(57)【要約】【課題】  簡素な回路で二次電池を過充電や過電流から保護することができる保護回路を提供することを目的とする。【解決手段】  過充電保護部５１は、二次電池６の電圧が所定の基準電圧（過充電保護電圧）Ｒｅｆ１を超える場合にハイレベルの信号を出力し、トランジスタＱ１をオンさせ、ヒータを通電させ、バイメタルスイッチＳＷ１をオフにして、二次電池６を過充電から保護する。チャタリング防止部５２は、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧が前記基準電圧（過充電保護電圧）Ｒｅｆ２を超える場合にハイレベルの信号を出力し、トランジスタＱ１をオンさせ、ヒータを通電させ、バイメタルスイッチＳＷ１をオフにして、バイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングを防止する。【選択図】      図２
2006340545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第１及び第２の接続端子と、
二次電池の両極に接続される第３及び第４の接続端子と、
前記第１及び第３の接続端子間に接続され、流れる電流によって自己発熱して所定の動作温度を超えた場合にオフする共に、外部加熱されることにより前記動作温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、
前記感熱スイッチを加熱するヒータと、
前記ヒータの通電制御を行うスイッチング手段と、
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過充電保護電圧を超える場合に前記スイッチング手段にヒータを通電させる第１の過充電保護手段と、
前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超える場合に前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる第２の過充電保護手段とを備えることを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えるか否かを検知する第１のコンパレータを備え、
前記第２の過充電保護手段は、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えた場合にハイレベルの信号を出力する第２のコンパレータを備え、
前記スイッチング手段は、前記第１及び第２のコンパレータのうち少なくともいずれか一方のコンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
【請求項３】
前記スイッチング手段は、
入力端子に前記第１及び第２のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、
ゲートが前記ＯＲゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることを特徴とする請求項２記載の保護回路。
【請求項４】
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に所定の短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる短絡保護手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
【請求項５】
前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えるか否かを検知する第１のコンパレータを備え、
前記第２の過充電保護手段は、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えた場合にハイレベルの信号を出力する第２のコンパレータを備え、
前記短絡保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に前記短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、ハイレベルの信号を出力する第３のコンパレータを備え、
前記スイッチング手段は、前記第１〜第３のコンパレータのうち少なくともいずれか一つのコンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させることを特徴とする請求項４記載の保護回路。
【請求項６】
前記スイッチング手段は、
入力端子に前記第１〜３のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、
ゲートが前記ＯＲゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることを特徴とする請求項５記載の保護回路。
【請求項７】
前記ヒータの温度が前記感熱スイッチの動作温度よりも高い所定の上限温度になった場合、前記スイッチング手段に前記ヒータへの通電を停止させる温度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項４記載の保護回路。
【請求項８】
前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超える場合にハイレベルの信号を出力する第１のコンパレータを備え、
前記第２の過充電保護手段は、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えた場合にハイレベルの信号を出力する第２のコンパレータを備え、
前記短絡保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に前記短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、ハイレベルの信号を出力する第３のコンパレータを備え、
前記温度制御手段は、
前記ヒータの温度を検知する温度センサと、
前記温度センサにより検知された温度が前記上限温度となった場合、ローレベルの信号を出力する第４のコンパレータを備え、
前記スイッチング手段は、
入力端子に前記第１〜３のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、
入力端子に前記ＯＲゲートの出力端子と前記第４のコンパレータの出力端子とが接続されたＡＮＤゲートと、
ゲートが前記ＡＮＤゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることを特徴とする請求項７記載の保護回路。
【請求項９】
二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第１及び第２の接続端子と、
二次電池の両極に接続される第３及び第４の接続端子と、
前記第１及び第３の接続端子間に接続され、流れる電流によって自己発熱して所定の動作温度を超えた場合にオフする共に、外部加熱されることにより前記動作温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、
前記感熱スイッチを加熱するヒータと、
前記ヒータの通電制御を行うスイッチング手段と、
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過充電保護電圧を超える場合に前記スイッチング手段にヒータを通電させる第１の過充電保護手段と、
前記ヒータの温度が前記感熱スイッチの動作温度よりも高い所定の上限温度になった場合、前記スイッチング手段に前記ヒータへの通電を停止させる温度制御手段とを備えることを特徴とする保護回路。
【請求項１０】
前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超える場合、ハイレベルの信号を出力する第１のコンパレータを備え、
前記温度制御手段は、
前記ヒータの温度を検知する温度センサと、
前記温度センサにより検知された温度が前記上限温度となった場合、ローレベルの信号を出力する第４のコンパレータを備え、
前記スイッチング手段は、前記第１及び第４のコンパレータの両コンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させ、両コンパレータのうち少なくともいずれか一方のコンパレータがローレベルの信号を出力した場合、前記ヒータへの通電を停止させることを特徴とする請求項９記載の保護回路。
【請求項１１】
前記スイッチング手段は、
入力端子に前記第１及び第４のコンパレータの出力端子が接続されたＡＮＤゲートと、
ゲートが前記ＡＮＤゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１０記載の保護回路。
【請求項１２】
前記感熱スイッチと前記第３の接続端子との間に接続された温度ヒューズを更に備え、
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧よりも高い第２の過充電保護電圧を超えた場合、前記上限温度を前記温度ヒューズの溶断温度よりも高い温度に変更する上限温度変更手段を更に備えることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の保護回路。
【請求項１３】
二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第１及び第２の接続端子と、
二次電池の両極に接続される第３及び第４の接続端子と、
前記第１及び第３の接続端子間に接続され、流れる電流によって自己発熱して所定の動作温度を超えた場合にオフする共に、外部加熱されることにより前記動作温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、
前記感熱スイッチを加熱するヒータと、
前記ヒータの通電制御を行うスイッチング手段と、
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過充電保護電圧を超える場合に、前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる第１の過充電保護手段と、
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が、前記第１及び第２の接続端子間の電圧に所定の短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる短絡保護手段とを備えることを特徴とする保護回路。
【請求項１４】
前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えるか否かを検知する第１のコンパレータを備え、
前記短絡保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に所定の短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、ハイレベルの信号を出力する第３のコンパレータを備え、
前記スイッチング手段は、前記第１及び第３のコンパレータのうち少なくともいずれか一方のコンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させることを特徴とする請求項１３記載の保護回路。
【請求項１５】
前記スイッチング手段は、
入力端子に前記第１及び第３のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、
ゲートが前記ＯＲゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１４記載の保護回路。
【請求項１６】
前記感熱スイッチに抵抗を並列接続したことを特徴とする請求項４〜８及び１３〜１５のいずれかに記載の保護回路。
【請求項１７】
前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過放電電圧以下となった場合、前記二次電池からの保護回路への電力供給を停止する電源制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を過剰な充電や過電流から保護する保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、背景技術に係る電池パックの構成を示す回路図である。図１４に示す電池パック１００１は、保護回路１００２と、二次電池１００３とを備えている。二次電池１００３は、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池等の充電可能な二次電池である。このような二次電池は、過剰に充電されたり放電電流が過大になったりすると、サイクル寿命等の特性が劣化したり、電池の膨張や変形等を招いたりする場合がある。そこで、電池パック１００１は、二次電池１００３を過剰な充電（過充電）や、過大な放電電流（過電流）から保護する保護回路１００２を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
保護回路１００２は、外部接続端子１００４，１００５と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１００６，１００７と、基準電圧源１００８，１００９と、コンパレータ１０１０，１０１１と、抵抗１０１２と、論理回路１０１３とを備えている。
【０００４】
外部接続端子１００４，１００５は、二次電池１００３を充電するための充電装置を接続したり、二次電池１００３からの放電電流により駆動される携帯電話機やデジタルカメラ等のモバイル機器、電動工具、ロボット、電動自転車等の駆動用電源を接続したりするための接続端子である。そして、外部接続端子１００４と、二次電池１００３と、ＦＥＴ１００６と、ＦＥＴ１００７と、外部接続端子１００５とが直列に接続されている。
【０００５】
ＦＥＴ１００６は、寄生ダイオードのアノードが二次電池１００３側になる方向にされており、ＦＥＴ１００７は、寄生ダイオードのアノードが外部接続端子１００５側になる方向にされている。そして、ＦＥＴ１００６は、二次電池１００３に過電流が流れた場合に放電電流を遮断する過電流保護用のスイッチとして用いられ、ＦＥＴ１００７は、二次電池１００３が過充電になった場合に充電電流を遮断する過充電保護用のスイッチとして用いられる。
【０００６】
また、二次電池１００３の正極端子がコンパレータ１０１０の＋端子に印加され、基準電圧源１００８から出力された基準電圧ＶＲｅｆ１がコンパレータ１０１０の−端子に印加され、コンパレータ１０１０の出力端子が論理回路１０１３に接続されている。基準電圧ＶＲｅｆ１としては、二次電池１００３の過充電を検出するための電圧が設定されている。そして、コンパレータ１０１０は、外部接続端子１００４，１００５に接続された図略の充電装置によって二次電池１００３が充電され、二次電池１００３の端子電圧が基準電圧ＶＲｅｆ１を超えると、過充電を示す検知信号を論理回路１０１３へ出力する。
【０００７】
また、ＦＥＴ１００６とＦＥＴ１００７との接続点が、抵抗１０１２を介してコンパレータ１０１１の−端子に接続され、基準電圧源１００９から出力された基準電圧ＶＲｅｆ２がコンパレータ１０１１の＋端子に印加されている。これにより、二次電池１００３からの放電電流がＦＥＴ１００６を流れ、ＦＥＴ１００６のオン抵抗により生じた電圧降下が抵抗１０１２を介してコンパレータ１０１１の−端子へ印加される。また、基準電圧ＶＲｅｆ２は、例えば二次電池１００３の特性劣化を招かない範囲での最大の放電電流がＦＥＴ１００６を流れた場合にＦＥＴ１００６のオン抵抗で生じる電圧降下に相当する電圧が設定されている。
【０００８】
そして、コンパレータ１０１１は、例えば外部接続端子１００４，１００５が、金属片に接触したり、外部接続端子１００４，１００５に接続された負荷機器が故障したりすること等によって短絡し、二次電池１００３から過電流が流れると、ＦＥＴ１００６における電圧降下の上昇を検知して、過電流を示す検知信号を論理回路１０１３へ出力する。
【０００９】
論理回路１０１３は、コンパレータ１０１０から過充電を示す検知信号が出力されると、二次電池１００３の充電を停止させるべくＦＥＴ１００７をオフさせ、コンパレータ１０１１から過電流を示す検知信号が出力されると、二次電池１００３の放電を停止させるべくＦＥＴ１００６をオフさせる。これにより、保護回路１００２は、二次電池１００３を、過充電や過電流から保護するようになっている。
【００１０】
また、このように二次電池を過充電や、過電流から保護する保護回路としては、図１５に示す電池パック１０２１のように、二次電池１０２２とバイメタルスイッチ１０２３とを直列に接続し、例えば外部接続端子１０２４，１０２５に接続された充電装置が故障した場合等、充電が過剰となって二次電池１０２２が発熱したりバイメタルスイッチ１０２３が自己発熱したりすることによって、バイメタルスイッチ１０２３が加熱されると、バイメタルスイッチ１０２３がオフして充電電流を遮断し、二次電池１０２２を保護するようにしたものが知られている。
【００１１】
また、図１６に示す電池パック１０３１のように、所定の温度を超えた場合にオフするサーミスタであるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子であるＰＴＣ素子１０３２を用いて、二次電池１０３３とＰＴＣ素子１０３２とを直列に接続し、例えば外部接続端子１０３４，１０３５に接続された充電装置１０３６が故障した場合等、充電が過剰となって二次電池１０３３が発熱したりＰＴＣ素子１０３２が自己発熱したりすることによって、ＰＴＣ素子１０３２が加熱されると、ＰＴＣ素子１０３２がオフして充電電流を遮断し、二次電池１０３３を保護するようにしたものが知られている。
【特許文献１】特開平４−７５４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１４に示す保護回路１００２は、ＦＥＴには寄生ダイオードが有るために、電流の流れる方向が異なる放電電流と充電電流とを一つのＦＥＴで遮断することができず、放電電流を遮断するＦＥＴ１００６と、充電電流を遮断するＦＥＴ１００７とを備える必要があった。また、過充電を検出するために基準電圧源１００８とコンパレータ１０１０とを必要とし、過電流を検出するために基準電圧源１００９とコンパレータ１０１１と抵抗１０１２とを必要とし、コンパレータ１０１０，１０１１の出力信号に基づき２つのＦＥＴ１００６，１００７をオン・オフさせる論理回路１０１３を必要とするため、保護回路１００２の回路規模が増大するという不都合があった。
【００１３】
更に、図１５や図１６に示すように、バイメタルスイッチやＰＴＣ素子の温度によって動作する温度スイッチを二次電池と直列に接続することで二次電池を過充電から保護する構成では、過充電を検出する精度が低いため、例えば充電電圧の制御精度の低い粗悪な充電装置によって電池パックの充電が行われた場合のように、温度が急激に上昇しない程度の充電電流で二次電池の充電が継続されると、温度スイッチが動作しないまま二次電池が過充電され、二次電池の特性が劣化したり、電池の膨張や変形等を招いたりするおそれがあるという不都合があった。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、簡素な回路で二次電池を過充電や過電流から保護することができる保護回路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】
【００１５】
本発明により保護回路は、二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第１及び第２の接続端子と、二次電池の両極に接続される第３及び第４の接続端子と、前記第１及び第３の接続端子間に接続され、流れる電流によって自己発熱して所定の動作温度を超えた場合にオフする共に、外部加熱されることにより前記動作温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、前記感熱スイッチを加熱するヒータと、前記ヒータの通電制御を行うスイッチング手段と、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過充電保護電圧を超える場合に前記スイッチング手段にヒータを通電させる第１の過充電保護手段と、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超える場合に前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる第２の過充電保護手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、上記構成において、前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えるか否かを検知する第１のコンパレータを備え、前記第２の過充電保護手段は、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えた場合にハイレベルの信号を出力する第２のコンパレータを備え、前記スイッチング手段は、前記第１及び第２のコンパレータのうち少なくともいずれか一方のコンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
また、上記構成において、前記スイッチング手段は、入力端子に前記第１及び第２のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、ゲートが前記ＯＲゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることが好ましい（請求項３）。
【００１８】
また、上記構成において、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に所定の短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる短絡保護手段を更に備えることが好ましい（請求項４）。
【００１９】
また、上記構成において、前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えるか否かを検知する第１のコンパレータを備え、前記第２の過充電保護手段は、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えた場合にハイレベルの信号を出力する第２のコンパレータを備え、前記短絡保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に前記短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、ハイレベルの信号を出力する第３のコンパレータを備え、前記スイッチング手段は、前記第１〜第３のコンパレータのうち少なくともいずれか一つのコンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させることが好ましい（請求項５）。
【００２０】
また、上記構成において、前記スイッチング手段は、入力端子に前記第１〜３のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、ゲートが前記ＯＲゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることが好ましい（請求項６）。
【００２１】
また、上記構成において、前記ヒータの温度が前記感熱スイッチの動作温度よりも高い所定の上限温度になった場合、前記スイッチング手段に前記ヒータへの通電を停止させる温度制御手段を更に備えることが好ましい（請求項７）。
【００２２】
また、上記構成において、前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超える場合ハイレベルの信号を出力する第１のコンパレータを備え、前記第２の過充電保護手段は、前記第１及び第２の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えた場合にハイレベルの信号を出力する第２のコンパレータを備え、前記短絡保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に前記短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、ハイレベルの信号を出力する第３のコンパレータを備え、前記温度制御手段は、前記ヒータの温度を検知する温度センサと、前記温度センサにより検知された温度が前記上限温度となった場合、ローレベルの信号を出力する第４のコンパレータを備え、前記スイッチング手段は、入力端子に前記第１〜３のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、入力端子に前記ＯＲゲートの出力端子と前記第４のコンパレータの出力端子とが接続されたＡＮＤゲートと、ゲートが前記ＡＮＤゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることが好ましい（請求項８）。
【００２３】
本発明による保護回路は、二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第１及び第２の接続端子と、二次電池の両極に接続される第３及び第４の接続端子と、前記第１及び第３の接続端子間に接続され、流れる電流によって自己発熱して所定の動作温度を超えた場合にオフする共に、外部加熱されることにより前記動作温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、前記感熱スイッチを加熱するヒータと、前記ヒータの通電制御を行うスイッチング手段と、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過充電保護電圧を超える場合に前記スイッチング手段にヒータを通電させる第１の過充電保護手段と、前記ヒータの温度が前記感熱スイッチの動作温度よりも高い所定の上限温度になった場合、前記スイッチング手段に前記ヒータへの通電を停止させる温度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、上記構成において、前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超える場合、ハイレベルの信号を出力する第１のコンパレータを備え、前記温度制御手段は、前記ヒータの温度を検知する温度センサと、前記温度センサにより検知された温度が前記上限温度となった場合、ローレベルの信号を出力する第４のコンパレータを備え、前記スイッチング手段は、前記第１及び第４のコンパレータの両コンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させ、両コンパレータのうち少なくともいずれか一方のコンパレータがローレベルの信号を出力した場合、前記スイッチング手段に前記ヒータへの通電を停止させることが好ましい（請求項１０）。
【００２５】
また、上記構成において、前記スイッチング手段は、入力端子に前記第１及び第４のコンパレータの出力端子が接続されたＡＮＤゲートと、ゲートが前記ＡＮＤゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることが好ましい（請求項１１）。
【００２６】
また、上記構成において、前記感熱スイッチと前記第３の接続端子との間に接続された温度ヒューズを更に備え、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧よりも高い第２の過充電保護電圧を超えた場合、前記上限温度を前記温度ヒューズの溶断温度よりも高い温度に変更する上限温度変更手段を更に備えることが好ましい（請求項１２）。
【００２７】
本発明による保護回路は、二次電池を充電する充電装置及び／又は前記二次電池からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための第１及び第２の接続端子と、二次電池の両極に接続される第３及び第４の接続端子と、前記第１及び第３の接続端子間に接続され、流れる電流によって自己発熱して所定の動作温度を超えた場合にオフする共に、外部加熱されることにより前記動作温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、前記感熱スイッチを加熱するヒータと、前記ヒータの通電制御を行うスイッチング手段と、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過充電保護電圧を超える場合に、前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる第１の過充電保護手段と、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が、前記第１及び第２の接続端子間の電圧に所定の短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、前記スイッチング手段に前記ヒータを通電させる短絡保護手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
また、上記構成において、前記第１の過充電保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記過充電保護電圧を超えるか否かを検知する第１のコンパレータを備え、前記短絡保護手段は、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が前記第１及び第２の接続端子間の電圧に所定の短絡保護電圧を加えた電圧を超える場合に、ハイレベルの信号を出力する第３のコンパレータを備え、前記スイッチング手段は、前記第１及び第３のコンパレータのうち少なくともいずれか一方のコンパレータがハイレベルの信号を出力した場合、前記ヒータを通電させることが好ましい（請求項１４）。
【００２９】
また、上記構成において、前記スイッチング手段は、入力端子に前記第１及び第３のコンパレータの出力端子が接続されたＯＲゲートと、ゲートが前記ＯＲゲートの出力端子に接続され、ドレインが前記ヒータに接続され、ソースが前記第２及び第４の接続端子に接続されたｎチャネル電界効果型トランジスタとを備えることが好ましい（請求項１５）。
【００３０】
また、上記構成において、前記感熱スイッチに抵抗を並列接続したことが好ましい（請求項１６）。
【００３１】
また、上記構成において、前記第３及び第４の接続端子間の電圧が所定の過放電電圧以下となった場合、前記二次電池からの保護回路への電力供給を停止する電源制御手段を更に備えることが好ましい（請求項１７）。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１記載の発明によれば、第１の過充電保護手段は、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が予め設定された過充電保護電圧を超えると、スイッチング手段にヒータを通電させ、感熱スイッチはヒータにより加熱されてオフし、充電電流の通電を遮断するため、二次電池を過充電から保護することができる。
【００３３】
また、感熱スイッチは、二次電池からの放電電流が所定の電流値を超えた場合、自己発熱によりオフして放電電流を遮断するので、二次電池を過電流から保護することができる。そのため、図１４示すような過電流防止用のＦＥＴ１００６、基準電圧源１００９、及び過電流を検出するためのコンパレータ１０１１が不要となり、回路の簡素化を図ることができる。
【００３４】
更に、放電電流と充電電流とを感熱スイッチにより遮断することができるため、回路を簡素化することができる。
【００３５】
ここで、第２の過充電保護手段が存在しない場合を考える。過充電保護状態において、ヒータにより二次電池の電力が消耗されると、二次電池の電圧が低下し、スイッチング手段によりヒータの通電が停止され、感熱スイッチの加熱が停止される。そして、感熱スイッチは自然冷却され、動作温度以下になると、再びオンし、充電装置からの充電電流を流し、二次電池を再び充電する。二次電池の充電が継続されると、二次電池の電圧が過充電保護電圧を超え、再び、感熱スイッチはオフする。このように、過充電保護状態において、第１及び第２の接続端子間に充電装置が接続され続けると、チャタリングが発生する。
【００３６】
しかしながら、本発明は第２の過充電保護手段を備えている。そのため、過充電保護状態において、第１及び第２の接続端子間に充電装置が接続されて充電が継続され、第１及び第２の接続端子間の電圧が過充電保護電圧を超えていれば、スイッチング手段にヒータを通電させるため、二次電池の電圧が過充電保護電圧以下となっても、感熱スイッチは継続してオンする結果、過充電保護状態において生じる感熱スイッチのチャタリングを防止することができる。これにより、感熱スイッチの劣化を防止することができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）と第１及び第２の接続端子間の電圧とがコンパレータにより検知されているため、かかる検知を高精度に行うことができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、スイッチング手段をＯＲゲートとｎチャネル電界効果型トランジスタとにより構成したため、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過充電保護電圧を超えた場合、又は第１及び第２の接続端子間の電圧が過充電保護電圧を超えた場合、ヒータをより確実に加熱することができ、感熱スイッチをより確実にオフすることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、短絡保護手段は、過電流保護状態において、二次電池の電圧から第１及び第２の接続端子間の電圧差し引いた電圧が短絡保護電圧を超えている場合、第１及び第２の接続端子は短絡されている、又は過電流を引き起こすような低抵抗が接続されていると判定して、ヒータを加熱させ、感熱スイッチを継続してオフさせるため、過電流保護状態における感熱スイッチのチャタリングを防止することができる。その結果、過充電保護状態において、第１及び第２の接続端子に過電流を生じさせる負荷が接続され続けている場合に、チャタリングのオン時に流れる過電流を防止することができる。
【００４０】
請求項５記載の発明によれば、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過充電保護電圧を超えているか否かが第１のコンパレータにより検知され、第１及び第２の接続端子間の電圧が過充電保護電圧を超えているか否かが第２のコンパレータにより検知され、二次電池の電圧が第１及び第２の接続端子間の電圧に短絡保護電圧を加えた電圧を超えているか否かが第３のコンパレータにより検知されているため、これらの検知を高精度に行うことができる。
【００４１】
請求項６記載の発明によれば、スイッチング手段をＯＲゲートとｎチャネル電界効果型トランジスタとにより構成したため、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過充電保護電圧を超えた場合、第１及び第２の接続端子間の電圧が過充電保護電圧を超えた場合、又は二次電池の電圧から第１及び第２の接続端子間の電圧を差し引いた電圧が短絡保護電圧を超えた場合、ヒータをより確実に加熱することができ、感熱スイッチをより確実にオフすることができる。
【００４２】
請求項７記載の発明によれば、温度制御手段は、ヒータの温度が感熱スイッチの動作温度よりも高い上限温度に達した場合、ヒータの通電を停止させるため、過充電保護を達成しつつ、感熱スイッチが上限温度以上に加熱されることを防止し、感熱スイッチの溶着を防止することができる。
【００４３】
請求項８記載の発明によれば、第１の過充電保護手段、第２の過充電保護手段、短絡保護手段、及び温度制御手段を第１〜第４のコンパレータにより構成し、スイッチング手段をＯＲゲートと、ＡＮＤゲートと、ｎチャネル電界効果型トランジスタにより構成したため、二次電池を過充電及び過電流からより確実に保護することができる。
【００４４】
請求項９記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様、二次電池を過充電から保護し、回路の簡素化を図ることができることに加え、温度制御手段は、ヒータの温度が感熱スイッチの動作温度よりも高い上限温度に達した場合、ヒータの通電を停止させるため、過充電保護を達成しつつ、感熱スイッチが上限温度以上に加熱されることを防止し、感熱スイッチの溶着を防止することができる。
【００４５】
請求項１０記載の発明によれば、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過充電保護電圧を超えているか否かが第１のコンパレータにより検知され、ヒータの温度が温度センサにより検知され、ヒータの温度が上限温度を超えているか否かが第４のコンパレータにより検知されているため、これらの検知を高精度に行うことができる。
【００４６】
請求項１１記載の発明によれば、スイッチング手段をＡＮＤゲートとｎチャネル電界効果型トランジスタにより構成したため、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過充電保護電圧を超えた場合、ヒータを精度良くオンにし、ヒータの温度が上限温度を超えた場合、ヒータの加熱を精度良く停止することができる。
【００４７】
請求項１２記載の発明によれば、過充電保護状態において充電が継続されると、ヒータの温度は更に上昇していき、やがて上限温度に到達するが、感熱スイッチが溶着していると、ヒータの温度が上限温度に到達しても、充電は継続される。そして、充電が継続され、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が第２の過充電保護電圧を超えると、上限温度が温度ヒューズの溶断温度よりも高い温度に変更される。そのため、温度ヒューズを確実に溶断することができ、感熱スイッチが溶着していても、二次電池を過充電から保護することができる。
【００４８】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１記載の発明同様、二次電池を過充電から保護することができ、回路の簡素化を図ることができると共に、請求項４記載の発明同様、過電流保護状態における感熱スイッチのチャタリングを防止することができる。
【００４９】
請求項１４記載の発明によれば、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）と第１及び第２の接続端子間の電圧とがコンパレータにより検知されているため、かかる検知を高精度に行うことができる。
【００５０】
請求項１５記載の発明によれば、スイッチング手段をＯＲゲートとｎチャネル電界効果型トランジスタとにより構成したため、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過充電保護電圧を超えた場合、又は二次電池の電圧から第１及び第２の接続端子間の電圧を差し引いた電圧が短絡保護電圧を超えた場合、ヒータをより確実に加熱することができ、感熱スイッチをより確実にオフすることができる。
【００５１】
請求項１６記載の発明によれば、過電流保護状態において、第１及び第２の接続端子から過電流を引き起こす負荷が取り外されると、感熱スイッチに並列接続された抵抗に二次電池からの電流が流れ、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）と第１及び第２の接続端子間の電圧がほぼ等しくなり、二次電池の電圧が第１及び第２の接続端子間の電圧に短絡保護電圧を加えた電圧以下となるため、ヒータの加熱が停止され、感熱スイッチがオンとなる。これにより、過電流保護状態において、負荷が取り外され、短絡又は低抵抗状態が解除された場合、保護回路を過電流保護状態から通常状態に速やかに復帰させることができる。
【００５２】
請求項１７記載の発明によれば、第３及び第４の接続端子間の電圧（二次電池の電圧）が過放電電圧以下となった場合、二次電池から保護回路への電力供給が停止されるため、二次電池の電力消費を防止することができ、第１及び第２の接続端子が開放されている状態において、二次電池を過放電から保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００５４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池パックの一例を示す分解斜視図である。図１に示す電池パック１は、有底筒状の容器２と、外部端子接続ユニット３と、容器２と外部端子接続ユニット３との間に挿入される板状のスペーサ４とを備えている。容器２は、二次電池６が収容され、かしめ封口されており、二次電池６に凸状に設けられた正極端子６ａが容器２の開口端から突出するようにされている。また、容器２は、ニッケルメッキを表面に施した鋼板から構成されており、二次電池６の負極が容器２の内部で容器２と接続されている。
【００５５】
外部端子接続ユニット３は、例えば樹脂成形されたケース３１を備えて構成され、充電装置や負荷機器を接続するための接続端子Ｔ１，Ｔ２がケース３１の表面に露出して設けられている。また、接続端子Ｔ２と接続された、例えば板状の金属により構成された接続端子Ｔ４が、容器２と接続される方向に突出して設けられている。
【００５６】
図２は、図１に示す電池パック１の回路図を示している。電池パック１は、保護回路５と、二次電池６とを備えている。二次電池６は、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池等の充電可能な二次電池である。保護回路５は、二次電池６を過充電や、過電流から保護する回路である。
【００５７】
保護回路５は、外部端子接続ユニット３の内部に配設されており、接続端子Ｔ１〜Ｔ４（第１〜第４の接続端子）、バイメタルスイッチ（感熱スイッチ）ＳＷ１、過充電保護部（第１の過充電保護手段）５１、チャタリング防止部（第２の過充電保護手段）５２、ヒータＲ１、トランジスタ（スイッチング手段）Ｑ１、及びＯＲゲート（スイッチング手段）Ｇ１を備えている。接続端子Ｔ１及び接続端子Ｔ２は、二次電池６を充電する図略の充電装置及び／又は二次電池６からの放電電流により駆動される負荷機器を接続するための接続端子である。負荷機器は、例えば携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、電動工具等、電池で駆動される種々の電気機器である。
【００５８】
接続端子Ｔ３は二次電池６の正極に接続され、接続端子Ｔ４は二次電池６の負極に接続されている。バイメタルスイッチＳＷ１は、接続端子Ｔ１及びＴ３間に接続されている。ヒータＲ１は、一端が接続端子Ｔ３に接続され、他端がトランジスタＱ１のドレインに接続されている。トランジスタＱ１は、ゲートがＯＲゲートＧ１の出力端子に接続され、ソースが接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。
【００５９】
過充電保護部５１は、コンパレータＡ１及び基準電圧源Ｅ１を備え、チャタリング防止部５２は、コンパレータＡ２及び基準電圧源Ｅ２を備えている。コンパレータＡ１は−端子が基準電圧源Ｅ１の正極と接続され、＋端子が接続端子Ｔ３と接続され、出力端子がＯＲゲートＧ１の入力端子に接続され、電源供給端子が接続端子Ｔ３と接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４と接続されている。基準電圧源Ｅ１の負極は接続端子Ｔ２，Ｔ４と接続されている。
【００６０】
コンパレータＡ２は、＋端子が接続端子Ｔ１と接続され、−端子が基準電圧源Ｅ２の正極と接続され、出力端子がＯＲゲートＧ１の入力端子と接続され、電源供給端子が接続端子Ｔ３に接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４と接続されている。基準電圧源Ｅ２の負極は接続端子Ｔ２，Ｔ４と接続されている。
【００６１】
バイメタルスイッチＳＷ１は、予め設定された所定の動作温度Ｔｓｗ１を超えた場合にオフする感熱スイッチであり、動作温度Ｔｓｗ１は、例えば二次電池６の特性を劣化させない温度範囲における最高温度が設定されている。
【００６２】
また、バイメタルスイッチＳＷ１は、温度が上昇してオフした後、温度が低下すれば再びオンする復帰形の感熱スイッチである。なお、感熱スイッチとしては、バイメタルスイッチに代えて、形状記憶合金を用いたスイッチ（例えば、実公平７−４７７０、特開平１１−２２４５７９に記載のもの）や、形状記憶樹脂を用いたスイッチを、同様にして用いることができる。
【００６３】
形状記憶合金としては、ニッケル−チタン合金系、銅−亜鉛−アルミニウム合金などの熱弾性型マルテンサイト変態および逆変態に基づき、復元力を有する形状記憶合金であれば良く、これらの合金がその変形された形状より復元された形状に変化する形状変化温度範囲は、形状記憶合金の組成を適宜に選定したり、熱処理プロセスを変更したりすることにより変更可能である。
【００６４】
形状記憶樹脂としては、架橋または部分結晶化させた固定相と可逆相が混在しているポリエステル、ポリウレタン、スチレン・ブタジエン、トランスポリイソプレンなどの樹脂を用いることができる。
【００６５】
ヒータＲ１は、例えば正の温度特性、すなわち温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタが用いられる。これにより、ヒータＲ１に電圧を印加すると、ヒータＲ１の自己発熱によってヒータＲ１の抵抗値が増大し、ヒータＲ１を流れる電流が減少する結果、ヒータＲ１の温度は最終的に、最終到達温度で一定となる。最終到達温度は、バイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１を超える温度であって、二次電池６や保護回路５を損傷しない程度の温度が設定されている。これにより、ヒータＲ１の発熱によって二次電池６や保護回路５を損傷したりすることを抑制することができる。
【００６６】
過充電保護部５１は、二次電池６の過充電を検知し、二次電池６への充電電流を遮断させ、二次電池６を過充電保護状態にする。チャタリング防止部５２は、過充電保護状態において生じるバイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングを防止する。
【００６７】
基準電圧源Ｅ１は、二次電池６の過充電を検出するための判断基準となる基準電圧（過充電保護電圧）Ｒｅｆ１を出力する電圧発生回路である。基準電圧源Ｅ２は、バイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングを防止するための基準電圧（過充電保護電圧）Ｒｅｆ２を出力する電圧発生回路である。
【００６８】
本実施の形態では、基準電圧Ｒｅｆ１と基準電圧Ｒｅｆ２とはほぼ等しく、具体的には基準電圧Ｒｅｆ１＝基準電圧Ｒｅｆ２＝４．３Ｖである。
【００６９】
コンパレータＡ１は、−端子に基準電圧Ｒｅｆ１が印加され、接続端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧、すなわち二次電池６の電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ１を超えた場合、ハイレベルの信号を出力し、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ１以下の場合、ローレベルの信号を出力する。
【００７０】
コンパレータＡ２は、−端子に基準電圧Ｒｅｆ２が印加され、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧、すなわち、接続端子Ｔ１，Ｔ２に接続される充電装置又は負荷機器の電圧Ｖａが基準電圧Ｒｅｆ２を超えた場合、ハイレベルの信号を出力し、電圧Ｖａが基準電圧Ｒｅｆ２以下の場合、ローレベルの信号を出力する。
【００７１】
本実施の形態では、コンパレータＡ１，Ａ２として、ノイズの影響を低減するために、入力電圧にヒステリシスを有するコンパレータが採用されている。
【００７２】
ＯＲゲートＧ１は、コンパレータＡ１，Ａ２のうちいずれか一方のコンパレータからハイレベルの信号が出力された場合、トランジスタＱ１のゲートにハイレベルの信号を出力し、両コンパレータからローレベルの信号が出力された場合、トランジスタＱ１のゲートにローレベルの出力する。
【００７３】
トランジスタＱ１は、ｎチャネルＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）が採用され、ＯＲゲートＧ１からハイレベルの信号が出力された場合、オンしてヒータＲ１を通電し、ヒータＲ１を加熱させ、バイメタルスイッチＳＷ１をオフさせ、ＯＲゲートＧ１からローレベルの信号が出力された場合、オフしてヒータＲ１の通電を停止し、ヒータＲ１の加熱を停止させ、バイメタルスイッチＳＷ１をオンさせる。
【００７４】
次に、保護回路５の動作について説明する。まず、保護回路５による過充電保護動作について説明する。接続端子Ｔ１，Ｔ２に図略の充電装置が接続され、充電装置から電圧Ｖａが接続端子Ｔ１，Ｔ２間に印加されると、電圧Ｖａ，Ｖｂが共に基準電圧Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２以下の通常状態において、バイメタルスイッチＳＷ１はオンし、二次電池６が充電される。ここで、電圧Ｖａは、正常時は例えば最大４．２Ｖである。
【００７５】
そして、例えば図略の充電装置が故障する等して電圧制御がきかなくなると、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ１を超える。そうすると、コンパレータＡ１からハイレベルの信号が出力され、ＯＲゲートＧ１からハイレベルの信号が出力され、トランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ１に電流が流れ、バイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達すると、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして充電電流が遮断され、過充電保護状態とされる。これにより、二次電池６は過充電から保護される。
【００７６】
過充電保護状態において、ヒータＲ１により二次電池６の電力が消耗されると、電圧Ｖｂが低下して、コンパレータＡ１の出力はローレベルになる。ここで、チャタリング防止部５２が存在しない場合を考える。すると、トランジスタＱ１はオフされ、ヒータＲ１に電流が流れず、バイメタルスイッチＳＷ１の加熱が停止される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１は自然冷却され、動作温度Ｔｓｗ１以下になると、再びオンし、充電装置からの充電電流を流し、二次電池６を再び充電する。二次電池６の充電が継続されると、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ１を超え、再び、バイメタルスイッチＳＷ１はオフする。このように、過充電保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２間に充電装置が接続され続けると、チャタリングが発生する。
【００７７】
しかしながら、本実施の形態の保護回路５はチャタリング防止部５２を備えている。これにより、過充電保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２間に充電装置が接続され続け、電圧Ｖａが基準電圧Ｒｅｆ２を超える場合であっても、コンパレータＡ２からはハイレベルの信号が出力され、ＯＲゲートＧ１からはハイレベルの信号が出力され、トランジスタＱ１はオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ１に電流が流れ、バイメタルスイッチＳＷ１が継続して加熱され、バイメタルスイッチＳＷ１はオフを継続する。これにより、過充電保護状態において、充電装置が接続され続けることで生じるバイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングが防止されることとなる。
【００７８】
次に、保護回路５による過電流保護について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で、例えば接続端子Ｔ１，Ｔ２に金属片が接触したり、接続端子Ｔ１，Ｔ２に接続された図略の携帯電話機等の負荷機器が故障したりすることによって、接続端子Ｔ１，Ｔ２が短絡、又は接続端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値が低抵抗になると、二次電池６からバイメタルスイッチＳＷ１を介して過電流が流れる。バイメタルスイッチＳＷ１は過電流が流れると、接点抵抗によって加熱される。
【００７９】
そして、バイメタルスイッチＳＷ１は、温度が動作温度Ｔｓｗ１に達すると、オフして二次電池６の放電電流を遮断し、保護回路５は過電流保護状態となり、二次電池６は過電流から保護される。過電流保護状態が継続すると、コンパレータＡ１，Ａ２の出力は共にローレベルであり、ヒータＲ１の加熱は停止されているため、バイメタルスイッチＳＷ１は自然冷却される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１は、動作温度Ｔｓｗ１以下となると、再びオンし、保護回路５は、過電流保護状態から通常状態に復帰する。
【００８０】
以上説明したように実施の形態１による保護回路５によれば、感熱スイッチであるバイメタルスイッチＳＷ１を用いて二次電池６を過充電及び過電流から保護することができるので、図１４に示す背景技術に係る保護回路１００２のように、放電電流を遮断するＦＥＴ１００６と、充電電流を遮断するＦＥＴ１００７と、過電流を検出するための基準電圧源１００９、コンパレータ１０１１、及び抵抗１０１２と、二つのＦＥＴ１００６，１００７のオンオフを制御するための論理回路１０１３とを必要とせず、保護回路５の回路を簡素化することができ、保護回路５を小型化することが容易となる。
【００８１】
また、コンパレータＡ１によって過充電が検出され、ヒータＲ１によりバイメタルスイッチＳＷ１を加熱することによってバイメタルスイッチＳＷ１をオフさせるので、例えば図１５や図１６に示すように二次電池１０２２と直列に接続されたバイメタルスイッチ１０２３又はＰＴＣ素子１０３２のみによって過充電保護を行う場合よりも過充電を検出する精度を向上させることができ、過充電保護動作が行われないまま二次電池６が過充電されたり、二次電池６の特性が劣化したり、二次電池６の膨張や変形等を招いたりするおそれを低減することができる。
【００８２】
更に、チャタリング防止部５２を備えているため、過充電保護状態において充電装置が接続され続け、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖａが基準電圧Ｒｅｆ２を超えると、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ１以下となっても、トランジスタＱ１が継続してオンされるため、バイメタルスイッチＳＷ１の加熱が継続され、バイメタルスイッチＳＷ１はオフ状態を保つ結果、バイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングを防止することができ、バイメタルスイッチＳＷ１の劣化を防止することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、ヒータＲ１を用いたがこれに限定されず、過充電保護部５１、チャタリング防止部５２、ＯＲゲートＧ１、トランジスタＱ１を集積回路とし、主にトランジスタＱ１がオンに起因して生じる集積回路の熱を利用してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱してもよい。この場合、ヒータＲ１が不要となり部品点数の削減を図ることができる。
【００８４】
（実施の形態２）
次に実施の形態２の保護回路５ａについて説明する。図３は、実施の形態２の保護回路５ａの回路図を示している。実施の形態２の保護回路５ａは実施の形態１の保護回路５において、チャタリング防止部５２を省き、短絡保護部（短絡保護手段）５３及び抵抗Ｒ２を備えることを特徴としている。なお、実施の形態２において、実施の形態１と同一のものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
短絡保護部５３は、コンパレータＡ３及び基準電圧源Ｅ３を備えている。コンパレータＡ３は、−端子が接続端子Ｔ１に接続され、＋端子が基準電圧源Ｅ３に接続され、出力端子がＯＲゲートＧ１の入力端子に接続され、電源供給端子が接続端子Ｔ３に接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。
【００８６】
基準電圧源Ｅ３は、正極が接続端子Ｔ３に接続され、負極がコンパレータＡ３の＋端子に接続されている。抵抗Ｒ２はバイメタルスイッチＳＷ１と並列に接続されている。
【００８７】
コンパレータＡ３は、二次電池６の電圧Ｖｂが接続端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖａと基準電圧Ｒｅｆ３とを加算した電圧を超えるか否かを検出し、電圧Ｖｂが基準電圧（過電流保護電圧）Ｒｅｆ３と電圧Ｖａとを加算した電圧を超える場合（Ｖｂ＞Ｒｅｆ３＋Ｖａ）、過電流保護状態において接続端子Ｔ１，Ｔ２に過電流を引き起こすような負荷が接続されている、又は短絡されていると判定し、ハイレベルの信号を出力する。なお、コンパレータＡ３は、コンパレータＡ１，Ａ２同様、入力電圧にヒステリシスを有するコンパレータである。本実施の形態では、基準電圧Ｒｅｆ３として１Ｖが採用されている。すなわち、電圧Ｖｂから電圧Ｖａを差し引いた電圧が１Ｖを超えている場合、過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２に過電流を引き起こすような負荷が接続されている又は短絡されていると判定する。
【００８８】
次に、保護回路５ａによる過電流保護状態における短絡保護動作について説明する。過電流保護状態に至るまでの過程は実施の形態１の保護回路５と同一であるため、説明を省略する。過電流保護状態において、短絡保護部５３がない場合を考える。この場合、バイメタルスイッチＳＷ１は、電流が流れておらず、ヒータＲ２による加熱も停止されているため、自然冷却され、やがて動作温度Ｔｓｗ１以下になってオンする。ここで、接続端子Ｔ１，Ｔ２の短絡が継続して行われると、バイメタルスイッチＳＷ１には二次電池６からの過電流が流れ、再びオフする。バイメタルスイッチＳＷ１は、オフすると自然冷却により再びオンする。
【００８９】
このように、過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２が短絡され続けるとバイメタルスイッチＳＷ１はオンオフを繰り返しチャタリングする。
【００９０】
しかしながら、本実施の形態の保護回路５ａは短絡保護部５３を備えている。そのため、過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２間が短絡され続けると、過電流保護状態では電圧Ｖｂは電圧Ｖａと基準電圧Ｒｅｆ３とを加算した電圧を超えるため、コンパレータＡ３からはハイレベルの信号が出力され、トランジスタＱ１はオンされ、抵抗Ｒ１は継続して発熱し、バイメタルスイッチＳＷ１は継続して加熱され、オフ状態を継続する。これにより、過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２の短絡が継続されることで生じるバイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングを防止することができるとともに、チャタリングによってバイメタルスイッチＳＷ１がオンしたときに過電流が流れることを防止することができる。
【００９１】
接続端子Ｔ１，Ｔ２間の短絡が解除されると、二次電池６から抵抗Ｒ２を経由して、接続端子Ｔ１に微小電流が流れる。このとき、接続端子Ｔ１，Ｔ２間に負荷が接続されていないため、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとはほぼ同じ値となり、電圧Ｖｂと電圧Ｖａとの差が基準電圧Ｒｅｆ３以下になるため、コンパレータＡ３はローレベルの信号を出力する。このとき、コンパレータＡ１もローレベルの信号を出力しているため、トランジスタＱ１はオフされ、バイメタルスイッチＳＷ１は、加熱が停止され、自然冷却により動作温度Ｔｓｗ１以下になるとオンし、保護回路５は過電流保護状態から通常状態に速やかに復帰する。なお、過充電保護部５１による過充電保護は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００９２】
以上説明したように実施の形態２による保護回路５ａによれば、実施の形態１の保護回路５と同様、二次電池６を過充電及び過電流から保護することができることに加え、短絡保護部５３を備えているため、過電流保護状態において生じるチャタリングを防止することができる。そのため、バイメタルスイッチＳＷ１の劣化を防止することができる。
【００９３】
なお、実施の形態２では、ヒータＲ１を用いたがこれに限定されず、過充電保護部５１、短絡保護部５３、ＯＲゲートＧ１、トランジスタＱ１、及び抵抗Ｒ２を集積回路とし、主にトランジスタＱ１がオンに起因して生じる集積回路の熱を利用してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱してもよい。この場合、ヒータＲ１が不要となり部品点数の削減を図ることができる。
【００９４】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３の保護回路５ｂについて説明する。図４は実施の形態３による保護回路５ｂの回路図を示している。実施の形態３の保護回路５ｂは、実施の形態１の保護回路５に対して、更に短絡保護部５３を設ける、すなわち、チャタリング防止部５２と短絡保護部５３とを共に備えたことを特徴としている。なお、実施の形態１，２と同一のものとは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
ＯＲゲートＧ１には、コンパレータＡ１〜Ａ３が接続されているため、コンパレータＡ１〜Ａ３のうちいずれかのコンパレータからハイレベルの信号が出力されると、トランジスタＱ１はオンし、ヒータＲ１は発熱し、バイメタルスイッチＳＷ１はオフする。
【００９６】
このように実施の形態３による保護回路５ｂによれば、過充電保護部５１、チャタリング防止部５２を備えるため、実施の形態１と同様の効果を奏することができることに加え、短絡保護部５３を備えているため、実施の形態２と同様の効果も奏することができる。
【００９７】
なお、実施の形態３では、ヒータＲ１を用いたがこれに限定されず、過充電保護部５１、チャタリング防止部５２、短絡保護部５３、ＯＲゲートＧ１、トランジスタＱ１、及び抵抗Ｒ２を集積回路とし、主にトランジスタＱ１がオンに起因して生じる集積回路の熱を利用してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱してもよい。この場合、ヒータＲ１が不要となり部品点数の削減を図ることができる。
【００９８】
（実施の形態４）
次に実施の形態４による保護回路５ｃについて説明する。図５は実施の形態４による保護回路５ｃの回路図を示している。実施の形態４による保護回路５ｃは実施の形態３による保護回路５ｂに対して、更に温度制御部（温度制御手段）５４及びＡＮＤゲートＧ２を備えたことを特徴としている。温度制御部５４は、温度センサＳ１、コンパレータＡ４、抵抗Ｒ３、及び基準電圧源Ｅ４を備えている。なお、実施の形態１〜３と同一のものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９９】
コンパレータＡ４は、−端子が温度センサＳ１を介して接続端子Ｔ３に接続され、＋端子が基準電圧源Ｅ４の正極に接続され、出力端子がＡＮＤゲートＧ２の入力端子に接続され、電源供給端子が接続端子Ｔ３に接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。抵抗Ｒ３は一端が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続され、他端がコンパレータＡ４の−端子に接続されている。基準電圧源Ｅ４は負極が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。また、ＡＮＤゲートＧ２には、ＯＲゲートＧ１の出力端子が接続されている。
【０１００】
温度センサＳ１は負特性のサーミスタが採用され、ヒータＲ１の温度が上昇するにつれて抵抗が減少する。基準電圧源Ｅ４は、ヒータＲ１の所定の上限温度を検知するための基準電圧Ｒｅｆ４を出力する電圧発生回路である。この上限温度はバイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１より高い。ここで、基準電圧Ｒｅｆ４は、ヒータＲ１の温度が前記上限温度を超えたとき、コンパレータＡ４の＋端子の電圧が−端子の電圧以下となる値が設定されている。
【０１０１】
コンパレータＡ４は、バイメタルスイッチＳＷ１が上限温度を超え、−端子の電圧が＋端子の電圧より高くなった場合、ローレベルの信号を出力し、トランジスタＱ１をオフさせる。なお、コンパレータＡ４は、コンパレータＡ１〜Ａ３同様、ヒステリシスを有するコンパレータが採用されている。
【０１０２】
次に保護回路５ｃの温度保護動作について説明する。例えば図略の充電装置が故障する等して電圧制御がきかなくなると、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ１を超える。そうすると、コンパレータＡ１からハイレベルの信号が出力され、ＯＲゲートＧ１からハイレベルの信号が出力される。このとき、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が上限温度に達していないため、コンパレータＡ４からハイレベルの信号が出力されている。
【０１０３】
そのため、ＡＮＤゲートＧ２からハイレベルの信号が出力され、トランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ１に電流が流れ、バイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達すると、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして充電電流が遮断され、過充電保護状態となる。
【０１０４】
過充電保護状態が継続すると、ヒータＲ１は更に温度上昇し、これに伴って温度センサＳ１の抵抗は減少する。やがてヒータＲ１が上限温度に達すると、コンパレータＡ４はローレベルの信号を出力し、トランジスタＱ１はオフし、ヒータＲ１は発熱を停止する。これによって、バイメタルスイッチＳＷ１は、上限温度以上に加熱されることが防止され、接点の溶着が防止される。
【０１０５】
以上説明したように実施の形態４による保護回路５ｃによれば、実施の形態３による保護回路５ｂの効果を奏することに加え、バイメタルスイッチＳＷ１の接点の溶着を防止することができる。
【０１０６】
なお、実施の形態４では、ヒータＲ１を用いたがこれに限定されず、過充電保護部５１、チャタリング防止部５２、短絡保護部５３、温度制御部５４、ＯＲゲートＧ１、ＡＮＤゲートＧ２、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ２、及び温度センサＳ１を集積回路とし、主にトランジスタＱ１がオンに起因して生じる集積回路の熱を利用してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱してもよい。この場合、ヒータＲ１が不要となり部品点数の削減を図ることができる。
【０１０７】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５による保護回路５ｄについて説明する。図６は実施の形態５による保護回路５ｄの回路図を示している。保護回路５ｄは、実施の形態１の保護回路５に対し、チャタリング防止部５２を省き、ＯＲゲートＧ１に代えてＡＮＤゲートＧ２を採用し、温度ヒューズＦ１、温度制御部（温度制御手段）５４ｄ、及び上限温度変更部（温度変更手段）５５を備えていることを特徴としている。
【０１０８】
温度制御部５４ｄは、実施の形態４の温度制御部５４に対し、抵抗Ｒ３に代えて直列接続された２つの抵抗Ｒ４，Ｒ５を備え、ヒータＲ１が上限温度に達すると、ヒータＲ１の通電を停止させる。上限温度変更部５５は、コンパレータＡ５、基準電圧源Ｅ５、及びトランジスタＱ２を備え、ヒータＲ１の上限温度を変更する。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とは、抵抗値の加算値が保護回路５ｃの抵抗Ｒ３の抵抗値と等しくなるように設定されている。
【０１０９】
コンパレータＡ５は、＋端子及び電源供給端子が温度ヒューズＦ１を介して接続端子Ｔ３に接続され、−端子が基準電圧源Ｅ５の正極に接続され、出力端子がトランジスタＱ２のゲートに接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。基準電圧源Ｅ５の負極は接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。トランジスタＱ２は、ｎチャネルＦＥＴであり、抵抗Ｒ５と並列接続されている。
【０１１０】
基準電圧源Ｅ５は、コンパレータＡ５の−端子に基準電圧（第２の過充電保護電圧）Ｒｅｆ５を印加する。本実施の形態では、基準電圧Ｒｅｆ５は基準電圧Ｒｅｆ１よりも大きな値が設定されている。コンパレータＡ５は、コンパレータＡ１〜Ａ４同様、ヒステリシスを有するコンパレータが採用されている。
【０１１１】
温度ヒューズＦ１は、二次電池６と近接して、あるいは絶縁物を挟んで密着されて配設され、二次電池６が過充電や過大な放電によって発熱した場合に、その熱で溶断するヒューズである。温度ヒューズＦ１の溶断する動作温度Ｔｆｕｓｅ１は、バイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１よりも高い温度に設定されている。また、温度ヒューズＦ１の動作速度は、バイメタルスイッチＳＷ１よりも遅くなるように、溶断特性が設定されている。温度ヒューズＦ１は、一度溶断したら、導通状態に復帰することのない非復帰形の感熱スイッチである。この場合、バイメタルスイッチＳＷ１の動作温度Ｔｓｗ１と、ヒータＲ１の上限温度Ｔｈと、温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１とは、下記式（１）で示す関係となる。
Ｔｓｗ１＜Ｔｈ＜Ｔｆｕｓｅ１  ・・・（１）
【０１１２】
また、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１の動作温度、及び動作速度の設定は、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１自体の部品の特性を設定するほか、バイメタルスイッチＳＷ１を温度ヒューズＦ１よりも先に動作させるために、例えばバイメタルスイッチＳＷ１と二次電池６との間の熱抵抗が温度ヒューズＦ１と二次電池６との間の熱抵抗よりも小さくなるようにバイメタルスイッチＳＷ１と二次電池６とを近接させたり密着させたりする構成によってもよく、例えば、バイメタルスイッチＳＷ１の接点抵抗や可動切片における抵抗を上昇させて自己発熱量を増大させたり、バイメタルスイッチＳＷ１が放熱する際の周囲に対する熱抵抗を増大させたり、バイメタルスイッチＳＷ１を小型化して熱容量を低減させたりすることによってバイメタルスイッチＳＷ１を自己発熱により温度上昇し易い構成としてもよい。
【０１１３】
また、温度ヒューズＦ１の動作をバイメタルスイッチＳＷ１より遅らせるために、例えば温度ヒューズＦ１が放熱する際の周囲に対する熱抵抗を減少させたり、例えば温度ヒューズＦ１に熱伝導性のよい材料を接触させる等の方法により温度ヒューズＦ１を大型化することなく温度ヒューズＦ１のみかけの熱容量を増大させたりすることによって、温度ヒューズＦ１を温度上昇し難い構成としてもよい。
【０１１４】
図７は、上記式（１）を満たすようにバイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１の動作温度、及び動作速度を設定した場合における電流値と、動作時間との一例を示すグラフである。図７に示すグラフにおいて、縦軸は、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１に流れる電流値、横軸は、縦軸の電流を流してからバイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１が動作するまでの時間である。
【０１１５】
図７において、グラフＧ１〜Ｇ３は、電池パック１を組み立てた状態におけるバイメタルスイッチＳＷ１に流れる電流値と、動作時間との関係の一例を示すグラフである。グラフＧ１は周囲温度が−３０℃の場合、グラフＧ２は周囲温度が０℃の場合、グラフＧ３は周囲温度が２５℃の場合、グラフＧ４は周囲温度が７０℃の場合を示している。また、グラフＧ５〜Ｇ１０は、電池パック１を組み立てた状態における温度ヒューズＦ１に流れる電流値と、動作時間との関係の一例を示すグラフである。グラフＧ５は周囲温度が６５℃の場合における最小値、グラフＧ６は周囲温度が６５℃の場合における平均値、グラフＧ７は周囲温度が６５℃の場合における最大値、グラフＧ８は周囲温度が２５℃の場合における最小値、グラフＧ９は周囲温度が２５℃の場合における平均値、グラフＧ１０は周囲温度が２５℃の場合における最大値を示している。また、グラフＧ１１は、バイメタルスイッチＳＷ１の部品単体での特性を示している。なお、図７に示すデータの測定に際して、温度ヒューズＦ１は、パナソニックエレクトロニックデバイス（株）製ＥＹＰ２ＭＬ０９８を用いた。
【０１１６】
次に、保護回路５ｄの動作について説明する。まず、保護回路５ｃと同様にして保護回路５ｄが過充電保護状態になっているとする。過充電保護状態が継続すると、ヒータＲ１は更に温度上昇し、これに伴って温度センサＳ１の抵抗は減少し、やがてバイメタルスイッチＳＷ１の上限温度Ｔｈに達する。そうすると、コンパレータＡ４はローレベルの信号を出力し、トランジスタＱ１はオフし、ヒータＲ１は発熱を停止する。これにより上限温度Ｔｈ以上に加熱されることが防止され、接点の溶着が防止される。
【０１１７】
次にバイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着した場合の保護回路５ｄによる温度保護動作について説明する。過充電保護状態が継続され、ヒータＲ１の上限温度Ｔｈに達しても、バイメタルスイッチＳＷ１は接点が溶着しているため、オフされず、二次電池６への充電が継続して行われる。そして、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ５（＞Ｒｅｆ１）を超えると、コンパレータＡ５はハイレベルの信号を出力し、トランジスタＱ２はオンする。これにより抵抗Ｒ５は短絡され、コンパレータＡ４の−端子の電圧が基準電圧Ｒｅｆ４以下となり、コンパレータＡ４はハイレベルの信号を出力する。このとき、電圧Ｖｂは基準電圧Ｒｅｆ１を超えているため、コンパレータＡ１はハイレベルの信号を出力している。その結果、トランジスタＱ１はオンし、抵抗Ｒ１は発熱し、バイメタルスイッチＳＷ１を再び加熱する。これにより、ヒータＲ１の上限温度は温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１より高くなる。そして、温度ヒューズＦ１の温度が上昇し、動作温度Ｔｆｕｓｅ１を超えると、温度ヒューズＦ１は溶断し、二次電池６への充電を停止させる。
【０１１８】
このように実施の形態５による保護回路５ｄによれば、温度制御部５４ｄを備えているため、ヒータＲ１がバイメタルスイッチＳＷ１を加熱する温度範囲が、動作温度Ｔｓｗ１より大きく、動作温度Ｔｆｕｓｅ１以下の範囲となるため、バイメタルスイッチＳＷ１の接点の溶着を防止することができる。また、上限温度変更部５５を備えているため、バイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着され、二次電池６の過充電が継続され、電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ５を超えると、トランジスタＱ２はオンし、ヒータＲ１の上限温度が動作温度Ｔｆｕｓｅ１より高くなる。これにより、ヒータＲ１の温度は更に上昇していき、動作温度Ｔｆｕｓｅ１に達して、温度ヒューズＦ１は溶断させるため、バイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着した場合であっても、二次電池６を過充電から保護することができる。
【０１１９】
なお、実施の形態５では、ヒータＲ１を用いたがこれに限定されず、過充電保護部５１、温度制御部５４ｄ、ＡＮＤゲートＧ２、トランジスタＱ１、及び温度センサＳ１を集積回路とし、主にトランジスタＱ１がオンに起因して生じる集積回路の熱を利用してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱してもよい。この場合、ヒータＲ１が不要となり部品点数の削減を図ることができる。更に、この場合、図１０〜１３に示すように電池パック１を構成することが好ましい。
【０１２０】
図１０〜１５は、実施の形態５の保護回路５ｄを集積回路とした場合における電池パック１の分解構成図を示し、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。図１０（ｂ）に示すように電池パック１は、合成樹脂やセラミックスなどの絶縁材料により一体形成されたフレーム体１１０と、金属薄板などにより形成された第１配線導体１２０と、金属薄板などに形成された第２配線導体１３０と、バイメタルスイッチ１４０（ＳＷ１）と、バイメタルスイッチ１４０を覆うカバー体１５０と、配線基板１６０とを備えている。
【０１２１】
フレーム体１１０は、第１支持部材１１１と、第１支持部材１１１に対して所定間隔をおいて対向配置された第２支持部材１１２と、第１支持部材１１１及び第２支持部材１１２を連結する連結部材１１３とを備えている。配線基板１６０と連結部材１１３との間には空間が設けられ、この空間部に集積回路ＩＣが配設される。
【０１２２】
第１配線導体１２０は、第１支持部材１１１上に配設されている。第２配線導体１３０は、第２支持部材１１２上に配設されている。なお、第２配線導体１３０は、連結部材１１３の表面まで延設されている。
【０１２３】
バイメタルスイッチ１４０は、可動接点部材１４１、バイメタル素子１４２、及び突起１４３を備えている。可動接点部材１４１は、第１配線導体１２０と第２配線導体１３０との間に跨って配設された長尺形状を有し、左端には上側に突出した接点１４１ａが設けられ、右端が第２配線導体１３０上に固定されている。バイメタル素子１４２は、中央部が可動接点部材１４１側に湾曲された長尺形状を有し、加熱されたとき、可動接点部材１４１側に湾曲される。突起１４３は、バイメタル素子１４２の外力による変形を阻止する。
【０１２４】
接点１４１ａは、可動接点部材１４１がバイメタル素子１４２から下向きの力を受けたとき、第１配線導体１２０から離れる。これによりバイメタルスイッチ１４０はオフする。一方、接点１４１ａは、可動接点部材１４１がバイメタル素子１４２からの下向きの力を受けないとき、第１配線導体１２０と接触する。これにより、バイメタルスイッチ１４０はオンする。
【０１２５】
配線基板１６０の上面には、接続端子Ｔ１，Ｔ２が配設されている。第１配線導体１２０の左側には、温度ヒューズＦ１が配設されている。温度ヒューズＦ１と二次電池６の正極端子６ａとは接続配線Ｌ１により電気的に接続されている。また、配線基板１６０の右端には接続端子Ｔ２を接地するための接続配線Ｌ２が取り付けられている。
【０１２６】
なお、図１０に示す電池パック１に代えて、図１１に示す電池パック１を採用してもよい。図１１に示す電池パック１は、配線基板１６０と二次電池６との空間を樹脂１７０により埋めたことを特徴としている。また、図１１に示す電池パック１に代えて、図１２に示す電池パック１を採用してもよい。図１２に示す電池パック１は、図１１の電池パックにおいて、二次電池６と配線基板１６０とを２つのねじ１３１，１３２によりねじ止めしたことを特徴としている。
【０１２７】
更に、図１２に示す電池パック１に代えて、図１３に示す電池パック１を採用してもよい。図１３に示す電池パック１は、バイメタル１４０等が取り付けられた表面を上側に向け、裏面を二次電池６側に向けて配線基板１６０を配設すると共に、接続端子Ｔ１，Ｔ２としてコネクタＣ１を採用したことを特徴としている。この場合、充電装置、又は負荷機器はコネクタＣ１に対応するコネクタを備え、対応するコネクタをコネクタＣ１にはめ込むことで、二次電池６と電気的に接続される。
【０１２８】
（実施の形態６）
次に実施の形態６の保護回路６０について説明する。図８は実施の形態６の保護回路６０の回路図を示している。保護回路６０は、集積回路ＩＣ及びバイメタルスイッチＳＷ１を備えている。集積回路ＩＣは、トランジスタ（スイッチング手段）Ｑ１、トランジスタ（抵抗）Ｑ２、ＡＮＤゲート（スイッチング手段）Ｇ２、ＯＲゲート（スイッチング手段）Ｇ２、減電圧制御部（電源制御手段）６１、電源制御部（電源制御手段）６２、過充電制御部（第１の過充電保護手段及び第２の過充電保護手段）６３、短絡保護部（短絡保護手段）６４、及び温度制御部（温度制御手段）６５を備えている。トランジスタＱ１はｎチャネルＦＥＴであり、ゲートがＡＮＤゲートＧ２の出力端子に接続され、ドレインが接続端子Ｔ３に接続され、ソースが接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。トランジスタＱ２はｐチャネルＦＥＴであり、ゲートが減電圧制御部６１及び電源制御部６２に接続され、ドレインが接続端子Ｔ３に接続され、ソースが接続端子Ｔ１に接続されている。
【０１２９】
減電圧制御部６１は、電圧Ｖｂが所定の過放電防止電圧以下の場合、電源制御部６２とトランジスタＱ２とをオフし、二次電池６の過放電を防止する。
【０１３０】
電源制御部６２は、過充電制御部６３、短絡保護部６４、及び温度制御部６５に電力を供給する。過充電制御部６３は、過充電保護状態においてバイメタルスイッチＳＷ１がオフしている場合に、接続端子Ｔ１，Ｔ２に充電装置が接続され、過充電が継続されているか否かを検知する。
【０１３１】
短絡保護部６４は、バイメタルスイッチＳＷ１がオフしている過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２に過電流を引き起こすような負荷が接続されている又は短絡されているか否かを検知する。
【０１３２】
温度制御部６５は、ヒータ素子とスイッチ素子とを兼ねるトランジスタＱ１の発熱に起因する集積回路ＩＣの温度を検知し、この温度が所定の設定温度を超えた場合、トランジスタＱ１をオフする。
【０１３３】
図９は保護回路６０の詳細な構成を示す回路図である。減電圧制御部６１は、コンパレータＡ６、及び基準電圧源Ｅ６を備えている。基準電圧源Ｅ６は、電圧発生回路から構成され、過放電防止電圧Ｒｅｆ６をコンパレータＡ６の＋端子に印加する。コンパレータＡ６は、電圧Ｖｂが過放電防止電圧Ｒｅｆ６を超えた場合、ローレベルの信号を出力し、トランジスタＱ２及び電源制御部６２をオンする。ここで、過放電防止電圧Ｒｅｆ６は基準電圧Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ３，Ｒｅｆ４よりも小さい。
【０１３４】
電源制御部６２は、コンパレータＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の電源供給端子と接続され、これらのコンパレータに電力を供給する。なお、図９において、コンパレータＡ２と電源制御部６２との結線は省略している。
【０１３５】
過充電制御部６３は、コンパレータＡ１，Ａ２、基準電圧源Ｅ１を備えている。コンパレータＡ１及び基準電圧源Ｅ１は、実施の形態１による保護回路５に示す過充電保護部５１に相当し、コンパレータＡ２及び基準電圧源Ｅ１は、保護回路５に示すチャタリング防止部５２に相当し、二次電池６の過充電を検知して二次電池６を過充電から保護すると共に、過充電保護状態において、バイメタルスイッチＳＷ１に生じるチャタリングを防止する。
【０１３６】
短絡保護部６４は、コンパレータＡ３及び基準電圧源Ｅ３を備えている。コンパレータＡ３は出力端子がＯＲゲートＧ１の入力端子に接続され、＋端子が基準電圧源Ｅ３の負極に接続され、−端子が接続端子Ｔ１に接続され、電源供給端子が電源制御部６２に接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。
【０１３７】
コンパレータＡ３は、二次電池６の電圧Ｖｂが基準電圧Ｒｅｆ３と電圧Ｖａとを加算した電圧を超える場合（Ｖｂ＞Ｖａ＋Ｒｅｆ３）、過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２に負荷の接続が継続されていると判定し、ハイレベルの信号を出力する。これにより、過電流保護状態においてバイメタルスイッチＳＷ１で生じるチャタリングを防止することができる。
【０１３８】
温度制御部６５は、コンパレータＡ４、基準電圧源Ｅ４、抵抗Ｒ３、温度センサＳ１、基準電圧源Ｅ７を備え、実施の形態４による保護回路５ｃに示す温度制御部５４に相当する。
【０１３９】
コンパレータＡ４は出力端子がＡＮＤゲートＧ２の入力端子に接続され、−端子が抵抗Ｒ３を介して接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続され、＋端子が基準電圧源Ｅ４を介して接続端子Ｔ２，Ｔ４と接続され、グラウンド端子が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。基準電圧源Ｅ７は、負極が接続端子Ｔ２，Ｔ４と接続され、正極が温度センサＳ１を介してコンパレータＡ４の−端子に接続されている。
【０１４０】
次に実施の形態６による保護回路６０の動作について説明する。まず、保護回路６０による過放電保護動作について説明する。二次電池６の放電が進み、電圧Ｖｂが過放電防止電圧Ｒｅｆ６以下になると、コンパレータＡ６はハイレベルの信号を出力し、トランジスタＱ２及び電源制御部６２をオフさせる。従って、コンパレータＡ１〜Ａ４に二次電池６の電力が供給されることが防止され、接続端子Ｔ１，Ｔ２間に負荷が接続されていない場合において生じる過放電から二次電池６を保護することができる。
【０１４１】
次に保護回路６０による過電流保護状態における短絡保護動作について説明する。過電流保護状態に至るまでの過程及び過電流保護状態においてバイメタルスイッチＳＷ１のチャタリングを防止するまでの過程は、実施の形態２の保護回路５ａと同一であるため説明を省く。
【０１４２】
過電流保護状態において、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の短絡が解除されると、二次電池６からトランジスタＱ２を経由して、接続端子Ｔ１に微小電流が流れる。このとき、接続端子Ｔ１，Ｔ２間に負荷が接続されていないため、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとはほぼ同じ値となり、電圧Ｖｂと電圧Ｖａとの差が基準電圧Ｒｅｆ３以下になるため、コンパレータＡ３はローレベルの信号を出力する。このとき、コンパレータＡ１もローレベルの信号を出力しているため、トランジスタＱ１はオフされ、バイメタルスイッチＳＷ１は、加熱が停止され、自然冷却により動作温度Ｔｓｗ１以下になると、オンし、保護回路５は過電流保護状態から通常状態に復帰する。
【０１４３】
なお、過充電制御部６３による過充電保護動作及び過充電保護状態におけるチャタリング防止動作は、実施の形態１による保護回路５と同一であり、また、温度制御部６５による温度保護動作は、実施の形態４の保護回路５ｃと同一であるため説明を省略する。
【０１４４】
以上説明したように実施の形態６による保護回路６０によれば、実施の形態１〜５の保護回路５〜５ｄと同一の作用効果を奏することができることに加え、減電圧制御部６１及びトランジスタＱ２を備えているため、二次電池６を過放電から保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明の保護回路及び電池パックは、簡素な回路で二次電池を過剰な充電や過大な放電電流から保護することができる保護回路及び電池パックを実現することができ、モバイル機器や駆動用電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電池パックの一例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す電池パックの回路図を示している。
【図３】実施の形態２の保護回路の回路図を示している。
【図４】実施の形態３による保護回路の回路図を示している。
【図５】実施の形態４による保護回路の回路図を示している。
【図６】実施の形態５による保護回路の回路図を示している。
【図７】バイメタルスイッチ及び温度ヒューズの電流値と動作時間との一例を示すグラフである。
【図８】実施の形態６による保護回路の回路図を示している。
【図９】実施の形態６による保護回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図１０】電池バックの構造を示す図面である。
【図１１】電池バックの構造を示す図面である。
【図１２】電池バックの構造を示す図面である。
【図１３】電池バックの構造を示す図面である。
【図１４】背景技術に係る保護回路を示す図面である。
【図１５】背景技術に係る保護回路を示す図面である。
【図１６】背景技術に係る保護回路を示す図面である。
【符号の説明】
【０１４７】
１  電池パック
２  容器
３  外部端子接続ユニット
４  スペーサ
５  ５ａ〜５ｄ，６０  保護回路
６  二次電池
６ａ  正極端子
３１  ケース
５１  過充電保護部
５２  チャタリング防止部
５３  短絡保護部
５４  ５４ｄ  温度制御部
５５  上限温度変更部
６１  減電圧制御部
６２  電源制御部
６３  過充電制御部
６４  短絡保護部
６５  温度制御部
Ａ１〜Ａ６  コンパレータ
Ｅ１〜Ｅ６  基準電圧源
Ｆ１  温度ヒューズ
Ｑ１  Ｑ２  トランジスタ
Ｒ１  ヒータ
Ｒ１〜Ｒ５  抵抗
Ｓ１  温度センサ
ＳＷ１      バイメタルスイッチ
Ｔ１〜Ｔ４  接続端子
【図１】
2006340545.tif 000003
【図２】
2006340545.tif 000004
【図３】
2006340545.tif 000005
【図４】
2006340545.tif 000006
【図５】
2006340545.tif 000007
【図６】
2006340545.tif 000008
【図７】
2006340545.tif 000009
【図８】
2006340545.tif 000010
【図９】
2006340545.tif 000011
【図１０】
2006340545.tif 000012
【図１１】
2006340545.tif 000013
【図１２】
2006340545.tif 000014
【図１３】
2006340545.tif 000015
【図１４】
2006340545.tif 000016
【図１５】
2006340545.tif 000017
【図１６】
2006340545.tif 000018