(57)【要約】【課題】充電可能な２次電池に充電する際の小型で高性能な保護装置を、周囲の温度変化に影響されず、かつ効率良く提供すること、ならびに、小型で高性能な二次電池の充電装置を効率良く提供することである。【解決手段】本発明の保護装置は、電力を供給する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た発熱素子と、前記充電電力の供給による自身の発熱、前記発熱素子からの熱、または、周囲の温度上昇により前記充電電力の供給を遮断する熱応動素子と、前記発熱素子と前記熱応動素子をバイパスし、充電回路側からスイッチング回路側へ一方向に電流を供給する電流素子とで構成する。また、本発明の充電装置は、前記保護装置を組み込んで構成したものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給する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た発熱素子と、
前記充電電力の供給による自身の発熱、前記発熱素子からの熱、または、周囲の温度上昇により前記充電電力の供給を遮断する熱応動素子と、
前記発熱素子と前記熱応動素子をバイパスし、電力供給側からスイッチング回路側へ一方向に電流を供給する電流素子と
で構成されていることを特徴とする保護装置。
【請求項２】
充電電力の供給先が二次電池であることを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
【請求項３】
熱応動素子がバイメタルスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
【請求項４】
前記発熱素子は２端子の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に記載の保護装置。
【請求項５】
二次電池を安全に充電する保護装置を有する充電装置であって、前記保護装置は、
電力を供給する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た発熱素子と、
前記充電電力の供給による自身の発熱、前記発熱素子からの熱、または、周囲の温度上昇により前記充電電力の供給を遮断する熱応動素子と、
前記発熱素子と前記熱応動素子をバイパスし、充電回路側からスイッチング回路側へ一方向に電流を供給する電流素子と
で構成されていることを特徴とする充電装置。
【請求項６】
熱応動素子がバイメタルスイッチであることを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
前記発熱素子は２端子の正温度係数サーミスタであることを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は保護装置ならびに該保護装置を組み込んだ充電装置に関するもので、より詳細には充電時における二次電池の保護装置、ならびに二次電池に安全に充電することが可能な充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能に構成された二次電池に充電電力を供給するために充電装置が用いられる。
充電装置は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恐れがあるため、充電装置には二次電池を保護するための工夫がなされている。
【０００３】
例えば、図１に示す充電装置の保護回路１０は、充電可能な二次電池１１とツェナーダイオード１２とを並列に接続し、二次電池１１とツェナーダイオード１２が並列接続された並列回路にヒューズ、ＰＴＣ等からなる保護素子１３が直列に、かつ、該保護素子１３の付勢を加速するためにツェナーダイオード１２に熱的に結合されている。さらに、保護素子１３とツェナーダイオード１２の回路と並列に充電器１５が接続され、その充電器１５のプラス電極とマイナス電極と保護素子１３にはスマート回路１６が接続されている（特許文献１参照）。
【０００４】
前記保護回路１０において、充電中に電池１１が過充電状態になりスマート回路１６が動作できない場合に、ツェナーダイオード１２に逆方向の電流が流れてツェナーダイオード１２が加熱され、その熱によって保護素子１３がトリップされて電池１１をスマート回路１６及び充電器１５から切り離すことで、二次電池１１を保護する構成となっている。
【０００５】
しかし、上述した保護回路１０によれば、ツェナーダイオード１２の熱により保護素子１３を動作させるため、保護素子１３の作動により電池１１の電圧が低下した場合にツェナーダイオード１２の発熱量が少なくなって保護素子１３が十分に機能しなくなる欠点がある。また、保護回路１０は、スマート回路１６である半導体集積回路等を有しているために大型化する、との課題がある。
【０００６】
このような欠点を解消し、保護素子が完全に機能し、かつ小型化可能な保護装置を本出願人が先に提案した（特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００２−５４０７５６号公報
【特許文献２】特願２００５−６０３０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献2に開示されている保護装置は過充電保護が３端子ＰＣＴ（正温度係数サーミスタ：Positive  Temperature  Coefficient）で構成されているために保護装置の過電流制御がＰＣＴの抵抗値、抵抗比に依存し、また、３端子ＰＣＴは過電流保護範囲が周囲の温度で変化する可能性がある等、課題点があり、保護装置を設計通りに製造しうる歩留りが悪くなるという課題がある。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の課題点を解消し、周囲の温度変化に影響されず、小型で高性能な保護装置を効率良く提供するとともに該保護装置を組み込んだ充電装置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】
【０００９】
本発明の保護装置は、電力を供給する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た発熱素子と、前記充電電力の供給による自身の発熱、前記発熱素子からの熱、または、周囲の温度上昇により前記充電電力の供給を遮断する熱応動素子と、前記発熱素子と前記熱応動素子をバイパスし、充電回路側からスイッチング回路側へ一方向に電流を供給する電流素子とで構成することを特徴とする。
【００１０】
前記充電電力の供給先は主として二次電池である。
また、前記熱応動素子はバイメタルスイッチであることが好ましい。
また、前記発熱素子は２端子の正温度係数サーミスタであることが好ましい。
【００１１】
本発明の充電装置は、二次電池を安全に充電する保護装置を有する充電装置であって、前記保護装置は、電力を供給する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た発熱素子と、前記充電電力の供給による自身の発熱、前記発熱素子からの熱、または、周囲の温度上昇により前記充電電力の供給を遮断する熱応動素子と、前記発熱素子と前記熱応動素子をバイパスし、充電回路側からスイッチング回路側へ一方向に電流を供給する電流素子とで構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、周囲の温度変化に影響されず、小型で高性能な保護装置を効率良く提供することができる、優れた効果を有するものである。
また本発明は、前記保護装置を組み込むことで、小型で高性能な充電装置を効率良く提供することができる、優れた効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図示した実施形態に基づき詳細に説明する。なお、図示する実施形態は本発明の一実施例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１４】
図２は本発明の保護装置４０の一実施形態を示すもので、保護装置４０は、電力を供給する後述する充電器等からなる充電回路５２を接続する第1端子ａ、第２端子ｂ、後述するリチウム電池等再充電可能な二次電池５３を装着する電池ホルダー５４と接続する第３端子ｃ、第４端子ｄ、発熱素子４５と熱応動素子４６とからなる３端子プロテクタ４４、電流素子４７、閾値電圧以上の電圧により導通するスイッチング回路４８、電圧検出器４９とで構成されている。
【００１５】
保護装置４０は、第１端子ａと第３端子ｃが第１配線４１で接続され、第２端子ｂと第４端子ｄとが第２配線４３で接続されている。
第１端子ａと第３端子ｃとの間には電池を保護する３端子プロテクタ４４が接続されている。３端子プロテクタ４４は端子ｅ、ｆ、ｇを有し、端子ｅは第１端子ａに接続され、端子ｆは第３端子ｃに接続され、端子ｇはＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング回路４８の一方に接続されている。
３端子プロテクタ４４は具体的には２端子ＰＣＴからなる発熱素子４５と、バイメタルスイッチからなる熱応動素子４６とからなり、発熱素子４５の一方の端子はプロテクタ４４の端子ｆに他方の端子はプロテクタ４４の端子ｇに接続され、熱応動素子４６の一方の端子はプロテクタ４４の端子ｅに、他方の端子はプロテクタ４４の端子ｆにそれぞれ接続されている。
【００１６】
本実施形態において電流素子４７はダイオードからなり、後述の充電回路５２を接続する第１端子ａ側からスイッチング回路４８側へ一方向に電流を供給するようにプロテクタ４４をバイパスして設けられ、即ち、前記発熱素子４５と前記熱応動素子４６をバイパスして設けられている。
また、電圧検出器４９は第１端子ａと第２端子ｂとの間に接続され、二次電池に過電流が流れるのを検知してスイッチング回路４８を閉状態に制御する。
【００１７】
図３は本発明充電装置５０の一実施形態を示すもので、図示するように電力を供給する充電器等からなる充電回路５２と、保護装置４０と、二次電池５３を装着する電池ホルダー５４とで構成されている。
保護装置４０は前記した構成であり詳細な説明は省略する。二次電池５３に電力を供給する充電器等からなる充電回路５２は保護装置４０の第1端子ａ、第２端子ｂ間に接続されている。
電池ホルダー５４は保護装置４０の第３端子ｃ、第４端子ｄ間に接続されている。
【００１８】
上記構成の充電装置５０により二次電池５３を充電するには、充電する二次電池５３を電池ホルダー５４にセットし、第１端子ａと第２端子ｂとの間に接続の充電回路５２から二次電池５３に充電電流を供給する。充電回路５２からの電流は、第１端子ａからプロテクタ４４の熱応動素子（バイメタルスイッチ）４６を介して二次電池５３を充電する。図３は二次電池５３を充電している状態を示し、バイメタルスイッチ４６は閉じた状態にあり、充電回路５２は第１の配線４１と第２の配線４３を介して二次電池５３に電力を供給する。充電電圧は最初小さいが充電開始から時間が経つにつれて徐々に上昇する。
【００１９】
充電時間が経過し、充電電圧が過充電状態になり、電圧が閾値以上の電圧に上昇し、電圧の上昇が閾値を越える値を検出器４９が検知すると、スイッチング回路４８を導通状態とする。スイッチング回路４８が導通状態となるとプロテクタ４４の発熱素子（２端子ＰＴＣ）４５に電流が流れ、発熱素子４５が発熱する。
発熱素子４５の発熱により、その温度が所定値、例えば８０℃に達すると、バイメタルスイッチ（熱応動素子）４６が反転してバイメタルスイッチ４６は図４に示すように開状態となる。
【００２０】
図４において、バイメタルスイッチ（熱応動素子）４６が第１配線４１を遮断し、スイッチング回路４８を導通状態とすることにより、発熱素子４５には二次電池５３から電流が供給され、発熱素子４５は発熱を続け、従って熱応動素子４６は第１配線４１を遮断したままの状態を自己保持する。
一方、充電回路５２からの電流はバイメタルスイッチ（熱応動素子）４６が第１配線４１を遮断することで二次電池５３と切り離された状態となり、かつ電流素子（ダイオード）４７により充電回路５２と二次電池５３は通電しなくなるため、二次電池が過充電されることがなくなる。
二次電池が充電されたならば、即ち、検出器４９が閾値を越える電圧の上昇を検知したならば、電池ホルダー５４から二次電池５３を取り外す。二次電池を取り外すことにより発熱素子４５の発熱が止まり、バイメタルスイッチ４６は自己復帰し、次の電池充電に具えることとなる。
【００２１】
保護装置４０に充電回路５２が接続されていないときに、端子ａと端子ｂ間が何らかの原因でショートすると、該ショートが原因で損傷にいたる事故が発生することがある。図５に示す実施形態は、保護装置４０がこのような事故を未然に防止する状態を示すものである。図５において、端子ａ、ｂ間にショート抵抗Ｒが接続された状態で、ショート抵抗Ｒで端子ａ、ｂ間がショートすると、二次電池５３からの電流が端子ｄ−端子ｂ−ショート抵抗Ｒ−端子ａ−電流素子４７−プロテクタ４４の発熱素子４５−端子ｃの回路で流れ、発熱素子４５を発熱させる。発熱素子４５が発熱するとその熱で熱応動素子４６が図５に示すように開いて短絡を解消し、二次電池５３からの電流で発熱素子４５を発熱させて熱応動素子４６の接点を開放状態に自己保持する。したがって、ショートに起因する損傷を未然に防止することができる。なお、二次電池５３の電池容量が消耗し、発熱素子４５を発熱する能力がなくなった時点で熱応動素子４６の遮断は解かれるが、このときはもはや二次電池５３の電力が消耗しきっているため、ショートに起因する事故の発生は生じない。
【００２２】
本発明は上述したように発熱素子４５を２端子ＰＴＣで構成することができ、先に提案した保護装置を構成する３端子ＰＴＣに比較し、周囲の温度変化に影響されずに確実に二次電池の充電が行え、かつ、ＰＴＣ素子を歩留まり良く、安価に製造することができ、また、半導体集積回路等を使用しないため設計が容易となり、小型で高性能な保護装置を効率良く提供することができる。
また、プロテクタ４４のバイパスにダイオードからなる電流素子４７を接続することにより充電回路５２を接続する端子ａ、端子ｂ間がショートしても、該電流素子４７を介して発熱素子４５に通電され、熱応動素子４６の接点が開の状態を維持でき、ショートが解除される時点まで熱応動素子４６の接点を開の状態に自己保持し、ショートに起因する事故を未然に防止することができる。
【００２３】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、周囲の温度変化に影響されず、小型で高性能な保護装置を効率良く提供することができる。
また本発明は、前記保護装置４０を組み込むことで、小型で高性能な充電装置５０を効率良く提供することができる。
【００２４】
上記実施形態では熱応動素子４６としてバイメタルスイッチを採用したが、ヒューズ等、自己の抵抗で発熱し、或いは周囲の温度変化に対応して回路を遮断する機能を有するスイッチ材料を採用することもできる。
また、充電可能な機器として二次電池を例示したが、本発明の充電装置は二次電池以外でも再充電可能な機材に再充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は従来の充電装置を示す回路図である。
【図２】図２は本発明保護装置の一実施形態を示す回路図である。
【図３】図３は本発明充電装置の一実施形態を示す回路図である。
【図４】図４は本発明充電装置の作動例を示す回路図である。
【図５】図５は本発明保護装置の作動例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２６】
４０：保護装置、４４：端子プロテクタ、４５：発熱素子、４６：熱応動素子、４７：電流素子、４８：スイッチング回路、４９：電圧検出器、５０：充電装置、５２：              充電回路、５３：二次電池、５４：電池ホルダー
【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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