WO2005046017A1 - 過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置 - Google Patents

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variable resistance
prevention device
overheat prevention
electric
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Takashi Hasunuma
Takashi Sato
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Tyco Electronics Raychem K.K.
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Definitions

  • the present invention relates to an overheating prevention device for preventing overheating of an electric device, for example, a secondary battery, and more particularly, to an overheating prevention device using a variable resistance element such as a PTC element whose resistance changes according to temperature. About the device. Furthermore, the present invention relates to an electric device provided with such an overheat prevention device.
  • the "PTC element” refers to a thermistor having a positive temperature coefficient (Positive Temperature Coefficient), as is known in the field of electric and electronic circuit technology.
  • a temperature coefficient Positive Temperature Coefficient
  • the electric resistance sharply increases.
  • the former state of the PTC element is also referred to as a low state, and the latter state is referred to as a high state.
  • Such temperature-dependent electrical characteristics (or resistance change) of PTC devices are irreversible.
  • Fig. 4 shows a block diagram of a conventional electric circuit in which such a PTC element for preventing overheating is incorporated.
  • a conventional electric circuit 60 a secondary battery 61 incorporated in an electronic Z electric device (not shown) is electrically connected to an ablation circuit 63 via terminals 67a and 67b.
  • a PTC element 65 is inserted in series between the secondary battery 61 and the application circuit 63.
  • Such a PTC element 65 is disposed in close contact with the secondary battery 61 inside the electronic Z electrical device so that an abnormal temperature of the secondary battery 61 can be detected.
  • the temperature of the secondary battery 61 is reduced by heat generated by a discharge reaction in the secondary battery 61. Can rise. As the temperature of the secondary battery 61 rises, the temperature of the PTC element 65 also rises However, under normal conditions, the PTC element 65 is below the trip temperature and is in a low state. At this time, since the resistance value of the PTC element 65 is sufficiently low, the discharge of the secondary battery 61 is not substantially affected.
  • the PTC element 65 In addition to the overheating of the secondary battery 61 as described above, the PTC element 65 also has a function of preventing overcurrent.
  • the PTC element 65 In a normal current state in which no overcurrent occurs, the PTC element 65 is in the Low state, and does not substantially affect the discharge of the secondary battery 61. However, when the current flowing through the electric circuit 60 becomes excessive, Joule heat is remarkably generated in the PTC element 65. Eventually, when the temperature of the PTC element 65 exceeds the trip temperature, the low state force also transitions to the high state, and the electrical resistance of the PTC element 65 rapidly increases, and the current flowing through the secondary battery is significantly limited. As a result, the PTC element 65 detects an abnormality in the current flowing through the secondary battery 61 and prevents overcurrent.
  • the PTC element has reversible temperature-dependent electrical characteristics (resistance change), and thus can be used repeatedly (or resettable). Therefore, if the PTC element is used to prevent overheating of the secondary battery, there is an advantage that it is not necessary to replace the element every time it is used like a fuse.
  • Patent Document 1 JP 2001-102039 A
  • Patent Document 2 Japanese Translation of PCT International Publication No. 2002-528874
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to effectively prevent overheating of an electric device such as a secondary battery.
  • An object of the present invention is to provide a new overheat prevention device and an electric device including the same.
  • an overheat prevention device including a variable resistance element whose resistance changes in accordance with temperature, for example, a PTC element, which flows into an electric device (including an electronic device).
  • a variable resistance element that is thermally coupled to a predetermined location of the electrical device, and is connected to the switching element when the predetermined location is in a high temperature state.
  • a novel overheat prevention device is provided, which is capable of interrupting a current flowing through an electric device by changing an applied voltage.
  • the overheat prevention device of the present invention uses the variable resistance element and the switching element in an appropriate combination.
  • the variable resistor detects abnormal temperature, and when the abnormal temperature is detected, the variable resistor changes the voltage applied to the switching element, thereby interrupting the current flowing to the electric device. Can be controlled to be turned off. Therefore, the variable resistance element itself does not limit the current flowing to the electric device, and the variable resistance element does not need to be connected in series to the electric device. Therefore, according to the overheating prevention device of the present invention, while maintaining the power efficiency of the electric device at a negligible level, the abnormal temperature of the electric device (particularly, local temperature abnormality) is quickly detected and the overheating is detected. Can be effectively prevented.
  • the overheat prevention device of the present invention can use a variable resistance element that occupies a smaller space without having to use a variable resistance element having an extremely low resistance in a normal temperature state, so that the mounting space is limited. It is convenient to apply to the electrical device.
  • variable resistance element in an electric device including a secondary battery, is disposed so as to be thermally coupled to the secondary battery.
  • the electric device including such a secondary battery may be in the form of a so-called battery pack, for example.
  • variable resistance element whose resistance changes according to temperature refers to an element whose electric resistance changes depending on the temperature environment to which the element is exposed.
  • the variable resistance element is, for example, a PTC element, and is preferably a polymer PTC element. PTC element is electric
  • Polymer-A PTC element is also called a PPTC element or PolySwitch TM.
  • a polymer PTC element has a structure in which a polymer layer in which a conductive filler is dispersed is sandwiched between two metal electrode foils.
  • the phrase "the variable resistance element is arranged thermally coupled to the object and the Z or the target location” means that the variable resistance element is exposed to the temperature environment of the target location of the target Z. Say that. For example, it means that the variable resistive element is at least partially in contact with the object Z target position, and is preferably disposed in close contact therewith.
  • the resistance of the variable resistance element can be changed depending on the temperature at the predetermined position. In addition, it is possible to detect an abnormal temperature at the predetermined location.
  • the predetermined location becomes a high temperature state due to overheating, and when the PTC element is heated to a trip temperature or higher, the PTC element becomes a high state and its resistance increases rapidly.
  • At least one variable resistance element may be used, but it is preferable to use a plurality of variable resistance elements electrically connected in series.
  • the plurality of variable resistance elements may be formed separately, in which case the plurality of variable resistance elements may be thermally coupled to any of various locations of an electrical device (eg, a secondary battery) and arranged. .
  • some or all of the plurality of variable resistance elements may be integrally formed (for example, see Patent Document 2).
  • the temperature abnormality can be detected more quickly than when using a single variable resistance element. can do. It should be noted that those skilled in the art who do not need to electrically connect all of the plurality of variable resistance elements in series can appropriately modify the arrangement according to the arrangement of the variable resistance elements.
  • variable resistance elements are particularly likely to be overheated and may be arranged at locations! However, when a plurality of variable resistance elements are used, they may be evenly arranged on the surface of the electric device. It is preferable to arrange at least one variable resistance element on the surface at a rate of 10 cm 2 .
  • the "switching element” that controls the current according to the applied voltage refers to controlling the ONZO FF of the current flowing through the electric device depending on the voltage applied to the switching element.
  • An element that can be used a state in which the current flowing through the electric device is not substantially limited by the switching element is simply referred to as “ON”, and the current that should flow through the electric device is switched on.
  • the state in which the electric current is substantially prevented from flowing through the electric device by being interrupted by the tuning element is simply referred to as “OF FJ.
  • the switching element is a field-effect transistor (Field-Effect).
  • FET field-effect transistor
  • MOSFET Metal-oxide-semiconductor
  • the overheat prevention device further includes a resistor, the variable resistance element and the resistor are electrically connected in series with each other and in parallel with an electric device, and the switching element is connected in parallel with the resistor. Is electrically connected to According to such a configuration, the object of the present invention can be achieved with an extremely simple configuration that does not require a complicated control circuit.
  • the gate of the FET is electrically connected between the variable resistance element and one end of the resistor, and the source of the FET is electrically connected to the other end of the resistor. Then, the source and the drain of the FET are electrically connected so as to form a part of an electric circuit including the electric device.
  • the voltage between the gate and the source of the FET is higher than the threshold, a current flows between the source and the drain, so that the current flows to the electric device (ON), and when the voltage between the gate and the source becomes lower than the threshold.
  • the current flowing to the electric device can be cut off (OFF).
  • V GS ⁇ V 0
  • V is the voltage between the gate and source
  • V is the voltage across the variable resistance element and the resistor
  • P is the voltage across the variable resistance element and the resistor
  • the resistance P in Equation (1) is the resistance of the variable resistance element itself, and n (n is a natural number) variable resistance elements are electrically connected in series.
  • n a natural number
  • the resistor is a well-known resistor and is generally a fixed resistor.
  • the resistance of a fixed resistor can be considered to be substantially constant, albeit with some temperature dependence.
  • the resistance ⁇ of the variable resistance element changes depending on the temperature, more specifically, the temperature of a portion thermally coupled to an electric device (eg, a secondary battery).
  • variable resistance element at least one of the variable resistance elements is used
  • the gate-source voltage V is set to be equal to or lower than the predetermined threshold voltage V.
  • the relationship between the resistance P of the variable resistance element and the resistance scale of the resistor is expressed as RZP> IO
  • the overheat prevention device of the present invention further includes another variable resistance element whose resistance changes according to temperature, for example, a PTC element, for preventing an overcurrent of the electric device.
  • the variable resistance element for preventing overcurrent is electrically connected in series to an electric circuit including an electric device, unlike the variable resistance element for detecting an abnormal temperature as described above.
  • the secondary battery (or cell) that can be used in combination with the overheat prevention device of the present invention is, for example, a nickel-metal hydride secondary battery, a double-powered secondary battery, a lithium ion secondary battery. Batteries, lithium manganese rechargeable batteries, lithium polymer rechargeable batteries, and various other rechargeable batteries!
  • the overheat prevention device of the present invention can be used to prevent overheating of a secondary battery built in portable equipment such as a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a notebook computer, a digital camera, and a digital movie. Can be used for However, the overheat prevention device of the present invention is not limited to this, and is portable or movable (or In various electrical devices (which may be subject to space restrictions), it could be used to prevent overheating of various electrical electronic components.
  • an electric apparatus including the overheat prevention device of the present invention as described above.
  • an electric device includes a secondary battery electrically connected to an electric element to form an electric circuit, and an overheat prevention device is electrically connected between the secondary battery and the element in parallel.
  • the electric element includes, for example, a load such as various application circuits that operate using the secondary battery as a power supply, or an external power supply such as a charger for charging the secondary battery.
  • a load such as various application circuits that operate using the secondary battery as a power supply, or an external power supply such as a charger for charging the secondary battery.
  • Such an electrical device may be a portable device as exemplified above.
  • the electric device of the present invention is not limited to this, and may be an electric device including various components in addition to or instead of the secondary battery.
  • a novel overheat prevention device capable of interrupting a current flowing through an electric device depending on the temperature of the electric device including, for example, a secondary battery and effectively preventing overheating of the electric device. And an electric device including the same.
  • a variable resistance element such as a PTC element Since the temperature abnormality is detected by the control device and the current flowing to the electric device through the switching element is controlled, the decrease in the power efficiency of the electric device can be reduced to a negligible level.
  • variable resistance elements in the case where a plurality of variable resistance elements are used in the present invention, a plurality of variable resistance elements can be attached to various places of the electric device, and therefore, compared with the case where one variable resistance element is used, The temperature abnormality of the electric device can be detected more quickly, and the occurrence of the local temperature abnormality can be appropriately dealt with.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electric circuit incorporating an overheat prevention device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a use state of the overheat prevention device in the embodiment of FIG. 1, FIG. 2 is a perspective view of a secondary battery to which a PTC element for detecting a temperature abnormality is attached.
  • FIG. 3 is a block diagram of an electric circuit showing a modification of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a block diagram of a conventional electric circuit incorporating a PTC element for preventing overheating. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a block diagram of an electric circuit 10 including a secondary battery in which the overheat prevention device 20 of the present embodiment is incorporated.
  • a secondary battery 1 is electrically connected to an application circuit (electrical element) 3 and wiring 19 via terminals 7a and 7b to form an electric circuit 10.
  • an overheat prevention device 20 (portion surrounded by a dotted line in the figure) is electrically connected in parallel between the secondary battery 1 and the application circuit 3 and incorporated.
  • the electric device (not shown) in the present embodiment is a portion including the secondary battery 1 on the left side of the terminals 7a and 7b and the overheat prevention device 20, and corresponds to a so-called battery pack.
  • the application circuit 3 may be detachable from this electrical device via terminals 7a and 7b.
  • n PTC elements 11 and resistors 13 are connected in series.
  • the force in which the resistor 13 and the FET 15 are connected in parallel, One HG) is electrically connected between the PTC element 11 and one end of the resistor 13, and the source (S) of the FET 15 is electrically connected to the other end of the resistor 13.
  • the drain (D) of the FET 15 is electrically connected to the application circuit 3 via an optional PTC element 17 described later, and the source (S) and the drain (D) are connected to the secondary battery 1 and the application circuit 3. It is arranged so as to constitute a part of an electric circuit including:
  • Each of the n PTC elements 11 is for detecting a temperature abnormality of the secondary battery 1, and may be disposed in close contact with the upper surface of the secondary battery 1 as shown in FIG. 2, for example. Instead, they may be arranged on the side surface and the lower surface. In FIG. 2, positions a and b of the wiring 19 correspond to positions a and b shown in the block diagram of FIG. 1, respectively. Although four PTC elements 11 are shown in FIG. 2 by way of example, fewer or more PTC elements 11 may be used.
  • the secondary battery 1 for example, a two-way Doniary battery, a nickel hydride secondary battery, a lithium ion secondary battery, or the like can be used.
  • the voltage V across the secondary battery 1 is not particularly limited, but may be, for example, about 0.8-3.2V. Any suitable application circuit or load can be used for the application circuit 3 electrically connected to such a secondary battery 1.
  • a PTC element having appropriate electric characteristics such that a reference temperature for determining whether the secondary battery 1 is in an overheated state corresponds to the trip temperature.
  • the trip temperature of the PTC element 11 can be about 70 to 120 ° C.
  • the resistance value is about 10 ⁇ -lk Q
  • the PTC element 11 is in the high state (typically, The resistance value when the element temperature is about 100 ° C) can be about 100 ⁇ to 10k ⁇ .
  • the number (n) of the PTC elements 11 can be used according to a desired temperature detection point of the secondary battery 1.
  • PTC elements 11 When a plurality of PTC elements 11 are used (that is, when n is 2 or more), all or some of them may have the same electric property or different electric properties. These PTC The elements are preferably arranged as uniformly as possible on the entire surface of the secondary battery, for example, at least one element per 10 cm 2 . The number of PTC elements 11 depends on the total surface area of the electrical device, but is generally two to about ten.
  • resistor 13 any appropriate fixed resistor can be used as resistor 13.
  • P is the value when all the PTC elements 11 are in the Low state.
  • P is the value when at least one PTC element 11 trips and goes high.
  • the threshold voltage V of the FET 15 is determined by various voltages such as the voltage across the rechargeable battery 1, the resistance of the resistor 13, the trip temperature of the PTC element 11, the resistance in the low and high states, and the number of the PTC elements 11. Force depending on factors, for example, about 0.8-2. OV.
  • a PTC element 17 for detecting an abnormal temperature may be added to the PTC element 11 for detecting an abnormal temperature, and a PTC element 17 for preventing overcurrent may be electrically connected in series between the secondary battery 1 and the application circuit 3.
  • the PTC element 17 is a force provided as being provided between the application circuit 3 and the drain of the FET 15. It is inserted in series!
  • the PTC element 17 for overcurrent prevention includes a PTC element having appropriate electric characteristics such that the reference temperature for determining whether the current flowing through the secondary battery 1 is an overcurrent corresponds to the trip temperature. Can be used.
  • the wiring 19 for electrical connection between the members may be a general wiring.
  • conductive materials such as copper, nickel, chromium, etc. may be used in any suitable form.
  • the gate circuit 11 when the secondary battery 1 is in a normal temperature state, for example, when the surface temperature of the secondary battery 1 is about ⁇ 20 to 70 ° C., all the PTC elements 11 are in a low state. Therefore, the resistance p, p, p,..., P force S of each PTC element 11 is smaller, and the resultant resistance P ( ⁇ p) thereof is also smaller. As a result, the gate
  • the source-to-source voltage V is relatively large, for example, the voltage V across the secondary battery is about 3V
  • Such a gate-source voltage V is, for example, about 0.8 1. Since the threshold voltage V is higher than 2V, the current between the source (S) and drain (D) of FET15 is th
  • the temperature of the PTC element 11 arranged in close contact with the secondary battery 1 also rises accordingly.
  • the state changes from the low state to the high state, and the resistance P of the PTC element 11 (however, m is an arbitrary natural number of 1-n), and the combined resistance P also increases rapidly.
  • the gate-source voltage V is extremely small, for example, the voltage V across the rechargeable battery is about
  • Such a gate-source voltage V is, for example,
  • the threshold voltage between the source (S) and drain (D) of FET15 is lower than the threshold voltage V as described above.
  • ONZOFF of the current flowing to the secondary battery 1 can be controlled according to the temperature of the secondary battery 1.
  • the temperature abnormality of the secondary battery 1 is detected by the PTC element 11, and the control function of the overheat prevention device 20 controls the electric power including the secondary battery 1.
  • the current flowing through the circuit can be cut off.
  • Such current interruption (OFF) is performed when at least one of the plurality of PTC elements detects an abnormal temperature of the secondary battery 1, and all PTC elements detect the abnormal temperature of the secondary battery 1. Since the current flows (ON) only when no detection is performed, overheating of the secondary battery can be effectively prevented. Therefore, even when the secondary battery 1 is in a locally overheated state, this can be quickly detected, and the safety of the electric circuit 10 including the secondary battery can be dramatically improved as compared with the related art.
  • the PTC element 17 also realizes the overcurrent prevention.
  • the current flowing through the secondary battery 1 becomes excessive due to some factor such as a failure of the application circuit 3, large Joule heat is generated in the PTC element 17.
  • the low state force also transitions to the high state, and the resistance of the PTC element 17 rapidly increases and the current flowing in the electric circuit including the secondary battery 1 decreases. Let it.
  • the PTC element 17 is in a thermal equilibrium state and maintains a high state to protect the electric circuit.
  • the factor that caused the overcurrent is removed and the temperature of the PTC element 17 drops below its trip temperature, it returns to a low state and the resistance of the PTC element 17 decreases rapidly, and the electric circuit including the secondary battery 1 Current returns to ON.
  • the overheat prevention device 20 of the present embodiment preferably includes such a PTC element 17 for preventing overcurrent, but is not essential to the implementation of the present invention.
  • an n-channel MOSFET may be used as a switching element, and a p-channel MOSFET may be used.
  • an electric circuit as shown in Fig. 3 can be applied.
  • the overheat prevention device 20 'shown in FIG. 3 uses the same components as those in FIG. 1 except that a p-channel MOSFET 15' is used instead of the n-channel MOSFET 15 in FIG.
  • parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the overheat prevention device 20 ′ shown in FIG. 3 performs the same function as the overheat prevention device 20 of the present embodiment in FIG.
  • the overheat prevention device and the electric device applied at the time of discharging the secondary battery have been described as one example of the present invention. However, based on the principle of the present invention, the device is applied at the time of charging. It will be understood by those skilled in the art that the overheating protection device and the electrical apparatus can be designed.
  • the overheating prevention device of the present invention can be suitably used for effectively preventing overheating of an electric device such as a secondary battery.

Abstract

 二次電池の過熱を効果的に防止できる過熱防止デバイスを提供する。過熱防止デバイス(20)において、温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子(11)を電気装置(1)の所定の箇所に熱的に結合させて配置し、印加電圧に応じて電流制御するスイッチング素子(15)を電気装置(1)に流れる電流を制御するようにして設ける。可変抵抗素子(11)は電気装置(1)の所定の箇所が高温状態となったときにスイッチング素子(15)の印加電圧を変化させて電気装置(1)に流れる電流を遮断する。

Description

明 細 書
過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置
技術分野
[0001] 本発明は電気装置、例えば二次電池の過熱を防止するための過熱防止デバイス に関し、より詳細には、 PTC素子などの温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子 を用いた過熱防止デバイスに関する。更に、本発明はこのような過熱防止デバイスを 備える電気装置に関する。
[0002] 尚、「PTC素子」とは、電気 Z電子回路技術の分野において知られているように、 正の温度係数(Positive Temperature Coefficient)を有するサーミスタを言う。 PTC素 子の温度が比較的低いとき(例えば常温時)は、その電気抵抗も低いが、 PTC素子 の温度がある温度 (以下、トリップ温度と言う)を超えると電気抵抗が急激に増加する 。本明細書において、 PTC素子の前者の状態を Low状態、後者の状態を High状態 とも言うものとする。 PTC素子のこのような温度依存電気特性 (または抵抗変化)は可 逆的である。
背景技術
[0003] 近年、携帯電話などの電子 Z電気機器に内蔵される二次電池の過熱を防止する ために PTC素子が用いられて 、る(例えば特許文献 1を参照のこと)。
[0004] 1つの例として、このような過熱防止用 PTC素子が組み込まれた従来の電気回路 のブロック図を図 4に示す。図示するように、従来の電気回路 60においては、電子 Z 電気機器(図示せず)に内蔵される二次電池 61が端子 67aおよび 67bを介してアブ リケーシヨン回路 63と電気接続されている。また、二次電池 61とアプリケーション回路 63との間には PTC素子 65が直列に挿入されている。このような PTC素子 65は、二 次電池 61の温度異常を検知し得るように電子 Z電気機器の内部にて二次電池 61に 密着して配置される。
[0005] 上記のような電気回路 60にて二次電池 61を電源として用いてアプリケーション回 路 63を駆動させると、二次電池 61における放電反応で発生する熱により二次電池 6 1の温度が上昇し得る。二次電池 61の温度上昇につれて PTC素子 65の温度も上昇 するが、通常の状態では PTC素子 65はトリップ温度未満であり、 Low状態にある。こ のとき、 PTC素子 65の抵抗値は十分に低いので、二次電池 61の放電に実質的に 影響を与えない。
[0006] しかし、二次電池 61における放電反応が過度に進行し、温度異常 (異常発熱)を示 すことが想定され得る。このような場合、二次電池 61の熱的影響を受けて PTC素子 6 5の温度がトリップ温度を超えると、 Low状態力 High状態に遷移(トリップ)して、 PT C素子 65の電気抵抗が急激に増加する。これにより、 PTC素子 65に流れる電流、即 ち、二次電池 61に流れる電流が著しく制限されることとなる。以上のようにして、二次 電池 61の温度異常を PTC素子 65により検知して、二次電池 61の過熱を防止するこ とができる。温度異常の要因が除去されれば、 PTC素子 65はやがて元の Low状態 に復帰する。
[0007] また、 PTC素子 65は上述のような二次電池 61の過熱防止に加えて、過電流防止 の機能をも果たす。
[0008] 過電流が生じていない通常の電流状態では PTC素子 65は Low状態にあり、二次 電池 61の放電に実質的に影響を与えない。しかし、電気回路 60に流れる電流が過 大となると、 PTC素子 65にてジュール熱が顕著に発生する。やがて PTC素子 65の 温度がトリップ温度を超えると、 Low状態力も High状態に遷移して、 PTC素子 65の 電気抵抗が急激に増加し、二次電池に流れる電流が著しく制限されることとなる。こ れにより、 PTC素子 65は二次電池 61に流れる電流異常を検知して、過電流を防止 することちでさる。
[0009] PTC素子は、当該技術分野において知られているように、可逆的な温度依存電気 特性 (抵抗変化)を有するため、繰り返し使用可能 (またはリセッタブル)である。この ため、 PTC素子を二次電池の過熱防止等に利用すると、ヒューズのように使用する 毎にこれを交換する必要がな 、と 、う利点がある。
[0010] 特許文献 1:特開 2001— 102039号公報
特許文献 2:特表 2002— 528874号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0011] 図 4を参照して上述したような従来の電気回路 60において二次電池 61の温度異 常を検知するためには、二次電池 61の熱が PTC素子 65へ十分に伝わる必要がある 。このため、二次電池 61の温度異常 (または異常発熱)が、 PTC素子 65の密着部か ら離れた部分にぉ 、て局所的に生じて!/、る場合、二次電池 61の温度異常が生じて から、これを PTC素子 65により検知するまでに(即ち、 PTC素子 65の温度がトリップ 温度を超えるに至るまでに)時間的な遅れ、即ちタイムラグを生じていた。このタイム ラグが大きいと、二次電池の温度異常により起こり得る問題を十分に解消できなくな るため、タイムラグはなるべく小さ 、ことが望まし!/、。
[0012] タイムラグを短縮するために、例えば図 4の電気回路 60において、 1つの PTC素子 65に代えて、直列接続された複数の PTC素子 (例えば特許文献 2を参照のこと)を 二次電池 61とアプリケーション回路 63との間に直列に挿入し、これら PTC素子を二 次電池 61の複数箇所と密着させて配置することも考えられ得るであろう。しかしなが ら、 PTC素子の数が増えるにつれてそれらの合成抵抗が大きくなり、 PTC素子による 電圧降下が無視できなくなる。よって、このような回路構成では、 1つの PTC素子を用 いる従来の回路構成(図 4を参照のこと)に比べて、二次電池の通常の温度状態にお いて、電気回路本来の目的とは異なる過熱防止目的のために組み込まれた PTC素 子によって消費される電力が増大し、電気装置の電力効率が低下するという新たな 問題を生じることとなる。
[0013] この新たな問題を解決するため、 Low状態における抵抗値が極めて低い PTC素子 を複数個用いることも考えられ得る。しかし、このような低抵抗 PTC素子はより抵抗の 高 、PTC素子に比べて占有空間が大き!/、ため、実装スペースが限られて!/、る二次 電池などに取り付けるには適さない。
[0014] 本発明は、上記のような従来の問題を解決すべくなされたものであり、本発明の目 的は、例えば二次電池などの電気装置の過熱を効果的に防止することができる新規 な過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明の 1つの要旨によれば、温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子、例え ば PTC素子を含む過熱防止デバイスであって、電気装置 (電子装置を含む)に流れ る電流を印加電圧に応じて制御するスイッチング素子を更に含み、可変抵抗素子は 電気装置の所定の箇所に熱的に結合して配置され、所定の箇所が高温状態となつ たときにスイッチング素子の印加電圧を変化させて電気装置に流れる電流を遮断す ることができる、新規な過熱防止デバイスが提供される。
[0016] 従来は、温度異常の検知および温度異常を検知した場合の電流制限を可変抵抗 素子のみで行って!/、た。このように可変抵抗素子 (PTC素子)を単独で用いる従来の 場合とは異なり、本発明の過熱防止デバイスは、可変抵抗素子とスイッチング素子と を適切に組み合わせて用 ヽるものである。本発明の過熱防止デバイスにおいては、 可変抵抗素子で温度異常を検知し、温度異常を検知した場合には、可変抵抗素子 がスイッチング素子の印加電圧を変化させることにより、電気装置に流れる電流を遮 断するように制御できる。よって、可変抵抗素子それ自体は電気装置に流れる電流 を制限するものではなぐ可変抵抗素子は電気装置に直列に接続する必要はない。 従って、本発明の過熱防止デバイスによれば、電気装置の電力効率の低下を無視し 得る程度に維持しつつ、電気装置の温度異常 (特に、局所的な温度異常)を速やか に検知して過熱を効果的に防止することができる。
[0017] 更に、本発明の過熱防止デバイスは、通常の温度状態における抵抗が極めて低い 可変抵抗素子を用いる必要がなぐ占有空間がより小さい可変抵抗素子を用いること ができるので、実装スペースが限られている電気装置に適用するのに好都合である。
[0018] 本発明の 1つの態様によれば、二次電池を含む電気装置において、可変抵抗素子 は二次電池に熱的に結合して配置される。このような態様では、二次電池の所定の 箇所にて温度異常を検知して二次電池に流れる電流を遮断することが可能となる。 このような二次電池を含む電気装置は、例えばいわゆる電池パックの形態であってよ い。
[0019] 本発明において、温度に応じて抵抗が変化する「可変抵抗素子」とは、該素子が曝 される温度環境に依存して該素子の電気抵抗が変化するものを言う。可変抵抗素子 は、例えば PTC素子であり、好ましくはポリマー PTC素子である。 PTC素子は電気
Z電子回路技術の分野において既知であるのでその詳細な説明は省略する。ポリマ 一 PTC素子は、 PPTC素子またはポリスイッチ(商標)とも呼ばれるものである。例え ば、ポリマー PTC素子は、導電性フィラーが分散されたポリマー層を 2枚の金属電極 箔で挟んだ構造を有する。
[0020] また、可変抵抗素子が対象物および Zまたは対象箇所に「熱的に結合して配置さ れる」とは、該対象物 Z対象箇所の温度環境に曝されるようにして配置されることを言 う。例えば、可変抵抗素子が対象物 Z対象箇所に少なくとも部分的に接触して、好ま しくはこれに密着して配置されることを意味する。本発明のように、可変抵抗素子を電 気装置の所定の箇所に熱的に結合させて配置することにより、該所定の箇所の温度 に依存して可変抵抗素子の抵抗を変化させることができ、該所定の箇所の温度異常 を検知することができる。例えば、可変抵抗素子として PTC素子を用いれば、該所定 の箇所が過熱により高温状態となり、 PTC素子がトリップ温度以上に加熱されたとき に PTC素子は High状態となり、その抵抗が急激に増大する。
[0021] 可変抵抗素子は少なくとも 1つあればよいが、複数の可変抵抗素子を直列に電気 接続して用いることが好まし 、。複数の可変抵抗素子は別個に形成されて 、てよく、 この場合、複数の可変抵抗素子を電気装置 (例えば二次電池)の任意の様々な箇所 に熱的に結合させて配置することができる。あるいは、複数の可変抵抗素子はその 一部または全部が一体に形成されて 、てもよ ヽ(例えば特許文献 2を参照のこと)。 いずれにせよ、複数の可変抵抗素子を用いることにより、 1つの可変抵抗素子を用い る場合に比べて、電気装置に局所的な温度以上が生じていても、その温度異常をよ り迅速に検知することができる。尚、これら複数の可変抵抗素子の全てが直列に電気 接続されている必要はなぐ当業者であれば、可変抵抗素子の配置等に応じて適宜 改変し得るであろう。
[0022] 可変抵抗素子は特に過熱が起き易 、箇所に配置してよ!、が、複数の可変抵抗素 子を用いる場合には電気装置の表面に均等に配置してもよ!ヽ。可変抵抗素子は 10c m2あたり少なくとも 1個の割合で表面に配置することが好ましい。
[0023] また、本発明にお 、て、印加電圧に応じて電流を制御する「スイッチング素子」とは 、スイッチング素子に印加される電圧に依存して、電気装置に流れる電流の ONZO FFを制御し得る素子を言う。以下、電気装置に流れる電流がスイッチング素子により 実質的に制限されない状態を単に「ON」と言い、電気装置に流れるべき電流がスィ ツチング素子により遮断され、電気装置に電流が実質的に流れない状態を単に「OF FJとも言うものとする。スイッチング素子は電界効果トランジスタ(Field-Effect
Transistor)、即ち FETを含み、好ましくは MOSFETである。 FETはスイッチング素 子として電気 Z電子回路技術の分野において既知であるのでその詳細な説明は省 略する。 FETには、 nチャンネル型または pチャンネル型のいずれをも適宜用いること ができる。
[0024] 本発明の 1つの態様においては、過熱防止デバイスは抵抗器を更に含み、可変抵 抗素子および抵抗器は互いに直列かつ電気装置に並列に電気接続され、スィッチ ング素子は抵抗器に並列に電気接続されている。このような構成によれば、複雑な制 御回路を要することなぐ極めて簡単な構成で本発明の目的を達成することができる
[0025] より具体的には、スイッチング素子に FETを用いる場合、 FETのゲートを可変抵抗 素子と抵抗器の一端との間に電気接続し、 FETのソースを抵抗器の他端に電気接 続し、 FETのソースおよびドレインが電気装置を含む電気回路の一部を構成するよう に電気接続する。このような構成によれば、 FETのゲート ソース間電圧が閾値より 高いときには、ソース ドレイン間に電流が流れるので、電気装置に電流を流し (ON) 、ゲート ソース間電圧が閾値以下となったときには、ソース ドレイン間に電流が実 質的に流れなくなるので、電気装置に流れる電流を遮断する(OFF)ことができる。
[0026] この場合において、ゲート ソース間電圧の大きさは、以下の式(1)
[数 1]
VG S=^^V0 · · · ( 1 )
G S P + R 0
(式中、 V :ゲート ソース間電圧、 V:可変抵抗素子および抵抗器の両端電圧、 P :
GS 0
可変抵抗素子の抵抗、 R:抵抗器の抵抗)
によって表される。
[0027] 1個の可変抵抗素子を用いる場合、式(1)中の抵抗 Pは該可変抵抗素子そのもの の抵抗であるが、 n個 (nは自然数)の可変抵抗素子を直列に電気接続して用いる場 合には、抵抗 Pは、以下の式(2)により表されるように、個々の可変抵抗素子の抵抗 p 、 p 、 p 、 · · · ·ρの合成抵抗となる。
1 2 3 η
[数 2]
P = P l+ p 2+ p 3+ · · · + Ρ η=∑Ρ · · · ( 2 )
[0028] 抵抗器は周知の抵抗器であってよぐ一般的には固定抵抗器である。固定抵抗器 の抵抗は、多少の温度依存性が認められるものの、実質的に一定であるとみなし得 る。他方、可変抵抗素子の抵抗 Ρは温度、より詳細には電気装置 (例えば二次電池) と熱的に結合させた箇所の温度に依存して変化する。可変抵抗素子 (複数の可変抵 抗素子を用いる場合にはその全て)が Low状態にある場合は、抵抗 Pは比較的小さ い所定の値(=P )
しである。可変抵抗素子 (複数の可変抵抗素子を用いる場合には そのうちの少なくとも 1つ)が High状態にある場合は、抵抗 Pは極めて大きな値(=P
H
)となる。可変抵抗素子の状態に応じて電流の ONZOFFを制御するためには、前 者の場合にはゲート ソース間電圧 V が所定の閾値電圧 V よりも大きぐ後者の場
GS th
合にはゲート ソース間電圧 V が所定の閾値電圧 V 以下になるように、本発明の
GS th
過熱防止デバイスを設計する。
[0029] 本発明を限定するものではないが、可変抵抗素子の抵抗 Pと抵抗器の抵抗尺との 関係は、 RZP > IO
L かつ RZP
Hく ΐΖΐοとなるように設計することが好ましい。
[0030] 好ましい態様においては、本発明の過熱防止デバイスは、電気装置の過電流を防 止するために、温度に応じて抵抗が変化する別の可変抵抗素子、例えば PTC素子 を更に含む。過電流防止用の可変抵抗素子は、上記のような温度異常検知用の可 変抵抗素子とは異なり、電気装置を含む電気回路に直列に電気接続される。
[0031] 本発明の 1つの態様において、本発明の過熱防止デバイスと組み合わせて用いら れ得る二次電池 (またはセル)は、例えばニッケル水素二次電池、二力ドニ次電池、リ チウムイオン二次電池、リチウムマンガン二次電池、リチウムポリマー二次電池ならび にその他種々の二次電池であってよ!/、。
[0032] 本発明の過熱防止デバイスは、例えば携帯電話、携帯情報端末 (PDA)、ノート型 ノ ソコン、デジタルカメラ、デジタルムービーなどの携帯型機器などに内蔵されるよう な二次電池の過熱防止のために用いられ得る。しかし、本発明の過熱防止デバイス はこれに限定されず、熱の蓄積が問題となる携帯型または移動可能な (または占有 空間の制限を受け得るような)種々の電気装置において、様々な電気 Z電子部品の 過熱防止のために用いられ得るであろう。
[0033] また、本発明の別の要旨によれば、上記のような本発明の過熱防止デバイスを備え る電気装置もまた提供される。本発明の 1つの態様において、電気装置は電気的な 要素と電気接続されて電気回路を構成する二次電池を含み、二次電池と要素との間 に過熱防止デバイスが並列に電気接続される。電気的な要素には、例えば二次電 池を電源として動作する種々のアプリケーション回路などの負荷、または二次電池の 充電のための充電器などの外部電源を含む。このような電気装置は、上記に例示し たような携帯型機器などであり得る。しかし、本発明の電気装置はこれに限定されず 、二次電池に加えて、またはこれに代えて種々の部品を含む電気装置であってよい
発明の効果
[0034] 本発明によれば、例えば二次電池を含む電気装置の温度に依存して電気装置に 流れる電流を遮断し、電気装置の過熱を効果的に防止することができる新規な過熱 防止デバイスおよびこれを備える電気装置が提供される。 PTC素子のみで温度異常 を検知して電気装置装置に流れる電流を制限する従来の場合と異なり、本発明の過 熱防止デバイスおよび Zまたは電気装置によれば、例えば PTC素子などの可変抵 抗素子で温度異常を検知し、スイッチング素子を通じて電気装置に流れる電流を制 御するので、電気装置の電力効率の低下を無視可能な程度に小さくすることができ る。
[0035] また、本発明において可変抵抗素子を複数個用いる場合には、複数の可変抵抗 素子を電気装置の様々な箇所に取り付けることができるので、 1つの可変抵抗素子を 用いる場合に比べて、電気装置の温度異常をより迅速に検知することができ、局所 的な温度異常の発生に好適に対処できる。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本発明の 1つの実施形態における過熱防止デバイスが組み込まれた電気回路 のブロック図である。
[図 2]図 1の実施形態における過熱防止デバイスの使用状態を説明する図であって、 温度異常検知用 PTC素子が取り付けられた二次電池の斜視図である。
[図 3]図 1の実施形態の改変例を示す電気回路のブロック図である。
[図 4]過熱防止用 PTC素子が組み込まれた従来の電気回路のブロック図である。 符号の説明
[0037] 1 二次電池
3 アプリケーション回路
7a, 7b 端子
10 電気回路
11 PTC素子 (温度異常検知用)
13 抵抗器
15 FET
17 PTC素子 (過電流防止用)
19 配線
20 過熱防止デバイス
発明を実施するための最良の形態
[0038] 本発明の 1つの実施形態における過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置
(図示せず)について以下に説明する。
[0039] 図 1は、本実施形態の過熱防止デバイス 20が組み込まれた、二次電池を含む電気 回路 10のブロック図である。図 1に示すように、概略的には、二次電池 1がアプリケー シヨン回路 (電気的要素) 3と端子 7aおよび 7bを介して配線 19により電気接続されて 電気回路 10を構成している。この電気回路 10において、二次電池 1とアプリケーショ ン回路 3との間に過熱防止デバイス 20 (図中、点線にて囲まれた部分)が並列に電 気接続されて組み込まれている。本実施形態における電気装置(図示せず)は、端 子 7aおよび 7bより左側の二次電池 1と過熱防止デバイス 20とを備える部分であり、 いわゆる電池パックに相当する。アプリケーション回路 3は端子 7aおよび 7bを介して この電気装置と着脱可能であり得る。
[0040] この過熱防止デバイス 20においては n個の PTC素子 11と抵抗器 13とが直列に接 続されている。また、抵抗器 13と FET15とが並列に接続されている力、 FET15のゲ 一 HG)は PTC素子 11と抵抗器 13の一端との間に電気接続され、 FET15のソース (S)は抵抗器 13の他端と電気接続されている。また、 FET15のドレイン (D)は、後述 するオプションの PTC素子 17を介して、アプリケーション回路 3に電気接続されてお り、ソース(S)およびドレイン (D)が二次電池 1とアプリケーション回路 3を含む電気回 路の一部を構成するように配置されて 、る。
[0041] PTC素子 11および抵抗器 13の両端電圧 V (即ち、図 1の a— b間の電圧)は、二次
0
電池 1の両端電圧 Vと等しい。また、 FET15のゲート-ソース間電圧 V は、抵抗器 1
GS
3の両端電圧に等しぐ上述の式(1)にて表される。また、 n個の PTC素子の合成抵 抗 Pは、上述の式(2)により表される。
[0042] n個の PTC素子 11はいずれも二次電池 1の温度異常検知用であり、例えば図 2に 示すように二次電池 1の上面に密着して配置してよいが、これに限定されず、その側 面および下面にも配置されていてよい。図 2中、配線 19の位置 aおよび bは、図 1のブ ロック図に示す箇所 aおよび bにそれぞれ相当する。尚、図 2では例示的に 4つの PT C素子 11を示すが、これより少ない、または多い数の PTC素子 11を用いてもよい。
[0043] 二次電池 1には、例えば二力ドニ次電池、ニッケル水素二次電池、またはリチウムィ オン二次電池などを用い得る。二次電池 1の両端電圧 Vは特に限定されないが、例 えば約 0. 8-3. 2Vとされ得る。このような二次電池 1に電気接続されるアプリケーシ ヨン回路 3には、任意の適切なアプリケーション回路または負荷を用い得る。
[0044] PTC素子 11には、二次電池 1が過熱状態にあるかどうかの判断の基準温度がトリ ップ温度に対応するような、適切な電気特性を有する PTC素子を用いる。例えば、直 流電源により各 PTC素子 11に約 0. 2Vの電圧を印加し、約 2mAの電流を流す条件 下において、 PTC素子 11のトリップ温度は約 70— 120°Cとされ得る。また、同条件 下において、 PTC素子 11の Low状態(典型的には素子温度 約 20°C)のときの抵 抗値は約 10 Ω— lk Q、 PTC素子 11の High状態(典型的には素子温度 約 100°C )のときの抵抗値は約 100 Ω— 10k Ωとされ得る。
[0045] PTC素子 11の個数 (n)は、二次電池 1の所望の温度検知箇所に応じて用い得る。
PTC素子 11を複数個用いる場合 (即ち、 nが 2以上のとき)、そのうちの全てまたは一 部が同じ電気特性を有していても、異なる電気特性を有していてもよい。これら PTC 素子は二次電池の全表面になるべく均等に、例えば 10cm2あたり少なくとも 1個の割 合で配置することが好ましい。 PTC素子 11の数は、電気装置の全表面積にもよるが 、一般的には 2個一約 10個である。
[0046] また、抵抗器 13には任意の適切な固定抵抗器を用い得る。抵抗器 13の抵抗 Rは、 PTC素子 11の抵抗 P (=∑p)に対して、 R/P > 10かつ R/P く 1/10となるよう
L H
に設計することが好ましい。ここで、 Pは全ての PTC素子 11が Low状態にあるときの し
値であり、 P は少なくとも 1つの PTC素子 11がトリップして High状態となったときの値
H
である。
[0047] FET15には nチャンネル型 MOSFETを用いる。この FET15の閾値電圧 V は、 th 二次電池 1の両端電圧、抵抗器 13の抵抗値、 PTC素子 11のトリップ温度、 Low状 態および High状態の抵抗値ならびに PTC素子 11の個数などの種々の因子にもよる 力 例えば約 0. 8-2. OVとされ得る。
[0048] 更に、オプションとして、温度異常検知用の PTC素子 11にカ卩えて過電流防止用の PTC素子 17を二次電池 1とアプリケーション回路 3との間に直列に電気接続して設 け得る。図 1には、 PTC素子 17はアプリケーション回路 3と FET15のドレインとの間 に設けるものとして示した力 これに限定されず、二次電池 1とアプリケーション回路 3 との間の 、ずれかの箇所に直列に挿入されて!、ればよ!/、。過電流防止用の PTC素 子 17には、二次電池 1に流れる電流が過電流であるかどうかの判断の基準温度がト リップ温度に対応するような、適切な電気特性を有する PTC素子が用い得る。
[0049] 尚、各部材間の電気接続のための配線 19は一般的な配線であってよい。例えば 銅、ニッケル、クロムなどの導電性材料が任意の適切な形態で用い得る。
[0050] 次に、上記のような電気回路 10の作動下での過熱防止デバイス 20の機能につい て説明する。
[0051] まず、二次電池 1が通常の温度状態、例えば二次電池 1の表面温度が約- 20— 70 °Cの状態では、全ての PTC素子 11が Low状態にある。よって、各 PTC素子 11の抵 抗 p、 p、 p、 · · ·、 p力 S小さぐこれらの合成抵抗 P (∑p)も小さい。この結果、ゲート
1 2 3 n
ソース間電圧 V は比較的大きな値、例えば二次電池の両端電圧 Vが約 3Vである
GS
ときは約 1· 5-2. OVとなる。このようなゲート ソース間電圧 V は、例えば約 0. 8 1. 2Vの閾値電圧 V よりも高いので、 FET15のソース(S)—ドレイン(D)間に電流が th
流れ、二次電池 1を含む電気回路 10に流れる電流を ONにする。
[0052] 次に、二次電池 1における放電反応などにより二次電池 1の温度が上昇すると、二 次電池 1に密着して配置した PTC素子 11の温度もこれにつれて上昇する。二次電 池 1が過熱状態となり、少なくとも 1つの PTC素子 11の温度がそのトリップ温度を超え た場合には、 Low状態カゝら High状態に遷移してその PTC素子 11の抵抗 P (但し、 mは 1一 nの任意の自然数)が急激に増加し、合成抵抗 Pも急激に増加する。この結 果、ゲート ソース間電圧 V は極めて小さな値、例えば二次電池の両端電圧 Vが約
GS
3Vであるときは約 0. 2-0. 4Vとなる。このようなゲート ソース間電圧 V は、例え
GS
ば上記のような閾値電圧 V よりも低いので、 FET15のソース(S)—ドレイン(D)間に th
電流が流れずに、二次電池 1を含む電気回路 10に流れる電流を OFFにする。
[0053] その後、過熱を引き起こしていた要因が除去されると、 High状態にあった PTC素 子 11は Low状態に戻り、該 PTC素子の抵抗 P が急激に減少する。すべての PTC 素子 11が Low状態となって合成抵抗 Pが元の小さい値に戻ると、 FET15のソース( S) ドレイン (D)間に電流が流れ、二次電池 1を含む電気回路に流れる電流が ON に復帰する。
[0054] このように、本実施形態の過熱防止デバイス 20を用いることにより、二次電池 1に流 れる電流の ONZOFFを二次電池 1の温度に応じて制御することができる。換言す れば、本実施形態の過熱防止デバイス 20を用いることにより、二次電池 1の温度異 常を PTC素子 11により検知して、過熱防止デバイス 20の制御機能により二次電池 1 を含む電気回路に流れる電流を遮断することができる。このような電流の遮断 (OFF )は、複数の PTC素子の少なくとも 1つが二次電池 1の温度異常を検知したときに実 施され、また、全ての PTC素子が二次電池 1の温度異常を検知していないときにの み電流が流れる (ON)ので、二次電池の過熱防止を効果的に実現することができる 。よって、二次電池 1が局所的な過熱状態にあるときでも、これを迅速に検知して、二 次電池を含む電気回路 10の安全性を従来よりも飛躍的に向上させることができる。
[0055] また、上記のような二次電池 1の過熱防止に加えて、 PTC素子 17により過電流防 止も実現される。 [0056] 二次電池 1に流れる電流が、例えばアプリケーション回路 3の故障などの何らかの 要因により過大となったときには、 PTC素子 17にて大きなジュール熱が発生する。や がて PTC素子 17の温度がそのトリップ温度を超えると、 Low状態力も High状態に遷 移し、 PTC素子 17の抵抗が急激に増加して二次電池 1を含む電気回路に流れる電 流を減少させる。このとき、 PTC素子 17は熱平衡状態にあり、 High状態を維持して 電気回路を保護する。過電流を引き起こしていた要因が除去され、やがて PTC素子 17の温度がそのトリップ温度以下に低下すると、 Low状態に戻って PTC素子 17の 抵抗が急激に減少し、二次電池 1を含む電気回路の電流が ONに復帰する。
[0057] これにより、 PTC素子 17を用いて、二次電池 1を含む電気回路 10の過電流を防止 することができる。本実施形態の過熱防止デバイス 20は、このような過電流防止用の PTC素子 17を備えることが好ましいが、本発明の実施に必須ではないことに留意さ れるべきである。
[0058] 以上、本実施形態の過熱防止デバイスおよび電気装置につ!/ヽて説明したが、本発 明の概念を逸脱しない範囲で種々の改変が当業者によりなされるであろう。
[0059] 例えば、本実施形態ではスイッチング素子として nチャンネル型 MOSFETを用いる こととした力 pチャンネル型 MOSFETを用いることもできる。この場合には図 3に示 すような電気回路を適用し得る。図 3に示す過熱防止デバイス 20'においては、図 1 の nチャンネル型 MOSFET15に代えて pチャンネル型 MOSFET15 'を用 、たこと を除き、図 1と同様の部品を用いている。尚、図 3中、図 1と対応する部品には同様の 参照番号を付すものとし、詳細な説明は省略する。図 3に示す過熱防止デバイス 20' は、図 1の本実施形態の過熱防止デバイス 20と同様の機能を果たすものである。
[0060] また、本実施形態では本発明の 1つの例として二次電池の放電時に適用される過 熱防止デバイスおよび電気装置について説明したが、本発明の原理に基づいて、充 電時に適用される過熱防止デバイスおよび電気装置を設計できることは当業者には 理解され得るであろう。
産業上の利用可能性
[0061] 本発明の過熱防止デバイスは、例えば二次電池などの電気装置の過熱を効果的 に防止するために好適に用いられ得る。

Claims

請求の範囲
[1] 温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子を含む過熱防止デバイスであって、電 気装置に流れる電流を印加電圧に応じて制御するスイッチング素子を更に含み、可 変抵抗素子は電気装置の所定の箇所に熱的に結合して配置され、所定の箇所が高 温状態となったときにスイッチング素子の印加電圧を変化させて電気装置に流れる 電流を遮断することを特徴とする、過熱防止デバイス。
[2] 電気装置は二次電池を含み、可変抵抗素子は二次電池に熱的に結合して配置さ れる、請求項 1に記載の過熱防止デバイス。
[3] 可変抵抗素子が PTC素子である、請求項 1または 2に記載の過熱防止デバイス。
[4] 可変抵抗素子は直列に電気接続された複数の可変抵抗素子で構成される、請求 項 1一 3のいずれかに記載の過熱防止デバイス。
[5] 過熱防止デバイスは抵抗器を更に含み、
可変抵抗素子および抵抗器は互いに直列かつ電気装置に並列に電気接続され、 スイッチング素子は抵抗器に並列に電気接続されている、
請求項 1一 4のいずれかに記載の過熱防止デバイス。
[6] スイッチング素子が FETであり、
FETのゲートが可変抵抗素子と抵抗器の一端との間に電気接続され、 FETのソースが抵抗器の他端に電気接続され、
FETのソースおよびドレインが電気装置を含む電気回路の一部を構成するように 電気接続され、
FETのゲート ソース間電圧が閾値以下になったときに FETのソース—ドレイン間に 電流が実質的に流れなくなることにより、電気装置に流れる電流を遮断する、 請求項 5に記載の過熱防止デバイス。
[7] ゲート-ソース間電圧の大きさは、以下の式(1)
[数 1]
VG G SS-^ p +^ R V0o · · · ( 1 )
(式中、 V はゲート ソース間電圧、 Vは可変抵抗素子および抵抗器の両端電圧、 Pは可変抵抗素子の抵抗、 Rは抵抗器の抵抗である)
によって表される、請求項 6に記載の過熱防止デバイス。
[8] 電気装置の過電流を防止するために、温度に応じて抵抗が変化する別の可変抵 抗素子を更に含む、請求項 1一 7の 、ずれかに記載の過熱防止デバイス。
[9] 別の可変抵抗素子が PTC素子である、請求項 8に記載の過熱防止デバイス。
[10] 請求項 1一 9のいずれかに記載の過熱防止デバイスを備える、電気装置。
[11] 電気装置は電気的要素と電気接続されて電気回路を構成する二次電池を含み、 過熱防止デバイスは二次電池と電気的要素との間に並列に電気接続される、請求 項 10に記載の電気装置。
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