(57)【要約】【課題】二次電池の過充電、過電流保護の基本機能を満たし、かつ回路の簡便化、低コスト化、小型化が図れる二次電池保護装置を提供する。【解決手段】二次電池などに電力を供給する充電回路に接続され、前記充電回路に対し並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される第１の抵抗要素と、前記充電回路に直列に接続される第２の抵抗要素とを持ち、前記第１の抵抗要素および前記第２の抵抗要素が、少なくとも１つの発熱素子からなる保護部品を利用する保護装置であって、前記発熱素子の第１の抵抗要素が有する抵抗Ｒｂ、前記発熱素子の第２の抵抗要素が有する抵抗Ｒａ、前記二次電池の保護電圧をＸ、前記充電回路の電圧をＹとするとき、  Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘであることを特徴とする保護装置である。【選択図】図１
2006296180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池などに電力を供給する充電回路に接続され、前記充電回路に対し並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される第１の抵抗要素と、前記充電回路に直列に接続される第２の抵抗要素とを有し、前記第１の抵抗要素および前記第２の抵抗要素が、少なくとも１つの発熱素子からなる保護部品を利用する保護装置であって、
前記発熱素子の第１の抵抗要素が有する抵抗Ｒｂ、前記発熱素子の第２の抵抗要素が有する抵抗Ｒａ、前記二次電池の保護電圧をＸ、前記充電回路の電圧をＹとするとき、
Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘ
であることを特徴とする保護装置。
【請求項２】
二次電池に電力を供給する充電回路に並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される、第１の抵抗要素および第２の抵抗要素からなる少なくとも１つの発熱素子と、前記電力の供給による自身の発熱、又は、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替える構造を有する熱応動素子を利用する保護装置であって、
前記発熱素子の第１の抵抗要素が有する抵抗Ｒｂ、第２の抵抗要素が有する抵抗Ｒａ、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替えるのに必要な電流の最小値Ｉ、二次電池の保護電圧Ｘ、充電回路の電圧をＹとするとき、
Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘ      ・・・（１）
Ｒａ＋Ｒｂ  ＜  Ｘ／Ｉ              ・・・（２）
Ｒａ        ＞  ０                  ・・・（３）
Ｒｂ        ＞  ０                  ・・・（４）
であることを特徴とする保護装置。
【請求項３】
前記熱応動素子が前記発熱素子に切り替ったのち、前記発熱素子自身の発熱により前記熱応動素子の状態を保持し前記二次電池の充電回路を遮断できることを特徴とする請求項１または２に記載の保護装置。
【請求項４】
前記熱応動素子は、加熱により前記充電回路から前記発熱素子へ電流路を切り替えるバイメタルスイッチであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の保護装置。
【請求項５】
前記バイメタルスイッチは、接点を介して前記二次電池に電気的に接続される可動導体片と、前記発熱素子の上に配置される凹面を有し且つ熱により該凹面の向きを反転させることにより前記可動導体片の電気的接続を前記二次電池から前記発熱素子に切り替えるバイメタルとを有することを特徴とする請求項４に記載の保護装置。
【請求項６】
前記可動導体片と前記バイメタルは一体的に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の保護装置。
【請求項７】
前記発熱素子は、正温度係数サーミスタであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項８】
１つの前記発熱素子に少なくとも３つの電極を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項９】
前記スイッチング回路は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項１０】
前記スイッチング回路は、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路からの出力電圧が閾値電圧以上になった状態で導通状態となる電解効果トランジスタから構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか1項に記載の保護装置。
【請求項１１】
前記電圧検出回路と前記電解効果トランジスタとの間に、更にもれ電流を抑制、又は、防止するコンパレータが構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の保護装置。
【請求項１２】
前記熱応動素子と前記発熱素子は熱的に接続されて一つのケース内に収められていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項１３】
前記熱応動素子と前記発熱素子とは熱的に接続され、前記熱応動素子と前記発熱素子とスイッチング回路とが一つのケース内に収められていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項１４】
前記ケースの表面には、前記二次電池に電気的に接続される電池側端子と、前記充電回路に電気的に接続される充電部側端子がそれぞれ露出して取り付けられていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の保護装置。
【請求項１５】
請求項３から１４のいずれか１項に記載された保護装置は前記二次電池と電気的に接続されて一体にされ、且つ外部の充電回路に電気的に接続する充電側端子が露出して取り付けられていることを特徴とする二次電池パック。
【請求項１６】
請求項３から１４のいずれか１項に記載された保護装置を有する携帯用電子機器。
【請求項１７】
接点を介して電気的に接続される可動導体片と、前記スイッチング回路に流れる電流により発熱する少なくとも１つの発熱素子と、前記発熱素子に熱的に接続され、加熱により向きを反転させる凹面を有し、該凹面の反転により前記可動導体片の電気的接続を前記二次電池から前記発熱素子に切り替えるバイメタルと、前記発熱素子を支持し、当該発熱素子と外部端子とを電気的に接続する少なくとも２以上の支持部材と、前記発熱素子を前記支持部材に向かって押圧する押圧部材とを有することを特徴とする二次電池保護部品。
【請求項１８】
前記バイメタルと前記可動導体片は一体的に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の二次電池保護部品。
【請求項１９】
前記押圧部材が、前記ケースに形成された突起部であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の二次電池保護部品。
【請求項２０】
前記押圧部材が、前記可動導体片の一部分であることを特徴とする請求項１７から１９の何れか１項に記載の二次電池保護部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護部品、保護装置、電池パック及び携帯用電子機器に関し、より詳しくは、充電時における二次電池の保護部品、保護回路、充電時の保護部品を備えた二次電池パック及び充電時の保護機能を備えた携帯用電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能に構成された二次電池に対して電力を供給するために充電器が用いられるが、二次電池が過充電状態に至り、或いは二次電池に過電流が流れると、二次電池が変形したり、最悪の場合には破裂や発火するという問題がある。
【０００３】
例えば、二次電池として携帯電話等モバイル機器に用いられるリチウムイオン電池においては、過充電、充電器の故障などによる規格外の電圧／電流が印加されて電池が変形する。あるいは、万一電池端子部が導電体により接触して端子間が短絡すると電池に過電流が流れて電池が変形する、などの事故が起きる。
【０００４】
このような課題に対して、再充電可能な素子の保護のための装置が下記の特許文献１に記載されている。
【０００５】
次に、図１３を参照して従来の保護回路を用いた充電装置について説明する。
図１３の回路図において、保護素子２０Ａは、一個のＰＴＣ材料とその上に設けられた少なくとも３つの電極からなり、該ＰＴＣ材料が２つ以上のＰＴＣ素子として作用することを特徴とする保護素子であり、この保護回路において、端子Ａ１、Ａ２はリチウムイオン電池等の被保護装置の電極端子に接続され、端子Ｂ１、Ｂ２は充電器等の電極端子に接続される。
【０００６】
また、この保護回路においては、スイッチング素子としてＦＥＴが使用されており、ＦＥＴのソース端子Ｓ／ドレイン端子Ｄと第２のＰＴＣ素子１ｂとが直列に接続され、これらと第１のＰＴＣ素子１ａとが並列に接続されている。
【０００７】
一方、ＦＥＴのゲート端子Ｇは、被保護回路の端子電圧を検出するＩＣと接続しており、ＩＣは、検出した被保護回路の端子電圧の値に応じてＦＥＴのゲート端子Ｇの電位を制御する。即ち、ＩＣが異常を検知しない場合、即ち、被保護回路の端子電圧が所定電圧よりも低い時には、ＩＣはＦＥＴをＯＮ状態とし、ＦＥＴは第２のＰＴＣ素子１ｂへの通電を可能とする。したがって、このとき第１のＰＴＣ素子１ａと第２のＰＴＣ素子１ｂの双方へ、それらの抵抗値に応じた電流が通電される。なお、このように双方のＰＴＣ素子１ａ、１ｂに通電がなされる場合に過電流が生じた時には、それぞれのＰＴＣ素子１ａ、１ｂのトリップにより電流が抑制される。
【０００８】
これに対して、ＩＣが異常を検知した場合、即ち被保護回路の端子電圧が所定電圧以上の過電圧を検知した場合には、ＩＣはＦＥＴをＯＦＦ状態とし、ＦＥＴは第２のＰＴＣ素子１ｂへの通電を遮断する。この結果、異常時には、第１のＰＴＣ素子１ａのみに通電され、第１のＰＴＣ素子１ａは通電電流により速やかにトリップする。
【０００９】
このように従来技術の保護回路によれば、過充電保護時にＰＴＣをトリップさせることにより、過充電保護できるとしている。
【特許文献１】特開２００１−４４００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように従来技術の保護回路によれば、過充電保護時にＰＴＣをトリップさせることにより、過充電保護できるとしているが、実際には、ＰＴＣ抵抗の増大により過充電電流を制限し、微小電流化しているだけである。
したがって、従来技術でいうところの過充電保護状態とは、微小電流による過充電状態が継続される状態であるといえ、従来技術での過充電保護を長時間継続した場合、最終的には二次電池の変形、膨れ、破裂、発火が発生する恐れがあり、厳密な意味での過充電保護回路及びその部品としては不完全な技術といえる。
【００１１】
以上より、過充電保護に対し、完全に充電電流を無くすような保護回路、部品が求められていた。
さらに、保護素子についても、繰り返し使用が望ましいという要求から、二次電池並びに電子機器・回路の保護は、低融点金属からなるヒューズなどの使用は避けることが求められている。
【００１２】
本発明は、二次電池の過充電、過電流保護の基本機能を満たし、かつ回路の簡便化、小型化が図れる繰り返し使用可能な二次電池保護部品、二次電池保護装置、二次電池パック及び携帯用電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の保護装置の第１の態様は、二次電池などに電力を供給する充電回路に接続され、前記充電回路に対し並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される第１の抵抗要素と、前記充電回路に直列に接続される第２の抵抗要素とを持ち、前記第１の抵抗要素および前記第２の抵抗要素が、少なくとも１つの発熱素子からなる保護部品を利用する保護装置であって、前記発熱素子の第１の抵抗要素が有する抵抗Ｒｂ、前記発熱素子の第２の抵抗要素が有する抵抗Ｒａ、前記二次電池の保護電圧をＸ、前記充電回路の電圧をＹとするとき、
Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘ
であることを特徴とする保護装置である。
【００１４】
本発明の保護装置の第２の態様は、二次電池に電力を供給する充電回路に並列に接続され且つ閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に接続される、第１の抵抗要素および第２の抵抗要素からなる少なくとも１つの発熱素子と、
前記電力の供給による自身の発熱、又は、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替える構造を有する熱応動素子を利用する保護装置であって、前記発熱素子の第１の抵抗要素が有する抵抗Ｒｂ、第２の抵抗要素が有する抵抗Ｒａ、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替えるのに必要な電流の最小値Ｉ、二次電池の保護電圧Ｘ、充電回路の電圧をＹとするとき、
Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘ      ・・（１）
Ｒａ＋Ｒｂ  ＜  Ｘ／Ｉ              ・・・（２）
Ｒａ        ＞  ０                  ・・・（３）
Ｒｂ        ＞  ０                  ・・・（４）
であることを特徴とする保護装置である。
【００１５】
本発明の保護装置の第３の態様は、前記熱応動素子が前記発熱素子に切り替ったのち、前記発熱素子自身の発熱により前記熱応動素子の状態を保持し前記二次電池の充電回路を遮断できることを特徴とする保護装置である。
【００１６】
本発明の保護装置の第４の態様は、前記熱応動素子は、加熱により前記充電回路から前記発熱素子へ電流路を切り替えるバイメタルスイッチであることを特徴とする保護装置である。
【００１７】
本発明の保護装置の第５の態様は、前記バイメタルスイッチは、接点を介して前記二次電池に電気的に接続される可動導体片と、前記発熱素子の上に配置される凹面を有し且つ熱により該凹面の向きを反転させることにより前記可動導体片の電気的接続を前記二次電池から前記発熱素子に切り替えるバイメタルとを有することを特徴とする保護装置である。
【００１８】
本発明の保護装置の第６の態様は、前記可動導体片と前記バイメタルは一体的に形成されていることを特徴とする保護装置である。
【００１９】
本発明の保護装置の第７の態様は、前記発熱素子は、正温度係数サーミスタであることを特徴とする保護装置である。
【００２０】
本発明の保護装置の第８の態様は、１つの前記発熱素子に少なくとも３つの電極を有することを特徴とする保護装置である。
【００２１】
本発明の保護装置の第９の態様は、前記スイッチング回路は、ツェナーダイオードであることを特徴とする保護装置である。
【００２２】
本発明の保護装置の第１０の態様は、前記スイッチング回路は、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路からの出力電圧が閾値電圧以上になった状態で導通状態となる電解効果トランジスタから構成されていることを特徴とする保護装置である。
【００２３】
本発明の保護装置の第１１の態様は、前記電圧検出回路と前記電解効果トランジスタとの間に、更にもれ電流を抑制、又は、防止するコンパレータが構成されていることを特徴とする保護装置である。
【００２４】
本発明の保護装置の第１２の態様は、前記熱応動素子と前記発熱素子は熱的に接続されて一つのケース内に収められていることを特徴とする保護装置である。
【００２５】
本発明の保護装置の第１３の態様は、前記熱応動素子と前記発熱素子とは熱的に接続され、前記熱応動素子と前記発熱素子とスイッチング回路とが一つのケース内に収められていることを特徴とする保護装置である。
【００２６】
本発明の保護装置の第１４の態様は、前記ケースの表面には、前記二次電池に電気的に接続される電池側端子と、前記充電回路に電気的に接続される充電部側端子がそれぞれ露出して取り付けられていることを特徴とする保護装置である。
【００２７】
本発明の二次電池パックの１つの態様は、上述した保護装置が前記二次電池と電気的に接続されて一体にされ、且つ外部の充電回路に電気的に接続する充電側端子が露出して取り付けられていることを特徴とする二次電池パックである。
【００２８】
本発明の携帯用電子機器の１つの態様は、上述した保護装置を有する携帯用電子機器である。
本発明の二次電池保護部品の第１の態様は、接点を介して電気的に接続される可動導体片と、前記スイッチング回路に流れる電流により発熱する少なくとも１つの発熱素子と、前記発熱素子に熱的に接続され、加熱により向きを反転させる凹面を有し、該凹面の反転により前記可動導体片の電気的接続を前記二次電池から前記発熱素子に切り替えるバイメタルと、前記発熱素子を支持し、当該発熱素子と外部端子とを電気的に接続する少なくとも２以上の支持部材と、前記発熱素子を前記支持部材に向かって押圧する押圧部材とを有することを特徴とする二次電池保護部品である。
【００２９】
本発明の二次電池保護部品の第２の態様は、前記バイメタルと前記可動導体片は一体的に形成されていることを特徴とする二次電池保護部品である。
【００３０】
本発明の二次電池保護部品の第３の態様は、前記押圧部材が、前記ケースに形成された突起部であることを特徴とする二次電池保護部品である。
【００３１】
本発明の二次電池保護部品の第４の態様は、前記押圧部材が、前記可動導体片の一部分であることを特徴とする二次電池保護部品である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、通常時に前記発熱素子の第２の抵抗要素へ電流を流すことに加え、過充電時には前記発熱素子の第１の抵抗要素に電流を流すことにより、被保護部品である二次電池などへの電流が充電方向から放電方向に変化し、過充電保護が可能となる。
これにより、二次電池の膨れ、破裂、発火を防ぐことができ、また、電源装置を取り外せば、前記発熱素子の温度が低下し、抵抗値が初期状態へと復帰するので、繰り返し使用が可能となる。
さらに、過電流発生時には、前記発熱素子の第２の抵抗要素がトリップすることにより、過電流保護が可能となる。この場合でも、異常が取り除かれた場合には、前記発熱素子の温度が低下し、抵抗値が初期状態へと復帰するので、繰り返し使用が可能となる。
【００３３】
さらに、本発明によれば、過充電時に発熱素子に電流を流して発熱素子を発熱させ、発熱素子からの熱により熱応動素子を作動させて充電時の電力の供給を二次電池から発熱素子に切り替えることになり、これにより熱応動素子は熱により自己保持することが可能になり、保護回路を安定に動作させ、簡便、低コスト、小型の部品により二次電池を保護することが可能になる。また、充電器を外して温度が所定値以下となると熱応動素子が元に戻り、充電可能な状態に復帰するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図、図１（ｂ）は、その二次電池保護回路の一部を示す回路図である。
【００３５】
図１（ａ）において、二次電池１は、保護回路３を介して直流の充電回路２に接続されて充電される。
【００３６】
保護回路３は、充電回路２のプラス端子に接続される充電側プラス端子４ａと、充電回路２のマイナス端子に接続される充電側マイナス端子４ｂと、二次電池１のプラス端子に接続される電池側プラス端子５ａと、二次電池１のマイナス端子に接続される電池側マイナス端子５ｂとを有している。そして、充電側プラス端子４ａと電池側プラス端子５ａは第１の配線６を介して接続され、また、充電側マイナス端子４ｂと電池側マイナス端子５ｂは第２の配線８と発熱素子１１の第２の抵抗要素１２ａを介して接続されている。
【００３７】
発熱素子１１は、図１（ｂ）に示すように１つの正温度係数サーミスタ（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）１２に少なくとも３つの電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えた構造を有する。そのサーミスタ１２において、第１の電極１３ａと第３の電極１３ｃの間、および第２の電極１３ｂと第３の電極１３ｃの間にはそれぞれ図１（ａ）に示すように抵抗要素（ＰＴＣ）１２ａ，１２ｂが存在する。なお、ＰＴＣ１２ａ，１２ｂは２つのものが接続された状態のものでもよい。
【００３８】
ＰＴＣ１２の第１の電極１３ａは、充電回路２のマイナス端子に接続される充電側マイナス端子４ｂに接続され、第２の電極１３ｂはスイッチング回路であるツェナーダイオード１４を介して第１の配線６に接続され、また、ＰＴＣ１２の第３の電極１３ｃは、第２の配線８を介して電池側マイナス端子５ｂに接続されている。
【００３９】
正温度係数サーミスタ１２は、一般的にチタン酸バリウム（BaTiO3）を主成分とした酸化物系セラミックスを材料としたものと、カーボンフィラー等の導電性物質を樹脂に配合した導電性ポリマーを用いたポリマーＰＴＣがあり、いずれを採用してもよい。
【００４０】
ここで、発熱素子１１は、ＰＴＣからなる抵抗要素と固定抵抗の組合せ、固定抵抗と固定抵抗の組合せでも構わない。
【００４１】
さらに、ツェナーダイオード１４は、スイッチング素子であって、アノードを発熱素子１１の第２の電極１３ｂに接続し、カソードを第１の配線６に接続することにより、発熱素子１１を介して第１の配線６と第２の配線８に逆バイアスで接続される構造となっている。
【００４２】
ここで、ツェナーダイオード１４は、必ずしもツェナーダイオードである必要はなく、二次電池或いは充電回路などの電圧が予め規定していた閾値を越えた場合にのみ導通するような素子であればよい。
ここで、電圧の検知を、二次電池又は電源回路などのどの部分で行うかは、その他の設計事項も含めて決定することが可能である。
【００４３】
次に、上述した保護回路３、充電回路２を使用して二次電池１を充電することについて説明する。
【００４４】
まず、保護回路３を介して二次電池１を充電回路２に接続し、充電が正常に行われている状態では、図１において、充電回路２は第１の配線６を介して、また、第２の配線８と発熱素子１１の第２の抵抗要素１２ａを介して二次電池１に電力を供給する。このとき、二次電池電圧又は充電電圧は充電開始から時間が経つにつれて徐々に上昇する。
【００４５】
その充電電圧が過充電状態になって第１の配線６と第２配線８の間のツェナーダイオード１４に閾値以上の電圧が印加すると、ツェナーダイオード１４には第１の配線６から第２の配線８に向けて電流が流れ、これにより発熱素子１１の第１の抵抗要素１２ｂにも電流が流れる。
【００４６】
このとき、発熱要素１１の第１の抵抗要素１２ｂ及び第２の抵抗要素１２ａが、それぞれの印加電圧に応じ発熱し、抵抗値の変動が生ずるが、第１の抵抗要素の抵抗Ｒｂ、第２の抵抗要素の抵抗Ｒａ、二次電池の電圧Ｘ、充電回路２の電圧をＹとしたとき、
Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘ
となり、常に第１の抵抗要素１２ｂと第２の抵抗要素１２ａの抵抗値の関係は上式の関係となっている。
【００４７】
この結果、充電時の電力は、ツェナーダイオード１４と発熱素子１１を介して充電回路２に帰還させることができ、二次電池の電力は、ツェナーダイオード１４と第１の抵抗要素１２ｂを介して二次電池に帰還させることが出来る。
すなわち、二次電池へ充電を行う電流は消滅させることが出来る。
【００４８】
二次電池１の過充電状態が解除されてツェナーダイオード１４がＯＦＦした場合には、充電回路２は第１の配線６を介して、また、第２の配線８と発熱素子１１の第２の抵抗要素１２ａを介して二次電池１に電力を供給する通常の充電状態へ自動復帰する。
ここで、第２の抵抗要素１２ａの抵抗値は、第２の抵抗要素１２ａに印加される電圧に応じて抵抗値が決定されるので、初期の低抵抗状態へ自動復帰する。
【００４９】
また、充電時などに何らかの不具合が生じ、二次電池へ過電流が生じた場合も、第２の抵抗要素１２ａが急激に発熱し、抵抗値を上昇させることが可能で、過電流保護を行うことが可能である。
また、不具合が解消された場合は、第２の抵抗要素１２ａの温度が低下し、抵抗値が初期の低抵抗状態へ変化することにより、保護回路３は自動復帰する。
【００５０】
なお、ＰＴＣ１２は、キュリー温度によって所定温度よりも高くなることはなく、樹脂製のケース本体２０や蓋２１を異常な変形あるいは溶融させる温度までは上昇しない。
【００５１】
以上のような保護回路３では、充電回路２を外して温度が常温に低下するか、充電回路の異常が解消されれば、自動的に充電可能な状態に復帰し、再度保護回路として機能する為、交換の必要が無い。
【００５２】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図、図２（ｂ）は、その二次電池保護回路の一部を示す回路図である。
【００５３】
図２（ａ）において、二次電池１は、保護回路３を介して直流の充電回路２に接続されて充電される。
【００５４】
保護回路３は、充電回路２のプラス端子に接続される充電側プラス端子４ａと、充電回路２のマイナス端子に接続される充電側マイナス端子４ｂと、二次電池１のプラス端子に接続される電池側プラス端子５ａと、二次電池１のマイナス端子に接続される電池側マイナス端子５ｂとを有している。そして、充電側プラス端子４ａと電池側プラス端子５ａは第１の配線６を介して接続され、また、充電側マイナス端子４ｂと電池側マイナス端子５ｂは第２の配線８を介して接続されている。
【００５５】
第２の配線８の途中には、サーマルプロテクタ９が直列に接続されている。サーマルプロテクタ９は、互いに熱的に接続されるバイメタルスイッチ１０と発熱素子１１を有している。バイメタルスイッチ１０は熱により電流路を変更する熱応動素子である。
【００５６】
バイメタルスイッチ１０は、電池側マイナス端子５ｂに第２の配線８を介して接続される固定点１０ａと、充電側マイナス端子４ｂに第２の配線８を介して接続される第１接点１０ｂと、発熱素子１１に接続される第２接点１０ｃとを有し、正常な充電状態では第１接点１０ｂと固定点１０ａが可動導体片１０ｄによって電気的に接続される構造を有している。また、可動導体片１０ｄは、バイメタルスイッチ１０の内部の発熱、または、発熱素子１１からの熱により接点が切り替えられて、固定点１０ａと第２接点１０ｃを電気的に接続する構造となっている。
【００５７】
発熱素子１１は、図２（ｂ）に示すように１つの正温度係数サーミスタ（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）１２に少なくとも３つの電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えた構造を有する。そのサーミスタ１２において、第１の電極１３ａと第３の電極１３ｃの間、および第２の電極１３ｂと第３の電極１３ｃの間にはそれぞれ図２（ａ）に示すように抵抗要素（ＰＴＣ）１２ａ，１２ｂが等価的に存在する。なお、ＰＴＣ１２ａ，１２ｂは２つのものが接続された状態のものでもよい。
【００５８】
ＰＴＣ１２の第１の電極１３ａはバイメタルスイッチ１０の第１接点１０ｂに接続され、第２の電極１３ｂはスイッチング回路であるツェナーダイオード１４を介して第１の配線６に接続され、また、ＰＴＣ１２の第３の電極１３ｃにはバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃが接続されている。
【００５９】
正温度係数サーミスタ１２は、一般的にチタン酸バリウム（BaTiO3）を主成分とした酸化物系セラミックスを材料としたものと、カーボンフィラー等の導電性物質を樹脂に配合した導電性ポリマーを用いたポリマーＰＴＣがあり、いずれを採用してもよい。
【００６０】
ツェナーダイオード１４は、スイッチング素子であって、アノードを発熱素子１１の第２の電極１３ｂに接続し、カソードを第１の配線６に接続することにより、発熱素子１１を介して第１の配線６と第２の配線８に逆バイアスで接続される構造となっている。
【００６１】
ところで、発熱素子１１とバイメタルスイッチ１０は、図３、図４に示すように、１つのケースに入れられて熱的に接続した構造を有する。
【００６２】
図３において、内部が空洞のケース本体２０の底面のほぼ中央には発熱素子１１としてＰＴＣ１２が取り付けられている。ＰＴＣ１２の下面には第１の電極１３ａと第２の電極１３ｂが取り付けられ、その上面には第３の電極１３ｃが取り付けられている。
【００６３】
ＰＴＣ１２の第１の電極１３ａは、ケース本体２０の一側を通して外部に引き出される第１リード端子２２に接続され、また、ＰＴＣ１２の第２の電極１３ｂは、ケース２０の本体２１の他側を通して外部に引き出される第２リード端子２３に接続されている。
【００６４】
ＰＴＣ１２の上には、反転中心部がほぼ中央の凹面を有するバイメタル片２４が配置されている。そのバイメタル片２４は、常温で凹面が下向きであり、所定温度に上昇した時にその凹面が上向きに反転するように湾曲していて、上から見た形状は略四角形、円形、楕円形等となっている。
【００６５】
また、バイメタル片２４は、常温下でその縁がＰＴＣ１２周囲のケース本体２０の凸部２５の上に接触できる状態に置かれ、また、その凹面が熱により反転した場合にはバイメタル片２４のほぼ中央部分がＰＴＣ１２の第３の電極１３ｃのほぼ中央に接触する位置に置かれる。さらに、バイメタル片２４は、凹面が上向きに反転することによりその縁が後述の可動導体片２７を持ち上げるような形状を有している。
【００６６】
バイメタル片２４は、例えば高膨脹側はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ、低膨脹側はＮｉ−Ｆｅの２つの材料を積層させた構造を有するものであり、例えば温度が室温から上昇して約８０℃に加熱された時点で凹面が下向きから上向きに反転し、さらに温度が下降して約４０℃まで冷却されると下向きに戻る、というように温度と形状の関係はヒステリシス特性を有しているので、発熱素子１１が所定温度より高い温度とすれば、バイメタル片２４は上向きに反転したままとなり、可動導体片２７を持ち上げているので、充電回路の遮断状態を保持できる。これにより、バイメタル片２４は、可動導体片２７とＰＴＣ１２を熱的及び電気的に接続可能な状態にすることになり、可動導体片７とともに図２（ａ）に示すバイメタルスイッチ１０を構成する。
【００６７】
ケース本体２０の他側では、第２のリード端子２３から上方に離れた位置で第３のリード端子２６が貫通して取り付けられている。また、ケース本体２０内では、第３のリード端子２６の上に可動導体片２７の固定端が接続され、その自由端の下面の凸状の可動接点２８は、バイメタル片２４の凹面が下向きの状態では第１のリード端子２２の固定接点２２ａに接触している。この可動導体片２７及びバイメタル片２４は、図２の可動導体片１０ｄに該当する。また、第１のリード端子２２は、図２に示すバイメタルスイッチ１０の第１接点１０ｃに該当し、第３のリード端子２６は図２に示す固定天１０ａに該当し、バイメタル片２４は、図２に示すバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｂに該当する。
【００６８】
可動導体片２７の下面には、凹面が上向きに反転したバイメタル片２４に接触する凸部２７ａがプレス成形により形成され、その凸部２７ａとして、導電部材を溶着してもよい。
【００６９】
可動導体片２７の材料として、Ｃｕ−Ｂｅ合金が好ましいが、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、洋白、黄銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金等の導電性材料導電性バネ材料を用いてもよい。
また、可動導体片２７の可動接点２８とこの可動接点２８に接する第１のリード端子２２の固定接点２２ａは、それぞれニッケル−銀合金が好ましく、具体的にはニッケル１０mass％程度を含む銀合金が好ましいが、銅−銀合金、金−銀合金、炭素−Ａｇ合金、タングステン−銀合金等を用いてもよい。
【００７０】
また、第１〜第３のリード端子２２，２３，２６を構成する材料は、銅が好ましいが、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、洋白、黄銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金等の導電性材料を用いてもよい。
【００７１】
ケース本体２０の開放された上面は、蓋２１により閉じられるようになっている。ケース本体２０及び蓋２１は、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂が用いられる。ケース本体２０と蓋２１は超音波溶接等により溶着され、これによりＰＴＣ１２、固定接点２２ａ、可動接点２８、可動導体片２４、バイメタル２７等をケース２０，２１に封入する。
【００７２】
なお、第１のリード端子２２は二次電池１のマイナス端子に接続され、第２のリード端子２３はツェナーダイオード１４に接続され、第３のリード端子２６は充電回路２のマイナス端子に接続されるように配置される。
【００７３】
次に、上述した保護回路３、充電回路２を使用して二次電池１を充電することについて説明する。
【００７４】
まず、保護回路３を介して二次電池１を充電回路２に接続し、充電が正常に行われている状態では、図２においてバイメタルスイッチ１０は第１接点１０ｂと固定点１０ａを接続して第２配線８を導通状態にするので、充電回路２は第１の配線６と第２の配線８を介して二次電池１に電力を供給する。充電電圧は充電開始から時間が経つにつれて徐々に上昇する。
【００７５】
この状態を、図３、図４を参照して説明すると、バイメタル片２４は凹面が下向きの状態になり、可動導体片２７（１０ｄ）は第１接点１０ｂである第１のリード端子２２と固定接点１０ａである第３のリード端子２６を導通させる。ここで、バイメタル片２４が可動導体片２７とＰＴＣ１２の第３の電極１３ｃを導通させたとしても、ＰＴＣ１２は可動導体片２７に比べて電気抵抗が大きいのでバイメタル片２４を反転させるような量で発熱することはない。
【００７６】
その充電電圧が過充電状態になって第１の配線６と第２配線８の間のツェナーダイオード１４に閾値以上の電圧が印加すると、ツェナーダイオード１４には第１の配線６から第２の配線８に向けて電流が流れ、これによりＰＴＣ１２にも電流が流れる。
【００７７】
この結果、ＰＴＣ１２は発熱し、その温度が所定値、例えば８０℃に達すると、図３、図４に示すバイメタル片２４の凹面が反転して可動導体片２７がバリアメタル片２４により持ち上げられて第１のリード端子２２から離れ、二次電池１への充電を停止させるとともに、バイメタル片２４は可動導体片２７（１０ｄ）とＰＴＣ１２の第３の電極１３ｃを電気的に接続してＰＴＣ１２の一部に電流を流す。
【００７８】
即ち、図２において、ツェナーダイオード１４に逆電流が流れると、ＰＴＣ１２ａ，１２ｂに電流が流れて発熱し、可動導体片１０ｄがバイメタルスイッチ１０の固定点１０ａと第２接点１０ｃを導通させた状態にして、第２の配線８の途中を電気的に切断し、さらに、第２の配線８とバイメタルスイッチ１０を介して一方のＰＴＣ１２ａに電流を流す。
【００７９】
従って、第１のＰＴＣ１２ａに熱的に接続されるバイメタルスイッチ１０は、自己保持する。この場合に、充電時の電力は、ツェナーダイオード１４とＰＴＣ１２を介して充電回路２に帰還させることができる。
【００８０】
二次電池１の過充電状態が解除されてツェナーダイオード１４がＯＦＦした場合でも、ＰＴＣ１２に電流が流れてバイメタルスイッチ１０を加熱した状態にするので、バイメタルスイッチ１０はバイメタル片２７のヒステリシス特性によって直ぐにはスイッチが切り替わらないので安定して動作することが可能になる。
なお、ＰＴＣ１２は、キュリー温度によって所定温度よりも高くなることはなく、樹脂製のケース本体２０や蓋２１を異常な変形あるいは溶融させる温度までは上昇しない。
【００８１】
電子機器、例えば、携帯電話に装着される二次電池１は一般にリチウムイオン電池であり、リチウムイオン電池の充電方式は定電流、定電圧方式である。従って、ツェナーダイオード１４に電流が流れることにより、二次電池１とＰＴＣ１２の合成抵抗がほぼ一定に保持される。
【００８２】
ところで、充電回路２の故障、或いは充電側プラス端子４ａと充電側マイナス端子４ｂが万一導電体により接触して短絡されると、保護回路３に過電流が流れて可動導体片２７に過電流が流れる。この場合には、可動導体片２７自身が発熱してバイメタル片２４を加熱するので、これによりバイメタル片２４の凹面が上側になるように反転して可動導体片２７を持ち上げ、可動導体片２７と第１のリード端子２２の接触を断って二次電池１への充電を断つとともに、ＰＴＣ１２の第３の電極１３ｃには可動導体片２７及びバイメタル片２４（１０ｄ）を介して電流が流れる。
【００８３】
これにより、ＰＴＣ１２が発熱して可動導体片２７の状態をそのままに保持するので、バイメタル片２４の凹面が上を向いた状態が自己保持される。また、ＰＴＣ１２は高抵抗なので、ＰＴＣ１２を通して電流が流れても過電流になることは防止される。また、キュリー点を有するＰＴＣ１２を用いれば、ＰＴＣ１２自身が必要以上に発熱することがない。
【００８４】
以上のような保護回路３では、充電回路２を外して温度が所定値以下、例えば室温以下となると可動導体片２７（１０ｄ）が元に戻り、充電可能な状態に復帰する。
【００８５】
本発明では、発熱素子１２ｂが有する抵抗Ｒｂ、発熱素子１２ａが有する抵抗Ｒａ、前記発熱素子からの熱により前記電力の供給を前記発熱素子に切り替えるのに必要な電流の最小値Ｉ、二次電池の保護電圧Ｘ、充電回路２の電圧をＹとしたとき、
Ｒａ／Ｒｂ  ＞  （Ｙ−Ｘ）／Ｘ      ・・・（１）
Ｒａ＋Ｒｂ  ＜  Ｘ／Ｉ              ・・・（２）
Ｒａ        ＞  ０                  ・・・（３）
Ｒｂ        ＞  ０                  ・・・（４）
と規定している。これは電池を過充電及び過電圧から保護するためである。上記（１）（２）（３）（４）式をすべて満たさない場合は、充電電圧が前記二次電池の保護電圧Ｘを超えてしまい、二次電池が高温となり、最悪膨張・発火・破裂する問題が発生する。例えばリチウムイオン二次電池の場合、Ｙ＝３０Ｖ、Ｘ＝４．２Ｖ、Ｉ＝０．２Ａと設計すると、式（１）はＲａ／Ｒｂ＞６．１４３となる。また式にはＲａ＋Ｒｂ＜２１（Ω）となる。
【００８６】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図、図６は、図５に示すサーマルプロテクタの可動導体片を示す斜視図である。図５、図６において、図３と同じ符号は同じ要素を示している。
【００８７】
図５において、ケース本体２１の底部のほぼ中央には、第１実施形態と同様に、ＰＴＣ１２が取り付けられ、そのＰＴＣ１２の下面の第１の電極１３ａは第１のリード端子２２に接続され、その下面の第２の電極１３ｂは第２のリード端子２３に接続されている。
【００８８】
ＰＴＣ１２の上方には、図３、図４の可動導体片２４とバイメタル片２４を一体化した可動導体片３０が配置されている。この可動導体片３０は、例えば高熱膨脹側はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ（Ｍｎ含有量：５０mass％から７５mass％程度）やＣｕ−Ｚｎ等、低熱膨脹側はＮｉ−Ｆｅ（Ｎｉ含有量：３０mass％から５０ass％程度）等の２つの材料を積層させたバイメタル構造を有し、また、図５に示すようにＰＴＣ１２の上方で四角、丸、楕円等に拡幅された平面形状を有し、その拡幅部分３０ａは湾曲して常温で凹面が下向きになる反転中心部を有している。
【００８９】
この可動導体片３０の第１端部には、第１のリード端子２２に接離可能な可動接点３１が取り付けられている。さらに、可動導体片３０の第２の端部は第３のリード端子２６に接続されている。
【００９０】
このようなサーマルプロテクタ９を図２（ａ）に示すような保護回路３に用いると、過充電状態ではツェナーダイオード１４の閾値よりも電圧が高くなってツェナー電流が流れ、ＰＴＣ１２が発熱してバイメタルからなる可動導体片３０の凹面を上向きに反転させ、図２（ａ）に示すバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃと固定点１０ａを接続して、第２の配線８の途中に直列に高抵抗なＰＴＣ１２を接続した状態になる。これにより、ＰＴＣ１２には電流が流れて発熱が持続し、可動導体片３０（１０ｄ）が自己保持することになる。
【００９１】
また、保護回路３に過電流が流れる場合には、サーマルプロテクタ９内の可動導体片３０は発熱して、それ自身の熱により拡幅部３０ａの凹面が反転して、図２に示すバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃと固定点１０ａを接続するとともに、第２の配線８の途中に高抵抗なＰＴＣ１２を直列に接続した状態になる。これにより、ＰＴＣ１２には電流が流れて発熱が持続し、可動導体片３０（１０ｄ）は自己保持されることになる。
【００９２】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る保護回路を介して充電回路と二次電池を接続する回路図、図８は、その保護回路に用いられるサーマルプロテクタを示す断面図である。図７において、図２と同じ符号は同じ要素を示している。
【００９３】
図７において、二次電池１は、保護回路３を介して直流の充電回路２に接続されて充電されている。
保護回路３は、第１実施形態と同様に、充電側プラス端子４ａ、充電側マイナス端子４ｂ、電池側プラス端子５ａ及び電池側マイナス端子５ｂとを有している。そして、充電側プラス端子４ａと電池側プラス端子５ａは第１の配線６を介して接続され、また、充電側マイナス端子４ｂと電池側マイナス端子５ｂは第２の配線８を介して接続されている。
【００９４】
第２の配線８の途中には、サーマルプロテクタ９が直列に接続されている。サーマルプロテクタ９は、互いに熱的に接続されるバイメタルスイッチ１０と発熱素子１１を有している。
【００９５】
バイメタルスイッチ１０は、充電側マイナス端子４ｂに接続される固定点１０ａと、電池側マイナス端子５ｂに接続される第１接点１０ｂと、発熱素子１１に接続される第２接点１０ｃとを有し、過電流、過電圧以外の状態では第１接点１０ｂと固定点１０ａが電気的に接続され、過電流、過電圧時には第２接点１０ｃと固定点１０ａが電気的に接続される構造を有している。バイメタルスイッチ１０の発熱、又は、発熱素子１１の発熱により固定点１０ａと第２接点１０ｃが電気的に接続する一方、常温では固定点１０ａと第１接点１０ｂが電気的に接続する構造を有している。
【００９６】
また、発熱素子１１は、２つのＰＴＣ１２ａ、１２ｂを直列に接続された回路構成を有し、その第１の電極１３ａはバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃに接続され、第２の電極１３ｂはツェナーダイオード１４を介して第１の配線６に接続され、また、２つのＰＴＣ１２ａ，１２ｂの第３の電極１３ｃは電池側マイナス端子５ｂに接続されている。
【００９７】
ツェナーダイオード１４は、アノードを発熱素子１１の第２の電極１３ｂに接続し、カソードを第１の配線６に接続することにより、発熱素子１１を介して第１の配線６と第２の配線８に接続された構造となっている。
【００９８】
ところで、第１及び第２のＰＴＣ１２ａ、１２ｂとバイメタルスイッチ１０は、図６に示すように、１つのケースに入れられて熱的に接続した構造を有する。
【００９９】
図８は、本発明の第３実施形態に係る保護回路に用いられるサーマルプロテクタ９を示す断面図である。
図８において、サーマルプロテクタ９は、１つのケースに入れられて発熱素子である第１及び第２のＰＴＣ１２ａ，１２ｂとバイメタル片２４とを熱的に接続した構造を有する。
【０１００】
第１のＰＴＣ１２ａは、内部が空洞のケース本体２１内の底部に取り付けられている。
第１のＰＴＣ１２ａの下面に取り付けられた第３の電極１３ｃは、ケース本体２１の一側部を貫通して外部に引き出される第１リード端子３２に接続されている。
【０１０１】
また、第１のＰＴＣ１２ａの上には、第１実施形態と同様に、反転中心部をほぼ中央に設けたバイメタル片２４が配置され、そのバイメタル片２４は常温で凹面が下向きとなり、所定温度に加熱された状態で凹面が上向きに反転する構造を有しており、上から見た形状は略四角形、円形、楕円形等となっている。
【０１０２】
バイメタル片２４は、常温では第１のＰＴＣ１２ａの周囲に設けたケース本体２１内部の凸部２５に縁が接触する。また、バイメタル片２４が加熱されてその凹面が反転した状態では、バイメタル片２４のほぼ中央部が第１のＰＴＣ１２ａの上面の第１の電極１３ａのほぼ中央部に接触する。バイメタル片２４の材料は、第１実施形態と同じであり、凹面の反転と温度の関係はヒステリシス特性を有している。
【０１０３】
また、ケース本体２１の他側には、第３のリード端子２６が貫通して取り付けられている。さらに、第３のリード端子２６の上には、可動導体片３３が配置されている。可動導体片３３の固定端は第３のリード端子２６に接続され、その可動端は、第１のリード端子３２に接離可能な可動接点３４を有している。
【０１０４】
その可動導体片３３は、バイメタル片２４の凹面が下向きの場合にケース本体２１内で第１のリード端子３２に接続し、その凹面が上向きに反転することによりバイメタル片２４により押し上げられて第１のリード端子３２から離れるとともにバイメタル片を介して第１のＰＴＣ１２ａの第１の電極１３ａに電気的に接続する構造となっている。
【０１０５】
また、可動導体片３３の材料は、Ｃｕ−Ｂｅ合金が好ましいが、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、洋白、黄銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金等の導電性材料を用いてもよい。
【０１０６】
また、可動導体片３３には、凹面が上方に反転しているバイメタル片２４に接触する突起３３ａがプレス成形により形成されている。なお、突起３３ａとして導電部材を溶着してもよい。
【０１０７】
さらに、ケース本体２０の上面を覆う蓋２１には、ケース本体２０内に置かれる第２のＰＴＣ１２ｂが取り付けられている。第２のＰＴＣ１２ｂの一面に形成された第３端子１３ｄは、蓋２１の下面に形成された配線パターン３５を介して第１のリード端子３２に接続され、また、第２のＰＣＴ１２ｂの一面に形成された第２の電極１３ｂは、蓋２１の下面に取り付けられた第２のリード端子２３に接続されている。第２のリード端子２３はケース本体２０の外部に引き出されている。
【０１０８】
第１〜第３のリード端子３２，２３，２６、及び配線パターン３５を構成する材料は、銅が好ましいが、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、洋白、黄銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金等の導電性材料を用いてもよい。また、第１のリード端子３２の固定接点３２ａ、及び可動導体片３３の可動接点３４は、ニッケル−銀合金が好ましく、具体的にはニッケル１０mass％を含む銀合金が好ましいが、銅−銀合金、金−銀合金、炭素−Ａｇ合金、タングステン−銀合金などを用いてもよい。
【０１０９】
ケース本体２０と蓋２１を構成する材料は、第１実施形態と同じ樹脂が用いられる。ケース本体２０と蓋２１は超音波溶接等により溶着される。
【０１１０】
以上のような保護回路３に用いると、二次電池１への充電が正常に行われている場合には、サーマルプロテクタ９内でバイメタル片２４の凹面を上向きに反転させるような発熱は第１及び第２のＰＴＣ１２ａ，１２ｂからは生じないので、第１のリード端子３２と第３のリード端子２６は可動導体片３３を介して電気的に接続されている。則ち、図７に示すバイメタルスイッチ１０では固定点１０ａと第１接点１０ｂが可動導体片３３（１０ｄ）を介して電気的に接続されて第２の配線８を低抵抗で導通させる。
【０１１１】
これに対して、過充電状態ではツェナーダイオード１４のツェナー電流の流れにより第２のＰＴＣ１２ｂが発熱してバイメタル片２４の凹面を上向きに反転させ、これにより、可動導体片３３の可動接点３４が第１のリード線３２の固定接点３２ａから離れるとともに、可動導体片３３はバイメタル片２４を介して第１のＰＴＣ１２ａの第１の電極１３ａに電気的に接続される。
【０１１２】
これにより、第２の配線８の途中には直列に高抵抗な第１のＰＴＣ１２ａが接続された状態になる。しかも、第１のＰＴＣ１２ａには電流が流れて第１のＰＴＣ１２ａが発熱し、バイメタル片２４の凹面を上向きの状態に保持するので、可動導体片３３を自己保持させることになる。
【０１１３】
また、保護回路３に過電流が流れる場合には、サーマルプロテクタ９内の可動導体片３３は発熱して、その熱によりバイメタル片２４の凹面を上向きに反転させてバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃと固定点１０ａを電気的に接続するとともに、第２の配線８の途中に直列に高抵抗な第１のＰＴＣ１２ａを接続した状態になる。これにより、第１のＰＴＣ１２ａには電流が流れて熱が発生し、可動導体片２４によるバイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃと固定点１０ａが接続する状態が保持される。
【０１１４】
（第５の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図９において、図８と同じ符号は同じ要素を示している。
図９において、ケース本体２０底部のほぼ中央には、第３実施形態と同様に、第１のＰＴＣ１２ａが取り付けられ、第１のＰＴＣ１２ａの下側の第３の電極１３ｃは第１のリード端子３２に接続されている。そのケース本体２０の底部には、第２のリード２３の途中に直列に接続されたスイッチング回路３９、例えばツェナーダイオード１４が配置されている。このようにスイッチング回路３９をケース本体２０に内蔵する構造は、上述した実施形態及び後述する実施形態に適用してもよい。
【０１１５】
第１のＰＴＣ１２ａの上には図６に示すような形状の可動導体片３０が配置されている。その可動導体片３０は、ケース本体２０内で第１のリード端子３２に接離可能な可動接点２８を有する第１端部と、第２のリード端子２６に接続固定される第２端部を有している。この可動導体片３０は、バイメタルから構成され、第１のＰＴＣ１２ａの上方で四角、丸、楕円等に拡幅した平面形状を有し、その拡幅部分３０ａは常温で凹面を下向きにする反転中心部を有している。
【０１１６】
また、ケース本体２０の上面を覆う蓋２１の下面には、第３実施形態と同様に、第２のＰＴＣ１２ｂが取り付けられ、第２のＰＴＣ１２ｂの第３端子１３ｄは蓋の下面の配線パターン３５を介して第１のリード端子３２に接続され、さらに、第２のＰＴＣ１２ｂの第２端子１３ｂは蓋２１の下面から引き出される第３のリード端子２３に接続されている。
【０１１７】
このようなサーマルプロテクタ９を図７に示すような保護回路３に用いると、過充電状態ではツェナーダイオード１４のツェナー電流の流れにより第２のＰＴＣ１２ｂが発熱してバイメタルからなる可動導体片３０の凹面を上向きに反転させ、バイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃと固定点１０ａを接続するとともに、可動導体片３０を介して第１のＰＴＣ１２ａの第１の電極１３ａと第３のリード端子２６を電気的に接続する。
【０１１８】
これにより、図７に示す第２の配線８の途中に高抵抗な第１のＰＴＣ１２ａを直列に接続した状態になり、第１のＰＴＣ１２ａには電流が流れて発熱が続き、可動導体片３０による第２接点１０ｃと固定点１２ａの接続状態を自己保持させることになる。これにより、二次電池１への過充電が防止される。
【０１１９】
また、保護回路３に過電流が流れる場合には、サーマルプロテクタ３内の可動導体片３０は発熱して、それ自身の熱により凹面が反転して第１のリード端子３２から離れるとともに、第１のＰＴＣ１２ａを第２の配線８に直列に接続した状態となる。これにより、第１のＰＴＣ１２ａには電流が流れて発熱が続いて可動導体片３０による第１接点１０ｂと固定点１０ａの離反状態を自己保持させることになる。これにより、二次電池１には過電流が流れなくなる。
【０１２０】
（第６の実施の形態）
図１０は、本発明の第１実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図である。
【０１２１】
図１０において、二次電池１は、保護回路３を介して直流の充電回路２に接続されて充電されている。
【０１２２】
保護回路３は、第１実施形態と同様に、充電側プラス端子４ａ、充電側マイナス端子４ｂ、電池側プラス端子５ａ及び電池側マイナス端子５ｂとを有している。そして、充電側プラス端子４ａと電池側プラス端子５ａは第１の配線６を介して接続され、また、充電側マイナス端子４ｂと電池側マイナス端子５ｂは第２の配線８を介して接続されている。
【０１２３】
第２の配線８の途中には、第１実施形態又は第２実施形態に示したサーマルプロテクタ９が直列に接続されている。サーマルプロテクタ９は、互いに熱的に接続されるバイメタルスイッチ１０と発熱素子１１を有し、例えば、図３、図５と同じ構造を有している。
【０１２４】
バイメタルスイッチ１０は、電池側マイナス端子５ｂに接続される固定点１０ａと、充電側マイナス端子４ｂに接続される第１接点１０ｂと、発熱素子１１に接続される第２接点１０ｃとを有し、過電流、過電圧以外の状態では第１接点１０ｂと固定点１０ａが電気的に接続され、過電流、過電圧時には第２接点１０ｃと固定点１０ａが電気的に接続される構造を有している。
【０１２５】
バイメタルスイッチ１０の発熱、又は、発熱素子１１からの熱により、可動導体片１０ｄが切り替わって固定点１０ａと第２接点１０ｃを電気的に接続する。
【０１２６】
また、発熱素子１１は、２つのＰＴＣ１２ａ、１２ｂを直列に接続した回路構成を有している。発熱素子１１の第１の電極１３ａはバイメタルスイッチ１０の第１接点１０ｂに接続され、第２の電極１３ｂはバイパス回路４０を介して第１の配線６に接続されている。さらに、２つのＰＴＣ１２ａ，１２ｂの接続点は、バイメタルスイッチ１０の第２接点１０ｃに接続されている。
【０１２７】
また、保護回路３の第１の配線６と第２の配線８には電圧検出回路４１が接続されている。
【０１２８】
電圧検出回路４１は、二次電池１の端子間電圧を検出するために、高抵抗値の抵抗素子４１ａ，４１ｂを少なくとも２つ直列に接続して構成され、各抵抗素子４１ａ，４１ｂの抵抗比を予め選択することにより各抵抗素子４１ａ，４１ｂの各々にかかる電圧が設計されている。それらの抵抗素子４１ａ，４１ｂは、例えば数千Ω程度の抵抗値を有し、充電回路２に並列に接続された状態でも電流が殆ど流れない状態となる。即ち、充電時には大部分の電流が充電回路２から二次電池１に流れるような電圧検出回路４１の抵抗値に設計されている。本実施形態での電圧検出回路４１は、第１及び第２の抵抗素子４１ａ，４１ｂを直列に接続して構成され、それらの抵抗比を調整することにより、第１及び第２の抵抗素子４１ａ，４１ｂのそれぞれにかかる電圧が設計される。
【０１２９】
バイパス回路４０は、スイッチング素子として例えばｎチャネル電界効果トランジスタ（ｎ−ＦＥＴ）４０ａを有し、このｎ−ＦＥＴ４０ａのソースは発熱素子１１の第２の電極１３ｂに接続され、そのドレインは第１の配線６に接続されている。また、ｎ−ＦＥＴ４０ａのゲートは、電圧検出回路４１の第１の抵抗素子４１ａと第２の抵抗素子４１ｂの接続点に接続されていて、その接続点の電圧がｎ−ＦＥＴ４０ａのゲート電圧となるように構成されている。このようなバイパス回路４０は電圧検出器４１とともにスイッチング回路を構成する。
【０１３０】
これにより、二次電池１の正常な充電の状態では、バイパス回路４０が遮断された状態となって、バイパス回路４０には電流が流れない。しかし、二次電池１が過充電状態になると、二次電池１の電圧が上昇して電圧検出回路４１からバイパス回路４０への電圧信号が閾値電圧を上回ってバイパス回路４０が通電状態となり、充電回路２から二次電池１に供給される充電時の電力はバイパス回路４０を通してサーマルプロテクタ９の発熱素子１１であるＰＴＣ１２ａ，１２ｂに流れる。
【０１３１】
これにより、第１実施形態と同様に、バイメタルスイッチ１０が切り替わって第２の配線８に直列にＰＴＣ１２ａを接続した状態になり、そのＰＴＣ１２ａの発熱によりバイメタルスイッチ１０がその状態を自己保持する。これにより、第２の配線８は電気的に高抵抗となって実質的に切断された状態となる。
【０１３２】
また、保護回路３に過電流が流れる場合には、バイメタルスイッチ１０の温度が高くなって、第１実施形態と同様に、バイメタルスイッチ１０の可動導電体１０ｄの接続点が第１接点１０ｂから第２接点１０ｃに切り替わって第２の配線８に直列にＰＴＣ１２ａを接続した状態になり、そのＰＴＣ１２ａの発熱によりバイメタルスイッチ１０が切り替わった状態を自己保持する。これにより、第２の配線８は電気的に高抵抗となって実質的に切断された状態となる。
【０１３３】
なお、サーマルプロテクタ９として、図８、図９に示した構造の部品を用いても良く、その等価回路は図１１のようになる。
【０１３４】
（第７の実施の形態）
図１４は、本発明の第７実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図である。
【０１３５】
図１４において、二次電池１は、保護回路３を介して直流の充電回路２に接続されて充電されている。保護回路３は第２の配線８を介して接続されている。第２の配線８の途中には、第１実施形態又は第２実施形態に示したサーマルプロテクタ９が直列に接続されている。サーマルプロテクタ９の動作内容については第５の実施の形態に記載した内容と同一である。
【０１３６】
保護回路３の第１の配線６と第２の配線８には電圧検出回路４１が接続されている。電圧検出回路４１の動作内容については第５の実施の形態に記載した内容と同一である。
【０１３７】
電圧検出回路４１で直列に接続された第１及び第２の抵抗素子４１ａ，４１ｂの接続点と、スイッチング素子例えばｎ−ＦＥＴ４０ａのゲート接点との間にコンパレータ５２が接続されている。
【０１３８】
コンパレータ５２により電圧検出回路４１からバイパス回路４０への電圧信号が過充電時の閾値電圧を超えたときにのみバイパス回路４０が通電状態となる。閾値電圧以下の場合はスイッチング素子ｎ−ＦＥＴ４０ａのドレイン、ソース間に流れるもれ電流が抑制又は防止され、バイパス回路４０への通電がより確実に行える。
【０１３９】
さらに、二次電池１が保護回路３を介して図示しない負荷に接続される場合、つまり負荷への放電時において、負荷に供給される以外に保護回路３へ流れるもれ電流を極力小さく、あるいは防止して、二次電池１の放電特性に影響を及ぼさないようにすることが望ましい。
【０１４０】
保護回路３の設計は、例えば、二次電池が充電電圧が４．２Ｖのリチウムイオン電池の場合、コンパレータ５２の所定の閾値電圧を、４．５Ｖ付近とすれば、二次電池の放電電圧は４．２Ｖ以下であるため、放電時の保護回路３に流れるもれ電流は抑制され、リチウムイオン電池の放電特性に与える影響を小さくできる。例えば、４１ｂの抵抗をＭΩのオーダ、コンパレータ５２の閾値電圧を４．５Ｖとした場合、保護回路３のもれ電流を数μＡ以下に抑えることができる。
【０１４１】
なお、コンパレータ５２はマイナス側に任意の場所から、基準電位Ｖref（零電位を含む）を持つように設けられている。また、例えば、コンパレータ５２のマイナス側は、充電回路２のマイナス側と接続されていても良い。
【０１４２】
さらに、リード端子２２やリード端子２３及び／又はリード端子２６を用いて、外部から任意の基準電位Ｖrefを印加できるようにしてよい。あるいは、リード端子２２とリード端子２３及び／又はリード端子２６とは別にリード端子Ｌを少なくとも１つ設け、コンパレータのマイナス側とこのリード端子Ｌを接続し、外部から任意の基準電位Ｖrefを印加できるようにしてよい。
【０１４３】
（第８の実施の形態）
図１５は、本発明の第７実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電器を接続した状態を示す回路図である。
【０１４４】
図１５において、二次電池１は、保護回路３を介して直流の充電回路２に接続されて充電されている。
第１の配線６の途中には、第１実施形態に示したサーマルプロテクタ９が直列に接続されている。すなわち第１実施形態では２次電池１の負極側に接続されたサーマルプロテクタ９が、本実施形態では正極側に接続されているところが異なる（この場合、バイパス回路４０にＮ−ＦＥＴ４０ａを用いるとよい）。
【０１４５】
図１５は、第７の実施の形態での回路図（図１４）をもとにしているが、同様の構成は第２、第４、第６などの実施の形態（図２、図７、図１０、図１１）においても実現できる。
【０１４６】
（第９の実施の形態）
図１６（ｄ）は、本発明の第９実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図１６において、図５と同じ符号は同じ要素を示している。
【０１４７】
図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ可動導体片３０、支え部品３５、及び発熱素子１２（１１）であり、これらの部品を組立てることにより（ｄ）に示すサーマルプロテクタが構成されることを示す。
【０１４８】
発熱素子１２（１１）は、本実施例では上部が丸い支持部材１３ａ及び１３ｂ等の上に搭載されている。発熱素子と支持部材との間での熱的接触を極力少なくし、かつ電気的には十分な接触をはかるためである。支持部材１３ａ及び１３ｂは、それぞれ外部端子２２、２３と電気的に接続されている。また、支え部品３５は、発熱素子と支持部材との電気的な接触をはかるために発熱素子を上部から押圧するために設けられている。
【０１４９】
過充電状態でＰＴＣ１２が発熱してバイメタルからなる可動導体片３０の凹部を上向きに反転させることにより二次電池への過充電が防止される方法は、前述した第２の実施の形態と同じである。
【０１５０】
（第１０の実施の形態）
図１７（ｅ）は、本発明の第１０実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図１７において、図３と同じ符号は同じ要素を示している。
【０１５１】
図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれケースの上蓋２１、可動導体片２７、バイメタル２４、及び発熱素子１２（１１）であり、これらの部品を組立てることにより図１７
（ｅ）に示すサーマルプロテクタが構成されることを示している。
【０１５２】
ケースの上蓋２１には中央下部に図１７（ａ）に示す突起部が形成されている。この突起部により発熱素子１２が押圧される。可動導体片２７とバイメタル２４には、上蓋２１の突起部が貫通するための穴が図１７（ｂ）、図１７（ｃ）に示すとおりに形成されている。
【０１５３】
過充電状態でＰＴＣ１２が発熱してバイメタル２４がその凹部を上向きに反転させることにより可動導体片２７を押し上げ、二次電池への過充電が防止される方法は、前述した第１の実施の形態と同じである。
【０１５４】
（第１１の実施の形態）
図１８（ｅ）は、本発明の第１１実施形態に係る保護回路を構成するサーマルプロテクタを示す断面図である。図１８において、図３と同じ符号は同じ要素を示している。
【０１５５】
図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ可動導体片２７の斜視図、可動導体片２７の断面図、バイメタル２４、及び発熱素子１２（１１）であり、これらの部品を組立てることにより図１８（ｅ）に示すサーマルプロテクタが構成されることを示す。
【０１５６】
可動導体片２７の中央には図１８（ａ）に示すように切り欠け部が設けられ、図１８（ｂ）に示すように本切り欠け部が下方に折り曲げられている。この切り欠け部の弾性力によりバイメタル２４が押圧され、更にその下に設けられた発熱素子１２が押圧される構造となっている。
【０１５７】
過充電状態でＰＴＣ１２が発熱してバイメタル２４がその凹部を上向きに反転させることにより可動導体片２７を押し上げ、二次電池への過充電が防止される方法は、前述した第１の実施の形態と同じである。
【０１５８】
上述した実施形態においては、図１２に示すように、サーマルプロテクタ９、又は必要に応じて上記のスイッチング回路を加えたものを１つのケースに収納して二次電池保護装置５１としてもよい。この二次電池保護装置５１は、二次電池が収納されたケース５２の片端にある電極５３ａ，５３ｂに接続固定され、さらに蓋体５４によって封止され、これより二次電池パック５０が構成される。
【０１５９】
また、蓋体５４には二次電池保護装置５１を介して二次電池に充電器を接続するための貫通孔５５ａ、５５ｂが設けられている。そして、二次電池パック５０が充電器に電気的に接続されると、充電が開始され、二次電池保護装置５１が機能し、二次電池パック５０にて過充電を防止することができる。
【０１６０】
ツェナーダイオード１４、ＦＥＴ４１ａ等からなるスイッチング回路をケース内に収容する場合、スイッチング回路は少なくとも電気的に接続されれば機能するので、電気配線を適当に行えば任意の位置に設けることができる。さらに、スイッチング回路としてダイオードやトランジスタを使用する場合、必要以上に高熱になる場所を避けることが好ましい。また、必要に応じて冷却あるいは温度制御する。
【０１６１】
また、二次電池保護装置は、二次電池パックに収容固定するため、二次電池パックの小型化には、二次電池保護装置を小さくすることが望ましい。
【０１６２】
また、本発明の保護装置又は保護回路は、例えば、電子機器や充電器側にスイッチング回路を備え、二次電池保護装置にはＰＴＣとバイメタルスイッチのように分割して備えるようにしてよい。
【０１６３】
また、本発明の熱応動素子はバイメタルで説明したが、金属を３つ用いたトリメタルを使用してもよい。トリメタルは、例えば、高熱膨張型Ｃｕ-Ｎｉ-Ｍｎと、中間層Ｃｕと、低熱膨張側Ｎｉ−Ｆｅの３層からなるものがある。このときの中間層Ｃｕは、熱応動素子の体積抵抗率を調整のために挿入し、熱応動素子自身に通電する電流による発熱量（電流の２乗×電気抵抗）を調整するものである。また、中間層には、Ｃｕ−Ｎｉ等を用いることもある。
【０１６４】
また、本発明は、充電後に負荷に接続された場合に、二次電池から負荷へ過放電された場合、過放電を保護する保護回路、保護部品、保護装置、電池パック等として用いることが可能である。
【０１６５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。
【実施例】
【０１６６】
リチウムイオン二次電池を前記第２の実施の形態に記載の回路を用いて充電した。充電条件として、Ｙ＝３０Ｖ、Ｘ＝４．２Ｖ、Ｉ＝０．２Ａで行った。発熱素子１２ｂが有する抵抗Ｒｂ、発熱素子１２ａが有する抵抗Ｒａの値と充電の結果を表１に示す。
【０１６７】
【表１】
2006296180.tif 000003
【０１６８】
表１から明らかなように、本発明例は優れた特性を有する。しかし、比較例１、２、３、はＲａ、Ｒｂが本願発明を満たさないので、リチウムイオン二次電池の表面温度が上昇した。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る二次電池保護回路のサーマルプロテクタを示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態に係る二次電池保護回路のサーマルプロテクタの可動導体片を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第４実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの断面図である。
【図９】図９は、本発明の第５実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す別の回路図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る二次電池パックを示す分解斜視図である。
【図１３】図１３は、従来技術に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図１４】図１４は、本発明の第７実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図１５】図１５は、本発明の第８実施形態に係る二次電池用保護回路を介して二次電池と充電回路を接続した状態を示す回路図である。
【図１６】図１６は、本発明の第９実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第１０実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第１１実施形態に係る二次電池用保護回路に用いられるサーマルプロテクタの断面図である。
【符号の説明】
【０１７０】
１：二次電池
２：充電回路
３：保護回路
４ａ：充電側プラス端子
４ｂ：充電側マイナス端子
５ａ：電池側プラス端子
５ｂ：電池側マイナス端子
６、８：配線
９：サーマルプロテクタ
１０：バイメタルスイッチ
１１：発熱素子
１２，１２ａ，１２ｂ：ＰＴＣ
３５：支え部品
３９：スイッチング回路
４０：バイパス回路
４１：電圧検出回路
５０：電池パック
５１：二次電池保護装置
５２：コンパレータ
【図１】
2006296180.tif 000004
【図２】
2006296180.tif 000005
【図３】
2006296180.tif 000006
【図４】
2006296180.tif 000007
【図５】
2006296180.tif 000008
【図６】
2006296180.tif 000009
【図７】
2006296180.tif 000010
【図８】
2006296180.tif 000011
【図９】
2006296180.tif 000012
【図１０】
2006296180.tif 000013
【図１１】
2006296180.tif 000014
【図１２】
2006296180.tif 000015
【図１３】
2006296180.tif 000016
【図１４】
2006296180.tif 000017
【図１５】
2006296180.tif 000018
【図１６】
2006296180.tif 000019
【図１７】
2006296180.tif 000020
【図１８】
2006296180.tif 000021