WO2020137983A1

WO2020137983A1 - 電流検知素子、電流検知素子複合体および保護回路

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Publication number: WO2020137983A1
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Inventors: 吉弘米田
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Abstract

この電流検知素子は、低融点金属層を有する導体と、導体と接続され、低融点金属層を加熱により溶断可能な発熱体と、導体の温度を測定するための温度測定素子とを有する。

Description

電流検知素子、電流検知素子複合体および保護回路

　本発明は、電流検知素子、電流検知素子複合体および保護回路に関し、例えば、二次電池の充放電回路において二次電池と充電装置との間に接続される電流検知素子、電流検知素子複合体および保護回路に関する。
　本願は、２０１８年１２月２６日に、日本に出願された特願２０１８－２４３６１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、保護回路は、携帯電話や携帯型コンピュータなどのモバイル機器や、充電式の電動機器など、二次電池が搭載された様々な機器に実装されている。このような機器としては、例えば、ドライバドリルとして構成された電動工具本体に着脱可能に装着され、当該電動工具本体に電源供給を行うバッテリパックがある（特許文献１）。

　このバッテリパックには、バッテリと、バッテリ状態検出用のＡＦＥ（アナログ・フロント・エンド）等のＩＣと、制御回路とが備えられている。このＡＦＥ等のＩＣは、制御回路からの指令に従いバッテリを構成する複数のバッテリセルのセル電圧を検出すると共に、バッテリの負極側電源ラインに設けられた電流検出用抵抗を介してバッテリへの充電電流やバッテリからの放電電流を検出するよう構成されている。また、電流検出用抵抗には、放電電流を検出する放電電流検出回路が接続されており、放電電流検出回路には、放電電流が所定の過負荷判定閾値に達したか否かを判定する過負荷判定回路が接続されている。そして、放電電流検出回路による検出結果及び過負荷判定回路による判定結果が、制御回路に入力される。

　また、このバッテリパックには、正極側電源ラインを遮断させる遮断スイッチが備えられている。遮断スイッチは、正極側電源ライン上に設けられるヒューズ部と、通電により発熱してヒューズ部を溶断させるヒーター部（発熱抵抗体）とを有する３つの保護素子にて構成されている。また、遮断スイッチの設置場所は負極側電源ラインでも良い。

特許第６４１８８７４号公報

　上記電流検出用抵抗は、シャント抵抗と呼ばれており、通常、抵抗温度係数の小さいマンガニン（例えば、ＣｕＭｎＮｉ合金）やＮｉＣｒ合金で形成された主導体で構成されている。このようなシャント抵抗を充放電回路で用いる場合、異常電流を検出したときには、シャント抵抗と直列接続された保護素子のヒューズ部を溶断させることにより、バッテリへの通電を停止させる必要がある。すなわち、保護回路に電流検出用抵抗と保護素子の双方を実装しなければならず、装置構成が複雑であると共に、装置の更なる小型化を実現し難い。

　本発明の目的は、保護回路における構成の簡略化と装置の更なる小型化と低コスト化を実現することができる電流検知素子、電流検知素子複合体および保護回路を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体と、
　前記導体と接続され、前記導体を加熱により溶断可能な発熱体と、
　前記導体の温度を測定するための温度測定素子と、
　を有する電流検知素子。
［２］前記温度測定素子は、前記導体および前記発熱体の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である、上記［１］に記載の電流検知素子。
［３］前記導体が、前記低融点金属層と、前記低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である、上記［１］に記載の電流検知素子。
［４］前記導体は、直列接続された第１ヒューズエレメントおよび第２ヒューズエレメントで構成され、
　前記発熱体が、前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続されている、上記［１］に記載の電流検知素子。
［５］前記第１ヒューズエレメントの前記第２ヒューズエレメントとは反対側に接続された第１電極部と、
　前記第２ヒューズエレメントの前記第１ヒューズエレメントとは反対側に接続された第２電極部と、
　前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続され、且つ前記発熱体と接続された第３電極部と、
　を更に有する、上記［４］に記載の電流検知素子。
［６］低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体と、前記導体と接続され、前記導体を加熱により溶断可能な発熱体とを有する保護素子と、
　前記保護素子の温度を測定するための温度測定素子と、を備え、
　前記保護素子及び前記温度測定素子が回路基板に実装されている、電流検知素子複合体。
［７］前記保護素子と前記温度測定素子とが熱伝導媒体で接続されている上記［６］に記載の電流検知素子複合体。
［８］前記温度測定素子は、前記導体および前記発熱体の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である、上記［６］に記載の電流検知素子複合体。
［９］前記導体が、前記低融点金属層と、前記低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である、上記［６］に記載の電流検知素子複合体。
［１０］前記導体は、直列接続された第１ヒューズエレメントおよび第２ヒューズエレメントで構成され、
　前記発熱体が、前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続されている、上記［６］に記載の電流検知素子複合体。
［１１］前記第１ヒューズエレメントの前記第２ヒューズエレメントとは反対側に接続された第１電極部と、
　前記第２ヒューズエレメントの前記第１ヒューズエレメントとは反対側に接続された第２電極部と、
　前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続され、且つ前記発熱体と接続された第３電極部と、
　を更に有する、上記［１０］に記載の電流検知素子複合体。
［１２］低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体と、前記導体と接続され、前記導体を加熱により溶断可能な発熱体と、前記導体の温度を測定するための温度測定素子と、を有する電流検知素子と、
　前記温度測定素子の出力から得られた前記導体の温度に基づいて前記導体の抵抗温度係数を補正し、補正後の抵抗温度係数を用いて前記導体に流れる電流を計測する電流計測素子と、
　前記電流検知素子の前記導体に接続された通電経路での異常を検知し、前記電流検知素子の前記発熱体を通電加熱する第１保護デバイスと、
　を備える保護回路。
［１３］前記第１保護デバイスは、前記電流検知素子の通電経路に接続されたバッテリの電圧を検出し、前記電圧に基づいて前記バッテリに異常が生じているか否かを判別する、上記［１２］に記載の保護回路。
［１４］前記保護回路に接続されたバッテリの充放電を制御する第２保護デバイスを更に備え、
　前記第２保護デバイスは、前記導体に流れる電流の計測値に基づいて前記電流検知素子の通電経路での異常を検知し、前記通電経路を停止する、上記［１３］に記載の保護回路。
［１５］前記温度測定素子は、前記導体および前記発熱体の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である、上記［１２］に記載の保護回路。
［１６］前記導体が、前記低融点金属層と、前記低融点金属層よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である、上記［１２］に記載の保護回路。
［１７］前記導体は、直列接続された第１ヒューズエレメントおよび第２ヒューズエレメントで構成され、
　前記発熱体が、前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続されている、上記［１２］に記載の保護回路。
［１８］電流検知素子が、
　前記第１ヒューズエレメントの前記第２ヒューズエレメントとは反対側に接続された第１電極部と、
　前記第２ヒューズエレメントの前記第１ヒューズエレメントとは反対側に接続された第２電極部と、
　前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続され、且つ前記発熱体と接続された第３電極部と、
　を更に有し、
　前記電流検知素子の前記導体に接続された前記通電経路に異常が生じたときに、前記第１ヒューズエレメントおよび前記第２ヒューズエレメントの少なくとも一方が溶断される、上記［１７］に記載の保護回路。

　本発明によれば、保護回路における構成の簡略化と装置の更なる小型化と低コスト化を実現することができる。

図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る電流検知素子の構成を概略的に示す平面図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る電流検知素子の構成を概略的に示す側面図である。図２は、本発明の第２実施形態に係る保護回路の構成を概略的に示す回路図である。図３は、図２の電流計測素子において導体の抵抗温度係数を補正する方法を説明するグラフである。図４は、本発明の第３実施形態に係る電流検知素子複合体の構成を概略的に示す平面図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［電流検知素子の構成］
　図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る電流検知素子の構成を概略的に示す平面図であり、図１Ｂは、側面図である。本実施形態では、携帯電話などのモバイル機器に実装される電流検知素子を例に挙げて説明する。

　図１Ａおよび図１Ｂに示すように、電流検知素子１０は、低融点金属層を有する導体１１と、導体１１と接続され、導体１１を加熱により溶断可能な発熱体１２と、導体１１の温度を測定するための温度測定素子１３とを有する。また、本実施形態では、電流検知素子１０は、基板１４と、導体１１の一端部に接続された第１電極部１５と、導体１１の他端部に接続された第２電極部１６と、導体１１の中央部に接続され、且つ発熱体１２と接続された第３電極部１７と、第１電極部１５と外部回路とを導通する第１導通部１８と、第２電極部１６と外部回路を導通する第２導通部１９とを有する。

　導体１１は、電流検出用のシャント抵抗素子としての機能と、過電圧あるいは過電流を検出したときには加熱によって溶断可能なヒューズ素子としての機能の双方を有している。この導体１１は、例えば、基板１４上で直列接続された第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂで構成されている。発熱体１２は、第１ヒューズエレメント１１Ａと第２ヒューズエレメント１１Ｂとの間に接続されている（図２参照）。
　このとき、第１電極部１５は、第１ヒューズエレメント１１Ａの第２ヒューズエレメント１１Ｂとは反対側に接続されており、第２電極部１６は、第２ヒューズエレメント１１Ｂの第１ヒューズエレメント１１Ａとは反対側に接続されている。第３電極部１７は、第１ヒューズエレメント１１Ａと第２ヒューズエレメント１１Ｂとの間に接続され、且つ発熱体１２と直列接続されている。

　第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂは、本実施形態では一体で形成されており、例えばはんだ等から成る導電性の３つの支持体２０，２１，２２を介して、第１電極部１５、第２電極部１６および第３電極部１７に支持されている。
　第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂは、一体で形成されているが、これに限らず、別部材で構成されてもよい。

　第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂは、例えば薄片状である。第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂは、棒状であってもよい。また、本実施形態では、第１ヒューズエレメント１１Ａの長さは、第２ヒューズエレメント１１Ｂの長さと同じであるが、これに限らず、第２ヒューズエレメント１１Ｂと異なっていてもよい。例えば、第１ヒューズエレメント１１Ａの長さが、第２ヒューズエレメント１１Ｂの長さよりも長くてもよい。

　導体１１は、上記低融点金属層と、該低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体であるのが好ましい。この場合、第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂも、低融点金属層と、該低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である。また、その積層体からなる導体１１としては、内層としての低融点金属層と、上記内層としての低融点金属層を被覆する外層としての高融点金属層とで構成される被覆構造を有するのがより好ましい。

　上記低融点金属層を構成する材料は、従来からヒューズ材料として使用されている種々の低融点金属を用いることができる。低融点金属としては、ＳｎＳｂ合金、ＢｉＳｎＰｂ合金、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＳｎＡｇ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を挙げることができる。低融点金属層は、必ずしもリフロー温度よりも高い融点を有する必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。

　上記高融点金属層を構成する材料は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、または、Ａｇ若しくはＣｕを主成分とする金属を用いることができる。この高融点金属層は、導体１１をリフロー炉によって外部回路基板上に実装する場合においても溶融しない高い融点を有する。

　発熱体１２は、基板１４上に配置され、且つ第３電極部１７の直下に配置されている。発熱体１２と第３電極部１７との間には絶縁層２３が配置されている。

　発熱体１２は、ヒーターで構成される。ヒーターは、例えば、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の導電材料と、水ガラス等の無機系バインダや熱硬化性樹脂等の有機系バインダとからなる抵抗ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することによって形成される。
　また、ヒーターとしては、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の薄膜を、印刷、メッキ、蒸着、スパッタの工程を経て形成してもよく、これらフィルムの貼付や積層等によって形成してもよい。

　この温度測定素子１３は、例えば、導体１１および発熱体１２の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である。本実施形態では、導体１１は後述する保護回路の通電経路に接続され、発熱体１２は保護回路の給電経路に接続される（図２参照）。そして温度測定素子１３は、上記通電経路および給電経路のいずれとも異なる経路に接続されている。

　温度変化型抵抗素子としては、例えばサーミスタである。サーミスタとしては、ＰＴＣサーミスタ（ＰＴＣ：Positive-Temperature-Coefficient）を用いることができる。ＰＴＣサーミスタとしては、ポリマー系ＰＴＣサーミスタやセラミックス系ＰＴＣサーミスタが挙げられる。

　温度測定素子１３は、電流検知素子１０の上部を覆って配置されるカバー部材２７に固定される。カバー部材２７は、例えば樹脂製の低背型部材である。このとき、温度測定素子１３は、カバー部材２７に固定され且つ導体１１の直上に位置するのが好ましい。また、温度測定素子１３がカバー部材２７に固定される場合は、電流検知素子１０の導体１１の温度と温度測定素子１３の温度との差も考慮して、後述の抵抗温度係数を補正するのが好ましい。尚、本実施形態では、温度測定素子１３がカバー部材２７に固定されているが、これに限らず、導体１１に固定されてもよい。この場合、温度測定素子１３は、例えば接着剤などの接合部材で導体１１に接合される。

　また、本実施形態では、温度測定素子１３が１つ設けられているが、第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂが別部材で構成される場合、第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂの上面に載置された２つの温度測定素子１３が設けられてもよい。

　基板１４は、絶縁性を有する材質のものであれば特に制限されず、例えば、セラミックス基板やガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板の他、ガラス基板、樹脂基板、絶縁処理金属基板等を用いることができる。なお、これらの中で、耐熱性に優れ、熱良伝導性の絶縁基板であるセラミックス基板が好適である。

　第１電極部１５、第２電極部１６および第３電極部１７は、それぞれ、溶融した第１ヒューズエレメント１１Ａあるいは第２ヒューズエレメント１１Ｂが流れ込むこととなる電極である。これら第１電極部１５、第２電極部１６および第３電極部１７を構成する材料は、特に制限されず、溶融状態の第１ヒューズエレメント１１Ａあるいは第２ヒューズエレメント１１Ｂと濡れ性が良好である金属が挙げられる。第１電極部１５、第２電極部１６および第３電極部１７を構成する材料としては、例えば、銅等の金属単体や、少なくとも表面がＡｇ、Ａｇ－Ｐｔ、Ａｇ－Ｐｄ、Ａｕ等から形成されているものを用いることができる。第１電極部１５および第２電極部１６は、それぞれ、はんだ部２４，２５を介して後述の第１接続部および第２接続部と接続される。また、第３電極部１７は、はんだ部２６を介して後述の第３接続部に接続される。

　第１導通部１８および第２導通部１９は、例えばスルーホールであり、基板１４に形成された貫通孔の内周面に導体が充填されて形成される。第１導通部１８および第２導通部１９を構成する材料としては、銀、銅、タングステン、またはこれらの合金などが挙げられる。第１導通部１８および第２導通部１９は、外部回路と導通可能な構成であれば、スルーホール以外の構成であってもよい。また、電流検知素子１０は、第１導通部１８および第２導通部１９を有さない構成であってもよい。

［保護回路の構成および動作］
　図２は、本発明の第２実施形態に係る保護回路の構成を概略的に示す回路図である。電流検知素子１０は、図２に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック１内の保護回路２に組み込まれて用いられる。バッテリパック１は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからなるバッテリ３を含む。

　図２に示すように、保護回路２は、電流検知素子１０と、温度測定素子１３の出力から得られた導体１１の温度に基づいて導体１１の抵抗温度係数を補正し、補正後の抵抗温度係数を用いて導体１１に流れる電流を計測する電流計測素子３０と、電流検知素子１０の導体１１に接続された通電経路での異常を検知し、電流検知素子１０の発熱体１２を通電加熱する第１保護デバイス４０とを備える。また、保護回路２は、保護回路２に接続されたバッテリ３の充放電を制御する第２保護デバイス５０を更に備えている。

　電流検知素子１０は、第１接続部Ａ、第２接続部Ｂおよび第３接続部Ｃで外部回路に接続されており、これにより保護回路２の一部を構成している。この電流検知素子１０では、導体１１は、第１接続部Ａおよび第２接続部Ｂを介してバッテリ３の通電経路（充放電経路）に接続されると共に、発熱体１２がスイッチング素子４１を介してバッテリ３の給電経路に接続されており、電流検知素子１０の動作が第１保護デバイス４０によって制御される。

　電流計測素子３０は、温度測定素子１３の出力から導体１１の温度を測定する。そして、温度と導体１１の抵抗値との関係から、導体１１の抵抗温度係数（ＴＣＲ：temperature coefficient of resistance）を補正する。例えば導体の構成が低融点金属層と高融点金属層の積層体であり、低融点金属がＳｎＡｇＣｕ合金、高融点金属がＡｇでそれぞれ構成される場合、図３に示すように、－２０～６０℃の範囲内で、ＴＣＲ＝（（Ｒ６０℃－（Ｒ－２０℃）／（Ｒ－２０℃）））／（６０℃－（－２０℃））の計算式により、補正後の抵抗温度係数は、４０６７ｐｐｍ／℃となる。一方、従来のシャント抵抗の材料として用いられるマンガニンの抵抗温度係数は、－３０ｐｐｍ／℃～２０ｐｐｍ／℃、ニクロムの抵抗温度係数は、３０ｐｐｍ／℃～４００ｐｐｍ／℃であり、導体１１で用いられる上記材料の抵抗温度定数とは大きく異なる。

　また、電流計測素子３０は、導体１１に印加された電圧を検出する。そして、補正後の抵抗温度係数と、導体１１に印加された電圧とから、導体１１に流れる電流を計測する。
　更に、電流計測素子３０は、導体１１に流れる電流の計測値を第１保護デバイス４０および／または第２保護デバイス５０に出力する。図２は、電流計測素子３０が、導体１１に流れる電流の計測値を第１保護デバイス４０および第２保護デバイス５０の両保護デバイスに出力する例である。

　第１保護デバイス４０は、電流検知素子１０の通電経路に接続されたバッテリ３の電圧、具体的にはバッテリセル３Ａ～３Ｄの各々の電圧を検出し、該電圧に基づいてバッテリ３（バッテリセル３Ａ～３Ｄ）に過充電などの異常が生じたか否かを判別することができる。バッテリセル３Ａ～３Ｄで異常が生じた場合には、第１保護デバイス４０は、第２保護デバイス５０とは独立して、電流検知素子１０を作動させることにより通電経路を遮断する。第１保護デバイス４０は、該第１保護デバイス４０の検出結果に応じて電流検知素子１０への通電動作を制御するスイッチング素子４１と接続され、更に、第３接続部Ｃを介して電流検知素子１０と接続されている。そして、第１保護デバイス４０は、バッテリセル３Ａ～３Ｄの異常に応じて制御信号をスイッチング素子４１に出力する。
また、第１保護デバイス４０は、電流計測素子３０から出力された導体１１に流れる電流の計測値を受信し、導体１１に流れる電流の計測値に基づいて電流検知素子１０の通電経路での異常を検知し、当該通電経路を停止することができる。

　スイッチング素子４１は、例えばＦＥＴにより構成される。スイッチング素子４１は、バッテリセル３Ａ～３Ｄの電圧が過放電又は過充電状態を示す所定値以上であるとき、又は、電流計測素子３０から出力された導体１１に流れる電流の計測値に基づいて電流検知素子１０の通電経路での異常を検知したときに、第１保護デバイス４０から出力される制御信号によって、電流検知素子１０に通電させて、スイッチング素子４２のスイッチ動作によらずにバッテリ３の通電経路を遮断するように制御する。

　第２保護デバイス５０は、バッテリ３の通電経路に直列接続されたスイッチング素子４２の動作を制御する。第２保護デバイス５０は、電流計測素子３０から出力された導体１１に流れる電流の計測値を受信し、導体１１に流れる電流の計測値に基づいて電流検知素子１０の通電経路での異常を検知し、当該通電経路を停止する。例えば、第２保護デバイス５０は、導体１１に流れる電流の計測値に基づいて、電流検知素子１０の通電経路に接続されたバッテリ３に過充電などの異常が生じたか否かを判別する。バッテリ３に過充電などの異常が生じた場合には、第２保護デバイス５０は、バッテリ３の通電経路を遮断するように、スイッチング素子４２の動作を制御する。

　スイッチング素子４２は、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴともいう）により構成され、第２保護デバイス５０によりゲート電圧を制御することによって、バッテリ３の通電経路の導通と遮断とを制御する。

　上記のように構成される保護回路２において、バッテリ３の充電時には、充電装置６０から外部回路を介してバッテリ３に電力が供給される。また、バッテリ３の放電時には、バッテリ３から外部回路に電力が供給される。そして、通常時には、導体１１に印加された電圧が電流計測素子３０に入力され、電流計測素子３０により、電流検知素子１０の通電経路、すなわち導体１１を流れる電流が計測される。

　第１保護デバイス４０は、バッテリセル３Ａ～３Ｄの各々の電圧を検出し、バッテリセル３Ａ～３Ｄのいずれかに過充電などの異常が生じたと判別したとき、又は、電流計測素子３０から出力された導体１１に流れる電流の計測値を受信し、導体１１に流れる電流の計測値に基づいて電流検知素子１０の通電経路での異常を検知したときは、スイッチング素子４１へ制御信号を出力する。これにより、スイッチング素子４１は発熱体１２に通電するように動作し、その結果、発熱体１２の発熱によって、導体１１を構成する第１ヒューズエレメント１１Ａおよび第２ヒューズエレメント１１Ｂの少なくとも一方が溶断される。これにより、バッテリセル３Ａ～３Ｄの通電経路が遮断される。

　また、第２保護デバイス５０は、電流計測素子３０から出力された導体１１に流れる電流の計測値を受信し、導体１１に流れる電流の計測値に基づいて、バッテリ３が過放電または過充電であると判別したときは、スイッチング素子４２へ遮断信号を出力する。これにより、スイッチング素子４２が動作し、バッテリ３の通電経路が停止される。

　上述したように、上記実施形態によれば、電流検知素子１０が、低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体１１と、導体１１と接続され、導体１１を加熱により溶断可能な発熱体１２と、導体１１の温度を測定するための温度測定素子１３とを有するので、温度測定素子１３によって測定された温度を用いて導体１１の抵抗温度係数を補正することができ、電流検知素子１０の通電経路に流れる電流を正確に測定することができる。また、電流検知素子１０の通電経路に接続されたバッテリ３に過充電などの異常が生じたときには、発熱体１２への通電によって導体１１が溶断され、上記通電経路を遮断することができる。このように、電流検知素子１０が、電流検出用抵抗としての機能と保護素子としての機能の双方を有することで、保護回路における構成の簡略化と装置の更なる小型化と低コスト化を実現することができる。

　また、上記実施形態によれば、保護回路２が、電流検知素子１０と、温度測定素子１３の出力から得られた導体１１の温度に基づいて導体１１の抵抗温度係数を補正し、補正後の抵抗温度係数を用いて導体１１に流れる電流を計測する電流計測素子３０と、電流検知素子１０の導体１１に接続された通電経路での異常を検知し、電流検知素子１０の発熱体１２を通電加熱する第１保護デバイス４０とを備えるので、上記同様の効果を奏することができる。また、保護回路２に電流検知素子１０を実装することで、電流検出用抵抗と保護素子の双方を保護回路に実装しなければならない場合と比較して、素子の実装面積を小さくすることができる。よって、保護回路２を更に小型化することが可能となり、より小さいサイズの電子機器にも保護回路２を実装することができ、汎用性の高い保護回路２を提供することができる。

［電流検知素子複合体の構成］
　図４は、本発明の第３実施形態に係る電流検知素子複合体の構成を概略的に示す平面図である。
　図４に示すように、電流検知素子複合体７０は、低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体７１と、導体７１と接続され、導体７１を加熱により溶断可能な発熱体７２とを有する保護素子７０Ａと、保護素子７０Ａの温度を測定するための温度測定素子７０Ｂと、を備えている。そして、保護素子７０Ａと温度測定素子７０Ｂとが互いに近接して回路基板７３に実装されている。ここで、「近接」とは、限定するものではないが、目安を言えば、平面視して、保護素子７０Ａと温度測定素子７０Ｂとの間の任意の２点間のうち、最近接の２点間の距離が０．１～５ｍｍであることをいう。
また、本実施形態では、電流検知素子複合体７０は、第１ヒューズエレメント７１Ａの第２ヒューズエレメント７１Ｂとは反対側に接続された第１電極部７５と、第２ヒューズエレメント７１Ｂの第１ヒューズエレメント７１Ａとは反対側に接続された第２電極部７６と、第１ヒューズエレメント７１Ａと第２ヒューズエレメント７１Ｂとの間に接続され、且つ発熱体７２と接続された第３電極部７７と、を更に有する。第１電極部７５と第２電極部７６は、それぞれ回路基板第1実装ランド７５Ｂと回路基板第２実装ランド７６Ｂにはんだにて表面実装されている。

　保護素子７０Ａと温度測定素子７０Ｂとは、例えば熱伝導媒体７４で接続されている。
　熱伝導媒体７４は、高熱伝導材料を含む接合部材で構成されるのが好ましく、例えばシリコーン樹脂が挙げられる。これにより、保護素子７０Ａの温度をより正確に測定することができ、抵抗温度係数を精度良く補正することができる。

　温度測定素子７０Ｂは、上記実施形態と同様、導体７１および発熱体７２の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子もしくは熱電対である。本実施形態では、温度測定素子７０Ｂは、温度変化型抵抗素子であるのが好ましい。

　導体７１は、上記実施形態と同様、低融点金属層と、該低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である。その積層体からなる導体７１としては、内層としての低融点金属層と、上記内層としての低融点金属層を被覆する外層としての高融点金属層とで構成される被覆構造を有するものを含む。また、導体７１は、直列接続された第１ヒューズエレメント７１Ａおよび第２ヒューズエレメント７１Ｂで構成され、発熱体７２が、第１ヒューズエレメント７１Ａと第２ヒューズエレメント７２Ｂとの間に接続されている。

　本実施形態によっても、温度測定素子７０Ｂによって測定された温度を用いて導体７１の抵抗温度係数を補正することができ、保護素子７０Ａの通電経路に流れる電流を正確に測定することができる。また、保護素子７０Ａの通電経路に接続されるバッテリに過充電などの異常が生じたときには、発熱体７２への通電によって導体７１が溶断され、上記通電経路を遮断することができる。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

　例えば、上記実施形態では、保護回路２は、リチウムイオン二次電池のバッテリパック１に適用されるが、これに限らず、電気信号による通電経路の遮断を必要とする様々な用途に適用することができる。
　また、電流検知素子１０は、携帯電話などのモバイル機器に実装されるが、これに限らず、充電式の電動機器など、二次電池が搭載された様々な機器に実装されてもよい。

　更に、上記実施形態の電流検知素子１０では、発熱体１２の発熱によって導体１１が溶断されるが、これに限らず、通電経路が過電流となった場合に、導体１１が自己発熱（ジュール熱）により溶断されてもよい。本構成によっても、電流検知素子１０やバッテリ３の通電経路を遮断することができる。また、電流検知素子複合体７０でも同様に、導体７１が自己発熱により溶断されてもよく、これにより電流検知素子複合体７０の通電経路を遮断することができる。

１　バッテリパック
２　保護回路
３　バッテリ
３Ａ　バッテリセル
３Ｂ　バッテリセル
３Ｃ　バッテリセル
３Ｄ　バッテリセル
１０　電流検知素子
１１　導体
１１Ａ　第１ヒューズエレメント
１１Ｂ　第２ヒューズエレメント
１２　発熱体
１３　温度測定素子
１４　基板
１５　第１電極部
１６　第２電極部
１７　第３電極部
１８　第１導通部
１９　第２導通部
２０　支持体
２１　支持体
２２　支持体
２３　絶縁層
２４　はんだ部
２５　はんだ部
２６　はんだ部
２７　カバー部材
３０　電流計測素子
４０　第１保護デバイス
４１　スイッチング素子
４２　スイッチング素子
５０　第２保護デバイス
６０　充電装置
７０　電流検知素子複合体
７０Ａ　保護素子
７０Ｂ　温度測定素子
７１　導体
７１Ａ　第１ヒューズエレメント
７１Ｂ　第２ヒューズエレメント
７２　発熱体
７３　回路基板
７４　熱伝導媒体
７５　第１電極部
７５Ｂ　回路基板第1実装ランド
７６　第２電極部
７６Ｂ　回路基板第２実装ランド
７７　第３電極部
Ａ　第１接続部
Ｂ　第２接続部
Ｃ　第３接続部

Claims

　低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体と、
　前記導体と接続され、前記導体を加熱により溶断可能な発熱体と、
　前記導体の温度を測定するための温度測定素子と、
　を有する電流検知素子。
　前記温度測定素子は、前記導体および前記発熱体の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である、請求項１に記載の電流検知素子。
　前記導体が、前記低融点金属層と、前記低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である、請求項１に記載の電流検知素子。
　前記導体は、直列接続された第１ヒューズエレメントおよび第２ヒューズエレメントで構成され、
　前記発熱体が、前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続されている、請求項１に記載の電流検知素子。
　前記第１ヒューズエレメントの前記第２ヒューズエレメントとは反対側に接続された第１電極部と、
　前記第２ヒューズエレメントの前記第１ヒューズエレメントとは反対側に接続された第２電極部と、
　前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続され、且つ前記発熱体と接続された第３電極部と、
　を更に有する、請求項４に記載の電流検知素子。
　低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体と、前記導体と接続され、前記導体を加熱により溶断可能な発熱体とを有する保護素子と、
　前記保護素子の温度を測定するための温度測定素子と、を備え、
　前記保護素子及び前記温度測定素子が回路基板に実装されている、電流検知素子複合体。
　前記保護素子と前記温度測定素子とが熱伝導媒体で接続されている、請求項６に記載の電流検知素子複合体。
　前記温度測定素子は、前記導体および前記発熱体の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である、請求項６に記載の電流検知素子複合体。
　前記導体が、前記低融点金属層と、前記低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である、請求項６に記載の電流検知素子複合体。
　前記導体は、直列接続された第１ヒューズエレメントおよび第２ヒューズエレメントで構成され、
　前記発熱体が、前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続されている、請求項６に記載の電流検知素子複合体。
　前記第１ヒューズエレメントの前記第２ヒューズエレメントとは反対側に接続された第１電極部と、
　前記第２ヒューズエレメントの前記第１ヒューズエレメントとは反対側に接続された第２電極部と、
　前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続され、且つ前記発熱体と接続された第３電極部と、
　を更に有する、請求項１０に記載の電流検知素子複合体。
　低融点金属で構成される低融点金属層を有する導体と、前記導体と接続され、前記導体を加熱により溶断可能な発熱体と、前記導体の温度を測定するための温度測定素子と、を有する電流検知素子と、
　前記温度測定素子の出力から得られた前記導体の温度に基づいて前記導体の抵抗温度係数を補正し、補正後の抵抗温度係数を用いて前記導体に流れる電流を計測する電流計測素子と、
　前記電流検知素子の前記導体に接続された通電経路での異常を検知し、前記電流検知素子の前記発熱体を通電加熱し通電経路を遮断する第１保護デバイスと、
　を備える保護回路。
　前記第１保護デバイスは、前記電流検知素子の通電経路に接続されたバッテリの電圧を検出し、前記電圧に基づいて前記バッテリに異常が生じているか否かを判別する、請求項１２に記載の保護回路。
　前記保護回路に接続されたバッテリの充放電を制御する第２保護デバイスを更に備え、
　前記第２保護デバイスは、前記導体に流れる電流の計測値に基づいて前記電流検知素子の通電経路での異常を検知し、前記通電経路を停止する、請求項１３に記載の保護回路。
　前記温度測定素子は、前記導体および前記発熱体の経路とは異なる経路に接続される温度変化型抵抗素子または熱電対である、請求項１２に記載の保護回路。
　前記導体が、前記低融点金属層と、前記低融点金属層よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体である、請求項１２に記載の保護回路。
　前記導体は、直列接続された第１ヒューズエレメントおよび第２ヒューズエレメントで構成され、
　前記発熱体が、前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続されている、請求項１２に記載の保護回路。
　前記電流検知素子が、
　前記第１ヒューズエレメントの前記第２ヒューズエレメントとは反対側に接続された第１電極部と、
　前記第２ヒューズエレメントの前記第１ヒューズエレメントとは反対側に接続された第２電極部と、
　前記第１ヒューズエレメントと前記第２ヒューズエレメントとの間に接続され、且つ前記発熱体と接続された第３電極部と、
　を更に有し、
　前記電流検知素子の前記導体に接続された前記通電経路に異常が生じたときに、前記第１ヒューズエレメントおよび前記第２ヒューズエレメントの少なくとも一方が溶断される、請求項１７に記載の保護回路。