(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】  コンパレータＡ１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Ｒ１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。カウンタＣ１は、コンパレータＡ１がハイレベルの信号を出力する毎にカウントアップし、カウント値が所定の値を超えたとき、ハイレベルの信号を出力し、トランジスタＱ２をオンさせ、ヒータＲ２を通電させ、温度ヒューズＦ１をオフする。【選択図】      図２
2007006559.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の接続端子に接続されたバイメタルスイッチと、
前記バイメタルスイッチを加熱する第１のヒータと、
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、前記第１のヒータを通電し、前記バイメタルスイッチをオフする過充電保護手段と、
前記過充電保護手段が前記バイメタルスイッチをオフする回数をカウントし、カウント値が前記バイメタルスイッチの動作保障回数を基に定められた所定の値を超えた場合、前記二次電池との電気的な接続を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記遮断手段は、
前記バイメタルスイッチと前記第３の接続端子との間に接続された温度ヒューズと、
前記温度ヒューズを加熱する第２のヒータと、
前記カウント値が前記所定の値を超えた場合、前記第２のヒータを通電し、前記温度ヒューズを溶断する温度ヒューズ制御手段とを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３】
前記過充電保護手段は、コンパレータと第１のトランジスタとを備え、
前記温度ヒューズ制御手段は、カウンタと第２のトランジスタとを備え、
前記コンパレータは、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た場合、前記第１のトランジスタをオンして前記第１のヒータを通電させると共に、前記カウンタをカウントアップさせ、
前記カウンタはカウント値が前記所定の値を超えた場合、前記第２のトランジスタをオンして前記第２のヒータを通電す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１のヒータは、前記第１のトランジスタから構成され、前記第２のヒータは前記第２のトランジスタから構成され、前記バイメタルスイッチは、前記第１のトランジスタのオン時に発生する熱により加熱し、前記温度ヒューズは、前記第２のトランジスタのオン時に発生する熱により加熱することを特徴とする請求項３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３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３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（過充電）や、過大な放電電流（過電流）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、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、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。
【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、過電流を示す検知信号を論理回路１１３へ出力する。
【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４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５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サーミスタであるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子であるＰＴＣ素子１３２を用いて、二次電池１３３とＰＴＣ素子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素子１３２が自己発熱したりすることによって、ＰＴＣ素子１３２が加熱されると、ＰＴＣ素子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１１−２６２２７０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３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と必要に応じて抵抗１１２とを必要とし、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】
更に、図４や図５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。更に、バイメタルスイッチは、機械接点であるため、その動作寿命は１００回程度であり、動作寿命を超えて使用されると、接点とバイメタルとが溶着してしまい、過充電や過電流を防止し得ず、二次電池を保護することができないことに加え、ユーザに対する安全を確保することができないという課題がある。
【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と共に、バイメタルスイッチの溶着を防止し、ユーザに対する安全を確保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の接続端子に接続されたバイメタルスイッチと、前記バイメタルスイッチを加熱する第１のヒータと、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、前記第１のヒータを通電し、前記バイメタルスイッチをオフする過充電保護手段と、前記過充電保護手段が前記バイメタルスイッチをオフする回数をカウントし、カウント値が前記バイメタルスイッチの動作保障回数を基に定められた所定の値を超えた場合、前記二次電池との電気的な接続を遮断する遮断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、前記遮断手段は、前記バイメタルスイッチと前記第３の接続端子との間に接続された温度ヒューズと、前記温度ヒューズを加熱する第２のヒータと、前記カウント値が前記所定の値を超えた場合、前記第２のヒータを通電し、前記温度ヒューズを溶断する温度ヒューズ制御手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
また、上記構成において、前記過充電保護手段は、コンパレータと第１のトランジスタとを備え、前記温度ヒューズ制御手段は、カウンタと第２のトランジスタとを備え、前記コンパレータは、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た場合、前記第１のトランジスタをオンして前記第１のヒータを通電させると共に、前記カウンタをカウントアップさせ、前記カウンタはカウント値が前記所定の値を超えた場合、前記第２のトランジスタをオンして前記第２のヒータを通電することが好ましい。
【００１８】
また、上記構成において、前記第１のヒータは、前記第１のトランジスタから構成され、前記第２のヒータは前記第２のトランジスタから構成され、前記バイメタルスイッチは、前記第１のトランジスタのオン時に発生する熱により加熱し、前記温度ヒューズは、前記第２のトランジスタのオン時に発生する熱により加熱することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、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、第１のヒータが通電されてバイメタルスイッチがオフとされ、充電電流の通電が遮断されるため、二次電池を過充電から保護することができる。
【００２０】
また、バイメタルスイッチは、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３示すような過電流防止用のＦＥＴ１０６、基準電圧源１０９、及び過電流を検出するためのコンパレータ１１１が不要となり、回路の簡素化を図ることができる。
【００２１】
更に、バイメタルスイッチがオフされる回数がカウントされ、カウント値がバイメタルスイッチの動作保障回数に基づいて定められた所定の値を超えた場合、二次電池との電気的な接続が遮断されるため、バイメタルスイッチの動作回数が動作補償回数を超える前に、二次電池の充放電を停止させることが可能となる結果、バイメタルスイッチの溶着を防止することができ、二次電池を過充電や過電流から保護することができることに加え、ユーザに対する安全を確保することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、カウント値が所定の値を超えた場合、第２のヒータが通電され、温度ヒューズが溶断されるため、二次電池との電気的な接続を確実に遮断させることができ、ユーザの安全をより確実に確保することができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、過充電保護手段をコンパレータと第１のトランジスタとで構成し、温度ヒューズ制御手段をカウンタと第２のトランジスタとで構成したため、二次電池の電圧が過充電保護電圧を超えた場合にバイメタルスイッチをより確実にオフすることができると共に、カウンタをより確実にカウントアップさせることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、第１のヒータ及び第２のヒータを省くことができ、回路の簡素化及び低コスト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】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
保護回路５は、接続端子Ｔ１〜Ｔ４（第１〜第４の接続端子）、バイメタルスイッチＳＷ１、温度ヒューズＦ１、ヒータＲ１，Ｒ２、過充電保護部５１、及び温度ヒューズ制御部５２を備える。過充電保護部５１は、コンパレータＡ１、基準電圧源Ｅ１、及びトランジスタＱ１を備えている。温度ヒューズ制御部５２は、カウンタＣ１、トランジスタＱ２を備えている。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
温度ヒューズＦ１は、ヒータＲ２によって加熱され、その熱によって溶断されると共に、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、その熱で溶断されるヒューズである。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の最終到達温度Ｔｈ１と、温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１とヒータＲ２の最終到達温度Ｔｈ２とは、下記式（１）で示す関係となる。
Ｔｓｗ１＜Ｔｈ１＜Ｔｆｕｓｅ１＜Ｔｈ２  ・・・（１）
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
ヒータＲ１，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（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，Ｒ２を流れる電流が減少する結果、ヒータＲ１，Ｒ２の温度は最終的に、最終到達温度Ｔｈ１，Ｔｈ２で一定となる。最終到達温度Ｔｈ１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。また、最終到達温度Ｔｈ２は、温度ヒューズＦ１の動作温度Ｔｆｕｓｅ１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。
【００３８】
バイメタルスイッチＳＷ１は、接続端子Ｔ１及び温度ヒューズＦ１間に接続されている。温度ヒューズＦ１はバイメタルスイッチＳＷ１及び接続端子Ｔ３間に接続されている。
【００３９】
コンパレータＡ１は、プラス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、二次電池６から供給される電力によって駆動される。また、コンパレータＡ１は、−端子が基準電圧源Ｅ１の正極に接続され、出力端子がトランジスタＱ１のゲート及びカウンタＣ１の入力端子に接続され、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Ｅ１は、負極が接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続され、所定の過充電保護電圧Ｒｅｆ１をコンパレータＡ１の−端子に印加する電圧発生回路である。
【００４０】
トランジスタＱ１は、ｎチャネル電界効果型トランジスタから構成され、ドレインがヒータＲ１を介して、温度ヒューズＦ１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、ｎチャネル電界効果型トランジスタから構成され、ゲートがカウンタＣ１の出力端子に接続され、ドレインがヒータＲ２を介して温度ヒューズＦ１に接続され、ソースが接続端子Ｔ２，Ｔ４に接続されている。
【００４１】
コンパレータＡ１は、接続端子Ｔ３及びＴ４間の電圧Ｖａが所定の過充電保護電圧Ｒｅｆ１を超えた場合、ハイレベルの信号を出力してトランジスタＱ１をオンさせ、電圧Ｖａが過充電保護電圧Ｒｅｆ１以下の場合、ローレベルの信号を出力してトランジスタＱ１をオフさせる。本実施の形態では、過充電保護電圧Ｒｅｆ１として、Ｒｅｆ１＝４．３Ｖが採用されている。
【００４２】
カウンタＣ１は、公知のカウンタから構成され、コンパレータＡ１から出力される信号がローレベルからハイレベルに変化する毎にカウントアップし、カウント値が所定の規定値を超えたとき、ハイレベルの信号を出力し、トランジスタＱ２をオンさせる。
【００４３】
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Ｖｂが接続端子Ｔ１，Ｔ２間に印加されると、電圧Ｖａが過充電保護電圧Ｒｅｆ１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Ｖｂは、正常時は例えば最大４．２Ｖである。
【００４４】
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Ｖａが過充電保護電圧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、トランジスタＱ１がオンされ、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。
【００４５】
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から温度ヒューズＦ１及び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。
【００４６】
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。このとき、コンパレータＡ１の出力はローレベルであり、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。
【００４７】
次に、保護回路５によるバイメタルスイッチＳＷ１の溶着回避動作について説明する。コンパレータＡ１は、電圧Ｖａが過充電保護電圧Ｒｅｆ１を超えたときに、トランジスタＱ１をオンさせ、ヒータＲ１を加熱させ、バイメタルスイッチＳＷ１をオフさせる。一方、コンパレータＡ１は、電圧Ｖａが過充電保護電圧Ｒｅｆ１以下となったとき、トランジスタＱ１をオフさせ、ヒータＲ１の加熱を停止し、バイメタルスイッチＳＷ１をオンさせる。
【００４８】
従って、バイメタルスイッチＳＷ１は、コンパレータＡ１から出力される信号がローレベルからハイレベルに変化するとき、バイメタルと接点とが接触状態から非接触状態となる接点動作が発生すると考えることができる。
【００４９】
そこで、カウンタＣ１は、コンパレータＡ１から出力される信号のレベルが切り替わる毎にカウントアップする。そして、カウント値が所定の値を超えたとき、トランジスタＱ２をオンさせ、ヒータＲ２を加熱させ、温度ヒューズＦ１を溶断する。これにより、バイメタルスイッチＳＷ１の動作回数が動作保証回数に到達する前に、二次電池の充放電を停止させることが可能となり、バイメタルスイッチＳＷ１が溶着して過充電保護機能及び過電流保護機能が機能しなくなることを防止することができ、ユーザの安全を守ることができる。
【００５０】
バイメタルスイッチＳＷ１は、過電流保護する際、ヒータＲ１の加熱によらず、自己発熱によってオフするため、カウンタＣ１のカウント数は、バイメタルスイッチのオフする回数の正確な値を示していない。しかしながら、カウンタＣ１のカウント数が増大するにつれてバイメタルスイッチのオフする回数も増大することは確かであるため、前記所定の値をバイメタルスイッチＳＷ１が自己発熱によりオフする回数も加味して設定すれば、バイメタルスイッチＳＷ１の溶着を確実に防止することができる。
【００５１】
以上説明したように保護回路５によれば、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３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、保護回路５を小型化することが容易となる。
【００５２】
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３や図４に示すように二次電池１２２と直列に接続されたバイメタルスイッチ１２３又はＰＴＣ素子１３２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。更に、コンパレータＡ１の信号がローレベルからハイレベルに変化する回数をカウントし、カウント数が所定の値に達した場合に、ヒータＲ２が加熱され、温度ヒューズＦ１を溶断させるため、バイメタルスイッチＳＷ１が溶着して保護回路５による過充電保護機能及び過電流保護機能が機能しなくなることを防止し、二次電池６を保護することができることに加え、ユーザに対する安全を確保することができる。
【００５３】
なお、上記実施の形態において、バイメタルスイッチＳＷ１をトランジスタＱ１のオン時に生じる熱によって加熱すると共に、温度ヒューズＦ１をトランジスタＱ２のオン時に生じる熱によって加熱してもよい。この場合、ヒータＲ１，Ｒ２が不要となり、回路の簡略化及び低コスト化を図ることができる。更に、過充電保護部５１及び温度ヒューズ制御部５２を集積回路ＩＣにより構成し、この集積回路ＩＣの熱が温度ヒューズＦ１とバイメタルスイッチＳＷ１に伝わるように温度ヒューズＦ１とバイメタルスイッチＳＷ１とを配置してもよい。この場合、回路の小型化を図ることができる。また、バイメタルＳＷ１として自己保持型バイメタルスイッチを用いると、過電流保護状態の継続が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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】
【００５５】
【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】背景技術に係る保護回路を示す図面である。
【図４】背景技術に係る保護回路を示す図面である。
【図５】背景技術に係る保護回路を示す図面である。
【符号の説明】
【００５６】
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  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  温度ヒューズ制御部
Ａ１  コンパレータ
Ｅ１  基準電圧源
Ｆ１  温度ヒューズ
Ｑ１  Ｑ２  トランジスタ
Ｒ１  Ｒ２  ヒータ
ＳＷ１      バイメタルスイッチ
Ｔ１〜Ｔ４  接続端子
【図１】
2007006559.tif 000003
【図２】
2007006559.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007006559.tif 000007