(57)【要約】【課題】大容量の蓄電装置の過充電状態を安全に解消できる二次電池を提供することにある。【解決手段】第一のフューズ２１とヒータ回路２３の直列接続回路に対し、並列にバイパス抵抗２３を設け、第一のフューズ２１がヒータ回路２３の発熱によって溶断した後、蓄電装置１１の充電電圧をバイパス抵抗２３によって放電させる。蓄電装置１１を出力端子１４から切り離すだけではなく、蓄電装置１１の過充電状態を解消することができるので安全性が高まる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、第一のフューズと、ヒータ回路と、スイッチ素子と、第一、第二の出力端子とを有し、
前記蓄電装置の第一、第二の内部端子のうち、第一の内部端子は前記第一のフューズを介して前記第一の出力端子に接続され、
前記第一、第二の出力端子間に直流電圧源が接続されると、前記蓄電装置は前記直流電圧源が出力する電流によって充電され、前記第一、第二の出力端子間に負荷が接続されると、前記蓄電装置の放電電流が前記負荷に供給されるように構成され、
前記第一のフューズの前記第一の出力端子に接続された部分は、前記ヒータ回路の一端に接続され、該ヒータ回路の他端は前記スイッチ素子を介して、前記第二の内部端子に接続され、前記スイッチ素子が導通すると、前記蓄電装置の前記第一、第二の内部端子間は、前記第一のフューズと前記ヒータ回路と前記スイッチ素子を介して接続され、
前記ヒータ回路に電流が流れ、発熱すると、該発熱によって前記第一のフューズは溶断するように構成された二次電池であって、
前記ヒータ回路と前記第一のフューズを合計した抵抗値よりも高抵抗のバイパス抵抗が、前記一のフューズと前記ヒータ回路とが接続された回路に対し、並列に接続された二次電池。
【請求項２】
前記第一のフューズと前記第一の出力端子の間には、前記ヒータ回路の発熱によって溶断するように構成された第二のフューズが挿入された請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記蓄電装置の電圧を検出する制御回路を有し、
前記スイッチ素子は、前記制御回路が過電圧を検出すると導通するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の二次電池。
【請求項４】
充放電可能な蓄電装置を有する二次電池の前記蓄電装置が所定電圧以上になった場合、前記蓄電装置の両端をフューズとヒータ回路を介して短絡させ、前記ヒータ回路の発熱によって前記フューズを溶断させ、前記蓄電装置の少なくとも一端を前記二次電池の出力端子から切り離す二次電池の保護方法であって、
前記蓄電装置の両端を短絡させる際に、前記フューズと前記ヒータ回路に並列なバイパス抵抗によっても短絡させ、前記フューズの溶断後も、前記バイパス抵抗によって前記蓄電装置を放電させる二次電池の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繰り返し充放電が可能な二次電池の技術分野にかかり、特に、過充電状態を解消できる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二次電池は、携帯電話や携帯型パーソナルコンピュータに広く用いられている。
【０００３】
図２の符号１０１は、従来技術の二次電池を示しており蓄電装置１１１の内部端子ａ、ｂはそれぞれ出力端子１１４、１１５に接続され、出力端子１１４、１１５に直流電圧源１１８を接続すると、蓄電装置１１１は直流電圧源１１８から充電され、出力端子１１４、１１５に負荷を接続すると、蓄電装置１１１の放電によって負荷に電力が供給されるように構成されている。
【０００４】
蓄電装置１１１の内部端子ａと出力端子１１４の間には、直列接続された二個のフューズ１２１、１２２が挿入されており、過電流が流れたときに、少なくともいずれか一方のフューズ１２１、１２２が溶断し、出力端子１１４から蓄電装置１１１を切り離すように構成されている。
【０００５】
二個のフューズ１２１、１２２が互いに接続された接続点ｃには、ヒータ回路１２３の一端が接続されている。また、そのヒータ回路１２３の他端は、スイッチ素子１２６を介して、フューズ１２１が接続されていない方の蓄電装置１１１の内部端子ｂに接続されている。
【０００６】
スイッチ素子１２６には制御回路１２５が接続されており、スイッチ素子１２６は制御回路１２５から入力される外部信号によって導通と遮断が切換えられるようになっている。
【０００７】
ここで、例えば出力端子１１４、１１５に接続された直流電圧源１１８が規定された電圧よりも高い電圧を出力する場合、充電装置１１１が過充電されてしまう。
【０００８】
制御回路１２５は、充電装置１１１の充電電圧を検出しており、検出結果が過充電を示す場合にはスイッチ素子１２６を導通させ、蓄電装置１１１からフューズ１２１とヒータ回路１２３に電流を流し、ヒータ回路１２３を発熱させる。
【０００９】
フューズ１２１、１２２は、ヒータ回路１２３の発熱によって溶断するように構成されており、蓄電装置１１１に接続されたフューズ１２１が溶断すると蓄電装置１１１は出力端子１１４から切り離され、蓄電装置１１１は現在の電圧以上には充電されないようになっている。
【００１０】
しかしながら上記従来技術の二次電池１０１では、蓄電装置１１１の過充電状態を解消することができず、何らかの不都合が生じることが懸念される。
【００１１】
それに対し、図３のような二次電池１０２では過充電状態を解消することができるとされている。
【００１２】
この二次電池１０２は、上記二次電池１０１の蓄電装置１１１側のフューズ１２１が短絡したのと同じ状態であり、ヒータ回路１２３の一端は、蓄電装置１１１の内部端子ａに直結されている。
【００１３】
蓄電装置１１１が過電圧になり、スイッチ素子１２６が導通すると、上記二次電池１０１と同様に、ヒータ回路１２３の発熱によってフューズ１２１が溶断し、蓄電装置１１１が出力端子１１４から切り離される。
【００１４】
更に、この二次電池１０２では、蓄電装置１１１の内部端子ａ、ｂの間が、ヒータ回路１２３とスイッチ素子１２６を介して短絡されるため、蓄電装置１１１の放電電流がヒータ回路１２３とスイッチ素子１２６を通って流れ、蓄電装置１１１の過充電状態が解消されるようになっている。
【００１５】
ところが、近年では蓄電装置１１１の容量が向上し、大きな放電電流を長時間流せるようになってきた。ヒータ回路１２３の抵抗値は小さいため、上記構成の二次電池１０２では、大容量の蓄電装置１１１から大きな放電電流が流れ続け、基板の損傷や二次電池１０２が溶融する危険性が指摘されている。
【００１６】
この危険性を解消するためには、ヒータ回路１２３に直列に抵抗値を挿入することが考えられるが、その場合には、蓄電装置１１１の放電電流が小さくなり、フューズ１２２を溶断させる発熱量が確保できなくなるおそれがある。
【００１７】
近年では、携帯型パーソナルコンピュータに対し、小型化と長時間化の要求が増々強くなっており、蓄電装置１１１は増々大容量化しているため、上記問題は深刻である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、過充電状態を安全に解消できる二次電池を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、蓄電装置と、第一のフューズと、ヒータ回路と、スイッチ素子と、第一、第二の出力端子とを有し、前記蓄電装置の第一、第二の内部端子のうち、第一の内部端子は前記第一のフューズを介して前記第一の出力端子に接続され、前記第一、第二の出力端子間に直流電圧源が接続されると、前記蓄電装置は前記直流電圧源が出力する電流によって充電され、前記第一、第二の出力端子間に負荷が接続されると、前記蓄電装置の放電電流が前記負荷に供給されるように構成され、前記第一のフューズの前記第一の出力端子に接続された部分は、前記ヒータ回路の一端に接続され、該ヒータ回路の他端は前記スイッチ素子を介して、前記第二の内部端子に接続され、前記スイッチ素子が導通すると、前記蓄電装置の前記第一、第二の内部端子間は、前記第一のフューズと前記ヒータ回路と前記スイッチ素子を介して接続され、前記ヒータ回路に電流が流れ、発熱すると、該発熱によって前記第一のフューズは溶断するように構成された二次電池であって、前記ヒータ回路と前記第一のフューズを合計した抵抗値よりも高抵抗のバイパス抵抗が、前記一のフューズと前記ヒータ回路とが接続された回路に対し、並列に接続された二次電池である。
請求項２記載の発明は、前記第一のフューズと前記第一の出力端子の間には、前記ヒータ回路の発熱によって溶断するように構成された第二のフューズが挿入された請求項１記載の二次電池である。
請求項３記載の発明は、前記蓄電装置の電圧を検出する制御回路を有し、前記スイッチ素子は、前記制御回路が過電圧を検出すると導通するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の二次電池である。
請求項４記載の発明は、充放電可能な蓄電装置を有する二次電池の前記蓄電装置が所定電圧以上になった場合、前記蓄電装置の両端をフューズとヒータ回路を介して短絡させ、前記ヒータ回路の発熱によって前記フューズを溶断させ、前記蓄電装置の少なくとも一端を前記二次電池の出力端子から切り離す二次電池の保護方法であって、前記蓄電装置の両端を短絡させる際に、前記フューズと前記ヒータ回路に並列なバイパス抵抗によっても短絡させ、前記フューズの溶断後も、前記バイパス抵抗によって前記蓄電装置を放電させる二次電池の保護方法である。
【００２０】
本発明は上記のように構成されており、バイパス抵抗の抵抗値は、第一のフューズとヒータ回路の直列接続回路の抵抗値よりも高抵抗であるので、スイッチ素子が導通したときに、主として直列接続回路に電流が流れ、その電流で第一のフューズが溶断するようになっている。
【００２１】
溶断後は、蓄電装置の両端は、バイパス抵抗とスイッチ素子を介して短絡される。スイッチ素子の導通抵抗を無視すると、その短絡状態で流れる電流は、蓄電装置の充電電圧とバイパス抵抗の抵抗値とで決まるので、基板や二次電池のケースが損傷しない程度の大きさに設定することができる。従って、充電装置の過充電状態を安全に解消することができる。
【００２２】
通常の使用状態では、スイッチ素子は遮断しているので、バイパス抵抗には電流は流れないから、バイパス抵抗が蓄電装置を消耗させることはない。
【００２３】
出力端子と第一のフューズの間に第二のフューズを挿入し、第二のフューズもヒータ回路の発熱によって溶断するように構成し、出力端子の高電圧によってスイッチ素子が導通するようにしておけば、出力端子に高電圧が印加された場合も、蓄電装置を出力端子から切り離すことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）の符号１は、本発明の第一例の二次電池を示している。
この二次電池１は、蓄電装置１１と、制御回路２５と、第一、第二のフューズ２１、２２と、ヒータ回路２３と、スイッチ素子２６とを有している。
【００２５】
第一、第二のフューズ２１、２２は直列接続されている。蓄電装置１１は、高電圧側の内部端子と、負電圧若しくは接地電圧側の内部端子を有しており、また、この二次電池１の出力端子も高電圧側の出力端子と負電圧若しくは接地電圧側の出力端子を有している。
【００２６】
蓄電装置１１の内部端子の一つと二次電池１の出力端子の一つは、第一、第二のフューズ２１、２２の直列接続回路を介して接続されている。
【００２７】
その直列接続回路によって接続された内部端子と出力端子を第一の内部端子ａと第一の出力端子１４とし、他方を第二の内部端子ｂと第二の出力端子１５とすると、第二の内部端子ｂと第二の出力端子１５とは、互いに直結されている。
【００２８】
第一、第二のフューズ２１、２２の接続点ｃには、ヒータ回路２３の一端が接続されており、該ヒータ回路２３の他端は、スイッチ素子２６を介して第二の出力端子１５（及び第二の内部端子ｂ）に接続されている。
【００２９】
スイッチ素子２６には、制御回路２５が接続されている。スイッチ素子２６は導通状態と遮断状態の二種類の状態を取りうる素子であり、制御回路２５が出力する信号で導通状態と遮断状態が切り換えられるようになっている。
【００３０】
蓄電装置１１は繰り返し充放電可能に構成されている。
制御回路２５は、通常の状態ではスイッチ素子２６を遮断状態に置いており、通常の状態で蓄電装置１１が一定電圧以上に充電されている場合は、第一の出力端子１４と第二の出力端子１５の間に規定電圧が現れるようになっている。
【００３１】
従って、第一、第二の出力端子１４、１５の間に負荷を接続すると、負荷にはその規定電圧が印加され、蓄電装置１１の放電によって出力電流が供給される。負荷に供給される出力電流は、第一、第二のフューズ２１、２２を通って流れる。
【００３２】
蓄電装置１１が未充電、又は放電後の状態にある場合は、負荷１８に替え、直流電圧源１８を接続して蓄電装置１１を充電する必要がある。この場合、蓄電装置１１には、直流電圧源が出力する充電電流（通常は定電流）が第一、第二のフューズ２１、２２を通って供給され、充電装置１１は充電される。
従って、第一、第二の出力端子１４、１５に流出入する電流は第一、第二のフューズ２１、２２を流れる。
【００３３】
この場合、第一、第二の出力端子１４、１５の間が短絡したり、直流電圧源から過電流が供給されるなど、流出入する電流が規定値を超えた場合、即ち、過電流が流れた場合、第一、第二のフューズ２１、２２の発熱によって、第一又は第二のフューズ２１、２２の少なくとも一方が溶断し、蓄電装置１１の第一の内部端子ａは第一の出力端子１４から切り離され、過電流の流入又は流出は停止する。
【００３４】
過電流が流れない場合でも、蓄電装置１１を第一又は第二の出力端子１４、１５から切り離す必要が生じる場合がある。
例えば蓄電装置１１が規定電圧以上に充電され、過充電状態になった場合である。
【００３５】
この二次電池１の制御回路２５は蓄電装置１１の充電電圧を監視しており、充電電圧が規定値以上に上昇し、過充電になったことを検出すると、スイッチ素子２６を導通させる。
【００３６】
直列接続された第一、第二のフューズ２１、２２のうち、第一のフューズ２１の一端が蓄電装置１１の第一の内部端子ａに接続され、第二のフューズ２２の一端が第一の出力端子１４に接続されているものとすると、スイッチ素子２６の導通によって、充電装置１１の第一、第二の内部端子ａ、ｂ間は第一のフューズ２１とヒータ回路２３とスイッチ素子２６とによって短絡されるため、蓄電装置１１の放電により、第一のフューズ２１とヒータ回路２３に電流が流される。
【００３７】
また、スイッチ素子２６の導通により、第一、第二の出力端子１４、１５間は第二のフューズ２２とヒータ回路２３とスイッチ素子２６によって短絡される。
第一、第二の出力端子１４、１５に直流電圧源１８が接続されている場合は、その直流電圧源１８の両端は、第二のフューズ２２とヒータ回路２３とスイッチ素子２６とで短絡され、第二のフューズ２２とヒータ回路２３に、直流電圧源１８が出力する電流が流される。
【００３８】
第一、第二のフューズ２１、２２やヒータ回路２３の抵抗値は小さく、スイッチ素子２６の導通抵抗も小さいため、スイッチ素子２６が導通したときに蓄電装置１１や直流電圧源１８からヒータ２３に供給される電流は比較的大きな電流であり、ヒータ回路２３はその大電流によって発熱する。
【００３９】
第一、第二のフューズ２１、２２は、その両方ともヒータ回路２３の発熱の影響を受けるように構成されており、スイッチ素子２６の導通によって流れる電流が第一、第二のフューズ２１、２２が自己発熱して溶断する程の大電流でなくても、第一、第二のフューズ２１、２２は、ヒータ回路２３の発熱によって溶断するように構成されている。
【００４０】
但し、第一、第二のフューズ２１、２２は、ヒータ回路２３の発熱の影響を均等に受けるため、第一のフューズ２１が第二のフューズ２２よりも先に溶断する場合と、その逆に、第二のフューズ２２が第一のフューズ２１よりも先に溶断する場合の両方が起こり得る。
【００４１】
先ず、第二のフューズ２２が第一のフューズ２１よりも先に溶断した場合を説明すると、この場合は第二のフューズ２２の溶断により直流電圧源１８からの電流の流入は停止するが、第一のフューズ２１とヒータ回路２３は直列接続状態を維持しているため、蓄電装置１１の放電電流はその回路を通って流れ続ける。
【００４２】
本発明の二次電池１では、第一のフューズ２１とヒータ回路２３の直列接続回路に対し、並列にバイパス抵抗２４が接続されている。
【００４３】
即ち、このバイパス抵抗２４の一端は、蓄電装置１１の第一の内部端子ａに接続され、他端は、ヒータ回路２３とスイッチ素子２６とが接続された部分に接続されており、第一のフューズ２１とヒータ回路２３との直列接続回路に印加される電圧は、バイパス抵抗２４の両端にも印加されるようになっている。
【００４４】
バイパス抵抗２４の抵抗値は、第一のフューズ２１の抵抗値とヒータ回路２３の抵抗値を合計した値よりも大きく設定されており（例えば１０倍以上）、第二のフューズ２２が溶断し、第一のフューズ２１とヒータ回路２３の直列接続回路に電流が流れるときにはバイパス抵抗２４にはほとんど電流は流れないようになっている。
【００４５】
従って、充電装置１１の放電電流は大部分がヒータ回路２３を流れ、そのため、ヒータ回路２３の発熱によって第一のフューズ２１は溶断する。
【００４６】
この状態では、蓄電装置１１の第一、第二の内部端子ａ、ｂの間はバイパス抵抗２４とスイッチ素子２６を介して短絡された状態になるから、蓄電装置１１は放電し続け、蓄電装置１１の電圧は徐々に低下する。放電電流は、蓄電装置１１の電圧とバイパス抵抗２４の抵抗値の大きさで決まる。
【００４７】
バイパス抵抗２４の抵抗値は大きいので、蓄電装置１１が過電圧の状態であっても、バイパス抵抗２４に流れる電流は小さく、バイパス抵抗２４の発熱は僅かである。
【００４８】
また、バイパス抵抗２４はヒータ回路２３をバイパスしており、第一、第二のフューズ２１、２２が溶断した状態ではヒータ回路２３には電流は流れないようになっているので、第一のフューズ２１の溶断後はヒータ回路２３は発熱しない。
【００４９】
次に、第一のフューズ２１が第二のフューズよりも先に溶断した場合を説明すると、第二のフューズ２２は導通を維持し、第一のフューズ２１が溶断した状態では、蓄電装置１１の第一の内部端子ａは、バイパス抵抗２４とスイッチ素子２６を介して第二の内部端子ｂに接続されているから、過充電状態の蓄電装置１１の放電電流は、バイパス抵抗２４を通って流れ、蓄電装置１１の電圧は徐々に低下する。
【００５０】
第一、第二の出力端子１４、１５間に直流電圧源１８が接続されている場合は、蓄電装置１１の放電とは無関係に、直流電圧源１８から供給される電流によってヒータ回路２３が発熱し、第二のフューズ２２は溶断する。
【００５１】
結局、第一、第二のフューズ２１、２２の両方が溶断した状態では、二次電池１の内部は、バイパス抵抗２４を通る電流だけが流れる。
【００５２】
第一、第二のフューズ２１、２２のいずれが先に溶断する場合であっても、蓄電装置１１の放電が終了するか、又はスイッチ素子２４が遮断状態になることにより、バイパス抵抗２４に流れる電流も停止する。
【００５３】
蓄電装置１１の電圧低下により制御回路２５の動作も停止するが、制御回路２５が動作を停止した状態では導通状態になるスイッチ素子２６を用いれば、蓄電装置１１を低電圧まで放電させることができる。
【００５４】
スイッチ素子２６が、制御回路２５が動作を停止すると遮断状態になるものであっても、蓄電装置１１に残留する電圧は低いので問題はない。
【００５５】
なお、上記スイッチ素子１２６は、外部信号により、導通状態と遮断状態が切り換えられる素子であればよく、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等を用いることができる。原理的にはリレー素子を用いることもできる。
【００５６】
また、上記ヒータ回路２３は、一又は二以上のヒータ素子によって構成されており、例えば、図１（ｂ）ののように二個のヒータ素子２３ａ、２３ｂを並列接続し、一方のヒータ素子２３ａを第一のフューズ２１の近傍に配置し、他方のヒータ素子２３ｂを第二のフューズ２２の近傍に配置し、第一、第二のフューズ２１、２２を、近傍に位置するヒータ素子２３ａ、２３ｂの発熱で溶断させてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
蓄電装置を出力端子から切り離すだけではなく、蓄電装置の過充電状態を解消することができるので安全性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）：本発明の二次電池の一例  （ｂ）：そのヒータ回路を説明するための図
【図２】従来技術の二次電池の例
【図３】従来技術の二次電池の他の例
【符号の説明】
１……二次電池
１１……蓄電装置
１４……第一の出力端子
１５……第二の出力端子
１８……直流電圧源
２１……第一のフューズ
２２……第二のフューズ
２３……ヒータ回路
２５……制御回路
２６……スイッチ素子
ａ……第一の内部端子
ｂ……第二の内部端子
ｃ……接続点
【図１】
2004266882.tif 000003
【図２】
2004266882.tif 000004
【図３】
2004266882.tif 000005