(57)【要約】【課題】  温度上昇及び過大電流に感応して回路遮断することを可能にする感熱作動素子を提供する。【解決手段】  固定電極２と、一端に設けられた接点３ａにより固定電極２に接触する可動電極３との間に形成された間隙内にバイメタル８を配設する。温度上昇によりバイメタル８が変形すると、可動電極３を押し上げるので接点３ａが固定電極２から離れる。可動電極３と固定電極２とを回路と直列に接続した状態に感熱作動素子１を配設しておくと、温度上昇したとき回路を遮断することができる。また、回路に過大電流が流れると可動電極３がその電気抵抗によって発熱してバイメタル８に伝熱するので、バイメタル８の変形により可動電極３をその接点３ａが固定電極２から引き離すので回路に流れる過大電流は遮断される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と、一端に設けられた接点により前記固定電極に接触する可動電極との間に形成された間隙内に、温度上昇が生じたとき前記接点を固定電極から引き離すように変形するバイメタルが配設され、前記可動電極はそれに過大電流が流れたとき前記バイメタルを変形させ得る温度に発熱する材質によって形成されてなることを特徴とする感熱作動素子。
【請求項２】
可動電極の材質が、ＳＵＳ３０４である請求項１に記載の感熱作動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度上昇及び過大電流により作動して回路接続を遮断する感熱作動素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度上昇に感応して回路遮断する素子としてサーモスタットが知られており、小型のサーモスタットが二次電池を用いた電池パックに適用されている。電池パックにおいては、過充電等の原因によって二次電池が温度上昇したとき、上昇温度に感応したサーモスタットによって充電回路を遮断し、二次電池が過度の温度上昇によって発火に至るような事故を防止する。
【０００３】
このような電池パックにサーモスタットを適用した従来技術として、スイッチ構造を形成する可動板にバイメタルを取り付け、温度上昇によりバイメタルが変形することにより可動板が固定板から離れるようにしたサーマルプロテクタが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２６０２２０号公報（第２〜３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン二次電池を用いた電池パックにおいては、過充電、過放電及び過大電流から二次電池を保護する手段が設けられ、可燃性の有機溶媒を電解液として用いるリチウムイオン二次電池の安全性を確保する構成が採用されている。過充電や過放電に対しては電池保護回路により過充電や過放電を検出して充放電回路を遮断する手段が用いられ、外部短絡等による過大電流に対しては前記電池保護回路と共にＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)素子やサーモスタットを充放電回路と直列に接続した二重の対策が講じられている。この場合、前記ＰＴＣやサーモスタットにより、前記電池保護回路の故障による過充電や、不適切な充電器の接続や外部短絡による過電流が防止されるのは、それらが原因で電池温度が上昇し、その温度で充放電回路を遮断すべく動作するからである。このような構成は、リチウムイオン二次電池を用いて電池パックを構成する上で不可欠且つ有効な手段であるが、電池保護回路を構成した回路基板を二次電池と共にパッケージングし、配線処理する必要があり、電池パックの小型化やコストダウン化を阻害する要因ともなる。
【０００５】
二次電池の性能向上に伴って前述のような電池保護構成は過剰構成ともなりかねず、徒にコストアップをまねくので、より簡易に電池保護がなし得る構成が要求されている。二次電池に悪影響を与える温度上昇や過大電流を検出して速やかに充放電回路を遮断することができれば、通常構成になる電池パックにおいては電池保護を果たせることになる。
【０００６】
サーモスタットを用いることにより、所定値以上の電池温度及び所定値以上の充放電電流の両者に対して充放電回路を遮断する場合、サーモスタットはそれを構成するバイメタルが温度上昇により変形して回路を閉じる接点を開くように作用するものであるから、バイメタルに電流が流れるようにしておけば、過大電流が流れたときに発生するバイメタルの電気抵抗による所定値以上のジュール熱と、所定値以上の電池温度の何れに対しても前記接点を開くように構成することが出来ると考えられる。
【０００７】
しかしながら、所定値以上の電流による発熱によって変形する動作と、所定値以上の周囲温度によって変形する動作のそれぞれを同時に満足させるバイメタルの材料を選ぶのは困難であり、１つのサーモスタットによって電池の温度上昇と過大電流の両者に対応させることができなかった。
【０００８】
本発明が目的とするところは、温度上昇及び過大電流に感応して回路遮断することを可能にする感熱作動素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る感熱作動素子は、固定電極と、一端に設けられた接点により前記固定電極に接触する可動電極との間に形成された間隙内に、温度上昇が生じたとき前記接点を固定電極から引き離すように変形するバイメタルが配設され、前記可動電極はそれに過大電流が流れたとき前記バイメタルを変形させ得る温度に発熱する材質によって形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、温度上昇によりバイメタルが変形すると、変形が可動電極に及んで可動電極の一端に設けられた接点が固定電極から離れるように作用する。可動電極と固定電極とを充放電回路と直列に接続した状態に感熱作動素子を配設しておくと、バイメタルに変形が生じる温度に温度上昇したとき、回路を遮断することができる。また、回路に過大電流が流れると可動電極がその電気抵抗によって発熱し、発熱は一部が接するバイメタルに伝熱するので、バイメタルが変形する温度になったとき、変形により可動電極をその接点が固定電極から引き離すように作用するので、回路に流れる過大電流は遮断される。
【００１１】
上記構成において、可動電極が過大電流によって発熱するためには、可動電極が所要の電気抵抗を有し、その電気抵抗は平常時には回路抵抗として無視できる程度のものである必要がある。これを実現する可動電極の材質として、ＳＵＳ３０４が好適であり、スイッチ構造を形成する弾性を兼ね備えたものが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度上昇と過大電流とに感応して回路遮断する感熱作動素子が構成され、電池パックのように二次電池に過充電がなされたような場合の温度上昇に対して充放電回路を遮断して過充電を停止させ、外部短絡や不適切な充電器の接続によって過大電流が流れたとき充放電回路を遮断して過大電流の流れを阻止するために、それぞれ個別の保護手段を設けていた従来構成は、１つの感熱作動素子によって実現することが可能になり、電池パックを簡易に構成して小型化とコストダウン化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１（ａ）は、本実施形態に係る感熱作動素子１の構成を示すもので、図２に分解して示す構成要素を用いて組み立てられたものである。この感熱作動素子１は、リチウムイオン二次電池を用いた電池パックに適用するのに好適な構造に構成したもので、二次電池が異常温度上昇したとき、あるいは充放電回路に外部短絡等による過大電流が流れたとき、充放電回路を遮断して二次電池を保護する目的に使用される。
【００１４】
図１、図２に示すように、筐体１０を構成する台ケース５は、樹脂成形により固定電極２及び可動電極リード４をインサートし、中央に構成要素を収容する空間である部材収容室１１が形成されている。この部材収容室１１の中央に固定電極２の表面を露出させた円形凹部１１ａ内に伝熱座板９を配し、その上に円弧状に湾曲させたバイメタル８を積み重ね、バイメタル８上に可動電極３が配設される。可動電極３に設けられた固定翼部３ｂは台ケース５に設けられた位置決め枠１２内に嵌り合うので、可動電極３の一端は位置決め枠１２の中に露出する可動電極リード４にスポット溶接される。このように構成部材が取り付けられた台ケース５上に、樹脂形成により押圧板７をインサートして形成された蓋ケース６を被せ、蓋ケース６と台ケース５との間を超音波溶接することにより、台ケース５の内部空間に構成部材を封止して感熱作動素子１が形成される。尚、伝熱座板９は、バイメタル８を所定位置に保持して外部からの熱をバイメタル８に伝熱する役割をなすものであるが、台ケース５によって一体に形成することもできる。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、台ケース５内に配設された可動電極３は、蓋ケース６が被せられることにより、その内面にインサートされた押圧板７の突出部により中央部分が押圧され、先端部に設けられた接点３ａが固定電極２に接触した状態となる。
【００１６】
上記構成になる感熱作動素子１は、図３に示すように、電池パックＡ内に二次電池Ｂと直列に接続した状態にして配設される。感熱作動素子１の取り付けは、図４に示すように、二次電池Ｂの表面に絶縁紙Ｃを介して台ケース５の底面が当接するように取り付けられる。
【００１７】
二次電池Ｂが過充電状態になったときや、電池パックＡが高温環境に曝されたとき、二次電池Ｂは温度上昇する。二次電池Ｂの熱は固定電極２及び伝熱座板９を通じてバイメタル８に伝熱するので、バイメタル８が所定温度以上に加熱されたとき、図１（ｂ）に示すように、バイメタル８は膨出方向を反転させるように変形する。バイメタル８は熱膨張率が異なる２種類の金属板を貼り合わせて形成されているため、温度上昇が所定温度以上になると両面の膨張率が異なることから膨出方向が反転する。
【００１８】
バイメタル８の膨出方向が反転すると、跳ね上った周縁部が可動電極３の先端側を押し上げるので、先端に設けられた接点３ａは固定電極２から離れ、充放電回路が遮断され、過充電状態にあるときには過充電が停止され、高温環境に曝されているときには高温状態にある二次電池Ｂに充放電がなされることを防止することができる。二次電池Ｂの温度が低下すると、それに伴ってバイメタル８の温度も低下するので、膨出方向が元の状態に反転して、図１（ａ）に示す状態となり、可動電極３はその弾性により原状復帰して接点３ａが固定電極２に接して充放電回路は導通状態となる。
【００１９】
また、電池パックＡの外部入出力端子Ｄの正極、負極間が外部短絡したような場合に、二次電池Ｂから過大電流が流れてあるいは、不適切な充電器が接続されると二次電池Ｂに過大電流が流れ込んで二次電池Ｂは温度上昇する。それ以前に、感熱作動素子１に過大電流が流れると、可動電極３がその電気抵抗によりジュール熱を発して温度上昇する。本構成においては可動電極３の材質として、ＳＵＳ３０４が適用されており、一般にこの種の部材に適用される銅合金の電気抵抗が約７ｍΩなのに対して、ＳＵＳ３０４では電気抵抗が約４０ｍΩとなるため、過大電流が流れたときの発熱量が大きくなる。可動電極３の発熱は、それに一部が接しているバイメタル８に伝熱し、バイメタル８が所定温度以上に加熱されたとき、図１（ｂ）に示すように、バイメタル８は膨出方向を反転させるように変形する。
【００２０】
バイメタル８の膨出方向が反転すると、先と同様に跳ね上った周縁部が可動電極３の先端側を押し上げるので、先端に設けられた接点３ａは固定電極２から離れ、充放電回路に流れる過大電流は遮断される。外部短絡等の状態が排除されると、過大電流がなくなるので可動電極３の温度は低下し、それに伴ってバイメタル８の温度も低下するので、膨出方向が元の状態に反転して、図１（ａ）に示す状態となり、可動電極３はその弾性により原状復帰して接点３ａが固定電極２に接して充放電回路は導通状態となる。
【００２１】
上記のように可動電極３の材質として、平常使用時において流れる充放電電流によって大きな損失が生じない電気抵抗を有し、適度な弾性を備えているものを選択することにより、温度上昇と過大電流とに感応する感熱作動素子１に構成することができる。
【００２２】
以上説明した実施形態は電池パックに適用するのに好適な構成について説明したが、これに限定されるものではなく、温度上昇と過大電流とに感応して回路遮断する用途に広く適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明に係る感熱作動素子は、温度上昇と過大電流とに感応して回路遮断することができるので、二次電池に過充電がなされたような場合の温度上昇に対して充放電回路を遮断して過充電を停止させるための手段と、外部短絡や不適切な充電器が接続されることによって過大電流が流れたとき充放電回路を遮断して過大電流の流れを阻止するための手段とをそれぞれ個別に設けていた従来構成は、１つの感熱作動素子によって実現することが可能となり、電池パック等の構成を簡易にして小型化とコストダウン化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る感熱作動素子の構成を（ａ）の平常時、（ｂ）の作動時の状態で示す断面図。
【図２】同上感熱作動素子の構成要素を分解して示す分解斜視図。
【図３】電池パックに適用した例を示す回路図。
【図４】電池パックに対する取り付け状態を示す側面図。
【符号の説明】
【００２５】
１  感熱作動素子
２  固定電極
３  可動電極
３ａ  接点
８  バイメタル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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