WO2021095617A1 - 保護回路 - Google Patents

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WO2021095617A1
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fuse
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Inventor
潤平 氷見山
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デクセリアルズ株式会社
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    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
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    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators

Definitions

  • the present invention relates to a protection circuit.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-205362 filed in Japan on November 13, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a protection circuit is provided on the energization path between the battery and the external circuit to cut off the energization path in the event of an abnormality such as when an overcurrent occurs.
  • a protective element a fuse with a heater (hereinafter, also referred to as SCP) having a fuse element connected in series on an energization path and a heating element that heats and blows the fuse element by generating heat by energization is known. (Patent Document 1).
  • SCP cuts off the energization path by generating heat and blowing the fuse element itself. Further, in the event of an abnormality other than an overcurrent, the heating element is heated by energization, and the fuse element is heated and blown to cut off the energization path.
  • the heating element of the SCP has an electric resistance value set so that the fuse element can be heated to a temperature at which the fuse element can be blown within the operating voltage range of the battery.
  • the maximum voltage at the time of charging and the minimum voltage at the time of discharging may differ greatly.
  • the difference between the maximum voltage at the time of charging and the minimum voltage at the time of discharging becomes large.
  • the electric resistance value of the heating element is set according to the maximum voltage during charging, the current flowing through the heating element becomes small when an abnormality occurs during discharging, and the heating element reaches a temperature at which the fuse element can be blown. May not generate heat.
  • the electric resistance value of the heating element is set according to the minimum voltage at the time of discharge, when an abnormality occurs during charging, an excessive current flows through the heating element and the temperature suddenly rises, causing the heating element itself to become hot. It may melt.
  • the operating voltage may differ even with the same number of cells, and there is a risk that it will not operate normally outside the operating voltage range of SCP.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a protection circuit having a wide voltage range capable of interrupting the energization path when an abnormality occurs in the energization path between the battery and the external circuit. To do.
  • the present invention provides the following means for solving the above problems.
  • the protection circuit includes a plurality of protection elements connected in series on the energization path between the battery and the external circuit, and the plurality of protection elements are each on the energization path. It has a fuse element connected in series with the fuse element and a heating element that heats and blows the fuse element by generating heat when energized, and each of the plurality of protective elements has a different electric resistance value of the heating element.
  • the protective element having the lowest electric resistance value of the heating element among the plurality of protective elements may be arranged on the battery side.
  • the heating elements of the plurality of protective elements may have different electrical resistance values by 1 ⁇ or more.
  • a protection circuit having a wide voltage range capable of interrupting the energization path when an abnormality occurs in the energization path between the battery and the external circuit.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a protection circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the protection circuit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the protection circuit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a protection circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • the protection circuit 1 includes a first protection element 20a and a second protection element 20b connected in series on an energization path between the battery 10 and an external circuit.
  • the first protective element 20a is arranged on the side close to the battery 10
  • the second protective element 20b is arranged on the side close to the external device (not shown). That is, the first protective element 20a is located closer to the positive electrode of the battery 10 than the second protective element 20b.
  • the battery 10 is an assembled battery in which a plurality of cell cells 11 are combined.
  • the cell 11 is a secondary battery, for example, a lithium ion secondary battery.
  • four cell cells 11 are connected in series in the battery 10, but the number of cell cells 11 is not particularly limited, and the cell cells 11 may be connected in parallel. Further, the battery 10 may be one cell battery 11.
  • the first protective element 20a is an SCP having a first fuse element 21a connected in series with the positive electrode of the battery 10 and a first heating element 22a. One end of the first heating element 22a is connected to the first fuse element 21a, and the other end is connected to the switching element 40 via the first rectifying element 30a. The switching element 40 is connected to the negative electrode of the battery 10 and the protection IC 50.
  • the second protective element 20b is an SCP having a second fuse element 21b connected in series with the positive electrode of the battery 10 and a second heating element 22b. One end of the second heating element 22b is connected to the second fuse element 21b, and the other end is connected to the switching element 40 via the second rectifying element 30b. In this way, each fuse element of the plurality of protective elements is connected to the same switching element via a heating element and a rectifying element. This switching element connects with protection.
  • the first fuse element 21a and the second fuse element 21b have an electric resistance value sufficient to cut off the energization path by generating heat and melting when an overcurrent exceeding the rating occurs in the energization path. It is preferable that the current values when the first fuse element 21a and the second fuse element 21b are blown are the same.
  • the configuration and material of the first fuse element 21a and the second fuse element 21b are not particularly limited. For example, a single metal may be used, the outer side is a high melting point metal layer having a relatively high melting point, and the inner side is relative. It may be a laminate having a low melting point metal layer having a low melting point.
  • the material of the low melting point metal layer is preferably tin or an alloy containing tin as a main component (tin alloy).
  • tin alloy tin
  • the tin content of the tin alloy is preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
  • examples of tin alloys include Sn—Bi alloys, In—Sn alloys, and Sn—Ag—Cu alloys.
  • the high melting point metal layer is preferably made of a metal material that is dissolved by the melt of the low melting point metal layer.
  • the material of the high melting point metal layer is preferably silver or an alloy containing silver as a main component (silver alloy).
  • the silver content of the silver alloy is preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
  • Examples of silver alloys include Ag—Pd alloys.
  • Each of the first heating element 22a and the second heating element 22b has an electric resistance value sufficient to heat and blow the first fuse element 21a or the second fuse element 21b by generating heat by energization.
  • the first heating element 22a and the second heating element 22b have different electric resistance values. That is, the first heating element 22a and the second heating element 22b differ in the electric power required to heat the fuse element to a temperature at which the fuse element can be blown. It is preferable that the first heating element 22a and the second heating element 22b have different electric resistance values of 1 ⁇ or more.
  • the first heating element 22a of the first protection element 20a arranged on the side closer to the battery 10 has a lower electric resistance value than the second heating element 22b of the second protection element 20b. It has become. That is, the first heating element 22a can be heated to a temperature at which the fuse element can be blown with a smaller electric power.
  • the plurality of protection elements may be arranged so that, for example, the protection element closer to the positive electrode of the battery has a lower electric resistance value.
  • the configuration and materials are not particularly limited.
  • ruthenium oxide or carbon black can be used as a material constituting the first heating element 22a and the second heating element 22b.
  • the electrical resistance values of the first heating element 22a and the second heating element 22b can be adjusted by the size such as the width and thickness of the first heating element 22a and the second heating element 22b and the composition of the material.
  • the first rectifying element 30a suppresses the current flowing through the second protective element 20b from flowing into the first protective element 20a via the second heating element 22b.
  • the second rectifying element 30b suppresses the current flowing through the first protective element 20a from flowing into the second protective element 20b via the first heating element 22a.
  • the protection IC 50 detects an abnormality other than an overcurrent such as a high voltage in the energization path, and when the abnormality is detected, operates the switching element 40. By operating the switching element 40, a current flows through the first heating element 22a via the first rectifying element 30a and the second heating element 22b via the second rectifying element 30b.
  • the first fuse element 21a or the second fuse element 21b when an overcurrent exceeding the rating occurs in the energization path, the first fuse element 21a or the second fuse element 21b generates heat and blows to cut off the energization path.
  • the fuse element to be blown may be the first fuse element 21a or the second fuse element 21b.
  • the protection IC 50 When an abnormality other than an overcurrent occurs in the energization path, the protection IC 50 operates the switching element 40 to reach the first heating element 22a via the first rectifying element 30a and via the second rectifying element 30b. A current is passed from the battery 10 to the second heating element 22b. By this energization, both the first heating element 22a and the second heating element 22b generate heat, and one of the first fuse element 21a and the second fuse element 21b is blown to cut off the energization path.
  • the first heating element 22a and the second heating element When an abnormality occurs when the operating voltage of the battery 10 is high (for example, 13 V or more and 18.5 V or less when four lithium ion secondary batteries are connected in series), the first heating element 22a and the second heating element The current flowing through 22b becomes large. In this case, even if the first heating element 22a having a low electric resistance value is blown due to a sudden increase in temperature, the second heating element 22b having a high electric resistance value generates heat and causes the second fuse element 21b. The energization path is cut off by heating and fusing.
  • the first heating element 22a and the second heating element When an abnormality occurs when the operating voltage of the battery 10 is low (for example, 9 V or more and less than 13 V when four lithium ion secondary batteries are connected in series), the first heating element 22a and the second heating element The current flowing through 22b becomes smaller. In this case, even if the second heating element 22b having a high electric resistance value does not generate heat to a temperature at which the second fuse element 21b can be blown, the first heating element 22a having a low electric resistance value generates heat and the first fuse element The energization path is cut off by heating 21a to melt it.
  • the energization path The voltage range that can cut off is widened.
  • the first heating element 22a having the first heating element 22a having a low electric resistance value is arranged on the side close to the battery 10. As a result, when an abnormality occurs while the operating voltage of the battery 10 is low, the first fuse element 21a is blown and the energization path is cut off, so that no current flows through the second protection element 20b.
  • the second fuse element 21b is blown to cut off the energization path, and the first heating element 22a is blown to the first protective element 20a. No current flows. Further, in the protection circuit 1 of the present embodiment, when the electric resistance values of the first heating element 22a and the second heating element 22b are different by 1 ⁇ or more, the voltage range in which the energization path can be cut off can be surely widened.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the protection circuit according to the second embodiment of the present invention.
  • the protection circuit 2 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that each of the two heating elements is connected to the switching element instead of being connected to the rectifying element. That is, the first heating element 22a is connected to the first switching element 40a, and the second heating element 22b is connected to the second switching element 40b.
  • the first switching element 40a and the second switching element 40b are each connected to the protection IC 50.
  • each heating element of the plurality of protective elements is connected to the switching element. Further, the switching element to which each heating element of the plurality of protective elements is connected is connected to the same protection.
  • the protection IC 50 is adapted to switch the switching element to be operated according to the operating voltage of the battery 10.
  • the parts common to the protection circuit 2 according to the second embodiment and the protection circuit 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the protection circuit 2 of the present embodiment when an abnormality occurs in a state where the operating voltage of the battery 10 is low, the protection IC 50 operates the first switching element 40a to heat the first heating element 22a and first. The fuse element 21a is blown to cut off the energization path. On the other hand, when an abnormality occurs while the operating voltage of the battery 10 is high, the protection IC 50 operates the second switching element 40b to heat the second heating element 22b and blow the second fuse element 21b to energize the battery 10. Block the route.
  • one of the first heating element 22a and the second heating element 22b is selected by selecting the heating element necessary for blocking the energization path by the protection IC50. Since the current is passed only through the protection circuit 2, the amount of heat generated in the protection circuit 2 can be reduced. Moreover, since the rectifying element is not used, the number of constituent parts can be reduced.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the protection circuit according to the third embodiment of the present invention.
  • each of the two heating elements is connected to the switching element instead of being connected to the rectifying element, and each of the switching elements is connected to the protection IC. It differs from the first embodiment. That is, the first heating element 22a is connected to the first switching element 40a, and the first switching element 40a is connected to the first protection IC 50a.
  • the second heating element 22b is connected to the second switching element 40b, and the second switching element 40b is connected to the second protection IC 50b.
  • the first protection IC 50a and the second protection IC 50b have different voltage ranges for detecting an abnormality.
  • the parts common to the protection circuit 3 according to the third embodiment and the protection circuit 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the first protection IC 50a detects the abnormality and operates the first switching element 40a to operate the first.
  • the heating element 22a is heated to blow the first fuse element 21a to cut off the energization path.
  • the second protection IC 50b detects the abnormality and operates the second switching element 40b to heat the second heating element 22b.
  • the second fuse element 21b is blown to cut off the energization path.
  • the plurality of fuse elements are connected to their respective protections via their respective heating elements and switching elements.
  • the protection circuit 3 of the present embodiment having the above configuration allows current to flow only to one of the first heating element 22a and the second heating element 22b, the amount of heat generated in the protection circuit 3 can be reduced. it can. Moreover, since the rectifying element is not used, the number of constituent parts can be reduced. Further, since it is not necessary to switch the switching element operated by the protection IC, the structure of the protection IC can be simplified.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It is possible.
  • two protective elements a first protective element 20a and a second protective element 20b, are used, but the number of protective elements is not limited as long as they are two or more.
  • the protective elements having a low resistance value of the heating element in order from the side closest to the battery 10.
  • the protection circuit of the present invention can be used as a battery management system (BMS: Battery Management System) for a battery having a wide operating voltage range.
  • BMS Battery Management System

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Abstract

この保護回路は、バッテリと外部回路との通電経路上に、直列に接続された複数の保護素子を備え、前記複数の前記保護素子はそれぞれ、前記通電経路上に直列に接続されたヒューズエレメントと、通電により発熱することによって前記ヒューズエレメントを加熱して溶断させる発熱体とを有し、前記複数の前記保護素子はそれぞれ、発熱体の電気抵抗値が異なる。

Description

保護回路
　本発明は、保護回路に関する。
　本願は、２０１９年１１月１３日に、日本に出願された特願２０１９－２０５３６２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、バッテリと外部回路との通電経路上には、過電流が発生したときなどの異常時に通電経路を遮断するための保護回路が備えられている。保護素子としては、通電経路上に直列に接続されたヒューズエレメントと、通電により発熱することによって前記ヒューズエレメントを加熱して溶断させる発熱体とを有するヒーター付きヒューズ（以下、ＳＣＰともいう）が知られている（特許文献１）。
　ＳＣＰは、通電経路に定格を超える過電流が発生したときは、ヒューズエレメント自体が発熱して溶断することによって通電経路を遮断する。また、過電流以外の異常時には、通電により発熱体を発熱させて、ヒューズエレメントを加熱して溶断させることによって通電経路を遮断する。
特許第２７９０４３３号公報
　ＳＣＰの発熱体に通電させる電流は、バッテリから供給される。このため、ＳＣＰの発熱体は、バッテリの動作電圧範囲でヒューズエレメントを溶断可能な温度に加熱できるように電気抵抗値が設定されている。しかしながら、バッテリの用途によっては、充電時の最大電圧と放電時の最小電圧とでは電圧が大きく異なることがある。特に、複数個の単電池を組み合わせた組電池からなるバッテリでは、充電時の最大電圧と放電時の最小電圧との差が大きくなる。このため、発熱体の電気抵抗値を充電時の最大電圧に合わせて設定すると、放電時に異常が発生したときに、発熱体に流れる電流が小さくなり、ヒューズエレメントを溶断可能な温度にまで発熱体が発熱しないことがある。一方、発熱体の電気抵抗値を放電時の最小電圧に合わせて設定すると、充電時に異常が発生したときに、発熱体に過剰の電流が流れて温度が急激に高温になり、発熱体自体が溶断してしまうことがある。　また、近年、単電池の電極材料の変化によって、同じ単電池の数においても作動電圧が異なる場合があり、ＳＣＰの動作電圧範囲を外れて正常に動作しないおそれがある。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリと外部回路との通電経路上に異常が発生したときに、通電経路を遮断できる電圧範囲が広い保護回路を提供することにある。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）本発明の一態様に係る保護回路は、バッテリと外部回路との通電経路上に、直列に接続された複数の保護素子を備え、前記複数の前記保護素子はそれぞれ、前記通電経路上に直列に接続されたヒューズエレメントと、通電により発熱することによって前記ヒューズエレメントを加熱して溶断させる発熱体とを有し、前記複数の前記保護素子はそれぞれ、発熱体の電気抵抗値が異なる。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記複数の前記保護素子のうちの前記発熱体の電気抵抗値が最も低い保護素子が、前記バッテリ側に配置されている構成としてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記複数の前記保護素子の前記発熱体はそれぞれ、電気抵抗値が１Ω以上異なる構成としてもよい。
　本発明によれば、バッテリと外部回路との通電経路上に異常が発生したときに、通電経路を遮断できる電圧範囲が広い保護回路を提供することが可能となる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す図である。 図３は、本発明の第３実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す図である。
　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。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
［第１実施形態］
　図１は、本発明の第１実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す図である。
　図１において、保護回路１は、バッテリ１０と外部回路との通電経路上に、直列に接続された第１保護素子２０ａと第２保護素子２０ｂを備える。第１保護素子２０ａはバッテリ１０に近い側に、第２保護素子２０ｂは外部機器（不図示）に近い側に配置されている。すなわち、第１保護素子２０ａは、第２保護素子２０ｂよりもバッテリ１０の正極に近い側に位置する。
　バッテリ１０は、複数個の単電池１１を組み合わせた組電池とされている。単電池１１は二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池である。図１では、バッテリ１０は、４つの単電池１１が直列に接続されているが、単電池１１の個数は特に制限はなく、単電池１１は並列に接続されていてもよい。また、バッテリ１０は一つの単電池１１であってもよい。
　第１保護素子２０ａは、バッテリ１０の正極に直列に接続された第１ヒューズエレメント２１ａと、第１発熱体２２ａとを有するＳＣＰである。第１発熱体２２ａは、一方の端部が、第１ヒューズエレメント２１ａに接続され、他方の端部が第１整流素子３０ａを介してスイッチング素子４０に接続されている。スイッチング素子４０は、バッテリ１０の負極とプロテクションＩＣ５０に接続されている。
　第２保護素子２０ｂは、バッテリ１０の正極に直列に接続された第２ヒューズエレメント２１ｂと、第２発熱体２２ｂとを有するＳＣＰである。第２発熱体２２ｂは、一方の端部が、第２ヒューズエレメント２１ｂに接続され、他方の端部が第２整流素子３０ｂを介してスイッチング素子４０に接続されている。このように複数の保護素子のそれぞれのヒューズエレメントは、発熱体及び整流素子を介して同一のスイッチング素子と接続する。このスイッチング素子は、プロテクションと接続する。
　第１ヒューズエレメント２１ａ及び第２ヒューズエレメント２１ｂは、通電経路に定格を超える過電流が発生したときは、それ自体が発熱して溶断することによって通電経路を遮断できる程度の電気抵抗値を有する。第１ヒューズエレメント２１ａ及び第２ヒューズエレメント２１ｂが溶断するときの電流値は同じであることが好ましい。第１ヒューズエレメント２１ａ及び第２ヒューズエレメント２１ｂの構成や材料は特に制限はなく、例えば、金属単体であってもよいし、外側を相対的に融点が高い高融点金属層とし、内側を相対的に融点が低い低融点金属層とした積層体であってもよい。金属単体の場合、その材料としてはＩｎ（インジウム）、Ｐｂ（鉛）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金を用いることができる。積層体の場合、低融点金属層の材料は、錫もしくは錫を主成分とする合金（錫合金）であることが好ましい。錫合金の錫の含有量は４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。錫合金の例としては、Ｓｎ－Ｂｉ合金、Ｉｎ－Ｓｎ合金、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金を挙げることができる。高融点金属層は、低融点金属層の溶融物によって溶解される金属材料からなることが好ましい。低融点金属層の材料が錫もしくは錫合金である場合、高融点金属層の材料は、銀もしくは銀を主成分とする合金（銀合金）であることが好ましい。銀合金の銀の含有量は４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。銀合金の例としては、Ａｇ－Ｐｄ合金を挙げることができる。
　第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂはそれぞれ、通電により発熱することによって第１ヒューズエレメント２１ａ又は第２ヒューズエレメント２１ｂを加熱して溶断させることができる程度の電気抵抗値を有する。第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂはそれぞれ電気抵抗値が異なっている。すなわち、第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂはそれぞれ、ヒューズエレメントを溶断させることができる温度にまで加熱するために必要な電力が異なる。第１発熱体２２ａと第２発熱体２２ｂはそれぞれ電気抵抗値が１Ω以上異なることが好ましい。
　本実施形態の保護回路１では、バッテリ１０に近い側に配置されている第１保護素子２０ａの第１発熱体２２ａは、第２保護素子２０ｂの第２発熱体２２ｂよりも電気抵抗値が低くなっている。すなわち、第１発熱体２２ａの方が、小さい電力でヒューズエレメントを溶断させることができる温度にまで加熱することができるようにされている。本実施形態に係る保護回路において、複数の保護素子は、例えばバッテリの正極に近い側の保護素子ほど電気抵抗値が低くなるように配置されていてもよい。
　第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂは通電により発熱するようにされていれば、構成や材料は特に制限はない。第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂを構成する材料としては、酸化ルテニウムやカーボンブラックを用いることができる。第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂの電気抵抗値は、第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂの幅や厚さなどのサイズや材料の組成によって調整することができる。
　第１整流素子３０ａは、第２保護素子２０ｂを流れる電流が第２発熱体２２ｂを介して、第１保護素子２０ａに流れ込むことを抑制する。第２整流素子３０ｂは、第１保護素子２０ａを流れる電流が第１発熱体２２ａを介して、第２保護素子２０ｂに流れ込むことを抑制する。
　プロテクションＩＣ５０は、例えば、通電経路の電圧が高電圧になるなどの過電流以外の異常を検出し、異常が検出された場合は、スイッチング素子４０を作動させる。スイッチング素子４０を作動させることによって、第１整流素子３０ａを介して第１発熱体２２ａと、第２整流素子３０ｂを介して第２発熱体２２ｂに電流が流れる。
　本実施形態の保護回路１では、通電経路に定格を超える過電流が発生したときは、第１ヒューズエレメント２１ａ又は第２ヒューズエレメント２１ｂが発熱して溶断することによって通電経路を遮断する。溶断するヒューズエレメントは、第１ヒューズエレメント２１ａであってもよいし、第２ヒューズエレメント２１ｂであってもよい。
　また、通電経路に過電流以外の異常が発生したときは、プロテクションＩＣ５０がスイッチング素子４０を作動させて、第１整流素子３０ａを介して第１発熱体２２ａに、第２整流素子３０ｂを介して第２発熱体２２ｂに、バッテリ１０から電流を流す。この通電により、第１発熱体２２ａと第２発熱体２２ｂの両方が発熱して、第１ヒューズエレメント２１ａもしくは第２ヒューズエレメント２１ｂの一方を溶断させることによって通電経路を遮断する。
　バッテリ１０の作動電圧が高い状態（例えば、リチウムイオン二次電池が４つ直列に接続された場合で１３Ｖ以上１８．５Ｖ以下）で異常が発生したとき、第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂに流れる電流は大きくなる。この場合、電気抵抗値が低い第１発熱体２２ａは、温度が急激に高温になることによって溶断しても、電気抵抗値が高い第２発熱体２２ｂが発熱して、第２ヒューズエレメント２１ｂを加熱して溶断させることによって通電経路を遮断する。一方、バッテリ１０の作動電圧が低い状態（例えば、リチウムイオン二次電池が４つ直列に接続された場合で９Ｖ以上１３Ｖ未満）で異常が発生したとき、第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂに流れる電流は小さくなる。この場合、電気抵抗値が高い第２発熱体２２ｂは第２ヒューズエレメント２１ｂを溶断可能な温度まで発熱しなくても、電気抵抗値が低い第１発熱体２２ａが発熱して、第１ヒューズエレメント２１ａを加熱して溶断させることによって通電経路を遮断する。
　以上のような構成とされた本実施形態の保護回路１は、第１保護素子２０ａの第１発熱体２２ａと第２保護素子２０ｂの第２発熱体２２ｂの電気抵抗値が異なるので、通電経路を遮断できる電圧範囲が広くなる。また、本実施形態の保護回路１では、電気抵抗値が低い第１発熱体２２ａを有する第１発熱体２２ａがバッテリ１０に近い側に配置されている。これにより、バッテリ１０の作動電圧が低い状態で異常が発生したときは、第１ヒューズエレメント２１ａが溶断して通電経路を遮断するので、第２保護素子２０ｂに電流が流れない。一方、バッテリ１０の作動電圧が高い状態で異常が発生したときは、第２ヒューズエレメント２１ｂが溶断して通電経路を遮断すると共に、第１発熱体２２ａが溶断するので、第１保護素子２０ａに電流が流れない。さらに、本実施形態の保護回路１において、第１発熱体２２ａと第２発熱体２２ｂとの電気抵抗値が１Ω以上異なる場合、通電経路を遮断できる電圧範囲を確実に広くできる。
［第２実施形態］
　図２は、本発明の第２実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す図である。
　第２実施形態に係る保護回路２は、２つの発熱体のそれぞれが、整流素子と接続する代わりにスイッチング素子と接続している点において第１実施形態と相違する。すなわち、第１発熱体２２ａは、第１スイッチング素子４０ａに接続されていて、第２発熱体２２ｂは、第２スイッチング素子４０ｂに接続されている。第１スイッチング素子４０ａ及び第２スイッチング素子４０ｂはそれぞれプロテクションＩＣ５０に接続されている。このように、第２実施形態では複数の保護素子の有するそれぞれの発熱体は、スイッチング素子と接続する。また、複数の保護素子の有するそれぞれの発熱体が接続するスイッチング素子は、同一のプロテクションに接続する。プロテクションＩＣ５０は、バッテリ１０の作動電圧によって、作動させるスイッチング素子を切り替えるようにされている。なお、第２実施形態に係る保護回路２と第１実施形態に係る保護回路１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の保護回路２では、バッテリ１０の作動電圧が低い状態で異常が発生したときは、プロテクションＩＣ５０が第１スイッチング素子４０ａを作動させることにより、第１発熱体２２ａを加熱して第１ヒューズエレメント２１ａを溶断させて通電経路を遮断する。一方、バッテリ１０の作動電圧が高い状態で異常が発生したときは、プロテクションＩＣ５０が第２スイッチング素子４０ｂを作動させて、第２発熱体２２ｂを加熱して第２ヒューズエレメント２１ｂを溶断させて通電経路を遮断する。
　以上のような構成とされた本実施形態の保護回路２は、プロテクションＩＣ５０にて通電経路を遮断するのに必要な発熱体を選択して、第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂの一方にのみ電流を流すので、保護回路２にて発生する熱量を低減することができる。また、整流素子を用いないので、構成部分を少なくすることができる。
［第３実施形態］
　図３は、本発明の第３実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す図である。　第３実施形態に係る保護回路３は、２つの発熱体のそれぞれが、整流素子と接続する代わりにスイッチング素子と接続している点と、スイッチング素子のそれぞれがプロテクションＩＣと接続している点において第１実施形態と相違する。すなわち、第１発熱体２２ａは、第１スイッチング素子４０ａに接続されていて、第１スイッチング素子４０ａは、第１プロテクションＩＣ５０ａに接続されている。一方、第２発熱体２２ｂは、第２スイッチング素子４０ｂに接続されていて、第２スイッチング素子４０ｂは、第２プロテクションＩＣ５０ｂに接続されている。第１プロテクションＩＣ５０ａと第２プロテクションＩＣ５０ｂは、異常を検出する電圧範囲が相違する。なお、第３実施形態に係る保護回路３と第１実施形態に係る保護回路１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の保護回路３では、バッテリ１０の作動電圧が低い状態で異常が発生したときは、第１プロテクションＩＣ５０ａがその異常を検出して、第１スイッチング素子４０ａを作動させることにより、第１発熱体２２ａを加熱して第１ヒューズエレメント２１ａを溶断させて通電経路を遮断する。一方、バッテリ１０の作動電圧が高い状態で異常が発生したときは、第２プロテクションＩＣ５０ｂがその異常を検出して、第２スイッチング素子４０ｂを作動させることにより、第２発熱体２２ｂを加熱して第２ヒューズエレメント２１ｂを溶断させて通電経路を遮断する。このように、第３実施形態では、複数のヒューズエレメントは、それぞれの発熱体及びスイッチング素子を介してそれぞれのプロテクションに接続する。
　以上のような構成とされた本実施形態の保護回路３は、第１発熱体２２ａ及び第２発熱体２２ｂの一方にのみ電流を流すので、保護回路３にて発生する熱量を低減することができる。また、整流素子を用いないので、構成部分を少なくすることができる。さらに、プロテクションＩＣによって作動させるスイッチング素子を切り替える必要がないので、プロテクションＩＣの構造を簡素化できる。
　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、本実施形態では、第１保護素子２０ａと第２保護素子２０ｂの２つの保護素子を用いているが、保護素子は２つ以上であればその個数に制限はない。３つ以上の保護素子を用いる場合は、発熱体の抵抗値が低い保護素子を、バッテリ１０に近い側から順に配置することが好ましい。
　本発明の保護回路は、作動電圧範囲が広いバッテリのバッテリ管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）として利用することができる。
　１、２、３　保護回路
　１０　バッテリ
　１１　単電池
　２０ａ　第１保護素子
　２０ｂ　第２保護素子
　２１ａ　第１ヒューズエレメント
　２１ｂ　第２ヒューズエレメント
　２２ａ　第１発熱体
　２２ｂ　第２発熱体
　３０ａ　第１整流素子
　３０ｂ　第２整流素子
　４０　スイッチング素子
　４０ａ　第１スイッチング素子
　４０ｂ　第２スイッチング素子
　５０　プロテクションＩＣ
　５０ａ　第１プロテクションＩＣ
　５０ｂ　第２プロテクションＩＣ

Claims (3)

  1. 　バッテリと外部回路との通電経路上に、直列に接続された複数の保護素子を備え、
    　前記複数の前記保護素子はそれぞれ、前記通電経路上に直列に接続されたヒューズエレメントと、通電により発熱することによって前記ヒューズエレメントを加熱して溶断させる発熱体とを有し、
    　前記複数の前記保護素子はそれぞれ、発熱体の電気抵抗値が異なる、保護回路。
  2. 　前記複数の前記保護素子のうちの前記発熱体の電気抵抗値が最も低い保護素子が、前記バッテリ側に配置されている、請求項１に記載の保護回路。
  3. 　前記複数の前記保護素子の前記発熱体はそれぞれ、電気抵抗値が１Ω以上異なる、請求項１または２に記載の保護回路。
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