(57)【要約】【課題】  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を提供する。【解決手段】  二次電池６を接続するための接続端子Ｔ１，Ｔ２と、二次電池６を充電する充電装置及び／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Ｔ３，Ｔ４と、接続端子Ｔ１及び接続端子Ｔ３の間に設けられ、予め設定された所定の温度を超えた場合にオフするバイメタルスイッチＳＷ１と、バイメタルスイッチＳＷ１と並列に接続されると共にバイメタルスイッチＳＷ１を加熱するためのヒータＲ２と、接続端子Ｔ１の電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合にヒータＲ２を発熱させてバイメタルスイッチＳＷ１をオフさせる集積回路ＩＣ１とを備えた。【選択図】      図２
2006304486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の両極に、それぞれ接続するための第１及び第２の接続端子と、
前記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の接続端子間に設けられ、予め設定された所定の温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、
前記感熱スイッチと並列に接続されると共に前記感熱スイッチを加熱するための第１のヒータと、
前記二次電池の特性に関わる物理量を検出する検出部と、
前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記第１のヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせる保護制御部とを備え、
前記感熱スイッチは、バイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種であること
を特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項２】
前記二次電池の特性に関わる物理量は、前記第１の接続端子の電圧であり、
前記検出部は、前記第１の接続端子の電圧を検出するものであり、
前記保護制御部は、前記検出部により検出された電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合に前記第１のヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせること
を特徴とする請求項１記載の二次電池の保護回路。
【請求項３】
前記二次電池の特性に関わる物理量は、前記二次電池の温度であり、
前記検出部は、前記二次電池の温度を検出するものであり、
前記保護制御部は、前記検出部により検出された二次電池の温度が、予め設定された温度を超えた場合に前記第１のヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせること
を特徴とする請求項１記載の二次電池の保護回路。
【請求項４】
前記第１の接続端子に接続された二次電池の放電電流を流す方向と順方向に第１の整流素子が、前記第１のヒータと前記第３の接続端子との間にさらに設けられ、
前記保護制御部は、前記第１のヒータと前記第１の整流素子との接続点と、前記第４の接続端子との間の接続を開閉するスイッチ部を備えると共に、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記スイッチ部をオンさせること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の保護回路。
【請求項５】
前記第１のヒータは、第２及び第３のヒータの直列回路から構成され、
前記保護制御部は、前記第２のヒータと前記第３のヒータとの接続点と、前記第４の接続端子との間の接続を開閉するスイッチ部を備えると共に、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記スイッチ部をオンさせること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の保護回路。
【請求項６】
前記第３の接続端子に一端が接続されると共に前記感熱スイッチを加熱するための第４のヒータをさらに備え、
前記保護制御部は、前記第４のヒータの他端と前記第４の接続端子との間の接続を開閉するスイッチ部を備えると共に、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記スイッチ部をオンさせること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の保護回路。
【請求項７】
前記第１及び第４のヒータは、前記感熱スイッチがオフした場合における前記第１の接続端子に接続された前記二次電池からの放電電流による前記第１のヒータの発熱量と、前記スイッチ部がオンした場合における前記第３の接続端子に接続された前記充電装置からの出力電流による前記第４のヒータの発熱量とを等しくするべく抵抗値が設定されていること
を特徴とする請求項６記載の二次電池の保護回路。
【請求項８】
前記第１の接続端子に接続された二次電池の放電電流を流す方向と順方向に第２の整流素子が、前記第１の接続端子と前記第１のヒータとの間にさらに設けられること
を特徴とする請求項６又は７記載の二次電池の保護回路。
【請求項９】
前記第２及び第３のヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタであり、
前記ＰＴＣサーミスタは、略板状の形状にされると共に少なくとも一方の面を複数の領域に分割する溝が形成されており、
前記ＰＴＣサーミスタの一方の面における前記複数の領域のうち、一部の領域が第１の電極として用いられると共に当該第１の電極を除く領域の少なくとも一部が第２の電極として用いられ、
前記ＰＴＣサーミスタの他方の面が第３の電極として用いられ、
前記第１及び第３の電極が前記第２のヒータにおける両端の接続端子として用いられ、
前記第３及び第２の電極が前記第３のヒータにおける両端の接続端子として用いられること
を特徴とする請求項５記載の二次電池の保護回路。
【請求項１０】
前記第１及び第４のヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタであり、
前記ＰＴＣサーミスタは、略板状の形状にされると共に少なくとも一方の面を複数の領域に分割する溝が形成されており、
前記ＰＴＣサーミスタの一方の面における前記複数の領域のうち、一部の領域が第１の電極として用いられると共に当該第１の電極を除く領域の少なくとも一部が第２の電極として用いられ、
前記ＰＴＣサーミスタの他方の面が第３の電極として用いられ、
前記第１及び第３の電極が前記第１のヒータにおける両端の接続端子として用いられ、
前記第３及び第２の電極が前記第４のヒータにおける両端の接続端子として用いられること
を特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の二次電池の保護回路。
【請求項１１】
前記溝は、前記ＰＴＣサーミスタにおける前記一方の面を二つの領域に分割するものであり、
前記溝により分割された一方の領域が第１の電極として用いられると共に他方の領域が第２の電極として用いられること
を特徴とする請求項９又は１０記載の二次電池の保護回路。
【請求項１２】
前記溝は、前記ＰＴＣサーミスタにおける前記一方の面を四つの領域に分割する略十文字形の溝であり、
前記四つの領域における互いに隣接する二つの領域が前記第１の電極として用いられ、
前記四つの領域のうち前記第１の電極として用いられる二つの領域を除く他の領域が第２の電極として用いられること
を特徴とする請求項９又は１０記載の二次電池の保護回路。
【請求項１３】
前記ＰＴＣサーミスタは、物理的に縦・横の方向が決定できる形状であることを特徴とする請求項１２記載の二次電池の保護回路。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の二次電池の保護回路と、
前記二次電池の保護回路における第１及び第２の接続端子に両極がそれぞれ接続された二次電池と、
前記二次電池を収容する有底の容器と、
前記保護回路を収容する外部接続端子ユニットと
を備えることを特徴とする電池パック。
【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大な放電電流から保護する保護回路、およびこれを備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９は、背景技術に係る電池パックの構成を示すブロック図である。図１９に示す電池パック１０１は、保護回路１０２と、二次電池１０３とを備えている。二次電池１０３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１０１は、二次電池１０３を過剰な充電や、過大な放電電流から保護する保護回路１０２を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
保護回路１０２は、外部接続端子１０４，１０５と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１０６，１０７と、基準電圧源１０８，１０９と、コンパレータ１１０，１１１と、抵抗１１２と、論理回路１１３とを備えている。
【０００４】
外部接続端子１０４，１０５は、二次電池１０３を充電するための充電装置を接続したり、二次電池１０３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や、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１０４と、二次電池１０３と、ＦＥＴ１０６と、ＦＥＴ１０７と、外部接続端子１０５とが直列に接続されている。
【０００５】
ＦＥＴ１０６は、寄生ダイオードのアノードが二次電池１０３側になる方向にされており、ＦＥＴ１０７は、寄生ダイオードのアノードが外部接続端子１０５側になる方向にされている。そして、ＦＥＴ１０６は、二次電池１０３の放電電流が過大になった場合に放電電流を遮断する過放電保護用のスイッチとして用いられ、ＦＥＴ１０７は、二次電池１０３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１０３の正極端子がコンパレータ１１０の＋端子に印加され、基準電圧源１０８から出力された基準電圧Ｖｒｅｆ１がコンパレータ１１０の−端子に印加され、コンパレータ１１０の出力端子が論理回路１１３に接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆ１としては、二次電池１０３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１１０は、外部接続端子１０４，１０５に接続された図略の充電装置によって二次電池１０３が充電され、二次電池１０３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１１３へ出力するようになっている。
【０００７】
また、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７との接続点が、抵抗１１２を介してコンパレータ１１１の−端子に接続され、基準電圧源１０９から出力された基準電圧Ｖｒｅｆ２がコンパレータ１１１の＋端子に印加されている。これにより、二次電池１０３からの放電電流がＦＥＴ１０６を流れ、ＦＥＴ１０６のオン抵抗により生じた電圧降下が抵抗１１２を介してコンパレータ１１１の−端子へ印加される。また、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、例えば二次電池１０３の特性劣化を招かない範囲での最大の放電電流がＦＥＴ１０６を流れた場合にＦＥＴ１０６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１１１は、例えば外部接続端子１０４，１０５が、金属片に接触したり、外部接続端子１０４，１０５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１０３から過大な放電電流が流れると、ＦＥＴ１０６における電圧降下の上昇を検知して、過電流の放電を示す検知信号を論理回路１１３へ出力するようになっている。
【０００９】
論理回路１１３は、コンパレータ１１０から過充電を示す検知信号が出力されると、二次電池１０３の充電を停止させるべくＦＥＴ１０７をオフさせ、コンパレータ１１１から過電流の放電を示す検知信号が出力されると、二次電池１０３の放電を停止させるべくＦＥＴ１０６をオフさせる。これにより、保護回路１０２は、二次電池１０３を、過剰な充電や過電流の放電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剰な充電や、過電流の放電から保護する保護回路としては、図２０に示す電池パック１２１のように、二次電池１２２とバイメタルスイッチ１２３とを直列に接続し、例えば外部接続端子１２４，１２５に接続された充電装置１２６が故障した場合等、充電が過剰となって二次電池１２２が発熱したりバイメタルスイッチ１２３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１２３が加熱されると、バイメタルスイッチ１２３がオフして充電電流を遮断し、二次電池１２２を保護するようにしたものが知られている。
【００１１】
また、図２１に示す電池パック１３１のように、所定の温度を超えた場合にオフする温度スイッチであるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ１３２を用いて、二次電池１３３とＰＴＣサーミスタ１３２とを直列に接続し、例えば外部接続端子１３４，１３５に接続された充電装置１３６が故障した場合等、充電が過剰となって二次電池１３３が発熱したりＰＴＣサーミスタ１３２が自己発熱したりすることによって、ＰＴＣサーミスタ１３２が加熱されると、ＰＴＣサーミスタ１３２がオフして充電電流を遮断し、二次電池１３３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１９に示す保護回路１０２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ＦＥＴ１０６と、充電電流を遮断するＦＥＴ１０７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１０８とコンパレータ１１０とを必要とし、過大な放電電流を検出するために基準電圧源１０９とコンパレータ１１１と抵抗１１２とを必要とし、さらにコンパレータ１１０，１１１の出力信号に基づき２つのＦＥＴ１０６，１０７をオンオフさせる論理回路１１３を必要とするため、保護回路１０２の回路規模が増大するという不都合があった。
【００１３】
また、図２０や図２１に示すように、バイメタルスイッチやＰＴＣサーミスタ等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すると、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を提供することを目的とする。そして、このような保護回路を備えた電池パック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】
上述の目的を達成するために、本発明に係る二次電池の保護回路は、二次電池の両極に、それぞれ接続するための第１及び第２の接続端子と、前記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の接続端子間に設けられ、予め設定された所定の温度を超えた場合にオフする感熱スイッチと、前記感熱スイッチと並列に接続されると共に前記感熱スイッチを加熱するための第１のヒータと、前記二次電池の特性に関わる物理量を検出する検出部と、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記第１のヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせる保護制御部とを備え、前記感熱スイッチは、バイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種であることを特徴としている。
【００１６】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記二次電池の特性に関わる物理量は、前記第１の接続端子の電圧であり、前記検出部は、前記第１の接続端子の電圧を検出するものであり、前記保護制御部は、前記検出部により検出された電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合に前記第１のヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせることを特徴としている。
【００１７】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記二次電池の特性に関わる物理量は、前記二次電池の温度であり、前記検出部は、前記二次電池の温度を検出するものであり、前記保護制御部は、前記検出部により検出された二次電池の温度が、予め設定された温度を超えた場合に前記第１のヒータを発熱させて前記感熱スイッチをオフさせることを特徴としている。
【００１８】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第１の接続端子に接続された二次電池の放電電流を流す方向と順方向に第１の整流素子が、前記第１のヒータと前記第３の接続端子との間にさらに設けられ、前記保護制御部は、前記第１のヒータと前記第１の整流素子との接続点と、前記第４の接続端子との間の接続を開閉するスイッチ部を備えると共に、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記スイッチ部をオンさせることを特徴としている。
【００１９】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第１のヒータは、第２及び第３のヒータの直列回路から構成され、前記保護制御部は、前記第２のヒータと前記第３のヒータとの接続点と、前記第４の接続端子との間の接続を開閉するスイッチ部を備えると共に、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記スイッチ部をオンさせることを特徴としている。
【００２０】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第３の接続端子に一端が接続されると共に前記感熱スイッチを加熱するための第４のヒータをさらに備え、前記保護制御部は、前記第４のヒータの他端と前記第４の接続端子との間の接続を開閉するスイッチ部を備えると共に、前記検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えた場合に前記スイッチ部をオンさせることを特徴としている。
【００２１】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第１及び第４のヒータは、前記感熱スイッチがオフした場合における前記第１の接続端子に接続された前記二次電池からの放電電流による前記第１のヒータの発熱量と、前記スイッチ部がオンした場合における前記第３の接続端子に接続された前記充電装置からの出力電流による前記第４のヒータの発熱量とを等しくするべく抵抗値が設定されていることを特徴としている。
【００２２】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第１の接続端子に接続された二次電池の放電電流を流す方向と順方向に第２の整流素子が、前記第１の接続端子と前記第１のヒータとの間にさらに設けられることを特徴としている。
【００２３】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第２及び第３のヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタであり、前記ＰＴＣサーミスタは、略板状の形状にされると共に少なくとも一方の面を複数の領域に分割する溝が形成されており、前記ＰＴＣサーミスタの一方の面における前記複数の領域のうち、一部の領域が第１の電極として用いられると共に当該第１の電極を除く領域の少なくとも一部が第２の電極として用いられ、前記ＰＴＣサーミスタの他方の面が第３の電極として用いられ、前記第１及び第３の電極が前記第２のヒータにおける両端の接続端子として用いられ、前記第３及び第２の電極が前記第３のヒータにおける両端の接続端子として用いられることを特徴としている。
【００２４】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記第１及び第４のヒータは、温度の増減に応じて抵抗値が増減するＰＴＣサーミスタであり、前記ＰＴＣサーミスタは、略板状の形状にされると共に少なくとも一方の面を複数の領域に分割する溝が形成されており、前記ＰＴＣサーミスタの一方の面における前記複数の領域のうち、一部の領域が第１の電極として用いられると共に当該第１の電極を除く領域の少なくとも一部が第２の電極として用いられ、前記ＰＴＣサーミスタの他方の面が第３の電極として用いられ、前記第１及び第３の電極が前記第１のヒータにおける両端の接続端子として用いられ、前記第３及び第２の電極が前記第４のヒータにおける両端の接続端子として用いられることを特徴としている。
【００２５】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記溝は、前記ＰＴＣサーミスタにおける前記一方の面を二つの領域に分割するものであり、前記溝により分割された一方の領域が第１の電極として用いられると共に他方の領域が第２の電極として用いられることを特徴としている。
【００２６】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記溝は、前記ＰＴＣサーミスタにおける前記一方の面を四つの領域に分割する略十文字形の溝であり、前記四つの領域における互いに隣接する二つの領域が前記第１の電極として用いられ、前記四つの領域のうち前記第１の電極として用いられる二つの領域を除く他の領域が第２の電極として用いられることを特徴としている。
【００２７】
また、上述の二次電池の保護回路において、前記ＰＴＣサーミスタは、物理的に縦・横の方向が決定できる形状であることを特徴とし、例えば、正方形、長方形等の略方形や、楕円、菱形、一部に欠けや突部のある円形などを挙げることができる。
【００２８】
そして、本発明に係る電池パックは、上述のいずれかに記載の二次電池の保護回路と、前記二次電池の保護回路における第１及び第２の接続端子に両極がそれぞれ接続された二次電池と、前記二次電池を収容する有底の容器と、前記保護回路を収容する外部接続端子ユニットとを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
このような構成の二次電池の保護回路は、第１の接続端子から第３の接続端子へ放電された電流が所定の電流値を超えた場合に、バイメタルスイッチ、形状記憶合金を用いたスイッチ、及び形状記憶樹脂を用いたスイッチのうちから選ばれた１種である感熱スイッチが自己発熱によりオフして放電電流を遮断するので、二次電池を過大な放電電流から保護することができる。
【００３０】
そして、感熱スイッチがオフすると、感熱スイッチと並列に接続された第１のヒータに放電電流が流れて第１のヒータが発熱し、感熱スイッチが加熱されることにより感熱スイッチのオフ状態が維持される。この場合、例えば第１のヒータが感熱スイッチと並列に接続されていなければ、感熱スイッチが自己発熱によりオフした後、感熱スイッチが自然冷却によりオンして二次電池の放電電流が流れ、再び感熱スイッチが自己発熱によりオフして放電電流を遮断する、というように感熱スイッチがオンオフを繰り返すチャタリングが発生するおそれがあるが、この発明によれば、感熱スイッチと並列に接続された第１のヒータによって、感熱スイッチが自己発熱によりオフした後も感熱スイッチのオフ状態が維持されるので、チャタリングの発生を抑制することができる。
【００３１】
さらに、二次電池の特性に関わる物理量が予め設定された物理量の値を超えた場合に、保護制御部によって第１のヒータが発熱され、第１のヒータにより感熱スイッチが加熱されることによって感熱スイッチがオフして充放電電流を遮断するので、二次電池の特性劣化を低減することができる。また、放電電流と充電電流とを一つの感熱スイッチにより遮断することができるので、回路を簡素化することができる。
【００３２】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、第１及び第２の接続端子に二次電池が接続されると、二次電池の特性に関わる物理量である二次電池の極の電圧が第１の接続端子に印加される。そして、第１の接続端子の電圧が予め設定された基準電圧を超えた場合に、保護制御部によって第１のヒータが発熱され、第１のヒータにより感熱スイッチが加熱されることによって感熱スイッチがオフして充電電流を遮断するので、二次電池を過剰な充電から保護することができる。また、放電電流と充電電流とを一つの感熱スイッチにより遮断することができるので、回路を簡素化することができる。
【００３３】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、二次電池の特性に関わる物理量である二次電池の温度が検出部により検出される。そして、検出部により検出された温度が予め設定された温度を超えた場合に、保護制御部によって第１のヒータが発熱され、第１のヒータにより感熱スイッチが加熱されることによって感熱スイッチがオフして充放電電流を遮断するので、二次電池を過剰な発熱から保護することができる。また、放電電流と充電電流とを一つの感熱スイッチにより遮断することができるので、回路を簡素化することができる。
【００３４】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、第１の接続端子から第３の接続端子への放電電流を遮断するべく感熱スイッチがオフすると、第１の接続端子に接続された二次電池の放電電流を流す方向に順方向にされた第１の整流素子によって、感熱スイッチと並列に接続された第１のヒータに放電電流が流されるので、第１のヒータが発熱し、感熱スイッチが加熱されて感熱スイッチのオフ状態を維持することができる。そして、検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えると、保護制御部によってスイッチ部がオンされて、第３の接続端子から感熱スイッチ、第１のヒータ、及びスイッチ部を介して第４の接続端子に至る電流経路が形成され、第１のヒータが発熱して感熱スイッチが加熱されるので、感熱スイッチをオフすることができる。
【００３５】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、第１の接続端子から第３の接続端子への放電電流を遮断するべく感熱スイッチがオフすると、感熱スイッチと並列に接続された第２及び第３のヒータの直列回路に放電電流が流されるので、第２及び第３のヒータが発熱し、感熱スイッチが加熱されて感熱スイッチのオフ状態を維持することができる。そして、検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えると、保護制御部によってスイッチ部がオンされて、第３の接続端子から第３のヒータ、及びスイッチ部を介して第４の接続端子に至る電流経路が形成され、第３のヒータが発熱して感熱スイッチが加熱されるので、感熱スイッチをオフすることができる。
【００３６】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、第１の接続端子から第３の接続端子への放電電流を遮断するべく感熱スイッチがオフすると、感熱スイッチと並列に接続された第１のヒータに放電電流が流されるので、第１のヒータが発熱し、感熱スイッチが加熱されて感熱スイッチのオフ状態を維持することができる。そして、検出部により検出された物理量が、予め設定された物理量の値を超えると、保護制御部によってスイッチ部がオンされて、第３の接続端子から第４のヒータ、及びスイッチ部を介して第４の接続端子に至る電流経路が形成され、第４のヒータが発熱して感熱スイッチが加熱されるので、感熱スイッチをオフすることができる。
【００３７】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、第１及び第４のヒータは、感熱スイッチがオフした場合における第１の接続端子に接続された二次電池からの放電電流による第１のヒータの発熱量と、スイッチ部がオンした場合における第３の接続端子に接続された充電装置からの出力電流による前記第４のヒータの発熱量とを等しくするべく抵抗値が設定されているので、過大な放電電流から二次電池を保護すべく感熱スイッチをオフさせる場合と、過充電から二次電池を保護すべく感熱スイッチをオフさせる場合とで感熱スイッチを加熱するための発熱量を等しくすることができる。
【００３８】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、第１の接続端子から第３の接続端子への放電電流を遮断するべく感熱スイッチがオフすると、第１の接続端子に接続された二次電池の放電電流を流す方向と順方向にされた第２の整流素子によって、感熱スイッチと並列に接続された第１のヒータに放電電流が流されるので、第１のヒータが発熱し、感熱スイッチが加熱されて感熱スイッチのオフ状態を維持することができる。そして、第１の接続端子に接続された二次電池への充電電流を遮断するべく感熱スイッチがオフすると、第２の整流素子によって、第１のヒータを介して二次電池への充電電流が流れることが抑制される。
【００３９】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、一つのＰＴＣサーミスタを第２及び第３のヒータとして用いることができるので、保護回路を小型化することが容易となる。
【００４０】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、一つのＰＴＣサーミスタを第１及び第４のヒータとして用いることができるので、保護回路を小型化することが容易となる。
【００４１】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、ＰＴＣサーミスタにおける一方の面が二つの領域に分割され、一方の領域が第１の電極として用いられ、他方の領域が第２の電極として用いられるので、一つのＰＴＣサーミスタを二つのヒータとして用いることができる。
【００４２】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、略十文字形の溝によってＰＴＣサーミスタにおける一方の面が四つの領域に分割され、四つの領域における互いに隣接する二つの領域が第１の電極として用いられ、四つの領域のうち第１の電極として用いられる二つの領域を除く他の領域が第２の電極として用いられるので、第１及び第２の電極と接続するべく設けられた配線パターンに対してＰＴＣサーミスタを９０°回転させて接続することができ、組み立て性を向上させることができる。また、両面を略十文字形の溝によって両方を同じ形状とし、片面は前記のごとく第１および第２の電極として接続し、残る片面は前面を第３の電極として接続する構成とすることにより、裏表反転させても、９０°どの方向に回転させても目的のヒータを構成する事ができ、組み立て性をさらに向上させることができる。
【００４３】
また、上述の二次電池の保護回路によれば、物理的に縦・横の方向が決定できる形状であるので、第１及び第２の電極と接続するべく設けられた配線パターンに対してＰＴＣサーミスタを取り付ける際に、ＰＴＣサーミスタの向きを合わせることが容易となる。
【００４４】
そして、このような構成の電池パックは、上述の二次電池の保護回路が外部接続端子ユニットに収容されるので、当該保護回路によって、有底の容器に収容された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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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。
【００４６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態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、有底の容器２と、外部接続端子ユニット３と、容器２と外部接続端子ユニット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には、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６１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。
【００４７】
外部接続端子ユニット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Ｔ３，Ｔ４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Ｔ４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Ｔ２が、容器２と接続される方向に突出して設けられている。
【００４８】
図２は、図１に示す電池パック１の電気的構成の一例を示す回路図である。図１に示す電池パック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を過剰な充電や、過大な放電電流から保護する保護回路である。
【００４９】
保護回路５は、外部接続端子ユニット３の内部に配設されており、接続端子Ｔ１（第１の接続端子）と、接続端子Ｔ２（第２の接続端子）と、接続端子Ｔ３（第３の接続端子）と、接続端子Ｔ４（第４の接続端子）と、バイメタルスイッチＳＷ１と、温度ヒューズＦ１と、コンパレータＣＭＰ１（検出部）と、基準電圧源Ｅ１と、抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ１（スイッチ部）と、ヒータＲ２（第１のヒータ）と、ダイオードＤ１（第１の整流素子）とを備えている。接続端子Ｔ１及び接続端子Ｔ２は、二次電池６の両極に、それぞれ接続される接続端子である。
【００５０】
接続端子Ｔ３及び接続端子Ｔ４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。
【００５１】
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と共に二次電池６の充放電電流が予め設定された所定の遮断電流値Ｉｓｗ１を超えた場合に自己発熱により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、遮断電流値Ｉｓｗ１としては、二次電池６の特性劣化を招かない範囲での最大の放電電流値が設定されている。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、バイメタルスイッチにおけるバイメタルの代わりに形状記憶合金を用いたスイッチ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。
【００５２】
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熱処理プロセスを変更することにより変更可能である。
【００５３】
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。
【００５４】
ヒータＲ２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サーミスタが用いられる。これにより、ヒータＲ２に電圧を印加すると、ヒータＲ２の自己発熱によってヒータＲ２の抵抗値が増大し、ヒータＲ２を流れる電流が減少する結果、ヒータＲ２の温度は最終的に、最終到達温度Ｔｈで一定となる。最終到達温度Ｔｈ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Ｒ２の温度が上昇しすぎて温度ヒューズＦ１を溶断したり、ヒータＲ２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。
【００５５】
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、その熱で溶断する温度ヒューズである。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Ｒ２の最終到達温度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。
【００５６】
Ｔｓｗ１＜Ｔｈ＜Ｔｆｕｓｅ１  ・・・（１）
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。
【００５７】
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。
【００５８】
図３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３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。
【００５９】
図３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３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。
【００６０】
図２に戻って、接続端子Ｔ３は、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、接続端子Ｔ１を介して二次電池６の正極に接続され、二次電池６の負極は、接続端子Ｔ２を介して接続端子Ｔ４に接続されている。また、接続端子Ｔ１はコンパレータＣＭＰ１の電源供給端子に接続され、接続端子Ｔ２はコンパレータＣＭＰ１のグラウンド端子に接続されて、二次電池６からコンパレータＣＭＰ１の動作用電源電圧が供給されるようになっている。
【００６１】
また、ヒータＲ２とダイオードＤ１との直列回路が、バイメタルスイッチＳＷ１と並列に接続されている。ダイオードＤ１は、ヒータＲ２と接続端子Ｔ３との間に設けられ、二次電池６の放電電流を流す方向、すなわちヒータＲ２から接続端子Ｔ３へ向かう方向に順方向にされている。そして、ヒータＲ２とダイオードＤ１との接続点と、接続端子Ｔ４との間の接続を開閉するトランジスタＱ１を備えている。
【００６２】
接続端子Ｔ１は抵抗Ｒ１を介してコンパレータＣＭＰ１の＋端子に接続され、接続端子Ｔ２は基準電圧源Ｅ１の負極に接続され、基準電圧源Ｅ１の正極はコンパレータＣＭＰ１の−端子に接続され、コンパレータＣＭＰ１の出力端子はトランジスタＱ１のゲート端子に接続されている。
【００６３】
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Ｖｒｅｆ１を出力する電圧発生回路である。これにより、コンパレータＣＭＰ１の−端子に基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加され、接続端子Ｔ１，Ｔ２間の端子電圧、すなわち二次電池６の充電電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えるとコンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１のゲート電圧がハイレベルにされ、トランジスタＱ１がオンされて、ヒータが発熱するようになっている。
【００６４】
また、コンパレータＣＭＰ１は、充電電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆ１付近となった場合における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用いられている。そして、コンパレータＣＭＰ１、抵抗Ｒ１、及び基準電圧源Ｅ１は、例えば集積化されて構成され、集積回路ＩＣ１にされている。この場合、集積回路ＩＣ１及びトランジスタＱ１は、保護制御部の一例に相当している。
【００６５】
図４は、図２に示す保護回路５の機械的構成を説明するための説明図である。図４（ａ）は、保護回路５の各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図４（ｂ）は、保護回路５の機械的構成の一例を示す断面図である。また、図４において、部品の実装位置を破線で示している。図５（ａ）は、図４（ｂ）に示す保護回路５の上面図である。また、対比のため、図５（ｂ）に図４（ｂ）と同じ断面図を示している。
【００６６】
図４（ａ）に示す配線パターンは、外部接続端子ユニット３におけるケース３１の内面、すなわち外部接続端子ユニット３と容器２とが組み合わされた場合における容器２に収容された二次電池６と対向する側の表面に、例えば金属微粒子により構成されたペースト状の導電性配線材料を用いて印刷形成されており、プリント配線基板を用いず、配線パターンが印刷形成されたケース３１の内面に直接、集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、ヒータＲ２、及びダイオードＤ１が固着される。
【００６７】
これにより、プリント配線基板を用いることなく保護回路５を構成することができるので、プリント配線基板の厚みだけ保護回路５を小型化することができる。
【００６８】
また、図４（ｂ）に示すように、外部接続端子ユニット３におけるケース３１の内側には、例えばケース３１と一体成形により凸状に形成された支持部材３２，３３が設けられている。そして、支持部材３２の頂部から引き出された配線パターンＰ４が、例えばケース３１を貫通する円柱状の金属部材３４によって、ケース３１の外側表面に設けられた接続端子Ｔ３と接続されている。さらに、支持部材３２の頂部には、バイメタルスイッチＳＷ１を構成する可動切片３５の一端が、例えばスポット溶接により配線パターンＰ４と接続されて固定されている。可動切片３５の他端には接点３６が設けられており、接点３６は、支持部材３３の頂部に形成された配線パターンＰ５に接触するようにされている。
【００６９】
また、可動切片３５の下部には、支持部材３２と支持部材３３との間に弓なりに掛け渡されたバイメタル３７が設けられている。バイメタル３７は、動作温度Ｔｓｗ１になると、図６に示すように逆向きに反り返ることにより可動切片３５を上方に跳ね上げて、接点３６を配線パターンＰ５から引き離すようになっている。そして、支持部材３２，３３、可動切片３５、バイメタル３７、及び配線パターンＰ４，Ｐ５によって、バイメタルスイッチＳＷ１が構成されている。また、このように構成されたバイメタルスイッチＳＷ１とダイオードＤ１とを覆うように、防塵や絶縁を目的としたスイッチカバー３８が固着されている。また、バイメタル３７の下部には、略方形板状のヒータＲ２が配設されており、ヒータＲ２が発熱すると、バイメタル３７が加熱されるようになっている。
【００７０】
これにより、ケース３１と一体成形された支持部材３２，３３を用いてバイメタルスイッチＳＷ１を構成することができるので、個別部品として構成されたバイメタルスイッチＳＷ１を用いる場合よりもコストを低減することが容易となる。また、バイメタルスイッチＳＷ１を個別部品として構成した場合におけるケースの底部が不要となるので、バイメタルスイッチＳＷ１を小型化することができる。
【００７１】
また、温度ヒューズＦ１の接続端子を構成する導体リードＰ６，Ｐ７は、例えば幅広の板状にされており、導体リードＰ６，Ｐ７を屈曲させて、温度ヒューズＦ１と導体リードＰ６，Ｐ７とで集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１とを覆うように温度ヒューズＦ１が取り付けられている。そして、集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１との両側に設けられた配線パターンＰ５，Ｐ８間が、集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１とを跨いで導体リードＰ６、温度ヒューズＦ１、及び導体リードＰ７を介して接続されている。
【００７２】
そして、温度ヒューズＦ１、及び導体リードＰ６，Ｐ７の外側表面、及び導体リードＰ６，Ｐ７の両側面は、例えば絶縁や防塵を目的とするシート部材３９によって覆われている。
【００７３】
これにより、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７、及びシート部材３９は、集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１とを覆うカバーとして機能し、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７の他に別途カバーを備える場合と比較して、ケース３１の表面上における温度ヒューズＦ１の実装面積を削減することができ、保護回路５を小型化することが容易となる。
【００７４】
また、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７、及びシート部材３９は、配線パターンＰ５と配線パターンＰ８との間で集積回路ＩＣ１及びトランジスタＱ１を跨いで電流を流すジャンパ配線として用いられるので、ケース３１の表面上における配線パターンの占有面積が縮小し、保護回路５を小型化することが容易となる。
【００７５】
また、導体リードＰ７には、接続端子Ｔ１が例えばスポット溶接により取り付けられている。これにより、ケース３１の表面上に接続端子Ｔ１の取付面積を占有することがないので、外部接続端子ユニット３を小型化することが容易となる。
【００７６】
さらに、温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７を除く他の部品を、導電性配線材料を用いて印刷形成された配線パターン上に取り付けた状態で、外部接続端子ユニット３を加熱して導電性配線材料を硬化させた後に温度ヒューズＦ１、導体リードＰ６，Ｐ７を取り付けるようにすれば、導電性配線材料の硬化温度が温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１より高温であっても、製造時に温度ヒューズＦ１を溶断させることがない。
【００７７】
図７は、容器２と外部接続端子ユニット３とが組み合わされた状態を説明するための説明図である。図７に示すように、バイメタルスイッチＳＷ１と温度ヒューズＦ１とが、容器２と外部接続端子ユニット３とが組み合わされた状態において容器２に収容された二次電池６と対向する位置に近接して配設されている。
【００７８】
次に、上述のように構成された保護回路５の動作について説明する。まず、保護回路５による過充電の保護動作について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で接続端子Ｔ３，Ｔ４に図略の充電装置が接続され、充電装置から充電電圧Ｖｃが接続端子Ｔ３，Ｔ４間に印加されると、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、及び接続端子Ｔ１を介して二次電池６へ充電電圧Ｖｃによる充電が行われる。
【００７９】
充電電圧Ｖｃは、正常時は例えば最大４．２Ｖである。そして、基準電圧源Ｅ１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１として例えば４．３ＶをコンパレータＣＭＰ１へ出力するように設定されている。
【００８０】
そして、例えば図略の充電装置が故障したり充電装置の出力電圧精度が低いために充電電圧Ｖｃが４．３Ｖを超えると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からバイメタルスイッチＳＷ１を介してヒータＲ２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、二次電池６が過充電から保護される。
【００８１】
次に、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして充電電流が遮断されることによって、接続端子Ｔ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオフされ、ヒータＲ２に流れる電流がゼロにされる。そして、自然冷却によりバイメタルスイッチＳＷ１の温度が復帰温度を下回ると、バイメタルスイッチＳＷ１がオンして過充電保護状態から通常状態に復帰する。
【００８２】
この場合、コンパレータＣＭＰ１によって過充電が検出され、ヒータＲ２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２０や図２１に示すように二次電池と直列に接続された温度スイッチ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。
【００８３】
次に、二次電池６からの放電電流が過大になった場合の保護回路５による保護動作について説明する。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Ｔ３，Ｔ４に金属片が接触したり、接続端子Ｔ３，Ｔ４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Ｔ３，Ｔ４が短絡、又は接続端子Ｔ３，Ｔ４間の抵抗値が低抵抗になると、二次電池６から温度ヒューズＦ１とバイメタルスイッチＳＷ１とを介して放電される電流が増大し、バイメタルスイッチＳＷ１の接点抵抗によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。
【００８４】
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がオフして二次電池６の放電電流が遮断され、二次電池６が過大な放電電流から保護される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１がオフすると、二次電池６の放電電流は接続端子Ｔ１から温度ヒューズＦ１、ヒータＲ２、ダイオードＤ１、及び接続端子Ｔ３を介して接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された図略の負荷機器（あるいは短絡故障部分）に流れ、ヒータＲ２が発熱してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱する。
【００８５】
この場合、バイメタルスイッチＳＷ１は、温度ヒューズＦ１よりも先にオフするべく動作条件が設定されており、非復帰形の感熱スイッチである温度ヒューズＦ１を溶断させることなく復帰形の感熱スイッチであるバイメタルスイッチＳＷ１によって二次電池６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ので、例えば充電装置や負荷装置から電池パック１が取り外されて過剰な充電や過大な放電電流の原因が解消した後は、温度ヒューズＦ１を交換することなく繰り返し電池パック１を使用することができ、利便性を向上させることができる。
【００８６】
また、例えばバイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着して短絡故障した場合や、集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、及びヒータＲ２のうちいずれかが故障して過充電時にバイメタルスイッチＳＷ１をオフさせることができない場合であっても、過充電や過大な放電電流によって二次電池６が発熱すると、温度ヒューズＦ１が溶断し、二次電池６を保護することができるので、保護回路５の信頼性を向上させることができる。
【００８７】
さらに、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして自己発熱がなくなっても、図略の負荷機器等に流れる電流によりヒータＲ２が発熱し、ヒータＲ２によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱されるので、例えば短絡故障を生じた負荷機器等が取り外されて放電電流が過大となる要因が除去されるまで、バイメタルスイッチＳＷ１のオフ状態を維持することができる。
【００８８】
これにより、例えばバイメタルスイッチＳＷ１がオフして自己発熱しなくなったために自然冷却によりバイメタルスイッチＳＷ１がオンし、再び二次電池６の過大な放電電流がバイメタルスイッチＳＷ１を流れてバイメタルスイッチＳＷ１がオフする、というように、バイメタルスイッチＳＷ１がオンオフを繰り返すチャタリング動作の発生を抑制することができる。
【００８９】
また、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を過剰な充電及び過大な放電電流から保護することができるので、図１９に示す背景技術に係る保護回路１０２のように、放電電流を遮断するＦＥＴ１０６と、充電電流を遮断するＦＥＴ１０７と、過大な放電電流を検出するための基準電圧源１０９、コンパレータ１１１、及び抵抗１１２と、二つのＦＥＴ１０６，１０７のオンオフを制御するための論理回路１１３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ると共に、保護回路５を小型化することが容易となる。
【００９０】
そして、図７に示すように、バイメタルスイッチＳＷ１と温度ヒューズＦ１とが、容器２と外部接続端子ユニット３とが組み合わされた状態において容器２に収容された二次電池６と対向する位置に近接して配設され、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１と、二次電池６との熱結合が強化されているので、二次電池６が過度に発熱した場合にバイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１により二次電池６の充放電電流を遮断することができる。
【００９１】
これにより、例えば集積回路ＩＣ１や、トランジスタＱ１、ヒータＲ２等の故障により、二次電池６の過充電時にヒータＲ２を発熱させることができない状態であっても、過充電により二次電池６が発熱すると、バイメタルスイッチＳＷ１及び温度ヒューズＦ１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るので、集積回路ＩＣ１や、トランジスタＱ１、ヒータＲ２等が故障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。
【００９２】
また、例えばバイメタルスイッチＳＷ１の接点が溶着して短絡故障した場合、バイメタルスイッチＳＷ１の温度が動作温度Ｔｓｗ１に達してもバイメタルスイッチＳＷ１がオフしなくなるが、さらに二次電池６の発熱によって温度ヒューズＦ１が加熱され、温度ヒューズＦ１の温度が動作温度Ｔｆｕｓｅ１に達すると、温度ヒューズＦ１が溶断して充電電流が遮断されるので、バイメタルスイッチＳＷ１が故障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。
【００９３】
また、温度ヒューズＦ１は、集積回路ＩＣ１及びトランジスタＱ１とも近接して配設されるので、集積回路ＩＣ１やトランジスタＱ１が過度に発熱した場合に温度ヒューズＦ１により二次電池６の充放電電流を遮断することが容易となる。
【００９４】
なお、保護回路５を構成する配線パターンは、外部接続端子ユニット３における容器２に収容された二次電池６と対向する側の表面に印刷形成されている例を示したが、保護回路５を構成する配線パターンは、封口部の表面に印刷形成される代わりにプリント配線基板上に形成され、そのプリント配線基板上に、保護回路５を構成する集積回路ＩＣ１、トランジスタＱ１、バイメタルスイッチＳＷ１、及びダイオードＤ１が配設される構成としてもよく、この場合、支持部材３２，３３は、プリント配線基板に形成された貫通孔を貫通してプリント配線基板上に可動切片３５及びバイメタル３７を支持する構成としてもよい。
【００９５】
また、支持部材３２，３３は、ケース３１と一体成形される例に限られず、例えば円柱状の金属部材をケース３１に埋め込むことによって構成してもよい。また、温度ヒューズＦ１を備えず、導体リードＰ６と導体リードＰ７とが短絡された構成としてもよい。また、スイッチカバー３８とシート部材３９とを一体成形して一部品として構成してもよい。
【００９６】
また、保護回路５は、電池パック１に組み込まれて構成される例を示したが、電池パック１に組み込まれる例に限られず、例えば負荷機器に組み込まれて、負荷機器に内蔵された二次電池の保護回路として用いられてもよい。
【００９７】
また、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二次電池は、放電が進んで出力電圧が所定の放電末期電圧以下に低下した後、さらに放電を続けると、二次電池が過放電状態となってサイクル寿命等の電池特性が劣化してしまう場合がある。そこで、接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続される携帯電話機等の負荷機器において、接続端子Ｔ３，Ｔ４間の出力電圧を検出し、接続端子Ｔ３，Ｔ４間の出力電圧が所定の放電末期電圧以下に低下した場合、接続端子Ｔ３，Ｔ４からの出力電流を遮断することが望ましい。これにより、二次電池６の過放電による特性劣化の発生を抑制することができる。
【００９８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る保護回路を備えた電池パックについて説明する。本発明の第２の実施形態に係る電池パック１ａの外観は、図１に示す電池パック１と同様である。図８は、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１ａの電気的構成の一例を示す回路図である。図８に示す電池パック１ａは、図２に示す電池パック１とは、保護回路５ａの構成が異なる。すなわち、図８に示す保護回路５ａは、ヒータＲ２とダイオードＤ１との直列回路の代わりにヒータＲ３（第２のヒータ）とヒータＲ４（第３のヒータ）との直列回路が、バイメタルスイッチＳＷ１と並列に接続されている。そして、ヒータＲ３とヒータＲ４との接続点が、トランジスタＱ１を介して接続端子Ｔ４に接続されている。
【００９９】
その他の構成は図２に示す電池パック１と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。図９は、図８に示す保護回路５ａにおいて用いられるヒータＲ３とヒータＲ４との直列回路の構成の一例を示す説明図である。図９に示すヒータＲ３とヒータＲ４との直列回路は、一つのサーミスタ７を用いて構成されている。
【０１００】
サーミスタ７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サーミスタであり、その形状としては、物理的に縦・横の方向が決定出来る形状である正方形、長方形等の略方形や、楕円、菱形、一部に欠けや突部のある円形などの板状の形状にされている。また、サーミスタ７の一方の面には、サーミスタ７の一方の面を二つの領域に分割するように形成された溝７１が形成されている。
【０１０１】
そして、溝７１によって分割された一方の領域が第１電極７２（第１の電極）として用いられると共に他方の領域が第２電極７３（第２の電極）として用いられ、サーミスタ７の他方の面が第３電極７４（第３の電極）として用いられる。この場合、第１電極７２及び第３電極７４がヒータＲ３における両端の接続端子として用いられ、第１電極７２と第３電極７４とに挟まれた部分がヒータＲ３として機能する。また、第３電極７４及び第２電極７３がヒータＲ４における両端の接続端子として用いられ、第３電極７４と第２電極７３とに挟まれた部分がヒータＲ４として機能する。
【０１０２】
これにより、ヒータＲ３と、ヒータＲ４とを一つのサーミスタ７を用いて構成することができるので、ヒータＲ３と、ヒータＲ４とをそれぞれ一つのサーミスタで構成する場合と比べて保護回路５ａの小型化と、低コスト化を図ることができる。
【０１０３】
図１０、図１１は、図８に示す保護回路５ａの機械的構成を説明するための説明図である。図１０（ａ）は、保護回路５ａの各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図１０（ｂ）は、保護回路５ａの機械的構成の一例を示す断面図である。図１０において、部品の実装位置を破線で示している。図１１（ａ）は、図１０（ｂ）に示す保護回路５の上面図である。また、対比のため、図１１（ｂ）に図１０（ｂ）と同じ断面図を示している。図１０、図１１に示す保護回路５ａは、図４、図５に示す保護回路５とは、配線パターンが形成されたケース３１へのサーミスタ７の取付方法が異なる。
【０１０４】
サーミスタ７は、接続端子Ｔ３と接続された配線パターンＰ４に第２電極７３が接続され、バイメタルスイッチＳＷ１と温度ヒューズＦ１とを接続する配線パターンＰ５に第１電極７２が接続されるようになっている。この場合、配線パターンＰ４と配線パターンＰ５との間隔部分と、サーミスタ７における溝７１とを一致させてサーミスタ７をケース３１に取り付ける必要があるが、例えばサーミスタ７が円板形状である場合と比べて、サーミスタ７が方形形状にされているので、溝７１の方向を配線パターンＰ４と配線パターンＰ５との間隔部分の方向と一致させることが容易となり、保護回路５ａの組み立て工程における作業性を向上させることができる。
【０１０５】
なお、図１２に示すように、溝７１ａを、サーミスタ７ａの一方の面を四つの領域に分割する略十文字形に形成してもよい。そして、図１３に示すように、溝７１ａにより分割された四つの領域における互いに隣接する二つの領域を、配線パターンＰ５に接続することにより第１電極７２として用い、第１電極７２として用いられる二つの領域を除く他の領域を、第２電極７３として用いるようにしてもよい。
【０１０６】
これにより、溝７１ａが設けられたサーミスタ７ａを配線パターンＰ４と配線パターンＰ５とに接続する際に、サーミスタ７ａと同一平面内で９０°回転して取り付けられてもサーミスタ７ａは正常にヒータＲ３，Ｒ４として機能するので、サーミスタ７ａの取付方向の制限が低減され、保護回路５ａの組み立て工程における作業性を向上させることができる。
【０１０７】
また、サーミスタ７（７ａ）における第３電極７４と、トランジスタＱ１のドレインに接続された配線パターンＰ９とは、例えば図１１（ａ）に示すように、ジャンパ線７５を用いて空中で接続されている。
【０１０８】
その他の構成は図４、図５に示す保護回路５と同様であるのでその説明を省略し、図８に示す保護回路５ａの動作について説明する。まず、保護回路５ａによる過充電の保護動作について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で接続端子Ｔ３，Ｔ４に図略の充電装置が接続され、充電装置から充電電圧Ｖｃが接続端子Ｔ３，Ｔ４間に印加されると、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、及び接続端子Ｔ１を介して二次電池６へ充電電圧Ｖｃによる充電が行われる。
【０１０９】
充電電圧Ｖｃは、正常時は例えば最大４．２Ｖである。そして、基準電圧源Ｅ１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１として例えば４．３ＶをコンパレータＣＭＰ１へ出力するように設定されている。
【０１１０】
そして、例えば図略の充電装置が故障したり充電装置の出力電圧精度が低いために充電電圧Ｖｃが４．３Ｖを超えると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ４に電流が流れると共に、二次電池６から接続端子Ｔ１及び温度ヒューズＦ１を介してヒータＲ３に電流が流れ、ヒータＲ３，Ｒ４が発熱して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、二次電池６が過充電から保護される。
【０１１１】
この場合、バイメタルスイッチＳＷ１がオフしても、ヒータＲ３，Ｒ４への電流供給は継続し、ヒータＲ３，Ｒ４によるバイメタルスイッチＳＷ１の加熱が継続するので、バイメタルスイッチＳＷ１はオフで維持され、過充電保護動作が継続される。また、例えばヒータＲ３の抵抗値がヒータＲ４の抵抗値よりも大きくなるように、サーミスタ７における溝７１の位置を調整したり、ヒータＲ３，Ｒ４としてそれぞれ一つずつサーミスタを用いてヒータＲ３の抵抗値をヒータＲ４の抵抗値よりも大きくしたりすることにより、トランジスタＱ１がオンした場合における二次電池６の放電電流を低減し、主に接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された図略の充電装置から供給される電流によってヒータＲ４を発熱させ、バイメタルスイッチＳＷ１のオフ状態を維持させることができる。
【０１１２】
さらに、二次電池６から接続端子Ｔ１及び温度ヒューズＦ１を介してヒータＲ３に電流が流れ続け、二次電池６の放電により二次電池６の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下に低下すると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオフされる。そうすると、二次電池６の出力電圧よりも接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された充電装置の出力電圧の方が高いので、接続端子Ｔ３からヒータＲ４、ヒータＲ３、温度ヒューズＦ１、及び接続端子Ｔ１を介して二次電池６へ微少な充電電流が流れ、ヒータＲ４，Ｒ３の発熱が継続し、バイメタルスイッチＳＷ１がオフ状態で維持され、過充電保護動作が継続される。
【０１１３】
そして、ヒータＲ４，Ｒ３を経由する充電電流で二次電池６が充電され、接続端子Ｔ１の端子電圧が再び４．３Ｖを超えると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ４に電流が流れると共に、二次電池６から接続端子Ｔ１及び温度ヒューズＦ１を介してヒータＲ３に電流が流れ、ヒータＲ３，Ｒ４が発熱してバイメタルスイッチＳＷ１が加熱され、バイメタルスイッチＳＷ１がオフ状態で維持され、過充電保護動作が継続される。
【０１１４】
このように、二次電池６の充放電動作に伴って、トランジスタＱ１のオンオフ動作が繰り返されつつバイメタルスイッチＳＷ１はオフ状態のまま維持され、二次電池６の過充電保護動作が継続されるので、例えば、過充電保護動作に伴ってバイメタルスイッチＳＷ１がオフし、二次電池６が放電することによって二次電池６の出力電圧が低下し、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオフされた場合であっても、ヒータに電流が流れなくなってバイメタルスイッチＳＷ１がオンすることが抑制されるので、二次電池６の充放電動作に伴ってバイメタルスイッチＳＷ１がオンオフを繰り返すチャタリング動作の発生を抑制することができる。
【０１１５】
次に、二次電池６からの放電電流が過大になった場合の保護回路５ａによる保護動作について説明する。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Ｔ３，Ｔ４に金属片が接触したり、接続端子Ｔ３，Ｔ４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Ｔ３，Ｔ４が短絡、又は接続端子Ｔ３，Ｔ４間の抵抗値が低抵抗になると、二次電池６から温度ヒューズＦ１とバイメタルスイッチＳＷ１とを介して放電される電流が増大し、バイメタルスイッチＳＷ１の接点抵抗によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。
【０１１６】
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がオフして二次電池６の放電電流が遮断され、二次電池６が過大な放電電流から保護される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１がオフすると、二次電池６の放電電流は接続端子Ｔ１から温度ヒューズＦ１、ヒータＲ３、ヒータＲ４、及び接続端子Ｔ３を介して接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された図略の負荷機器（あるいは短絡故障部分）に流れ、ヒータＲ３，Ｒ４が発熱してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱する。
【０１１７】
この場合、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして自己発熱がなくなっても、図略の負荷機器等に流れる電流によりヒータＲ３，Ｒ４が発熱し、ヒータＲ３，Ｒ４によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱されるので、例えば短絡故障を生じた負荷機器等が取り外されて放電電流が過大となる要因が除去されるまで、バイメタルスイッチＳＷ１のオフ状態を維持することができる。
【０１１８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る保護回路を備えた電池パックについて説明する。本発明の第３の実施形態に係る電池パック１ｂの外観は、図１に示す電池パック１と同様である。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る電池パック１ｂの電気的構成の一例を示す回路図である。図１４に示す電池パック１ｂは、図８に示す電池パック１ａとは、保護回路５ｂの構成が異なる。すなわち、図１４に示す保護回路５ｂは、ヒータＲ３（第１のヒータ）がバイメタルスイッチＳＷ１と並列に接続されている。そして、ヒータＲ３とヒータＲ４との接続点が接続端子Ｔ３に接続され、他端がトランジスタＱ１を介して接続端子Ｔ４に接続されている。この場合、ヒータＲ４は、接続端子Ｔ３に一端が接続されると共にバイメタルスイッチＳＷ１を加熱する第４のヒータに相当している。
【０１１９】
図１５、図１６は、図１４に示す保護回路５ｂの機械的構成を説明するための説明図である。図１５（ａ）は、保護回路５ｂの各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図１５（ｂ）は、保護回路５ａの機械的構成の一例を示す断面図である。図１５において、部品の実装位置を破線で示している。図１６（ａ）は、図１５（ｂ）に示す保護回路５の上面図である。また、対比のため、図１６（ｂ）に図１５（ｂ）と同じ断面図を示している。図１５、図１６に示す保護回路５ｂは、図１０、図１１に示す保護回路５ａとは、配線パターンが形成されたケース３１へのサーミスタ７ａの取付方法が異なる。
【０１２０】
サーミスタ７ａは、溝７１ａにより分割された四つの領域における互いに隣接する二つの領域が、第１電極７２としてバイメタルスイッチＳＷ１と温度ヒューズＦ１とを接続する配線パターンＰ５に接続され、第１電極７２として用いられる二つの領域を除く他の領域が、第２電極７３としてトランジスタＱ１のドレインに接続される配線パターンＰ９と接続されている。また、サーミスタ７ａにおける第３電極７４と、接続端子Ｔ３と接続された配線パターンＰ４とは、例えば図１６（ａ）に示すように、ジャンパ線７６を用いて空中で接続されている。
【０１２１】
その他の構成は図８、図１０、及び図１１に示す保護回路５ａと同様であるのでその説明を省略し、図１４に示す保護回路５ｂの動作について説明する。まず、保護回路５ｂによる過充電の保護動作について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で接続端子Ｔ３，Ｔ４に図略の充電装置が接続され、充電装置から充電電圧Ｖｃが接続端子Ｔ３，Ｔ４間に印加されると、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、及び接続端子Ｔ１を介して二次電池６へ充電電圧Ｖｃによる充電が行われる。
【０１２２】
充電電圧Ｖｃは、正常時は例えば最大４．２Ｖである。そして、基準電圧源Ｅ１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１として例えば４．３ＶをコンパレータＣＭＰ１へ出力するように設定されている。
【０１２３】
そして、例えば図略の充電装置が故障したり充電装置の出力電圧精度が低いために充電電圧Ｖｃが４．３Ｖを超えると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ４に電流が流れ、ヒータＲ４が発熱して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、二次電池６が過充電から保護される。
【０１２４】
この場合、バイメタルスイッチＳＷ１がオフしても、接続端子Ｔ３に接続された図略の充電装置からヒータＲ４への電流供給は継続し、ヒータＲ４によるバイメタルスイッチＳＷ１の加熱が継続するのでバイメタルスイッチＳＷ１はオフで維持され、過充電保護動作が継続される。
【０１２５】
また、接続端子Ｔ３に接続された図略の充電装置の出力電圧は、二次電池６の出力電圧より高いので、トランジスタＱ１がオンしても二次電池６からヒータＲ３へ電流が流れることがなく、二次電池６は放電しないので、例えば、過充電保護動作に伴ってバイメタルスイッチＳＷ１がオフし、二次電池６が放電することによって二次電池６の出力電圧が低下し、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオフされることによってヒータに電流が流れなくなってバイメタルスイッチＳＷ１がオンして再び二次電池６が充電されるといった動作を繰り返し、二次電池６の充放電動作に伴ってバイメタルスイッチＳＷ１がオンオフを繰り返すチャタリング動作の発生を抑制することができる。
【０１２６】
次に、二次電池６からの放電電流が過大になった場合の保護回路５ａによる保護動作について説明する。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Ｔ３，Ｔ４に金属片が接触したり、接続端子Ｔ３，Ｔ４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Ｔ３，Ｔ４が短絡、又は接続端子Ｔ３，Ｔ４間の抵抗値が低抵抗になると、二次電池６から温度ヒューズＦ１とバイメタルスイッチＳＷ１とを介して放電される電流が増大し、バイメタルスイッチＳＷ１の接点抵抗によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。
【０１２７】
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がオフして二次電池６の放電電流が遮断され、二次電池６が過大な放電電流から保護される。そして、バイメタルスイッチＳＷ１がオフすると、二次電池６の放電電流は接続端子Ｔ１から温度ヒューズＦ１、ヒータＲ３、及び接続端子Ｔ３を介して接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された図略の負荷機器（あるいは短絡故障部分）に流れ、ヒータＲ３が発熱してバイメタルスイッチＳＷ１を加熱する。
【０１２８】
この場合、バイメタルスイッチＳＷ１がオフして自己発熱がなくなっても、図略の負荷機器等に流れる電流によりヒータＲ３が発熱し、ヒータＲ３によってバイメタルスイッチＳＷ１が加熱されるので、例えば短絡故障を生じた負荷機器等が取り外されて放電電流が過大となる要因が除去されるまで、バイメタルスイッチＳＷ１のオフ状態を維持することができる。
【０１２９】
以上説明したように、図１４に示す保護回路５ｂは、過充電から二次電池６を保護する場合には、接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された図略の充電装置から供給される電流によってヒータＲ４を発熱させ、過大な放電電流から二次電池６を保護する場合には、二次電池６から供給される電流によってヒータＲ３を発熱させる。この場合、バイメタルスイッチＳＷ１が動作する動作温度Ｔｓｗ１は一定であるから、過充電保護時におけるヒータＲ４の発熱量と、過大な放電電流からの保護動作時におけるヒータＲ３の発熱量とは、等しくされていることが望ましい。
【０１３０】
そこで、充電装置の出力最大電圧をＶｃｍａｘ、二次電池６の出力電圧をＶＢ、ヒータＲ３の抵抗値をＲ３、ヒータＲ４の抵抗値をＲ４とすると、Ｒ３とＲ４とは、下記の式（２）を満たすように設定されることが望ましい。
【０１３１】
Ｖｃｍａｘ×Ｖｃｍａｘ÷Ｒ４＝ＶＢ×ＶＢ÷Ｒ３  ・・・（２）
これにより、過充電保護時におけるヒータＲ４の発熱量と、過大な放電電流からの保護動作時におけるヒータＲ３の発熱量とを等しくすることができる。この場合、例えば、ヒータＲ３とヒータＲ４とを個別のサーミスタによって構成し、ヒータＲ３の抵抗値とヒータＲ４の抵抗値とを上記式（２）を満たすように設定してもよく、例えば、図９に示すサーミスタ７を用いて溝７１の位置を調整することにより、ヒータＲ３の抵抗値とヒータＲ４の抵抗値とを上記式（２）を満たすように設定してもよい。
【０１３２】
なお、図１７に示す保護回路５ｃのように、図１４に示す保護回路５ｂにおける温度ヒューズＦ１とヒータＲ３との間に整流素子であるダイオードＤ２（第２の整流素子）を設けてもよい。ダイオードＤ２のアノードは、温度ヒューズＦ１を介して接続端子Ｔ１に接続され、ダイオードＤ２のカソードは、ヒータＲ３を介して接続端子Ｔ３に接続されており、すなわち接続端子Ｔ１に接続された二次電池６の放電電流を流す方向に順方向となるように接続されている。
【０１３３】
これにより、図１７に示す保護回路５ｃにおいて、接続端子Ｔ３，Ｔ４に接続された図略の充電装置による過充電から二次電池６を保護すべくバイメタルスイッチＳＷ１がオフした後、ダイオードＤ２によって、充電電圧が接続端子Ｔ３からヒータＲ３を介して二次電池６へ印加されることを阻止することができるので、二次電池６の過充電からの保護効果を向上させることができる。
【０１３４】
（第４実施形態）
次に、本発明の第の実施形態に係る保護回路を備えた電池パックについて説明する。本発明の第４の実施形態に係る電池パック１ｄの外観は、図１に示す電池パック１と同様である。図１８は、本発明の第４の実施形態に係る電池パック１ｄの電気的構成の一例を示す回路図である。図１８に示す電池パック１ｄは、図１４に示す電池パック１ｂとは、保護回路５ｄの構成が異なる。すなわち、図１８に示す保護回路５ｄは、サーミスタＲ５（検出部）、抵抗Ｒ１０、及び基準電圧源Ｅ２をさらに備え、集積回路ＩＣ１の代わりに集積回路ＩＣ１ａを備える点で異なる。
【０１３５】
サーミスタＲ５は、例えば、温度が上昇すると抵抗値が低下するサーミスタで、温度センサとして用いられている。そして、サーミスタＲ５は、二次電池６と近接、あるいは絶縁物を介して接触するように配設されており、二次電池６の温度に応じた抵抗値を生じるようにされている。そして、サーミスタＲ５と抵抗Ｒ１０との直列回路が基準電圧源２の両極間に接続され、サーミスタＲ５と抵抗Ｒ１０との接続点が、コンパレータＣＭＰ１の＋端子に接続されている。
【０１３６】
基準電圧源Ｅ２は、サーミスタＲ５の抵抗値を電圧として取得するための基準電圧を出力する定電圧源である。これにより、サーミスタＲ５の抵抗値、すなわち二次電池６の温度が、コンパレータＣＭＰ１の＋端子に入力されるようになっている。また、基準電圧源Ｅ２の出力電圧は、例えば、二次電池６の温度が、二次電池６の特性に悪影響を与えるような温度になった場合にサーミスタＲ５と抵抗Ｒ１０との接続点に生じる電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えるような電圧値が予め設定されている。また、例えば、コンパレータＣＭＰ１、基準電圧源Ｅ１，Ｅ２、及び抵抗Ｒ１０は、集積回路化されて集積回路１ａにされている。
【０１３７】
次に、上述のように構成された保護回路５ｄの動作について説明する。まず、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で、接続端子Ｔ３，Ｔ４に図略の充電装置が接続され、二次電池６が過充電されると、二次電池６の温度が上昇する。
【０１３８】
そして、二次電池６の温度が上昇するとサーミスタＲ５の抵抗値が低下し、サーミスタＲ５と抵抗Ｒ１０との接続点の電圧が上昇する。さらに、サーミスタＲ５と抵抗Ｒ１０との接続点の電圧が上昇して基準電圧Ｖｒｅｆ１を超え、すなわち二次電池６の温度が例えば二次電池６の特性に悪影響を与えるような温度になると、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、接続端子Ｔ３からヒータＲ４に電流が流れ、バイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。
【０１３９】
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、二次電池６が過充電による発熱から保護される。
【０１４０】
また、バイメタルスイッチＳＷ１がオンしている状態で、接続端子Ｔ３，Ｔ４に電力負荷となる電気機器が接続されたり、短絡故障が発生したりすることにより過大な放電電流が流れると、二次電池６の温度が上昇する。そして、上述したように、二次電池６の温度が上昇し、バイメタルスイッチＳＷ１が自己発熱によりオフする前に二次電池６の温度が例えば二次電池６の特性に悪影響を与えるような温度になると、サーミスタＲ５と抵抗Ｒ１０との接続点の電圧が上昇して基準電圧Ｖｒｅｆ１を超え、コンパレータＣＭＰ１によってトランジスタＱ１がオンされ、二次電池６から接続端子Ｔ１、温度ヒューズＦ１を介してヒータＲ３，Ｒ４に電流が流れ、バイメタルスイッチＳＷ１が加熱される。
【０１４１】
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がオフして放電電流が遮断され、二次電池６が過大な放電電流による発熱から保護される。
【０１４２】
さらに、バイメタルスイッチＳＷ１がオフした後も、二次電池６から接続端子Ｔ１、温度ヒューズＦ１を介してヒータＲ３、Ｒ４に電流が流れ、バイメタルスイッチＳＷ１が加熱されてバイメタルスイッチＳＷ１のオフ状態が維持される。
【０１４３】
これにより、二次電池６が過剰に発熱した場合に、放電電流と充電電流とを一つのバイメタルスイッチＳＷ１により遮断することができるので、簡素な回路を用いて、二次電池６を過充電や過大な放電電流による過度の発熱から保護することができる。
【０１４４】
また、例えばバイメタルスイッチＳＷ１がオフして自己発熱しなくなったために自然冷却によりバイメタルスイッチＳＷ１がオンし、再び二次電池６に充放電電流がバイメタルスイッチＳＷ１を流れてバイメタルスイッチＳＷ１がオフする、というように、バイメタルスイッチＳＷ１がオンオフを繰り返すチャタリング動作の発生を抑制することができる。
【０１４５】
その他の構成及び動作は、図１４に示す電池パック１ｂと同様であるので、その説明を省略する。なお、図１８に示すサーミスタＲ５と集積回路ＩＣ１ａとを、電池パック１，１ａ，１ｃにおいて、集積回路１の代わりに備える構成としてもよい。
【０１４６】
なお、図１に示した電池パック１は、ニッケルメッキを表面に施した鋼板から構成されている有底の容器２に二次電池６が収容され、容器２の開口部と封口板とが、かしめ封口により密閉されており、凸状に設けられた正極端子６１が容器２の開口端から突出し、二次電池６の負極が容器２の内部で容器２と接続されている例を示したが、アルミニウム合金から構成されている有底の容器２に二次電池が収容され、容器２の開口部と封口板とがレーザー封口により密閉されており、凸状に封口板上に設けられた負極端子が容器２の開口端から突出し、二次電池６の正極が負極端子と絶縁された状態で封口板に接続されている場合は、保護回路との接続を逆にすることにより、容易に実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
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】
【０１４８】
【図１】本発明の一実施形態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電気的構成の一例を示す回路図である。
【図３】バイメタルスイッチ及び温度ヒューズに流れる電流値と、動作時間との一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る保護回路の構成の一例を説明するための説明図である。図４（ａ）は、保護回路の各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図４（ｂ）は、保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。
【図５】図４に示す保護回路の機械的構成の一例を示す図であり、図５（ａ）は保護回路の機械的構成の一例を示す上面図、図５（ｂ）は保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。
【図６】可動切片の動作を説明するための説明図である。
【図７】容器と封口部とが組み合わされた状態を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電池パックの電気的構成の一例を示す回路図である。
【図９】図８に示すヒータとして用いられるサーミスタの構成の一例を示す説明図である。
【図１０】図８に示す保護回路の機械的構成を説明するための説明図である。図１０（ａ）は、保護回路の各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図１０（ｂ）は、保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。
【図１１】図８に示す保護回路の機械的構成を説明するための説明図である。図１１（ａ）は、図１０（ｂ）に示す保護回路５の上面図であり、図１１（ｂ）は、保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。
【図１２】図８に示すヒータとして用いられるサーミスタの構成の一例を示す説明図である。
【図１３】図１２に示すサーミスタを用いた保護回路の機械的構成を説明するための説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る電池パックの電気的構成の一例を示す回路図である。
【図１５】図１４に示す保護回路の機械的構成を説明するための説明図である。図１５（ａ）は、保護回路の各部品を取り付けるための配線パターンを示す図であり、図１５（ｂ）は、保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。
【図１６】図１４に示す保護回路の機械的構成を説明するための説明図である。図１６（ａ）は、図１６（ｂ）に示す保護回路５の上面図であり、図１６（ｂ）は、保護回路の機械的構成の一例を示す断面図である。
【図１７】図１４に示す電池パックの電気的構成の変形例を示す回路図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る電池パックの電気的構成の一例を示す回路図である。
【図１９】背景技術に係る電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２０】背景技術に係る電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２１】背景技術に係る電池パックの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  電池パック
２    容器
３    外部端子接続ユニット
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  保護回路
６    二次電池
７，７ａ  サーミスタ
３７  バイメタル
７１，７１ａ  溝
７２  第１電極
７３  第２電極
７４  第３電極
７５，７６  ジャンパ線
ＣＭＰ１  コンパレータ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｅ１，Ｅ２  基準電圧源
Ｆ１  温度ヒューズ
ＩＣ１，ＩＣ１ａ  集積回路
Ｑ１  トランジスタ
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  ヒータ
Ｒ５  サーミスタ
ＳＷ１  バイメタルスイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４  接続端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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