加熱手段が、 P T C (21) に熱力ップリングされた第 2の PTC (22) である電池保護回路。

12. 二次電池（3) の正負極間の電圧を検出して所定値を越える電圧が検出されたとき制御信号を出力する電圧検出手段（40) と、前記二次電池（3) に直列に接続された温度ヒューズ（48) に熱カヅプリングされた加熱用 PTC (49) と、前記電圧検出手段（40) からの制御信号によって前記加熱用 PTC (49) に通電するスイッチング手段（41) とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。

13. 請求の範囲第 12項記載の電圧検出手段によって検出される所定値を越える電圧が、過充電状態が検出される電圧より高い電圧に設定されてなる電池保護回路。

14. 平板状に形成された複数の PTC素子（2 1 a、 22 a) を熱カップリングされた状態に積層形成してなることを特徴とする保護素子。

15. 請求の範囲第 14項記載の P T C素子（ 21 a、 22 a) は、その形状、サイズ及び電気的特性を任意に選択して組み合わせる保護素子。

16. 請求の範囲第 14項記載の P T C素子は、平板状に形成された 2枚の P T C素子（21 a、 22 a) をその平板面間で電極材（45) を介して接合すると共に、各 PTC素子（21 a、 22 a) の外面側にもそれそれ電極材（44、 46) を接合して構成されてなる保護素子。

17. 請求の範囲第 15項記載の電極材（ 44、 45、 46 ) は、銅ニッケル合金もしくは銅ニッケル合金とニッケルとのクラッド材によって形成されてなる保護素子。

18. 請求の範囲第 15項記載の各電極材（44、 45、 46)からリード部（4 4 a、 45 a、 46 a) が延出形成されてなる保護素子。

19. 請求の範囲第 17項記載の各電極材（44、 45、 46) からのリード部の延出方向が相反する 2方向に形成されてなる保護素子。

20. 請求の範囲第 17項記載の各電極材（44、 45、 46) からのリード部 (44b、 45 b, 46 b) の延出方向がそれぞれ異なる方向に形成されてなる保護素子。

21. 請求の範囲第 15項記載の各電極材（44、 45、 46) は、接合する P TC素子（21 a、 22 a) の外形寸法より小さく形成されてなる保護素子。

22. 温度ヒューズ（48) と PTC素子（49) とを熱カヅプリングされた状態に形成されてなることを特徴とする二次電池の保護素子。

23. 請求の範囲第 14項または第 22項記載の熱カップリングされた部位が断熱材で覆われてなる保護素子。